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Einrichtung zur Regelung der Drehmomente von elektrischen Bahnmotoren
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehmomente von elektrischen
Bahnmotoren o. dgl., insbesondere zur Verliinderung des Gleitens der Radsätze von
Fahrzeugen mit mindestens einer Laufachse, wobei die Triebachsen und mindestens
eine Laufachse untereinander parallel geschaltete Hilfsgleichstrommaschinen antreiben.
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Bei großen Beschleunigungs- oder Verzögerungskräften tritt häufig
ein Gleiten der Radsätze der Triebachsen elektrischer Fahrzeuge ein. Beginnt beispielsweise
ein Radsatz eines Fahrzeugs mit mehreren Triebachsen zu gleiten, so fließt ein größerer
Strom durch die anderen Triebmotoren, und die von diesen Motoren angetriebenen Radsätze
beginnen ebenfalls zu gleiten.
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Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung des Gleitens von Radsätzen
an elektrischen Fahrzeugen mit mehreren Triebachsen ohne Laufachse in jedem Triebmotor
zwei zusätzliche Wicklungen vorzusehen, deren Durchflutungen einander entgegenwirken.
Diese bekannte Anordnung weist aber den Nachteil äuf, daß bei it Triebachsen it
zusätzliche Wicklungen vorgesehen werden müssen. Dies bedeutet aber eine Komplizierung
der Wicklungsanordnung in den Triebmotoren.
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Eine andere bekannte Anordnung zur Er-'lieltlllg des Gleichlaufs von
Gleichstrommotoren kann nur für eine gerade Anzahl von Triebmotoren verwendet werden.
Ferner ist es auch bekannt, das Schleudern einzelner Radsätze durch Relais zu verhindern,
die je einer Triebachse zugeordnet sind und unter dem Einfiuß einer von dem Triebmotor
angetriebenen Hilfsmaschine stehen.
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Die Erfindung vermeidet alle Nachteile ohne die Verwendung von Relais
dadurch, daß die von einer Triebachse angetriebene Hilfsmaschine durch die mittelbar
über eine weitere Hilfsmaschine oder unmittelbar erfolgende Erregung einer Hilfswicklung
des Triebmotors dem Drehmoment des zugehörigen Triebmotors eine das Gleiten dieser
Triebachse verhindernde Richtung erteilt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Abb. r zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in ihrer einfachsten
Form. Auf den Triebachsen mit den Motoren 11l1 und 11/12, deren Erregerwicklungen
A1 und A2 durch irgendeine nicht gezeichnete Stromquelle gespeist werden können,
und auf einer dritten freien Achse, d. h. einer Laufachse, sind Hilfsgleichstrommaschinen
D1, D2 und Do vorgesehen. Die Hilfsmaschinen Dl und D2 liegen in Parallelschaltung
an den .Klemmen der Hilfsmaschine Do. Hierbei durchfließt der Strom der Hilfsmaschine
D1 die Ständerwicklung Bi des Motors ,171 und der Strom der Hilfsmaschine D2 die
Ständerwicklung B2 des Motors 11l.,.
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Gleitet keiner der beiden Triebradsätze, so sind die von den Hilfsmaschinen
Dl, D.= und D, erzeugten Spannungen gleich und der
Ankerstromkreis
der Hilfsmaschinen Dl, D2 und Do stromlos. Gleitet jedoch der Radsatz nlit dem Motor
11- so wird die von der Hilf sinaschine D= erzeugte Spannung bei Motorenbetrieb
des 'Motors 1l.= einen größeren Wert bzw. bei Bremsbetrieb einen kleineren Wert
haben als die erzeugten Spannungen der Hilfsmaschinen Dl und Do. Die' Ständerwicklung
B2 wird daher in einer bestimmten Richtung von einem starken Strom durchflossen.
Die Wicklung B= ist derart geschaltet, daß das Feld des -Motors 2h mit der Drehzahl
zunimmt. Liegen die Motoren 1I11 und 11. an einem letz gleichbleibender Spannung,
so nimmt mit zunehmender Drehzahl das Drehmoment des Motors JI2 schnell ab. Das
Gleiten des Radsatzes mit dem Motor 1112 hört sodann auf. Der die Hilfsmaschine
D2 durchfließende Strom wird infolge des kleineren Widerstandes des Stromkreises
der Hilfsmaschine D, zum größten Teil dieser Hilfsmaschine und nur ein kleiner Teil
der Hilfsmaschine Dl entnommen. Das Feld des Motors JIl wird dadurch nur wenig abnehnien
und das Drehmoment des Motors 1111 nur wenig zunehmen, so daß die Zunahme des Drehmomentes
des -Motors JIl im Vergleich zur Abnahme -des Drehmomentes des Motors Z1_ praktisch
vernachlässigt werden kann.
