-
Feinreglersteuerung für Einphasen-Reihenschluß-Kollektormotoren, insbesondere
von Wechselstrom-Triebfahrzeugen Bei der allgemein bekannten und üblichen Feinreglersteuerung
für Wechselstrom-Triebfahrzeuge wird die Überschaltung von einer Stufe des Haupttransformators
zur anderen mittels eines Zusatztransformators und eines Spannungsteilers, dessen
einzelne Windungen an die Segmente eines Kollektorreglersgeführt sind, bewirkt.
Eine Feinreglersteuerung dieser Art ist in Fig. i der Zeichnung schematisch dargestellt.
Darin bezeichnen i den Fahrdraht, z den Stromabnehmer, 3 die Primärwicklung -und
4. die Sekundärwicklung des Haupttransformators. Die Sekundärwicklung ist mit einer
Anzahl von Anzapfungen Ti, T2 ... versehen, die über Stufenschalter
Si, S2 ... abwechselnd. an das eine bzw. andere Ende der Sekundärwicklung
5 eines Zusatztransformators 6 angeschlossen wer-.den. Die Primärwicklung 7 dieses
Zusatztransformators ist über einen Kollektorregler 8 mit einem Spannungsteiler
g verbunden, dessen eines Ende geerdet ist, während das andere Ende an die Mitte
der Sekundärwicklung 4. des Haupttransformators geführt ist. Auf dem Kollektorregler
schleifen zwei diametral angeordnete Bürsten i o und i i, und er besitzt an zwei
diametral .gelegenen Stellen zwei breite Segmente. Diese breiten Segmente liegen
in der Leerlaufstellung unter den Bürsten, wie in der Zeichnung dargestellt ist.
Die Fahrmotoren 1a, i3, 1q. und. 15 sind zwischen Erde und die .Mitte der Sekundärwicklung
5 des Zusatztransformators 6 geschaltet.
Jede Hauptstufe wird durch
zwei zusammengehörige Stufenschalter, z. B. S1 und S2, gebildet. Die n-te Hauptstufe
wird. gebildet durch zwei geschlossene Stufenschalter Sn_i und S", die an den beiden
Enden der Sekundärwicklung 5 des Zusatztransformators 6 liegen. Diese Sekundärwicklung
wirkt in der Hauptstufe als Doppeldrosselspule und bildet an ihrem Mittelleiter
den Mittelwert der Spannungen der Anzapfungen T"-1 und T".
-
Soll von der n-ten zur (n+ i)-ten Stufe übergegangen werden, so wird
beim Öffnen des Stufenschalters S"-1 die halbe Stufenspannung durch den Zusatztransformator
6 von der Anzapfung T, abgesetzt. Mittels des Kollektorregl-ers 8 wird diese abgesetzte
halbe Stufenspannung feinstufig verringert bis auf den Wert o in .der Kurzschlußstellung
(nach go° Drehwinkel der Bürsten) und dann ,in Gegenphase wieder vergrößert, so
daß zur Spannung an .der Anzapfung T" jetzt Spannung zugesetzt wird.
-
Ist die in .der Sekundärwicklung 5 des Zusatztransformators 6 zugesetzte
Spannung auf die halbe Stufenspannung ,angewachsen, so kann der nächstfolgende Stufenschalter
S"1 theoretisch spannungs-und stromlos geschlossen werden, und die nächste Hauptstufe
n-+ i ist erreicht. Der Feinregler in der beschriebenen Ausführung ist in seiner
Leistung, die der halben Stufenleistung des Haupttransformators entspricht, begrenzt,
und zwar im Strom durch die .aktive Kollektorschleiflänge und in der Spannung durch
die zulässige Lamellenspannung, da nur knapp 50% des Kollektorumfanges für Regellamellen
zur Verfügung stehen, von denen auch noch jeweils zwei zueinander parallelgeschaltet
sind, während die restlichen mehr als 5o°/o des Kollektorumfanges für die breiten
Segmente auf den Hauptstufen, etwa 2 X 8d.°, und für die schmaleren Zwischenstufensegmente,
etwa 2-X 12° 3o, benötigt werden.
