DE551079C - Selbsttaetige Steuerung fuer Fahrzeuge mit elektrischer UEbertragung der Leistung mitgefuehrter Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren - Google Patents

Selbsttaetige Steuerung fuer Fahrzeuge mit elektrischer UEbertragung der Leistung mitgefuehrter Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren

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DE551079C
DE551079C DES89054D DES0089054D DE551079C DE 551079 C DE551079 C DE 551079C DE S89054 D DES89054 D DE S89054D DE S0089054 D DES0089054 D DE S0089054D DE 551079 C DE551079 C DE 551079C
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DE
Germany
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field weakening
winding
traction motors
power
vehicles
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Expired
Application number
DES89054D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hans Voigtlaender
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
Original Assignee
Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

Description

  • Selbsttätige Steuerung für Fahrzeuge mit elektrischer Übertragung der Leistung . mitgeführter Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur selbsttätigen Steuerung von Fahrzeugen, insbesondere dieselelektrischen Fahrzeugen, bei denen die Übertragung der durch mitgeführte Kräftmaschinen verfügbaren Leistung mit Hilfe von elektrischen Generatoren auf die Fahrmotoren ohne Anwendung komplizierter Schaltapparate erfolgt.
  • Bei elektrischen Kraftübertragungen der beschriebenen Art liegt häufig die Aufgabe vor, die Charakteristik der elektrischen Kraftübertragung der Charakteristik des, Dieselmotors anzupassen. . Insbesondere ist es erwünscht, eine Konstanthaltung der elektrischen Leistung unabhängig von Zugkraft und Geschwindigkeit zu erzielen. Die Erfindung erfüllt diese Bedingung in besonders vollkommener _Weise unter Feldschwächung der Fahrmotoren dadurch, daß diese Feldschwächung selbsttätig nicht nur abhängig vom Motorstrom, sondern auch abhängig von der Fahrgeschwindigkeit geregelt wird. Die Feldschwächung der Fahrmotoren abhängig vom Motorstrom zur Beeinflussung der Charakteristik der elektrischen Kraftübertragung ist an sich bekannt. Wie eine Aufzeichnung der Diagramme ergibt, führt diese Maßnahme allein jedoch nicht zum Ziel. Man hat sie im Zusammenhang mit anderen komplizierten Schaltmaßnahmen versucht, ohne vollen Erfolg zu erzielen. Bei der gleichzeitigen Beeinflussung der Feldschwächung der Fahrmotoren abhängig vom Motorstrom und Fahrgeschwindigkeit benutzt man in der Geschwindigkeitzugkraftcharakteristik gewissermaßen beide Ordinaten zur Änderung der Charakteristikfolge, erreicht also, wie ohne weiteres ersichtlich ist, ein viel vollkommeneres Resultat, d. h. eine Übereinstimmung mit der Hyperbel konstanter Leistung. Die Erscheinungen, die hierbei eine Rolle spielten, werden weiter unten an Hand der Betriebskurven erläutert.
  • Die Schaltung der Erfindung bedient sich in bekannter Weise eines mit dem Antriebsmotor gekuppelten Gleichstromnebenschlußgenerators mit Erregermaschine sowie eines von der Achse angetriebenen Gleichstromnebenschlußgenerators. Die zum- Aufbau der Schaltung nach der Erfindung verwendeten Mittel sind zum Teil in anderer Zusammenstellung bereits bekannt geworden. So hat man bereits die Erregung der Hauptdynamo von einer Achsdynamo abhängig gemacht und auch eine GegencompoundierungderHauptdynamo ebenso wie Feldschwächung der Fahrmotoren vorgesehen. Man erkannte jedoch nicht die Vorteile, die eine selbsttätige Änderung der Feldschwächung abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und vom Motorstrom gewährt.
