DE675201C - Einrichtung zur Regelung einer Umformermetadyne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für Fahrzeugantriebe geeignete Einrichtung zur Regelung der Aufnahme- bzw. Abgabeleistung der zusammen mit einer Stromquelle von annähernd konstanter Spannung als Puffermaschine arbeitenden Regelmaschine einer Umformermetadyne. _o

Eine Umformermetadyne ist eine elektrische Maschine, die, ähnlich wie eine Gleichstrommaschine, einen mit Wicklungen versehenen Anker, mit einem oder mehreren Stromwendern und einen gewöhnlichen, ohne oder mit ausgeprägten Polen versehenen Ständer besitzt. Bei der einfachsten Bauart der Metadyne sind dem Stromwender für gewöhnlich zwei Paare von Bürstensätzen zugeordnet. Das primäre Bürstenpaar ist mit einer Gleichstromquelle und das sekundäre Bürstenpaar mit einem Laststromkreis verbunden.

Der Anker der Umformermetadyne läuft normalerweise mit praktisch konstanter Drehzahl in dem von den Strömen der Ankerwicklungen erzeugten Feld um. Der Ständer dient dem von den Ankerströmen erzeugten Fluß als magnetischer Rückschluß von geringem magnetischem Widerstand. Der Ständer ist gewöhnlich mit mehreren Wicklungen versehen, deren magnetische Flüsse die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Maschine beeinflussen.

Eine dieser Wicklungen, die sogenannte Drehzahlregelwicklung, dient dazu, dem Umformer ein beschleunigendes Drehmoment zu geben, wenn die Drehzahl unter einen gewünschten Wert sinkt, und ein verzögerndes Drehmoment, wenn die Drehzahl den gewünschten Wert überschreitet. Zu diesem Zweck ist die Drehzahlregelwicklung in bekannter Weise mit dem Anker einer Regelmaschine geschaltet, die mit der Umformermetadyne mechanisch gekuppelt ist. Die Regelmaschine kann eine nebenschlußerregte Maschine sein, welche an die die Metadyne primärseitig speisende Stromquelle oder an irgendeine andere Stromquelle von konstanter Spannung angeschlossen ist. Die Regelmaschine wirkt als Motor oder als Generator, je nach der Richtung ihres Ankerstromes bzw. des die Drehzahlregelwicklung der Metadyne durchfließenden Stromes, der für die Aufrechterhaltung der. gewünschten Drehzahl erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung ist nun annähernd in der primären Bürstenachse des Umformers außer der erwähnten Drehzahlregelwicklung eine fremderregte Stromregelwicklung vorgesehen, die es ermöglicht, daß der Umformer entweder mechanische Leistung an die mit der Stromquelle von annähernd konstanter Spannung in Reihe geschaltete Regelmaschine

abgibt oder von ihr aufnimmt. Wird die Durchfmtung dieser zusätzlichen Stromregelwicklung in Richtung und Größe geändert, so wird mittelbar auch der Strom in dem die-; Regelmaschine enthaltenden Regelstromkreis veranlaßt, einen bestimmten Wert' anzunehmen, der dem Strom in der Stromregel·* wicklung hinsichtlich Größe und Richtung entspricht. Auf diese Weise wird ermöglicht, daß der Gleichgewichtszustand zwischen dem motorischen und dem generatorisehen Drehmoment der Umformermetadyne, den die Drehzahlregelmaschine normalerweise zu erreichen sucht, aufgehoben wird, und daß die Drehzahlregelmaschine je nach der Einstellung des Stromes in der fremderregten S tromregelwicklung hinsichtlich Größe und Richtung als Generator oder als Motor.wirkt. Bei Motorbetrieb entnimmt sie dann der mit ihr verbundenen Stromquelle von annähernd konstanter Spannung elektrische Leistung und gibt mechanische Leistung an die Umformerwelle ab, so daß der Umf ormermetadyne sowohl elektrische Leistung (über den Primär- Stromkreis) als auch mechanische Leistung zugeführt wird. In der anderen Richtung des Regelstromes in der Stromregelwicklung wirkt die Drehzahlregelmaschine als Generator, der mechanische Leistung der Umformerwelle entnimmt und der mit ihr verbundenen Gleichstromquelle elektrische Leistung zuführt. Bei diesem Betriebszustand wird also 'der mit der Drehzahlregelmaschine verbundenen Stromquelle von konstanter Spannung aus dem die Primärseite des Umformers speisenden Konstantspannungsnetz elektrische Leistung zugeführt.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei solchen Anlagen verwendet werden, bei denen die Stromquelle für die Drehzahlregelmaschine eine Batterie ist, da diese Batterie durch entsprechende Einstellung" des in der Stromregelwicklung der Metadyne fließenden Stromes durch die Drehzahlregelmaschine im Bedarfsfalle aufgeladen werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind der Anker der Umformermetadyne mit MT₁ die primären Bürsten mit a, c und die sekundären Bürsten mit b, d bezeichnet. Der Anker der Drehzahlregelmaschine RM ist auf der Welle der Umformermetadyne angeordnet.

