DE471628C - Fahr- und Bremsschaltanordnung fuer Gleichstromverbundtriebmotoren elektrischer Gleisfahrzeuge unter Anwendung einer umlaufenden Spannungsteilergruppe - Google Patents

Fahr- und Bremsschaltanordnung fuer Gleichstromverbundtriebmotoren elektrischer Gleisfahrzeuge unter Anwendung einer umlaufenden Spannungsteilergruppe

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DE471628C
DE471628C DES58022D DES0058022D DE471628C DE 471628 C DE471628 C DE 471628C DE S58022 D DES58022 D DE S58022D DE S0058022 D DES0058022 D DE S0058022D DE 471628 C DE471628 C DE 471628C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/02Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors
    • B60L9/04Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors fed from dc supply lines

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Description

  • Fahr- und Bremsschaltanordnung für Gleichstromverbundtriebmotoren elektrischer Gleisfahrzeuge unter Anwendung einer umlaufenden Spannungsteilergruppe Für die Stromzuführung elektrischer Motoren sind schon Schaltsysteme vorgeschlagen worden, die auf der Verwendung von Spannungszerlegergruppen oder Dynamotoren beruhen, in derartiger Anordnung, daß die in Serie oder parallel geschalteten Motoren mit beim Anlassen stufenweise steigenden und beim Bremsen unter Energierückgewinnung stufenweise abnehmenden Spannungen gespeist werden können.
  • Es ist weiterhin bekannt, daß die durch Spannungszerleger oder Dynamotoren mit verbunderregten Motoren gekennzeichnete Schaltung am zweckmäßigsten ist, um die Schaltungen bei Energierückgewinnung praktisch und selbsttätig durchzuführen.
  • Die bisher vorgeschlagenen Spannungszerleger oder Dynamotoren waren nun aber mit einer geraden Anzahl von unter sich und mit der Speiseleitung hintereinandergeschalteten Wicklungen versehen, die eine Überdimensionierung des Dynamotors im Vergleich zu den Dimensionen der durch ihn gespeisten Motoren zur Folge hatten.
  • Die Erfindung betrifft ein Fahr- und Bremsschaltsystem, bei dem die Motoren z. B. in zwei Gruppen geteilt sind. Hierdurch wird eine bessere Ausnutzung der Dynamotorgruppe erreicht. Man erhält ferner betriebstechnisch sehr vorteilhafte Spannungsstufen.
  • Die Erfindung vermeidet des weiteren die den bisher bekannten Kontrollsystemen noch eigenen Nachteile, jedoch unter Beibehaltung der in der folgenden Beschreibung erwähnten günstigen Eigenschaften der bekannten Systeme.
  • Die die Erfindung ausmachende Schaltanordnung umfaßt außer den Motoren oder Motorgruppen und den Schaltorganen eine Dynamotorgruppe mit drei getrennten Wicklungen, die in denselben Ankernuten auf den normalen Wicklungen liegen und zwischen Speiseleitung und Erde hintereinandergeschaltet werden und deren Enden an drei verschiedene Kollektoren angeschlossen sind. Diese Kollektoren können natürlich sowohl die gleiche als auch verschiedene Spannungen aufweisen, wenn die Dynamotorgruppe mit Nebenschlußerregung in Betrieb ist.
  • Die beiliegende Zeichnung, in der die Erfindung schematisch erläutert ist, zeigt in Abb. I eine Ansicht der neuen Zusatzmaschine (Dynamotor), die durch drei Kollektoren gekennzeichnet ist, Abb. 2 schematisch die Dreiteilung der Linienspannung unter die drei Kollektoren, Abb. 3 die Methode, die Leiter der übereinander in denselben Nuten geschichteten Sektionen unterzubringen, Abb. 4 und 5 die Motorverbindungen.
