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Steuerungsvorrichtung für dieselelektrische Fahrzeuge mit selbsttätiger
Regelung der Hauptgeneratorspannung durch einen vom Drehzahlregler des Dieselmotors
beeinflußten, die Belastung des Dieselmotors auf einen konstanten Wert haltenden
Feldregler Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für dieselelektrische
Fahrzeuge mit selbsttätiger Regelung der Hauptgeneratorspannung durch einen vom
Drehzahlregler des Dieselmotors beeinflußten, die Belastung des Dieselmotors auf
einen konstanten Wert haltenden Feldregler und besteht darin, daß in der Endlage
des Feldreglerservomotors, in welcher der geregelte Vorschaltwiderstand im Feldstromkreis
des Hauptgenerators bei Erreichen der der betreffenden Drehzahl entsprechenden Höchstspannung
kurzgeschlossen ist, mit Hilfe eines Feldschwächservomotors die Feldschwächung der
Fahrmotoren eingeleitet wird, wobei die Überdeckung des Steuerorgans der Feldschwächvorrichtung
so groß ist, daß der Feldregler des Hauptgenerators ohne Verstellung des Feldschwächservomotors
der Fahrmotoren einen Bereich des Regelwiderstandes bestreicht, der mindestens eine
so große Belastungsänderung auszugleichen erlaubt, wie der durch eine Stufe des
Feldschwächwiderstandes verursachten Belastungsänderung entspricht.
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Es sind schon selbsttätige Steuerungen angewendet worden, bei denen
nach Erreichen einer bestimmten Spannung des Hauptgenerators die Feldschwächung
der Fahrmotoren erfolgt. Die Fahrgeschwindigkeit
kann dann 'unter
Aufrechterhaltung der vollen Leistung weiterhin erhöht werden, ohne daß die Hauptgeneratorspannung
ebenfalls noch gesteigert werden muß-. Diese Steuerungen haben aber denNachteil,
daß dieRegelung in einem Fahrgeschwindiigkeitsbereich durch Spannungsregelung des
Hauptgenerators und in einem vollständig außerhalb des ersteren Bereiches liegenden
Bereich durch Feldregelung der Fahrmotoren erfolgt.
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Hat die Geschwindigkeit im Bereich der Fahrmotorfeldregelung gerade
einen Wert, bei dem die Leistung bei der gerade eingeschalteten Feldschwächstufe
zu groß und bei der vorhergehenden Stufe zu niedrig ist, so schaltet der entsprechende
Feldschwächschalter infolge der selbsttätigenRegelung beständig ein und aus. Dies
ist für die Stromwendung der Fahrmotoren schädlich, und da für diese nur Reihenschlußwicklungen
in Betracht kommen und somit im Hauptstromkreis geregelt wird, sind beständig verhältnismäßig
große Ströme zu schalten, so daß der Kontaktabbrand der betreffenden Schalter beträchtlich
ist.
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Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch beseitigt,
daß die Spannungsregelung während der Feldschwächungsregelung weiterarbeitet, so
daß nach Einschaltung einer bestimmten Feldschwächstufe und daraus sich ergebender
Überlastung des Dieselmotors diese Stufe nicht sofort wieder ausgeschaltet wird,
sondern die entsprechende Leistungsminderung durch Herabsetzung der Hauptgeneratorspannung
erfolgt. Erst wenn im Verlauf der weiteren Beschleunigung des Fahrzeugs die- Spannung
wieder auf den gleichen Wert angestiegen ist wie zum Zeitpunkt der Einschaltung
der vorher erwähnten Feldschwächungsstufe, schaltet die Vorrichtung eine weitere
Feldschwächungsstufe ein.
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Fig. i der Zeichnung zeigt die Schaltskizze eines dieselelektrischen
Fahrzeugs mit selbsttätiger Feldschwächung der Fahrmotoren; Fig. 2 gibt eine entsprechende
Einrichtung mit einer anderen Ausführung der zur Begrenzung der Feldschwächung im
Betrieb bei hoher Spannung notwendigen Geräte wieder; Fig. 3 veranschaulicht eine
weitere Ausbildung des zur Begrenzung der Feldschwächung dienenden Gerätes.
