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Amplidynesteuerung für die Generatoren dieselelektrischer Fahrzeuge
Bei Dieselfahrzeugen mit elektrischer Kraftübertragung wird häufig zur Speisung
der Fahrmotoren ein vom Dieselmotor angetriebener Gleichstromgenerator in der Schaltung
einer Krämermaschine verwendet. Der magnetische Arbeitskraftfluß wird bei diesen
Maschinen von der aus dem Zusammenwirken dreier Erregerwicklungen resultierenden
Feldstärke erregt, und zwar von einer an der Klemmenspannung des Generators liegenden
Nebenschlußerregerwicklung, einer von einer fremden Spannungsquelle gespeisten zweiten
Erregerwicklung und einer dritten, im feldschwächenden Sinne vom Hauptstrom durchflossenen
Erregerwicklung, der sogenannten Gegenverbundwicklung. Die Anpassung des vom Generator
aufgebrachten Gegendrehmomentes an das für den Dieselmotor zulässige Drehmoment
erfolgt durch Regelung des fremderregten Feldes. Bei der bekannten unmittelbaren
Servofeldreglersteuerung erfolgt diese Regelung in der Weise, daß die Steuerfeldwicklung
von einer konstanten Spannung über einen Widerstand gespeist wird, der in seiner
Größe vom Regler des Dieselmotors beeinflußt wird.
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In neuerer Zeit ist man vielfach dazu übergegangen, die Steuerfeldwicklung
von einer besonderen Erregermaschine zu speisen, deren Spannung in geeigneter Weise
geregelt wird. Es erwies sich als vorteilhaft, diese Erregermaschine als Amplidyne
auszubilden. Es sind Anordnungen bekanntgeworden, in denen die Steuerfeldwicklung
der Amplidyne von einem Spannungsteiler gespeist wird, der seinerseits an einer
festen Spannung liegt und von einem Regelorgan
des Dieselmotors
verstellt wird. Dieselbe oder eine ähnliche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn
die Speisung über einen in entsprechender Weise veränderten Vorwiderstand erfolgt.
Man könnte solche Anordnungen als mittelbare Reglersteuerungen bezeichnen. Des weiteren
ist eine Anordnung bekanntgeworden, bei welcher die Steuerfeldwicklung derAmplidyne
in Reihe mit einer Regelmaschine an einer festen Spannung, z. B. der geregelten
Spannung des Hilfsnetzes, liegt. Diese Regelmaschine wird zusammen mit dem übrigen
Generatorsatz vom Dieselmotor angetrieben, hat also eine der Drehzahl des Dieselmotors
gleiche oder verhältnisgleiche Drehzahl. Ihre Erregung erfolgt von einer festen
Spannung, so. daß die EMK der Regelmaschine in einem bestimmten Verhältnis zur Drehzahl
des Dieselmotors steht. Sind bei einer bestimmten Drehzahl ito die Spannung des
Hilfsnetzes und die EMIL der Regelmaschine im Gleichgewicht, dann fließt durch diese
und die Steuerfeldwicklung kein Strom. Sinkt die Drehzahl unter den Wert n., dann
wird die Regelmaschine zum Motor und nimmt Strvm aus dem Hilfsnetz auf. Steigt die
Drehzahl über n., dann liefert die Regelmaschine als Generator Strom in das Hilfsnetz.
Der Strom in der Steuerfeldwicklung der Amplidyne ist also in hohem Maße von der
Drehzahl des Dieselmotors abhängig. Die Empfindlichkeit kann noch erhöht werden,
indem man die Regelmaschine zusätzlich mit einer Hauptstromfeldwicklung ausrüstet,
welche den ohmschen Spannungsabfall im Regelkreis zum Teil kompensiert, die Stabilität
der Regelmaschine also verringert. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß sich
die Leistungsaufnahme des Generators bei geringen Abweichungen von der Solldrehzahl
so stark ändert, daß die Drehzahlabweichungen in engen Grenzen bleiben. Ein derart
erregter Generator zeigt mithin ein ähnliches Verhalten wie ein im geraden Teil
seiner magnetischen Kennlinie arbeitender selbsterregter Generator. In einer Hinsicht
verhalten sich aber die Amplidynesteuerungen grundsätzlich anders als die unmittelbare
Servofeldreglersteuerung bzw. die sogenannte Gebusschaltung. Während bei dieser
der höchste Generatorstrom einerseits und die höchste Erregung andererseits eindeutig
begrenzt sind, trachtet die Amplidyne den Sollzustand unter allen Umständen aufrechtzuerhalten.
Es müssen deshalb besondere Vorkehrungen getroffen werden, um den von der Amplidyne
gelieferten Erregerstrom bzw. die Spannung derselben zu begrenzen. Beispielsweise
wird bei einer Amplidyne mit einer Feldwicklung eine Begrenzung der Ausgangsleistung
der Amplidyne durch Ventilkreise im Stromkreis der Feldwicklung erzielt. Da aber
viele Amplidynen mindestens zwei Feldwicklungen aufweisen, würde es im allgemeinen
schwierig sein, Ventilstromkreise für den Stromkreis jeder Feldwicklung vorzusehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Amplidynesteuerung für die Generatoren
dieselelektrischer Fahrzeuge, bei welchen der Hauptgenerator zum Teil oder allein
von einer Amplidyne erregt wird, welche die Aufgabe hat, die Belastung des Dieselmotors
auf gewünschter Höhe zu halten, und die Leistung des Hauptgenerators durch die Verwendung
von Ventilzellen begrenzt wird. Das Kennzeichen besteht darin, daß die von der Amplidyne
gelieferte Erregerspannung mit Hilfe eines an die Ausgangsklemmen der Amplidyne
angeschlossenen Ventilstromkreises begrenzt wird. Solange die Spannung der Amplidyne
kleiner ist als die Vergleichsspannung, bleibt dieser Stromkreis stromlos, beim
Überschreiten der Vergleichsspannung tritt ein Strom auf, welcher die zusätzliche
Steuerfeldwicklung in einem solchen Sinne erregt, daß ein weiterer Anstieg der Amplidynenspannung
verhindert oder zumindest erschwert wird. Die Steuerfeldwicklung wird so bemessen,
daß der gewünschte höchste Erregerstrom angenähert dann erreicht ist, wenn Amplidynenspannung
und Vergleichsspannung einander gleich sind. Als Vergleichsspannung kann die geregelte
Spannung des Hilfsnetzes oder eine andere konstante Spannung verwendet werden. Als
Ventil wird man vorzugsweise einen Trockengleichrichter vorsehen.
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Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß der Erfindung ist nachstehend
an zwei Beispielen erläutert In Fig. i der Zeichnung ist die Anwendung auf eine
mittelbare Reglersteuerung mit Amplidyne dargestellt. Hierin bedeutet i den Dieselmotor,
2 den als Krämermaschine ausgebildeten Hauptgenerator und 3 den Hilfsgenerator,
dessen Klemmenspannung durch einen Regler j konstant gehalten wird und welcher das
Hilfsnetz 15 speist. .I ist die zur Speisung der Steuerfeldwicklung I-K dienende
Amplidyne mit der Steuerfeldwicklung 12 und der zusätzlichen Steuerfeldwicklung
13. Der Fahrmotor 5 wird über den Fahrtrichtungswender 6 vom Hauptgenerator 2 gespeist.
- Unveränderliche Vorwiderstände sind mit 8 bezeichnet. Die Steuerfeldwicklung 12
wird über zwei Gleitkontakte des Spannungsteilers 9 gespeist, von welchen einer
zur Vorgabe einer Sollstellung durch eine mechanische Verbindung io vom Drehzahlsteller
oder von einem anderen, zur Einstellung der gewünschten Laststufe dienenden Organ
verstellt wird, während der zweite durch ein Gestänge i i mit dem Füllhebel des
Dieselmotors i verbunden ist. Die Minusklemmen von Hilfsgenerator 3 und Amplidyne
d. sind im Punkt N leitend miteinander verbunden, während die Plusklemmen über die
zusätzliche Steuerfeldwicklung 13 und das Ventil 14 miteinander verbunden sind.
Solange die Amplidyne q. eine Spannung liefert, welche kleiner ist als die Hilfsspannung
Ui, des Hilfsnetzes 15, bleibt die zusätzliche Steuerfeldwicklung 13 stromlos, und
die Erregung der Amplidyne q. hängt allein von der Abweichung des Brennstoff-Füllhebels
von seiner Sollstellung ab. Übersteigt die Amplidynenspannung den Wert UI" so fließt
über das Ventil 14 und die zusätzliche Steuerfeldwicklung 13 ein Strom, welcher
die Erregung der Amplidyne schwächt. Derselben resultierenden Erregung der Amplidyne
entspricht also nunmehr eine größere Abweichung des Brennstoff-Füllhebels von seiner
Sollstellung. Es läßt sich so erreichen, daß die Erregung der Steuerfeldwicklung
I-K vom Erreichen
eines bestimmten Spannungswertes an bis zur völligen
Entlastung des Dieselmotors i nur sehr wenig zunimmt. Alle anderen, unter Umständen
auf der Amplidyne q. noch erforderlichen Wicklungen sind, da nicht für den Erfindungsgedanken
kennzeichnend, weggelassen.
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Eine Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine Amplidynesteuerung
mit Regelmaschine zeigt Fig. 2. Der Dieselmotor i treibt den Hauptgenerator 2, den
Hilfsgenerator 3, die Amplidyne d. und die Regelmaschine 16. Es ist wieder der Einfachheit
halber nur ein Fahrmotor 5 dargestellt, welcher über den Fahrtrichtungswender 6
vom Hauptgenerator 2 gespeist wird. Die Spannung des Hilfsgenerators 3, welcher
das Hilfsnetz 15 speist, wird durch den Regler 7 konstant auf dem Wert Uh gehalten.
Unveränderliche Vorwiderstände sind wieder mit 8 bezeichnet. Der Strompfad der Steuerfeldwicklung
12 der Amplidyne .4 verläuft von der Plusklemme A' des Hilfsgenerators 3 über den
Anker und die entstabilisierende Hauptstromfeldwicklung 17 der Regelmaschine 16
und die Steuerfeldwicklung 12 nach der Minusklemme B' des Hilfsgenerators 3. Die
Nebenschlußfeldwicklung 18 der Regelmaschine 16 liegt zusammen mit dem zur Einstellung
verschiedener Drehzahlen veränderlichen Vorwiderstand 20 an der geregelten Spannung
U" des Hilfsgenerators 3. Bei der gewünschten Drehzahl n. ist die EMK der. Regelmaschine
16 gleich der Spannung Uh des Hilfsgenerators 3 und dieser entgegengerichtet; der
ganze Steuerstromkreis ist dann stromlos. Die Erregung der Amplidyne d. erfolgt
dann allein durch die Feldwicklung 22, welche z. B. über einen je nach der gewählten
Drehzahl eingestellten Widerstand 23 an der Spannung U" des Hilfsgenerators 3 liegen
kann. Wird bei dem gerade herrschenden Betriebszustand der Dieselmotor i überlastet,
dann sinkt die Drehzahl, die Regelmaschine 16 nimmt Strom aus dem Hilfsnetz auf,
die Steuerfeldwicklung 12 schwächt die durch die Feldwicklung 22 bewirkte Feldstärke,
und die Spannung der Amplidyne q. sinkt und hiermit auch die Erregung und das Drehmoment
des Hauptgenerators 2. Wird bei der Drehzahl iio der Dieselmotor i nicht voll ausgelastet,
dann steigt die Drehzahl, und die Regelmaschine 16 wird zum Generator. Die Steuerfeldwicklung
12 erhöht dann die Feldstärke in der Achse A2 B2 der Amplidyne d., Erregung
und Drehmoment des Hauptgenerators 2 nehmen zu.
