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Steuereinrichtung für Reihenschlußelektromotoren mit einem parallelen,
sich selbsttätig verändernden Feldwiderstand Bei Verwendung grobstufiger Widerstandsteuerungen
ist einselbsttätiger Zugkraftausgleich vorgeschlagen worden, der darin besteht,
daß parallel zum Motorfelde der Anker einer Ausgleichmaschine gelegt wird und daß
beim Schalten von einer zur anderen Wi.derstandstufe im Hauptstromkreis durch den
Ausgleichvorgang der Motor elektromagnetisch gesteuert wird.
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Noch vorteilhafter wirkt der elastische Shunt zum Motorfeld gemäß
der Erfindung, welche sich auf eine Steuereinrichtung für Reihenschlußelektromotoren
mit einem parallelen, sich selbsttätig ändernden Feldwiderstand bezieht. Das Neuartige
besteht darin, daß der auf jeder vollen Regelstufe des Hauptstromkreises sich selbsttätig
erhöhende Parallelwiderstand beim Übergang von einer zur anderen, d. h. zwischen
.den Regelstufen, insbesondere elektromagnetisch auf einen geringeren bzw. den Anfangswert
zurückgeführt wird. Ruhende bzw. elektromagnetisch gesteuerte Ausgleichwiderstände
weisen gegenüber der Ausgleichmaschine große Vorteile in bezug auf Betriebssicherheit,
Leichtigkeit der Überwachung und des Aufbaus auf.
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Die erwähnten, nicht umlaufenden Ausgleichelemente, die aus geregelten
oder sich selbst regelnden Ohmschen Widerständen, Induktionsspulen und Kondensatoren
oder einer Kombination dieser bestehen können, liegen parallel zum Feld des zu regelnden
Elektromotors. Im Überschaltmoment muß die sonst auftretende Drehmomentspitze durch
entsprechende Feldschwächung abgefangen und unterdrückt werden. Es ist also nötig,
daß die Widerstände im Überschaltmoment ihr Maximum an Strom aufnehmen, der dann
allmählich auf kleine Werte oder Null abnimmt. Es wird mit anderen Worten von diesen
Ausgleichwiderständen eine fallende Widerstandscharakteristik gefordert.
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Durch die bei Überschalten jeder Stufe fallende Charakteristik des
Widerstandes wird ein Ausgleichstrom gebildet, dessen Verlauf in Größe und zeitlicher
Abhängigkeit das Motorfeld dergestalt steuert, daß Zugkraftspitzen verhindert und
angenähert konstante Zugkraft am Radumfang eines Triebfahrzeuges abgegeben wird.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Diese Beispiele beziehen sich auf die Kurzschlußbremsung; in entsprechender
Weise kann die Erfindung auch auf Anfahrschaltungen angewandt werden. In den Starkstromkreis
für elektrisches Bremsen des Motors z wird parallel zum Hauptfeld 2 ein Ohmscher
Widerstand
5 gelegt, aper mittels eines sp?,nnungsabhängigeiidegiers 6 verändert werden kann.-
Der Bremskreis wird durch den Fahrschalter 3, welcher den Ankervorschaltividerstand
q. stufenweise kurzschließt, gesteuert. Wird- bei der Ausführungsform nach Abb.
i die Spule des Reglers 6 erregt, dann bewegt sich der Kern des Reglers nach oben,
und zwar unter der Wirkung der Dämpfungsvorrichtung 7 langsam. Hierbei wird der
zum Felde 2 parallel geschaltete Anteil des Widerstandes 5 allmählich vergrößert.
Beim Aberregen der Spule fällt dagegen der Kern unverzögert ab und ändert den Ohmwert
des Nebenschlusses in verhältnismäßig kurzer Zeit auf einen Mindestwert.
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Über die Kontakte 21 und 22 und die Kontaktbrücke 24 der Fahrschalterwalze
3 ' wird die Spannungsspule parallel zum Hauptfelde des Motors z gelegt. Beim Überschalten
von der einen auf die nächste Widerstandstufe wird jedesmal dieser Stromkreis unterbrochen,
so daß die Spule aberregt wird. Beim Auftreffen auf das Schaltsegment der nächsten
Widerstandstufe ist parallel zum Hauptfeld der kleinste Widerstandswert eingeschaltet,
der nun nach Maßgabe der sich aufbauenden Feldspannung, welche zur Erregung der
Spule 6 dient, und der der Spulenkraft .entgegenwirkenden Dämpfung selbsttätig vergrößert
wird. Durch die besondere Ausgestaltung des Widerstandes der Spannungspule und ihrer
Dämpfung 7 kann diese Regelung den jeweils vorliegenden Verhältnissen in jeder Beziehung
angepaßt werden.
