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Anordnung zur belastungsabhängigen Speisung von Errege c ungen an
Gleichstrommotoren, g rwi kl insbesondere für die Antriebsmotoren elektrischer
Fahrzeuge Das Patent 65:2 143 betrifft eine Anordnung zur belastungsabhängigen
Speisung von Er-ZD t' regerwicklungen (Feld- und Wendepolwicklungen) an Gleichstrommotoren,
- die über Gleichrichter au-s einem Wechselstromnetz mit einem lastabhängigen
und einem lastunabhängigen Strom gespeist werden. Dabei werden die bei-den unabhängig
voneinander regelbaren und sich gegenseitig nicht beeinflussenden Ströme getrennten
Stromkreisen entnommen, im Gleichrichtertransformator in Stromtransformatorschaltung
überlagert und über einen Gleichrichter einer einzigen E#-regerwicklung zugeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung der Erfindung
des Hauptpatents, wenn es sich um die Speisung von mehreren Gleichstrommotoren über
Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz handelt. Die Gleichstroinmotoren sollen
dabei -insbesondere die Antriebsmotoren elektrischer Fahrzeuge sein. Erfindungsgemäß
durchfließt zur Speisung der Erregerwicklungen dieser Gleichstrommotoren der Summenlaststrom
dieser Motoren auf der Wechselstromseite eines die Motoren speisenden Gleichrichters
die Primärwicklung eines Stromtransformators, dessen Sekundärwicklung über einen
Hilfsgleichrichter auf die Erregerwicklungen der einzelnen Motoren einwirkt. Im
folgenden ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Anordnung zum Betriebe mehrerer Motoren,
wie sie z. B. bei einer Gleichrichterlokomotive vorl<onimen. Es bezeichnen 1,
:2, 3, 4 die vier Triebmotoren einer solchen Lokomotive, deren Ankerstromkreise
ü-ber den Hauptgleichrichter 5 und den Gleichrichtertransforrnator
6 aus dem Fahrdrahtgespeist Weiden. Die Ankerspannung solldurch Gitterspannung
geregelt werden. Um jedoch die bei voller Ausregelung auftretenden Nachteile derselben,
unerwünschteBlindleistung, Oberwellen, zu vermeiden, findet noch eine Regelung der
Spannung in Stufen durch Anzapfungen an der Sekundärwicklung des Transformators6
statt. jede Hälfte der Sekundärwicklung besitzt z. B. zwei Stufen 7, 8, 9
und io' jede Halbwelle wird mit Hilfe von zwei Stufenwählern 11 und12bzw. 13 und,14
abgenommen, die zu ebenso vielen Anoden 15 bis 18 führen. Inder gezeichneten Stellung
befinden sich die Stufenwähler i i und 12 auf der Anzapfung 7
und die Stufenwähler
13 und 14 auf der Anzapfung io. je zwei Anoden 15 und 16 bzw. 17 und 18 sind
also parallel geschaltet, und der Ankerstromkreis bekommt die höchste Spannung.
Durch Gittersteuerung kann man nun die Spannung in bekannter Weise regeln.
Hat
nun die Spannung den Wert eireicht, der den Anzapfungen 8 und 9 entspricht,
so macht man durch Gittersteuerung die Anoden 16 und 17 stromlos und schaltet die
zugehörigen Stufenwähler 12 und 13 auf die Anzapfungeft 8 #i# und
g. Sperrt man nun die Anoden 15 und t8
und gibt die beiden anderen frei, so
geht der Strom auf diese über. Die Ankerspannung entspricht nun ohne Gittersteuerung
der Spannung der Anzapfungen 8 und g. Man kann nun die Stufenwähler i i und
14 ebenfalls stromlos auf die Anzapfungen 8 und 9 schalten und damit
den Strom wieder auf alle Anoden verteilen. je nachder Zahl der Anzapfungen kann
man die Spannung mit vier Anoden und vier Stufenwählern in beliebig vielen Stufen
regeln, die man durch Gittersteuerung noch überbrücken kann, so daß eine stetige
Regelung von Null bis zur vollen Spannung möglich ist, ohne daß unerwünschte Blindleistung-
imNetz auftritt. - Die Stufenwähler arbeiten unter günstigsten Bedingungen,
-da sie stromlos geschaltet werden; sie erhalten die einfache undbewährteFormvonTrennschaltern,wiesie
auch bei Stufentransformatoren zurRegelung der Spannung in Wechselstromnetzen Verwendung
finden.
