DE767753C - Verfahren zum Anlassen bzw. Bremsen von Gleichstromhauptmotoren, insbesondere fuer Bahnantrieb - Google Patents

Description

• Verfahren zum Anlassen bzw. Bremsen von Gleichstromhauptmotoren, insbesondere für Bahnantrieb Zum Anlassen vom, Gleichstrommotoren, insbesondere für größere Leistungen, ist es üblich, die Ankerspannung während des An laßvorganges durch einen Widerstand herabzusetzen. Dieser Widerstand wird stufenweise verringert in dem Maß, in dem die gegenelektromotorische Kraft des anzulassenden Motors infolge der Steigerung der Drehzahl zunimmt. Es ist weiter bereits ein Verfahren zum Anlassen von Gleichstrommotoren bekanntgeworden, bei dem dem anzulassenden Motor ein Anlaßmotor vorgeschaltet wird', welcher erheblich kleiner ist als der Hauptmotor. Dieser Anlaßmotor ist hierbei als Nebenschlußmotor ausgeführt. Sein Anker wird mit dem Anker des Hauptmotors in Reihe geschaltet, während sein Feld durch das Netz unabhängig erregt wird. Bei stillstehendem Hauptmotor wird der Anlaßmotor auf höchste Drehzahl beschleunigt. Alsdann wird die Feld- wicklung des Anlaßmotors unterbrochen. wodurch das Feld und damit die Gegen-E-IK des Anlaßmotors verschwindet. Infolgedessen steigt der Strom an, so daß der Hauptmotor anläuft.
• Derartige Anordnungen haben den Nachteil, daß der Anlaßmotor annähernd gleich groß ausgeführt «-erden muß wie der Antriebsmotor, so daß dem in elektrischer Hinsicht erreichten Vorteil eine unwirtschaftliche Vergrößerung des Aufwandes gegenübersteht. Nach der Erfindung ergibt sich ein besonderes vorteilhaftes Verfahren zum Anlassen bzw. Bremen von Gleichstromhauptmotoren, insbesondre für Bahnfahrzeuge, die in Reihe mit einer Nebenschlußsteuermaschine geschaltet sind, die ihrerseits mit regelbarer --',jebenschlußerregung versehen ist, in dem die Steuermaschine für eine holte Drehzahl, höher als -.ooo Uhnin. gebaut ist. Mit Vorteil wird beispielsweise eine Nenndrehzahl von etwa io ooo U/min zugrunde gelegt. Es handelt sich also hierbei um Drehzahlen, die ein hohes Vielfaches der bei den bekannten Ausführungen mit Nebenschlußsteuermaschine angewendeten betragen. Durch die hohe Drehzahl wird eine erhebliche Verringerung des Aufwandes erreicht, die eine wirtschaftliche Anc-.-etidung des neuen Regelverfahrens im weiteren Bereich ermöglicht.
• Das Prinzipschema einer derartigen Anordnung ist in der Abbildung dargestellt. Hierbei ist mit i die Spannungsquelle bezeichnet, die in Form einer Batterie angedeutet ist, mit a der Anker des Fahrmotors, mit 3 seine Erregerwicklung, mit .I die Steuermaschine, deren Erregerwicklung 5 an der Spannungsquelle i liegt. Der Anlaßvorgang ist hierbei folgender: Zunächst wird dieSteuermaschine auf volle Drehzahl gebracht, was entweder durch einen Anwurfmotor erfolgen kann oder auch unmittelbar motorisch unter Stromentnahme aus dem Netz. Sodann wird die Erregung dieser -Maschine so stark eingestellt, daß die erzeugte Gegen-E-IK nur wenig niedriger als die NetZ-EMK ist, derart. daß die Differenzspannung ausreicht, um dem aus Steuermaschine und Fahrmotor bestehendzn Kreis den mittleren Anfahrstrom aufzudrücken. Gleichzeitig wird der Fahrmotor in diesen Kreis eingeschaltet, so daß er unter Wirkung dieses Stromes beschleunigt wird. Hierbei nimmt die Spannung, die als Gegen-EMIi in dem Fahrmotor zustande kommt, zu. Durch entsprechende Regelung der Erregung der Steuermaschine ist hierbei die Möglichkeit gegeben, die Spannung an der Steuermaschine in einen bestimmten Verlauf herabzusetzen, so daß dem vom Fahrmotor aufgenommenen Strom gleichfalls ein bestimmter gewünschter Verlauf aufgedrückt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, den Anlaßstrom praktisch konstant zu halten.
