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Einrichtung zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere
zur Ladung einer Sammlerbatterie Lichtmaschinen für Zugbeleuchtung werden bekanntlich
je nach der Fahrtrichtung des Zuges in der einen oder anderen Dzehrichtung angetrieben.
Der Wechsel der Antriebsrichtung hat zwangsläufig bei den üblichen. Gleichstrommaschinen
einen Wechsel der Polarität zur Folge. Es ruß deshalb dafür gesorgt werden, daß
sich die Änderung der Polarität nicht nachteilig auf die durch die Lichtmaschine
aufzuladende Batterie auswirkt, d. h. es mu:ß Vorsorge getroffen werden, daß .die
Batterie jeweils mit der richtigen Polarität aufgeladen wird. Zur Erfüllung dieser
Bedingung gibt es bereits mehrere Einrichtungen, bei denen mit Hilfe besonderer
drehrichtungsabhängig gesteuerter Umschalter bei Wechsel der Drehrichtung erreicht
wird, daß an der Batterie jeweils die gleiche Polarität aufrechterhalten wird. Gleichzeitig
wird durch die Anwendung des drehrichtungsabhängigen Umschafters auch erreicht,
daß eine Selbsterregung der Maschine möglich ist.
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Es ist auch bereits eine Anordnung bekanntgeworden, welche eine drehrichtungsabhängige
Umschalteinrichtung nicht aufweist. Bei dieser bekannten Anlage war der Gleichstromgenerator
über Sperrzellen in Graetz-Schaltung an eine Sammlerbatterie angeschlossen, an der
die Verbraucherstromkreise liegen. Die Erregung der Gleichstrommaschine erfolgte
dabei über die von der Maschine aufgeladene Sammlerbatterie netzunabhängig von der
Drehrichtung der Maschine im gleichen Sinne. Eine derartige Anordnung ist insofern
wenig günstig, als die Erregerenergie zum Teil einer verlustbringenden Umwandlung
in der Batterie unterworfen ist. Auch insofern ist diese bekannte Schaltung wenig
günstig, als die Sperr- bzw. Ventilzellen neben dem Verbraucherstrom zusätzlich
noch den Erregerstrom für den Gleichstromgenerator. führen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine -Nvesentlich vorteilhaftere Einrichtung
zur Speisung eines Verbraucherstromkreises, insbesondere einer Zugbeleuchtungsanlage,
die von einem in verschiedener Drehrichtung angetriebenen. Gleichstromgenerator
gespeist wird und eine selbsttätig die richtige Stromrichtung zwischen Gleichstromgenerator
und Verbraucherstromkreis
herstellende Einrichtung aufweist. Gemäß
der Erfindung zeichnet sich diese Einrichtung dadurch aus, daß der Generator mit
einer Vorrichtung zur Selbsterregung versehen ist, die unabhängig von der Drehrichtung
eine Erregung im Sinne des vorhandenen remanenten Feldes herstellt.
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Die Anordnung nach der Erfindung weist den großen Vorteil auf, daß
bei Vermeidung einer drehrichtungsabhängigen mechanisch angetriebenen Umschalteinrichtung
unter allen Umständen unabhängig von der Drehrichtung die richtige Selbsterregung
der Gleichstrommaschine sichergestellt ist, insbesondere eine Vernichtung des remanenten
Feldes bei Umkehr der Drehrichtung vermieden ist. Wesentlich ist hierbei, daß die
Erregerenergie nicht der aufgeladenen Sammlerbatterie entnommen wird. Besondere
Vorteile bietet die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einer Schaltung, bei
der erfindungsgemäß die Herstellung des richtigen Anschlusses des Stromverbrauchers
an den Generator statt über Sperrzellen, wie bei der vorerwähnten bekannten Einrichtung,
über eine stromrichtungsabhängige Umschalteinrichtung erfolgt, die z. B. über Sperrzellen
gesteuert wird; denn in diesem Falle brauchen nur die geringfügig g
e Steuerströme
für die Umschalteinrichtung über Sperrzellen geführt ztn «erden, nicht aber der
Verbraucherstrom.
