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Schaltungswelse für Wechselstromkollektormaschinen beim Bremsen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, Wechaelstromkollektormotoren, die zum Antrieb von Wagen und ähnlichen Zwecken dienen, derart anzuordnen, dass sie als Generatoren laufen und Strom in die Speiseleitung abgeben können und weiters derart zu schalten, dass die von ihnen an die Speiseleitung abgegebene elektromotorische Kraft im wesentlichen dieselbe Phase hat, wie die in der Speiseleitung bereits vorhandene.
Born Betrieb von Wagen u. dergl. laufen die Motoren häufig als Bremsgeneratoren, da aber die Anker-und Feldwickelung derselben in Reihe geschaltet sind. so konnten sie bisher als Generatoren unter stabilen Bedingungen nicht arbeiten. Um stabile oder regelbare Betriebs- bedingungen zu schallen muss die Feldstärke unveränderlich bleiben oder durch den Führer nach Willkür geändert werden können, wie bei der Feldstärke von Maschinen mit Sondererregung.
Werden Wechselstromkollektormotoren zum Antrieb von Wagen benützt und ändert man die auf sie wirkende Spannung durch Änderung der wirksamen Windungszahl einer damit verbundenen Transformatorwickelung, so wird vorgeschlagen die Feldwickelung der als Generatoren laufenden Motoren dadurch gesondert zu erregen, dass man sie mit der Transformatorwickelung unmittelbar verbindet und die Feldstärke durch Änderung der Verbindungspunkte der Feld- wtf'keiung mit der Transformatorenwickelung regelt. Die Anker geben dann Strom an die Speiseleitung ab. Es sit aber wünschenswert, dass die von einem als Generator laufenden Motor an die Speiscleitung abgegebene elektromotorische Kraft im Wesentlichen von gleicher Phase ist. wie die in dieser Leitung bereits vorhandene.
Dies wird jedoch, wie sich aus der Betrachtung der Phasen- Verhältnisse ergibt, nicht der Fall sein, wenn Anker- und Feldwickelung unmittelbar an die Wpctaelotung angeschlossen sind. Da die Feldwickelung stark induktiv ist, so bleibt in derselben die Stromphase gegen die Phase der elektromotorischen Kraft um nahezu 90 zurück, während, wenn der Motor mit geeigneten Kompensationswickelungen ausgestattet ist, Strom und elektromotorische Kraft im Anker nahezu gleiche Phase haben, so dass die elektromotorische Kraft des Ankers gegen jene der Speiseleitung um nahezu 900 verschoben ist.
Es sind deshalb nach vor-
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Kraft von solcher Phase abzuleiten und auf die Feldmagnetwickelung eines als Generator laufenden Motors wirken zu lassen, dass die vom Anker an die Speiseleitung abgegebene elektromotorische Kraft im Wesentlichen dieselbe Phase hat wie die in der Speiseleitung bereits herrschende.
In den Zeichnungen veranschaulichen Fig. 1 bis 14 beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 erhält die Wickelung 1 eines Autotransformators Strom von einer geeigneten Wechselstromquelle. etwa einem Oberleitungsdraht J bezw. der Fahrschiene 4 und die Schaltung
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Da die Phase der elektromotorischen Kraft des Ankers gegenüber jener, die auf die Feldwirkelnng wirkt, um nahezu 900 verschoben ist, so kann man die elektromotorische Kraft der
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Anker nahezu in Übereinstimmung mit jener in der Speiseleitung bringen, wenn man der Feld- wickelung eine elektromotorische Kraft, zuführt, die gegenüber jener in der Spe : seleitung um 900 verschoben ist.
Zu dem Zweck wird vorgeschlagen, die Feldwickelungen der als Generatoren laufenden Motoren durch eine Kollektormaschine zu speisen, bei welcher wie oben bemerkt, die elektromotorischen Kräfte in der Feld-und Ankerwicklung um nahezu 90"gegeneinander verschoben sind.
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erreicht, wenn der Kontroller die am unteren Ende der Linie G angedeutete Stellung einnimmt. f) ic Feldstarke der Erregermaschine kann dadurch geregelt werden, dass man die der Feldwicklung 13 zugeführte Spannung durch einen Hilfskontroller 17 regelt, und die Anker 11 und 12 können durch den Kontroller 8 mit solchen Punkten der Haupttransformatorwickelung 1 ver- bunden werden, daB die Spannungen der zwischen diesen Punkten liegenden Transformatorwindungen übereinstimmen mit den durch die Motoren erzeugten.
