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Dieselelektrische Kraftübertragung mit einem als Krämermaschine ausgebildeten
Hauptgenerator, dessen Fremdfeld von einer Amplidyne Bei Verwendung von Dieselmotoren
zum Antrieb von Fahrzeugen ist es wichtig, dafür zu sorgen, daB der Dieselmotor
unabhängig vom Bewegungszustand des Fahrzeuges mit einem Drehmoment belastet ist,
welches möglichst wenig von dem bei der jeweils eingestellten Drehzahl günstigsten
Drehmoment abweicht. Wird eine elektrische Kraftübertragung verwendet, dann hat
diese die Aufgabe, den Dieselmotor stets mit günstigstem Drehmoment zu belasten.
Die Drehzahl des Dieselmotors ist meist in einer bestimmten Anzahl von Stufen, gewöhnlich
3 bis 6, einstellbar. Jeder dieser Stufen ist ein günstigstes Drehmoment zugeordnet,
welches unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit und dem Bewegungswiderstand konstant
gehalten werden soll.
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Es sind verschiedene Schaltungen bekanntgeworden, durch welche diese
Aufgabe gelöst werden kann. Sie können ihrer Wirkungsweise nach in vier Gruppen
eingeteilt werden: i. NebenschluBgeneratoren mit geringer magnetischer Beanspruchung
der Eisenwege; 2. Vollastschaltungen mit Sonderbauarten für die Erregermaschine;
3. Steuerungen durch Regler; q.. Erregung des Generators durch eine Amplidyne.
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Die unter i genannten Anordnungen benutzen den Umstand, daß ein im
geradlinigen Teil seiner Magnetisierungskennlinie arbeitender Generator bei geringem
Drehzahlabfall einen starken Abfall seiner Spannung und mithin bei gegebenem Strom
auch seines Drehmomentes aufweist. Dadurch wird bei verhältnismäßig kleinen Drehzahlschwankungen
ohne Zuhilfenahme einer besonderen Regeleinrichtung die Belastung des Dieselmotors
auf annähernd gleicher Höhe gehalten. Die unvermeidlichen Drehzahldrückungen, welche
stets einen Leistungsabfall und bei einzelnen
Dieselmotorbauarten
auch eine ungünstige Verbrennung zur Folge haben, führten dazu, daß derartige Schaltungen
sich nicht allgemein durchsetzen konnten.
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Bei den unter z genannten Ausführungen wird durch Verwendung mehrerer
Erregungen, beispielsweise auch durch Verwendung einer Spaltpolerregermaschine,
erreicht, daß in einem genügend weiten Bereich für den dem Generator entnommenen
Strom J die Funktion U = f (J) einen solchen Verlauf hat, daß das Drehmoment
an der Welle des Generators konstant ist: Auch diese Steuerungen arbeiten ohne wartungsbedürftige
Regeleinrichtungen. Sie haben aber den Nachteil, daß Änderungen in der Leistungsfähigkeit
des Dieselmotors, z. B. infolge Arbeitens in großen Höhenlagen, Verstopfung einer
Brennstoffdüse od. dgl., oder etwaige Änderungen der Leistungsaufnahme eines mit
demselben Dieselmotor gekuppelten Hilfsgenerators unberücksichtigt bleiben. In derartigen
Betriebsfällen ist eine schädliche Überlastung oder eine ungenügende Ausnutzung
des Dieselmotors nicht ausgeschlossen.
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Für größere und größte Leistungen haben sich bisher hauptsächlich
Anordnungen nach 3 durchsetzen können. Sie bestehen aus einem Generator mit der
bei Krämermaschinen bekanntgewordenen Erregung. Die äußere Kennlinie dieser Maschinen
weicht wesentlich von der zur Konstanthaltung der Leistung erforderlichen hyperbelähnlichen
Kurve für U = f (J)
ab, jedoch kann bei Wahl der richtigen Fremderregung durch
jeden beliebigen Punkt der U - J- Fläche eine Generatorkennlinie gelegt werden.
Durch geeignete fortlaufende Änderung der Fremderregung kann somit jeder gewünschte
Verlauf der Kurve U = f (J) erzielt werden. Bei den gebräuchlichen Servofeldreglersteuerungen
liegt in Reihe mit dem fremderregten Feld ein Regelwiderstand, der durch einen Servomotor
verstellt wird. Der Servomotor kann entweder durch Drucköl oder elektrisch angetrieben
sein. Dieser Servomotor wird nach' der einen oder der anderen Seite angesteuert,
sobald sich der Füllhebel am Gestänge der Brennstoffpumpen aus seiner Sollstellung
bewegt, und kommt erst wieder zur Ruhe, wenn der Füllungsgrad wieder auf den richtigen
Wert zurückgeführt ist.
