-
Vorrichtung zum Anlassen und Regeln von zwei Wechselstrommotoren Zum
Anlassen und Regeln von Wechselstrommotoren, insbesondere bei elektrischen Fahrzeugen,
verwendet -man Stufentransformatoren mit einer Reihe von Anzapfungen an der Sekundärwicklung,
von denen über Gruppen von Schaltern eine stufenweise veränderliche Spannung zur
Speisung eines oder mehrerer Motoren entnommen werden kann. Der Transformator kann
dabei eine höhere Primärspannung und demgemäß eine besondere Primärwicklung haben,
die auch'mit der Sekundärwicklung in Sparschaltung verbunden sein kann, oder sie
-kann auch der Neunspann-ung des Motors entsprechen und der Transformator dann als
reiner Anlaß- bzw. Regeltransformator in Sparscha:Itung (ohne besondere Primärwicklung)
ausgebildet sein.
-
Die Beanspruchung solcher Transformatoren während des Anlaß- und Regelvorganges
ist nun bei der üblichen Schaltungsweise recht ungleichmäßig und ungünstig. Der
Motor verlangt, insbesondere beim Antrieb von Fahrzeugen, anfangs sehr hohen Strom
bei kleiner Spannung, wachsender Drehzahl steigende Spannung bei abnehmendem Strom.
Die Stufenwicklung muß daher in den Anfangsst,tifen größere Kupferquerschnitte erhalten,
die dabei noch stark belastet sind, während das in den höheren Stufen enthaltene
Wickelkupfer stromlos bleibt; umgekehrt ist auf den höheren Stufen zwar die Wickluner
23 ganz (oder doch nahezu ganz) eingeschaltet, aber die Stromstärke kleiner, der
große Kupferquerschnitt der unteren Stufen daher nicht ausgenutzt. Ferner ist bei
Benutzung 'der unter-en Stufen die Streuung verhältnismäßig groß, weil die Sekundärwicklung
nur zum kleinen Teil, die Primärwicklung dagegen voll unter Strom steht. Man muß
daher die Sekundärspulen unter sich verschachteln und umständliche, Gewicht und
Raum beanspruchende Schaltschienen dazwischen anbringen.
-
Eine wesentlich günstigere Belastung des Transformators wird nun bei
einer bekannten Schaltung dadurch erreicht, daß die von dem Transformator gespeisten
Motoren in zwei Gruppen unterteilt sind und so an den Transformator angeschlossen
werden, daß sämtliche Teile der Sekundärwicklung nahezu gleichbleibend belastet
sind. Bei dieser Schaltung ist während des Regelvorganges dauernd der eine Pol der
einen Motorgruppe mit dem einen Ende und der eine Pol der anderen Motorgruppe mit
dem 'anderen Ende der Sekundärwicklung des Stufentransformators verbundeir, während
die anderen freien Pole ,der Motorgruppen symmetrisch in einander entgegengesetztem
Sinne an der ganzen Sekundärwicklung des Stufentransformators
entlang
geschaltet werden. Die Abb. i bis 4 zeigen eine derartige Schaltung in den verschiedenen
Schaltphasen. In diesen Abbildungen bedeuten P die Primärwicklung und [TI,' die
Sekundärwicklung des Transforinators. Der eine Pol der Motorgruppe II, JI. ist dauernd
mit dem Wicklutigsende U,
ujd der eine Pol der Motorgruppe i!II", JI., dauernd
mit dein Wicklungsende V der Se-
kundärwicklung des Transformators verbunden.
DerzweitePolderMotor,-,ruppe.ill,.II., ist mit einem beweglichen Schaltkontakt-4
der zweite Pol der Motorgruppe.,11" ,114 mi; dem beweglichen SchaltkontaktB verbunden.