Der Hauptkontroller ist hier so eingerichtet und angeordnet, dass die Feldwickelungen 15, 16 der Motoren parallel geschaltet sind, wenn die Motoren als Generatoren laufen, aber wenn gewünscht, können sie auch in Reihe geschaltet sein, wie durch das untere Schema am Ende der Linie G angedeutet.
Auch die Anker können, wenn gewünscht, in Reihe geschaltet sein. Laufen die Maschinen als Motoren, so können sie dauernd in Reihe oder parallel geschaltet sein, wie durch die Schemata am unteren Ende der Linie M angedeutet, welche die Motorstellung des Kontrollers angibt.
Wenn gewünscht, können sie zuerst in Reihe und dann parallel geschaltet werden, um eine Steigerung der Geschwindigkeit herbeizuführen.
Um einen kleineren als den nach Fig. 1 erforderlichen Erregungsgenerator benützen zu können, welcher leistungsfähig genug sein muss, um die Feldwickelungen aller als Generatoren laufenden Motoren zu speisen, kann der Anker des Hilfserregungsgenerators im Nebenschluss zu den Feldwickelungen der Motoren angeordnet sein, wie Fig. 2 zeigt.
Nimmt der Kontroller dieser Figur die Stellung (J ein, so ist die Feldwickelung 13 des Erregungsgenerators w schen Punkte der Haupttransformatorwickelung 1 von entsprechend ger ; ngen Spannungsunterschied eingeschaltet und der Anker 14 des Generators liegt im Nebenschluss zu den 4'eldwickelungen 1J und 16 der Hauptmotoren. Die Anker 11 und 12 der Motoren geben an die Haupttransformator- wickelung 7 Strom durch den Kontroller 8 ab, weicher die Anschlusspunkte an letztere Wtckehmg zu regeln gestattet. Diese Schaltungen sind schematisch am unteren Ende der Linie G angedeutet.
Wenn der Kontroller in die Stellung M gebracht wird, um die Maschinen als Motoren laufen zu lassen, so treten die am unteren Ende der Linie M angedeuteten Schaltungen ein.
Wenn ein Wagen m. t mehreren treibenden Motoren ausgestaltet ist, so kann man statt einen Hilfserregungsgenerator zu benutzen einen der Motoren als Generator laufen und die Feldwickelungen der übrigen gleichfalls als Generatoren laufenden Motoren mit Strom speisen lassen. Diese Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, nach welcher, wenn die Motoren als Generatoren laufen.
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wicklung 1 an Punkten ab, die durch den Kontroller S gewählt werden können, Diese Schaltungen. welche dann platzgreifen, eun der Kontroller sich in der Stellung 6'befindet, sind am unteren Ende dieser Linie angedeutet. Man sieht natürlich, dass, da die elektromotorischen Kräfte der
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In der Praxis ist der Leistungsfaktor des an die Speiseleitung von den als Generatoren laufenden Motoren abgegebenen Stromes sehr gross (bis zu 98%). Bei der Einrichtung nach Fig. 3 können die Motoren sämtlich parallel geschaltet werden, wenn der Kontroller die Stellung 111 enunmmt oder sie können in anderer Weise geschaltet sein und ihre Zusammenschaltung kann geändert werden, um Änderungen der Ganggeschwindigkeit herbeizuführen.
In der Praxis kann es vorkommen, dass der als Erreger für die übrigen Motoren benützte Motor eine Leistung aufweist, die zur Lieferung des Erregungsstromes mehr als ausreicht. Um seine volle Leistung zu Bremszwecken ausnützen zu können, kann ein geeigneter Widerstand 21 parallel zum Anker angeordnet sein, wie Fig. 4 zeigt, der den vom Erregungsmotor erzeugten überschüssigen für die Feldwickelungen 15 und 16 der übrigen Motoren nicht erforderlichen Strom aufnimmt.
