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Verfahren für den Ubergang von einer Schaltart zu einer anderen bei
Gruppierungen von Gleichstrommotoren Es ist bekannt, daß in Anlagen, welche mechanische
Energie mit Hilfe einer Mehrzahl von Elektromotoren liefern sollen, die mit Gleichstrom
konstanter Spannung gespeist werden, insbesondere bei elektrischen Lokomotiven und
anderen elektrischen Fahrzeugen, eines der häufig verwendeten Regelverfahren darin
besteht, die Spannung an den Klemmen der Anker der Fahrmotoren dadurch zu ändern,
daß die Art der Gruppierung der Anker geändert wird und die Anker nach Maßgabe der
Erfordernisse entweder miteinander in Reihe oder in Reihenparallelschaltung oder
zueinander parallel geschaltet werden, derart, daß die konstante Spannung des Netzes
unter sie entsprechend aufgeteilt wird.
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Es ist weiterhin bekannt, daß allgemein beim Übergang von einer Schaltart
zur nächstfolgenden der Spannungswechsel nicht unmittelbar vorgenommen werden kann
und daß es, um wesentliche Stromstöße in den Ankern der Fahrmotoren bei den Umschaltungen
und damit Zugkraftstöße mit allen Gefahren zu verhindern, welche diese Stöße mechanisch
und elektrisch mit sich bringen, notwendig ist, die an die Anker angelegte Spannung
eine oder mehrere Zwischenstufen annehmen zu lassen, welche einen stetigeren Übergang
gewährleisten.
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Die bisher allgemein angewendeten Verfahren erfordern, um diesen Übergang
von einer Schaltart zur anderen durchzuführen, die Verwendung einer spannungsabsenkenden
Einrichtung, welche während der Umschaltung einen beträchtlichen Teil der zur Verfügung
stehenden Energie vernichten und daher erhebliche Abmessungen haben muß. Daraus
ergibt
sich eine Gewichts- und Raumbeanspruchung, welche außerordentlich
unwirtschaftlich ist, wobei die Geschwindigkeit, mit der die Umschaltung praktisch
vor sich geht, als konstant angenommen ist.
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Es ist versucht worden, die Größe dieser spannungsabsenkenden Einrichtungen
durch verschiedene Ausführungsformen zu verringern.
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Insbesondere ist versucht worden, dieses Ziel dadurch zu erreichen,
daß man mit Hilfe eines geeigneten Nebenschlusses die letzte wirtschaftliche Betriebskurve
der einen Schaltart der ersten wirtschaftlichen normalen Betriebskurve der nächstfolgenden
Schaltart soweit wie möglich annäherte.
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In diesem Zusammenhang sei beispielsweise die in der britischen Patentschrift
io o72 vom Jahre 1907 beschriebene Einrichtung genannt.
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Es ist bis heute bei den gebräuchlichen Motorentypen technisch nicht
möglich gewesen, allein durch dieses Mittel die besonderen, die Leistung begrenzenden
Übergangswiderstände oder die gleichwertigen Hilfseinrichtungen fortfallen zu lassen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Umschaltverfahren, welches unabhängig
von der Zahl der Motoren den Übergang von einer Schaltart zur nächstfolgenden Schaltart
ohne Verwendung irgendeines Übergangswiderstandes oder einer gleichwertigen Hilfseinrichtung
ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis dadurch erreicht, daß eine
Erhöhung des letzten Abschnittes der Betriebskurve Geschwindigkeit-Leistung der
einen Schaltart (diese Erhöhung wird mittels eines geeigneten Nebenschlusses erzielt)
mit einer Senkung des ersten Abschnittes der Betriebskurve Geschwindigkeit-.Leistung
der nächstfolgenden Schaltart vereinigt wird. Diese Senkung wird mittels einer geeigneten
zeitweisen Erhöhung der magnetischen Flüsse verwirklicht.
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Der notwendige Nebenschluß und die Erhöhung des magnetischen Flusses
erfordern demnach die Anordnung von nur wenig Raum beanspruchenden Einrichtungen.
Diese können von beliebiger, bekannter Art sein; sie können insbesondere regelbare
Widerstände oder Hilfsgruppen von Motorgeneratoren sein, welche für die Regelung
benutzt werden, oder schließlich geeignete Verbindungen der Motorfeldwicklungen
selbst.
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Es ist ersichtlich, daß, wenn die erwähnten Verschiebungen der beiden
in Frage stehenden Betriebskurven richtig gewählt -und durchgeführt werden, die
im Anfangsabschnitt abgesenkte Betriebskurve der einen Schaltart die im Endabschnitt
angehobene Betriebskurve der anderen Schaltart in einem solchen Punkt schneidet,
daß die den Fahrmotorenankern abverlangte geänderte Leistung im Augenblick des Schaltartwechsels
bei benachbarten - Geschwindigkeiten, welche dem vorgenannten Schnittpunkt entsprechen,
keine merklichen Stöße bewirkt.
