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Einrichtung zur Prüfung der Durchschlagsfestigkeit von Bahnmotoren
Zur
Prüfung von Bahnmotoren sind bereits Prüfeinrichtungen bekannt, bei welchen der
an die Betriebsstromleitung angeschlossene Motor mit einer weiteren gleichen. als
Generator arbeitenden Maschine gekuppelt wird und durch entsprechende Einstellung
der Felderregung beider Maschinen die als Generator arbeitende Maschine zur Abgabe
von Leistung an die Betriebsstromleitun veranlaßt wird. Diese Prüfeinrichtungen,
bei denen die Maschinen in einer sogenannten Kreislaufschaltung arbeiten, ermöglichen
einen Betrieb des zu prüfenden Bahnmotors mit Vollast. wobei aus der Beriebsstromleitung
nur eine geringe Leistung zur Deckung der Verluste entnommen zu werden braucht.
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Die bekannten Prüfeinrichtungen befriedigen jedoch nicht vollkommen,
weil sie eine Nachbildung der im praktischen Betrieb auftretenden Beanspruchungen
nicht in jeder Beziehnung ermöglichen.
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Die höchsten Beanspruchungen der Bahnmotoren entstehen, sobald bei
einem mit Höchstgeschwindigkeit fahrenden I;ahrzeug die elektrische Rremsnng mit
voller Feldeeregung der nunmehr als Generator arbeitenden Maschine eingeschaltet
xvird. I)urch das Zusammentreffen volt hoher Drehzahl unter vol er Felderregung
treten beim Bremsbetrieb Belastungsspannungen auf, die über das doppelte der Motor
betriebsspannung hinausgehen können. Die bekannten Prüfeinrichtungen gestatten infolge
der dauernden Anschaltung der Kreislaufschaltung an die Pole des Betriebsnetzes
eine Prüfung der Bahnmotoren nur mit der Betriebsspannung, so daß Isolationsfehler,
welche nur bei den hohen Brems-@pannungen zu Durchschlägen führen, nicht festgestellt
werden können. Die Erfindung bezweckt, die
Prüfung der Durchschlagsfestigkeit
von I3ahnmotoren entsprechend den schärfsten im Betrieb auftretenden Beanspruchungen
durchzuführen.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die heiden in an sich
bekannter Weise an die Betriebsstromleitung angeschlossenen und in Kreislaufschaltung
arbeitenden miteinander gekuppelte Maschinen nach Erreichen der betriebsmäßigen
Höchstdrehzahl unter Aufhebung der bis dahin bestehenden Verbindung mit den beiden
Polen des Betriebsnetzes an eine Spannung gelegt werden, welche den Betriebsbedingungen
der elektrischen Brentsung entspricht. Diese wesentlich höhere Spannung kann nach
der Erfindung auf verschiedene Weise erzeugt werden. Einmal ist es möglich, nach
Erreichen der betriebsmäßigen Höchstdrehzahl die bis daltin bestehende unmittelbare
Verbindung der Kreislaufschaltung mit dem einen Pol des Betriel)snetzes zu lösen
und zwischen diesen Polen eine Zusatzspannung einzuschalten, so daß auf die mit
dem anderen Pol des Betriebsnetzes verbundenen Maschinen die Summe von Betrilebsspannung
und Zusatzspannung einwirkt. Diese Zusatzspannungsquelle braucht hierbei nur entsprechend
der geringen Leistung bemessen zu sein, die zur Deckung der Verluste in der Kreislaufschaltung
erforderlich ist, um die Maschinen auf ihrer Drehzahl zu halten, so daß ein verhältnismäßig
kleiner Generator verwendet werden kann. obwohl mindestens die gleiche Spannung
wie die des Betriebsnetzes erzeugt werden muß. Zum anderen können die in Kreislaufschaltung
arbeitenden Maschinen nach Erreielten der betriebsmäßigen Höchstdrehzahl durch einen
Trennschalter gemeinsam von der Betriebsstromleitung vollkommen abgeschaltet werden,
während gleichzeitig die Felderregung der Maschinen derart verstärkt wird, daß die
Betriebsbedingungen des Bremsens erreicht werden. Hierbei werden die Maschinen zweckmäßig
mit einer Schwungmasse verbunden, welche diejenige mögliche Prüfzeit verlängert,
während der die Maschinen im Freilauf die betriebsmäßige Höchstdrehzahl beibehalten.
Es kann auch ein Hilfsantrieb mit den Maschinen gekuppelt sein, der lediglich. die
in der Kreislaufschaltung auftretenden Verluste decken muß, um die Maschinen auf
der Höchstdrehzahl zu halten.
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Die Felderregung der Maschinen wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung aus einer besonderen Spannungsquelle gespeist, um jede gewünschte
Erregung unabhängig von der jeweiligen Drehzahl einstellen zu können. Einige Ausführungsbeispiele
für den Gegenstand der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig.
