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Schleuderschutzschaltung für Schienenfahrzeuge mit Einzelantrieb durch
Wechselstrommotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleuderschutzschaltung
für Schienenfahrzeuge mit Einzelantrieb durch Wechselstrommotor en und stellt insbesondere
eine Verbesserung einer derartigen, in dem Patent 5-.7 456 angegebenen Schaltung
dar, bei der die Felder mindestens je zweier -Motoren z. B. transformatorisch miteinander
gekoppelt sind. Durch die in dem Hauptpatent angegebene Schaltung der als Reihenschluß,motoren
ausgebildeten Kollektormotoren soll vor allem verhütet werden, daß ein -Motor, dessen
Lastmoment aus irgendeinem Grund niedriger als das der übrigen Fahrzeugmotoren ist,
eine gefährlich hohe Drehzahl annimmt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einer durch die Mittel
des Patentes 8.1.7 4.j6 oder auf irgendeine andere Weise, z. B. durch die an sich
bekannte Erzwingung gleicher Erreg2rströme, herbeigeführte Kopplung von Feldwicklungen
in den Ankerstromkreisen der beteiligten Maschinen nicht nur die für die Momentbildung
notwendigen Wirkströme auftreten, sondern daß in diesen Stromkreisen außerdem Blindströme
fließen müssen, die der Differenz der Spannungsabfälle in den beiden Ankerkreisen
die 'Zeitphase der Rotationsspannung verleihen. Mit Wirkstrom bzw. Blindstrom sind
hier Ströme bezeichnet, deren Zeitphase gegen die des Erregerstromes um o bzw. 9o°
verschoben ist. Diese Blindströme sind um so stärker, je größer die Selbstinduktion
des Ankerstromkreises, d. h. der Anker-, der Kompensations-und der @,#'endepolwicklung,
ist.
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Durch das Auftreten dieser Blindströme wird die Stromwendung erheblich
verschlechtert. Denn bei dem Entwurf des -Motors wird bei der Bemessung
des
Wendefeldes von der Annahme ausgegangen, daß die vom Hauptfeld in den stromwendenden
Ankerwindungen induzierte sogenannte Transformatorspannüng gegen die durch Stromwendung
verursachte Reaktanzspannung zeitlich um .9o° verschoben ist. Sind der Anker- und
der Feldstrom gleichphasig, so trifft diese Voraussetzung zu; durch das Auftreten
von Blindströmen wird sie jedoch hinfällig, denn die von dem Blindstrom erzeugte
Reaktanzspannung ist, wenn es sich um zwei gekoppelte Motoren handelt, bei dem einen
Motor um o°, bei dem anderen um r8o° gegen die Transformatorspannung verschoben;
der angestrebte und im normalen Betrieb bestehende Ausgleich zwischen 'den zwei
genannten Spannungen und der Wendefeld-Rotations-Spannung ist also nicht mehr vorhanden.
Hierdurch werden am Stromwender nicht nur Funken gebildet, sondern es werden ferner
Kurzschlußströme in den stromwendenden Ankerwindungen verursacht, so daß diese Ströme
voll auf die Hauptpolachse einwirken und, je nach der Art der Kopplung der Feldwicklungen,
das Feld oder den Erregerstrom beeinflussen.
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Zwecks Vermeidung bzw. weitgehender Verringerung vorstehend geschilderter
Nachteile werden erfindungsgemäß. solche Widerstände, Selbstinduktionen od. dgl.
verwendet, welche die durch die Kopplung der Feldwicklungen im Ankerkreis verursachten
Blindströme auf ein unschädliches Maß verringern. Zwecks Verkleinerung der Stromkomponenten
in beiden Ankerkreisen, deren Zeitphase um 9o° zu der des Erregerstromes versetzt
ist, ist hierbei nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Widerstandswert-so
gewählt, daß die Phasenverschiebung des Ankerstromes des schleudernden Motors gegenüber
dem Feldstrom dieses Motors nicht größer als beispielsweise q.5° ist. Hierdurch
wird nicht nur die Stromwendung infolge des praktisch fast völligen Verschwindens
der Blindkomponente und somit des Ankerstromes des schleudernden Motors verbessert,
sondern noch der weitere, sehr wesentliche Vorteil erreicht, daß der Drehzahlunterschied
zwischen den Ankern der beiden Motoren erheblich kleiner wird als bei der Verwendung
eines Ausgleichsleiters mit einem praktisch vernachlässigbaren Widerstand. Das erstrebte
Ziel, die Drehzahl des schleudernden Motors möglichst niedrig zu halten, wird also
durch den Einbaueines zweckmäßig gewählten Widerstandes vollkommener erreicht als
bei der Verwendung eines Ausgleichsleiters mit einem praktisch vernachlässigbaren
Widerstand.
