Stromsysteme

[Katana]

Um jetzt endgültig off-topic (weil Vollbahn - wir befinden uns in einem Straßenbahnboard) zu werden: Eine ähnliche Idee hats meiner Erinnerung nach in den 80er- oder 90er-Jahren für die HL-Stecken in IT gegeben: eine DC-Fahrleitung mit über 10 kV sowie Wechselrichter samt MF-Transformator am Fahrzeug. Vorteile: kleinerer Querschnitt als bei 3 kV, keine Ableitströme über die parasitären Kapazitäten, keine Spannungsabfälle an den Leitungsinduktivitäten. Dass es nicht so gekommen ist, ist wohl den Nachteilen anzulasten.

Wieder on-topic: mir scheint, dass man bei Straßen- und Lokalbahnen auch mit DC-Fahrleitung ohne Transformator ganz gut das Auslangen findet. Immerhin sind mWn Systeme bis 1500 V üblich. Vorteile bei den zuletzt genannten Ideen mit Trafo erkenne ich nicht.

Zur eigentlichen Ausgangsfrage:

Wie kommen also die IVB-Züge mit der um 150V fehlenden und die neuen Tramlink mit der ebenfalls um 150V fehlendenden Spannung zurecht?

Die kleine Spannung hat antriebstechnisch den Nachteil, dass dadurch auch die max. verfügbare Motorspannung und somit die techn. mögliche Leistung und max. Geschwindigkeit sinkt. Aber das ist eine Frage der Reserven bei der Auslegung bzw. der tatsächlich gefahrenen Geschwindigkeit. Die Frage der Auslegung gilt auch für die anderen direkt fahrleitungsabhängigen Verbraucher.

[W_E_St]

Die niedrige Frequenz von 16,7 Hz ist durch den Stand der Elektrotechnik um 1900 bedingt. Bei leistungsstarken Motoren war das Bürstenfeuer bei 50 Hz am Kommutator viel zu stark. Bei der Entwicklung des 1000 kW Motors EM 1001 für die Reihe 1042.500 musste Prof. Kleinrath von der Elin besondere technische Kunstgriffe vorsehen, um den Kommutatorverschleiß in Grenzen zu halten.

Lag das nicht eher bzw. auch daran, dass man Wechselspannungsmotoren bei geringer Frequenz noch rein über die Spannung (mit Vorschaltwiderständen) in der Geschwindigkeit regeln kann, ohne die Frequenz mit verändern zu müssen? Heutige Drehstromantriebe steuern ja Spannung und Frequenz gleichzeitig! Die ÖBB 1042 ist einerseits "etwas" leistungsstärker als ein Straßenbahntriebwagen und andererseits deutlich neuer als die hier beschriebenen Fahrzeuge.

Die WLB hatten ja auch lange Wechselstrom und die Wagen (Type 20/30) fuhren und fahren problemlos mit Gleichstrom, sind allerdings etwas ruppig im Anfahren.

Ein Vorteil von Wechselstromfahrleitungen auf längeren Strecken ist sicher, dass man Speiseleitungen mit deutlich höherer Spannung parallel führen kann und entlang der Strecke nur Trafos und keine Gleichrichter-Unterwerke braucht.

[Katana]

Die niedrige Frequenz von 16,7 Hz ist durch den Stand der Elektrotechnik um 1900 bedingt. Bei leistungsstarken Motoren war das Bürstenfeuer bei 50 Hz am Kommutator viel zu stark. Bei der Entwicklung des 1000 kW Motors EM 1001 für die Reihe 1042.500 musste Prof. Kleinrath von der Elin besondere technische Kunstgriffe vorsehen, um den Kommutatorverschleiß in Grenzen zu halten.

Lag das nicht eher bzw. auch daran, dass man Wechselspannungsmotoren bei geringer Frequenz noch rein über die Spannung (mit Vorschaltwiderständen) in der Geschwindigkeit regeln kann, ohne die Frequenz mit verändern zu müssen? Heutige Drehstromantriebe steuern ja Spannung und Frequenz gleichzeitig! Die ÖBB 1042 ist einerseits "etwas" leistungsstärker als ein Straßenbahntriebwagen und andererseits deutlich neuer als die hier beschriebenen Fahrzeuge.

Wenn du die richtigen Aussagen von nord22 zum Stand der Motortechnik vom Anfang des 20. Jhdts. mit den heutigen Drehstromantrieben in Zusammenhang bringst, kann ich das nicht nachvollziehen.
Zur Untermauerung von nord22: in "Rolf Fischer: Elektrische Maschinen, 3. Auflage (1979) / Hanser Verlag" ist im Abschnitt Einphasen-Kommutatormaschinen zu lesen:

Die Verwendung von 16 2/3 Hz anstelle von 50 Hz im Bahnbetrieb ist vor alem mit Rücksicht auf die Höhe der Transformationsspannung bzw. die Grenzleistung der Motoren erfolgt. Bei 16 2/3 Hz lassen sich bei Verwendung von eingängigen Schleifenwicklungen im Anker etwa pro Achse ca. 1200 kW Motorleistung unterbringen.