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An sich sind bereits mit Wechselstrom arbeitende Batterieentladungseinrichtungen
bekanntgeworden, bei denen eine Selbsterregung; des über einen Gleichrichter auf
die Batterie arbeitenden Wecliselstromgeilerators durch einen zweiten Gleichrichtersatz
erreicht wird, der primärseitig an die Klemmen des Wechselstromgenerators an- eschlossen
ist undsekundärseitig die Feldwicklung speist. Bei derartigen mit Wechselstrom arbeitenden
Anlagen liegen jedoch wesentlich andere Verhältnisse wie bei der Einrichtung nach
der Erfindung vor. Die Gleichrichter sind bei der bekannten Einrichtung zu dem Zwecke
vorgesehen, eine Umwandlung des von dem Generator erzeugten Wechselstromes in Gleichstrom
zu erzielen, weil sowohl die Aufladung der Sammlerbatterie wie die Erregung der
vorgesehenen Synchronmaschine allein durch Gleichstrom erfolgen kann. Derartige
Anlagen sind wegen ihrer schlechten Wirtschaftlichkeit wenig vorteilhaft. Infolgedessen
haben sich Wechselstromgeneratoren mit Gleichrichtern bei größeren Zugbeleuchtungsanlagen
wegen der beträchtlichen in den Gleichrichtern auftretenden Verluste nicht durchsetzen
kömien. Demgegenüber zeichnet sich der Erfindungsgegenstand dadurch aus, daß eine
Gleichrichtung von Wechselströmen nicht erforderlich ist und daß die Ventilzellen
nur zur sicheren Aufrechterhaltung eitler bestimmten Polarität der Maschine vorgesehen
sind.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand einiger Ausführungsbeispiele
erläutert «-erden.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. i arbeitet die Lichtmaschine i über den
Feldregelwiderstand 2 auf zwei zu ihrer Erregung vorgesehenen Feldwicklungen 3,
.1. In dem Stromkreis dieser Feldwicklungen ;, 4 sind Sperrzellen 5,6
so angeordnet,
dal:@ sie in verschiedener Richtung den Stroni durchtreten lassen. Neben den Erregerwicklungen
ist an dem Anker des Generators i üller einen I\Zegelwiderstand, beispielsweise
einen Kohledruckregler 7, die Sammlerbatterie 8 und der aus Beleuchtungskörpern
bestehende Belastungsstromkreis 9 angeschlossen. Zwischen dem Anker des Generators
i und der Batterie bzw. dem Verbraucherstromkreis liegt noch eine Schalteinrichtung
ioo, welche dazu dient, den Anker des Generators z bei wechselnder Drehrichtung
mit richtiger Polarität an die Sammlerbatterie anzuschließen. i i ist noch ein zusätzlicher
Abschalter vor der Sammlerbatterie 8, der zur Abschaltung der Batterie im Falle
des Abstellens des Bahnfahrzeuges dient; er könnte zweckmäßig mit dein Hauptschalter
für den Beleuchtungskreis meclialiisch gekuppelt sein. Die Schalteinrichtung ioo,
für welche in den folgenden Figuren Ausführungsformen angegeben sind, ist im Gegensatz
zu den bekannten drehrichtungsabbängig mechanisch gesteuerten Polcvechselscllaltern
von elektrischen Größen, und zwar der Polarität bzw. Stromrichtung in solcher Weise
abhängig gemacht, daß der Anker i stets mit der richtigen Polarität an die Sammlerbatterie
angeschlossen wird.
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Inn folgenden soll die Wirkungsweise der Schaltung gemäl') Fig. i
näher beschrieben werden.
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Das remanente Restfeld 0, der Lichtmaschine i sei beispielsweise,
wie durch einen Pfeil angedeutet ist, von unten nach oben gerichtet. Dreht sich
der Anker der Maschine linksherum, so soll bei der vorliegenden Betrachtung an der
oberen Bürste eine positive Polarität vorhanden sein. Die von dem remanenten Restfeld
0, erzeugte Spannung treibt einen Strom über den Feldwiderstand 2, die Feldspule
3 und die mit dieser in Reihe liegende Ventilzelle 5. Die Feldwicklung 3 ist nun
so gewickelt oder angeschlossen, daß bei der angegebenen Polarität an den Bürsten
des Ankers der Maschine zusätzlich ein Fluß KP2 in Richtung des remanenten Feldes
entsteht und dieses somit verstärkt. Auf diesem Wege wird die Selbsterregung der
Maschine sichergestellt. Für den Fall, daß sich die Drehrichtung des Ankers infolge
Umkehr der Fahrtrichteng
ändert, also sich der Anker der Lichtmaschine
nunmehr rechtsherum dreht, wird infolge des Restflusses nunmehr die - obere Bürste
der Lichtmaschine negativ, während die untere Bürste positiv wird. Die infolge des
Polwechsels der Lichtmaschine jetzt entstehende Spannung treibt dann einen Strom
in umgekehrter Richtung wie zuvor über die Ventilzelle 6 und die Feldwicklung 4.
Der Wickelsinn oder Anschluß der zweiten Feldspule 4 ist dem der ersten Feldspule
3 entgegengesetzt, so daß auch der durch sie erzeugte Fluß e3 wiederum den Fluß
des remanenten Restfeldes $1 verstärkt.
