DE703909C - Elektrische Kraftuebertragung, insbesondere fuer dieselektrische Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezweckt, bei elektrischen Kraftübertragungen, insbesondere solchen für dieselelektrische Fährzeuge, bei Belastungsschwankungen die Änderungen der Drehzahl bzw. der Spannung des Generators der Kraftübertragung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, ohne daß äußere Regel- oder Steuereinrichtungen, mit bewegten Teilen notwendig sind. Ein bekannter Weg, der zu diesem Ziel führt, ist der, daß der Generator und gegebenenfalls auch die Motoren der Kraftübertragung als schwach gesättigte, also überdimensionierte Maschinen aitsgeführt werden. Dadurch wird ermöglicht, daß der Generator schon bei sehr kleinen Drehzahländerungen weitgehend seine Spannung ändern und der Stromaufnahme der Motoren anpassen kann, so daß der ihn antreibende Verbrennungsmotor trotz Änderung der Belastungsverhältnisse praktisch annähernd auf gleicher Drehzahl und Leistung gehalten werden kann. Durch die schwach gesättigte Ausführung, der Elektromotoren der Kraftübertragung läßt sich weiter noch der Umfang der Spannungsänderung bei Belastungs-Schwankungen verringern, wodurch mittelbar eine weitere Einschränkung der Drehzahlschwankungen im Generator herbeigeführt wird. Je reichlicher die Überdimensionierung der Maschinen ist, desto mehr nähert man sich der Konstanz der Drehzahl des Generators und damit der des Verbrennungsmotors.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe, ohne daß eine derartige Überdimensionierung der Maschine notwendig ist, mittels im Erregersystem des Generators oder der Motoren oder beider angeordneter, ohne äußere Regel-

einrichtung strom- oder spannungsabhängiger Widerstände von bestimmten Eigenschaften und in bestimmter Schaltung gelöst. Als Widerstände dienen erfindungsgemäß 5. solche mit bei Belastung zunehmendem oder bei Stromrichtungsumkehr sich änderndem Widerstandswert und mit hinreichend kleiner thermischer Zeitkonstante. Sie sind parallel zu einer Erregerwicklung oder zu einer Hilfsstromquelle im Erregersystem derart angeordnet, gegebenenfalls mit weiteren Widerständen verbunden und so bemessen, daß die Amperewindungen in der Erregerwicklung bei zunehmender Spannung stärker als im Verhältnis der Spannungszunahme steigen.

Geeignete Widerstände mit. bei Belastung zunehmendem Widerstandswert sind z. B. Widerstände mit stark veränderlichem Temperaturkoeffizienten, wie etwa die be- λο kannten Eisendrahtwiderstände o. dgl. mit kleiner thermischer Zeitkonstante. Sie werden vorzugsweise den Erregerwicklungen des Generators bzw. der Motoren unmittelbar parallel geschaltet und sind daher besonders »5 zur Beeinflussung der im Hauptstromkreis liegenden Erregerwicklungen von Reihenschluß- oder Verbundmotoren geeignet. Durch die selbsttätige Verstärkung des Motorfeldes bei großen Belastungen und seine selbsttätige Schwächung bei kleinen Belastungen kann der Spannungsbereich des die Motoren speisenden Generators wirksam eingeengt werden. Bei Erregerwicklungen in Nebenschluß- oder Fremderregerschaltung ist J5 diesen und dem Parallelwiderstand ein gemeinsamer Vorwiderstand vorzuschalten, wenn nicht die Zuleitungen durch ihren eigenen Widerstand einen solchen Vorwiderstand ersetzen können. Eine Ausführungsform dieser Art mit strom- oder spannungsabhängigen Widerständen parallel zur Nebenschlußwicklung des Generators und zur Reihenschlußwicklung des Motors ist unten an Hand von Fig. 1 und 2 der Zeichnung erläutert. Als Widerstände mit bei Belastung zunehmendem Widerstandswert eignen sich auch elektrische Ventile, die von einer bestimmten Spannung an eine weitere Erhöhung des sie durchfließenden Stromes über einen Grenzwert (Sättigungsstrom) nicht zulassen. Widerstände mit bei Belastung zunehmendem Widerstandswert sind an sich für die selbsttätige Regelung von Erregerströmen schon vorgeschlagen worden, z. B. zum Ausgleich von durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen Belastungsänderungen oder zum Ausgleich von Spannungsschwankungen bei veränderlicher Drehzahl des Stromerzeugers. In den bekannten Anwendungsformen sind sie aber zur Verringerung der Drehzahl bzw. Spannungsschwankungen von im wesentlichen mit gleichbleibender Drehzahl laufendem Generator wegen ihrer anderen Bemessung oder Schaltung nicht geeignet. Beispielsweise sind sie zum Ausgleich von Temperatureinflüssen als thermisches Abbild der Erregerwicklung mit großer thermischer Zeitkonstante ausgebildet, wogegen die Widerstände nach der Erfindung verhältnismäßig kleine thermische Zeitkonstante haben müssen, damit sie den auszugleichenden Schwankungen leicht folgen.