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Das beschriebene Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn in Übereinstimmung
mit den Angaben in der französischen Patentschrift 972 025 die Reihenparallelschaltung
oder die Parallelschaltung Fahrmotorenanker umfassen, für die entweder alle oder
Teile der Feldwicklungen der verschiedenen Motoren miteinander in Reihe geschaltet
sind. . Die Schaltung, welche, übrigens an einen der gemeinsamen Punkte der zueinander
parallelen Zweige angeschlossen oder von diesen getrennt sein kann, ermöglicht in
der Tat eine leichte Ausführung des Nebenschlusses und eine Verstärkung des magnetischen
Flusses, was für das Verfahren gemäß der Erfindung grundlegend ist.
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Fig. x der Zeichnung zeigt schematisch, wie in an sich bekannter Weise
durch Anwendung eines Nebenschlusses eine Erhöhung der Betriebskurve der einen Schaltart
ermöglicht wird.
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In dieser Figur zeigen S und P die Betriebskurven Geschwindigkeit
v-Belastung F aller Fahrmotoren für die eine Schaltart bzw. die nächstfolgende Schaltart.
Die Kurve I gibt den Strom über der Leistung F für einen Fahrmotor an.
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Wenn man den Übergang von der einen Schaltart zur nächstfolgenden
in demjenigen Augenblick ausführen will, in dem die Geschwindigkeit des Fahrmotors,
welche während der Umschaltung natürlich konstant bleibt, gleich V1, die gesamte
Belastung gleich F1 und der Strom gleich Il ist, so ist ersichtlich, daß, wenn man
hier ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen arbeitet, die Belastung augenblicklich von
dem Wert F1 auf den Wert F2 und der Strom selbst für jeden Fahrmotor von dem Wert
Il auf den Wert 12, übergehen würde.
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Vom Standpunkt der Belastungen und der Ströme aus gesehen sind also-
schädliche Stöße vorhanden. Das bekannte Nebenschlußverfahren gemäß vorstehenden
Ausführungen, welches zur Wirkung hat, daß die - Betriebskurve Geschwindigkeit-Belastung
angehoben und die Betriebskurve der Ströme abgesenkt wird, ermöglicht schon, einen
Fortschritt zu erzielen, welcher sich in der Ausnutzung der Betriebskurven S1 und
I' offenbart; die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet sind. Wenn man unter diesen
neuen Bedingungen, aber bei der gleichen Geschwindigkeit V1 zuerst von den Betriebskurven
S und I zu den Betriebskurven S1 und I' übergeht, so sieht man, daß die Belastung
F1' größer als die Belastung F1 wird, wobei der Strom j e Fahrmotor Il' wird.
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Auf diese Weise ist der Belastungsstoß F, --F, auf den Wert F2 F1'
verringert worden. -In jedem Falle hat man bis heute ohne Verwendung von Übergangswiderständen
die Differenz F, #-F,' nicht auf einen annehmbaren Wert herabsetzen können. -Fig.
2 -zeigt im Gegensatz dazu die durch die Erfindung gewonnenen Ergebnisse.
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Diese Figur gibt das Diagramm der Fig. i wieder; aber es ist zusätzlich
die Betriebskurve P1 eingezeichnet worden, welche die abgesenkte Lage der Betriebskurve
P wiedergibt. Diese neue Lage ist gemäß vorstehenden Ausführungen durch eine Verstärkung
der magnetischen Flüsse der Fahrmotoren erhalten worden, deren Anker und deren Feldwicklungen,
letztere gegebenenfalls teilweise, in der nächstfolgenden Schaltart neu gruppiert
sind.
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Aus der Figur ist ersichtlich, daß die abgesenkte Betriebskurve P1
die angehobene Betriebskurve S1 in einem Punkt in der Nähe der durch V1 gezogenen
Parallelen zurAbszissenachse schneidet, derart, daß die
Belastung
F1", welche der Geschwindigkeit V1 entspricht, zwar größer als die Belastung F1'
ist, jedoch nur wenig größer.
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Es ist dahex ersichtlich,' daß der Übergang von der Betriebskurve
S1 zur Betriebskurve P1 ohne mechanischen Stoß verwirklicht werden kann.
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Weiterhin ist ersichtlich, daß der Strom je Fahrmotor gleich I1" geworden
ist und ebenfalls nahe am Wert Il' liegt, was beweist, daß nennenswerte Stromstöße
nicht mehr zu befürchten sind.
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Es bleibt daher nur übrig, um wieder die normale Betriebskurve P zu
erreichen, fortschreitend die vorübergehende Verstärkung der magnetischen Flüsse
wieder aufzuheben, welche ermöglicht hatte, die Betriebskurve P bis zur Lage P1
abzusenken.
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Wie leicht ersichtlich ist, ist dieses Verfahren ganz allgemein anwendbar
und benötigt keinerlei Übergangswiderstände.
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Die beiden Schaltvorgänge, Nebenschluß einerseits, Verstärkung der
magnetischen Flüsse andererseits, können, wie oben angeführt, durch jedes an sich
bekannte Mittel durchgeführt werden, beispielsweise mittels regelbarer Widerstände
oder mit Hilfe von geringfügigen Hilfsumgruppierungen oder durch entsprechende Feldverbindungen.