Diese Schaltkontakte werden beim Anlassen bzw. Regeln im gegenläufigen Sinne an
den Anzapfkontakten i bis ii entlang bewe ' gt, wodurch den Motoren eine
veränderliche Spannun- zugeführt wird. Man erkennt ohne weiteres, daß diese Schaltun-
den Vorteil ZD hat, -daß die Transformatorwicklung beim Anfahren an jedem Wicklungsende
nur mit dein einfachen Strom einer Motorgruppe belastet ist. Es ergibt sich infolgedessen
eine außerordentlich gunstige, gleichmäßige Ausnutzung des Wickelkupfers und Herabsetzung
der Strornwärmeverluste. Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des im vorstellenden
erwähnten bekannten Schaltverfahrens. Erfindunggsgemäß wird dies dadurch erreicht,
daß die beiden beweglichen SchaltvorrIchtuii,-en nur bis zur Mitte des Regelbereiches
aufwärts geschaltet werden, daß in der Mittelel stellung die Verbindungen" zwischen
den Schaltvorrichtungen und den Motoren durch einen Unischalter vertauscht und die
Schaltvorrichtungen dann wieder rückwärts geschaltet werden. Durch die Erfindung
wird erreicht, daß die Anzahl der erforderlichen Stufenschalter auf nahezu die Hälfte
vermindert wird. Abb. 5 gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
Bei der Schaltung gemäß Abb. 5 ist zunächst wieder, wie bisher. Kontakt,4
mit Motorgruppen.111, JL, Kontakt B init MotogruppetlI" 3,1, verbunden. 1.#Zoiital,t
A wird voll Anzapfung i bis 6 und "leiclizeiti" KontaktB von Anzapfungii
bis 6 durchgeschaltet. Auf der mittleren An-Z, zapfung, 6 (Abb.
6) werden nun durch einen besonderen Umschalter S mit den Kontakt-StüCken
21. .22, 23. 24, 25 und 26 die Verbinclungen zwischen
den Kontakten und den Motorgruppen vertauscht: Kontakt A wird nEt Motorgruppe-II.,
31, KontaktB mit Motor.gruppe Nll, M2, verbunden, und nun Kontakt
A rückwärts von Anzapfung 6 bis i, Kontakt B rückwärts von Anzapfunor
6 bis i i verschoben. Die Spannung an den Motore# c#rtippen steigt dabei
weiter an, bis zum Scliluß Kontakt A auf Anzapfung i, Kontakt B auf Aii7apfung i
i stellt, wie zu Beginn des ganzen Schaltvorganges, und die -Motoren nunittehr an
der vollen Spannung der Stufenzn wicklung liegen.
-
Der Untschalter S arbeitet ohne Stromunterbrechung, da während
des Ullischaltens seine sämtlichen Kontakte gleiches Potential haben. Er entspricht
nach Größe und Forn, einem normalen Fahrtwender für eine der beiden Motorgruppen.
Bei eitler geraden Zahl von Anzapfungen kann man auch, wic Abb. 7 zeigt,
beide Motorgruppen während des Umschaltvorgangs durch einen besondez# el ren Schalter
27 verbinden.
-
Kontakte der in den Abbildungen scheinatisch dargestellten einfachen
Form würden, da ja Überbrückung benachbarter Anzapfungen vermieden werden muß, bei
jedem Überschalten eine Unterbrechung, des Motorstroines ergeben. Diese läßt sich
durch bekannte Mittel vermeiden, Gleitkontakte z. B. könnten mit Vorkontakten und
Schutzwiderständen zwischen Vor- und Hauptkontakt versehen werden. Bei Stufenschaltern
(Schützen) wird man, wie allgenie-in üblich, jeweils zwei benachbarte Schalter gleichzeitig
benutzen und sie über einen Stro-rnteiler (Schaltdrossel) verbiliden, von dessen
Mittelpunkt der Strom entnommen wird.