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Nach Fig. i treibt der Dieselmotor i den Hauptgenerator 2 und den
Hilfsgenerator 3 an, welcher unter anderem die Erregung für den Hauptgenerator liefert.
Der Hauptgenerator 2 speist die Fahrmotoren 4 über verschiedene, in der Figur durch
das Rechteck 5 dargestellte, der Abschaltung, der Drehzahlumkehr und dem Schutz
dienende Geräte. Die Drehzahlverstellvorrichtung 7 dient zur Drehzahlregelung des
Dieselmotors i, indem durch Drehen des Handrades 7' die Federn 7" des Fliehkraftreglers
6 mehr oder weniger stark gespannt werden.
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Mittels des Gestänges 8 bis i i und des Feldreglers 12 wird auf an
sich bekannte Weise die Spannung des vom Hilfsgenerator 3 erregten Hauptgenerators
2 in Abhängigkeit von der Stellung des Fliehkraftreglers 6 so geregelt, daß bei
einer bestimmten Stellung der Drehzahlverstellvorrichtung 7 die Belastung des Dieselmotais
1 konstant bleibt. Andererseits dient das Gestänge 8 bis ii dazu, jeder Drehzahl
auf an sich bekannte Weise eine bestiminteLeistung bzw. ein bestimmtes Drehmoment
zuzuordnen.
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18 ist ein vom Feldregler 12 aus bedienter Servomotor zur Feldschwächung
der Fahrmotoren 4, wobei der vom Elektromagneten 27 gesteuerte Zwischenschieber
22 dafür sorgt, daß der Kolben 2o sich aus der gezeichneten Lage, welche dem Betrieb
mit vollem Feld der Fahrmotoren entspricht, nur entfernen kann, wenn der Hauptgenerator
2 mindestens eine Spannung erreicht hat, die höher ist als die niedrigste Spannung
bei Volllast und bei der betreffenden Drehzahl.
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Die Wirkungsweise des Feldschwächservomotors i8 ist folgende: In der
gezeichneten Lage des Feldreglerkolbens 14 hat dessen Kolbenstange 15 keine Berührung
mit dem Schieber 1g, der von der Feder 21 nach unten gedrückt wird, trotzdem der
über Leitungen 32 und 33 mit den Klemmen des Hauptgenerators 2 verbundene Elektromagnet
27 seinen Anker. gegen den Druck der Feder 26 angezogen und den Zwischenschieber
22 nach unten gedrückt hat. Die Öffnung 24 im Zwischenschieber 22 verbindet dann
die untere Seite des Kolbens 2o mit der Druckölzutrittleitung 2o, während die Öffnung
23 die obere Seite des Kolbens 2o entlastet. Der Kolben 2o bleibt also in der gezeichneten
oberen Endlage, so daß der Hebe128 nach oben gedreht bleibt und die Hebel 2g den
Feldschwächstromkreis der Fahrmotorfelder unterbrochen halten.
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Kommt nun die obere Kante des Feldreglerkolbens 14 bei zunehmender
Fahrgeschwindigkeit in die Lage A, so, berührt dessen Kolbenstange 15 den Schieber
ig und hebt ihn bei weiterer Aufwärtsbewegung vom Zwischenschieber 22 ab. Die Öffnungen
23 und 24 im Zwischenschieber 22 werden allmählich geschlossen und bleiben infolge
ziemlich starker Überdeckung durch den Schieber ig geschlossen, bis der Feldreglerkolben
14 fast in die Endlage B gelangt ist. Kurz vor dieser Lage geben -die unteren Kanten
des Schiebers ig die Öffnungen 23 und 24 wieder frei, so. daß nun durch die Druckölzutrittleitung
2o' Druckmittel zur oberen Seite des Kolbens 2o zutritt, während die untere Seite
des Kolbens 2o entlastet wird. Der Kolben 2o geht also nach unten, und die Hebel
29 schalten dieerste Stufe derFeldschwächwiderstände 3 0 ein.