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Es ist ersichtlich, daß die Ausrüstung der Wagen gegenüber den bekannten
Anlagen erheblich vereinfacht worden ist, bei welchen der Übergang von einer Schaltart
zur anderen die Verwendung von Übergangswiderständen oder anderen besonderen Hilfseinrichtungen
erfordert, wie oben erläutert wurde.
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Der Vorteil der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung tritt
noch klarer hervor, wenn, wie an Hand von Ausführungsbeispielen später beschrieben
wird, die Regelvorrichtung gleichzeitig der Regelung des Nebenschlusses und der
Verstärkung der magnetischen Flüsse dient.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden mehrere Ausführungsbeispiele
erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
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Die Fig. 3 und q. zeigen Schaltschemata, welche die Anwendung der
Erfindung auf eine Gruppe von zwei Reihenschlußmotoren wiedergeben. Fig. 3 zeigt
die beiden miteinander in Reihe geschalteten Fahrmotoren, und Fig. q. zeigt die
nächstfolgende Schaltart (Parallelschaltung zunächst nur der Fahrmotorenanker).
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Wie ersichtlich, sind bei der Ausgangsreihenschaltung die Feldwicklungen
i' und 2' in Übereinstimmung mit einer an sich bekannten Schaltung in Reihenschaltung
miteinander hinter den beiden Ankern i und 2 angeordnet.
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Bezüglich der nächstfolgenden Schaltart, welche herbeigeführt werden
soll, ist zu bemerken, daß hier zunächst nur die Anker i und 2 zueinander parallel
geschaltet sind, während die Feldwicklungen i' und 2' vorerst in Reihenschaltung
miteinander und mit den Ankern i bzw. 2 bleiben. Es ist aber leicht ersichtlich,
daß die Eigenschaften, welche mit dieser Schaltart erhalten werden, gleich denjenigen
sein können, welche durch die normale Schaltung der Reihenschlußmotoren erhalten
werden, wenn nur der Strom, der in der Reihenschaltung der Feldwicklungen fließt,
gleich demjenigen ist, welcher in einem Anker i oder 2 fließt, eine Bedingung, welche
stets erfüllt werden kann, indem die Feldwicklungen i' und 2' mit entsprechenden
Nebenschlüssen versehen werden.
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Die höchstgelegene Betriebskurve v über F für die Schaltung gemäß
Fig.3 kann beispielsweise durch Einführung von Parallelwiderständen zu den beiden
Feldwicklungen i' und 2' oder auch durch Kurzschluß einer bestimmten Anzahl von
Windungen der Feldwicklungen (Verfahren der Feldanzapfung) oder auch durch Verwendung
eines Stromerzeugers, der im Nebenschluß zu den Klemmen der Feldwicklungen angeordnet
ist, oder durch ein beliebiges anderes Mittel erhalten werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Nebenschluß zu den
Feldwicklungen i' und 2' durch zwei Widerstände r bzw. ß gebildet, deren jeder mit
einem Schalter a oder b zum Ein- oder Ausschalten versehen ist.
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Bei dieser Anordnung geht der Übergang von einer Schaltart zur anderen
wie folgt vor sich: Der Fahrzeugführer beginnt, indem er gleichzeitig die Schalter
a und b schließt, wodurch die höchstgelegene Betriebskurve v über
F erhalten wird, die die letzte wirtschaftliche Geschwindigkeitskurve der Reihenschaltung
der Fahrmotoren bildet.
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Dann öffnet er im geeigneten Augenblick die Schalter a und b, wonach
unmittelbar ein Parallelschalten der beiden Fahrmotorenanker zueinander erfolgt
einschließlich ihrer bezüglichen Hilfswicklungen, z. B. Kompensationswicklungen.
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Von diesem Augenblick an ist der Strom, welcher in der Reihenschaltung
der Feldwicklungen i' und 2' fließt, das Doppelte eines Ankerstromes; die normale
Betriebskurve v über F der Parallelschaltung ist beträchtlich abgesenkt worden und
kann sich in Übereinstimmung mit den Eigenschaften jeder Nebenschlußregelung der
Betriebskurve für Reihenschaltung genügend nähern, ja sogar in erwünschten Strom-
und Leistungsbereichen mit dieser schneiden, was, wie oben ausgeführt, hinreichende
und notwendige Bedingung ist zur Durchführung einer Umschaltung ohne Stöße.
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Weiterhin ist ersichtlich, daß es, um alle wirtschaftlichen Geschwindigkeiten
auszunutzen, die durch die Parallelschaltung geliefert werden, ausreichend ist,
von diesem Augenblick an von neuem fortschreitend die Nebenschlußwiderstände y und
trzu den Feldwicklungen i' und 2' wieder einzuschalten. Diese Widerstände werden
zu diesem Zweck regelbar gemacht.
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Die Rückkehr zur Reihenschaltung erfolgt ohne Schwierigkeit, indem
die Schaltvorgänge in der umgekehrten Reihenfolge vorgenommen werden.
