DE538293C - Verfahren und Anordnung zum Betriebe von elektrischen Motoren mit Wechselstromerregung, insbesondere Einphasenwechselstromkollektormotoren fuer Bahnbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betriebe von elektrischen Motoren mit Wechselstromerregung, insbesondere Einphasenwechselstromkollektormotoren für Bahnbetrieb, wodurch bei solchen Antrieben entweder ein Stufenschalter ganz vermieden oder zumindest die Stufenzahl sehr wesentlich eingeschränkt werden kann. Die Erfindung ist ohne weiteres auch für den Generatorbetrieb (Nutzbremsung) geeignet. Im einfachsten Fall kann eine Unterbrechung von Schaltverbindungen und Verwendung von Nebenapparaten für den ganzen Steuerbereich, also auch während des Anlaufes und auch beim Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb vollkommen vermieden werden. Die Steuerung kann im gesamten Regelbereich in einfacher Weise mittels eines einzigen Hebels bewirkt werden

ao und ist durchaus stetig. Es werden daher auch Steuerstromstöße und deren mechanische Einwirkungen auf die Wicklungen ausgeschaltet. Auch ist hierbei ein Betrieb mit cos ψ = ι oder mit voreilendem Strom möglich.

»5 Die Erfindung besteht darin, daß der Motor vorzugsweise in allen Betriebszuständen, mindestens aber beim Anlassen oder Nutzbremsen durch Veränderung der Zeitphase oder von Zeitphase und Größe der Drehmomentfaktoren· (Erregerfeld bzw. Anker- 3» strom) geregelt wird. Diese Regelung kann allein oder unterstützt durch andere Regelungsarten angewendet werden.

Es ist wohl bekannt, daß in Kommutatormaschinen, sobald eine zeitliche Phasenver-Schiebung zwischen Erregerfeld und Ankerstrom vorliegt, nicht das größtmögliche Drehmoment erhalten wird, sondern ein entsprechend der Zeitphasenverschiebung geringeres. Diese Phasenverschiebung, die bei den gegebenen Maschinen auch nicht veränderlich ist, ist jedoch bisher immer als ein unvermeidlicher Nachteil in Kauf genommen worden, dem bei der Dimensionierung durch entsprechend größere Auslegung der Maschine Rechnung getragen werden mußte. Dadurch aber, daß nach der Erfindung der Zeitphasenunterschied zwischen Erreger- und Ankerstrom veränderlich gemacht ist, werden diese Nachteile im wesentlichen vermieden, außer-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Alfried Grabner in Wien.

dem aber eine Reihe wichtiger Vorteile erzielt.

Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anordnung zur Ausübung des Verfahrens. Der Anker α eines fremderregten Einphasenkollektormotors liegt ohne Verwendung eines Stufenschalters in Reihe mit dem induktiven Widerstand b am Netz c. Eine ähnliche Wirkung könnte man mit einem kapazitiven oder ίο schließlich auch Ohmschen Widerstand herbeiführen. Der Widerstand ist so groß, daß er bei Anlegen des ruhenden Motorankers an die volle Netzspannung die Stromaufnahme auf den höchstzulässigen Anfahrstrom bets grenzt. / ist die Erregerwicklung des Motors, die aus einem Svnchronmotorgenerator d, e gespeist wird. Die Gleichstromerregung der beiden Synchronmaschinen des Erregersatzes ist nicht eingezeichnet. Als Gleichstromquelle kann z. B. eine am Motoroder Generatorläufer angeordnete, an einen Kollektor angeschlossene Hilfswicklung dienen. Der Ständer g des Generators e ist mittels des Handhebels h verdrehbar, um die Phasenlage des Erregerstromvektors verändern zu können. Da der Generator im wesentlichen nur Blindleistung zu liefern hat, läßt sich sein Ständer mit geringem Kraftautwand verdrehen, und es wird hierdurch auch der synchrone Lauf des Erregersatzes nicht gestört.

Im Diagramm (Abb. 2) stellt ABC das Spannungsdreieck des ruhenden Motors dar. A C ist die Netzspannung, B A die Ohmsche, C B die induktive Gegenspannung im Ankerstromkreis. Der Stronrvektor ist durch A J₀, der Feldvektor durch CF₀ gegeben; stehen beide aufeinander senkrecht, so ist das Drehmoment null. In dem Maße jedoch,als der Feldvektor durch Verstellen des Handhebels h gegen die Lage C F' bewegt wird, wächst das Drehmoment des Motors an und setzt dessen Läufer in Drehung. Dieser entwickelt hierbei eine vom Feldvektor stets phasenabhängige EMK Ä A der Rotation. Beim Anlaufen wächst die Rotationsspannung A' A als Gegen-EMK immer zeitlich in Gegenphase mit dem Feldvektor C F', bis ein Beharrungszustand erreicht ist. Während des Anwachsens der Rotationsspannung A' A verschiebt sich der Stromvektor A' Γ immer mehr in die Richtung der Klemmenspannung A C. Durch entsprechende Wahl der Induktanz im Ankerstromkreis oder der Größe des Erregerfeldes und. entsprechende Einstellung des Handhebels h kann man für ein bestimmtes Drehmoment, zweckmäßig das häufigst vorkommende Drehmoment, die Klemmenspannung A C und den Ankerstrom A' J' gleichphasig machen; der Motor läuft also mit cosy=i, wie das Diagramm zeigt. Ebenso ist es möglich, bei diesem Drehmoment etwa mit voreilendem Strom zu arbeiten und dadurch z. B. die Phasenverschiebung in der Fahrleitungsanlage zu verbessern. Die Geschwindigkeit des Motors während des Laufes ist ohne weiteres durch Verstellen der Zeitphase des Erregerfeldes regelbar, wobei sich allerdings der Leistungsfaktor etwas ändert. Da es aber im allgemeinen nur kleiner Verstellwinkel bedarf, wird er hierbei von dem einzuhaltenden Wert nur wenig abweichen.

