DE956239C

DE956239C - Fine regulator control, especially for AC locomotives

Info

Publication number: DE956239C
Application number: DES7974D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Siemsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1942-06-30
Filing date: 1942-06-30
Publication date: 1957-01-17

Description

Feinreglersteuerung, insbesondere für Wechselstromlokomotiven Für die Steuerung von elektrischen Lokomotiven werden mit großem Erfolg sogenannte Feinreglersteuerungen verwendet. Diese Steuerungen zeichnen sich dadurch aus, daß die Fahrmotoren über eine als Zusatztransformator ausgebildete Schaltdrosselspule mittels Stufenschalter an den Anzapfungen der Haupttransformatorwicklung entlang geschaltet werden. Der Erregerwicklung der als Zusatztransformator ausgebildeten Schaltdrosselspule wird mit Hilfe eines Kollektorfeinreglers eine veränderliche Erregerspannung zugeführt. Durch diese Schaltung wird ermöglicht, daß die einzelnen Grobstufenschalter ohne größere Schaltleistung betätigt werden können und daß die Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Spannung praktisch stetig erfolgt. In Fig. i der Zeichnung ist schematisch diese Steuerung, die bei Lokomotiven häufig angewendet wird, wiedergegeben. In dem schematischen Schaltbild bedeutet t den Stufentransformator. An den Anzapfungen 71 bis T4 ff. können die Fahrmotoren m mit Hilfe der Grobstufenschalter I, II, III, IV ff. entlang geschaltet werden. Die Schalter sind dabei abwechselnd an die Sammelschienen U und Z' angeschlossen. Die Fahrmotoren m sind mit der Mittelanzapfung der als Zusatztransformator ausgebildeten Schaltdrosselspule d verbunden, deren äußere Klemme mit den Sammelschien -en U und V verbunden sind. Die Erregerwicklung de der Schaltdrosselspule ist mit den beiden Bürsten b des Kollektorfeinreglers f verbunden. Die Stufenschalter sowohl wie die vierdrehbare Bürstenbrücke des Kollektorfeinreglers f können durch eine Antriebswelle a von den Handrädern la auf den beiden Führerständen der Lokomotive angetrieben werden. Zwischen der Antriebswelle c, und der zur Steuerung der als Nockenschalter ausgebildeten Stufenschalter I bis IV ff. dienenden Nockenwellen ist ein Malteserkreuzgetriebe g vorhanden. Dieses aussetzend arbeitende Malteserkreuzgetriebe ermöglicht, daß während des Feinregelvorganges die Nockenwellen stillsteht, während die Regelstufen des Kollektorfeinreglers f zum Zwecke der Spannungsänderung an der Erregerwicklung de durchgeregelt werden. Der Kollektorfeinregler f weist außerhalb des Kegelbereiches verbreiterte Lamellen auf, auf denen sich die Feinreglerbürsten dann bewegen, wenn durch die Nockenwellen die Stufenschalter umgeschaltet werden.Fine regulator control, especially for AC locomotives So-called fine regulator controls are used with great success to control electric locomotives. These controls are characterized by the fact that the traction motors are switched along the taps of the main transformer winding via a switching inductor designed as an additional transformer by means of a step switch. A variable excitation voltage is fed to the excitation winding of the switching inductor, which is designed as an additional transformer, with the aid of a fine collector regulator. This circuit makes it possible that the individual coarse step switches can be operated without greater switching power and that the regulation of the voltage supplied to the traction motors takes place practically continuously. This control, which is often used in locomotives, is shown schematically in FIG. 1 of the drawing. In the schematic diagram, t means the step transformer. The traction motors m can be switched along at the taps 71 to T4 ff. With the aid of the coarse step switches I, II, III, IV ff. The switches are alternately connected to the busbars U and Z '. The traction motors m are connected to the center tap of the switching choke coil d, which is designed as an additional transformer and whose outer terminal is connected to the busbars U and V. The excitation winding de of the switching inductor is connected to the two brushes b of the collector fine regulator f. The step switches as well as the four-turnable brush bridge of the collector fine regulator f can be driven by a drive shaft a from the handwheels la on the two driver's cabs of the locomotive. A Maltese cross gear g is provided between the drive shaft c and the camshafts used to control the step switches I to IV ff. This intermittently working Geneva cross gear enables the camshafts to stand still during the fine control process, while the control stages of the collector fine regulator f are regulated for the purpose of changing the voltage on the excitation winding de . The collector fine regulator f has widened lamellae outside the cone area, on which the fine regulator brushes move when the step switches are switched by the camshafts.