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Im Vorstehenden ist die Erfindung in ihrer Anwendung bei Reihenkollektormotoren dar- gestellt worden, sie kann aber auch bei Repulsionsmotoren z. B. Winter-Eichbergschen Motoren angewendet werden. Fig. 5 zeigt eine solche Anwendung der Erfindung ; eine Anzahl Motoren dieser Art mit Feldwicklungen 22, 23, 24 und Ankerwickelungen 25, 26, 27 sind, wenn sie als Motoren laufen sollen, parallel geschaltet. Diese Schaltung tritt ein, wenn der Kontroller die Stellung M einnimmt und ist am unteren Ende dieser Linie angedeutet. Die Motoren können als Generatoren laufen, um Strom an die Speiseleitung abzugeben, wenn der Kontroller die Stellung < ?- einnimmt. Die zugehörige Schaltung ist am unteren Ende dieser Linie angedeutet.
Der Anker 25 eines der Motoren wird mit der Haupttransformatorwickelung 1 verbunden und
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wickelung verbunden, wobei eine der Verbindungspunkte durch einen Kontroller 8 verschoben werden kann.
Nicht allein die Verwendung eines als Generator laufenden Kollektormotors in der an- gebenen Weise zur Erregung der Feldwickelung anderer als Generatoren laufender Maschinen bietet Vorteile, sondern es kann, wenn die Feldmagnetwickelung in ähnlicher Weise erregt wird, wenn die Maschine als Motor läuft, die induktive Belastung der Speiseleitung beträchtlich kleiner ausfallen, als wenn diese Wickelung unmittelbar von der Speiseleitung gespeist wird. Während
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lieferten Stromes sehr klein ist, kann man, beispielsweise durch Betrieb des Erregers mit ver- hältnismässig hoher Geschwindigkeit dahin gelangen, dass der Strom schwach ist im Vergleich zu jenem, der vom Anker zur Erregung der Feldwickelung zu liefern ist und der auch einen kleinen Leistungsfaktor hat.
Es kann so die gesamte induktive Belastung der Verteiiungsleitung kleiner
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Motors wird bei dieser Anordnung natürlich nicht beibehalten und er hat das Bestreben mit konstanter Geschwindigkeit zu laufen, man kann aber Geschwindigke : tsänderungen leicht durch Regelung der Feldstärke des Motors erzielen.
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Maschine als Motor laufen zu lassen, wenn der Kontroller 28 die Rtellung X einnimmt ; soll die Maschine als Generator laufen, so bringt man den Kontroller in die Stellung Y, wodurch der Anker 6 unmittelbar an den Transformator 1 angeschlossen wird, während die Feldwickelung Strom von einer Phasenänderungsvorrichtung 29 erhält.
Letztere besteht nach Fig. 6 aus einem beständig laufenden Induktionsmotor, von dem eine Wickelung 30 Strom unmittelbar vom Transformator 1 erhält und gegenüber der anderen Wickelung 31 derart angeordnet ist. dass die der Fedlwickelung 5 zugeführte elektromotorische Kraft von solcher Phase ist. dass die electro- J1\IJtor, sehe Kraft im Anker der Phase nach mit der elektromotorischen Kraft im Transformator 7, an den der Anker angeschlossen ist angenäbert übereinstimmt.
Man erkennt, dass die Spannung des als Generator laufenden Motors sich mit der Ge
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wickelung1verbundenwerdenkann.
Man kann auch andere Phasenänderungsvorrichtungen anwenden, beispielsweise einen synchron laufenden Motorgenerator 33 Fig. 7, wobei die auf die Generatorseite wirkende elektromotorische Kraft gegenüber der auf den Motor wirkenden so gewählt ist, dass die elektromotorische Kraft des Motorankers 6 der Phase nach mit der elektromotorischen Kraft des Transformators 1 angenähert übereinstimmt.
Man erkennt, dass bei den Einrichtungen nach Fig. 6 und 7 die Phasenänderungsvorrichtung hinreichend leistungsfähig sein muss, um der Feldwickelung den gesamten Erregerstrom zu liefern.
Um eine kleinere Phasenänderungsvorrichtung verwenden zu können als in diesen Fällen notwending ist, kann man die Anordnung nach Fig. 8 benützen, bei welcher die Feld-und die Anker- wickelung J und C des Motors dauernd in Reihenschaltung verbunden sind und die Winkelung 31 der Phasenänderungsvorrichtung 29 durch einen Schalter 35 zur Feldwickelung parallel geschaltet ist, wenn der Mutr als Generator läuft. Die Spannung, die die Phasenänderungsvorr. chtung an die Feldwickelung abgibt, kann derart geregelt werden, dass sie dem normalen oder e : nen vorbestimmten Spannungsabfall in der Feldwickelung gleich ist.