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Zur Begrenzung der Erregung der Steuerfeldwicklung 1-K am Hauptgenerator
2 ist wieder die Spannung der Amplidyne q. einer festen Spannung über einen Ventilstromkreis
gegengeschaltet. Als feste Vergleichsspannung wurde die Spannung U h des
Hilfsgenerators 3 gewählt. Die Minusklemmen B' und B2 beider Maschinen sind
im Punkt N leitend miteinander verbunden. Der Ventilstromkreis verläuft von
der Plusklemme A2 der Amplidyne q. über das Ventil 21, z. B. einen Trockengleichrichter,
über die Feldwicklung ig der Regelmaschine 16 und kann, entsprechend der gestrichelt
gezeichneten Verbindung a, zum Punkt P und von da nach der Plusklemme A' des Hilfsgenerators
3 geführt werden. Das Ventil 21 ist so gepolt, daß die Feldwicklung i9 nur von einem
feldschwächenden Strom durchflossen werden kann. Es tritt also in Tätigkeit, wenn
die Amplidynenspannung den Wert Uh über steigt, schwächt dann das Feld der Regelmaschine
16 und erhöht somit die von der Regelmaschine 16 anzusteuernde Drehzahl bzw. verringert
bei einem bestimmten Betriebszustand deren generatorischen Strom. Bei dieser Anordnung
ist also der Höchstwert des Erregerstromes in der Steuerfeldwicklung I-K bei allen
einstellbaren Drehzahlen derselbe. Es kann aber auch, wie mit der vollausgezogenen
Verbindung b von der Feldwicklung i9 nach dem Punkt Q
dargestellt,
die Spannung der Amplidyne ,4 mit dem Spannungsabfall am Vorwiderstand 2o vor der
Nebenschlußfeldwicklung 18 der Regelmaschine 16 verglichen werden. Dieser ist bei
kleineren Drehzahlen kleiner als bei höheren. Dann ist aber auch die höchste Fremderregung
des Hauptgenerators 2 und mithin der Anfahrstrom desselben auf den unteren Fahrstufen,
also bei kleinerer Drehzahl, niedriger als auf den höheren Stufen, was häufig erwünscht
ist.
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Eine ähnliche Wirkung ist auch zu erzielen, wenn als Vergleichsspannung
der Spannungsabfall an dem Regelwiderstand 7 vor der Nebenschlußfeldwicklung C'-D'
des Hilfsgenerators 3 herangezogen wird, denn dieser schwankt bei einer bestimmten
Drehzahl mit wechselnder Belastung des Hilfsnetzes nur in engen Grenzen. Diese Art
der Spannungsbegrenzung ist auch bei den vorher genannten mittelbaren Reglersteuerungen
anwendbar, bei welchen keine Regelmaschine vorhanden ist.
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Es kann auch eine in mehr oder weniger Stufen einstellbare Vergleichsspannung
durch einen zusätzlichen, an einer Hilfsspannung liegenden Spannungsteiler hergestellt
werden.
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Zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit der Amplidyne q. kann auch
noch in an sich bekannter Weise eine Gegennebenschlußwicklung 24 an dieser angeordnet
werden, welche über einen festen oder veränderlichen Vorwiderstand 25 an der Klemmenspannung
der Amplidyne q. liegt. Gegebenenfalls noch erforderliche Stabilisierungswicklungen
im Ständer der Amplidyne sind, da im Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken unwesentlich,
nicht dargestellt worden. Der Erfindungsgedanke ist auch auf Generatoren anwendbar,
bei welchen Nebenschluß- und bzw. oder Gegenverbundfeldwicklung fehlen bzw. andere,
nicht dargestellte Feldwicklungen hinzutreten.
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Ferner ist es zweckmäßig, zur Erzeugung einer von derFahrschalterstellung
abhängigenVergleichsspannung einen in mehr oder weniger Stufen einstellbaren Spannungsteiler
vorzusehen.