  • Das System unterscheidet -sich von der Zweikollektoranordnung dadurch, daß einer der Kollektoren, nämlich derjenige mit niedriger Spannung, in zwei getrennte Kollektoren mit gleicher oder ungleicher Spannung geteilt ist, an die zwei elektrisch voneinander unabhängige Wicklungen angeschlossen sind, so daß drei nebeneinander auf der Ankerachse sitzende Kollektoren a, b, a' vorhanden sind (Abb. I). Die drei entsprechenden Wicklungen liegen an der Netzspannung, und diese ist somit in drei Teile m, p, q zerlegt, wenn der im Nebenschluß erregte Dynamotor arbeitet.
  • Mit anderen Worten wird der Zweck erzielt, wenn den folgenden Bedingungen nachgekommen wird: a) Die Anzahl der in einer und derselben Nut enthaltenen und verschiedenen Wicklungen zugehörenden Drähte soll der Spannung derselben proportional sein (s. Abb. 3).
  • b) Die Nutentwicklungsschritte müssen dieselben für sämtliche Wicklungen sein.
  • c) Die Kommutierungszone muß in allen Wicklungen mit der neutralen Zone zusammenfallen, und der durch die Bürsten der verschiedenenWicklungen bestimmte Kreisbogen muß ein derartiger sein, daß der Zentriwinkel, in dem die Kommutierung stattfindet, für sämtliche Wicklungen zusammenfällt und für alle gleich ist.
  • Wenn die Stromentnahme für die anzutreibenden Motoren aus wenigstens einer der mittleren Klemmen B und C (Abb. 2) erfolgt, teilen sich in jedem Falle die drei Wicklungen a, b, a' in zwei Gruppen, deren eine als Dynamo und deren andere als Motor arbeitet. Wegen des dynamischen Gleichgewichtes müssen die Amperewindungen der einen Gruppe diejenigen der anderen Gruppe annähernd ausgleichen.
  • Trotz Anordnung dreier statt zweier Wicklungen kann also die so gebaute Maschine nicht nur mit praktisch beseitigten Ankerrückwirkungen, sondern auch mit praktisch beseitigten Reaktanz-EMKe arbeiten, so daß sie sich vorzüglich eignet, starke, plötzlich auftretende Belastungen aufzunehmen, wie dies bei Zugmotoren häufig erforderlich ist.
  • Während daher die Anordnung des Dynamotors mit drei Wicklungen in keiner Weise die Vorteile des Dynamotors mit zwei Wicklungen beeinträchtigt, gewährleistet erstere eine zweckmäßige Spannungsverteilung unter den drei Wicklungen. Diese ermöglichen es, den Motoren oder Motorgruppen stufenweise sehr günstig unterteilte Spannungen zuzuführen.
  • Hinsichtlich der Zerlegung der Netzspannung V in die drei Spannungen m, p, q ergibt
    ist den Restwerten von V, da m + p + q + V sein muß.
  • Man kann nun verschiedene, in folgender Tabelle angegebene Kombinationen erzielen, deren jede es gestattet, jedem von zweien der Klemmen A, B, C, D (Abb. 2) der Dynamotorwicklungen gespeisten Stromkreise eine beliebige von n Spannungen mit gleichmäßigen Stufen zu erteilen.
  • Eine weitere Vermehrung der Anzahl der zur Verfügung stehenden Spannungen läßt sich erzielen, wenn, wie oben angenommen, zwei unabhängige Motorengruppen zu betreiben sind. Die letzte Spalte in der nachstehenden Tabelle gibt die Spannungszahl an, die für jede Gruppe erreichbar ist.
    Aus der Tabelle ersieht man sofort die Möglichkeit, die eingangs erwähnten Vorteile zu verwirklichen. Es ist aber noch zu untersuchen, ob bei der neuen Anordnung die erforderliche Kraftleistung der Spannungsteilermaschine verringert ist im Vergleich mit den bekannten Anordnungen.