Die Arbeitsweise bzw. der Schalttakt können ohne weiteres dem Schema der Fig. a entnommen werden. In dieser bedeutet s den Winkelweg der Nockenwellen von der einen zur anderen Hauptschaltstufe. Mit u, ist der Wälzweg bezeichnet, den die Schalterkontakte beschreiben bzw. auf dem die Schalterkontakte durch die Nocken der Nockenwelle n umgesteuert werden. e bedeutet den Überlauf oder Sicherheitsweg des voll eingeschalteten Kontaktes und r die Regelzone, innerhalb deren die Feinreglerbürsten b des Kollektorfeinreglers f angetrieben werden. Die Anwendung eines Malteserkreuzg.etriebes g oder eines ähnlichen aussetzenden Getriebes macht es bei dieser Steuerung möglich, daß die Regelzone r verhältnismäßig groß ausgeführt werden kann. Dennoch ergibt sich bei einer solchen Steuerung, daß die verbreiterten Segmente des Feinreglers, welche die Konstanthaltung der Erregerspannung der Schaltdrosselspule d während der Betätigung der Stufenschalter ermöglichen, einen verhältnismäßig großen Anteil des Kollektorumfanges beanspruchen. So beträgt praktisch bei einer Ausführung dieser Steuerung die Summe der verbreiterten Kollektorsegmente beispielsweise etwa 50°/o des Kollektorumfanges, so daß nur 5o0/9 für die Regellamellen verbleiben.The mode of operation and the switching cycle can easily be taken from the diagram in FIG. In this, s means the angular path of the camshafts from one main shift stage to the other. The rolling path described by the switch contacts or on which the switch contacts are reversed by the cams of the camshaft n is designated by u. e means the overflow or safety path of the fully switched-on contact and r the control zone within which the fine control brushes b of the collector fine control f are driven. The use of a Malteserkreuzgetriebes g or a similar intermittent gear makes it possible with this control that the control zone r can be made relatively large. Nevertheless, with such a control it results that the widened segments of the fine regulator, which enable the excitation voltage of the switching inductor d to be kept constant while the tap changer is actuated, take up a relatively large proportion of the collector circumference. In practice, when this control is implemented, the sum of the widened collector segments is, for example, about 50% of the collector circumference, so that only 50/9 remain for the control lamellas.

Da nun die Feinreglerleistung durch das Produkt aus der Stromstärke T, der Anzahl der Lamellen -- und der zulässigen Lamellenspannung u bedingt ist, kann eine Vergrößerung der Feinreglerleistung praktisch nur durch Erhöhung der Lamellenzahl -- und damit der Regelzone r erreicht werden, da die zulässige Lamellenspannung a4 und der Strom T gegeben sind. Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, daß eine Vergrößerung der Lamellenzahl des Kollektorfeinreglers und damit eine Vergrößerung der Regelzone r (wenn ein bestimmter Strom I mit Rücksicht auf die höchstzulässige Bürstenzahl und die Länge des Kollektorfeinreglers nicht überschritten werden soll) bei der erläuterten Anordnung nur erreichbar wäre, wenn der Wälzweg w verkleinert würde. Eine Verkleinerung der Nockenschalterwälzwege w ist aber nur zu erzielen, wenn die die Schalter betätigenden Nocken steilere Flanken erhalten. Praktisch sind hier dadurch Grenzen gegeben, daß bei Anwendung steilerer Schaltnocken das erforderliche Drehmoment für den Antrieb der Nockenschalter wesentlich gesteigert würde. Bei handbetätigten Schaltwerken ist dies praktisch unmöglich. Auch bei motorisch angetriebenen Schaltwerken bedingt die Anwendung steilerer Schaltnocken schwerwiegende Nachteile. Ins Gewicht fällt außerdem noch die Tatsache, daß durch die Anwendung eines aussetzenden Getriebes (Malteserkreuzgetriebe) die auf die Nockenschaltwalze auszuübenden Kräfte sehr ungleichmäßig werden. Außerdem steht aber dem Bestreben, die Regelzone r und die Lamellenzahl N zu vergrößern, auch die Tatsache entgegen, daß man bemüht ist, die Zahl der Grobstufen möglichst groß zu machen. Bei einer Vergrößerung der Grobstufenzahl muß aber zwangläufig der Winkelweg s zwischen den Hauptstufen verkleinert werden. Da praktisch die Wälz- oder Schaltwege w unter einen bestimmten Betrag nicht herabgesetzt werden können, ergibt sich zwangläufig, daß auch die Regelzone r bei solchen Anordnungen kleiner werden muß. Infolge dieser Verhältnisse hat sich ergeben, daß bei den bisher ausgeführten Steuerungen die Anzahl der Grobstufen auf höchstens achtzehn beschränkt ist, falls man den Walzendurchmesser nicht bedeutend vergrößern will.Since the fine control output is determined by the product of the current T, the number of slats - and the permissible slat voltage u, an increase in the fine control power can practically only be achieved by increasing the number of slats - and thus the control zone r, since the permissible Lamella voltage a4 and the current T are given. The invention is based on the idea that an increase in the number of lamellae of the collector fine regulator and thus an increase in the control zone r (if a certain current I with regard to the maximum permissible number of brushes and the length of the collector fine regulator should not be exceeded) with the arrangement explained would be achievable if the rolling path w were reduced. A reduction in the cam switch rolling paths w can only be achieved if the cams actuating the switches have steeper edges. In practice, there are limits here because the use of steeper switching cams would significantly increase the torque required to drive the cam switches. This is practically impossible with manually operated switching mechanisms. Even with motor-driven switching mechanisms, the use of steeper switch cams causes serious disadvantages. Another important factor is the fact that the use of an intermittent gearing (Maltese cross gearing) means that the forces to be exerted on the cam switch drum become very uneven. In addition, the attempt to increase the control zone r and the number of lamellae N is also opposed by the fact that efforts are made to make the number of coarse stages as large as possible. If the number of coarse stages is increased, however, the angular path s between the main stages must inevitably be reduced. Since in practice the rolling or switching paths w cannot be reduced below a certain amount, it is inevitable that the control zone r must also be smaller in such arrangements. As a result of these conditions, it has been found that in the controls carried out so far, the number of coarse stages is limited to a maximum of eighteen, if one does not want to increase the roller diameter significantly.