-
Ferner kann nian noch, wie all sieh ebenfalls bekannt, die Kontakte
A und B nicht e
gleichzeitig, sondern wechselweise betätig ii, wodurch
die Zahl der Schaltstufen ohne Verinehrung der Schalterzahl nochmals fast all,;
das Doppelte steigt. Zum Ausgleich der
Spannungen bei-der Motorgruppen wird
dabei zweckmäßig, ebenfalls in an sich be-
kannter Weise, in die Zuleitungen
von den Schaltern zu den Motoren ein kleiner Ausgleichstransformator 47 gelegt,
wie Abb. 12 an Hand eines vollständigen Schaltbildes zeigt. Der Ausgleichstransforinatorkannatich,
falls ein Feinregier 49 verwendet wird, die von diesem zu speisende Zusatzwicklun-
_t8 erhalten. Die in Abb. 12 dargestellte Schaltanordnung würde danach mit 12 Stufenschaltern,
jeden für 1/4 des Gesamtstrornes, insgesamt 17 volle Fahrstufen ergeben,
währeild die bisher übliche Schaltweise, ebenfalls rni,. 12 Schützen für
je 1/, des Gesamtstronies, 4 Schützen jeweils gleichzeitig geschlossen, 2#
z# in Verbindung mit 3 Stromteilern, nur 9 volle Stufen liefern würde,
wobei die Stromteiler überdies die doppelte Leistung haben müßten. Die -roße Cberle-enheit
der neuen Schaltung z5 b n
geht hieraus klar hervor.
-
Zusätzliche Schaltstufen, etwa durch die bekannten Verfahren von besonderen
Anzapfungen oder Umschaltungen an den Stromteilern, durch Feinregler usw., können
bei der neuen Schaltung selbstredend ebenso erreicht werden wie bisher.
Durch
die Schaltweise, wonach die Kontakte nur je über die Hälfte der Anzapfungen
entlang aufwärts und dann wieder zurück geschaltet werden, ergeben sich neben der
Verringerung der Schalterzahl noch weitere Vorteile in bezug auf den Antrieb der
Schalter. Ist die Steuerung auf die höchste Stufe eifigestellt, so nehmen die Kontakte
die gleiche Lage ein wie auf der Anfangsstufe. Zum Ausschalten auf Null braucht
man also nich+ erst den ganzen Schaltweg nochmals rückwqrts zu durchlaufen, sondern
kdnn unmittelbar auf die danebenlie'gende Nullstellung gehen, wobei der Stromkreis
unterbrochen wird, und dann den Umschalter S in die ursprüngliche Lage zurückdrehen,
so daß Kontakt A wieder mit Motorgruppe 1111, M#, Kontakt B mit M.otorgruppe M"
IVI, verbunden ist. Das Antriebsorgan selbst, sei der Schalter nun für Bewegung
von Hand oder, durch einen Servomotor irgendwelcher Art, Druckluft oder Drucköl,
Elektromagnet, Elektromotor o. dgl. eingerichtet, kann dabei entweder ebenfalls
während,der ersten Hälfte der Schaltbewegung vorwärts, während der zweiten Hälfte
rückwärts bewegt -werden, wobei jedesmal bei Umkehr der Schaltr-ichtung durch Mitnehrner
o. dgl. die Umsteuerung'des Schalters S erfolgt; oder aber es kann
auch zwischen dem Antriebsorgan und den Schaltkontakten ein Getriebe irgendwelcher
Art eingeschaltet sein, das in geeigneter Weise eine gleichförmig im selben Sinne
fortlaufende Bewegung (z. B. Drehung') des Antriebsorgans in eine hin und bl her
gehende Bewegung der Schaltorgane umwandelt. Abb. 8 zeigt schematisch als
einfaches Beispiel dieser Art einen Kurbeltrieb. Die Kurbel 30 ist um die
Achse 31 drehbar; im Punkt 322 greift eine - zum Kontakt,4 führende
Kurbelstange 33 an. Mit der Kurbel verbunden sind Anschlagstifte35 und
36, die im geeigneten Angenblick das Armkreuz 34 und den damit gekuppelten
Umschalter S umlegen. Statt der Anschlagstifte können auch Nockenscheiben
o. dgl. dienen.