  • Außer der Tatsache des günstigeren Verhältnisses zwischen der Maximalspannung an den Wicklungsenden beim Kollektor und der Spannung der Speiseleitung im Vergleich zu der Anordnung des Dynamotors mit zwei Kollektoren leuchtet ein, daß die durch erfindungsgemäße Anordnung für die bereits bekannten Systeme notwendige Leistung der zwischen Speiseleitung und Motoren eingeschalteten Spannungsteilermaschinen wesentlich vermindert wird.
  • Es sei die vierte Kombination in der Tabelle angenommen, nach der sind. In diesem Falle kommen, wenn a und a' zwei Windungen pro Nut haben, auf b vier Windungen pro Nut. Das ergibt sieh aus Abb. 3, die auch erkennen läßt, daB die der Wicklung ä mit denjenigen der Wicklung a.' zusammengewickelt sind, um denselben magnetischen Fluß auf beide zur Wirkung bringen. und somit an den Enden beider Wicklungen dasselbe Spannungsgefälle zu erzielen.
  • Demgemäß ergibt sich folgende Spannungstabelle und daher auch die der unabhängigen
    Es ist hervorzuheben, daß die Spannungsstufen genau die gleichen sind wie bei Dynamotoren mit nur zwei Wicklungen, deren Verhältnis I : 3 ist.
  • Für die Verteilung der Ströme in jeder der drei Wicklungen und für jede der sechs erzielten Geschwindigkeiten gilt die folgende Tabelle, in der die Ströme in Achteln von T ausgedrückt sind. Hierbei ist J der Strom eines Motors. Ströme in Achteln von J Geschwindigkeit (J = Strom eines Motors) in den Wicklungen a b a' I ...... .. 2 2 6 II ......... 4 4 4 III ......... 6 2 2 IV ......... o o o V ......... 4 4 4 VI ......... o o o In dem Falle von zwei Wicklungen, deren Verhältnis I:3 ist, stellt sich die Tabelle wie folgt: Ströme in Achteln von J Geschwindigkeit (J = Strom eines Motors in den Wicklungen a1 b1 = 3a I ......... 6 2 II ......... I2 4 III ......... 6 2 IV ......... o o V ......... I2 4 VI ......... o o Normalgeschwindigkeiten, mit denen man die Motoren unter einer bestimmten Belastung I laufen lassen kann. Auch die Kontakte sind angegeben. Aus dem Vergleich geht klar hervor, daß die Wicklungen mit höherer Spannung (b bzw. b1 = 3a) den gleichen Strom führen, jedoch mit dem bedeutenden Vorteil zugunsten von b, daß darin eine niedrigere Spannung herrscht, nämlich r V statt 4 V. Der Kollektor I mit niederer Spannung führt einen Maximalstrom, dessen Wert zweimal so groß ist als derjenige der Wicklungen a und a', die gleiche Spannung führen wie i. Das System a-a' ist also dem einzigen Kollektor I äquivalent. Die Stromentnahme ist daher erleichtert.
  • Für die Gesamtleistung der Maschine in beiden Fällen sei eine Anlaßperiode vom Ruhestand bis zur Erreichung der Vollgeschwindigkeit (VI) betrachtet, unter der Annahme, daß, wie es gewöhnlich der Fall ist, die Dauer eines jeden Motorkontaktes proportional der Spannungsstufe, d. h. für die Geschwindigkeiten V und VI doppelt so lang sei wie für die vorangehenden Geschwindigkeiten.
  • Man würde dann für die wirksamen durchschnittlichen Stromwerte in jeder der Wicklungen a, b, a' und a1, b1 folgende Zahlen erhalten a u. a' wirksamer durchschnittlicher Wert o,4I4 J b - - - 0,33 J a1 0,993T b1 0,33 T Wenn man die erhaltenen Stromwerte mit den zugehörigen Spannungswerten multipliziert und für jede Maschine die Produkte addiert, ergibt sich, daß die Leistung der Dreikollektormaschine etwa o,37 VI ist, während die Leistung der Zweikollektormaschine o,5 VI beträgt.