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Diese Art der Steuerung des Generators schließt jede unerwünschte
Belastung des Dieselmotors aus. Vorbedingung für ein pendelungsfreies Arbeiten des
Servofeldreglers ist aber eine sehr feine Abstufung des Regelwiderstandes. Die in
diesem Widerstand vernichtete Leistung ist bei größeren Generatorleistungen nicht
unbeträchlich und verschlechtert den Wirkungsgrad der Kraftübertragung. Für den
Betrieb des Servofeldreglers ist außerdem eine Reihe von hochempfindlichen ,Zusatzgeräten
erforderlich, -welche einer sorgfältigen Wartung bedürfen. Ein Teil dieser Schwierigkeiten
ließe sich beheben, wenn zur Speisung des fremderregten Generatorfeldes eine besondere
Erregermaschine verwendet wird, deren Feld vom Servofeldregler gesteuert wird. Die
im Regelwiderstand vernichtete Leistung wird dadurch unbedeutend, und die genügend
feine Abstufung des Widerstandes ist leicht durchzuführen. Der empfindliche Bau
des Servöfeldreglers ist aber trotzdem nötig.
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Dieser läßt sich aber umgehen, wenn man zur Speisung des fremderregten
Generatorfeldes eine Amplidyne verwendet. Diese Maschinen sprechen bekanntlich auf
eine geringe Änderung ihrer Erregung mit einer um mehrere .Zehnerpotenzen größeren
Änderung der abgegebenen Leistung an. Durch geeignete Schaltung kann erreicht werden,
daß eine geringfügige Abweichung des Füllhebels bzw. des Drehzahlreglers des Dieselmotors
eine genügend große Änderung der Generatorfremderregung bewirkt, um die Belastung
des Dieselmotors praktisch konstant zu halten. Der Bereich, in dem» auf diese
Weise die Amplidyne die Belastung konstant zu halten trachtet, hat aber keine natürliche
Begrenzung, wie sie bei der Servofeldreglersteuerung mit einem Regelwiderstand vor
dem an konstanter Spannung liegenden Fremdfeld gegeben ist. Um ein zu hohes Ansteigen
einerseits des Generatorstromes beim Anfahren, andererseits des Erregerstromes bei
hohen Geschwindigkeiten zu verhindern, sind Vorrichtungen entwickelt worden, welche
den Aufwand für die elektrische Kraftübertragung beträchlich erhöhen und die Wartung
erschweren.
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Die Erfindung betrifft eine dieselelektrische Kraftübertragung mit
einem als Krämermaschine ausgebildeten Hauptgenerator, dessen Fremdfeld von einer
Amplidyne gespeist wird. Erfindungsgemäß liegt das Regelfeld der Amplidyne an zwei
Gleitkontakten, welche auf einem an konstanter Spannung liegenden Spannungsteilerwiderstand
entlang gleiten können, wobei der eine Gleitkontakt zur Festlegung der Sollstellung
des zweiten Gleitkontaktes vom Drehzahlsteller eingestellt wird, während der zweite
Gleitkontakt mit dem Füllhebel der Brennstoffpumpen verbunden ist, also dessen Iststellung
kopiert. Bei dieser Anordnung wird das Generatorfremdfeld durch eine Amplidyne gespeist,
und die beiderseitige Begrenzung des Vollastbereiches wird durch einfachste Mittel
erreicht.
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In Fig. i der Zeichnung ist die grundsätzliche Schaltung eines Generatorsatzes
nach der Erfindung dargestellt. Der Dieselmotor i treibt den Hauptgenerator 2, den
Hilfsgenerator 3 und eine Amplidyne¢ an. Der Hauptgenerator 2 ist als Krämermaschine
ausgebildet, also mit Nebenschlußfeld CD, Fremdfeld JK und Gegenkompoundfeld
EF ausgestattet. Ein gegebenenfalls vorhandenes Reihenschlußfeld zum Anwerfen des
Dieselmotors wurde in der Zeichnung als unwesentlich weggelassen. Die Leitungen
io führen zu den Fahrmotoren, die Leitungen ii zu den Hilfsbetrieben der Lokomotive.
Die Spannung des Hilfsgenerators 3 wird durch einen Schnellregler 5 im Kreis des
Nebenschlußfeldes C,D1 konstant gehalten. In der Amplidyne q. wird das Ankerfeld
in Richtung der Bürstenachse Az B2 in an sich bekannter Weise durch Kompensationswicklungen
6 und 6' aufgehoben, das Ankerfeld in Richtung der Kurzschlußbürstenachse A1 BI
durch eine Wicklung 7 im Ständer verstärkt. Das Regelfeld 8 der Amplidyne q. liegt
einerseits an den leitend miteinander verbundenen Gleitkontakten ca und c, andererseits
an dem Gleitkontakt
b des Spannungsteilers g. Die beiden Gleitkontakte
b und c sind mechanisch miteinander verbunden und werden vom Füllhebel der Brennstoffpumpen
verstellt. Der Gleitkontakt a wird vom Drehzahlsteller betätigt und gibt die der
jeweiligen Drehzahl angepaßte Sollstellung des Füllhebels vor. Der Spannungsteilerwiderstand
liegt an der geregelten Spannung U, des Hilfsgenerators 3. Die Wirkungsweise dieser
Anordnung soll an Hand der Fig. 2 und 3 noch genauer erklärt werden.