Trotz der ungünstigeren Voraussetzungen werden inzwischen auch leistungsfähige Bahnmotoren für 50 Hz gebaut [....]

[4010-freak]

Die niedrige Frequenz von 16,7 Hz ist durch den Stand der Elektrotechnik um 1900 bedingt. Bei leistungsstarken Motoren war das Bürstenfeuer bei 50 Hz am Kommutator viel zu stark. Bei der Entwicklung des 1000 kW Motors EM 1001 für die Reihe 1042.500 musste Prof. Kleinrath von der Elin besondere technische Kunstgriffe vorsehen, um den Kommutatorverschleiß in Grenzen zu halten.

Lag das nicht eher bzw. auch daran, dass man Wechselspannungsmotoren bei geringer Frequenz noch rein über die Spannung (mit Vorschaltwiderständen) in der Geschwindigkeit regeln kann, ohne die Frequenz mit verändern zu müssen? Heutige Drehstromantriebe steuern ja Spannung und Frequenz gleichzeitig!

Die Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- und Wechselstrommotoren erfolgt über die Spannung, bei Drehstrommotoren erfolgt sie über die Frequenz.



Die Drehstrommotoren haben einige Vorteile, z.B. sind sie sehr wartungsarm. Dafür ist die Ansteuerung kompliziert – die Spannung lässt sich eben leichter regulieren als die Frequenz. Stufenlos regelbare Drehstromlokomotiven gibt es auch noch nicht allzu lange (seit den 80er-Jahren).
In Einzelfällen (vor allem bei Bergbahnen, wo man von der einfachen Rückspeisung bei Drehstrommaschinen profitierte) verwendete man auch schon viel früher Drehstromsysteme – allerdings mit zwei Oberleitungen und sehr groben Fahrstufen (z.B. Gornergratbahn, CH: Die älteren Fahrzeuge können entweder mit 7 km/h oder mit 14 km/h oder mit 21 km/h fahren, schaltet der Triebfahrzeugführer auf die nächste Stufe, beschleunigt das Fahrzeug abrupt)

[W_E_St]

Die niedrige Frequenz von 16,7 Hz ist durch den Stand der Elektrotechnik um 1900 bedingt. Bei leistungsstarken Motoren war das Bürstenfeuer bei 50 Hz am Kommutator viel zu stark. Bei der Entwicklung des 1000 kW Motors EM 1001 für die Reihe 1042.500 musste Prof. Kleinrath von der Elin besondere technische Kunstgriffe vorsehen, um den Kommutatorverschleiß in Grenzen zu halten.

Lag das nicht eher bzw. auch daran, dass man Wechselspannungsmotoren bei geringer Frequenz noch rein über die Spannung (mit Vorschaltwiderständen) in der Geschwindigkeit regeln kann, ohne die Frequenz mit verändern zu müssen? Heutige Drehstromantriebe steuern ja Spannung und Frequenz gleichzeitig! Die ÖBB 1042 ist einerseits "etwas" leistungsstärker als ein Straßenbahntriebwagen und andererseits deutlich neuer als die hier beschriebenen Fahrzeuge.

Wenn du die richtigen Aussagen von nord22 zum Stand der Motortechnik vom Anfang des 20. Jhdts. mit den heutigen Drehstromantrieben in Zusammenhang bringst, kann ich das nicht nachvollziehen.

Wenn du den Beitrag genau liest wirst du sehen, dass dieser Zusammenhang nicht von mir stammt, sondern ich ihn genausowenig nachvollziehen kann. Erst schreibt er von der Technik um 1900 und dann plötzlich von der Reieh 1042.500, die zeitlich von Umrichter-Drehstromantrieben nicht mehr so weit entfernt ist. Meine Ergänzung zu Drehstromantrieben bezieht sich nur darauf, dass nach meinem Kenntnisstand Wechsel- und Drehstrommotoren bei Frequenzen > etwa 25 Hz nicht über die Spannung in der Drehzahl geregelt werden können und deren Verwendung (ohne enorme Kunstgriffe wie bei früheren ungarischen Loks) erst mit der Erfindung der Leistungselektronik möglich war.

Zur Untermauerung von nord22: in "Rolf Fischer: Elektrische Maschinen, 3. Auflage (1979) / Hanser Verlag" ist im Abschnitt Einphasen-Kommutatormaschinen zu lesen:

Die Verwendung von 16 2/3 Hz anstelle von 50 Hz im Bahnbetrieb ist vor alem mit Rücksicht auf die Höhe der Transformationsspannung bzw. die Grenzleistung der Motoren erfolgt. Bei 16 2/3 Hz lassen sich bei Verwendung von eingängigen Schleifenwicklungen im Anker etwa pro Achse ca. 1200 kW Motorleistung unterbringen.

Trotz der ungünstigeren Voraussetzungen werden inzwischen auch leistungsfähige Bahnmotoren für 50 Hz gebaut [....]

