DE847456C - Schleuderschutzschaltung fuer Schienenfahrzeuge mit Einzelachsantrieb durch Wechselstrom-Reihenschlussmotoren - Google Patents

Description

• Schleudersdhutzschaltung für Schienenfahrzeuge mit Einzelachsantrieb durch Wechselstrom-Reihenschlußmotoren

  \tuzcitlichc elektrische Schienenfahrzeuge, wir

  Lokomc>tivcc@, "I'rich@@agcc@ u. dgl- mit I'_inzelachs-

  aittricl> besitzen häufig mehrere Wechselstrom

  1Zeilic@itsc-hltti.'ctnotc>rcn in 1-Iintereinanderschaltung,

  die gegenüber der Parallelschaltung den Vorteil

  kleinerer Wütne in den Ixitungen und daher auch

  geringerer (,>uerschnittc und Gewichte derselben

  aufweist. Wird die Liraft zwischen Rad und Schiene

  bei uinctn solchen Antrieb z.13. wegen ungleicher

  leil>uctgs@@ iclcrstündc verschieden groß, so trimmt

  der zugeliiiri,##c Motor eine lii)here Drehzahl an, er

  beginnt zu sciil(,udern. Begünstigt wird dies l;"i

  einer Reihenschaltung der Motoren, bei der dcr-

  scli)e Strecin die Wicklungen der hintereinander am

  Haupttransformator li.egctideti Motoren durchfliegt,

  dadurch, daß zwar die Ströme der Motoren gleich

  hc>clt bleiben, aber clie Slt;utnung, an die die

  Motoren gelegt sind, sich 1>cliebig auf diese ver-

  teilen kann: es übernimmt der Motor der schleu-

  dernden Achse den größten Teil der Spannung.

  die unter Gefährdung des Motors ein Mehrfaches

  der \orinalspannung erreichen kann.

  Man hat schon versucht. den einzelnen Motoren

  unveränderlich gleich hohe Spannung zuzuführen,

  indem die Zwischenpunkte zwischen den hitttcrcüc-

  andcrgcsclialtctcti Motoren mit entsprechenden

  Klemme» der Sekundämicklung des Haupttrans-

  formators verhunden wurden. Dabei wird zugleich

  erreicht, daß jeder Motor unahhä ngig von den

  übrigen einen beliebigen Ankerstrom <tufttehm"ti

  kann.