• Die Steuermaschine läuft hierbei als Motor und ist dadurch in der Lage. die auf die Steuermaschine entfallende Energie nutzbar zu speichern.
• Für Antriebe, die nach verhältnismäßig kurzer Laufzeit wieder stillgesetzt «-erden müssen, wie beispielsweise Straßenbahnantriebe, kann es vorteilhaft sein, die in Form der kinetischen Energie der Schwungmasse der Steuermaschine, die gegebenenfalls durch ein geeignetes Schwungrad noch vergrößert sein kann. gespeicherte Energie bei dem nachfolgenden Bremsvorgang in das Netz zurückzuliefern. Hierzu wird beim Umschalten von Fahren auf Bremsen der Anker des Hauptmotors in bezug auf das Feld umgepolt. Die Erregung der Steuermaschine wird dann während des Bremsvorganges derart geregelt, daß die Summe der Spannungen von Fahrmotor und Steuermaschine über einen möglichst breiten Drehzahlbereich stets so groß ist, daß die für die Bremsung erforderlichen Ströme in das Netz fließen können (Nutzbremsung). Hierbei verläuft der ganze Vorgang grundsätzlich umgekehrt wie beim Anlaufvorgang, so daß auch die Abstufung der Regelung ähnlich wie beim Anlaufvorgang selbst durchgeführt sein kann. Die Steuermaschine. die z. B. beim Anlaufvorgang von Nenndrehzahl auf eine entsprechend höhere Drehzahl gebracht ist, wird hierbei wieder in ihrer Drehzahl verzögert und annähernd auf Necindrehzahl gebracht, so daß sie bei einem nachfolgenden Anlaufvorgang wieder die Spannung am Hauptmotor begrenzen kann.
• Sehr wesentlich ist bei der ganzen Anordnung die Ausbildung der Steuermaschine als sehr schnell laufende -Maschine, etwa mit einer Nenndrehzahl von io ooo U/min, die bei dem Anfahrvorgang weiter gesteigert werden kann, so daß sie an dessen Ende etwa den doppelten Wert erreicht. Auf diese Weise ist es möglich. mit verhältnismäßig geringen Maßen eine sehr große kinetische Energie aufzuspeichern und die Abmessungen der Steuermaschine im Verhältnis zu den Abmessungen des Fahrmotors sehr gering zu halten.
• Infolge der hohen Drehzahl ist es möglich, die elektrisch wirksamen Teile der -Maschine klein zu bemessen. Allerdings nimmt andererseits infolge der hohen Drehzahl die Fliehkraftbeanspruchung zu, so daß eine hohe spezifische Beanspruchung durch die Fliehkräfte eintritt. Es ist deshalb vor allem auch wesentlich, durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen diese mechanischen Beanspruchungen mit den. geringen, für den elektrischen Teil ausreichenden Abmessungen zu beherrschen. Eine sehr wertvolle zusätzliche Verbesserung kann vor allem auch dadurch erreicht werden, daß man von dem Vorurteil abweicht, daß die kritische Drehzahl der Welle oberhalb des Betriebsdrehzahlbereichs liegen müsse und daß man die Steuermaschine mit großer Ankerlänge, kleinem Ankerdurchmesser und mit einer Welle ausführt, deren kritische Drehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt. Es ist nämlich ohne weiteres möglich, die kritische Drehzahl in einen verhältnismäßig niedrigen Drehzahlbereich zu legen, der bei dem Anlaßvorgang ohne wesentliche Beanspruchung rasch durchlaufen wird. Besondere Vorteile kann es weiter bilden., wenn unter Umständen, die Welle wenigstens teilweise mit zur Kraftlinienführung herangezogen wird, wodurch eine weitere Verringerung des Durchmessers ermöglicht wird, wodurch bei gegebener Drehzahl die F',liehkraftbeanspruchung selbst wesentlich kleiner wird, so daß die aus Festigkeitsgründen notwendigen Maße noch weiter herabgesetzt werden können.