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Die auf der Erfindung beruhende Anordnung der Ventilzellen 5 und 6
in den Stromkreisen der Feldwicklungen 3 und 4 hat zur Folge, daß bei Umkehr der
Drehrichtung der Maschine eine sog. Selbstmordwirkung, d. h. Vernichtung des remanenten
Feldes durch die Selbsterregung der Maschine, nicht .eintreten kann. Wird durch
die selbsttätige Schalteinrichtung ioo stets der Anker der Maschine i mit der richtigen
Polarität an die Sammlerbatterie 8 angeschlossen, so kann durch die Lichtmaschine
i die Batterie stets mit richtiger Polarität ,aufgeladen werden. Dier Haüptregelwiderstand
7, der, wie bereits erwähnt, als selbsttätiger Kohledruckregler ,ausgebildet sein
kann, gestattet eine Regelung der Verbraucherspannung, soiv eit .eine solche mit
Rücksicht darauf, daß die Batterie 8 sich als Pufferbatterie auswirkt, erforderlich
ist.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig.
z. Bei dieser ist abweichend von der Schaltung gemäß Fig. i nur eine Feldwicklung
3 vorhanden. Hier speist die Lichtmaschine i die Graetzsche Brückenschaltung i o,
die sekundärseitig eine Feldwicklung 3 über den Feldregelwiderstand 2 mit Strom
versorgt. 14 ist ein selbsttätiger, in Abhängigkeit von der Polarität der Maschine
i gesteuerter Umschalter, der die Maschine mit richtiger Polarität auf die Sammlerbatterie
schaltet. Herrscht an der oberen Bürste der Lichtmaschine positives Potential, so-fließt-von
dieser ein Steuerstrom über das Ventil 12 und die mit diesem in Reihe liegende Betätigungsspule
15 zu einem Kontakt des Umschalters 14 und von hier zum negativen Pol der Maschine
zurück. Durch diesen Strom wird die Betätigungsspule 15 des Umschalters 14 erregt,
so daß dieser in die obere Lage umgelegt wird und damit gleichzeitig den Batteriekreis
richtig anschließt. Ändert sich infolge Drehrichtungswechsels die Polarität der
Lichtmaschine, so fließt von der unteren, nunmehr positiven Bürste der Lichtmaschine
ein Strom über die Ventilzelle 13, die Steuerspule 16 des Umschalters 14 zum anderen
Kontakt dieses Umschalters und zur Maschine zurück. Bei Erregung der Spule 16 wird
der Umschalter 14 in die untere Lage umgeschaltet, so daß der Batteriekreis wieder
mit richtiger Polarität an die Lichtmaschine angeschlossen ist.
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Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß zur drehrichtungsunabhängigen
Erregung der Lichtmaschine nur eine Erregerwicklung vorgesehen zu werden braucht.
Ein weiterer Vorteil ist in der Anwendung des über Ventilzellen gesteuerten Umschalters
14 zu .erblicken. Der Schalter kann dabei äußerst einfach und betriebssicher für
große Ströme ausgebildet werden. Die Ventilzellen führen nur schwache Steuerströme.
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Fig.3 zeigt eine weitere Anwendung des Erfindungsgedankens, Die Schaltanordnung
als solche stimmt im wesentlichen mit der in Fig.2 dargestellten überein. Abweichend
sind erfindungsgemäß in der .dem Generator zugeordneten und zur Speisung der Erregerwicklung
3 dienenden Brückenschaltung io der Ventilzellen zusätzliche Überbrückungsschalter
angeordnet. Durch diese Schalter werden nach erfolgter Anpassung und Umschaltung
die diese verursachenden Ventilzellen teilweise kurzgeschlossen oder geöffnet, so
daß sie weder Belastungsstrom führen noch unter Sperrspannung stehen. ° Der Generator
i speist die aus den Ventilen 20, ?1, 22 und 23 aufgebaute Brückenschaltung, die
ihrerseits das Erregerfeld der Maschine 3 mit Strom .versorgt. An den entsprechenden
Potentialeckpunkten dieser Brückenschaltung sind in Reihe mit den Ventilzellen 20
und 22 die Betätigungsspulen i 5 und 16 des Umschalters 14 ,angeordnet. Im Ruhezustand
und bei geöffnetem Schalter 14 sind die gleichfalls in Reihe mit den Ventilzellen
liegenden Schalter 24, 25, 26 und 27 geschlossen. Diese und die in der Brückenschaltung
zur wechsehveisen Überbrückung der Ventilzellen vorgesehenen Schalter 28, 29, 30,
31 werden zweckmäßig ebenfalls durch die Betätigungsspulen 15 und 16 derart gesteuert,
daß beispielsweise bei Linkslauf und nach Umlegen des Umschalters 14 in die obere
Lage zufolge Erregung der Spule 15 die Schalter 28 und 31 geschlossen und
dadurch die Ventile 20 und 23 überbrückt werden, während durch gleichzeitiges Öffnen
der Schalter 25 und 26 eine gänzliche Abschaltung der Ventile ei und 22 herbeigeführt
wird.