Die Erfindung macht keinen Gebrauch von Widerständen mit bei Belastung abnehmendem Widerstandswert. Solche sind bisher nicht in einer für die Zwecke der Erfindung geeigneten Form bekanntgeworden. Die für ähnliche Schaltungen bereits vorgeschlagenen Glimmlampen haben für den Zweck der Erfindung den Nachteil, daß sie nur kleine Ströme führen, daß ihre Zündspannung höher liegt als die Brennspannung und daß sie bei Überlastung die Eigenschaften einer Lichtbogenstrecke annehmen. Auch die bekannten Urandioxydwiderstände können nur für kleine Leistungen wirtschaftlich ausgeführt werden. Ein gemeinsamer Nachteil aller Arten von Widerständen mit bei Belastung abnehmendem Widerstandswert besteht darin, daß sie zur Regelung von Erregerkreisen nur in Schaltungen verwendbar sind, bei denen in den Erregerkreis verhältnismäßig große Energie verzehrende Vorwiderstände eingefügt werden müssen. Zur Regelung von Hauptstromkreisen, also insbe- 9S sondere zur Beeinflussung von Reihenschlußmotoren sind sie daher ungeeignet.

Widerstände mit bei Stromrichtungsumkehr sich änderndem Widerstandswert sind alle Ventilzellen, die überhaupt bei Span- '<«· nungsumkehr nichtlineares Stromspannungsverhalten aufweisen, indem sie dem Strom in der einen Richtung einen geringen Widerstand entgegensetzen, bei Spannungsumkehr aber sprunghaft ihren Widerstand erhöhen. Solche Ventilzellen können insbesondere mit Vorteil verwendet werden, wenn eine Batterie oder sonstige HilfsStromquellen zur Erregung mit herangezogen werden. Sie werden zweckmäßig der in den Selbsterreger- no kreis des Generators oder der Motoren eingeschalteten Hilfsstromquelle parallel geschaltet, wobei sie auch durch weitere Widerstände oder Ventile zu einer Brückenschaltung ergänzt sein können. Sie sperren in Abhängigkeit von den Spannungsänderungen im Erregerkreis den Stromdurchfluß durch die Hilfsstromquelle oder geben ihn in der einen oder anderen Richtung frei. Die Brükkenschaltung kann so beschaffen sein, daß die iao strom- oder spannungsabhängigen Widerstände nur in einem Teil des betriebsmäßigen

Belastungsbereiches zur Hilfsstromquelle parallel und in einem anderen Teil des Belastungsbereiches in Reihe arbeiten. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist unten an Hand der Fig. 3 und 4 beschrieben.

