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Anordnung zur Erzielung eines einwandfreien Parallelbetriebes zu gekuppelten
Gleichstrom-NebenschluBmaschinen oder fremderregten Maschinen Wenn zwei oder mehr
Gleichstrom-Nebenschlußmotoren oder fremderregte Motoren parallel an demselben Netz
liegen und mechanisch miteinander gekuppelt sind, so ist eine Aufteilung des Belastungsstromes
auf die einzelnen Maschinen im Verhältnis ihrer Nennleistungen sehr schwierig zu
erreichen. Dies rührt daher, daß die Belastungskennlinie dieser Motoren, welche
die Drehzahl abhängig von der Belastung darstellt, nur sehr schwach gegen die Abszisse
geneigt ist und bei starker Ankerrückwirkung sogar mit dem Strom ansteigen kann.
Dies hat zur Folge, daß bereits kleine Abweichungen der Kennlinie der einzelnen
Maschinen voneinander, bedingt durch Ungleichmäßigkeiten des magnetischen Materials
oder durch Ungenauigkeiten. der Bürstenstellung, unzulässig starke Abweichungen
von der gleichmäßigen Verteilung des Belastungsstromes auf die einzelnen Maschinen
hervorrufen. Handelt es sich um Bahnmotoren, so können auch Ungleichmäßigkeiten
in der Abnutzung der Radbandagen oder auch Gleiten einer Triebachse auf den Schienen,
d. h. Ungleichheiten in der Drehzahl, die Ursache einer ungleichen Stromverteilung
sein.
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Im Bahnbetrieb werden daher meistens Reihenschlußmotoren verwendet.
Diese sind aber wieder zur Nutzbremsung ungeeignet. Fahrzeuge mit Nutzbremse werden
daher neuerdings vielfach mit
Compoundmotoren ausgerüstet. Die Reihenwicklung
dieser Compoundmotoren wird dabei in der Regel beim Übergang von Fahrt auf Nutzbremsung
nicht gewendet, so daß im letzteren Fall die Maschinen als Gegeneompoundgeneratoren
mit verhältnismäßig stark geneigter Belastungskennlinie arbeiten. Diese Lösung ergibt
zwar bei Beschleunigungs- und bei Nutzbremsbetrieb ein stabiles Zusammenarbeiten,
erfordert aber, da die resultierende Erregerdurchflutung gleich der Differenz von
Nebenschlußerregung und Reihenschlußerregung ist, wesentlich mehr Erregerkupfer
als bei Verwendung von reinen Nebenschluß- oder Reihenschlußmaschinen. Diese Tatsache
tritt dann besonders störend in Erscheinung, wenn es sich darum handelt, vorhandene
Reihenschlußrnotoren zwecks Einbau einer Nutzbremseinrichtung in Compoundmotoren
bzw. Gegencompoundgeneratoren umzubauen, weil nämlich im vorhandenen Raum beide
Wicklungen meist nicht mehr untergebracht werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, die es ermöglicht, bei
parallel arbeitenden Neberischluß- oder fremderregten Maschinen auch ohne Reihenwicklungen
auf den Erregerpolen den Belastungsstrom stabil im Verhältnis der Nennleistungen
auf die einzelnen Maschinen bei Motor-und Generatorbetrieb zu verteilen. Fig. i
zeigt die grundsätzliche Anordnung für zwei parallel arbeitende Maschinen. Ihre
Anker i und :2 liegen. an der Spannung U", ihre Feldwicklungen 3 und 4. sind über
zwei Vorw iderstände 5 und 6, die zur Grobabgleichung herangezogen werden können,
an die Erregerspannung U, gelegt. Sind beide Spannungen U" und U, voneinander verschieden,
so handelt es sich um fremderregte Maschinen,, ist die Spannung für Anker- und Feldwicklung
gleich, so sind es Nebenschlußmaschinen. Mit zwei potentialgleichen Punkten 7 und
8 der Widerstände 5 und 6 sind die Klemmen des Ankers 9 einer kleinen Gleichstrommaschine
verbunden. Diese Maschine wird mit konstanter oder nahezu konstanter Drehzahl etwa
von einem kleinen Nebenschlußmotor io angetrieben. Die Erregerpole zum Anker 9 tragen
zwei Wicklungen i i und 12, die von den Belastungsströmen Il bzw. I2 der parallel
arbeitenden Maschinen i und 2 gegensinnig durchflossen werden, so daß die resultierende
Durchflutung gleich Ii w1`12 w2 ist, wobei w1 und w2 die Windungszahlen der
Erregerspulen i i und 12 sind. Das Verhältnis dieser Windungszahlen wird umgekehrt
proportional der Nennleistung der Motoren i und 2 gemacht. Handelt es sich um gleich
große Motoren, so sind beide Windungszahlen einander gleich. Bei schwacher Sättigung
der Ausgleichsmaschine entsteht an den Klemmen ihres Ankers eine Spannung, die ebenfalls
proportional dem Ausdruck Il w1 12 U,'2 oder bei zu regelnden Maschinen von gleicher
Nennleistung gleich der Differenz 1.-12 ist. Diese Spannung hat einen Strom i.d
zur Folge, der sich bei 7 und 8 in zwei Teile i, und if teilt. i, schließt sich
über die Widerstände 5 und 6, il über die Feldwicklungen 3 und q.. Diese Ströme
überlagern sich den Erregerströmen il und i2, wie sie ohne Vorhandensein der Ausgleichsmaschine
9 durch Widerstände und Erregerwicklungen fließen würden. Ist beispielsweise der
Strom Il größer als 121 wobei angenommen wird, daß die Hauptmaschinen i und 2 im
betrachteten Augenblick als Motoren arbeiten mögen, so sei die Drehrichtung des
Ankers 9 so gewählt, daß sich eine Richtung des Stromes id ergibt, wie der Pfeil
in Bild i angibt. Der Teilstrom i" schwächt demzufolge im Widerstand 5 den ursprünglich
vorhandenen Erregerstrom il auf ii iW, wodurch der Spannungsabfall geringer wird
und die Spannung an der Feldwicklung 3 des stärker belasteten Motors i steigt. Am
Widerstand 6 wird aber der ursprünglich vorhandene Strom i2 auf i2 -I- i, verstärkt,
der Spannungsabfall wird hier also größer und damit die Erregerspannung des schwächer
belasteten Motors 2 kleiner.
