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Regelanordnung für elektrische Lokomotiven mit hochgespanntem Gleichstrom
mit Regelgruppe In dem Hauptpatent ist eine Regelanordnung für mit hochgespanntem
Gleichstrom betriebene Lokomotiven unter Schutz gestellt, bei der durch Verwendung
einer aus mehreren Maschinen bestehenden Regelgruppe eine stufenlose und verlustfreie
Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Spannung erreicht wird. Diese Anordnung
zeichnet sich dadurch aus, daß die Regelgruppe aus mindestens drei, im allgemeinen
aus it -Maschinen besteht, von denen n - i genügen, um eine Gegenspannung gleich
der Netzspannung U zu erzeugen. Die Triebmotoren werden zunächst an einen Anker
der Regelgruppe gelegt, dessen Spannung allmählich auf den Wert Spannung eines zweiten
Ankers der Regel-
gesteigert wird,indem gleichzeitig die gruppe um den gleichen Spannungswert auf
den Wert 0 gebracht wird. Danach wird dieser Anker überbrückt, so daß die Triebmotoren
parallel an zwei Ankern liegen, deren Spannung beispielsweise von dem Wert
auf den doppelten Wert
gebracht werden
kann. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis
die Motoren an der \Tetzspannung liegen, Bei dieser Schaltung ist vorgesehen, zusätzlich
die n-te Maschine in Reihenschaltung mit dem Netz an die Motoren anzulegen. Bei
positiver oder negativer Erregung dieser Maschine kann eine Regelspannung erzeugt
werden, die von U - U' bis U -f- U' reicht, ,wenn U die Fahrdrahtspannung
und L" die Spannung der ll-ten Maschine darstellt, die als Zusatzmaschine arbeitet.
Die letztgenannte Maschine ist so bemessen, daß sie im Dauerbetrieb in der Zusatzschaltung
arbeiten kann.
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Gegenstand der Erfindung ist eine vorteilhafte Abänderung und ,weitere
Ausgestaltung der im Hauptpatent unter Schutz gestellten Anordnung, die sich dadurch
auszeichnet, claß der Übergang von der Anlaufschaltung zur Dauerschaltung bereits
bei der Spannung U-U' unter gleichzeitiger Leistungsunterbrechung herbeigeführt
wird. U bedeutet dabei ,wieder die F.ahrdrahtspannung und U' die Spannung der als
Zusatzmaschine benutzten n-ten Maschine der Regelgruppe.: Im folgenden soll die
Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert ,werden. Bei diesem
Beispiel ist ,wieder eine Falirdralitspannung von 3000 V angenommen. Die
Regelgruppe besteht aus vier Maschinen, von denen die drei ersten G1, G=, G3 für
eine Spannung von 1350 V maimal und 115o V dauernd, die vierte für goo V maximal
und ;6o V dauernd gewählt ist. In der Zeichnung ist in Fig. i die grundsätzliche
Schaltung ,wiedergegeben. G1 bis G4 sind die Maschinen der Regelgruppe, deren Feldwicklungen
mit F, bis F4 bezeichnet sind. Die Felder der Generatoren ,werden von einer Erregerspannungsquelle
E gespeist und sind über die Regelwiderstände R, bis R4 regelbar. 1I1 bis 1I4 sind
die vier miteinander in Reihe geschalteten Fahrmotorenanker, deren Feldwicklungen
mit TV" bis 1T114 bezeichnet sind. Auch diese Motoren sind fremderregt, ,wobei sämtliche
Feldwicklungen TV" bis TV" in Reihenschaltung an die Erregerstromquelle E angeschlossen
sind. A ist noch ein Anlaßwiderstand, der stufenweise zur Inbetriebsetzung des Regelsatzes
kurzgeschlossen werden kann. Zur Steuerung ist eine Anzahl von Regelschaltern vorhanden.
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S, und S_ bedeuten zwei Regelschütze, mittels deren ,wahlweise die
Klemmen des Generators G., an Erde angeschlossen ,werden können. S3, S4, S,, und
S(I bedeuten Regelschütze, die es möglich machen, die Motorenanker 1I1 bis 1I4 an
den Maschinen der Regelgruppe entlang zu schalten. Die freie Anschlußklemine des
Motors 1I4 ist über eine Leitiiiiä I_., finit der Gegenreilienschlußwicklung TT'7
des Generators G4 verbunden. Die Wicklung kann ganz oder teilweise durch die Schalter
Slp sowie den Schalter S1, unter Zwischenschaltung des Vorschalt,w iderstandes R7
überbrückt werden.