In Fig. I der Zeichnung bedeutet 1 den Verbrennungsmotor einer dieselelektrischen Kraftübertragung, 2 den von diesem angetriebenen Generator, der den Elektromotor 3 speist. 4 ist die Nebenschlußerregerwicklung des Generators, 5 ^eme Hauptstromerregerwicklung (Verbund- oder Gegenverbundwicklung) desselben. 6 ist die Reihenschlußerregerwicklung des Motors 3. Der Nebenschlußwicklung 4 des Generators ist der Eisendrahtwiderstand 7, · der Reihenschlußerregerwicklung 6 des Motors der Eisendrahtwiderstand 8 parallel geschaltet. In Reihe mit der Nebfjnschlußwicklung des Generators ist ferner noch ein gewöhnlicher Ohmscher Widerstand 9 geschaltet.

Die Wirkung des Eisendrahtwiderstandes im Erregersystem des Generators ist in Fig. 2 wiedergegeben. Ist α die Stromspannungskennlinie des gesamten Erregerkreises, b diejenige des Eisendrahtwiderstandes 7, so ergibt sich in der Erregerwicklung 4 ein Stromspannungsverlauf gemäß der Kennlinie c, der durch Subtraktion des Stromes ib im Eisendrahtwiderstand vom Gesamtstrom ia gewonnen wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist es mit der gekrümmten Stromspannungskennlinie c möglich, auch bei im Sättigungsgebiet arbeitenden Maschinen die Drehzahländerungen des Generators bei Spannungsänderungen weitgehend herabzusetzen. Stellen die Kennlinien % bis % verschiedenen Drehzahlen entsprechende Maschinenkennlinien dar und ist angenommen, daß eine Spannungsänderung von C₁ auf e₂ im Generator notwendig ist, so wäre bei geradlinigem Stromspannungsverlauf in der Erregerwicklung, wie er in der Figur durch die gestrichelte Linie d wiedergegeben ist, eine Drehzahlerhöhung des Generators von Ti₁ auf % notwendig, da die gerade verlaufende Kennlinie d bei der Spannung e₂ bereits mit der Kennlinie % zum Schnitt kommt (Schnittpunkt P). Durch die gekrümmte Stromspannungskennlinie c der Erregerwicklung läßt sich dagegen dieselbe Spannungserhöhung des Generators schon bei einer wesentlich kleineren Drehzahländerung erreichen. Wie die Zeichnung zeigt, schneidet die Kennlinie c in der Höhe der Spannung e₂ die Maschinenkennlinie n₂ (Schnittpunkt Q), der eine wesentlich geringere Drehzahlerhöhung entspricht. Durch entsprechende Auslegung der Widerstände ist man in der Lage, die Stromspannungskennlinie der Erregerwicklung dem Verlauf der Maschinenkennlinie weitgehend anzuschmiegen, so daß man flache Schnitte mit dieser erhält, ohne daß man wie bisher im geradlinigen ungesättigten Teil der Maschinenkennlinie zu arbeiten braucht.

Die Parallelschaltung des Eisendrahtwiderstandes zur Reihenschlußerregerwicklung 6 des Motors bedingt, daß von einer gewissen Größe des Stromes an bei weiterem Fallen desselben der Strom in der Erregerwicklung mehr als linear abnimmt, weil der verhältnismäßige Anteil des Stromes durch den Eisendrahtwiderstand wächst. Dies hat zur Folge, daß die Motoren das wesentlich gleiche Verhalten aufweisen wie schwach gesättigte Maschinen, da das überlineare Abfallen des Stromes in der Erregerwicklung eine ähnliche Wirkung hat wie der lineare Stromabfall bei der ungesättigten Maschine.

Eine derartige Wirkung kann auch im Generator dadurch erzielt werden, daß der Reihenschlußwicklung 5 desselben ein Widerstand mit stark temperaturabhängigem Verhalten parallel geschaltet wird. Dadurch erhält man eine verstärkte Wirkung der Reihenschluß wicklung im Bereich hoher' Ströme. Um einen weiteren Eisendrahtwiderstand zu ersparen, kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß" ein und derselbe Eisendrahtwiderstand den miteinander in Reihe geschalteten Reihenschlußwicklungen des Generators und des Motors gemeinsam parallel geschaltet wird.