  Tritt nunmehr ein Schleudern auf, so> wird zwar

  die Spannung des schleudernden Motors kottstattt

  bleihen, ;ein Fuldstrotn wird aber kluinur als Iwi

  der Reihenschaltung der nicht schleudernden Motoren, so daß immer noch die Gefahr einer unzulässigen Drehzahlerhöhung besteht.
• Nach einem weiteren bekannten Vorschlag wird bei parallel geschalteten Antriebsmotoren mit Hilfe von Uistungsstromwandlern Stromgleichheit in den Fcldtvicklutigen erzwungen und ferner durch Ausgleichlci-ter, die die Verbindungspunkte zwischen Feld und Anker der einzelnen Motoren miteinander verbinden, dem Anker die Möglichkeit gegeben, einen nur seiner eigenen Belastung entsprechenden Strom aufzunehmen. Aber abgesehen davon, daß dieser bekannte Vorschlag nur bei parallel geschalteten Motoren anwendbar ist, weil die Anwendung von Ausgleichleitern bei Hintereinanderschaltung nicht möglich ist, wird durch die Erzwingung gleicher Erregerströme das erstrebte Ziel (gleich starke Felder in den Motoren) nicht mit Sicherheit erreicht. Der Erregerstrom ist nämlich verhältnisgleich dem Produkt aus Stärke des magnetischen Feldes und dem Pfadwiderstand für das Feld. Es ist aber schwierig, den magnetischen Pfadwiderstand auch nur zweier Motoren gleich groß zu halten, da er von der Größe des Luftspaltes und der Permeabilität des Eisens abhängt und der gewollte Erfolg daher stets von der Genauigkeit der Ausführung und der Gleichmäßigkeit des verwendeten Baustoffes abhängt.
• Die Erfindung betrifft eine Schleuderschutzschaltung für Schienenfahrzeuge mit Einzelachsantrieb durch Wechselstrom-Reihenschlußmotoren, die an die Sekundärseite des die Motorreihe speisenden Transformators angeschlossen sind und deren Klemmspannungen gleiche Größe besitzen. Nach der Erfindung wird zur Beseitigung der Nachteile bekannter Schaltungen unter Beibehaltung ihrer Vorteile vorgesehlagen, die Felder mindestens je zweier Motorerz z. B. über einen Hilfstransformator miteinander zu koppeln und den Spannungen an den Feldwicklungen gleiche Phase sowie ein gewolltes Größenverhältnis zueinander zti geben. Der Vorteil der Schleuderschutzschaltung nach der Erfindung ist ein vielseitiger: im Gegensatz zur Erzwingung gleich hoher Erregerströme erfolgt beim Erfindungsgegenstand die Sicherstellung gleich hoher Spannungen an den Erregerwicklungen. Die in diesen erzeugte EMK ist bekanntlich verhältnisgleich dem Produkt aus Netzfrequenz, Windungszahl und magnetischem Feld oder, da Netzfrequenz und, unter der Voraussetzung gleicher Motoren, Windungszahlen bei allen Antriebsmotoren gleich sind, unmittelbar verhältnisgleich dem Feld. Die Sicherheit aber, mit der man unabhängig von Güte der Ausführung und Art des verwendeten Baustoffes für den magnetischen Kraftlinienweg gleich hohe Felder erzeugen kann, ist daher ungleich größer, wenn man für gleiche Spannungen an den Erregerspulen sorgt, als wenn die Ströme in diesen auf gleicher Höhn gehalten werden. Die Erfindung bietet demnach gegenüber bekannten Vorschlägen eine höhere Gewähr, daß das erstrebte Ziel wirklich und wirksam erreicht itird. Ein weiterer Vorteil des Erfindungsvorschlages ist gleichfalls recht wesentlich: bei der neuen Schaltung wird das Verhältins Feldstrom : Ankerstrom geändert, es vermindert sich beim Schleudern eines Rades naturgcniälj der Ankerstrom des zugehörigen Motors; al>cr ztifcilge der z. B. transformatoris-chen Kopplung mit den Ströincn der übrigen Motoren vcrgröl-#ci-t sich der Feldstrom, ititd dies bedeutet, daß die Neigung des schletiderideii 'Motors, seine Drehzahl zu steigern, herabgesetzt wird. Im übrigen ist die Schaltung nach der Erfindung sowohl bei Hintereinander- als auch hei Parallelschaltung der Amricbsinotoren brauchbar, so daß der Anm-cndtingsl#,ereicli der netten Schutzschaltung ein in crwünschtcr Weise wesentlich weiterer ist. Es mag als ebenso wichtiger Vorteil der Erfindung noch erwähnt werden, daß jedem Motor die Möglichkeit gegeben ist, in seinem Anker einen unabhängigen Strom zu führen, so daß die Ankerströme sich frei nach der Höhe der Motorbelastungen einstellen können. Weitere Vorteile, werden bei Schilderung von .Xtisführtiiigslieispielcii ersichtlich «erden.
• So ist es schon von besonderer Bedeutung, daß es beim Erfindungsgegenstand nicht nur möglich ist, immer jeweils zwei Motoren des Triebfahrzeuges hinsichtlich ihrer Felder miteinander zti koppeln, es gelingt vielmehr ohne tt°citcrcs, für sämtliche Motoren der Reihe nur einen einzigen Hilfstransformator mit einer der Zahl der hinsichtlich ihrer Felder zu koppelnden Motoren entsprechenden Anzahl von Wicklungen vorzusehen. Das ist allein schon wertvoll 'hinsichtlich der Verminderung des Gewichtes, bedeutet aber ferner, daß abgesehen von allen anderen bereits erwähnten Vorteilen die Erfindung uti;il>hängig davon anwendbar ist, ob das Tricl>fahrzctig eine geradf oder ungerade Anzahl von einzeln angetriebenen .-\chseti aufweist.
• Es kann bei solchen Antrieben elektrischer Fahrzeuge unter Umständen er@tünsclit sein, die Lastverheilung zu ändern. Dies ist beim 1?rfiridtnigsgegenstand ohne weiteres m<iglich: man kann nämlich mit einfachsten Mitteln das ( @röl5enverhältnis der Feldspannungen einstellbar gestalten. Dazu reicht es aus, die Hilfstransformatoren oder, wenn für alle Motoren nur ein einziger Hilfstransformator vorgesehen ist, diesen an den Wickltnigezi mit Anzapfungen zu vcrschen. Gibt man also dem ilbersetzungsverhälmis des Hilfstransformators mittels solcher Nnzapfungen einen von t tibwcic@iciiden Wert, so werden die Klemnicispanitingen an den Erregerspulen und damit die Felder in dcii Motoren ungleich groß. Natürlich ist es an sich bekannt, Transformatoren mit Anzapfungen zu versehen, doch stellt die Verwendung dieses an sich bekannten Mittels nach der l,.rfindung mit Rücksicht auf die neue Wirkung einen 1icsoicler.en Vorteil dar: man hat es nämlich nunmehr in der Hand. mit sehr einfachen Mitteln die Lastaufnahme der hinsichtlich ihrer Felder gekoppelten Motoren dein Achsdruck der verschiedenen :\@ hsen anzupassen, der durch die Wirkung der Kraft am Zughaken für die einzelnen Achsen bekanntlich ungleich grill;