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In den Fig. 2 und 3 ist der Spannungsteiler 9 mit den darauf schleifenden
Gleitkontakten a, b und c in vergrößertem Maßstab dargestellt. Der Gleitkontakta
wird über ein Gestänge 2o vom Drehzahlsteller, die Gleitkontakte b und c werden
über ein Gestänge 21 vom Füllhebel der Brennstoffpumpen verstellt. Der Gesamtwert
des Spannungsteilerwiderstandes sei R. Hiervon wird durch den vom Drehzahlsteller
aus betätigten Gleitkontakt a ein Wert P - R abgegriffen. Es sei vorerst angenommen,
daß der Widerstand R gleichmäßig über die Länge der Schleiffläche des Spannungsteilers
verteilt sei, so daß lineare Proportionalität zwischen den Strecken und den von
diesen begrenzten Widerständen besteht. Zwischen den Gleitkontakten b und c, deren
Entfernung unveränderlich ist, wird ständig der Widerstand m - R abgegriffen. Die
Entfernung zwischen den Gleitkontakten a und b ist mit x bezeichnet.
Der Widerstand der Regelfeldwicklung 8 der Amplidyne sei y. Der Abstand m zwischen
den Gleitkontakten b und c wird so gewählt, daß alle innerhalb des gewünschten
Vollastbereiches notwendigen Werte der Generatorfremderregung mit solchen Stellungen
des Füllhebels erzielbar sind, bei welchen x< m
ist. Unter dieser Voraussetzung
gilt für die Spannung U an der Regelfeldwicklung 8
Wenn man die Auslegung so trifft, daß m << i, also etwa 0,04, ist, ist in
diesem Betriebsbereich U,@ 1a - x.
Der Faktor 1a ist sowohl von der Spannung
U, am Spannungsteiler g als auch vom Abstand m zwischen den Gleitkontakten b und
c abhängig, die beide aber für einen angenommenen Fall konstant sind. Bei
x = in soll die Grenze des Vollastbereiches erreicht sein. Tritt bei Überschreitung
dieser Grenze eine weitere Entlastung des Dieselmotors ein, dann bewegen sich die
Gleitkontakte b und c weiter nach links, es wird x > m. Aus Fig. 3 läßt sich
dann für in < x < P die Beziehung
ableiten. Das ist die Gleichung einer Hyperbel, welche bei kleinen Werten von x
sehr flach verläuft. Die Erregung der Amplidyne und hiermit auch die Stärke des
Generatorfremdfeldes werden also in diesem Bereich nur wenig zunehmen. Den Verlauf
von
für einen angenommenen Fall zeigt Fig.4. Man erkennt, daß die der Regelfeldwicklung
8 der Amplidyne 4 zugeführte Spannung U anfangs fast linear mit der Entfernung
x des Brennstoffhebels aus seiner Sollstellung zunimmt. Hat diese Entfernung
den durch den Abstand 7n der gemeinsam bewegten . Gleitkontakte b und c gegebenen
Wert erreicht, so steigt die Spannung U nur noch wesentlich langsamer.. Auf diese
Weise wird verhindert, daß trotz feinfühliger Angleichung der Generatorerregung
innerhalb eines gewünschten Bereiches außerhalb dieses Bereiches die Generatorerregung
zu hohe Werte annimmt.
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Sollte in besonders gelagerten Fällen der Abstand um so viel größer
als der Abstand na sein, daß zu große Werte von
und dadurch zu hohe Erregungen möglich werden könnten, kann durch nichtlineare Spannungsteilerabgriffe
Abhilfe geschaffen werden. Der der Strecke m entsprechende Widerstand wird dann
gleichfalls zu einer Funktion der Abstände x und P, so daß auch noch andere als
die in Fig. 4 gezeigten Abhängigkeiten zu erzielen sind.
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Bei nur wenigen Fahrstufen kann es bauliche Vorteile bringen, wenn
statt des Gleitkontaktes a für jede Fahrstufe eine Anzapfung am Spannungsteilerwiderstand
vorgesehen wird und diese Anzapfungen durch geeignete Schaltmittel, z. B. Nockenschalter,
mit dem Gleitkontakt c elektrisch verbunden werden.
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Um bei weit auseinanderliegenden Sollstellungen für den Füllhebel
auf den verschiedenen Fahrstufen ein zufriedenstellendes Arbeiten der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung zu erzielen, kann es manchmal vorteilhaft sein, außer der Stellung
des Gleitkontaktes a auch noch den Gesamtwert des Spannungsteilerwiderstandes zu
verändern.