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Bei Umkehr der Drehrichtung, also bei Rechtslauf des Generators und
nach Umlegen des Schalters 14 in die untere Lage zufolge Erregung der Spule 16,
werden einmal die Schalter 29 und 3o geschlossen und damit die Ventile 21 und 22
überbrückt; gleichzeitig werden die Schalter 24 und 27 geöffnet, so daß die
Ventile 2o und 23 nicht mehr durch den Arbeitsstrom belastet sind. D,er Vorteil
dieser
Anordnung ist gegenüber den früher geschilderten Ausführungen der, daß ein und dieselben
Ventile zur sicheren Einleitung der Selbsterregung und zur Stromsteuerung, d. h.
zur Polumschaltung, angewandt werden, während sie nach erfolgter Umschaltung frei
von der Spannungs- und Strombelastung bleiben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist die in Fig.4 dargestellte Schaltung. Diese soll insbesondere eine geringere
Bemessung der in Graetz-Schaltung angeordneten elektrischen Ventile ermöglichen,
während gleichzeitig die Spulen der elektrischen Umschalter unabhängig von der Höhe
des Erregerstromes ausgebildet werden können.
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Die Erregung des Generators erfolgt durch die beiden Feldwicklungen
3 und 4, von denen die Feldwicklung 3 über die in Graetz-Schaltung angeordneten
elektrischen Ventile 2o bis 23 ebenso wie bei der SchaltanordnugK gemäß Fig.2 dauernd
mit dem Generator verbunden ist. Diese Felffivicklung dient gewissermaßen zur Einleitung
der Selbsterregung durch Verstärkung des remanenten Feldes. Die Feldwicklung 4 dagegen
ist nicht dauernd an die Klemmen des Generators i angeschlossen, vielmehr wird sie
durch den selbsttätigen Schalter 37 je nach der Polarität der Maschine mit den Klemmen
der letzteren so verbunden, daß sie das durch die Feldwicklung 3 hervorgerufene
Feld verstärkt. Die selbsttätige Schalteinrichtung 37 weist zwei Spulen 38, 39 auf,
die unter Benutzung der vorhandenen Gleichrichter je nach der Polarität der Maschine
i so erregt werden, daß die Wicklung 4 im richtigen Sinne mit der Maschine i verbunden
wird. Gewissermaßen wird die Haupterregung während des Betriebes dann durch die
Wicklung 4 bewirkt, während die Wicklung 3 in der Hauptsache die Einleitung der
Erregung bewirkt, wodurch die Steuerung der Umschalteinrichtung 37 ermöglicht wird.
Indessen bleibt die nur einen kleineren Strom führende Wicklung 3 auch während des
Betriebes wirksam.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei einer bestimmten
Drehrichtung, beispielsweise Rechtsdrehung, möge an der in der Zeichnung dargestellten
Generatorklemme ein positives Potential entstehen, so daß bei einer bestimmten Spannung
über das Ventil 22 und die Spule 39 ein Strom fließt, unter dessen Einwirkung die
Spule 39 den Schalter 37 nach unten umschaltet. In diesem Fall soll der Feldtei14
derart angeschlossen sein, daß durch ihn ein von unten nach oben gerichteter Strom
fließt. Die Spule 38 wird sich nicht erregen, da an ihren Klemmen kein Potential
vorhanden ist. Voraussetzung für die Herbeiführung des eben geschilderten Zustandes
ist, daß der Spannungsabfall in den Spulen samt einem etwa dazugehörigen Einstellwiderstand
erheblich größer ist als der Spannungsabfall im Ventil 22. Erreicht nun der Generator
i infolge der zunehmenden Geschwindigkeit die Ladespannung, so spricht nunmehr auch
die Betätigungsspule 15 des Ladeschalters 14 über das Ventil 21 an und schaltet
den Generator in richtigem Sinne auf die Batterie B.
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Bei Umkehr der Drehrichtung, also Linkslauf, sprechen die bisher nicht
benutzten Spulen, also die Schaltspule 38 und die Betätigungsspule 16, an, um einerseits
die Umschaltung des Feldteiles 4, andererseits die Umschaltung des Ladeschalters
14 zu bewirken. Die Ventile werden in vorliegender Anordnung gleichzeitig zur Gleichrichtung
des ein Teilfeld des Generators durchfließenden Stromes sowie für die Auswahl der
jeweilig zu betätigenden Schaltspulen der Relais bzw. Schalter benutzt.