Wird also der Motor unter normalen Bedingungen als Generator laufen gelassen, so bleibt die Phasenänderungsvorrichtung im Wesentlichen unwirksam, sle gibt keinen Strom an die Feldwickelung ab und nimmt keinen davon auf. Sinkt jedoch der Ankerstrom unter die normale Stärke, so wird der Feldwickelung der mangelnde Strom durch die Phasenänderungsvorrichtung geliefert. Übersteigt dagegen der Ankerstrom den normalen Wert, so wird der Stromüberschuss an die Phasenänderunga- vorrichtung abgegeben und kann so nicht durch die Feldwickelung geben. Auf diese Weise kann die Feldstärke im Wesentlichen konstant erhalten werden.
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Circuit catfish for AC collector machines when braking.
The purpose of the present invention is to arrange Wechaelstromkollektormoten, which are used to drive cars and similar purposes, in such a way that they run as generators and can deliver current into the feed line and furthermore to switch the electromotive force that they deliver to the feed line Force has essentially the same phase as that already present in the feed line.
Born operation of Wagen u. The motors often run as brake generators, but the armature and field windings of the same are connected in series. so up to now they could not work as generators under stable conditions. In order to achieve stable or controllable operating conditions, the field strength must remain unchanged or it must be possible for the operator to change it at will, as is the case with the field strength of machines with special excitation.
If AC collector motors are used to drive carriages and the voltage acting on them is changed by changing the effective number of turns of a transformer winding connected to it, it is proposed to excite the field winding of the motors running as generators separately by connecting them directly to the transformer winding and the The field strength is regulated by changing the connection points of the field strength with the transformer winding. The armatures then deliver electricity to the feed line. However, it is desirable that the electromotive force delivered to the feed line by a motor running as a generator is essentially in the same phase. like the one already in this line.
However, as can be seen from the consideration of the phase relationships, this will not be the case if the armature and field windings are directly connected to the Wpctaelotung. Since the field winding is highly inductive, the current phase remains against the phase of the electromotive force by almost 90, while, if the motor is equipped with suitable compensation windings, the current and electromotive force in the armature have almost the same phase, so that the electromotive force Force of the armature against that of the feed line is shifted by almost 900.
There are therefore
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To derive force from such a phase and to let act on the field magnet winding of a motor running as a generator that the electromotive force delivered by the armature to the feed line has essentially the same phase as that already prevailing in the feed line.
In the drawings, FIGS. 1 through 14 illustrate, for example, embodiments of the present invention.
In Fig. 1, the winding 1 of an autotransformer receives power from a suitable alternating current source. about an overhead wire J respectively. the rail 4 and the circuit
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Since the phase of the electromotive force of the armature compared to that which acts on the field effect is shifted by almost 900, the electromotive force of the
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Bring the armature almost in line with that in the feed line if the field winding is supplied with an electromotive force which is shifted by 900 compared to that in the feed line.
For this purpose, it is proposed that the field windings of the motors running as generators be fed by a collector machine in which, as noted above, the electromotive forces in the field and armature windings are shifted by almost 90 "relative to one another.
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reached when the controller assumes the position indicated at the bottom of line G. f) The field strength of the exciter can be regulated by regulating the voltage supplied to the field winding 13 by an auxiliary controller 17, and the armatures 11 and 12 can be connected by the controller 8 to such points on the main transformer winding 1 that the voltages of the transformer windings lying between these points correspond to those generated by the motors.
The main controller is here set up and arranged so that the field windings 15, 16 of the motors are connected in parallel when the motors are running as generators, but if desired they can also be connected in series, as by the diagram below at the end of line G. indicated.
The armatures can also be connected in series if desired. If the machines run as motors, they can be permanently connected in series or in parallel, as indicated by the diagram at the bottom of line M, which indicates the motor position of the controller.
If desired, they can be connected first in series and then in parallel to increase the speed.
In order to be able to use an excitation generator smaller than the one required according to FIG. 1, which must be powerful enough to feed the field windings of all motors running as generators, the armature of the auxiliary excitation generator can be arranged in shunt to the field windings of the motors, as shown in FIG. 2 shows.
If the controller of this figure assumes the position (J, then the field winding 13 of the excitation generator is switched on at points of the main transformer winding 1 with a correspondingly small voltage difference and the armature 14 of the generator is in shunt with the 4'eld windings 1J and 16 of the main motors The armatures 11 and 12 of the motors deliver current to the main transformer winding 7 through the controller 8, which allows the connection points to be regulated to the latter. These circuits are indicated schematically at the lower end of the line G.