• Aus dem gleichen Grund ist es wichtig, die Steuermaschine mit. einem möglichst kleinen Kommutatür mit geringer Lamellenzahl. auszuführen. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, daß in dem Kommutierungskreis gesättigte Drosseln angewendet werden, die bereits bei sehr niedrigen Stromwerten ihren Sättigungswert erreichen, so daß der Stromverlauf im Bereich des Stromnulldurchganges sehr flach gehalten wird, wodurch die Kommutierung erheblich erleichtert wird, so daß z. B. mit einer ganz geringen. Lamellenzahl von etwa sechs Lamellen bei den für Straßenbahnen üblichen; Spannungen von 5oo bis 8oo Volt ein Auslangen gefunden werden kann.
• Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann es unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Anordnung mit einer Drosselspule von ausreichender Zeitkonstante zu kombinieren, die ein zu plötzliches Ansteigen des Stromes beim Einschaltvorgang verhindert und hierbei gleichfalls kinetische Energie, die wieder in den Kreis zurückgeliefert wird, aufspeichert. Es ist weiter nicht wesentlich, woher die Antriebsenergie für den Antrieb bezogen wird, ob von einem mitgeführten Speicher oder aus einem Gleichspannungsnetz, einer Gleichspannungsfahrleitung oder über Gleichrichter aus einer Wechselspannungs.fahrleitung. Die neue Schaltung ist weiter nicht nur für Voll- und Straßenbahnantriebe, Oberleitungsomnibusse, sondern auch für ähnliche Antriebe, wie beispielsweise Lasthebemaschinen, Walzwerke u. dgl., mit gleichem Vorteil anwendbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Anlassen bzw. Bremsen von Gleichstromhauptstrommotoren, insbesondere für Bahnantrieb, die in Reihe mit einer Nebenschlußsteuermaschine. geschaltet sind, die ihrerseits mit regelbarer Nebenschlußerregung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermaschine für eine hohe Drehzahl, höher als q.ooo U/min, gebaut ist. a. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet., daß die Steuermaschine mit großer Ankerlänge und kleinem Ankerdurchmesser und mit einer Welle, deren kritische Drehzahl unterhalb der Betriebsdrehzahl liegt, ausgeführt ist. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Steuermaschine derart abgestuft geregelt wird, daß die von der Steuermaschine erzeugte Gegen-EMK in einem dem Anfahrvorgang des Hauptmotors angepaßten Verlauf abnimmt. q.. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Erregung selbsttätig, beispielsweise in Abhängigkeit von den elektrischen und/ oder mechanischen Größen am Hauptmotor, erfolgt. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in Abhängigkeit von der Stromstärke des Hauptmotors, beispielsweise auf einen. konstanten Strom im Hauptmotor, erfolgt. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Steuermaschine beim Anlaßvorgang entnommene Energie nutzbar verwertet wird. 7. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwertung der Energie dadurch erfolgt, daß die Energie umkehrbar aufgespeichert wird. B. Einrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermaschine außerdem als Schwungmasse dient, in der die hierauf entfallende Energie in Form von kinetischer Energie aufgespeichert und bei dem nachfolgenden Umkehrungsvorgang (z. B. Bremsvorgang) wieder abgegeben wird. g. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker der Steuermaschine mit zusätzlichen Schwungmassen verbunden ist. i o. Einrichtung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermaschine mit besonderen Einrichtungen zur Verbesserung der Kommutierung versehen ist. i i. Einrichtung nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß hierzu bereits bei kleinen Strömen sich sättigende Drosseln verwendet werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften \ r. 145 384, 658 825; Stodda, »Dampf- und Gasturbinen« (i924), 6. Aufl., S. 398.