Abgesehen von den erwähnten Unvollkommenheiten weist die beschriebene Steuerung noch die nachteilige Eigenschaft auf, daß infolge der starken Beschränkung der Regelzone r die Spannungsänderung von Grobstufe zu Grobstufe von der angestrebten Regelkurve in gewissem Maße abweicht.Apart from the mentioned imperfections, the described Control still has the adverse property on that as a result of severe restriction of the control zone r the voltage change from coarse level to coarse level from the desired Control curve deviates to a certain extent.

Fig. 3 der Zeichnung gibt schematisch gestrichelt die angestrebte ideale Regelkurve A und ausgezogen die tatsächliche erreichte Regelkurve B wieder.Fig. 3 of the drawing shows schematically in dashed lines the desired ideal control curve A and, in solid lines, the actual control curve B achieved again.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine vollkommenere Steuerung zu schaffen, insbesondere die Abmessungen des Kollektorfeinreglers zu verringern und eine günstigere Regelkurve zu gewinnen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zusätzlich in die von den Stufenschaltern zu der Schaltdrosselspule geführten SamMelschienen Arbeitsschalter mit schnell wirkenden Kraftantrieben eingeschaltet sind, die in Abhängigkeit von der Stellung der Feinreglerantriebswelle so betätigt werden, daß sie statt der nockenbetätigten Stufenschalter auf den Grobstufen die an die Schaltdrosselspule geführten Stromkreise öffnen bzw. schließen.The invention is now based on the object of a more complete control to create, in particular to reduce the dimensions of the collector controller and to gain a more favorable control curve. According to the invention this is achieved by that in addition to that led from the tap changers to the switching inductor Busbar work switch with fast-acting power drives switched on are operated depending on the position of the fine control drive shaft that they instead of the cam-operated step switch on the coarse steps the open or close circuits routed to the switching reactor.

Die erwähnten Arbeitsschalter machen es möglich, von der Verwendung stark verbreiterter Lamellen, wie bei der vorerwähnten bekannten Anordnung, abzusehen. Der Kollektorfeinregler braucht in den Endstellungen nur so weit verbreiterte Lamellen aufzuweisen, daß die durch Kraftantriebe betätigten Arbeitsschalter ein- bzw. ausgeschaltet werden. Bei Anwendung von elektromagnetischen oder elektropneumatischen Antrieben kann die Betätigungszeit für diese Arbeitsschalter denkbar klein gehalten werden, so daß sie beispielsweise nur den Bruchteil einer Sekunde beträgt. Andererseits ist es bei der erfindungsgemäßen An- Ordnung ohne weiteres möglich, die Betätigung der Stufenschalter sowie die hierfür vorgesehenen Schaltnocken ohne Rücksicht auf den Kollektorfeinregler auszubilden.The mentioned work switches make it possible from the use greatly widened lamellae, as in the aforementioned known arrangement, refrain from. The collector fine regulator only needs widened slats in the end positions to show that the work switches operated by power drives are switched on or off will. When using electromagnetic or electropneumatic drives the actuation time for these work switches can be kept as short as possible, so that it is, for example, only a fraction of a second. on the other hand it is in the inventive approach Order easily possible, the actuation of the step switch and the switching cams provided for this purpose without Train consideration of the collector fine regulator.