  werden k@rlltl. Auch dun Kopplungsrad kann tnall

  nach der l:rfilltlwtg äudcrn. Z. I3. durch clit-

  sprecllc tlclc l'cnwssull,,# dci induktivcll Streu-

  i;: dun @trc»nkr; iscn der Wick-

  lungell du, alcler ehr liilfstr;ulsfctrmatorcn. Es 1ä 13t

  sich ;111t <ll(@l' `\,"1'15c ledil' ;-;l'\\tl)1>l"htC Zustand ZU

  scAtcn dun 1>ciclcit c@;cil@f,illc;l, nämlich starre

  ;111Z fohlt lAc \\-llturcs hu.su'!lni.

  Schlic I:Aic 1l ki@ll:;en lach, clur i=i-tltdung die \\-i k-

  ltlllgell du's (,der der llilfstra;lsfc,rmatorcn j2 füg

  sich abschaltbar tgcinacht \\-crdcll. Es kann nänlli;h

  voll recht erheblicher I?edeutung sein, \vcn?l inan

  dir' hinsichtlich seitws Fcldus ungcschenc Kopp-

  lung jedes !lelic ljc!t ihme: t:111 dun Fcldurn der

  üblicci (,111:c durca @a@amnu'a-

  arbeit zu >törcn. Dies(, '\Iiigli;-likcit kann z. 13.

  wünscht sein, wenn inan zur Nutzbremsung ül>er-

  ge@cil \v111 und rille clcr Maschinen die übrigen (r-

  regen =.c111. Auch I>; i?n .\i:::fallell ehes 11c1; , -s, der

  Jc.,halb >troin- ullcl @:lananli@lclgetllacllt \\urdun

  tiiul.'c, ist die @alt';cclllilut@g vccll doll übrigen Motoren

  v(111 Vorteil. Die I?rll!idulig bictct daher nicht nur

  diei@glicllkcit, einen ;tul_':crordcntlich \virksanlctl

  Sclllcuderscllutz für elektrische l:inzela@hsa lttriel>c

  zu schatten, s@@lrdcr:i siu >chiiih dai-Über hii.ausunter

  \'crv,cll<iitl: cinfacll>;ur IIilf=niittel einen ührraus

  mipassungsfähigclt Antrieb, sei dal@ c111(11 auftrctcn-

  den Anforderungen luit 1_c11 htighcit Rechnung gc-

  tragcn \\crdcn kann.