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Der Teilstrom if wirkt gleichzeitig in gleicher Richtung, nämlich
feldverstärkend beim stärker belasteten Motor i und feldschwächend beim schwächer
belasteten Motor 2. Die ungleiche Stromaufnahme wird hierdurch ausgeglichen.
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Arbeiten beide Maschinen als Generatoren also beim Fahrzeugbetrieb
in Bremsschaltung und wird wieder angenommen, der Strom Il sei größer als
I2,
so kehrt mit der Stromrichtung in beiden Maschinen beim Übergang vom Motor-
auf den Generatorbetrieb auch die resultierende Durchflutung der Maschine 9 ihre
Richtung um. Der Strom d fließt in diesem Falle also entgegen der Pfeilrichtung
im Bild i. Damit ändern sich aber auch die Richtungen der Ströme 4 und if. Es wird
also bei Generatorbetrieb die Erregung des stärker belasteten Generators geschwächt
und die des schwächer belasteten Generators verstärkt. Die beschriebene Anordnung
wirkt damit auch bei Generatorbetrieb ausgleichend auf die Verteilung der Belastung
beider parallel geschalteter Generatoren, ohne daß beim Übergang vom Motorbetrieb
auf den Generatorbetrieb oder umgekehrt irgendwelche Umschaltungen notwendig werden.
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Handelt es sich um eine Anlage mit vier Motoren, deren Anker zu zweien
dauernd in Reihe geschaltet sind, eine Anordnung, die bei Gleichstrombahnen mit
hoher Fahrdrahtspannung vielfach angewendet wird, so vereinfacht sich die Schaltung
durch Fortfall der Abgleichwiderstände 5 und 6. Fig. 2 zeigt eine solche Schaltung.
Die Anker i und 2 liegen in. Reihe an der Spannung U", ebenso die Anker 13 und 1q..
Auch von den vier Nebenschlußfeldern liegen je zwei dauernd in Reihenschaltung an
der Erregerspannung Ue, jedoch in Kreuzschaltung zu den Ankern, derart, daß immer
zwei Feldwicklungen 3 und 16 bzw. 4. und 15 in Reihe geschaltet sind, deren Anker
nicht zu einem Stromkreis gehören. Der Anker 9 der Ausgleichsmaschine ist dabei
zwischen die Verbindungspunkte 7 und 8 der in Reihe geschalteten Feldwicklungen
gelegt. In Fig. 2 ist die Richtung des Ausgleichsstromes id angegeben, die sich
einstellt, wenn der Belastungsstrom Il der Anker i und 2 größer ist als der Belastungs-
Strom
IQ der Anker 13 und 14, Motorbetrieb vorausgesetzt. Es zeigt sich, daß hier
die Felder 3 und 4 der stärker belasteten Motoren i und 2 gestärkt und die Felder
15 und 16 der schwächer belasteten Motoren 13 und 14 aber geschwächt werden.
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Da, wie bereits erwähnt, bei Nebenschlußmotoren nur eine geringe Abweichung
der Erregungen voneinander hinreicht, um große Unterschiede in der Belastung hervorzurufen,
so folgt, daß zur Erreichung gleichmäßiger Stromaufteilung Ströme id und i" genügen,
die klein sind gegen die Erregerströme il und i2, wie sie ohne Ausgleichsmaschine
9 fließen würden. Die Maschine 9 ist also klein gegenüber der Erregerleistung der
Hauptmaschinen.
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Besitzt das Fahrzeug einen Umformer für Steuerstrom und Beleuchtung
oder einen Anlaßnutzbremsumformer, so kann der Anker 9 mit diesem gekuppelt werden,
die Antriebsmaschine io kann in diesem Falle gespart werden.