Zusätzlich wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung noch der Vorteil erreicht, daß die Stufenschalter I bis IV ff. vollständig von der restlichen Schaltleistung entlastet sind, die bei den bekannten Feinreglersteuerungen dieser Art infolge von Spannungsunsymmetrien unter dem Einfluß der verschiedenen Steuerung immer noch auftritt. Die den Sammelschienen zugeordneten Arbeitsschalter mit Kraftantrieben werden verhältnismäßig klein, weil sie Lastschalter in dem üblichen Sinne nicht darstellen. Die auftretende Schaltleistung ist vielmehr nur durch die vorhandenen Spannungsunsymmetrien, nicht aber durch die tatsächliche Stufenleistung gegeben. Die Arbeitsschalter können daher sogar ohne Funkenlöschung ausgeführt werden, wenn auch im allgemeinen die Anwendung einer Funkenlöschung Vorteile bietet.In addition, in the case of the arrangement designed according to the invention the advantage achieved that the tap changers I to IV ff. Completely from the rest of the Switching power are relieved of the known fine regulator controls of this Kind as a result of voltage imbalances under the influence of the various controls still occurs. The work switches with power drives assigned to the busbars are relatively small because they are not load switches in the usual sense represent. The switching capacity that occurs is rather only due to the existing ones Voltage asymmetries, but not given by the actual stage power. The work switches can therefore even be carried out without spark extinction, if the use of spark quenching also generally offers advantages.

Die erfindungsgemäße Anordnung macht es auch unter Umständen möglich, von der Anwendung des sonst bei solchen Schaltwerksteuerungen üblichen Malteserkreuzgetriebes abzusehen, weil es keinerlei Schwierigkeiten bereitet, wegen der wesentlichen Verringerung der Breite der Schaltlamellen, auf denen die Bürsten beim Schalten der Grobstufen stehen, eine ausreichende Lamellenzahl und damit Feinregelstufenzahl vorzusehen.The arrangement according to the invention also makes it possible under certain circumstances of the use of the Maltese cross gear that is otherwise common in such rear derailleur controls to be foreseen because it does not cause any difficulties because of the substantial reduction the width of the lamellas on which the brushes move when the coarse levels are switched to provide a sufficient number of lamellas and thus the number of fine control stages.

Die zur Betätigung der Nockenschalter dienende Nockenwelle kann dabei beispielsweise durch ein einfaches pausenlos wirkendes Getriebe (Stirnrad-oder K,egelradgetriebe) mit unveränderlichem Übersetzungsverhältnis angetrieben werden.The camshaft used to actuate the cam switches can for example through a simple, non-stop gear (spur gear or K, bevel gear) are driven with a constant transmission ratio.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbaispieles erläutert werden. Grundsätzlich ist die Anordnung die gleiche, wie sie in Fig. i dargestellt ist. Zusätzlich sind jedoch in die Sammelschienen Ui und V1 als Arbeitsschalter die elektromagnetischen Schütze f" und f" eingeschaltet. Die Steuerstromkreise für diese beiden elektromagnetisch gesteuerten Schalter verlaufen über die Steuerkontakte k" und h,,. Die Stromzuleitung zu diesen Steuerkontakten ist über Hilfskontakte der Fahrtrichtungsschaltwalze c geführt. Die Steuerkontakte lzu und 7z" werden durch die Steuerhebel hu und h" betätigt, deren Rollen von den mit der Antriebswelle a des Kollektorfeinreglers verbundenen Nockenscheiben 11 und ml angetrieben werden. An die Steuerstromkreise für die Arbeitsschalter f,1 und f" können gleichzeitig noch :Meldelampen o1 und 0z angeschlossen werden, die es ermöglichen, zu erkennen, ob die Steuerung ordnungsgemäß arbeitet sowie ob insbesondere die Hauptstufen angesteuert sind.In the following, the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In principle, the arrangement is the same as that shown in FIG. In addition, however, the electromagnetic contactors f "and f" are switched on in the busbars Ui and V1 as operating switches. The control circuits for these two electromagnetically controlled switches run via the control contacts k "and h". The power supply to these control contacts is routed via auxiliary contacts on the travel direction switch drum c. The control contacts lzu and 7z "are operated by the control levers hu and h" , their rollers are driven by the cam disks 11 and ml connected to the drive shaft a of the collector fine regulator. The control circuits for the work switches f, 1 and f "can also be connected at the same time: signal lamps o1 and 0z, which make it possible to see whether the control is working properly works as well as whether the main stages in particular are activated.

Die Wirkungsweise der in dem Schaltbild der Fig. 4 dargestellten Schaltung geht aus dem Schalttaktschema der Fig. 5 ohne weiteres hervor. Man erkennt, daß für die Betätigung der in den Sammelschienen liegenden Arbeitsschalter ft und f" nur ein verhältnismäßig kleiner Schaltwinkel ä bzw. schmale Schaltsegmente ä an dem Kollektorfeinregler erforderlich sind. Infolgedessen können die Regelzone r' des Kollektorfeinreglers und damit die Lamellenzahl z bedeutend gesteigert werden. Vor allem ist bei dieser Schaltung die Breite der Regelzone r' vollständig unabhängig von der Größe der Wälzwege oder Schaltzonen w, in denen die Stufenschalter I bis IV ff. durch die: Schaltnocken betätigt werden müssen. Man kann infolgedessen die Neigung der Schaltnocken beliebig, und zwar so wählen, daß die erforderlichen Schaltkräfte, die bei der Drehung der Antriebswelle a erzeugt werden müssen, klein gehalten werden.The mode of operation of the circuit shown in the circuit diagram of FIG is readily apparent from the switching cycle diagram of FIG. 5. You can see that for operating the work switches ft and f "in the busbars only a relatively small switching angle or narrow switching segments the collector fine regulator are required. As a result, the control area r ' of the collector fine regulator and thus the number of lamellas z can be increased significantly. Above all, with this circuit, the width of the control zone r 'is completely independent on the size of the rolling paths or switching zones w in which the tap changers I to IV ff. Through which: The switching cams must be actuated. As a result, one can use the Any inclination of the switching cams, select so that the required switching forces, which must be generated during the rotation of the drive shaft a, can be kept small.

Fig. 6 schließlich läßt die vorteilhafte Gestaltung der Regelkurve erkennen. Die in Fig. 3 stark treppenförmig ausgeprägte Regelkurve ist in eine nahezu gerade Linie übergegangen.Finally, FIG. 6 shows the advantageous design of the control curve recognize. The control curve, which is marked in a step-like manner in FIG. 3, is almost in a straight line passed over.

An Stelle der erwähnten elektromagnetischen Arbeitsschalter können naturgemäß auch Arbeitsschalter mit einem beliebigen anderen Kraftantrieb Anwendung finden, der eine praktisch augenblickliche Betätigung der Arbeitsschalter ermöglicht.Instead of the aforementioned electromagnetic work switch, you can naturally also work switches with any other power drive application find, which enables a practically instantaneous actuation of the work switch.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control device, especially for AC locomotives, with one the peeling of the consumer or the traction motors at the coarse taps a control transformer enabling a cam switch and a control the excitation voltage of a switching inductor enabling a Koliektorfein regulator, characterized in that between the alternately connected to the coarse stages Busbars and the switching reactor that enables the motor connection are switched on with fast-acting power drives that depend on the position of the collector fine regulator drive shaft so that they take place the cam-operated step switch on the coarse steps on the switching inductor open or close guided circuits.

2. Control device according to claim i, characterized in that the power drives of the work switch as a function from the movement of the drive shaft of the collector fine regulator, in particular through cam contacts actuated by said drive shaft are controlled.

3. Control device according to claim i, characterized in that the actuated by power drives Switches are provided with a spark extinguishing device. q ..

Control device according to Claim i, characterized in that the 'actuation of the busbars with the cam switches connecting the transformer taps during the fine control process takes place and that the widened fine control brushes are only dimensioned as wide are like it for actuation those provided with power drives Working switch required between the busbars and the switching reactor is.

5. Control device according to claim i, characterized in that the control circuits the power drives for the work switch indicator lamps are connected in parallel.

6. Control device according to claim i, characterized in that the camshaft used to actuate the cam switch is driven by a simple non-stop gear (spur gear or bevel gear) with an unchangeable transmission ratio. Publications considered: K. Sachs, Elektro Vollbahnlokomotiven, Berlin, 1928, p. 324 laus 326.