I eine Schaltung einer Kreislaufprüfeinrichtung mit Mitteln zur Abschaltung der
Prüfeinrichtung von der Betriebsleitung, Fig. 2 einen Prüfstand mit Schwungmasse,
Fig. 3 einen Prüfstand mit Hilfsmaschine, Fig. 4 eine Schaltung für eine Prüfeinrichtung
mit Zusatzspannungsquelle.
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Über einen Schalter S1 (Fig. 1), einen Strommesser 41 und einen Vorschaltwiderstand
W-sowie einen weiteren Schalter S2 und einen Strommesser A2 wird ein Bahnmotor M1
an die Betriebsstromleitung L von 600 Volt Spannung angeschlossen. Der Bahnmotor
M1 ist mit einer weiteren gleichen Maschine M2 gekutpelt, die durch die Schalter
S3 und S4 mit dem Vorschaltwiderstand W1 verbunden werden kann. Die miteinander
gekuppelten Wellen beider Maschinen M1 und M2 tragen ein Schwungrad R (s. auch Fig.
2).
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Die Erregerwicklungen Et und E2 der beiden Maschinen M1 und M2 sind
hintereinandergeschaltet. Jeder Erregerwickluttg liegt ein Regelwiderstand RW] ltzw.
RW2 parallel, so daß die Magnetfelder beider Äl aschinen unabhängig von einander
geregelt werden können. Diese Erregerwicklungen Et und E2 werden von einem Generator
G gespeist, der von einem Motor M3 aus einem I)rehstromnetz R-S-T angetrieben wird
und dessen Erregerwicklung E3 über einen Regelwiderstand RW3 Strom zugeführt wird.
In dem Stromkreis der Felderregungen der zu prüfenden Maschinen liegen ein Schalter
S5 und eilt Widerstand W2, der eine Veränderung des Erregerstroms in den Feldwicklungen
der Maschinen M1 und M2 ermöglicht.
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Zur Durchführung der Prüfung werden zunächst die Schalter S1, S2
untl S5 geschlossen. Der Bahnmotor jOll wird aus der Betrielesstromleitung L gespeist.
Die Stromstärke kann an den Strommessern A1 und A2 abgelesen werden. Der Erregerstrom
in den Erregerwicklungen E1 und E2 wird sodann langsam geschwächt, wodurch der Bahnmotor
M1 seine Drehzahl erhöht. Mittels des Spannungsmessers V1 kann nach Schließung der
Schalter 53 und S6 (untere Stellung) die Spannung der als Generator arbeitenden
Maschine M2 gemessen werden, welche durch Beeinflussung des Stroms in der Erregerwicklung
E2 mit Hilfe des Regelwiderstands RW2 einstellbar ist. Entspricht die Spannung derjenigen
der Betriebsstromleitung L, dann kann der Schalter 54 geschlossen, und damit könne
die Maschinen im Kreislauf Itetrielten werden : durch Einstellung des Stroms in
der Erregerwicklung E2 kann nämlich erreicht werden. daß der Bahnmotor M1 mechanische
Leistung an die öl maschine X12 überträgt, die diese in elektrische Energie umsetzt
und an die Betriebsstromleitnng 1 zurückgibt.
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Der Betrieb der Maschinen mit Fremderregung durch den Generator G
gewährleistet beim Prüfen Sicherheit vor dem Durchgehen der Maschinen. 13ei reiner
Reihenschlußerregung würde die Gefahr bestehen, daß aus irgendeinem Grund, z. B.
infolge Überschlags am Kollektor, die als Generator arbeitende Maschine die von
dem Bahnmotor M1 abgegebene mechanische Leistung nicht mehr in elektrische umsetzt
und dadurch den Bahnmotor ftfl nicht mehr abbremst, so daß die Maschinen durchgehen.
Bei Fremderregung gemäß der Erfindung ist ein Durchgehen so lange nicht möglich,
wie das fremdgespeiste Feld erregt ist; eine Überhöhung der Drehzahl tritt nur bei
erheblicher Schwächung des Feldes des Bahnmotors M1 ein.
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Sobald die Maschinen mit Höchstdrehzahl umlaufen und zlueinander
parallel geschaltet sind, wird der Schalter S1 geöffnet und damit die Kreislauf-
schaltung
von der Betriebsstromleitung L einpolig abgetrennt. die als Generator arbeitsende
Maschine M2 speist jetzt den Bahnmotor M1, so daß die Drehzahl gehaltert wiirde.
wenn nicht Verluste in der Kreislaufschaltung aufträten. Wird jetzt der Strom in
der Erregerwicklung E2 erhöht, so steigt die Spannung an den Ankerklemmen der generatorisch
arbeitenden Maschine M2 an. Hierdurch kann die gewünschte Prüfspannung eingestellt
werden.
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Die in der Kreislaufschaltung bei dem Umlauf eintretenden Verluste
verzehren die in den Schwungmassen der M Maschinen und des Schwungrads R enthaltene
kinetische Energie, so daß die Drehzahl langsam abnimmt. Bereits mit einem verhältnismäßig
kleinen Schwungrad läßt es sich jedoch erreichen, daß die Maschinen M1 und M2 während
einer für die Prüfung unter Bremshedingungen ausreichenden Zeitspanne die Höchstdrehzahl
beibehalten.