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Wie ersichtlich, ist der Übergang von einer Schaltart zur anderen
ohne Einführung großer Widerstände in den Hauptstromkreis der Fahrmotorenanker durchgeführt
worden. Diese Widerstände müßten in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einen
beträchtlichen Teil ('/_) der Speisespannung vernichten.
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Die Nebenschlußwiderstände, welche verwendet werden, können kleine
Abmessungen haben, da sie nur von einer geringen Spannung gespeist werden, andererseits
werden sie, wie oben ausgeführt, nicht allein für den Übergang von einer Schaltart
zur anderen, sondern
auch zur Erzielung einer Stufenreihe wirtschaftlicher
Geschwindigkeiten benutzt.
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Natürlich könnte jede geeignete Nebenschlußart, bei welcher andere
Mittel als Widerstände verwendet werden, benutzt werden, um die Aufgabe des Überganges
von einer Schaltart zur anderen zu lösen.
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Insbesondere könnte es zweckmäßig sein, für den Fall, daß die Berechnung
zeigt, daß die höher gelegene Betriebskurve v über F durch Verstärkung der magnetischen
Flüsse, welche durch die Summierung der die zueinander parallelen Ankerstromzweige
durchlaufenden Ströme erzielt wird, nicht genügend abgesenkt wird, als Hilfsvorrichtung
einen Motorgenerator zu verwenden, der im Nebenschluß zu den Klemmen der untereinander
in Reihe geschalteten Feldwicklungen angeordnet ist. Dieser Motorgenerator könnte
dann noch im Nebenschluß zu den Feldwicklungen zur Verstärkung des magnetischen
Flusses nach Maßgabe der von dem Generator lieferbaren Leistung dienen.
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Indessen ist die Verwendung eines solchen Motorgenerators zur Verstärkung
der magnetischen Flüsse um so weniger notwendig, je größer die Zahl der Fahrmotoren
ist.
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Wie in der französischen Patentschrift 972 025 gezeigt ist,
ist ersichtlich, daß, je größer die Zahl der zueinander parallel geschalteten Zweige
ist, desto größer auch der die miteinander in Reihe geschalteten Feldwicklungen
durchfließende Strom ist. Wenn man also von einer Reihen- oder Reihenparallelschaltung
ausgeht, gelangt man zu einer solchen nächstfolgenden Schaltart, welche eine beträchtlich
größere Anzahl von zueinander parallelen Stromzweigen umfaßt. Die magnetischen Flüsse
werden daher nennenswert, und zwar selbsttätig verstärkt; und infolgedessen wird
die Kennlinie der neuen Schaltart in einem Maße abgesenkt, welches unmittelbar eine
Funktion der Vergrößerung der Zahl der zueinander parallelen Stromzweige ist.
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An Hand der vorstehenden Ausführungen und unter Verallgemeinerung
der Anordnungen gemäß den Fig. 3 und q. sei nachstehend die Anwendung des Verfahrens
gemäß der Erfindung für folgenden Fall beschrieben n Fahrmotoren mit unterteilter
Feldwicklung, welche in m zueinander parallelen Zweigen von je
u Motoren geschaltet sind (m - u = n), werden auf p zueinander
parallele Zweige von je lt Motoren umgeschaltet, wobei p - h = n und angenommen
ist, daß p > m und infolgedessen h < u ist. Übergang von der einen
zur nächstfolgenden Schaltart In den Fig. 5 bis 9 sind Schaltschemata zur Durchführung
des Verfahrens gemäß dei Erfindung für steigenden Stromdurchgang wiedergegeben.
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Für alle diese Figuren sei angenommen, daß jeder Anker i
... iz mit seinen Wendepolwicklungen und mit einem Teil i' . . . n' seiner
Feldwicklung normal angeschlossen ist, während die restlichen Feldwicklungsteile
i" . . . n" untereinander in Reihe geschaltet und einerseits an die gemeinsame
Klemme hinter den zueinander parallelen Zweigen, andererseits an den negativen Pol
der Stromquelle angeschlossen sind. Selbstverständlich können die Endklemmen der
Reihenschaltung der Feldwicklungsteile i" . . . n" statt dessen auch einerseits
an die gemeinsame Klemme vor den zueinander parallelen Zweigen.und andererseits
an den positiven Pol der Stromquelle angeschlossen werden.
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@Fig. 5 zeigt allgemein eine Reihenparallelschaltung für starke Felder.
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Wenn man gemäß der Erfindung vorgeht, wird man bei der dargestellten
Schaltung sofort die höchstgelegene Betriebskurve v über F erhalten, und zwar durch
eines der an sich bekannten Mittel, die in der vorgenannten französischen Patentschrift
angegeben sind und die Verwendung eines regelbaren Widerstandes, eines Motorgenerators,
einer Batterie usw. umfassen.
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Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein regelbarer
Widerstand R vorgesehen, welcher durch Schließen und Öffnen eines Schalters o in
den Stromkreis ein- bzw. ausgeschaltet werden kann.
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Der verschiebbare Regelkontakt dieses Widerstandes, welcher sich in
einer bestimmten Stellung befunden haben möge (gestrichelt eingezeichnete Lage),
ist in die Stellung niedrigsten Regelwiderstandes gebracht (ausgezogen eingezeichnet),
so daß der Nebenschluß für die Fahrmotorengruppe am wirksamsten ist.