  1)i( Zeichnung 1ä 1#t Ausführungslwisp clc des h:r-

  iitldutl@svm;m lila@cs crkolll:el. `

  Abb. t zeigt (in(- Sch,thung von vier je l>aar\veisc

  hinsichtlich ihrer Fuldcr kclppelbarc'n Motoren, wozu

  in A1>1>. - rill An»n-Zeit-Diagmnmi dargestellt ist:

  :11>l>. ; ltiU#t 111c Kopplung hitlsichtlicll ihrer Felder

  voll \\ iudc ruin vier :Icltclrell durch eihell eiilz;; 1l

  1lilfstrausfccrm;ttccr erkclllleli; i11 A1111.4 ist das zu-

  gelsit-ige Strcml-Zto-I)Agnunni dargestellt. 13(i tietii

  Beispiel nach =\I11>. j sind die zu dem such) gc-

  hörcndun beiden Motoren über ihre unmittulhar

  paralleleschaltcte;i Feldur, a1,o ohne Zuhilfenahme

  Villen llilfstr;liisfc@rulatclr@ mitcitl;llldcr gc#koppclt.

  13(i teer Schaltung flach :\1>1>. i liegen d;e

  Motoren i 11i5 1 in £lintcrcitl;lndcrschaltung an den

  Klemmali :?I his A1; der @cktmdürseite des Loko-

  motivtr;ulsfclrmator5 HT. I)ie Fehler ciiiersciis der

  Motoren i und =, aiAurcr;cit> der Motoren ; und

  sind über I Iilfstraltsfccrmatccretl t, 11z\\-. t., in@tcilt-

  :illcler gc kc@lllielt. \\-e11;1 es 'ich 11111 Motoren gleic hur

  Ausführung handelt und die Ililf-;tr:illsfclrlt1atorc'll /l.

  t, (;1s l llersc'tzulig,vcrllültllis 1 besitzen, niiisseii

  dcnniach <11c Fcld\vicklungetl citier,cits der Motoröl t

  und =. ;tt;dcrcr>eits (!ei- \Icctclrcll ,; und 1 gleich hAe

  hlctnmcti,pallliul#g :IU1\\ci:etl. Da toller die Spatl-

  nutlgell zwischen jc\vcils z\\-ci :\nschlul@punktcn .1i

  und A1,, A., und A; u;f. des 1l@ttll>ttl-,illsfclt-llliltcll,s

  alle gleich grc>h 5i11(, müssen auch die Spannungen

  an doll Allkern der Mnic>ren i und 2 bz\v. , und d

  gleich ;gi-ccl', 5(i11. Das @trccm-Zcit-I>ictgramm nach

  :1b11. =, dcae'tl I;uzeicllnuilgcli auch für den in

  Abb. t vermerkten Stromverlauf verwendet sind,

  dielt zur »ahercn I:rlüutcrtulg. I11 ANI 2 ist U t

  der _\llkersirc»n von Motor 1, U .= derjenige voll

  Motor =. ö FF ist der Strom, der durch die Feld-

  hingen der hinsichtlich ihrer Felder gekoppel-

  tcn Motoren dicht. Der Stromanteil f: ii des Stro-

  mes o i, fenier F z des Stromes ö z tlieltun durch

  die Wicklungen des Hilfstransformators t, und glei-

  chen sich hier magnetisch aus. Der in den Feld-

  \v@ck@ullgcll lliclieiidc Strom ist daher- der gco-

  inctri,che Mittelwert der Ankerstriinw. Ist z.13.

  der Strom @i== erheblich kleiner als der Strom U--"