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Zur Deckung der in der Prüfzeit auftretenden Verluste kann auch ein
besonderer Hilfsantrieb vorgesehen sein. Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung
sind die Maschinen M1 und M2 mit einem kleinen zusatzlichen Motor M4 gekuppelt.
Dieser Motor M4 soll erst wirksam werden, wenn die zueinander parallel geschalteten
Maschinen durch Öffnung des Schalters S1 (Fig. 1) einpolig von der Betriebsstromleitung
L abgetrennt sind. Er bringt die zusätzliche Antriebsleistung auf, die erforderlich
ist, um die in Kreislaufschaltung arbeitenden Maschinen auf ihrer Drehzahl zu halten.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist ein Zusatzgenerator
G2 vorhanden, der eine Spannung mindestens gleicher Höhe erzeugt, wie sie die Betriebsstromleitung
L führt. Ein Schalter S7 ermöglicht es, diesen Zusatzgenerator G2 wahlweise ein-
oder auszuschalten. Zwei Bahnmotoren M1 und M2 sind wieder miteinander gekuppelt.
Durch die Schalter S2 und S3 kann jeder der Bahnmotoren an die Betriebsstromleitung
L angeschlossen werden. Die Erregerwicklungen E1 und E2 werden wie in der Anordnung
nach Fig. t durch einen besonderen Generator G1, der von einem Motor M3 angetrieben
wird, gespeist. Die Regelwiderstände RW1 und RW2 gestatten es, die Felderregung
jeder Maschine gesondert einzustellen.
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Zttr Durchführung der Prüfung wird der eine Bahnmotor, z.B. M1, an
die Betriebsstromleitung L angeschlossen und durch langsame Schwächung seiner Erregung
auf die gewünschte Drehzahl gebracht. Die Erregung der über die Welle angetriebenen
anderen Maschine M2 wird so eingestellt, daß sie auf Spannung kommt. Sodann wird
durch Schließen des Schalters S3 diese Maschine parallel geschaltet. I)ie jetzt
generatorisch arbeitende Maschine M2 speist nunmehr den Bahnmotor M1, und aus der
Betriebsstromleitung L wird nur die geringe Leistung entnommen, die zur Deckung
der Verluste itt der Kreislaufschaltung erforderlich ist.
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Zur Nachbildung der 13remsverhältnisse wird nunmehr der Schalter
S7 nach oben in die gestrieltelt gezeichnete Lage umgelegt und der von dem Älotor
.114 angetriebene Zusatzgenerator G2 auf die gewünschte Zusatzspannung gebracht.
Der Znsatzgenerator (,2 ist so geschaltet, daß seine Spannung sich zu der Spannung
der Betriebsstromleitung L addiert. Der Zusatzgenerator G2 braucht nur für die t
@½fache Netzspannung ausgelegt und für die geringe Leistung bemessen zu sein, welche
zur Deckung der Verluste in der Kreislaufschaltung erforderlich ist. Durch die Erhöhung
der an den Maschinen M1 und M2 liegenden Spannung steigt die Drehzahl derselben
an. Man kann bei voller Erregung durch Steigerung der Spannung die Maschinen nll
und M2 auf die der höchsten Fahrgeschwindigkeit entsprechende Drehzahl hinauftreiben.
I)urch eine geringe Feldschwächung der einen Maschine kann die andere Maschine,
während sie unter der überhöhten Spannung läuft, belastet werden. Es interessiert
hierbei nur das Verhalten der als Generator arbeitenden Maschine. Da die von der
generatorisch arbeitenden Maschine, z. B. 12, erzeugte Leistung von der als Motor
arbeitenden Maschine. z. B. M1, restlos aufgenommen wird, sind jedliche für hohe
Belastungen erforderlichen Bremswiderstände entbehrlich.
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Diese Ausführungsform der Erfindung benötigt also weder für die Aufnahme
hoher Belastungen bemessene Bremswiderstände noch irgendwelche für hohe Schaltleistungen
l>emessene Geräte. Der Zusatzgenerator G2 braucht, wie bereits kurz erwähnt,
nur für einen Bruchteil der Leistung der zu prüfenden Maschinen ausgelegt zu sein,
weil er im wesentlichett nur Spannung erzeugen muß und nur den geringen Strom zu
liefern hat, der zur Deckung der Verluste in der Kreislaufschaltung erforderlich
ist.
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PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Prüfung der Durchschlagsfestigkeit
von Bahnmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in an sich bekannter Weise an
die Betriebsstromleitung angeschlossene und in Kreislaufschaltung arbeitende, miteinander
gekuppelte Maschinen nach Erreichen der betriebsmäßigen Höchstdrehzahl unter Aufhebung
der bis dahin bestehenden Verbindung mit den beiden Polen des Betriebsnetzes an
eine Spannung gelegt werden, welc'he den Betriebsbedingungen der elektrischen Bremsung
entspricht.