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Daraus ergibt sich, daß die Betriebsbedingungen, welche sich einstellen,
der höchstgelegenen Betriebskurve v über F entsprechen.
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Von dem Augenblick an, in dem diese Bedingungen erreicht sind, kann
der Fahrzeugführer den Übergang von einer Schaltart zur anderen vornehmen.
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Zu diesem Zwecke beginnt er, um die-gewünschten Betriebsbedingungen
zu erhalten, daß nämlich in der nachfolgenden Schaltung die Lage der niedrigsten
Betriebskurve für verstärkte Felder der Lage der Betriebskurve vor der Umschaltung
entspricht, je nach den Umständen entweder mit dem Öffnen des Schalters o (Fig.
7) oder, wenn dies genügt, indem er den verschiebbaren Regelkontakt am Regelwiderstand
R auf eine geeignete (nicht eingezeichnete) Stellung bringt.
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Unmittelbar darauf schließt er mit Hilfe geeigneter Schalter, z. B.
mit Hilfe der Schalter d (Fig. 8), die alle gleichzeitig gesteuert werden,
u - h Fahrmotoren in jedem der m zueinander parallelen Zweige kurz.
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Dann verbleibt ihm nur noch, diese m kurzgeschlossenen Teilzweige
durch Öffnen von Schaltern e abzuschalten und mit Hilfe von Schaltern
f diese m (u - h)
Motoren, welche vorher in p - m zueinander parallele
Zweige von j e h miteinander in Reihe geschalteten Motoren umzugruppieren sind,
den m vorhandenen Parallelzweigen mit je h Fahrmotoren in Reihenschaltung parallel
zu schalten (Fig. 9).
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Danach ist der Übergang von einer Schaltart zur anderen beendet, und
indem von der abgesenkten Betriebskurve v über F der nunmehr zu benutzenden Schaltart
ausgegangen wird,'kann die Regelung der Fahrmotoren wieder aufgenommen werden, indem
der Nebenschluß durch Verschieben des Regelkontaktes auf dem Regelwiderstand R bis
zu einer geeigneten Stellung verändert und der Schalter o geschlossen wird.
Die
vorstehenden Ausführungen geben übrigens zu folgenden Bemerkungen Anlaß : Das Mittel,
welches zur Regelung jeweils in der Ausgangsschaltung dient, dient zugleich zur
Verwirklichung der unmittelbaren Vorbereitungen für den genannten Übergang von einer
Schaltart zur anderen und dann zur Regelung in der nächstfolgenden Schaltart.
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Andererseits ist es, um den Übergang von einer Schaltart zur anderen
zu steuern, nicht in jedem Falle notwendig, von der höchstgelegenen Betriebskurve
v über F derAusgangsschaltart auszugehen, und ebensowenig, die Betriebskurve für
verstärkte Felder der nächstfolgenden Schaltart soweit wie irgend möglich abzusenken.
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Es genügt, für die vorhandene Geschwindigkeit ein ausreichendes, gegenseitiges
Sichschneiden einer Betriebskurve der Ausgangsschaltart und einer Betriebskurve
für verstärkte Felder der nächstfolgenden Schaltart zu erhalten. Mit anderen Worten:
Es ist in gewissen Fällen möglich, einen bestimmten Nebenschlußgrad beizubehalten.
Im übrigen ist ersichtlich, daß dies gegebenenfalls durch eine einzige Stellung
des verschiebbaren Regelkontaktes auf dem Regelwiderstand R verwirklicht werden
kann.
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Weiterhin ist ersichtlich, daß für eine bestimmte Geschwindigkeit
und eine bestimmte Belastung zwei Betriebskurven v über F vorhanden sein müssen,
die sich derart schneiden, daß keine nachteilige Rückwirkung bei dem Übergang von
einer Schaltart zur anderen für diesen Arbeitspunkt vorhanden ist. Um dies zu verstehen,
genügt die Bezugnahme auf die Betriebskurven der Fig. 2.
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Übrigens hat die Erläuterung des Überganges von einer Schaltart zur
anderen einen Schaltzustand (Fig.7) ergeben, der dem der Fig.5 entspricht, bevor
man zu demjenigen gemäß Fig. 8 gelangt.
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In Wirklichkeit ist dieser Schaltzustand praktisch mit dem nachfolgenden
(Fig. 8) gleichwertig, welcher in dem Kurzschließen der u - h Fahrmotoren
jedes Zweiges besteht.
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Infolge der elektrischen und mechanischen Trägheiten sowohl als auch
der Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltanlage geht alles so vor sich, als ob die Schaltung
gemäß Fig.8 unmittelbar derjenigen gemäß Fig.6 folgte.