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In der im Hauptpatent gezeigten Weise kann die den Motoren 1I, bis
1114 zugeführte Spannung geregelt werden, indem der An-.t, für die Motoren mittels
der Schütze S3 bis SE an den Maschinen der Regelgruppe entlang gesdlialtet wird
und nach Erhöhung der Regelspannung auf den Wert der Netzspannung die Maschine G4
als Zusatz- oder Absatzmaschine geschaltet ,wird.
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Erfindungsgemäß wird nun eine vorteilhafte Abänderung des beim Hauptpatent
vorgesehenen Regelvorganges in der Weise herbeigeführt, daß der Regelvorgang in
der vorher erläuterten Weise nur so ,weit ausgeführt wird, daß die Motoren an den
Maschinen G, und G3 liegen. Wird die Spannung der \laschine G4 auf den Höchstwert
von goo V und die Spannung der Maschine G3 auf den Höchstwert von 1350 V gebracht,
so beträgt die den Motoren zugeführte Spannung maimal 225o V. Nunmehr ,wird in der
Weise auf die Dauerschaltung übergegangen, daß die Maschine G4 unmittelbar in Gegenschaltung
zum Netz angeordnet ,wird und die Fahrmotoren an die \Tetzspannung vermindert um
die Gegenspannung der Maschine G4 angeschlossen ,werden. Es ergibt sich dann für
die Fahrmotoren eine Spannung, die aus der Netzspannung von 3000 V vermindert
um die Generatorspannung der Maschine G, von 9oo V gegeben ist und 2ioo V beträgt.
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Die Schaltung ,wird in der Weise durchgeführt, daß zunächst die Maschine
G.2, die keine Spannung hat, hinzugeschaltet ,wird. Danach ,werden die Maschinen
G, bis G3 so erregt, daß G4 spannungslos ist, ohne daß sich die Spannung an den
:Motoren ändert. Nunmehr ,wird das Netz an die Maschinen G, bis G3 angeschlossen,
wobei das Schütz S2 geschlossen ,wird. Anschließend ,werden die Fahrmotoren abgeschaltet
und die Maschine G4 so ,weit negativ erregt, daß die Spannung der Maschinen G1 bis
G4 zusalninen annä'hürnd 2 i oo V beträgt, so daß die Motoren an diese vier Maschinen
ohne ,weiteres angelegt werden können. Während der Umgruppierung der Maschinen ,wird
die Gegenverbund.,vicklung W7 des Generators G4 zugeschaltet, ,wodurch größere Stromstöße
beine Wiedereinschalten der Motoren unterdrückt ,werden. Zweckmäßigerweise ,wird
man Vorkehrungen treffen, um das Wiedereinschalten der Motoren an und für sich nur
bei richtiger Gegenschaltung zu ermöglichen.
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Man ,wird diese Schaltung trotz der -Nachteile
der
Leistungsunterbrechung wählen, wenn es darauf ankommt, schon hei niederer Geschwindigkeit
eine längere geneigte Strecke zu befahren, denn die Maschinen G1, G2- und G3 werden
in der Dauerschaltung nur wenig beansprucht, in der Anlaßschaltung (bis zum Zeitpunkt,
wo G1, G2 und G3 allein ans Netz gelegt werden) dagegen stark überlastet, so daß
sie so berechnet werden müssen wie die Steuermaschinen von Ilgnergruppen beim. Antrieb
von Umkehrstraßen.
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In der Fig. 2 sei 2 die Stromkennlinie der Motoren während des Anfahrens,
der Strom von G¢ folgt dem Linienzug ABCDEK11iIN, derjenige von G3 dem Linienzug
FHBCDEOP und derjenige von G2 dem Linienzug, FHCJDEOP und derjenige von G1 dem Linienzug
FHCJKOP, wobei :das Anfahren nach der in der Hauptanmeldung beschriebenen. Weise,
also ohne Leistungsunterbrechung, stattfinden möge. Da die Stromspitzen nur bei
der Anfahrt und hierbei nur für wenige Sekunden auftreten, können die Maschinen
relativ klein ausgeführt werden, der Lokomotivführer darf aber keine dieser Geschwindigkeiten
zu einer Dauergeschwindigkeit machen, denn dann würde die Gruppe relativ zu den
Motoren wesentlich überlastet sein. Das obige Verfahren bedeutet also die Möglichkeit,
die Zeit dieses Anlaufens zu verkürzen, die Stromspitze von G1 wesentlich zu verkleinern
(denn der Übergang .zu der Dauerschaltung geschieht dann schon an der Stelle
JD) und um eine wesentlich niedrigere Geschwindigkeit als Dauergeschwindigkeit
zur Verfügung zu haben. Dies wirkt sich noch stärker aus bei einer 3-Maschinenregelgruppe.