  • In Abb. r ist ein Schaltbild für eine Steuerung nach der Erfindung dargestellt. Der mit dem Antriebsmotor r gekuppelte Gleichstromnebenschlußgenerator 2 speist über eine Gegencompoundwicklung 21 des Generators und eine Gegencompoundwicklung 22 der Erregermaschine 3 und über ein Schütz 23 den Fahrmotor 5 mit seiner Erregerwicklung 2.4. Die Erregermaschine 3 liefert einerseits den Erregerstrom für die Erregerwicklung 31 des Generators a, andererseits über das Schütz 32 den Erregerstrom für die Hilfsnebenschlußwicklung 33 des Fahrmotors 5. Die Erregermaschine 3 erhält außer' der von der Achsdynamö .l gespeisten Erregerwicklung 4r noch eine Hilfserregerw icklung 61, die über einen Schalter 63 in den Stromkreis einer Batterie 6 eingeschaltet werden kann. Außerdem kann die Erregung 62 der Achsdynamo .l bei Schließen des Schalters 6.1 von der Batterie 6 erregt werden. Die Achsdynamo q. wird von einer Fahrzeugachse angetrieben. Die Wirkungsweise der selbsttätigen Steuerung wird an Hand des in Abb. 2 dargestellten Geschwindigkeit-Zugkraftdiagramms erläutert: Stellt in der schematischen Abb. 2 die Kurve a die normale Charakteristik eines Reihenschlußmotors für konstante Spannung E und die Kurve b die Hyperbel konstanter Leistung entsprechend der Antriebs-, im besonderen Verbrennungsmotorleistung dar, so ist im Schnittpunkt der beiden Kurven bei einer Zugkraft Z1 und einer Geschwindigkeit V1 der Antriebsmotor voll belastet; bei Werten von Z größer als Z; und V kleiner als V1 ist er überlastet,. bei Z kleiner als Z1 und V größer als V1 dagegen, nicht ausgenutzt. Durch Spannungsänderung. wäre es natürlich möglich, praktisch für alle Werte von Z bzw. V auf der Kurve b konstanter Leistung zu bleiben. Denn man kann den Bereich Z größer als Z1 bis Z = Z' mit kleinerer Spannung durchfahren,- als der Kurve a entspricht; fährt man aber für -den Bereich Z kleiner als Z1 mit höherer Spannung, so müßte der. Generator größer bemessen sein. Hält man die Spannung auf einem Wert konstant, der V 1 und Z1 entspricht, und schwächt- dann das Motorfeld durch Parallelwiderstand oder Windungsanzapfung, so erhält man eine Charakteristik c, die es gestattet, noch bei einer Zugkraft Z" kleiner Z1 den Dieselmotor voll auszunutzen. Der Grad dieser Art Feldschwächung ist jedoch mit etwa 3o°/, Erregung begrenzt, so daß selbst mit feiner Unterteilung der Feldschwächung (viele Schütze bzw. Feldanzapfungen) bei hohen Geschwindigkeiten der Dieselmotor nicht mehr ausgenutzt wird, jedoch im Bereich zwischen Z1 und Z1' schon erheblich besser belastet ist als ohne Feldschwächung.
  • Die bekannte, mit einfacheren Hilfsmitteln zu erreichende Feldschwächungsart durch Anbringung einer fremderregten Nebenschlußwicklung auf den liotorhauptpolen gestattet, noch bis zu kleineren Zugkräften als Z1', also beispielsweise bis Z1", die verfügbare Antriebsleistung voll auszunutzen, da die feldschwächende Wirkung einer solchen Hilfswicklung mit abnehmendem Motorstrom zunimmt, die Charakteristik also nach Kurve d verläuft. Da sich der Erregerstrom dieser Hilfswicklung praktisch auch mit einfachen Mitteln sehr fein regeln. läßt, kann man es erreichen, daß der Übergang von Kurve a nach Kurve d auf der Hyperbel b erfolgt, also dauernd mit konstanter Leistung gefahren wird. Vergleicht man die Charakteristiken b und d, so muß also die Generatorspannung etwa im Verhältnis der Ordinaten von Kurve b-zu denen von Kurve d verändert werden, wenn man die feldschwächende Wirkung der Hilfswicklung da einsetzen läßt, wo nach Anfahrt mit der konstanten ZugkraftZ2 die Kurve b erreicht ist, also im Punkt a; erst im Punkt ß der Kurven b und d ist dann die volle Generatorspannung erreicht, und erst von dieser Geschwindigkeit ab tritt dann eine Unterbelastung des primären