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Schließlich erfolgt der Übergang von der Schaltung gemäß Fig.8 zur
Schaltung gemäß Fig.9 selbst außerordentlich schnell, so daß, wenn die Ströme in
den miteinander in Reihe geschalteten Feldwicklungen i" . . . n" der Steuerung nach
Maßgabe der Stellung der Schaltanlage zu folgen beginnen, die mechanischen Teile
und insbesondere, wenn es sich um Zugteile handelt, die Kupplungen keineswegs durch
diese elektrischen Veränderungen beeinflußt werden. Da überdies diese elektrischen
Veränderungen unter guten Bedingungen für die Fahrmotoren stattfinden, ist nichts
für das einwandfreie Verhalten dieser Fahrmotoren zu befürchten.
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Insgesamt ist zu bemerken, daß, wenn man einerseits der Arbeitsgeschwindigkeit
der Schaltanlage, andererseits der elektrischen Sicherheit infolge der augenblicklichen
Verstärkung der Felder Rechnung trägt (Fig. 8), welche sich aus der Schaltart ergibt,
der Übergang von einer Schaltart zur anderen mit so geringen Stößen vor sich gehen
kann, wie man nur wünscht, was auch durch Berechnung erwiesen ist.
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Nebenbei sei bemerkt, daß die plötzlichen Stromänderungen und die
Überströme, denen die verschiedenen Anker- oder Feldwicklungen der Motoren unterworfen
sind, keine Gefahr für letztere darstellen, wenn man nur dafür Sorge trägt, die
Anordnung und die elektrischen Verbindungen im Innern dieser Motoren zu verstärken
(Verschweißung, Befestigung der Spulen usw.).
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Übrigens ist auch nicht notwendig, die mit den Ankern der Fahrmotoren
unmittelbar in Reihe geschalteten Feldwicklungsteile der m (u - 1a) Motoren
im Augenblick des Kurzschließens der letzteren kurzzuschließen (Fig.-8), da ihre
Anker dann unwirksam sind. Rückkehr zur Ausgangsschaltart Der absteigende Übergang
(Übergang von der einen Schaltart zur vorhergehenden) erfolgt umgekehrt, d. h. indem
man zuerst die Betriebsbedingungen herstellt, welche der abgesenkten Betriebskurve
v über F der einen Schaltart entsprechen, sodann die m (u - h)
Motoren in
ihren P - na Zweigen abschaltet und sie in die m ersten Zweige einschaltet,
beispielsweise gemäß Fig. 8, um sie schließlich mit dem Stromkreis dieser in Zweige
vereinigt.
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Die Schaltschemata der Fig. io bis 14 veranschaulichen die Reihenfolge
dieser Arbeitsvorgänge.
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Das Schema der Fig. io zeigt die Reihenparallelschaltung, bei der
die n Fahrmotoren in P zueinander parallelen Zweigen von je h miteinander in Reihe
geschalteten Motoren gruppiert sind.
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Beim Normalbetrieb wird der verschiebbare Regelkontakt des Regelwiderstandes
R so eingestellt, daß ein bestimmter Nebenschluß zur Reihenschaltung der Feldwicklungsteile
x" ... n" gewährleistet ist.
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Um den Übergang von einer Schaltart zur anderen zu bewirken, beginnt
man damit, daß man den verschiebbaren Regelkontakt so verstellt, daß die gewünschte
Verstärkung der Felder eintritt, welche einen Höchstwert besitzt, wenn man den Schalter
o öffnet, wie es in Fig. ii dargestellt ist.
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Man nimmt dann das Abschalten der P - m Zweige durch Öffnen der Schalter
f (Fig. i2) vor.
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Die (P - m) - h Motoren werden anschließend in Reihen von j
e u - 1a Motoren gruppiert, die dann am Ende jeder der im Stromkreis verbliebenen
in zueinander parallelen Zweige mit Hilfe der Schalter e zugeschaltet werden, während
die Schalter d zunächst noch geschlossen bleiben, derart, daß die genannten Motoren
kurzgeschlossen sind (Fig. i3).
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Um den Umschaltvorgang zu vollenden, genügt es, nunmehr die Schalter
d zu öffnen, um die u - h Motoren in den Stromkreis einzuschalten,
welche einem jeden der na zueinander parallelen ersten Zweige (Fig. 1q.)
zugeordnet sind, und man kann von da ab mit der auf diese Weise hergestellten neuen
Schaltart die Regelung der Motoren durch Änderung des Nebenschlusses mit Hilfe des
Regelwiderstandes R wieder aufnehmen, wobei der Schalter o im gewünschten Augenblick
geschlossen wird.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen,
daß die Reihenschaltung der Feldwicklungsteile i" . . . n" an der gemeinsamen Klemme
vor oder hinter den zueinander parallelen Zweigen unveränderlich angeschlossen ist.
Wie jedoch aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen gemäß den Fig,
15 und 16 ersichtlich ist, ist es einleuchtend, daß eine getrennte Speisung der
Reihenschaltung der Feldwicklungsteile mit der gleichen Bequemlichkeit die Anwendung
des Verfahrens sowohl im aufsteigenden als auch im absteigenden Sinne gestattet.