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Nach vorstehendem sind die schädlichen Stromkomponenten proportional
zu der Selbstinduktion des Ankerkreises. Es ist daher wichtig, daß dessen Selbstinduktion
den kleinstmöglichsten Wert annimmt. Ein wirksames Mittel zum Niedrighalten der
Selbstinduktion von Anker- und Kompensationswicklung besteht darin, daß der Strombelag
(AW Zentimeter Ankerumfang) dieser zwei Wicklungen möglichst gleich gemacht wird.
Die Selbstinduktion des Wendepolkreises wird verringert, wenn die Zeitphase des
Stromes in der Wendepolwicklung durch die Parallelschaltung nicht etwa des üblichen
Ohmschen Widerstandes, sondern im Sinne eines weiteren Vorschlages nach der Erfindung
mittels eines Kondensators gegen den Ankerstrom verzögert wird.
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Die vorstehend genannten Mittel müssen bereits beim Motorentwurf berücksichtigt
werden. Es kann jedoch erwünscht sein, über ein Mittel zur Verhinderung der Blindströme
zu verfügen, das bei beliebigen, z. B. bei schon vorhandenen Motoren anwendbar ist.
Ein solches Mittel besteht gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung darin,
daß ein Widerstand in die bei ungleicher Belastung der gekoppelten Maschinen den
Ausgleichsstrom führenden Leiter eingebaut wird. Ein solches Mittel beeinträchtigt
den normalen Lauf der Motoren keineswegs, da die erwähnten Ausgleichsleiter im Normalbetrieb
stromlos sind; es tritt erst in dem Augenblick in Wirksamkeit, in dem Ausgleichsströme
fließen.
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In dem Patent 847 456 wurde bereits darauf hingewiesen, daß
die Kopplung der Felder mindestens je zweier Motoren durch die Vergrößerung des
induktiven Spannungsabfalles des als Kopplungsmittel dienenden Hilfstransformators
oder durch den Einbau einer Drosselspule beliebig elastisch gestaltet werden kann.
Die hier angegebenen Erkenntnisse gestatten, die günstigste Bemessung dieses induktiven
Widerstandes im Ausgleichskreis zu erreichen. Je kleiner aber ein solcher induktiver
Widerstand gemacht wird, desto größer werden die unerwünschten Blindströme; bei
der Wahl eines größeren induktiven Widerstandswertes sinken zwar die Blindströme,
gleichzeitig steigt aber die Drehzahldifferenz zwischen den verschieden belasteten
Motoren, d. h. das erstrebte Ziel wird nur unvollkommen erreicht. Eine ausreichende
Verringerung der Ausgleichsblindströme bei gleichzeitiger Erhaltung einer möglichst
kleinen Drehzahldifferenz kann somit nur bei einem günstigsten Kompromißwert erzielt
werden, dem man möglichst nahe zu kommen sucht.
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Das erstrebte Ziel wird in besonders einfacher Weise erreicht, wenn
im Sinne der Erfindung nicht ein induktiver, sondern ein Omscher Widerstand in den
Ausgleichskreis eingeführt wird. Dies kann am einfachsten und vorteilhaftesten durch
eine Verringerung der Leiterquerschnitte und unter Umständen auch der Wicklungsquerschnitte
des Hilfstransformators erreicht werden, zumal durch diese Maßnahme die Kosten der
Anordnung verringert werden. Reicht eine solche Vorkehrung mit Rücksicht auf die
Erwärmung nicht aus, so kann man einen besonderen Widerstand einbauen.
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In der Zeichnung ist die zuletzt angegebene erfindungsgemäße Anordnung
der Widerstände, soweit diese nicht durch eine Ouerschnittsverminderung in den Ausgleichsleitern
und Transformatorwicklungen selbst untergebracht werden können, angegeben. Es zeigt
Fig. z zwei in Reihe geschaltete Motoren mit gekoppelten Feldwicklungen,
>1
ig. 2 eine der Abb. 5 des Hauptpatentes entsprechende Motorenschaltung mit unmittelbar
parallel geschalteten Feldwicklungen und Fig. 3 eine Anordnung für parallel geschaltete
Motoren.