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Dadurch schließt sich ein Parallelstromkreis zu den Feldwicklungen
b der Fahrmotoren 4. Der Strom der Fahrmotoren nimmt zu; weil die Spannung des Hauptgenerators
2 infolge Annäherung des Feldreglerkolbens 14 an die obere Endlage konstant geblieben
oder eher noch schwach gestiegen ist, nimmt auch die Belastung des Hauptgenerators
zu, die Gewichte des Fliehkraftreglers 6 gehen nach innen, der Hebel g dreht sich
im Gegenuhrzeigersinn, die Stange io und der Schieber 13
wandern
aufwärts, da sich der Hebel i i infolge dieser Bewegung auch im Gegenuhrzeigersinn
dreht, so daß der Feldreglerkolben 1.4 wieder nach unten gedrückt wird.
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Schon bevor sich die Kolbenstange 15 vom Schieber ig ablöst, schließen
sich die Öffnungen 23 und 24.. Der Feldreglerkolben 1.4 kommt also zum Stillstand,
während der Widerstand 17 sich so lange erhöht, bis das Feld des Hauptgenerators
2 so weit geschwächt ist, wie zur Aufrechterhaltung der konstanten Leistung bei
dem erhöhten Fahrmotorstrom nötig ist. Um den gewünschten Zweck, nämlich die Verhinderung
des Pendelns der als Fe.ldschwächschalter arbeitenden Hebel 29, zu erreichen, ist
es lediglich notwendig, dieÜberdeckung des Schiebers ig und die Abstufung der Widerstände
17 und 30 so abzustimmen, daß die Entlastung des Hauptgenerators 2, während
der Feldreglerkolben 14 den der Überdeckung des Schiebers ig entsprechenden Weg
zurücklegt, mindestens so groß ist wie die Überlastung, welche beim Weiterschalten
der Hebel 29 um eine Stufe entsteht.
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Auf diese Weise gehen dann die Hebel2g schrittweise nach oben, bis
der ganze regelbare Feldschwächwiderstand 30 abgeschaltet ist, während der
Feldreglerkolben 14. immer ungefähr zwischen den Lagen A und B hin und her pendelt.
Wenn die Hebel 2g allen regelbaren Feldschwächwiderstand 3o abgeschaltet haben,
liegen nur noch die Widerstände 31 in den Feldschwäehsfiromkreisen; es ist dadurch
die größtmögliche Feldschwächung erreicht.
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Der Elektromagnet 27 und der Zwischenschieber 22 sind aus folgenden
Gründen notwendig: Um den Regelbereich des Widerstandes 17 auf ein Mindestmaß herabzusetzen,
ist es üblich, dem Hauptgenerator 2 mittels geeigneter Erregerwicklungen (beispielsweise
Fremd-, Nebenschlußerregung, Gegenkompounderregung) eine stark abfallende Stromspannungskennlinie
zu geben. Die größte Erregung tritt dann nicht nur bei der Höchstspannung auf, sondern
auch beim Höchststrom. Im letzteren Fall wäre es nicht nur nutzlos, das Feld der
Fahrmotoren zu schwächen, sondern für die Fahrmotoren schädlich.
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Die Feldschwächung bei niedriger Spannung wird durch den Elektromagneten
27 auf folgende Weise verhindert: Solange die Spannung zu niedrig ist, um den Druck
der Feder 26 zu überwinden, wird der Zwischenschieber 22 in seine obere Endlage
gezogen. Die Kolbenstange 15 kommt dann auch in der Lage B des Feldreglerkolbens
i-. nicht mehr in Berührung mit dem Schieber ig, und der Kolben 2o steht beständig
von seiner Unterseite her unter Druck, so daß keine- Feldschwächung erfolgt.
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Der Schieber ig wird gemäß Fig. i von der Feder :2i gegen einen nicht
näher bezeichneten Anschlag am Zwischenschieber 22 gedrückt. Es könnte aber ebensogut
auch ein fester Anschlag vorgesehen werden, indem auch dann der Kolben 20 bei hochgezogenem
Zwischenschieber 22 von unten mit Druckmittel beaufschlagt wird, wenn der Feldreglerkolben
1.4 in die Lage B gekommen ist und die Kolbenstange 15 den Schieber ig ganz nach
oben geschoben hat.