  SO \vird das Feld Ö 2z stärker, das Feld Ü t schwä-

  cher, als es ohne die Kopplung durch den Hilfs-

  transfor mator t, der Fall wäre. Die Kopplung durch

  den Hilfstransformator bewirkt infolgedessen einen

  Dmhmhlanmicg von Motor i der nicht schleuder n

  1\-i11 und ritten Drehzahlabfall von llcmlr 2. Dabei

  wurden aber die Drehzahlen der beiden Motoren

  nur wenig voneinander abweichen. Wenn die Dreh-

  zahl von Motor i durch Kupplung z. 13. über die

  Schiene an einen bestimmten Wert ( <le@ch@@@nd@g-

  keit des Fahrzeugs gebunden ist und nicht zu-

  nehmen kann, \vird Motor i iin _\ilkerkreis einen

  höheren Strom aufnehmen, d. h. cs wird auch der

  Feldstrom der beiden Maschinen wachsen. Motor i

  wird daher selbsttätig höher belastet als l;ci einer

  Sclmltimg ohne den Hilfstransformator i, Der Zug -

  krattau=fall durch die Schleuderneigung; des Motors

  wird, \vic eine genaue Nachrechnung ergibt, durch

  diese Sclbsthelastung des Motors t mehr oder

  Neidger ausgeglichen. Die Schaltung nach der Er-

  findung verhindert demnach nicht nur das Schleu-

  derte. sondern sie vermindert auh.erdcin den Ausfall

  an Zugkraft.

  Wenn man, wie in Abb. i am Hilfstransformator t=

  angedeutet, das C"bersetzungsverhältnis des Hilfs-

  transformators mittels Anzapfungen ändert und ihm

  einen von t abweichenden Wert gibt. darin «-erden

  die Klennncnspannungen an den Erregerspulen und

  damit die Fcldcr in den Motoren ungleich grol).

  Die Maschine mit dem sch\vä eheren Feld nimmt

  einen größeren Gesamtstrom als die andere Maschhic

  auf. I)as Verhältnis der Motorbelastungen läl3t sich

  demnach, falls <lies aus irgendeinem (runde cr-

  \viinscht seile sollte, durch einen einfachen SAalt-

  vorgang (Uh.erschalten auf eine andere Anzapfung)

  regeln.

  Die Schaltung nach Abb.3 zeigt wiederum vier

  hinsichtlich ihrer Felder zu koppelnde Motoren i

  bis 4. Die Zahl derselben ist aber unbeschränkt, sie

  kann auch eine ungerade sein. Für alle Motoren

  des .\ntricl>cs ist nur ein einziger I-lilfstrans-

  fonnat"r t vorgesehen, der so viele Wicklungen er-

  hält, als der Zahl der hinsichtlich ihrer Felder zu

  koppchiden Motoren entspricht. An jede Wicklung

  ist die Feidwickhtng eines Motors angcschlassen.

  1)1c \\-irkungs\veise ist grundsätzlich die glciclic \vie

  bei der Ausführungsform der Schaltung nach Abb. i.

  In dein Stroni-Zcit-I)itigramm der Abb. 4 sind die

  _\llkcrströnic der vier Motoren durch die Vektoren

  0 i, Ü =, -;. + dargestellt: der Feldstrom ÜF

  ist eilt Viertel der geometrischen Summe dieser vier

  Vektoren, wenn gleiche Windungszahlen der Trans-

  fonnatc>rcnwicklungen angenommen sind. Diese

  führen die Striin1c: T--1, 77?, F 33, 74, teeren geo-

  metrische Summe gleich Null ist. Auch liier kann

  naturgemäß das tibcrsctzuugsvcrhälmis durch An-

  zapfungen an den MAcMuttgcn des HHfstransh)r-

  inators t auf einen anderen Wert als i helichig ein-

  gestellt und dabei die Lastvcrt,#ilung auf clie (#at-

  zeIneu Motoren becinftul;t werden.

  Bei der Schaltung nach :.1)1). ,; siml vor den

  TranslormatorwicklungCU Schaltet- St, S ._" S.;. S, \ -)r-

  gesehen, durch deren i>Unen jeder hulbI)igc Alu-))r

  hinsichtlich seines Feldes aus der liopplung c'c!i

  übrigen Maschinen gelöst werden kann, (In-; dec-

  durch das Zus<-tmmetiarl)ci;(#ti der liinsiclitlic-li ihrer

  Felder in der Kopplung vcrl)lcil;ctidcn ihn"v, r

  zu bechitlussen.

  Auch der Kopplungsgrad ist bc_ Sch;dtungen

  nach der Erfindung frei wählbar. Man kamt z.13.

  durch Vergröl'.erung der magnetischen Streuurig

  zwischen den Wicklungen des oder der Hilfstrans-

  formatoren oder durch Einbau v,)n Drosselspulen

  in die Stromkreise der Trimsfcnmatorwicklungen

  die Kopplung beliebig elastisch gestalten und jeden

  gewünschten Zustand zwischen starrer und ganz

  fehlender Kopplung herstellen.