Die im Belastungs- oder Sekundärstromkreis des Umformers liegenden Triebmotoren sind mit M₁ und M₂ und die Batterie mit B bezeichnet. Die Feldwicklungen der Triebmotoren sind nicht gezeichnet. Die auf dem Ständer der Metadyne angeordnete Drehzahlregelwicklung RW und die Stromregelwicklung PVW erzeugen einen magnetischen Fluß in Richtung der primären Bürstenachse. Die , Regelmaschine RM besitzt eine Nebenschluß- :.!.erregerwicklung S, sie kann statt mit einer .,•Kfebenschlußwicklung auch mit einer Reihen-,'1sc|flußwicklung versehen sein. k'-'^aBei der Anordnung nach Abb. 1 ist der primäre Stromkreis der Metadyne über die primären Bürsten a, c mit der ■ Fahrleitung oder der dritten Schiene T und der Rückleitung oder der Erde G verbunden. Die Spannung der Batterie B ist geringer als die Spannung zwischen der Fahrleitung T und der Erde G. Die Regelwicklung PVW ist an eine nicht gezeichnete Stromquelle angeschlossen. Der dieser Wicklung zugeführte Strom ist durch geeignete Mittel in seiner Richtung und Größe regelbar, so daß der Strom der Regelwicklung RW mittelbar in seiner Richtung und Größe, wie oben bereits angeführt, geändert und hierdurch bewirkt werden kann, daß die Regelmaschine RM entweder als Motor oder als Generator arbeitet. In dem ersten Fall entnimmt sie der Batterie B elektrische Leistung. In dem zweiten Fall entnimmt die Regelmaschine der Welle der Metadyne mechanische Leistung und lädt die Batterie auf.

Da die Batterie mit dem primären Stromkreis der Metadyne nicht verbunden ist, kann irgendein Punkt der Batterie an Erde gelegt werden, so daß der Spannungsunterschied zwischen dem positiven Pol und der Erde verringert werden kann, Wenn eine in der Mitte der Batterie gelegene Anzapfung an Erde gelegt wird, ist der Spannungsunterschied zwischen jedem Pol und der Erde gleich.

Bei dem in Abb. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Stelle der Drehzahlregelwicklung RW und der StromregelwicklungPFfF der Metadyne eine einzige Regelwicklung RVW vorgesehen, die sowohl von der mit der Batterie B in Reihe liegenden Regelmaschine RM als auch von einer weiteren Regelmaschine MD gespeist wird, welche zur Erzielung einer bestimmten Charakteristik des von der Umformermetadyne erzeugten Stromes beitragen soll. Diese Regelmaschine MD ist mit der Umformermetadyne mechanisch gekuppelt und mit der Regelwicklung RVW derart verbunden, daß ihre Spannung der Spannung der Batterie B entgegenwirkt. Die Erregerwicklung F_x der zusätzlichen Regelmaschine MD ist mit einer nicht gezeichneten Stromquelle von konstanter Spannung verbunden und erzeugt bei einer bestimmten. Reglereinstellung eine konstante Durchflutung. Sie beeinflußt, wie die Wick- 120. lung PVW, bei der Schaltung nach Abb. 1 den Strom im Stromkreis der Drehzahlregel-

Claims (5)

1. maschine RM und der Drehzahlregelwicklung RW hinsichtlich Größe und Richtung. Die Erregerwicklung F₂ liegt an der Spannung der Batterie B.

   Bei dem in Abb. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spannung der Batterie bei vollem Ladezustand annähernd gleich der Spannung der Hauptstromquelle, beispielsweise eines Bahnnetzes, so daß beim Ausfall der Hauptstromquelle die Batterie, wenn ihre Kapazität groß genug ist, imstande ist, die Lieferung der elektrischen Leistung an die Motoren zu übernehmen. Eine derartige Einrichtung ist beispiels weise vorteilhaft für elektrische Lokomotiven, welche normalerweise Strecken mit Oberleitung, in manchen Fällen aber auch Strecken ohne Oberleitung, beispielsweise Nebenstrecken oder Geleise in Abstellräumen, befahren. In letzterem Falle wird erfindungsgemäß die Batterie zur Speisung der Triebmotoren über die Metadyne herangezogen.