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Während bei der Anordnung nach Fig. i die Blockierung der Feldschwächvorrichtung
durch den Elektromagneten 27 erfolgt, dient bei der Anordnung nach Fig. 2 ein Schütz
3.t diesem Zweck. Dieses Schütz 3.4 ist ebenfalls über Leitungen 32 und 33 an den
Hauptgenerator 2 angeschlossen und schließt den Feldschwächstromkreis erst, wenn
die Spannung des Hauptgenerators einen bestimmten Wert erreicht hat. Der Feldschwächservomotor
18 tritt also hier jedesmal in Tätigkeit, wenn der Feldreglerkolben 14. in der oberen
Endlage B angelangt ist. Die Feldschwächung wird aber nicht wirksam, weil der Stromkreis
von der einen Klemme der Feldwicklungen 4b über die Feldschwächwiderstände 30, 31
zur anderen Feldwicklungsklemme nicht geschlossen ist.
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Falls der Feldreglerkolben 14 als Drelikodben ausgebildet ist, mag
es zweckmäßig sein, den Schieber ig nicht durch die Kolbenstange 15, sondern vom
Hebel 16 aus zu verstellen. Im übrigen kann sowohl für den Feldregler 12 als auch
für den Feldschwächservomotor 18 statt der hydraulischen Bauart irgendeine andere
der an sich bekannten Bauweisen, z. B. eine elektropneumatische, elektromotorische,
elektrohydraulische od. dgl., verwendet «erden, ohne daß sich an der grundsätzlichen
Wirkungsweise der Vorrichtung etwas ändert.
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Die selbsttätige Feldschwächvorrichtung nach der Erfindung ist auch
nicht unbedingt an die in Fig. i dargestellte Zuordnung eines Drehmoments zu jeder
Drehzahl gebunden.-Drehzahl und Drehmoment können ebensogut durch getrennte Geräte
eingestellt werden.
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Die Abstufung der Feldschwächwiderstände 30 kann ziemlich fein vorgenommen
werden, was für die Stromwendung der Fahrmotoren, die Überlastung des Dieselmotors
i und die stoßfreie Fahrt gegenüber der grobstufigen Feldschwächung mit Schützen
Vorteile bietet. Die Abstufung kann mit Vorteil noch verfeinert werden, indem die
einzelnen Hebel 29 etwas gegeneinander versetzt werden, so daß die Einschaltung
gewisser Feldschwächstufen für die verschiedenen Fahrmotoren nicht gleichzeitig
erfolgt.
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Die Spannung, bei der der Widerstand 17 kurzgeschlossen ist, nimmt
mit sinkender Drehzahl ab. Falls die Rechnung zeigt, daß die niedrigste Spannung,
bei der der Elektromagnet 27 oder das Schütz 3.4 bei der höchsten Drehzahl ansprechen
darf, höher ist als die höchste Spannung bei der niedrigsten Drehzahl, bei der man
noch mit Feldschwächung arbeiten möchte, kann mit der Drehzahlverstellvorrichtung
7 ein Widerstand kombiniert werden, der die Ansprechspannung des Elektromagneten
27 oder des Schützes 34 zum Teil von der Drehzahl abhängig macht, oder diese Geräte,
z. B. der Elektromagnet 27, erhalten nach Fig. 3 eine vom Erregerstrom des Hilfsgenerators
3 durchflossene Hilfswicklung 35, welche die gleiche Wirkung hat, da der Erregerstrom
des Hilfsgenerators
mit sinkender Drehzahl abnimmt, indem dessen
Größe durch den mit der Drehzahlverstellvorrichtung 7 verbundenen Widerstand 36
derart der Drehzahl angepaßt wird, daß die Spannung des Hilfsgenerators 3 gleich
bleibt.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist Feldschwächung durch Parallelschaltung
von Widerständen zu den Fahrmotorfeldwicklungen vorgesehen. Die Steuerung nach der
Erfindung könnte aber ebensogut auch auf eine Feldschwächvorrichtung mittels Feldanzapfungen
angewendet werden oder auf eine beide Verfahren kombinierende Vorrichtung.