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Bei der Schaltung nach Fig. i liegen die Reihenschlul3motoren i und
2 mit ihren Ankerwicklungen Ani und An:, in Hintereinanderschaltung an den
Klemmen Al, A2 und A2 der Sekundärs-eite des Lokomotivhaupttransformators HT. Die
Feldwicklungen Fwl und Fa,2 der Motoren i und 2 sind über einen Hilfstransformator
t gekoppelt. Es ist vorteilhaft, die Widerstände in die mit zc, bezeichneten Leiter
oder in die Wicklungen des Hilfstransformators t zu legen. Im übrigen bietet schon
der Transformator selbst mit den Widerständen seiner Wicklungen einen gewissen Schutz
gegen allzu hohe Blindströme. Es erscheint zweckmäßig, den induktiven Spannungsabfall
des Transformators möglichst klein zu halten und nur den Omschen Spannungsabfall
zu vergrößern.
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Bei der Schaltung nach Fig. 2 liegen nur die Ankerwicklungen A11 und
Aia, mittelbar in Reihe, während die Feldwicklungen Fwl und Fu,,., zwischen beiden
unmittelbar parallel geschaltet sind. Die Widerstände sind hierbei durch die Verringerung
der Leiterquerschnitte nur in den Zuleitungen und Wicklungen des als Spannungsteiler
ausgebildeten nicht näher bezeichneten Hilfstransformators untergebracht, der an
den Feldwicklungen Fu!1 und Fw2 parallel geschaltet ist.
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Die Schaltung nach Fig. 3 zeigt die einfachste mögliche Anordnung
für parallel geschaltete Motoren i und 2. Die Feldwicklungen Fwl und Fa@2 liegen
ohne Hilfstransformator zueinander parallel. Der Widerstand wird im Ausgleichsleiter
<IL untergebracht. Es ist aber auch möglich, statt eines Omschen Widerstandes
kapazitive Widerstände zu verwenden. Da jedoch in den meisten praktischen Fällen
die Ströme im Ausgleichsleiter verhältnismäßig groß, die Spannungen aber sehr klein
sind, so ist eine solche Lösung bei der Anwendung zur Zeit üblicher kapazitiver
Widerstände weniger wirtschaftlich als bei der Verwendung von Widerständen.
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Werden statt zwei vier oder mehr Motoren verwendet, so erscheint es
zum Herabsetzen der Störströme zweckmäßig, nicht etwa alle Motoren durch Ausgleichsleiter,
sondern die Motoren nur paarweise miteinander zu koppeln. Es empfiehlt sich hierbei,
solche Achsen zu kuppeln, bei denen die Wahrscheinlichkeit des Schleuderns möglichst
ungleich groß ist.
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Wie bereits in der Beschreibungseinleitung angegeben wurde, sind die
erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Verringerung der Blindströme nicht nur auf eine
Schleuderschutzschaltung nach dem Patent 847.I56, also auf Anordnungen anwendbar,
bei denen die Felder mindestens je zweier Motoren z. B. über einen Hilfstransformator
miteinander gekoppelt sind und die Spannungen der Felder gleiche Phase sowie ein
gewolltes Größenverhältnis zueinander aufweisen, sondern in angegebener oder sinngemäßer
Weise auch auf andere Schleuderschutzschaltungen. So kann die Erfindung insbesondere
gemäß der in Fig. 3 der Zeichnung wiedergegebenen und im einzelnen beschriebenen
Form (günstigster Widerstandswert durch die Bemessung der Ouerschnitte der Ausgleichsleiter)
beispielsweise zwecks Verringerung der die Stromwendung ungünstig beeinflussenden
und in anderer Hinsicht ungünstigen Blindströme mit Erfolg auch auf Anordnungen
angewandt -werden, bei denen bei der Verwendung von parallel geschalteten Antriebsmotoren
die Stromgleichheit in den Feldwicklungen mit Hilfe von Leistungsstromwandlern erzwungen
wird und bei denen ferner durch Ausgleichsleiter, die die Anschlußstellen zwischen
Feld und Anker der einzelnen Motoren miteinander verbinden, dem Anker lediglich
die Möglichkeit gegeben ist, einen nur seiner eigenen Belastung entsprechenden Strom
aufzunehmen.