  • Die mit der Dreikollektormaschine erzielte Kraftersparnis ist also ungefähr 25%. Die Gewichtsersparnis ist eine noch bedeutendere, weil die Kollektoren einen kleineren Durchmesser aufweisen und somit höhere Umlaufsgeschwindigkeiten zulassen.
    Die zugehörige Tabelle der Stromverteilung ist folgende: Ströme in Zehnteln von J Geschwindigkeit in den Wicklungen a b a' I....... 2 2 8 II........ 6 4 6 III........ 6 4 6 IV....... 8 2 2 V......... 0 0 0 VI....... I2 8 I2 VII........ 6 4 6 VIII........ o o o Die eingangs erwähnten Vorteile treten hier zwar etwas weniger in Erscheinung, aber sie bleiben doch immer in größerem Maße bestehen als bei dem Zweikollektordynamotor.
  • Der Vergleich zwischen den Anordnungen eines Dynamotors mit zwei und vier Kollektoren wird noch vorteilhafter ausfallen wie Eine andere sehr vorteilhafte Anordnung ist diejenige, die der Annahme von. entspricht. Die in diesem Falle sich ergebenden acht verfügbaren Spannungen und Motorgeschwindigkeiten sind aus folgender Tabelle zu ersehen, in der auch die Kontakte eingetragen sind: Geschwindigkeitsstufen gleichem Motorstrom Momag.
  • torregelung w ein Vergleich zwischen einem Dynamotor mit zwei und einem solchen mit drei Wicklungen.
  • Die neuartige Dynamotoranordnung ist sowohl bei Zugmaschinen als bei ortsfesten Anlagen anwendbar, d. h. überall dort, wo es wünschenswert ist, über mehrere verfügen zu können oder die Möglichkeit zu haben, während des Anlassens die Netzströme zu reduzieren, deren Werte offenbar bei gleichem Motorstrom im gleichen Sinne sich ändern wie die Motorspannungen. Dies trifft zu, welches auch die Art der sein Handelt es sich um Nebenschluß- oder Verbundregelung oder um eine sonstige die Umkehrbarkeit zulassende Regelungsart, so kann man auch in diesem Falle durch einfache Umkehrung der Anlasser die im Gang befindliche Maschine fast gänzlich stillsetzen und gleichzeitig auch Kraft zurückgewinnen. Das neue System ist überall da anwendbar, o die Zweikollektoranordnung anwendbar wäre. Seine Anwendung läßt sich aber auch ausdehnen auf Anlagen mit größerer Kraftleistung und auf Speiseleitungen mit höherer Spannung. Die in der obigen Beschreibung beispielsweise angegebenen Zahlenwerte und Stromkreisausführungen können natürlich auch geändert werden, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung verlassen würde.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Fahr- und Bremsschaltanordnung für Gleichstromverbundtriebmotoren elektrischer Gleisfahrzeuge unter Anwendung einer umlaufenden Spannungsteilergruppe (Dynamotor), an deren abgestufte Teilspannungen die Triebmotoren in Serien-Parallelschaltung gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen des Dynamotors in drei in derselben Ankernut übereinanderliegenden Wicklungen (a, b, a'), die dauernd in Reihe an der Netzspannung liegen, erzeugt werden.
  2. 2. Fahr- und Bremsschaltanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen des Dynamotors zueinander im Verhältnis von I : 2 : I stehen.
  3. 3. Fahr- und Bremsschaltanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daB die Teilspannungen des Dynamotors zueinander im Verhältnis von 1 : 3 : i stehen.
DES58022D 1920-11-10 1921-11-09 Fahr- und Bremsschaltanordnung fuer Gleichstromverbundtriebmotoren elektrischer Gleisfahrzeuge unter Anwendung einer umlaufenden Spannungsteilergruppe Expired DE471628C (de)

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