Wenn jede dieser Maschinen für die Spannung
gebaut wird, kann der Übergang praktisch schon bei etwa 1/4 der maximalen Geschwindigkeit
erfolgen, etwa bei 301=/Std., wenn die maximale Geschwindigkeit der Lokomotive i30
kmjStd. ist.
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In dem letzteren Falle, nämlich bei drei Maschinen, die für je eine
Spannung gebaut sind, läßt sich die Schaltung in
der in Fig. 3 gezeigten Weise abändern. Beim Anlassen liegt nur G3 parallel zu den
Motoren (S1 eingeschaltet, S2 aus), die Spannung kann bis erhöht werden, dann erfolgt
die Umschaltung
mit Leistungsunterbrechung; die Motoren werden an G1, G2 und G3 gelegt (S2 eingeschaltet,
S1 aus), wobei aber G3 zunächst negativ erregt ist. Die Spannung an den Motoren
beträgt im Anfang wiederum
und kann jetzt auf
= 1,5 U erhöht werden. Auch hier wird man Cri mit einer in Fig. 3 nicht gezeigten
Gegenkompoundwicklung ausführen und die fremderregten Motoren elektrisch in Reihe
schalten. Diese beiden Maßnahmen bedingen erst einen wirtschaftlichen Erfolg der
in Fig. 3 gezeigten Schaltung. Wird beispielsweise .die Hauptcharakteristik der
Motoren gewählt, so .führt die Schaltung der Fig. 3 zu einem wesentlich höheren
Gewicht, denn dann müssen die Motoren elektrisch parallel arbeiten, also für die
Spannung 1,5 U (bei U = 3000 V für .1.50o V) gebaut werden.
Bei mittlerer Netzspannung, 75o bis 1500, wird man die in Fig. 3, gezeigte
Gruppe als 2-Maschinengruppe ausführen, wovon die erste für. U, die zzv.eite für
gebaut wird.
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Die Fig.2 zeigt auch, daß die Spannung
an den Motoren zu einer günstigsten Stromstärke der Gruppe führt, nämlich zum Punkte
C, und daß mithin die Gruppe auch so gebaut werden kann, daß sie die zu gehörige
Geschwindigkeit für eine vorgeschriebene
längere Zeit aushält.
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Bei der einmaligen Leistungsunterbrechung kann auch eine Umschaltung
der Motoren von Reihe in Parallel vorgenommen werden, wodurch das Gewicht der Gruppe
wesentlich vermindert werden kann. Erfindungsgemäß soll die Spannung U' der ii-ten
Maschine der Gruppe gleich gemacht werden, also iooo V bei U = 3000
V.
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In der Anlaufschaltung sind die Motoren in Reihe geschaltet, die Spannung
an den Motoren wird in der gezeigten Weise allmählich auf U -f- U' erhöht. Dann
wird auf die Laufschaltung übergegangen, mit der ii-ten Maschine negativ erregt,
mit Gegenkompoundwicklung versehen, und die Motoren werden in zwei parallele Gruppen
geschaltet. Die Spannung an den Motoren ist dann U - U', dies ergibt aber, wenn
ist, den Wert
also denselben Wert je Motor wie vorher. Durch Verändern der Erregung der n-ten
Maschine zunächst auf Null, dann auf positive volle Erregung, läßt sich die Spannung
auf U -f- U' bringen und die Geschwindigkeit auf den Wert der Stunden- bzw. Dauerleistung.
Natürlich kann auch jetzt noch Feldschwächung der Motoren zusätzlich angewandt werden.
Die beiden Gruppen müssen mit den. bekannten Mitteln zueinander abgestimmt werden.
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Die Vorteile bei der Bemessung der Gruppe sind-- Die Anlaufschaltung
wird für eine kleinere Zeit und nur mit der Hälfte der
sonstigen
Stromstärke angewandt. Ein Teil dieser Vorteile geht freilich dadurch wieder verloren,
daß die Spannung U' der n,-ten Maschine mit
etwas größer gewählt werden muß, als man sie sonst wählen würde.