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Fig. 15 zeigt die gleiche Ausgangsgruppierung der Motoren wie Fig.5
hinsichtlich der m zueinander parallelen Zweige mit je u Motoren in Reihenschaltung
und mit unterteilten Erregerwicklungen, bei welcher aber die Reihenschaltung der
Feldwicklungsteile i" . . . n" durch einen Generator G gespeist wird, der von einem
Motor M angetrieben wird, der selbst durch die gemeinsame Stromquelle für die Fahrmotoren
gespeist wird.
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In dieser Figur wird die Regelung der Spannung an den Klemmen der
Reihenschaltung der Feldwicklungsteile i" ... n", eine Regelung, welche günstige
Kennlinien beim Übergang von einer Schaltart zur anderen ergibt, durch die Erregerwicklung
E gewährleistet, welche in Reihe mit den »z zueinander parallelen Zweigen geschaltet
ist und die durch einen Schalter k nach Bedarf eingeschaltet und durch einen regelbaren
Widerstand v geregelt wird, der parallel zu den Klemmen dieser Erregerwicklung angeordnet
ist.
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Die zusätzliche Erregerwicklung El braucht dann beim Vorgang des Überganges
von einer Schaltart zur anderen gewöhnlich nicht einzugreifen.
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Wie oben ausgeführt; wird der Umschaltvorgang in der einen Richtung
so vor sich gehen, daß man von einer angehobenen Kennlinie der ,einen Schaltart
ausgeht, die auf ähnliche Weise erhalten wird, indem man den niedrigsten Widerstand
r einschaltet; dies hat zur Wirkung, daß der in der Erregerwicklung E fließende
Strom verringert wird, wobei der Schalter k geschlossen ist; dann wird der Strom
verringert, welcher den Parallelstromzweig durchläuft.
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Wie ersichtlich, wird die höchstgelegene Betriebskurve v über F (Mindeststrom
in den Feldwicklungsteilen i" . .. n") durch Öffnen des Schalters k oder durch Einführung
des niedrigsten Wertes des Widerstandes y erhalten.
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Wenn man von dieser Lage der Kennlinie ausgeht, bleibt nur noch übrig,
die im vorbeschriebenen Fall erläuterten Schaltvorgänge durchzuführen, d. h. Verstärkung
der Felder in den Feldwicklungsteilen i" .. . n" durch Steuerung des verschiebbaren
Regelkontaktes des Widerstandes y im Sinne einer Vergrößerung dieses Widerstandes,
Kurzschließung der u - h
Motoren in m zueinander parallelen Zweigen, Bildung
der p zueinander parallelen Zweige durch Zuordnung von P - yri neuen zueinander
parallelen Zweigen mit je h Motoren in Reihenschaltung und schließlich Wiederaufnahme
der Regelung durch Steuerung des verschiebbaren Regelkontaktes am Widerstand y.
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Selbstverständlich geht die Rückkehr zur Ausgangsschaltart so vor
sich, daß die Schaltvorgänge umgekehrt ausgeführt werden. In dem Falle, in dem infolge
von besonderen Umständen die Regelung durch den Widerstand y ungenügend sein sollte,
um ein gutes Sichschneiden der Betriebskurven zu erhalten, könnte man die Erregerwicklung
El ausnutzen, die dann geeignet erregt wird. Diese Wicklung ist für Sonderaufgaben
der Lokomotive, z. B. Stromrückgewinnung usw., vorgesehen.
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Natürlich könnte, wie im vorbeschriebenen Fall, der Übergang auch
zwischen zwei Kennlinien vorgenommen werden, die andere als die höchst- bzw. tiefstgelegene
Kennlinien sind.
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Das Schema der Fig. 16 zeigt eine Abänderung der Anordnung der Erregerwicklung
E, welche vorgesehen ist, um die Abmessungen der Erregerwicklung und infolgedessen
auch des Parallelwiderstandes r zu verringern, für den Fall, daß die diese beiden
Schaltungselemente durchfließenden Ströme zu groß sein sollten.
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Die Abzweigung dieser beiden Schaltungselemente an den Klemmen eines
Hilfswiderstandes a, welcher übrigens gegebenenfalls regelbar gemacht werden kann,
der in Reihe mit den m zueinander parallel geschalteten Zweigen geschaltet ist,
ermöglicht es, diese technische Verbesserung zu erhalten.
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Es ist selbstverständlich, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
nicht auf die Verwendung an sich bekannter mechanisch oder elektrisch arbeitender
Mittel beschränkt sind.
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'So kann das Umschaltverfahren, das das Wesen der Erfindung ausmacht,
auch auf Motoren angewendet werden; welche in einem einzigen Gehäuse mehrere Anker
und die entsprechenden Feldwicklungen aufweisen; ferner ist es möglich, die genannten
Feldwicklungen zu unterteilen und die Anker miteinander zu kuppeln.