-
Man hat ,daher mehrfach versucht, andere Feinreglerschaltungen zu
entwickeln, bei welchen entweder der Strom oder die Spannung des Feinreglers auf
den halben Wert verringert wird, um :auch bei .den :heutigen hohen Leistungen der
elektrischen Triebfahrzeuge den Feinregler betriebssicher bauen zu können. Alle
.diese Schaltungen haben aber den Nachteil, daß sie auf den Halb- und den Vollstufen
oder ,aber mindestens ,auf einer von beiden Feinreglerstellungen Umschaltungen im
Erregerstromkreis des Feinreglerspannungsteilers oder im Primärstromkreis des Zusatztransformators
erforderlich machen. Es ist also eine zusätzliche Umsch.altvorrichtung mit meist
vier Schaltern erforderlich, welche ziemlich hoch beansprucht werden, und zwar einerseits
durch die Schalthäufigkeit, da sie auf jeder Voll- bzw. Halbstufe betätigt werden,
andererseits durch die Schaltgeschwindigkeit, da beim Schnellauf- und -abschaltendes
Schaltwerkes bei .dem kleinen Schaltwinkel auf dem Feinregler in allerkürzester
Zeit diese Umschaltung bewerkstelligt werden muß. Darüber hinaus ist es bei den
meisten der vorgeschlagenen Schaltungen notwendig, die M.agnetisierungsleistung
.des Feinreglerspannungsteilers oder des Zusatztransformators zu unterbrechen, was
starken Kontaktabbrand zur Folge bat.
-
Die Erfindung betrifft eine Feinreglersteuerung für Einphasen-Reihenschluß-Kollektormotoren,
insbesondere von Wechselstrom-Triebfahrzeugen, mit einem Haupt- -und einem Zusatztransformator,
dessen Sekundärwicklung über Stufenschalter und dessen Primärwicklung über einen
Kollektorregler von dem Haupttransformator gespeist wird. Die Anordnung ist erfindungsgemäß
so getroffen, d.aß an jeder Anzapfung des Haupttransformators zwei Stufenschalter
vorhanden sind, welche zu je einem Ende der Sekundärwicklung .des Zusatztransformators
geführt sind, und @daß die Primärwicklung des Zusatztransformators aus zwei Teilwicklungen
besteht, welche einerseits je an eines der breiten Stufensegmente und andererseits
an je eine Bürste des Kollektorreglers angeschlossen sind. Die Primärwicklung des
Zusatztransformators ist in zwei Teilwicklungen .aufgeteilt, welche für die halbe
Spannung und den vollen Strom ausgelegt sind. Jede dieser beiden Teilwicklungen
ist mit ihrem einen Ende an eine Bürste ,des Kollektorreglers und mit dem anderen
Ende an eines der beiden breiten Stufensegmente desselben ;geführt. Beim Haupttransformator
sind an jeder Stufenan.zapfung zwei Stufenschalter für den halben Strom angeordnet,
welche über zwei Sammelleitungen an die beiden Enden der Sekundärwicklung des Zusatztransformators
angeschlossen sind. Wenn bei dieser Anordnung an Stelle eines Stufenschalters nunmeihr
zwei Stufenschalter für den halben Strom benutzt werden, so -ist dies kein Nachteil,
da man bei den Bestrebungen, den Feinregler nicht nur auf den Hauptstufen, ,sondern
auch auf den Halbstufen beliebig lange stehenlassen zu können, ohnehin einen Stufenschalter
für den vollen Strom bzw. zwei Stufenschalter für den halben Strom für jede Transformatoranzapfung
anordnen müßte.
-
Ein Ausführungsbeispiel .dieser Schaltung ist in Fig.2 schematisch
dargestellt. Soweit die Schaltungselemente mit denen der Fig. i übereinstimmen,
sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Die Pri= märwicklung des Zusatztransformators
6 besteht aus zwei Teilwicklungen: 7 a und 7 b. Von jeder Teilwicklung
ist ein Ende. an eine,der Bürsten io bzw. i i des Kollektorreglers 8 geführt, während
das andere Ende an eines,der breiten Segmente 16 bzw. 17 des Kollektorreglers 8
angeschlossen ist. An jede .der Anzapfungen T1, T2 ... der Sekundärwicklung
q. .des Haupttransformators sind zwei zusammengehörige Stufenschalter, z. B. S1,
Si" usw., angeschlossen. Die Stufenschalter mit den Indizes 1,:2, 3 ... führen
über eine Sammelleitung an das eine Ende, die Stufenschalter mit den Indizes
1 a, 2 a, 3 ca ... über eine zweite Sammelleitung an das andere Ende
der Sekundärwicklung 5 des Zusatztransformators 6.