Eine Regelung im Ankerstromkreis kann gänzlich entfallen. Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn das Drehmoment des Motors lediglich durch Veränderung der Zeitphase des in seiner Größe konstanten Erregerfeldes geregelt wird. Wesentlich für diese Anordnung ist der dauernd eingeschaltete Widerstand b, der den Ankerstrom auf seinen zulässigen Höchstwert begrenzt. Die Anlage ist daher auch kurzschlußsicher. Der induktive Widerstand b kann auch in den Motor oder den diesem vorgeschalteten Transformator hineinverlegt sein, indem man z. B. den Motor nicht oder nur teilweise kompensiert oder den Transformator mit vergrößerter Streuung ausführt.

Bei der neuen Einrichtung ist ohne Veränderung der S'chaltverbindungen lediglich durch Verstellen des Handhebels h auch der stetige Übergang von Fahrt auf Nutzbremsung und die Regelung im Bremsbereich möglich. Zu diesem Zwecke ist der Feldvektor aus der Lage C F' z. B. in die Lage C F" zu bringen. Die entsprechende Rotationsspannung ist nun A" A. Aus der Lage des Stromvektors A" J" zum Klemmenspannungsvektor A C erkennt man, daß sich der Motor im Generatorzustand befindet, also ein Bremsdrehmoment liefert. Der Winkel zwischen FeId- und Stromvektor ,kann hierbei ebenso geändert werden wie im Motorzustand, so daß verschiedene Größe des Drehmomentes erhalten werden kann.

Um mit kleineren Strombegrenzungswiderständen im Ankerkreis auszukommen, kann gegebenenfalls ein Stufentransformator neben der Feldverdrehung mit zur Regelung verwendet werden, dessen Stufen jedoch wesentlieh gröber sein können als bei bekannten Einrichtungen.

Der Erregerumformer kann zweckmäßig auch zugleich den Lüfter für den oder die Motoren antreiben. Bei Lokomotivantrieben mit Vertikalmotoren kann der Umformer ebenfalls vertikal angeordnet und mit dem Lüfter baulich vereinigt sein, wodurch die Lokomotivausrüstung übersichtlicher wird. Die Regelung des Drehmomentes bei laufendem Motor kann auch selbsttätig, z. B. durch mechanische oder elektrische Relais, im Sinne

einer gewünschten Charakteristik erfolgen. Wie aus Abb. 2 hervorgeht, kann man auch schon durch geeignete Wahl der Induktanz im Ankerstromkreis und der Erregung erreichen, daß bei fallender Drehzahl (kleiner werdender Rotationsspannung A' A) die Phase des Stromes Ä J' gegen die Phase des Feldes C F' rückt, d. h. 'daß das von ihrer gegenseitigen Phasenverschiebung abhängige Drehmoment ίο größer wird, so daß man eine ähnliche Motorcharakteristik erhält wie beim Gleichstromreihenschlußmotor.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren und Anordnung zum Betrieb von elektrischen Motoren mit Wechselstromerregung, insbesondere Einphasenwechselstromkollektormotoren für Bahn-

   ao betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Motors bei feststehenden Bürsten vorzugsweise in allen Betriebszuständen, mindestens aber beim Anlassen oder Nutzbremsen durch Änderung der Zeitphase des Erregerstromes gegenüber der Phase des Ankerstromes oder Änderung von Zeitphase und Größe des Erregerbzw. Ankerstromes geregelt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein in der Zeitphase veränderbares, in seiner Größe vorzugsweise konstantes Erregerfeld und einen Strombegrenzer im Ankerstromkreis, vorzugsweise einen dauernd eingeschalteten Widerstand (b).
3. 3. Ausführungsform nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strombegrenzenden Widerstände in den Motor oder den diesem vorgeschalteten Transformator hineinverlegt sind, indem z. B. der Motor nicht oder nur teilweise kompensiert oder der Transformator mit vergrößerter Streuung ausgeführt ist.
4. 4. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor fremderregt ist und seine Erregung aus einem Synchronmotorgenerator mit gleichbleibender bzw. fest eingestellter Gleichstromerregung entnommen wird, dessen Generator einen zur Veränderung des Erregerstromes verdrehbaren induzierten Teil hat.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen