-
Anordnung zum Anfahren von Gleichstromlokomotiven mit wahlweise in
Reihe oder parallel schaltbaren Fahrmotoren und diesen zugeordneten, auf einer gemeinsamen
Welle angeordneten Steuermaschinen Die übliche Anfahrschaltung von Gleichstromlokornotiven
über Anfahrwiderstände in Reihen-und Parallelschaltung der Fahrmotoren verursacht
beim Anfahren erhebliche Verluste in den Widerständen und besitzt nur wenige verlustlose
Dauerfahrstufen. Um den Mangel wenigstens teilweise zu beseitigen, hat man von der
Feldschwächung der Fahrmotoren weitgehend Gebrauch gemacht, was aber eine zusätzliche
Strombelastung der Fahrmotoren bedeutet. Außerdem wird dabei der Aufwand an Schaltgeräten,
wenn man feinstufig regeln und die Adhäsion weitgehend ausnutzen will, sehr hoch.
Das gilt insbesondere bei Hochspannungsmaschinen, für die die Schaltgeräte an sich
sehr teuer werden und in der Unterhaltung kostspielig sind. Ferner sind zur Vermeidung
dieser Nachteile Steuerungen bekannt, bei denen an Stelle der Widerstände regelbare
Maschinensätze verwendet werden. Für diesen Zweck ist beispielsweise die Anwendung
eines Leonardtimformers in normaler Schaltung oder in Sparschaltung bekannt. In
diesem Fall kommt man je-
doch zu verhältnismäßig schweren und teuren Maschinensätzen.
-
Bei einer anderen bekannten Anordnung ergibt sich eine wesentliche
Verbesserung dadurch, daß man für das Anfahren einen aus vier Maschinen bestehenden
1\,laschinensatz benutzt und in Verbindung
damit die Reihen- und
ParalleIschaltung der Fahrmotoren ermöglicht. Bei Anordnungen dieser Art ergeben
sich verhältnismäßig kleine Steuermaschinen. Hier sind beim Stillstand der Lokomotive
zwei der Steuermaschinen unerregt, während die beiden anderen vollerregt sind und
an der Fahrdrahtspannung liegen. Parallel zu den unerregten Steuermaschinen liegen
die Fahrmotoren in Reihenschaltung. Zum Anfahren werden die beiden unerre-ten Steuermaschinen
langsam auf Spannung gebracht, im gleichen Verhältnis wird die Spannung der beiden
zunächst vollerregten Steuerrnaschinen gesenkt, so daß die Summe der Spannungen
aller vier Steuermaschinen immer gleich der Netzspannung ist. Am Schluß der ersten
Periode der Anfahrt haben die beiden auf die Fahrmotoren arbeitenden Steuermaschinen
die volle Netzspannung übernommen, die anderen beiden haben die Spannung Null, so
daß diese jetzt kurzgeschlossen und überbrückt werden können, worauf dann die Parallelschaltung
der Fahrmotoren hergestellt und die Fahrmotoren im umgekehrten Regelvorgang der
Steuermaschinen auf die volle Netzspannung hochgefahren werden. Bei Anordnungen
der zuletzt behandelten Art ist es nachteilig, daß beim Kurzschluß der Steuermaschinen,
wenn man schnell durchschaltet, infolge des langsamen Abklingens der Spannung nach
Wegnahme der Erregung Restspannungen auftreten. Diese können zu erheblichen Kurzschlußströmen
führen, die die Stromwender hoch beanspruchen und zu einem Kleben der in der Steuereinrichtung
benutzten Schütze führen.
-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anfahren von Gleichstromlokomotiven
mit wahlweise in Reihe oder parallel schaltbaren Fahrmotoren und diesen zugeordneten,
auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Steuermaschinen, derenAnker bei der Umschaltung
kurzzeitig kurzgeschlossen sind. Um die beim Kurzschließen der Steuermaschinen auftretenden
Nachteile zu vermeiden, sind dabei die Steuermaschinen je mit einer Einrichtung
zur Schnellentregung ausgerüstet, wodurch die Stromstöße' die beim Schalten durch
das Kurzschließen auftreten können, vermindert werden. Diese Einrichtung zur Schnellentregung
besteht erfindungsgemäß darin, daß die Steuermaschinen mit dauernd eingeschalteten
Gegenverbundwicklungen zur Beseitigung des beim Kurzschließen der Steuermaschinen
verbleibenden remanenten Magnetismus versehen sind und die Anker über diese Gegenverbundwicklungen
kurzgeschlossen werden. Die Gegenverbundwicklung wird also bei der Betätigung des
Kurzschließers der jeweiligen Steuermaschine in diesen Kurzschlußstromkreis eingeschaltet,
und dadurch werden der retnanente Magnetismus der Maschine und die durch ihn verursachten,
über den Kommutator sich schließenden Kurzschlußströme schnell vernichtet. Dementsprechend
kann man nunmehr den handbedienten Fahrschalter auch in den Fahrstufen, in denen
das Kurzschließen der Steuermaschinen erfolgt, sehr schnell betätigen, da "die Gegenverbundwicklung
alle Gefahren, die sich aus Kurzschlußströmen ergeben könnten, verhütet.
-
Zur schnellen Vernichtung des Erregerfeldes eines Drehstromgenerators
beim Kurzschluß im Netz ist es bereits bekannt, die Erregermaschine umzupolen und
die von ihr sodann gelieferte Gegenspannting der Erregerwicklung des Generators
so lange zuzuführen, bis sein Erregerfeld Null geworden ist. Zu diesem Zweck wird
das Feld der Erregermaschine bei Kurzschluß durch eine im normalen Betrieb nicht
wirksame Gegenkompoundwicklung umgekehrt. Bei dieser bekannten Anordnung dient also
die Gegenverbundwicklung nicht zur Beseitigung des remanenten Magnetismus der Gleichstromerregermaschine,
sondern zu seiner schnellenUmpolung, also zur schnellenHerstellung eines entgegengesetzt
gerichteten Erregerfeldes. Außerdem soll bei der bekannten Anordnung die Gegenkompoundwicklung
im normalen Betrieb einen Teil der Nebenschlußwicklung bilden und ein dem Nebenschlußfeld
gleichgerichtetes Feld erzeugen, während sie bei der Anordnung nach der Erfindung
auch im normalen Betrieb als Gegenverbundwicklung geschaltet ist.
-
Um zu einem ver-hältniE:mäßig kurz gebauten Maschinensatz für die
Steuereinrichtung zu kommen, wird man in an sich bekannter Weise die bei derartigen
Schaltungen üblichen vier Steuermaschinen paarweise zusammenfassen, derart, daß
die Eisenkerne der jeweiligen Maschinen zu einem ,aeineinsainen Anker mit zwei Stromwendern
vereinigt sind. Eine solche Anordnung ist wegen der kurzen Baulänge für die Unterbringung
in der Lokomotive besonders geeignet. Man kann dabei auch leicht noch die Erregermaschine
mit auf die Welle des Steuermaschinensatzes setzen und die Anordnung weiterhin auch
so ausgestalten, daß die Fahrmotorenlüfter durch diesen Maschin#ensatz mit angetriteben
werden. Auch diese Mittel führen zu einer weiteren Vereinfachung im Aufbau der Lokomotive.
-
Die Anordnung eines Steuermaschinensatzes auf der Lokomotive bietet
besondere Vorteile in solchen Fällen, in denen die Fahrgeschwindigkeit von einer
von der Lokomotive getrennten Steuerstelle aus geregelt werden soll. Das ist vorzugsweise
der Fall bei Lokomotiven, die den Abrau.mzug im Braunkohlentagebau ziehen und deren
Fahrgeschwindigkeit vom Abraumbagger aus ferngesteuert werden soll. Bei der Beladung
der einzelnen Wagen des Zuges unter dem Bagger ist es dabei notwendig, den Zug
je nach der Schüttle,istung des Baggers langsam vor- oder rückwärts zu bewegen,
um eine vollständige Füllung der Abraumförderwagen sicherzustellen. Diese Anpassung
der Zuggschwindigkeit unter dem Bagger an die Schüttmenge kann nur durch den Baggerführer
selbst ferngesteuert werden. Bisher geschah dies fast durchweg in der Weise, daß
den durch eine Stromquelle auf der Lokomotive fremderregten Fahrmotoren eine von
einem auf dem Bagger aufgestellten Leonardumformer gelief erte, vom Baggerführer
regelbare Spannung zugeführt wurde. Die
Leistung des Umformers mußte
dem Bagger durch das Baggerschleppkabel zugeführt werden und bedeutete demnach eine
zusätzliche Belastung für das bereits hochbelastete Schleppkabel. Beim Erfindungsgegenstand
ergibt sich nun leicht die Mög-
lichkeit, den Leonardumformer auf dem Bagger
zu vermeiden und die erforderliche Regelung des Zuges dadurch zu erreichen, daß
die Fahrmotoren fremderregt und ihre Anker an die Anker zweier zusammengehöriger
Steuermaschinen gelegt wcrden und daß die Felderregung dieser Steuermaschinen durch
einen Wenderegler erfolgt, der von der Steuerstelle aus über eine Steuerleitung
oder drahtlos ferngesteuert wird. Diese eben beschriebene Einrichtung zur Fernsteuerung
der Lokomotive von einem von dieser getrennten Steuerstand aus hat nicht nur Bedeutung
bei Anlagen, deren einzelne Steuermaschinen mit Einrichtungen zur Schnellentregung
ausgerüstet sind, sondern kann grundsätzlich in allen Fällen angewendet werden,
bei denen die Fahrmotoren einer elektrischen Lokomotive mit Hilfe eines auf der
Maschine angeordneten, aus vorzugsweise vier Steuermaschinen bestehenden Maschinensatzes
in der Geschwindigkeit geregelt werden sollen.