   Für diesen Zweck sind in der Einrichtung nach Abb. 3 Schalter 1, 2 und 3 vorgesehen.

   Der Schalter 1 ist ein einpoliger Hebelschalter, der die Verbindung zwischen der Oberleitung T und der Bürste a des Umformers herstellt bzw. unterbricht. 2 ist ein Umschalter und 3 wiederum ein einpoliger Hebelschalter. Die Schalter 2 und 3 sind derart gegeneinander verriegelt, daß sie nicht gleichzeitig auf den Kontakt 6 geschaltet werden können.

   Bei geschlossenem Schalter 1 und nach links gelegtem Schalter 2 wird die Umformermetadyne von der Oberleitung über ihre primären Bürsten a, c gespeist; die Batterie B und die Drehzahlregelmaschine RM liegen dabei in Reihenschaltung zwischen der Oberleitung und der Erde. Die Batterie kann gegebenenfalls durch Änderung des die Stromregelwicklung PVW durchfließenden Stromes in gleicher Weise wie bei der Einrichtung nach Abb. 1 aufgeladen werden.

   Ist jedoch der Schalter 1 offen oder aus einem anderen Grunde die Hauptstromquelle nicht verfügbar, so können die Schalter 2 und 3 nach rechts gelegt werden, wodurch die Umformermetadyne über die Primärbürsten a, c von der Batterie B mit elektrischer Leistung versorgt wird.

   Die Erfindung kann außer bei Fahrzeugantrieben auch überall dort Verwendung finden, wo sowohl eine Gleichstromumformung als auch eine Energiepufferung in einem Hilfsstromkreis erforderlich ist.

   Patentaxntspeüche:.

   i. Einrichtung zur Regelung der Aufnähme- bzw. Abgabeleistung der zusammen mit einer Stromquelle von annähernd konstanter Spannung als PufTermaschine arbeitenden Regelmaschine einer Umformermetadyne, insbesondere für Fahrzeugantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd in der primären Bürstenachse des Umformers {MT) außer der von der Regelmaschine (RM) und der Stromquelle von konstanter Spannung gespeisten Regelwicklung (RW) noch eine fremderregte Stromregelwicklung (PVW) vorgesehen ist, die es ermöglicht, daß der Umformer entweder mechanische Leistung an die mit der Stromquelle (I?) von annähernd konstanter Spannung in Reihe geschaltete Regelmaschine (AM) abgibt oder von ihr aufnimmt (Abb. 1).
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelwicklung und die zusätzliche, fremderregte Stromregel wicklung zu einer einzigen, einen Fluß» annähernd in Richtung der primären Bürstenachse erzeugenden Ständerwicklung (RVW) vereinigt sind, und daß dieser Ständerwicklung (RVW) gleichzeitig die Summenspannung der sich aus Regelmaschine (RM) und Stromquelle von annähernd konstanter Spannung, beispielsweise einer Batterie (B), ergebenden Spannungen und die Spannung einer weiteren von dem Umformer (MT) angetriebenen Regelmaschine (MD) aufgedrückt wird, welche eine fremderregte Feldwicklung (F₁) und eine von einer Stromquelle von annähernd konstanter Spannung, beispielsweise der Batterie (B), gespeiste Feldwicklung (,F₂) besitzt (Abb. 2).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Stromes im Stromkreis der Regelmaschine (RM) und der Drehzahlregelwicklung (RW) hinsichtlich Größe und Richtung und damit z. B. die Regelung des Lade- und Entladebetriebes der Batterie (B) durch Einstellung der Erregung der fremderregten Feldwicklung (F₁) der Regelmaschine (MD) erfolgt (Abb. 2).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung des Potentialunterschiedes zwischen Batterieendklemmen und Erde eine in der Mitte der Batterie (B) gelegene Anzapfung mit Erde verbunden ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, insbesondere für elektrische Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schalteinrichtung (1, 2, 3, 4, 5, 6) derartige Umschaltungen im primären Stromkreis und im Regelstromkreis der Metadyne vorgenommen werden, daß die von den Verbrauchern (M₁, M₂) benötigte Leistung entweder von der Haupt-

   stromquelle (T, G), wobei die Drehzahlregelmaschine (RM) und die Batterie (B) in Reihenschaltung an der Spannung der Hauptstromquelle liegen, oder von der zusätzlichen Stromquelle (B) mit annähernd konstanter und der Spannung der Hauptstromquelle annähernd gleicher Spannung bezogen wird, wobei die Drehzahlregelmaschine (RM) und die mit ihr in Reihe geschaltete Regel wicklung (RW) parallel ίο zu der zusätzlichen Stromquelle (B) Hegen (Abb. 3)·

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen