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Elektrisches Mehrkrafttriebfahrzeug Die Erfindung betrifft ein: elektrisches
Mehrkrafttriebfahrzeug und besteht darin, daß dessen Antriebsmotoren wahlweise aus
einer Wecbselstromfahrleitung oder einer verbrennungselektrischen Eigenkraftquelle
gespeist werden können. Ein solches Fahrzeug hat den Vorteil, daß es einerseits
auf für Wechselstrnombetrieb eingerichteten Fearnbahns itrecken ohne Ben @tzu ng
seiner Eigenkraftquelle, also ,ohne Verbrauich von 01 od. dgl. verkehren kann und
andererseits auch in der Lage ist, Strecken. ohne Fahrleitung oder solche von abweichendem
Stromsystem mit Eigenkraft zu befahren. Bisher sind nur ;solche Mehrkrafttriebfahrzeuge
bekannt, die bei Fahrleitungsbetrieb eine Gleichsbromf @ahrleitungbenätigen.Ihrefür
die übliche Gleichstromkraftübertragung des verbrennungselektrischen Antriebes bestimmten
Motoren sind gewöhnliche Gleichstrommotoren, die sich für eine andere Stromart,
also für Wechselstrombetrieb nicht eignen,. Die Erfindung hat dagegen zur Folge,
daß entweder die verbrennungselektrische Kraftübertragung mit für wechselnde Stromart
geeigneten Motoren ausgerüstet wird, die bei Eigeukraftbetrieb als Gleichstrommotoren,
bei Speisung aus der Fahrleitung als Wechselstrommotoren arbeiten, oder d:aß dieEigenkraftversorgung
mittels
einer Wechselstromkraftübertragung im Fahrzeug durchgeführt ,wird. dieden Besoilderheiten
des verbrennungselektrischen Fahrzeugantriebes entsprechen muß. Beides ist bisher
noch nicht vorgeschlagen tvo,rden. Es sind wohl auch Triebfahrzeuge b°lcanrit, die
abwechselnd aus einer L berlandwechselstromfahrleitung und einer Stra.ßenbahnglFiclistromfahrleitung
gespeist werden. Ihre Motoren sind daher abwechselnd als tVechselstronimotor:n und
als Gleichstrommotoren in Betrieb: eine Eigenkraftversorgung findet aber bei diesen
Fahrzeugen nicht statt, und es sind die beiden Stromarten durch die gegebenen Fahrleitungssysteme
zwingend festgelegt. Zum Unterschied davon ist bei Triebfahrzeugen mit fallweise
eintretender Eigenlzraftv--r,orgung die Stromart der letzteren an sich frei wählbar.
Es wurde aber eill-annt. daß es insbesondere für Triebfahrzsugl, die im Fahrleitungsbetrieb
mit der g,2bräuchlichen niedrigen Einpliasenwechselstromfrequenz von i6=/; Hz gespeist
werden sollen, von Vorteil ist. eine andere Stromart oder Frequenz für die verbrennungselektrische
Kraftiib@ertragung zu verwenden. nämlich entweder Gleichstrom oder Wechselstrom
von h#iherer Frequenz, z. B. von 5o Hz.
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Die zn%vendung der Gleichstromkraftübertragung für die Eigenkraftversorgung
ergibt eine leichtere elektrische Ausrüstung, als wenn hierfür Einphasenwechselstrom
von 1ö'/3 Hz verwendet würde. Die Motoren sind in diesem Fall für Wechselstromfahrleitungsbetrieb
geeignete Reilienschlußkommuxatormotoren, und als Eigenkraftquelle des Fahrzcuges
dient ein von einem Verbrennungsmotor getrieb:ner Gleichstromerzeuger.
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Die Wechselstromkraftübertragung im Fahrzeug ist vorteilhafter als
die Gleichstromkraftübertragung, wenn sie mit höhere: Frequenz betrieben wird. Der
WechselstromerzQuger muß aber zur günstigen Ausnutzung de, Verbrennungsmotors eine
entweder hyperbolisch geregelte oder ihm eigentümliche hyperbolische Spannungsstromkennlinie
erhalten. Eine Wechselstromkraftübertragung mit solcher Kennlinie ist bisher weder
für Fahrzeuge no;h für ortsfeste Anlagen vorgeschlagen worden. Die Motoren des Triebfahrzeuges
können in diesem Fall Wechselstromdrehfeldmotoren oder Wechselstroml:emmutatormotoren
sein, und als Eigenkraftquelle ist ein Wechselstromgenerator mit der angegebenen
Kennlinie zu verwenden. Die Vorzüge der Wechselstromkraftübertragung beruhen u.
a. darauf, daß die selbsttätige Regelung der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors,
z. B. eines Dieselmotors, ohne die bei bekannten Gleichstromkra.ftübertragungen
verwendete zusätzliche Erregermaschine möglich ist. Bei einem «-eAiselstromerzeuger
zerläuft die abgegebene Spannung infolge seiner Induktivität und Arikerrückwirkung
in Abhängigkeit vom Ankerstrom nach Kennlinien, die mit steigendem Strom abfallen
und annähernd denen eines Gleichstromgenerators mit starker Gegenverbund.wicklung
entsprechen. Fin gltichwertiger Gegenverbundgleichstromerz@u@=; r hätte aber erheblich
größeres G:wicht. so <1a1:= schon durch die Anwendung der Wechselstromübertragung
an sich. besoti@-_'e; s mit höherer Frequenz, eine beachtenswerte Gewichtsersparnis
erzielt wird.
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Die Gestalt der K=ennlinien des ielstronigenerators wird, wie aus
Fig. i ersichtlich, hauptsächlich durch die bei den jeweiligen Drehzahlen bzw. Frequenzen
f i bis f 5 des Generators vorhandenen Erregerströme in ihrer Höhe
becinflußt. Eine durch diese Kennlinien gelegte Kurve gleicher Leistung zeigt den
auch dem Gleichstrom-Gegenverbund-Dieselantriebsatz eigentümlichen Verlauf. Die
Kennlinien gemäß Fig. i zeigen, daß schon die Anwendung eines normalen Wechselstromgenerators
in Verbindung mit frequenz- oder drehzahlabhängigen Regeleinrichtungen die Möglichkeit
bietet. die für den Dieselmotor wichtige Kurve gleichbleibender abgegebener Leistung
zu erzielen.
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Die Amvendung frequenz- oder drelizahlabhängigerErregung bietet den
weit:nen Vorteil, daß jeder bei dem Antriebssatz vorgesehene Generator, gleichgültig
ob Gleich-oder Wechselstromgenerator, mit Selbsterregung arbeiten kann. Bei Anwendung
eines Wechselstromgenerators könnte dieser zweckmäßig dadurch selbsterregt werden,
daß man den frequenzabhängigen Regler direkt an die Arbeitswicklung des Stromerzeugers
anschließt. Ein etwa vorhandener Gleichstromgenerator könnte dann frequenzabliängig
selbsterregt werden, wenn man seine Erregung über einen frequenz.abhängigen Regler
speist, der seinerseits an besondere wechselstromführende Schleifringe des Generators
angeschlossen ist.
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Im übrigen wäre es auch denkbar. den frequenzabhängigen Regler, beispielsweise
durch eine besondere Drelistromerregermaschine oder durch eine Maschine schwacher
Sättigung, zu speisen, die gegebert.:tifalls Erregermaschine und Regler gleichzeitig
sein könnte.
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Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels, und zwar für
eine Anordnung mit einem Wechselstromgenerator, näher erläutert werden. Der in Fig.
2 mit 1 bezeichnete Dieselmotor treibt den z. B. mit zwei Erregerwicklungen ausgerüsteten
Läufer des Wechselstromgenerators an. Der ersten Erregerwicklung
wird
über die Schleifringe 2 ein von der Drehzaha bzw. der Frequenz abhängiger Erregerstrom
zugeführt:, der von einem drehzahl- oder frequenzabhän.gigen Regler q., gleich welcher
Art, geliefert wird. Wie ersichtlich wird, im vorliegenden Fall der frequenzabhängige
Regler von der Wechselstrom.wicklung dies Generators gespeist und gibt je nach der
zugeführten; Frequenz einen verschieden großen, aber im Regler gleichgerichteten
Strom auf die erste Erregerwicklung des Wechselstromgeneratoirs. Die zweite Erregerwicklung
ist über die Schleifringe 3 nach Schließ-en des Schalters 5 an die Erregerbatterie
6 angeschlossen. Die Erregung dieser Wicklung bleibt somit unabhängig von der Drehzahl
bzw. der Geschwindigkeit.
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Erwähnt sei noch, daß der Generator keineswegs zwei Erregerwicklungen
haben muß, sondern auch mit einer Wicklung zufriedenstellend arbeitet, wenn man
z. B. Batterie und Erregerspannung in Reihe schaltet.
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Für den Fall, daß das Fahrzeug auf eine netzgespeiste Strecke gelangt,
kann mit Hilfe des Umschalters 7 der dieselelektrische Antriebssatz abgeschaltet
und die Fahrmotoren 8 auf den Transformator 9 umgeschaltet werden, Das Fahrzeug
entnimmt dann die zu seiner Fortbewegung nötige Energie dem jeweiligen, Netz. Ist
der Transformator für 162/s Hz und der Motor für 5o Hz bemessen, dann, kann das
Fahrzeug sowohl an einem Netz mit 5o Hz als auch an einem solchen mit 162/s Hz betrieben
werden. Für den Fall, daß der Transformator nur für 5o Hz ausgelegt ist, wäre die
Verwendung dies Fahrzeuges auf Netze dieser Frequenz beschränkt.
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Im- folgenden sollen die Einwirkungen der beiden; Erregungen auf den
Wechselstromgenerator näher geschildert werden. Wird beispielsweise ein frequenzabhängiger
Regler mit einer der in Fig. 3 gezeichneten Kennlinie verwendet, die den Verlauf
des Erregerstromes in Abhängigkeit von der Drehzahl n bzw. Frequenz f darstellt,
so,soll dieser Regler bis zu einer bestimmten Drehzahl bzw. Frequenz praktisch keinen
Einfluß auf die E -rcgung dies Wechselstromgenerators haben, so daß bis zu, dieser
bestimmten Drehzahl die E,r,regung dies Generators lediglich durch die Batterie
6 bestritten wird. Die von der Batterie verursachte Erregung erzeugt ein gewissies
Feld, und die dadurch erzeugte Spannung wird etwa wie die Kurve für fmt" in Fig.
i verlaufen. Diese Erregung genüge, um das Fahrzeug in, Bewegung zu setzen oder
mit einer geringen Geschwindigkeit zu betreib;:n. Steigt alsdann die Drehzahl des
Dieselmotors an, so wird, wie aufs. Flig. 3 ersichtlich, mit wachsender Frequenz
innerhalb eines Bereiches von beispielsweise f i bis f 5 gleich 1/2
Hz der volle Erregerstrom über die Schleifringe 2 von dem frequenzabhängigen Regler
q. dem Generator zugeführt. Dieser arbeite dann beispielsweisse auf dem auf der
Kennlinie für f.", gelegenen Punkt a,. Beim Betriebspunkt b der gleichen. Kennlinie
ist die vom Dieselmotor abgegeben eLeisitung gerade gleich seiner Nennleistung.
Angenommen, der Generator arbeite weiterhin auf der Keunliniie f.ax, dann würde
der Dieselmotor überlastet. Die geringste Überlast drückt aber sofort seine Drehzahl,
so daß bei einer nur etwas kleineren Frequenz f 2 bereits der Erregerstrom, wie
aus Ei-. 3 ersichtlich, so weit geschwächt: ist, da,ß der Generator nunmehr auf
der Kennlinie f 2 mit entsprechend kleinerer Erregung arbeitet. Diesle selbsttätige
Regelung wird so lange wirksam seins, bis der Generaltor, jedoch bei kleinerem Strom,,
wieder auf' der ursprünglichen f"ax Kennlinie arbeitet.
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Als frequenzabhängiger Regler könnten ein oder mehrere vereinigte
Schwingungskreise verwendet werden, die auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt sind,
also praktisch nur von einer bestimmtem Drehzahl ab stromdurchlässig sind. Dieser
Schwingungskreie speist entweder einen einfachen gitterlosen Röhrengleichrichter
oder aber einen Trockengleichrichter, der einen gleichgerichteten Wechselstrom mittelbar
oder über Verstärker dem, Erregerfeld der Maschine zuführt. Mit wachsender Frequenz
steigt bei dieser Anordnung die Spannung im Gleichrichter, und dieser liefert einten
gemäß Fig. 3 ansteigenden Erregerstrom (Anodensteuerung). Bei einem solchen Regler
müßte der Schwingungskreis kräftig bemessen sein, wenn er die volle Erregerleistung
führt. Will miau dies vermeiden, dann könnte man statt einfacher Gleichrichterröhren
solche mit Gittersteuerung verwenden, um die gleiche frequenzabhängige Regelung
zu bewirken. Im übrigen könnte als frequcnzabh.ängiger Regler auch eine selbsterregte
Erregermaschine mit vorzugsweise. schwacher Sättigung verwendet werden, die allerdings
im allgemeinen Pinie reicht so starke Frequenzabhängigkeit aufweisen wird.
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Weiterhin wird darauf hingewiesen, d,aß durch zwei- oder mehrphasige
Ausbildung dies Generators eine Baustoffersparnis erzielt wird. Bei Anwendung eines
solchen Generators könnte zweckmäßig mit jeder Phase desselben ein Einphasenmotor
mit Strom versorgt werden. Elektrische Kupplung der Generatoren zum Zweck dies Gleichlaufens
der Dieselantriebssätze ist möglich.