-
Der Umschaltvorgang vonder si.-ten zur (n -i- i) -ten Hauptstufe vollzieht
sich folgendermaßen: Auf der n-ten Hauptstufe sind die Stufenschalter S(n-i) a und
S" geschlossen. Nach Öffnung des Stufenschalters
S",-1>
a werden die Bürsten des Kollektorreglers aus .der gezeichneten Leerl.aufstellung
herausgedreht. Nach i8o° Drehung ist die Kurzschlußstellung erreicht, und der Stufenschalter
S" kann geschlossen werden. Damit wird der Feinregler vom Kurzschlußstrom entlastet,
und die Sekundärwicklung 5 des Zusatztransformators 6 wirkt genau wie auf .den Hauptstufen
als Stromteilerdrosselspule. Diese Halbstufe kann also genau wie die Hauptstufe
beliebig lange beibehalten werden.
-
Soll zur nächsten Hauptstufe weitergeschaltet werden, so wird der
Stufenschalter S, geöffnet und dann das Bürstenjoch des Kollektorreglers 8 um weitere
iSo° gedreht. Damit ist die nächste Vollstufe erreicht, und der Stufenschalter S"
,. 1 kann geschlossen «-erden.
-
Der Vorteil dieser Schaltanordnung besteht darin, daß der Kollektorregler
und der Spannungsteiler nur für die halbe Leistung bemessen zu werden brauchen,
d. h. man kann die mittlere Lamellen-Spannung, die bisher häufig etwa 3 bis 3,5
Volt betrug, auf etwa 1,5 bis 1,75 Volt erniedrigen, ohne dabei im Erregerstromkreis
des Feinreglersp.annungsteilers 9 oder im Primärstromkreis des Zusatztransformators
6 unangenehme Umschaltungen vornehmen zu müssen. Der Winkel am Kollektorregler 8
beträgt für eine Halbstufe i8o° gegenüber bisher 9o°; daher kann auch der bisher
für die schmalen Halbstufensegmente benötigte Platz von 2 X 12° 30' auf dem Kollektorumfang
für weitere Regelsegmente verwendet werden, wodurch die mittlere Segmentspannung
nochmals um etwa 13'/ü gesenkt werden kann, oder aber man verwendet diesen gewonnenen
Raum dazu, eine oder mehrere Zwischenstellungen durch paarweise Anordnung etwas
breiterer Segmente zu schaffen (s. Fig. 3). Auf diesen zusätzlichen Zwischenstellungen
kann dann vorübergehend, und zwar bis zu einer Zeit von etwa 30 Sekunden,
verharrt werden, wie dies bisher bei den Halbstufen ,der Fall war, so d:aß die Stufenzahl
hierdurch verdoppelt bzw. verdreifacht werden kann. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit,
durch Vereinigung dieser Schaltungsanordnung mit anderen an sich bekannten Schaltungen,
welche ebenfalls die Herabsetzung der Feinreglerleistung oder der Stufenspannung
auf die Hälfte bewirken, die Lamellenspannung nochmals auf die Hälfte herabzusetzen,
so daß diese dann nur noch etwa o,7 bis o,8 Volt beträgt. Dann hat man die Möglichkeit,
die Bürstendes Feinreglers in jeder beliebigen Stellung anzuhalten, ohne daß störende
Kurzschlußströme am Feinreglerspannungsteiler 9 auftreten. Als Beispiel hierfür
ist in Eig. 4 eine Schaltung angegeben.
-
Gemäß Fig. 4 wird die Herabsetzung der Stufenspannung .dadurch bewirkt,
daß nur ein Teil 2o der Sekundärwicklung 4. des Haupttransformators mit Anzapfungen
und Stufenschaltern versehen wird und als Regelwicklung dient und mit .den anderen
gleich groß-en Sekundärwicklungsteilen 2i und 22 jeweils in Reihe geschaltet ist.
Die Stufenschalter am Wicklungsteil 20 sind genau so geschaltet wie in der Anordnung
gemäß Eig.2, der Übersicht halber jedoch nicht bezeichnet. Durch diese Anordnung
werden entweder Stufenschalter gespart, oder es wird umgekehrt bei gleicher Stufenschalterzahl
die Stufenspannung erheblich herabgesetzt.