-
Zum Einschalten wird die Kurbel aus der Nullstellung (z. B. linke
Totpunktlage) in einem bestimmten Sinne, z. B. rechts herum, gedreht; Kontakt
A gleitet von Anzapfung i bis 6. nach einer halben Kurbelumdrehung
ist die rn'ittelste Anzapfung 6 erreicht, die Kurbel in die andere (rechte)
Totpunktfage gekommen. Hier erfolgt das Umlegen des UM-schalters S. Wird
die Kurbel weiter rechts herum gedreht, so gleitet Kontakt A zurück von Anzapfung
6 nach i, hiermit ist die höchste Stufe erreicht. Will man nun ausschalten,
so dreht man die Kurbel einfach ein kleines Stück im selben Sinne weiter, dadurch
gelangt Kontakt A über Anzapfung i hinaus nach Null, der Strom wird unterbrochen,
gleichzeitig wird bei-in Weiterdrehen Umschalter S wieder in seine Anfang
lage umgestellt, und der Einschaltvorgang kann von neuem beginnen. Will man dagegen,
nachdem die höchste Stufe erreicht ist, nicht sofort ganz ausschalten, sondern nur
auf eine niedrigere Fahrstufe zurück 'gehen (z. B. um die Fahrgeschwindigkeit zu
verraindern), so ist auch das ohne weiteres mögLich; man braucht nur die Kurbel
30 im umgekehrten Sinne, also hier links herum, zu drehen. Der Kontakt
A gleitet dann zurück, während der Umschalter seine Stellung beibehält; in
der rechten Totpunktlage wird der Umschalter in die Anfangsstellung zurückgestellt,
beim Weiterdrelien geht Kontakt A wieder nach Anzapfung i zurück. Man kann
also ganz nach Belieben von der höchsten Fahrstufe aus durch Weiterdrehen im selben
Sinne unmittelbar auf Null oder auch durch Rückwärtsdrehen von der höchsten oder
einer be-
liebigen anderen Fahrstufe auf eine niedrigere übergehen. Von diesen
Möglichkeiten kann man besonders vorteilhaft bei solbsttätigen Steuerungen Gebrauch
machen. Man kann beispielsweise den Servomotor ..immer im gleichen Sinne drehen
lassen, oder aber man kann auch beim Abschalten von den -unteren Fahrsttifen aus
(vor der Mittelstellung) zurückdrehen, von höheren Stufen aus dagegen vorwärt drehen
lassen, so daß das Ausschalten stets auf kürzestem Wege erfolgt. An sich ist solche
Schaltweise bekannt, aber bei der, vorliegenden Schaltanordnung in besonders einfacher
Weise durchfülirbar, weil hier die Stellung der Schalter auf der höchsten Stufe
die gleiche ist wie auf der niedrigsten. Das Ausschalten des Stromes auf der Nullstellung
kann in jedem Fall in an sich bekannter Weise auch durch einen besonderen Schalter
(selbsttätigen Schalter, Hauptschütz o. dgl.) erfolgen, wobei eine besondere Nullstellung
auf dem Regelschalter entbehrt werden kann.
-
Wird der Schalter nicht mit Gleitkontakten in Form eines Zellenschalters,
sondern als Walzenschalter oder Nockenschalter. ausigebildet, so kann man gemäß
Abb. 9 wegen der symmetrischen Anordnung der Walzenbeläge bzw. Nocken die
eine Hälfte der Kontaktfinger bzw. Nockenschalter auf der einen Seite der Walze
anordnen, die andere Hälfte auf der gegenüberliegenden Seite, so daß die Beläge
bzw. Nocken flir beide Gruppen von Kontakten gemeinsam sind und die Walze, somit
auch der ganze Schaltapparat, nur die halbe Baulängge erhält. Die Walze macht dann
für den ganzen Schaltvorgang (von ,Null bis zur Höchststufe und von dort unmittelbar
nach Null) eine volle Umdrehung.