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Abb. 2 zeigt eine Anlage, bei der die -r%Iotoren JIl und -1I2 von
einer Metadyne T gespeist werden. Eine Metadyne ist eine umlaufende Gleichstrommaschine
mit einem Stromwender und mit zwei Bürsiensätzen je Kreis. Dem sekundären Bürstensatz
kann ein Strom von angenähert unveränderlicher Größe entnommen werden, die durch
Änderung der Durchflutung der Ständerwicklungen der -Metadyne geregelt werden kann.
Die Bürsten des zweiten, primären Bürstensatzes liegen an einer annähernd gleichbleibenden
Spannung.
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Die \letadvne kann sowohl als Umformer als auch als Generator wirken.
Wirkt die -letadvne als Umformer, so liefert das Gleichstromnetz gleichbleibender
Spannung, an das die primären Bürsten angeschlossen sind, die gesamte Leistung.
Wirkt die Metadvne als Generator, so sind die primären Bürsten Tiber eine Ständerwicklung
kurzgeschlossen. Der Spannungsunterschied an den priinären Bürsten ist somit annähernd
Null. Die -esamte Leitung wird dann der von irgendeiner llascliine angetriebenen
Welle der Metadyne entnoinnien. Sind jedoch die priinären Bürsten des -letadvnegenerators
wie bei einem @letad\,lieuuitormer an ein Gleichstroinnet7 finit gleichbleibender
Spannung angeschlossen und @tä nderwicklungen in dein Generator vorgesehen, so wird'
auch von dem hleichstroninetz ein kleiner Teil der Leistung geliefert. Der größte
Teil der Leistung wird aber der von irgendeiner Kraftmaschine angetriebenen Welle
der Metadyne entnommen.
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Die bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
verwendeten Metadynen besitzen zwei primäre Bürsten a, c und zwei sekundäre
Bürsten b, d. D.er von einer der Hilfsmaschinen Dl oder D., gelieferte Strom
durchfließt auch in der Anordnung gemäß Abb.2 eine Ständerwicklung B1 bzw. B2 des
zugehörigen Motors lIl bzw. j112. Der von der Hilfsmaschine D, abgegebene Strom
durchfließt die Ständerwicklung W der Metadyne T. Diese Ständerwicklung ist
derart geschaltet, daß das Feld eines Motors mit zunehmender Drehzahl abnimmt und
daß der Sekundärstrom der Metadyne mit zunehmender Drehzahl der Triebwellen abnimmt,
sofern es sich um eine Beschleunigung des Fahrzeugs handelt. Im Falle der Verzögerung
oder Bremsung sind die Schaltengen der Ständerwicklungen umgekehrt.
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Die Ständerwickltmgen B1, B. und W sind stromlos, wenn keiner der
Radsätze gleitet. Zur Erzeugung der Ständerflüsse der Motoren 3h und 1112 und der
MetadyneT dienen dann nur die von einer nicht gezeichneten Stromquelle gespeisten
Ständerwicklungen A" Az und L'. Die Ständerwicklungen Bi, B2 und bi' werden
somit nur beim Gleiten der Radsätze wirksam. Sie können daher als Korrekturwicklungen
bezeichnet werden.
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Bei dem in Abb.3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen
die Motoren @IIl und JI2 in Parallelschaltung an den sekundären Bürsten der Metadyne
T. Zur Erregung der Motoren il-h und 1112 ist nur je eine Erregerwicklung El bzw.
E2 vorgesehen. Die Erregerwicklung El wird von der Hilfsinetadyne Cl und die Erregerwicklung
E2 von der I-#ilfsmetadvne C2 gespeist.
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Der Sekundärstrom jeder Hilfsmetadyne wird durch, drei Ständerwicklungen
FM, N1 und L1 bzw. P., i1'2 und L= geregelt. Die Ständerwicklungen P1 und P2 sind
die Hauptständerwicklungen, die von einer nicht gezeichneten Stromquelle gespeist
werden. Die Ständerwicklungen 111 und N2 sind die Korrekturwicklungen, welche von
dem Strom der zugehörigen Hilfsmaschine Dl und D2 durchflossen werden. Die Ständerwicklungen
L1 und L2 «-erden von dem Strom des Motors 1v11 bzw. 1,1. durchflossen und
dienen dazu, die Ströme zwischen den beiden parallel geschalteten Motoren All und
Al. gleichmäßig ztt verteilen. Bei der Anordnung gemäß Abb. 3 sind die verschiedenen
Ständerwicklungeti nicht in den Triebmotoren, sondern in den sehr kleinen IIil fsiiietaclyiieil
angeordnet, so daß die Triebmotoren. eine einfachere und leichtere Bauart erhalten.