-
Eine weitere Verbesserung der Maschinensteuerung durch Eingrifie in
die Erregung der Steuermaschinen ergibt sieh dadurch, daß man eine Nutzbremsung
in einfacher #Neise bis zu kleinsten Geschwindigkeiten herab durchführen kann, indem
man gemäß der weiteren Erfindung die Anker der hinsichtlich ihrer Fremderregung
regelbaren Fahrmotoren an die Anker zweier zusammengehöriger Steuerrnaschinen legt,
deren Erregung im Nebenschluß zu einem im Bremsstromkreis liegenden Widerstand angeordnet
ist.
-
In den Figuren der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung
einige Schaltungen für elektrische Lokomotiven dargestellt. In Fig. i sind mit i
bis 4 die vier Steuermaschinen der Schaltanlage bezeichnet, die zwischen den Fahrdraht
5 und die Erdleitung gelegt sind, so daß die Fahrdrahtspannung von beispielsweise
2,4 kV
an diesen Steuermaschinen liegt. Da die Felderrel-ung der Steuermaschinen
i und 4 in allen Betriebszuständen die gleiche und ebenso die Erregung der Steuermaschinen
2 und 3 immer dieselbe ist, können beim Erfindungsgegenstand die Steuermaschinen
i und 4 bzw. 2 und 3 je zu einer Doppelmaschine zusammengefaßt werden, wenn
man auf dem Anker in an sich bekannter Weise zwei getrennte Wicklungen und zwei
getrennte Stromwender anordnet. Mit 6 bis 9 sind die der Lokomotive
zugeordineten Fahrmotoren bezeichnet, welche bei dem in Fig. i dargestellten Schaltzustand
untereinander in Reihe geschaltet sind. Den Ankern der Steuermaschinen I bis 4 sind
schwache Gegenverbundwicklungen io bis 13 zugeordnet, die beim überschalten
zu der in Fi-. 2 dargestellten paarweisen Parallelschaltung der Fahrmotoren als
Schnellentregungsmittel in den durch die Schalter 14 bzw. 15 geschlossenen Kurzschlußkreis
der Stenermaschinen i und 4 gelegt sind. Durch Schnellentregungsmittel ist ein schnelleres
Durchschalten des Falirschalters ermöglicht, ohne daß die beim Kurzschließen auftretenden
hohen Ströme zu Schwierigkeiten führen.
-
Das in Fig. 3 dargestellte Schaltbild zeigt das Grundsätzliche
der Schaltanordnung, wie es angewendet werden kann, um beispielsweise im Braunkohlentagebau
eine Fernsteuerung der Zug-,aeschwindigkeit vom Bagger aus.zu ermöglichen. Es ist
hier nämlich erforderlich, den Zug je nach der Schüttleistung des Baggers
langsam vorwärts oder rückwärts zu bewegen, um eine vollständige Füllung der Abraumförderwagen
sicherzustellen, was nicht von der Lokomotive aus übersehen werden kann. Die Feldwicklungen
16 bis ig der Fahrmotoren 6 bis 9 sind in diesem Fall fremderregt
an das 22o-Volt-Gleichstromnetz über einen konstanten Vorwiderstand 20 gelegt. Die
Fahrmotorenanker selbst sind an die Steuerrnaschinen i und 4 gelegt, deren gemeinsame
FeldwicklUng 21 über einen in Fig. 3 nicht dargestellten Wenderegler erregt
wird, der seinerseits vom Baggerführerstand aus üb#er eine geeignete Verbindungsleitung
oder drahtlos ferngesteuert wird.
-
In Fig. 4 ist ein grundsätzliches Schaltbild darstellt, das erkennen
läßt, wie man mit der Schaltung nach der Erfindung eine sehr einfache Nutzbreinsung
bis zu den klei-nsten Geschwindigkeiten herab bewirken kann. Zu diesem Zweck werden
die Fahrmotoren 6 bis 9 ähnlich wie im Fall der Fig. 3
aus dem
22o-Volt-Gleichstromnetz fremderregt. Diese Erregung ist jedoch mit Hilfe des hier
regelbaren VorwiderstandeS 22 einstellbar. Die Fahrmotorenanker liegen ebenso wie
im Fall der Fig. 3
an den Ankern der Steutrmaschinen i und 4. Die Erregerwicklung
23 für den Anker i liegt im Nebenschluß zu einem in seinem Bremsstromkreis
liegenden Widerstand 24. Dieselbe, jedoch nicht dargestellte Schaltung ist auch
für den Anker 4 vorgesehen. Die Bremsung erfolgt dann in der Weise, daß die Fahrmotoren
langsam erregt werden. Dadurch bildet sich ein Bremsstrom aus über die Anker der
Stenermaschinen i und 4, deren Erregung steigt mit steigendem Bremsstrom an, damit
wächst die Spannung der jetzt als Motoren arbeitenden Steuermaschinen, so daß ein
sehr sanftes Bremsen erreicht wird, dessen Höchstwert durch entsprechende Wahl des
Widerstandes 24 im Bremsstromkreis von vornherein bestimmt werden kann.