-
Anordnung zur Umwandlung von Gleichstrom konstanter Spannung in Gleichstrom
von veränderlicher Spannung oder umgekehrt Es ist bereits bekannt, zur Umformung
von Gleichstrom konstanter Spannung in Gleichstrom veränderlicher Spannung Motorgeneratoren
zu verwenden, bei denen der eine Pol des Sekundärnetzes unmittelbar mit dem Primärnetz
verbunden ist, während die beiden Anker des Umformers in Zu-und Gegenschaltung arbeiten.
Zur Regelung der Sekundärspannung des Umformers werden dabei für beide Maschinen
gegenkompoundierende Erregerfelder benutzt, die eine selbsttätige Anpassung des
Primärnetzes an die Eigenart des sekundären Verbrauchers bewirken.
-
Gemäß der Erfindung geschieht diese Anpassung durch die Anwendung
geeignet bemessener, von Hand bedienter und gegenläufig regelbarer Widerstände im
Stromkreis der Erregerwicklungen der beiden Maschinen des Umformersatzes. Dabei
sind die mechanisch fest miteinander verbundenen Anker auch elektrisch miteinander
verbunden, während die Erregerwicklungen über die regelbaren Wider-
In den Fig. I bis 4 ist die Schaltung nach der Erfindung in verschiedenen Betriebsstadien
dargestellt. Es zeigt Fig. I die Schaltung bei Inbetriebnahme bzw. beim Anfahren,
d. h. wenn der Verbraucherstromkreis noch spannungslos ist und die Erregung der
Maschine I dem gesättigten Feld entspricht, während die Erregung der Maschine II
gleich Null ist, Fig. 2 die Schaltung im Fahrbetrieb, bei der die. Spannung des
Verbraucherstromkreises durch die verschieden starke Erregung- der Maschinen I und
II bestimmt ist und die Erregung durch Variieren des Erregerstromes erhalten wird,
Fig. 3 die Schaltung, bei der die Spannung des Verbraucherstromkreises gleich der
konstanten »Netzspannung« geworden ist, Fig.4 die Schaltung, bei der die Verbraucherspannung
über die Netzspannung angestiegen ist, und zwar durch die Spannung, welche die Maschine
I als Zusatzmaschine, angetrieben durch die Maschine II, liefern kann.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. I sei die Schaltung beim Anfahren erläutert.
-
Es sei angenommen, daß die Erregerstromkreise der beiden Maschinen
I und II getrennt durch die Spannung zweier kleiner, mit x und y bezeichneter Akkumulatorenbatterien
gespeist und durch zwei Widerstände 15, 15', I6, I7 und 18, I9, 2o', 2o geregelt
werden, die beliebig verstellt werden können, und zwar im dargestellten Beispiel
mittels zweier Gleitkontakte 23 und 24. Es versteht sich, daß die zwei Batterien
x und y durch andere Energiequellen ersetzt werden können, deren Spannung innerhalb
bestimmter Grenzen konstant bleibt, z. B. durch die Netzspannung. Die Erregerströme
der beiden Felder 13, I4 und 2I, 22 können sonach durch Verstellen der Widerstände
von Null bis zu einem Höchstwert von- Hand nach Bedarf eingeregelt werden.