When the controller is moved to position M in order to run the machines as motors, the switching operations indicated at the bottom of line M occur.
When a car m. If several driving motors are designed, instead of using an auxiliary excitation generator, one of the motors can run as a generator and the field windings of the other motors, which also run as generators, can be fed with electricity. This arrangement is shown in Fig. 3, according to which when the motors are running as generators.
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winding 1 at points that can be chosen by the controller S, these circuits. which then take place when the controller is in position 6 'are indicated at the lower end of this line. You can see, of course, that since the electromotive forces of the
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In practice, the power factor of the current delivered to the feed line by the motors running as generators is very large (up to 98%). In the device of FIG. 3, the motors can all be connected in parallel when the controller is in position 111, or they can be connected in some other way and their interconnection can be altered to effect changes in speed.
In practice it can happen that the motor used as an exciter for the other motors has a power that is more than sufficient to supply the excitation current. In order to be able to use its full power for braking purposes, a suitable resistor 21 can be arranged parallel to the armature, as shown in FIG. 4, which absorbs the excess current generated by the excitation motor which is not required for the field windings 15 and 16 of the other motors.
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In the foregoing, the invention has been presented in its application in series collector motors, but it can also be used in repulsion motors, for example. B. Winter-Eichberg engines are used. Fig. 5 shows such an application of the invention; a number of motors of this type with field windings 22, 23, 24 and armature windings 25, 26, 27 are connected in parallel if they are to run as motors. This circuit occurs when the controller is in position M and is indicated at the bottom of this line. The motors can run as generators to deliver current to the feed line when the controller is in the <? - position. The associated circuit is indicated at the lower end of this line.
The armature 25 of one of the motors is connected to the main transformer winding 1 and
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winding connected, one of the connection points can be moved by a controller 8.
Not only the use of a commutator motor running as a generator in the specified manner to excite the field winding of other machines running as generators offers advantages, but the inductive load can, if the field magnet winding is excited in a similar way when the machine is running as a motor the feed line can be considerably smaller than if this winding is fed directly from the feed line. While
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The current supplied is very small, for example by operating the exciter at a relatively high speed, the current is weak compared to that which is to be supplied by the armature to excite the field winding and which also has a small power factor .
This can reduce the total inductive load on the distribution line
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The motor is of course not retained in this arrangement and it tends to run at a constant speed, but speed changes can easily be achieved by regulating the field strength of the motor.
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To run the machine as a motor when the controller 28 is in position X; if the machine is to run as a generator, move the controller to position Y, whereby the armature 6 is connected directly to the transformer 1, while the field winding receives current from a phase change device 29.
According to FIG. 6, the latter consists of a continuously running induction motor, of which one winding 30 receives current directly from the transformer 1 and is arranged in this way opposite the other winding 31. that the electromotive force supplied to the spring winding 5 is of such phase. that the electro- J1 \ IJtor, see force in the armature corresponds to the phase with the electromotive force in the transformer 7 to which the armature is connected.
It can be seen that the voltage of the motor running as a generator increases with the Ge
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winding 1 can be connected.
Other phase changing devices can also be used, for example a synchronously running motor generator 33 Fig. 7, the electromotive force acting on the generator side being selected in relation to that acting on the motor in such a way that the electromotive force of the motor armature 6 corresponds in phase with the electromotive force of the Transformer 1 approximately matches.
It can be seen that, in the devices according to FIGS. 6 and 7, the phase change device must be sufficiently powerful to supply the field winding with the entire excitation current.
In order to be able to use a smaller phase change device than is necessary in these cases, the arrangement according to FIG. 8 can be used, in which the field and armature windings J and C of the motor are continuously connected in series and the angle 31 of the phase change device 29 is connected in parallel to the field winding by a switch 35 when the Mutr is running as a generator. The voltage that the phase change device attention to the field winding can be regulated in such a way that it is equal to the normal or a predetermined voltage drop in the field winding.
If the motor is run as a generator under normal conditions, then the phase change device remains essentially ineffective, it does not deliver any current to the field winding and does not take any of it. However, if the armature current falls below the normal strength, the field winding is supplied with the insufficient current through the phase change device. If, on the other hand, the armature current exceeds the normal value, the excess current is passed on to the phase change device and cannot pass through the field winding. In this way, the field strength can be kept essentially constant.
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