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Weiterhin ist das Umschaltverfahren ebenfalls anwendbar, wenn es bei
einem und demselben Stromwender möglich ist, verschiedene Spannungen mittels geeigneter
Bürstenreihen zu gewinnen. In diesem Falle können die Umschaltungen zwischen den
Bürstenreihen einerseits und den Feldwicklungen andererseits vorgenommen werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch dann anwendbar, wenn ein
einziger Motor mit einem einzigen Anker mehrere Stromwender aufweist, deren jeder
mehrere Bürstenreihen besitzt, die verschiedenen Ankerwicklungen entsprechen, wobei
die Gruppierungen zwischen den Bürstenreihen einer Reihe von Ankerwicklungen entsprechen,
die miteinander in Reihen-, Reihenparallel- oder schließlich in Parallelschaltung
geschaltet werden könnten. Diese verschiedenen Gruppen würden dann die verschiedenen
Reihenparallelstromzweige bilden, wie sie oben erläutert worden sind. Diese Reihenparallelstromzweige
weisen in jedem Reihenstromzweig die entsprechenden Teile von Erregerwicklungen
auf und würden mit ihrer Reihenparallel- oder Parallelschaltung auf die Reihenschaltung
von Erregerwicklungsteilen arbeiten, welche der Gesamtheit der ergänzenden Erregerwicklungsteile
der einzelnen Maschinen entspricht.
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Wenn man in Betracht zieht, daß das Anheben oder das Absenken der
Ausgangsbetriebskurve für den oben erläuterten Gesamtmotor beispielsweise durch
Verdrehung
der Bürstenreihen erhalten werden könnte, könnte es von Bedeutung sein, das Verfahren
anzuwenden, um den Übergang von einer Stellung der Bürstenreihen entsprechend der
höchstgelegenen Betriebskurve der Ausgangsschaltart zu der anderen Stellung entsprechend
der niedrigstgelegenen Betriebskurve der nächstfolgenden Schaltart zu gewährleisten.
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Zu diesem Zwecke könnte die Regelung, welche bei den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen angewendet wurde, indem auf die Reihenschaltung der Erregerwicklungsteile
1" . .. n ' eingewirkt wurde, im vorliegenden Falle durch geeignetes Verschieben
der Bürsten, bewirkt werden. Dieser Regelung durch Verschiebung der Bürsten könnte
übrigens die Regelung der Reihenschaltung der Erregerwicklungsteile 1"
... n" gemäß vorstehenden Ausführungen zugeordnet sein.
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Aus vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß die Regelung im
Hinblick auf den Übergang von einer Schaltart zur anderen die häufigste und billigste
ist, welche durch die Regelung der. Reihenschaltung der Erregerwicklungsteile erhalten
wurde. Es kann indessen in gewissen Fällen vorteilhaft sein, diese Regelung vorzunehmen
und insbesondere eine angehobene Betriebskurve für die eine Schaltart zu erhalten,
indem in jedem Stromzweig die gesamte oder ein Teil der Erregerwicklung kurzgeschlossen
wird, welche dauernd mit jedem Einzelmotor verbunden ist. , Es ist ersichtlich,
daß die erzielte Wirkung in einer Anhebung der Betriebskurve bestehen würde, wenn
der Teil der im Betrieb befindlichen Erregerwicklung oder die Größe des letztere
durchfließenden Stromes verkleinert wird. Der umgekehrte Schaltvorgang gewährleistet
die gewünschte Absenkung der Betriebskurve in dem Falle der nächstfolgenden Schaltart.
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Diese Art der Regelung schließt natürlich nicht die gleichzeitige
oder nachfolgende Regelung der Reihenschaltung der Erregerwicklungsteile l" ...
. n" oder eine andere gleichwertige Regelung aus.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 der französischen Patentschrift
972 025 (ein Fall, bei dem allein die Anker in Verbindung mit ihren zugehörigen
Wendepolwicklungen in den Parallelstromzweigen angeordnet sind, so daß die Gesamtheit
der Erregerwicklungen eine einzige Reihenschaltung bildet, welche wie die Reihenschaltung
der Erregerwicklungsteile 1" . .. n" bei den anderen Ausführungsformen, angeschlossen
oder getrennt, angeordnet ist) würde sich däs Umschaltverfahren nach den vorstehenden
Ausführungen ebenfalls ohne Schwierigkeiten verwenden lassen. Schaltverfahren bei
Nutzbremsung In den vorstehenden Ausführungen ist lediglich die Umschaltung in die
eine oder andere Schaltart beim motorischen Arbeiten eines Motors ins Auge gefaßt
worden.
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Der gleiche Grundsatz ließe sich jedoch ebenfalls für die Umschaltung
in beliebiger Richtung beim Nutzbremsen anwenden. Dafür genügt es, daß die Gesamtheit
der für die Nutzbremsung vorgesehenen Schaltung, d. h. diejenige, welche die Erregung
der Reihenschaltung der Erregerwicklungsteile 1" ... n" bewirkt, damit die
Anker generatorisch arbeiten, für eine gegebene Geschwindigkeit das Sichschneiden
einer abgesenkten Betriebskurve der einen Schaltart mit einer angehobenen Betriebskurve
der nächstfolgenden Schaltart ermöglicht (Nutzbarmachung, insbesondere einer Erregerwicklung,
z. B. El [Fig. 15 und 16J)-.
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Bei Nutzbremsung ist der wichtigste Übergang von einer Schaltart zur
anderen derjenige, welcher den Übergang von einer oberen zu einer unteren Schaltart
rechtfertigt.