In
der Anordnung gemäß Abb. q. sind die Motoren _1I1 und 11Q2 in Parallelschaltung
an die sekundären Bürsten der Metadyne T angeschlossen. Die Erregerwicklungen Ei
und E2 der Motoren 1111 bzw. 1112 sind in Reihe mit der den sekundären Strom der
Metadyne 7' regelnden Ständerwicklung V geschaltet und Werden von der Hilfsmetadyne
Co gespeist. Zur Regelung sind die Erregerwicklungen Ei tind E2 der Motoren 111,
bzw. 1112 außerdem noch an die sekundären Bürsten b, d der Ililfsinettidvnen C1
bzw. C'2 angeschlossen. Der selanidiire Strom der Hilfsmetadynen C1 und C'_ wird
durch die Ständerwicklungen Ni bzw. 1% und L1 bzw. L2 geregelt. Die Wickhingen N1
und.LY2 werden von dem Strom der entsprechenden Hilfsmaschine Dl bzw. D2 und Klie
Wicklungen L1 und L2 von dem Strom des <ntsprechenden Triebmotors 1V11 bzw. 11A2
durchflossen. Infolgedessen werden die Hilfsnietadynen C1 und C2 nur einen kleinen
Teil des durch die Wicklungen Ei und E2 fließenden Stromes liefern, der gerade groß
genug ist, um eine geeignete Verteilung des Stromes zwischen den parallel geschalteten
Triebmotoren und eine Verhütung des Gleitens der Radsitze zu gewährleisten. Die
Anordnung geinäß Abb. q. ermöglicht daher gegenüber der .Anordnung gemäß Abb.3 die
Verwendung wesentlich kleinerer Maschinen.
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Der sekundäre Strom der Hilfsmetadyne Co wird durch die Ständerwicklungen
X und S geregelt. Die Hauptwicklung X wird von einer nicht gezeichneten Stromquelle
gespeist. Die Wicklung S ist eine Korrekturwicklung und wird von der Hilfsmaschine
D, gespeist. Gleitet keiner der Radsätze, so erzeugt die Ständerwicklung S keine
Durchflutung. Der sekundäre Strom der Hilfsmetadyne Co ist dann nur durch die Durthflutung
der Ständerwicklung X bestimmt. Gleiten aber die l@adsätze, so wird der sekundäre
Strom der l-lilfsmetadyne Co durch die Erregung der Ständerwicklung S stark geändert,
daß die Drehmomente der gleitenden Radsätze durch (las gleichzeitige Vermindern
des Ankerstronies und des Erregerstromes der Triebmotoren stark vermindert werden.
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Abb. 5 und 6 veranschaulichen zwei weitere Ausführungsbeispiele der
Erfindung, die eine weitere Verkleinerung der Hilfsmetadynen dadurch ermöglichen,
daß ihr sekundärer Strom bei normaler Wirkung gleich Null ist. I n der Anordnung
gemäß Abb. 5 wird der Sekundärstrom der Hilfsmetadynen.C1 und C.., durch drei Ständerwicklungen
gesteuert. Die Stünderwicklungen Ni bzw. IV. werden von einem Strom der Hilfsmaschine
D, bzw. D._, die Ständerwicklungen L 1 und L 2 von dem Strom des entsprechenden
Motors .lli bzw. .1l., 1111r1 die Stiinderwicklungen K1 und, K2 von dem Strom des
anderen Motors M2 bzw. IPI, durchflossen. Bei normalem Betrieb der Anordnung werden
die Ständerwicklungen Ni und N2 keine Durchflutung, die Ständerwickiungen K1 und
K2 und die Ständerwicklungen L1 und L2 gleiche, aber entgegengesetzte Durchflutungen
erzeugen, so daB der sekundäre Strom der Hilfsmetadynen gleich Null ist.
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Bei dem in Abb. 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung
erhält man das gleiche Ergebnis dadurch, daß man die Durchflutungen der Ständerwicklungen
L1 und L2 durch die Durchflutungen der Ständerwicklungen H1 bzw. H2, welche von
dem sekundären Strom der Hilfsmetadyne Co durchflossen werden, kompensiert.
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Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen waren stets nur zwei
Radsätze mit Triebmotoren vorhanden. Die Erfindung ist aber natürlich nicht hierauf
beschränkt, sondern kann vielmehr ohne weiteres bei Anordnungen mit mehr als zwei
Triebradsätzen angewendet werden.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist ferner die Metadyne
T in Kreuzschaltung verwendet. Es könnte aber auch die 5-Schaltung Anwendung finden.
Ferner könnten an Stelle der Hilfsmetadynen G1, C2 und Co auch andere Hilfsmaschinen,
beispielsweise Krämer-Maschinen, verwendet werden.