Eine Ausführungsform mit Ventilzellen ist in Fig. 3 dargestellt, die nur den Generator 2 der Kraftübertragung mit seinem Erregersystem zeigt. In den Erregerkreis ist eine Batterie 10 mittels einer Brückenschaltung eingeschaltet, in deren einer Diagonalen die Batterie selbst, in deren anderer Diagonalen die Nebenschlußerregerwicklung 4 des Generators liegt. Zwei gegenüberliegende Zweige der Brücke sind durch die Ventile 11, 12 gebildet, die anderen beiden Zweige durch gewöhnliche Ohmsche Widerstände

Bei der Spannung Null des Generators speist die Batterie die Feldwicklung über den Stromkreis a, b, c, d, e, f. Beginnt der Ge- no nerator selbst Spannung zu liefern, so addiert diese sich zur Batteriespannung. Die Erregung verläuft nach dem in Fig. 4 dargestellten Strahl I, dessen Steigung durch die Widerstände 13, 14 im Erregerkreis gegeben 115 , ist. Wird bei einer bestimmten Generatorspannung (Punkte in Fig. 4) der Spannungsabfall im Widerstand 13 größer als die Batteriespannung, so wird das Ventil 11 strpmdurchflossen und damit die Batterie ausgeschaltet. Der Erregerstrom fließt jetzt über a, b, d, e, f. Der entsprechende Erregerstrahl

Claims (8)

1. ist in Fig. 4 mit II bezeichnet. Steigt die Generatorspannung weiter, so wird schließlich auch der Spannungsabfall im Widerstand 14 gleich der Batteriespannung (Punkt/? in Fig. 4); bei weiterem Spannungsanstieg wird das Ventil 12 stromdurchflossen. Der Erregerstrom fließt jetzt über a, b, d, c, e, f, die Batteriespannung wirkt der Generatorspannung entgegen. Damit ergibt sich der Erregerstrahl III in Fig. 4. In diesem Fall läßt sich also gleichfalls eine ähnlich verlaufende Stromspannungslinie OABD für das Erregersystem erzielen, wie die Kennlinie c nach Fig. 2. die auch im Gebiet der Sättigung weitgehend der Maschinenkennlinie folgt und , daher auch bei großen Spannungsänderungen am Generator nur geringe Drehzahlschwankungen desselben bedingt.

   Durch entsprechende Wahl der Widerstände 13 und 14 kann sowohl die Lage der Punkte Λ und B, als auch die Neigung der Strahlen I, II, III nach Bedarf geändert werden. Damit die Batteriespannung genügend zur Geltung kommt, muß sie gegenüber der Generatorspannung eine gewisse Größe haben (etwa V₄ der Generatorspannung). Steht nur eine wesentlich kleinere Batteriespannung zur Verfügung, so kann der Generator zweckmäßig mit Nulleiteranschluß ausgeführt werden und die Erregung an den Nulleiter und den einen Außenleiter angeschlossen werden, der Generator also mit etwa der halben Klemmenspannung erregt werden. Genügt es. nur mit zwei Erregerstrahlen I, II oder II. IJI zu arbeiten, so kann der eine bzw. andere Brückenteil weggelassen werden. In dem einen Fall ergibt sich eine Schaltung, bei der die Batterie in Reihe mit dem Widerstand 13 parallel zum Ventil 11 liegt, im anderen Fall liegt die Batterie in Reihe mit dem Ventil 12 parallel zum Widerstand 14.

   Werden die Triebmotoren als Verbundmaschinen ausgeführt, so kann die vorstehend beschriebene Schaltung auch bei ihnen angewendet werden. Ebenso können bei dieser Schaltung auch zusätzlich noch Widerstände mit nichtlinearer Kennlinie parallel oder in Reihe mit der Nebenschlußwicklung angeordnet werden, wodurch statt der geraden Erregerstrahlen I, II, III entsprechend gekrümmte Linien erhalten werden können.

   Pate νϊ Ansprüche:

   ι. Elektrische Kraftübertragung, insbesondere für dieselelektrische Fahrzeuge, bestehend aus einem mit im wesentlichen gleichbleibender Drehzahl angetriebenen Generator und einem oder mehreren mit veränderlicher Drehzahl laufenden Triebmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einengung der Drehzahl- bzw. Spannungsschwankungen des Generators ein oder mehrere ohne äußere Regeleinrichtung strom- oder spannungsabhängige Widerstände mit bei Belastung zunehmendem oder sich bei Stromrichtungsumkehr änderndem Widerstandswert und hinreichend kleiner thermischer Zeitkonstante parallel zu einer Erregerwicklung oder zu einer Hilfsstromquelle im Erregersystem des Generators oder der Mo-_# toren oder beider derart angeordnet, ge gebenenfalls mit weiteren Widerständen verbunden und so bemessen sind, daß die Amperewindungen in der Erregerwicklung bei zunehmender Spannung stärker als im Verhältnis der Spannungszunahme steigen.
2. 2. Kraftübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Erregerwicklungen des Generators bzw. der Mo-. toren Widerstände mit stark veränderlichem positivem Temperaturkoeffizienten (Eisendrahtwiderstände o. dgl.) und kleiner thermischer Zeitkonstante parallel geschaltet sind.
3. 3. Kraftübertragung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die strom- oder spannungsabhängigen Widerstände parallel zu einer Reihenschlußwicklung oder Mitverbundwicklung des oder der Motoren geschaltet sind.
4. 4. Kraftübertragung nach Anspruch 1, bei der eine Batterie oder sonstige Hilfsstromquelle zur Erregung des Generators oder Motors mit herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu der im Selbsterregerkreis der Maschine eingeschalteten Hilfsstromquelle stromrichtungsabhängige Widerstände bzw. elektrische Ventile parallel geschaltet sind, die auch durch weitere Widerstände oder Ventile zu einer Brückenschaltung ergänzt sein können und in Abhängigkeit von den Spannungsändei^ungen im Erregerkreis den Stromdurchfluß durch die Hilfsstromquelle verstärken oder schwächen bzw. in der einen oder anderen Richtung freigeben, so daß der Erregerstrom bei den höheren Spannungen stärker steigt als bei den niederen Spannungen.
5. 5. Kraftübertragung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strom- oder spannungsabhängigen Widerstände und die Hilfsstromquelle zu einer Brükkenschaltung verbunden sind, mittels deren die Widerstände nur in einem Teil -des lx-triebsmäßigen Belastungsbereiches zur Hilfsstromquelle parallel, in einem anderen Teil des Belastungsbereiches mit ihr in Reihe arbeiten.
6. 6. Kraftübertragung nach Anspruch 4 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß in den Erregerkreis des Generators eine Batterie mittels einer Brückenschaltung eingeschaltet ist, in deren einer Diagonalen die Batterie, in deren anderer Diagonalen die Erregerwicklung liegt, während zwei gegenüberliegende Seiten der Brückenschaltung von stromrichtungsabhängigen Widerständen, vorzugsweise elektrischen Ventilen, die beiden anderen gegenüberliegenden Seiten von gewöhnlichen Ohmschen Widerständen gebildet sind.
7. 7. Kraftübertragung nach Anspruch 4,

   5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator mit Nulleiteranschluß ausgeführt ist und seine Selbsterregung zwischen dem Nulleiter und einem Außenleiter angeschlossen ist.
8. 8. Kraftübertragung nach Anspruch 4 so bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Erregerwicklungen weitere Widerstände mit nichtlinearer Stromspannungskennlinie parallel oder in Reihe geschaltet sind, um eine zusätzliche Krümmung der Erregerkennlinie zu erhalten.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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