  Der Vorschlag nach der Erfindung kann sowohl

  bei hintereinander- als auch bei parallel gesdmh#.-

  ten '.Motoren angewendet werden. Der der Erfindung

  zugrunde liegende Gedanke liif5r sich nicht stur bei

  den in den Abb. i und 3 dargestellten Schaltungen,

  sondern auch bei anderen Schaltungen anwenden.

  Wesentlich ist hierbei, daß unter der Annahme des

  Chersetzungsverhältnisscs t in dem oder den Hilfs-

  transformatoren erstens die Fcldspannu ngeti, zwei-

  tens die Ankerspannungen gleich groß gehalten

  werden und daß sich drittens die Ankerströme frei

  einstellen können.

  Eine andere Ausführungsmöglichkeit der Schal-

  tung nach der Erfindung ist bcispichweise in ebb. 5

  veranschaulicht. Hier sind ohne VmwetAut:g von

  Hilfstransformatoren die Anker hintereinander-, die

  Feld«-icklungen parallel geschaltet. Au den Feld-

  wicklungen parallel liegt ein Spannungsteiler, denen

  Mittelpunkt mit der Klemme A# des I.okomotiv-

  transfonnators HT verbunden ist. Da die Spannurig

  zwischen den Klemmen A, und A.) gleich derjenigen

  zwischen den h ictnincit . @., und. .1.,, ist, (,i-li;ilteti die

  Kleinmspannungen der bcidel) Beispiel <)ng:-

  nommcnen Motoren und el)cns@) die @nk)@rspattnu ragen

  gleiche Grö l?.e und Phase. l>ic Stn)mvcrtcilung ist

  in Abb. 5 unter @crwettclnn der Bezeichnungen dus

  Strrnn-Acit-Diagr;tnitnt@s gem;il.'@ .\1)1). _ angegelni).

Claims (1)

1. PATE\TA\SPPI CttE: t. Scltlcudcrschutzsclmhuug für S@.hicttt ttta@tr- zeuge tnit @inzclacli.atttritl> durch `,\"cc@sc@strom- hciheusehlußmoto)ret), die an die Sckttndärscitc des die Motorrcihc spe isctidcn Transformators angeschlossen sind und der c n l@lcmmcnspanmw- gen gleiche Grüße 1>c,itzetr dadurch daß die Fu'dur mindestens je ztvcicr Motoren z. ß. über cinwn Hilfstransformator mit- einander gekoppelt sind und die Spannungen an dmi Fcldwickhmgcn gleiche Phase sowie citi ge%volhes (iroßcuvC#rhalnis zuchlander atdm"etsen. 2. Schleuderschutzschaltung nach Artspruc=h t, dadurch gekennzciclinet, chrfi üir sämtliche Mo- toren der Reihe nur (,in cinzigcr Hilfstransfor- tnator mit einer der Zahl der hinsichtlich ihrer Felder zu koppelnden Motoren entsprechenden Anzahl von Wicklungen vorgesehen ist. 3. Schleuderschutzschaltung nach Anspruch t oder i und 2, dadurch gckcttnzcichnet, daß das Grü1'envcrhältuis d(T Feldspannungen cinstcll- bar ist. 1. SchleudcrschutzsclAtung nach Anspruch ;, dadurch gekennzeichnet, (1a1) der ))der die Hilf s- transformatorcn :ui den \l'icklungen mit Att- zapfungei vcrschen sind. 5. Schlcuderschutzschaltung na:-li Atispru--h i oder t und 2, ge@eher_ctttalls in Verbindung mit Anspruch 3 oder `3 und .1, dadurch gekennzeich- twt, daß der Kopplungsgmd durch entsprechende Bemessung der i:tcIttl;tive,i Strctispatitttnigsal)fällc in den Stromkreisen der Wicklungen des oder der Hilfstransformatoren einstellbar ist. 6. Schleuderschutzschaltung nach Anspruch i oder 2, dadurch gel:cm)zcichttct, daß die NVick- lungen des oder der 11ilfstransf)wmatoren je für sich abschaltbar shicl.