Motorparameter

Mit Hilfe dieser drei Parameter wird eine hyperbelähnliche Kurve berechnet, die als Widerstandskurve im Dialog ersichtlich ist und als Basis zur Simulation des Antriebsverhaltens des Triebfahrzeugs dient. Diese Kurve ist typisch für Triebfahrzeuge mit Reihenschlussmotoren (auch Serie- oder Universalmotoren genannt). Diese Motoren wurden verwendet bis zum Aufkommen moderner Loks mit Asynchron-Drehstrommotoren, die eine andere Kennlinie besitzen.


Motorparameter 1
Dient zur Festlegung des Punktes, bei welcher Stufe (oder zwischen welchen Stufen) der maximale Motorstrom erreicht wird.


Motorparameter 2
Legt fest, ab welchem Punkt der Motorstrom auf der höchsten Fahrstufe zu sinken beginnt in Bezug auf eine bestimmte Geschwindigkeit.


Motorparameter 3
Bestimmt den Motorstrom, der bei maximaler Geschwindigkeit noch fliesst auf der höchsten Fahrstufe.


Soweit die trockene Theorie. Am Beispiel der Ae 610 der SBB möchte ich dies praktisch veranschaulichen. Die Lok besitzt 6 Reihenschlussmotoren.


Das Kennliniendiagramm der Lok:


Weitere bekannte Daten der Lok:

  • max. Primärstrom: 460 A
  • max. Motorstrom: 18.000 A (6 x 3.000 A)
  • max. Zugkraft: 40.000 kg = 392.4 kN (40.000 x 9.81 / 1000)


Dateneingabe im Motor-Dialog:

  • Anzahl Stufen: 27
  • Vmax: 125
  • max. Motorspannung: 502 (aus Ae 610-Diagramm rechts oben, Stufe 27)
  • Motorwirkungsgrad: 90 (Tatsächlicher Wert nicht bekannt. In der Literatur findet man Werte zw. 85-95 %. Die Lok wurde zu Beginn der 50er-Jahre des letzten Jahrhunderts konstruiert. 90% scheint angemessen.)
  • max. (elektrische) Leistung: 5600 (Aus P = U x I = 15‘000 V x 460 A ergibt sich 6900 kW. Loksim rechnet aber mit der maximalen Leistung, die am Motor anliegt nach Trafo und nach Verlusten im Motor, vor Umwandlung in mechanische Energie. Deshalb rechnen wir: max. Primärleistung, d.h., die Leistung, die maximal am Eingang des Trafos anliegen kann, multipliziert mit den beiden Wirkungsgraden Trafo und Motor, also 6‘900 kW x 0.9 x 0.9 = 5‘590, gerundet 5‘600 kW.)
  • max. Motorstrom: 18‘000 (6 x 3‘000 A. Hinweis: wenn der Knopf „Motorstrom berechnen“ gedrückt wird, rechnet Loksim den Strom nach der Formel Strom = max. Leistung / max. Spannung (I = P / U), in unserem Fall wäre das Resultat 11‘155 A, was nicht richtig ist, denn erlaubt sind 6 x 3‘000 A = 18‘000 A.)
  • Trafo-Wirkungsgrad: 90 (Trafos moderner Loks erreichen Wirkungsgrade bis 97%)
  • Oberspannung: 15‘000
  • max. Zukraft: 393


Das ergibt erst mal dieses Motorstromdiagramm:


Ein Vergleich mit dem Diagramm des Vorbilds zeigt gleich, dass zu viele Stufen nötig sind, bis der max. Motorstrom erreicht wird, genau genommen wird er gar nicht erreicht. Durch Verändern des Motorparameters 1 kann erreicht werden, dass zwischen Stufe 10 und 11 der max. Motorstrom erreicht wird wie beim Vorbild (siehe Bild unten).


In analoger Weise können die Eckpunkte 2 und 3 mit den zugehörigen Motorparametern eingestellt werden.
Die dicke rote Linie in den beiden Diagrammen kennzeichnet die Begrenzung des Motorstromes durch den maximal erlaubten Primärstrom. Sie stimmen ziemlich überein. Bei Loks, die keine Primärstrom-Einschränkung haben, fällt diese „Delle“ natürlich weg.
Es ist zu beachten, dass sich die Motorparameter 2 und 3 gegenseitig beeinflussen. Es ist deshalb meist nötig, den nicht veränderten Parameter etwas nachzuregeln, bis die Kennlinien mit dem Vorbild übereinstimmen.
Der Punkt 2 kann übrigens sowohl beim Vorbild als auch im Loksim nicht angefahren werden, da er über der Primärstrombegrenzung liegt und zudem über der Schleudergrenze.


Ein Blick auf die Leistungskennlinien zeigt ebenfalls eine gute Überreinstimmung:


Die elektrische Leistung steigt stetig an bis ca. Stufe 20 bei einer Geschwindigkeit im Bereich von etwas über 50 km/h und bleibt dann auf ihrem maximalen Wert bis zum Erreichen der Stufe 27 bei etwas über 80 km/h. Ab dort fällt die Leistung mit steigender Geschwindigkeit wieder kontinuierlich ab.


Mit den drei Motorparametern können also für klassische Stufenschalter-Triebfahrzeuge vorbildliche Kennlinien nachgebildet werden.


Ganz anders sieht es leider bei der Zugkraft-Kennlinie aus:


Während beim Vorbild die max. Zugkraft (im Stillstand) erst bei Stufe 10 erreicht wird, übersteigt beim Loksim bereits in der 3. Stufe die am Rad anliegende Zugkraft die Haftreibung und das Tfz schleudert. Beim Vorbild hat der Lokführer erst ein Problem, wenn der Zug sich nach dem Aufschalten auf Stufe 10 immer noch nicht bewegt.
Leider beruht dieser Unterschied auf einer Fehlüberlegung bei der Berechnung der Zugkraft. Ich muss erst noch abklären, welche Auswirkungen eine Korrektur dieses Fehlers auf bereits existierende Tfz hätte, bevor ich hier etwas verändere.
Auch beim Thema Schleudern sind noch Verbesserungen möglich. Diese Funktion ist heute sehr einfach „gestrickt“.


Das Verhalten bei modernen Asynchron-Drehstrommaschinen muss ich noch genauer untersuchen, da dort noch andere Faktoren hinein spielen (Kombihebel etc.). Ins Thema Diesel- und Dampflok lese ich mich noch ein, da ich von diesen Tfz sehr wenig Ahnung habe. Ich kann aber schon sagen, dass die Kennlinien der Dampfloks und der hydraulisch angetriebenen Dieselloks denjenigen der hier beschriebenen ähnlich sind. Ich studiere aber darüber nach, wie sie besser mit loktypischen Parametern nachgebildet werden könnten. Kennlinien von Dieselloks mit nicht automatischer Gangschaltung können zur Zeit nicht vorbildlich nachgebildet werden.


Gruss chloksim


(Original-Thread: Motorparameter)

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