-
Bei Betriebsbeginn bzw. beim Anfahren ist die Erregung 13, 14 der
Maschine I maximal, weil mittels Kontakt 23 im Stromkreis 15, 25, 13, 14, 23 der
Regelwiderstand 15 ausgeschaltet ist. Hingegen ist die Erregung 2I, 22 der Maschine
II gleich Null, weil der Kontakt 24 auf dem Punkt 18 liegt, die Erregerwicklung
21, 22 also stromlos ist;
Null-Feld mitgenommene Anker II keinerlei gegenelektromotorische Kraft; deshalb
ist zwischen den Punkten II und 12, die den positiven Pol und den negativen Pol
des Verbraucherstromkreises bilden, die Spannung Null, und zwischen den Punkten
I - und 5 ist die Spannung gleich der Netzspannung. Wenn der Gleitkontakt 23 auf
dem Widerstand 15, 16, 17 verstellt wird, so daß er beispielsweise die Stellung
I5' besetzt, und gleichzeitig der Gleitkontakt 24 auf dem Widerstand 18, I9, 2o
so verstellt. wird, daß er die Stellung 2o' besetzt, so erfölgf eine Verminderung
des Erregerstromes in der Wicklung 13, 14 und das Wirksamwerden eines Erregerstromes
in der Wicklung 21, 22. Es ist leicht, die Verstellung der beiden Kontakte auf 15'
und 2o' so vorzunehmen, daß keine Veränderung in der Drehgeschwindigkeit der beiden
Anker eintritt. Wenn die Widerstände 15, 16, 17 und 18, I9, 2o geeignet berechnet
und die Verstellung der beiden beweglichen Kontakte 23 und 24 in geeigneter Weise
aufeinander abgestellt sind, indem mit dem Kontakt 23 von 15 bis 17 und mit dem
Kontakt 24 von I8 bis 2o vorgegangen wird, so kann eine schrittweise Veränderung
der gegenelektromotorischen Kraft der Maschine I von der Netzspannung bis zur Nullspannung
und der Maschine II von der Nullspannung bis zur Netzspannung erreicht werden.
-
Die Abstufbarkeit der Spannung des umgewandelten Stromes ist eine
Funktion der Abstufbarkeit der Widerstände 15, 16, 17 und 18, ig, 2o. Die Gleichförmigkeit
der Drehgeschwindigkeit des ausden beiden Rotoren I und II bestehenden Umformers
kann :leicht aus der gleichzeitigen Verschiebürigdes beweglichen Kontaktes 23 von
15 nach 17 und des beweglichen I"'-ontaletes 24 von 18 nach 2o errechnet werden.
- -
=b) Umkehrung der Verbindungen 25, I3 und 23, I4, so daß die Verbindungen
der Fig. 4 hergestellt werden, nämlich 23, 13 und 25, I4; c) danach stufenweise
Verschiebung des beweglichen Kontaktes 23 von. 17 nach 15, womit die Schaltanordnung
nach Fig. 4 erhalten wird.
-
In diesem Zustand arbeitet die an der Netzspannung liegende Maschine
II als Motor, und in der Maschine I wird durch die Erregung, die von Null auf Sättigung
übergegangen ist, eine elektromotorische Kraft induziert, die von Null auf Netzspannung
steigt. Diese elektromotorische Kraft wird sich zu der Netzspannung summieren, so
daß in den Punkten II und 12, die durch Wirkung der voraufgehenden Maßnahmen bereits
auf Netzspannung gebracht wurden, eine stufenweise, von Netzspannung auf doppelte
Netzspannung wachsende Spannung erhalten werden kann.
-
Von den Klemmen II und 12 - positiver und negativer Pol des Verbraucherstromkreises
- werden also Ströme entnommen, die an Spannung und Stromstärke veränderlich sind.
-
Eine Hauptanwendung der Anordnung nach der Erfindung ist die Regelung
der Antriebsmotoren von Fahrzeugen, für die Gleichstrom konstanter Spannung zur
Verfügung steht. Als Ausführungsbeispiel sei die Anwendung der beschriebenen Schaltung
auf einen Lastwagen mit Akkumulatorenbetrieb, gespeist durch eine 2oo-V-4oo-Ah-Akkumulatorenbatterie,
angegeben.
-
Dieses Beispiel wird gewählt, um in der Folge zu veranschaulichen,
wie die Schaltung auch hervorragend zur Nutzbremsung selbst bei sehr geringen Geschwindigkeiten
geeignet ist, ohne daß der Rückgewinnungsstrom bei einer Spannung erzeugt zu werden
braucht, die höher ist als die Speisespannung.