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Die beiden sekun#dären Wicklungshälften des Transformators6 sind über
die Primärwicklun#g eines Stromtransformators ig verbunden, an deren Mitte der gemeinsame
negative Pol der Motoren angeschlossen ist. Die Selzundärwicklui-ig dieses Transformators
führt über die Primärwicklun,g eines weiteren Stromtransformators 2o an die mit
Anzapfungen versehenen Primärwicklungen zweier Erregertransformatoren 21 und 2:2,
die Sekundärwicklung des Stromtransformators 2o an die der beiden anderen
23 und 24. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren werden außerdem noch
in Reihe vom Strom der Drosselspule 25 durchflossen, deren Leistung groß
gegenüber der über sie an diese Transformatoren abgegebenen Leistung ist. In den
Primärwicklungen der Transformatoren überlagern sich demnach je zwei Ströme,
einbelastungsunabhängigerundeinbelastungsabhängiger, die unabhängig voneinander
in jedem Transformator je nach der Anzapfung, wo sie zugeleitet werden, überfagert
und über die Sekundärwicklung und die acht Anoden des Erregergleichrichters
26 den Erregerwicklungen dervier Motoren zugeführt werden. Die Erregerströme
der vier Motoren können demnach unabhängig -voneinander auf die richtigen Werte
eingestellt werden, undidamit lassen sich auch die Kennlinien der Motoren genau
abgleichen. Es läßt sich für jeden Motor die gleiche Drehzahlkennlinie in Abhängigkeit
vorn. Gesamtstrom einstellen, so,daß sich also die Last gleichmäßig auf
alle Motoren verteilt und Schleudern einzelner -Motoren vermieden wird. Die
dargestellte Verbundschaltung ist besonders vorteilhaft für Generatorbetrieb (Stromrückgewinnung
bei Talfahrten), man kann jedoch ohne weiteres und allmählich auf Reihenschlußverhalten
übergehen, indem man den Drosselstrom bei jedem Transformator allmählich- auf die
Anzapfung Null schaltet oder die Drosselspule selbst abschaltet. Dies
" e selbst braucht.-nicht, wie gezeichnet, an der Pritnärwicklung des Transformators
6 zu liegen, sie kann-vielmehr auch an eine Hälfte so der daß Sekundärwicklung
sie also nicht für' angeschlossen Hochspannung werden' bemessen werden muß. Der
Stromtransformator :2o ist nötig mit Rücksicht auf die ungestörte überlagerung von
Drosselstrom und Ankerstrom auch in den beiden unteren Erregertransformatoren :23
und 24. Man kann natürlich den Sekundärstrom des Strorntransformators ig direkt
durch alle vier Primärwicklungen der Transformatoren 21 bis 24 leiten, wie es in
der Zeichnung für den Drosselstrom dargestellt ist, man muß jedoch dann den Stromtransformator
2o in den Stromkreis der Drosselspule einschalten. Von den beiden überlagerten und
getrennt regelbaren Strömen kann nur einer allen Primärwicklungen unmittelbar zugeleitet
werden, der zweite kann jedoch nur noch zwei Wicklungen in unmittelbarer Schaltung,
den übrigen muß er in mittelbarer Schaltung zufließen.