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Die Ausführungsform nach Abb. 2 hat den Vorteil, keine Kontakte im
Nebenschlußkreis des Motors- zu erfordern. Hierbei wird ein geschichteter Kohlewiderstand
8, dessen Ohm.-scher Widerstand von dem auf ihn ausgeübten Druck abhängig ist, parallel
zum Motorenfeld gelegt. Der Druck wird von einer Zugfeder c9-ausgeübt, der einer
Spanriungspule 6 entgegenwirkt, die vom Hauptfeld gespeist wird. Beim überschatten
der Stufen wird jedesmal der Erregerstromkreis für die Spule 6' über die Fahrschalterpunkte
2i, 22 und deren Brückensegmente 2q. unterbrochen; die durch die Spule ausgeübte
Gegenkraft fällt fort, die Feder zieht sich zusammen und der Kohlewiderstand nimmt
den geringsten Ohmwert an. Beim Auftreffen auf das nächste Ankerwiderstandschä.lts:egrnent
erreicht also der Nebenschlußstrom seinen Höchstwert und fängt die Zugkraftspitze
ab. Nun sucht die Spannungspute den Zug der Feder zu vermindern mit der Maßgabe,
wie sich das Feld aufbaut, erst langsam, dann, infolge des am Felde vorhandenen
Spannungsverlaufs sich allmählich steigernd. Bei der grobstufigen Widerstandsregelung
wird also ein selbsttätiger und stetiger Ausgleich des Drehmomentes durch selbsttätige
Feldregelung des Triebmotors auf jeder Stufe erzielt. In Reihe mit dem geregelten
Widerstand 8 liegt noch ein fester Widerstand 5.
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Den weiteren Vorteil, weder Spulen noch Zusatzeinrichtungen zu erfordern,
weist die in Abb.3 dargestellte Einrichtung auf, die beim Überschalten parallel
zu den Motorfeldern Widerstände mit hohen Temperatur-- koeffizienten legt, z. B.
Eisenwiderstände. Die selbsttätige und stetige Feldregelung ergibt sich dann durch
die Temperaturerhöhung, die von dem Nebenschluß hervorgerufen wird. Wieder ist im
Zeitpunkt des Überschaltens wegen des geringen Ohmwerts des kalten Eisenwiderstandes
die Nebenschlußwirkung am größten und der Drehmomentstoß wirksam abgefangen, und
mit wachsender Zeit geht sie dann stetig zurück. Diese Ausgleichregel@ng auf jeder
Stufe erfolgt also völlig selbsttätig und ihr zeitlicher Verlauf kann weitgehend
durch Gewicht, Oberfläche und Ohmwert der Eisenwiderstände beliebigen Fällen angepaßt
werden.
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Wegen der eine gewisse Zeit beanspruchenden Abkühlung wird man zweckmäßig,
wie es in Abb. 3 gezeigt ist, zwei oder mehrere getrennte Eisenwiderstände 5', 5"
anordnen und sie abwechselnd bei den einzelnen Stufen verwenden, um eine möglichst
wirksame und gleichmäßige Regelung zu erhalten. Wird der Schalter in die Stellung
i gebracht, dann wird parallel zum Feld :2 der Eisenwiderstand 5' geschaltet. Infolge
seiner niedrigen Temperatur hat dieser Eisenwiderstand zunächst einen geringen Ohmwert,
so daß ein großer Teil des Hauptstroms über diesen Widerstand verläuft und das Feld
entsprechend geschwächt wird. Infolge der durch den Strom hervorgerufenen Temperaturerhöhung
steigt der Ohmwert allmählich an, so daß der Strom ins Feld 2 gedrängt wird und
das Bremsmoment entsprechend ansteigt. Wird nun auf die nächste Stufe übergegangen,
so ist der Widerstand 5' wirkungslos. Dafür wird aber der bisher nicht verwendete
Widerstand 5" durch den Kontakt 23 parallel zum Feld geschaltet. Der Widerstand
5" wirkt nunmehr genau so wie auf der ersten Schaltstufe der Widerstand 5'; während
dieser Zeit kühlt sich der Widerstand 5' ab, so daß er den für den nächsten Schaltschritt
erforderlichen Ohmwert wieder annimmt. Wird nun auf Stufe 3 übergegangen, dann ist
dieser Widerstand dem Feld parallel geschaltet und wirkt wie auf der Stufe i. Der
Widerstand 5" hat dagegen Gelegenheit, sich abzukühlen.
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Bei Schaltungen mit Ohmschen WiJerständen, die unter dem Einfluß eines
Reglers
stehen (Abb. i), lassen sich die Aus.gleichvorgänge mit
der gleichen Wirkung auch vorteilhaft umdrehen. Eine .derartige Anordnung wird an
Hand der Abb. q. nähet erläutert.
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Parallel zu dem Hauptfeld 2 des Triebmotors liegt ebenfalls ein Ohmscher
Widerstand 5, der von einem Regler 6 gesteuert wird. Die Spule dieses Reglers wird
durch das Netz PN erregt, und zwar über die Kontakte 21 und 22 und die Brücke 24
einer Fahrschalterwalze oder der Schütze einer selbsttätigen Steuerung, so daß beim
Überschalten von Stufe zu Stufe der Magnetkern angehoben und der Nebenschlußwiderstand
5 in seine Bereitschaftstellung bei kleinstem Ohmwert gebracht wird. Gleichzeitig
wird an der Dämpfung 7, sei es selbsttätig oder in Abhängigkeit von dem Schaltvorgang,
durch ein Ventil die Dämpfung aufgehoben, so daß der Regler sich schnell in diese
Bereitschaftstellung bewegt. Während des Verharrens auf der Widerstandstufe ist
im Gegensatz zu den an Hand der anderen Abbildungen beschriebenen Fällen die Spule
wieder abgeschaltet und die Dämpfung eingeschaltet. Der Ablauf des Regelvorganges
für den Zugkraftausgleich auf dieser Stellung erfolgt nur in Abhängigkeit von der
Dämpfung 7, durch deren Gestaltung der Vorgang weitgehend beeinflußt werden kann.
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Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß mit äußerst einfachen
Mitteln ein sicherer, stetiger und einwandfreier Ablauf des Ausgleichvorganges erreicht
wird.