-
Angenommen wird, daß beim Anfahren des Lastwagens ein Anfangsmoment
erforderlich ist, das vom Motor durch einen Strom von Zoo A erzeugt wird, und daß
der ohmsche Widerstand des Motors ein solcher ist, daß 6o V genügen. Erforderliche
Energie = 2oo A ß 6o V = I2 ooo W. Bei Anwendung der Schaltung nach der
Erfindung erreicht man eine Stromentnahme von der Batterie von wenig mehr als also
6o A statt der
Zoo A, die zum Anfahren nötig sind. Das kann erreicht werden, indem die beiden Kontakte
a3 und 24 in geeigneter Weise verschoben werden. Angenommen, der Betrieb des Fahrzeugs
in der Ebene entspricht nach dem Anfahrstadium einer Leistung von 6o A und Zoo V
normal, so wird im Verbraucherstromkreis beim Anlassen praktisch folgende Stromverteilung
stattfinden: Im Anfangsstadium wird der durch I gehende Strom 6o A, der durch II
gehende Strom 2oo - 6o = I4o A betragen - die Eigenverluste des Umformers sind hierbei
unberücksichtigt geblieben -, und der Verbraucherstromkreis wird von einem Anfangsstrom
durchflossen, der Zoo A beträgt. Dieser wird nach und nach auf normalen Betriebsstrom
sinken, d. h. auf 6o A am Ende des Anlassens. Im darauffolgenden Stadium der Zusatzspannung
wird bei Durchführung der Schaltung nach Fig. 4 die Maschine II als Motor der Maschine
I wirken; welche die Spannung an den Verbraucherklemmen um weitere 20o V erhöhen
wird. Die Leistung der Maschine II wird also 6o A ß 2oo V betragen, so daß
der Batterie I2o A ß 2oo V entnommen werden, wobei im Verbraucherstromkreis
die entnommene Leistung 6o A ß 4oo V beträgt.
-
V beträgt.
-
Wenn von der Schaltanordnung nach Fig. 4 zu derjenigen nach Fig. 3
übergegangen wird, wird die Maschine I wieder unwirksam, und die Maschine II, angelegt
an die 2oo-V-Batteriespannung, dreht sich und erhält sich selbst und die Maschine
I in Drehung. Der normale Betriebszustand wird wieder 6o A und 20o V.
-
Dieselben Betrachtungen gelten für die Schaltung nach der Erfindung
auch, wenn ein Strom veränderlicher Spannung in einen Strom konstanter Spannung
umgewandelt werden soll. Dies ist der Fall bei der Nutzbremsung von Fahrzeugen,
wenn die Rückgewinnungsbremsspannung, die von den als Generatoren laufenden Fahrmotoren
erzeugt wird, veränderlich und geringer ist als die Netzspannung.
-
Die Erfindung soll sich erstrecken auf Anlassen bzw. Anfahren von
Fahrzeugen; Fahrt von Wagen oder Zügen mit gesteuerter Geschwindigkeit in Grenzen,
in denen die Spannung des verändert werden kann, trotzdem die Spannung des Speisekreises
des Netzes konstant bleibt; zum Bremsen zwecks Rückführung der Geschwindigkeit auf
eine vorbestimmte Grenze; zum Bremsen des Fahrzeugs oder Zuges, derart, daß die
Bremsung bis zum Stillstand wirksam bleibt; zur bei regelbarer Geschwindigkeit während
der Talfahrt; alle Anwendungen, auch jenseits des Gebietes des Fahrbetriebes, bei
denen ein Gleichstrom konstanter Spannung in einen Gleichstrom veränderlicher Spannung
zu verwandeln ist, und umgekehrt, und auf alle Anwendungen, auch außer dem elektrischen
Fahrbetrieb, bei denen irgendeine kinetische Energie in Gleichstrom veränderlicher
Spannung und dieser in Gleichstrom onstanten Potentials umzuwandeln ist.