-
Ist aus irgendwelchen, z. B. räumlichen Gründen die Anordnung gemäß
Abb. 9 mit zu
beiden Seiten der Walze angebrachten KontaIzten
nicht erwünscht, so können auch sänitliche Kontakte bzw. Schalter gemäß Abb. io
in einer Reihe auf nur einer Seite der Walze angebracht werden. Die Walze kann dann
auch, ähnlich dem Vorgang nach Abb. 8, für die erste Hälfte des Regelbereichs
vorwärts und für die zweite Hälfte wieder rückwärts gedreht werden, so daß sie nur
die halbe Anzahl von Stellungen am Umfang und daher nur den halben Durchmesser zu
erhalten braucht. Der Umschalter S kann dabei in grundsätzlich gleicher Weise
betätigt werden, ,wie bei Abb. 8 beschrieben; oder er kann z. B. auch, wenn
die Schaltbewegung, etwa bei selbsttätiger Steuerung, immer nur im Aufwärtssinne
erfolgt, als eine Art Schleppschalter ausgebildet sein, wie Abb. io schematisch
zeigt. Die Schaltwalze 42, die hierbei abwechselnd eine volle Umdrehung nach links
und nach rechts beschreibt, hat danach einen Anschlag 43; der Umschalter
S trägt auf seiner Drehachse 44 einen Hebel 45. Bewegt sich die Walze 42-
links herum, so stößt Anschlag 43 gegen Hebel 45 und legt ihn in die punktiert gezeichnete
Lage 46. Mit dem Umschalter S ist ein Organ verbunden, beispielsweise
ein Schnappschalter, der gleichzeiti '-
mit S umgelegt wird und in
geeigneter Weise t' el (elektrisch oder mechanisch) die Bewegungsunikehr für die
Walze 4:2 einleitet. Diese läuft nun rechts herum, der Anschlag 43 stößt von der
anderen Seite her gegen den Hebel 46 und bringt ihn wieder in die ursprüngliche
Stellung.
-
Soll die unterste Spannungsstufe nicht bei Null liegen, sondern mit
einem höheren Wert beginnen, so kann man, um sämtliche Schalterstellungen auszunutzen,
die Stufen-,vicklung g eiM äß Abb. ii zu beiden Seiten der Anzapfungen i bis ii
mit zusätzlichen Windungen zvischen Anzapfung i und Ende U sowie zwischen
Anzapfungii und EndeV versehen, derart, daß die Spannungen an diesen zusätzlichen
Windungen der gewünschten Anfangsspannung, die Spannungen zwischen Endet' und Anzapfungii
bzw. zwischen Ende l" und Anzapfung i der gewünschten Höchstspannung entsprechen.
-
Es sind an sieh svrnnietrische Schaltanordnungen bekamit, 1;#i denen
die Transforinatorwicklung aus zwei Hälften besteht, deren jede über Anzapfungen
und Schaltersätze eine '.%lotor""ruppe speist, wobei zwischen beide Hälften ein
Ausgleichtransformator geschaltet sein kann. Bei diesen Schaltungen hat aber jede
Wicklungshälfte bereits die volle Spannung ihrer zugehörigen Motorgruppe, ist daher
auch mir für den Strom dieser einen Gruppe bemessen und führt auch immer den vollen
Wert dieses Stromes, so daß keine Verminderung der Beanspruchung während der ersten
Hälfte des Schaltvorgangs eintritt. Ferner werden bei den bekannten Schaltungen
auch die Schaltersätze während des Hochschaltens nur imVorwärtssinne betätigt, so
daß auch eine Erhöhung der Zahl der Schaltstufen nicht stattfindet.
-
Es sind ferner Schaltungen bekannt, bei denen die Motoren in zwei
symmetrische Gruppen aufgeteilt sind, wobei diese aber mittels besonderer Umschalter
während der ersten Hälfte des Schaltvorgangs in Reihe, während der zweiten Hälfte
des Schältvorgangs parallel geschaltet werden. Ferner wird dabei während der ersten
Hälfte der eine Pol jeder Motorgruppe inittels einer Schaltvorrichtung von der Mitte
der Transformatorwicklung nach dem einen Ende, während der zweiten Hälfte der andere
Pol jeder Gruppe mit einer anderen Schaltvorrichtung von der Mitte nach dem anderen
Ende hin entlang geschaltet. Im Gegensatz dazu bleibt hier die Schaltung der Motoren
dauernd =geändert, und zwar liegen sie in getrennten Stromkreisen; es ist ständig
der eine Pol jeder Motorgruppe mit dem einen Ende der Transforrnatorwicklun- fest
verbunden, und nur der andere Pol wird mit einer einzigen Schaltvorrichtung an der
Wicklung fortlaufend von einem zum anderen Ende entlang geschaltet.