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Die Schaltung bietet also folgende Vorteile: Die Ankerspannung wird
für alle Motoren gemeinsam geregelt, daher ist nur eine Sekundärwicklung am Haupttransformator
und nur ein Anodensystem -am Hauptgleichrichter erforderlich; alle Motoren werden
vom Stimmenstrorn aller Anker erregt, doch ist diese Erregung für jeden Motor getrennt
einstellbar, daher kann allen Motoren zwangläufig die gleiche Reihenschlußkennlinie
gegeben wer-den. Die Reihenschlußerregung mit dem Summenstrom hat gegenüber der
Erregung mit Einzelstrom noch den Vorteil, daß ein Durchgehen eines Motors selbst
bei völliger Entlastung, z. B. wenn man sich ihn völlig von den Schienen abgehoben
denkt, gar nicht möglich ist. Sein Ankerstroin geht in diesem Fall auf Null zurück-,
da er jedoch noch vom Summenstrom der anderen Motoren erregt wird, behält sein Feld
auch den gleichen Wert wie bei diesen, und daher bleibt auch seine Drehzahl dieselbe.
Es verhalten sich also alle vier Motoren wie eine Einheit. Schleudern eines einzelnen
kann nicht auftreten. Zu diesem reinen Reihenschlußerregerstrom kann noch ein belastungsun2,bhängiger--Ström
überlagert und unabhängig in -jedem Motor geregelt werden,
so daß
also für alle Motoren auch dieselbe Nebenschluß- oder Verbun-dkennlinie eingestellt
werden kann. Die ganzen Einstellungen können in Stromkreisen mit kleinen Stromstärken
vorgenommen werden. Übergang vorn reinen Reihenschlußverhalten auf \Tebenschluß-
bzw. Verbundverhalten ist auf einfachste Weise möglich, desgleichen Übergang vom
Motor- auf den Generatorbetrieb (Umschalten der Erregerwicklungen). Außerdem ermöglicht
die Schaltung noch die Regelung der Ankerspannung durch Anzapfungen am Transformator
und lastfreies Zuschalten der Anoden auf diese Anzapfungen durch Gittersteuerung.
Damit erhält man einen guten Leistungsfaktor im Netz.
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Natürlich läßt der Erfindungsgedanke verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
zu. Man kann z. B. statt der Drosselspule 25 auch einen Kondensator, einen
Widerstand oder sonst etwas Gleichweitiges dafür setzen, zu-
mal wenn man
die Ankerspannung in weiten Grenzen durch Gitterspannung regelt. Die hierbei auftretenden
Phasenverschiebungen lassen dann einen Kondensator an Stelle der Drosselspule angebrachter
erscheinen. Ferner kann man an Stelle der gemeinsamen Reihenschlußerregung vom Summenstrom
aller t. el Motoren auch eine Einzel reihenschluß erregung verwenden. Damit
dies aber einwandfrei möglich ist, muß die Sekundärwicklung des Haupttransformators
in vier gleichartige Wicklungen aufgelöst werden, die über je
einen Stromtransformator
mit dem Minuspol des zugehörigen Motors verbunden ist. Es ist dann lediglich die
Schaltung nach dem Hauptpatent im Prinzip entsprechend der Anzahl der Motoren wiederholt,
wobei man jedoch für alle vier Motoren denselben Gleichrichter mit entsprechenden
Anodensystemen verwenden kann. Statt die Ankerkreise der Motoren parallel zu schalten,
kann man sie auch ganz oder teilweise in Reihe verbinden. Gemeinsam bleibt
jedoch all diesen Schaltungen die Parallelschaltung der Erregerwicklungen
und deren Speisung mit einem belastungsabhängigen, für jede Wicklung auf
der Wechselstromseite getrennt regelbaren Strom bzw. dessen Überlagerung mit einem
belastungsunabhängigen, ebenfalls für jede Wicklung auf der Wechselstromseite getrennt
regelbaren Strom. Die Überlagerung beider Strölne kann sowohl auf der Wechselstromseite
als auch auf der Gleichstromseite erfolgen. Im letzten Fall ist für jeden Strom
ein getrenntes Anodensystem mit zugehörigem Transformator erforderlich. Dafür erhält
man mit dieser Schaltung die algebraische Summe beider Ströme auf der Gleichstromseite
unabhängig vo*n der Phasenlage aufder Wechselstrmseite. Es hängt vorn einzelnen
Fall ab, w ann ' die eine oder die andere Schaltung besser am Platze ist.