Antriebsmotors ein, wenn die Geschwindigkeit noch weiter ansteigt. Die Bemessung der Fahrmotorstundenleistung bzw. -dauerleistung und der Generatordauerleistung sowie der Generatorspannung und des Feldschwächungsgrades erfolgt im wesentlichen nach normalen Gesichtspunkten. Stellt man jetzt die Beziehung EG = f (V) auf, d. h. den Zusammenhang zwischen Generatorspannung EG und Geschwindigkeit V des Fahrzeuges, so findet man, daß EG bei konstantem Anfahrstrom entsprechend der Anfahrzugkraft Z2 geradlinig mit V ansteigt bis zum Punkt a und dann bis zum Nennwert im Punkt ß weniger als geradlinig, etwa entsprechend dem Ordinatenv erhältnis - Kurve b Kurve d. Es lag also nahe, die Fahrgeschwindigkeit selbst zur Spannungsregelung auszunutzen, wozu folgender Weg gewählt wurde:-Die mit dem Generator gekuppelte Erreger-. maschine 3 wird bei konstanter Drehzahl des Maschinensatzes von einer batterieerregten Achsdynamo .4, also direkt proportional der Geschwindigkeit 1-, erregt; ihre Spannung und -damit der Erregerstrom des Hauptgenerators steht also in einem bestimmten Verhältnis zur Fahrgeschwindigkeit, das durch die Charakteristiken von Achsdynamo und Erregermaschine bedingt ist. Ein ähnliches Verhältnis besteht auch für die Generatorspannung und die Fahrgeschwindigkeit. Da hierfür jedoch schon eine Beziehung gefunden war, besteht die Aufgabe darin, die Maschinen so zu bemessen, daß die beiden Kurven für EG = f (V) sich decken. Zu bedenken ist dabei, daß die Erregung der Motorhilfswicklung 33 von der Erregermaschine 3 aus und damit die Feldschwächung im Punkt a der Abb. 2 einsetzt und dann mit steigender Fahrgeschwindigkeit V zunimmt. Dementsprechend würde die Charakteristik d, die in Abb. 2 für einen beliebigen, aber konstanten Wert des Feldschwächungsstromes gilt, zwar noch durch ß gehen, rechts davon jedoch tiefer liegen und daher die aus dem Ordinatenverhältnis gefundene Beziehung f (EGV) zwar eine Änderung, aber nur zahlenmäßig, erfahren. Zur Erfüllung dieser Funktion kann außer am Generator auch an der Erregermaschine eine vom Fahrmotorstrom durchflossene Gegencompoundwicklung 22 angeordnet werden, so daß dann die Erregermaschinenspannung und damit die Erregung des Hauptgenerators sowie die Feldschwächung der Motoren nicht nur von der Fahrgeschwindigkeit und der Sättigung der Erregermaschine, sondern auch vom Fahrmotorstrom abhängt.
  • Da, wie bereits erwähnt, die feldschwächende Wirkung der Fahrmotorhilfswicklung mit abnehmendem Fahrrnotorstrom zunimmt, andererseits während der eigentlichen Anfahrt die Geschwindigkeit und damit auch die Erregermaschinenspannung noch klein sind, wird keine erhebliche Feldschwächung und damit verbundene Herabsetzung des Drehmomentes bzw. Zugkraft eintreten, wenn die Fahrmotorhilfswicklung nicht erst im Punkt a eingeschaltet wird, sondern schon im Stillstand, bei Beginn der Anfahrt. Bei konstantem Anfahrstrom wird daher die Anfahrzugkraft des Fahrzeuges mit steigender Geschwindigkeit etwas abnehmen .und dann in die Hyperbel b übergehen, wenn die Generatorspannung direkt proportional mit der Geschwindigkeit ansteigt; läßt man sie etwas stärker als proportional ansteigen, so kann man konstante, ja sogar etwas steigende Anfahrzughzaft erhalten; von Erreichung der Hyperbel b ab gelten dann jedoch wieder die früheren Überlegungen.
  • Da im Stillstand die Generatorspannung Null ist, erhält zum Zwecke des Anfahrens die Erregermaschine 3 eine Hilfserregerwicklung 61, die von der Batterie aus mit einem solchen Strom erregt wird, daß der Generator den erforderlichen Anfahrstrom gibt; auf diese Hilfserregung baut sich dann die von V abhängige Erregung durch die Achsdvnamo auf, doch kann nach erfolgter Anfahrt die Hilfserregung auch von Hand oder automatisch wieder abgeschaltet werden.
  • Zur Regelung des Fahrzeuges sind nur erforderlich: ein Handschalter 63, mit dem der Führer zwecks Anfahrens die Hilfserregung der Erregermaschine 3 einschaltet, und, sofern überhaupt Feldschwächung verwendet werden soll oder diese nicht bereits vom Stillstand ab erfolgt, ein Schütz 32, das die Hilfswicklung 33 des Fahrmotors 5 bzw. mehrerer Fahrmotoren zum gegebenen Zeitpunkt an die Erregermaschine schaltet. Das Ansprechen dieses Schützes kann man vom Führer oder von einem Relais abhängig machen, das als Zeit-Strom-Spannungs-Gesch«-indigkeitsrelais oder als Leistungsrelais ausgeführt sein kann. Die Fahrtrichtungsänderung erfolgt in bekannter «'eise. Das Ausschalten der Fahrmotoren kann in bekannter Weise selbsttätig, z. B. durch Fahrsperre, Überstrom, Überlast, Zugtrennung, Notbremszuggriff oder durch den Führer, erfolgen, und zwar durch Unterbrechung oder Schwächung einer oder mehrerer der Erregungen oder durch direktes Abschalten der Motoren über Schütze, z. B. 23, und nachfolgende Abschaltung oder Schwächung der Erregungen.
  • Die beschriebene Steuerungsart macht den Führer von allen Regelungsmaßnahmen während der Fahrt vollkommen frei und bedingt das Mindestmaß an Schaltapparaten im Gegensatz zu anderen automatischen Steuerungen, die mit mehreren, oder gar vielen mechanischen, elektromotorischen oder elektromagnetischen Schaltorganen arbeiten. Abb. 3 zeigt schematisch den erlauf von Generatorspannung EG, Motorstrom _T"; und Drehmoment 31,i in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit V für den Anfahrtbereich I bis zur Geschwindigkeit V2 entsprechend Punkt a in Abb. 2 und für den Fahrtbereich zwischen V2 und V1" entsprechend der Kurve b von a bis ß in Abb. 2.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Selbsttätige Steuerung für Fahrzeuge mit elektrischer Übertragung der Leistung mitgeführter Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, bei welcher die Regelung der Feldschwächung der Fahrmotoren selbsttätig in Abhängigkeit vom Motorstrom erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldschwächung der Fahrmotoren (5) gleichzeitig abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges geregelt wird.
  2. 2. Selbsttätige Steuerung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldschwächungswicklung (33) der Fahrmotoren (5) von einer Dpamo (3) gespeist wird, die eine von einer Achsd-,#namo (4.) gespeiste Erregerwicklung (4 sowie eine vom Motorstrom durchflossene Gegenerregerwicklung (22) besitzt.
  3. 3. Steuerung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegebenenfalls selbsttätiges Schütz (32) die Feldschwächungswicklung (33) der Fahrmotoren in dem betriebsmäßig erforderlichen Zeitpunkt an die zugehörige Dynamo (3) schaltet. Steuerung nach Anspruch z oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldschwächungswicklung- (33) der Fahrmotoren ohne Zwischenschaltung eines Steuerschützes mit der zugehörigen Dynamo (3) verbunden ist und diese Dynamo so bemessen ist, daß bei Beginn der anfahrt durch die Feldschwächungswicklung das liotordrehmoment nicht wesentlich verringert wird.
DES89054D 1928-12-22 1928-12-22 Selbsttaetige Steuerung fuer Fahrzeuge mit elektrischer UEbertragung der Leistung mitgefuehrter Kraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren Expired DE551079C (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE757246C (de) * 1937-03-17 1953-08-10 Aeg Turboelektrischer Antrieb fuer Triebfahrzeuge
DE763190C (de) * 1936-09-19 1954-01-25 Siemens Schuckertwerke A G Elektrisches Mehrkrafttriebfahrzeug
DE1073023B (de) * 1960-01-14 Societe anonyme des Ateliers de Secheron Genf (Schweiz) Schaltungsemrichtung fur dieselelektrische Fahrzeuge
DE1101487B (de) * 1953-02-19 1961-03-09 Licentia Gmbh Einrichtung zur Feldschwaechung von mit Gleichstrom konstanter oder beliebig veraenderlicher Spannung gespeisten Reihenschluss-Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge
DE1149045B (de) * 1954-11-20 1963-05-22 Siemens Ag Einrichtung zur Regelung von Gleichstrom-motoren mit gemischter Erregung fuer den Antrieb von elektrischen Triebfahrzeugen

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