Auch Fach-Autoren können irren. Ich halte es durchaus für möglich, dass das EIN Faktor war, aber sicher nicht der einzige.

Lag das nicht eher bzw. auch daran, dass man Wechselspannungsmotoren bei geringer Frequenz noch rein über die Spannung (mit Vorschaltwiderständen) in der Geschwindigkeit regeln kann, ohne die Frequenz mit verändern zu müssen? Heutige Drehstromantriebe steuern ja Spannung und Frequenz gleichzeitig!

Die Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- und Wechselstrommotoren erfolgt über die Spannung, bei Drehstrommotoren erfolgt sie über die Frequenz.

Das stimmt so nicht, auch Wechselstrommotoren sind normalerweise von der Drehzahl starr an die Netzfrequenz gebunden, entweder synchron (sie laufen immer mit der fix errechenbaren Synchrondrehzahl abhängig von der Anzahl der Motorwicklungen und der Frequenz, z.B. bei einem Polpaar und 50 Hz 3000 Umdrehungen pro Minute) oder asynchron (Synchrondrehzahl minus einem mehr oder weniger fixen Wert, genannt "Schlupf", bei gleichen Voraussetzungen wie im oberen Beispiel wenn mich meine Erinnerung nicht trügt ungefähr 2800 Umdrehungen/min). Bei niedrigen Frequenzen kann man aber noch über die Spannung brauchbar die Drehzahl beeinflussen, bei höheren Frequenzen sinkt nur die Leistung bei steigender Stromaufnahme, sprich der Motor brennt bei Unterspannung unter Last  irgendwann ab.

[leofink]

Die Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- und Wechselstrommotoren erfolgt über die Spannung, bei Drehstrommotoren erfolgt sie über die Frequenz.


Das stimmt so nicht, auch Wechselstrommotoren sind normalerweise von der Drehzahl starr an die Netzfrequenz gebunden, entweder synchron (sie laufen immer mit der fix errechenbaren Synchrondrehzahl abhängig von der Anzahl der Motorwicklungen und der Frequenz, z.B. bei einem Polpaar und 50 Hz 3000 Umdrehungen pro Minute) oder asynchron (Synchrondrehzahl minus einem mehr oder weniger fixen Wert, genannt "Schlupf", bei gleichen Voraussetzungen wie im oberen Beispiel wenn mich meine Erinnerung nicht trügt ungefähr 2800 Umdrehungen/min). Bei niedrigen Frequenzen kann man aber noch über die Spannung brauchbar die Drehzahl beeinflussen, bei höheren Frequenzen sinkt nur die Leistung bei steigender Stromaufnahme, sprich der Motor brennt bei Unterspannung unter Last  irgendwann ab.

Hallo
Ich rate dir zu folgendem Fachbuch:
http://www.springer.com/de/book/9783642452260
Hier wird der Traktionsmotor gut erklärt.
Und wenn Du's noch genauer wissen willst:
http://www.springer.com/gp/book/9783709143803
Sollte in einer technischen Bibliothek heute noch vorhanden sein.

Dann bist Du schnell von Deiner Meinung, dass der Einphasen Seriemotor mit seiner Drehzahlsteuerung in irgendeiner Form von der Frequenz abhängig ist, geheilt.

Und hier die Beschreibung der Re 4/4 II der SBB. In den Schemas siehst du, dass die Regelung des Motors rein durch die Spannung erfolgt.

http://www.e-periodica.ch/digbib/view?rid=sbz-002:1970:88::271#2382

Gruss Leo

[4010-freak]

Die Drehzahlsteuerung von Gleichstrom- und Wechselstrommotoren erfolgt über die Spannung, bei Drehstrommotoren erfolgt sie über die Frequenz.

Das stimmt so nicht, auch Wechselstrommotoren sind normalerweise von der Drehzahl starr an die Netzfrequenz gebunden, entweder synchron (sie laufen immer mit der fix errechenbaren Synchrondrehzahl abhängig von der Anzahl der Motorwicklungen und der Frequenz, z.B. bei einem Polpaar und 50 Hz 3000 Umdrehungen pro Minute) oder asynchron (Synchrondrehzahl minus einem mehr oder weniger fixen Wert, genannt "Schlupf", bei gleichen Voraussetzungen wie im oberen Beispiel wenn mich meine Erinnerung nicht trügt ungefähr 2800 Umdrehungen/min).

Ok. Im Grunde hast du ja Recht, da auch Drehstrom in die Kategorie Wechselstrom fällt und daher Drehstrommaschinen eigentlich auch Wechselstrommaschinen sind. Auch wenn es eher unüblich ist, dass man ein Dreiphasen-Wechselstromsystem (Drehstromsystem) als Wechselstrom bezeichnet wenn man parallel dazu ein Einphasen-Wechselstromsystem betrachtet – da wird, um solchen Missverständnissen vorzubeugen, das Einphasensystem als Wechselstromsystem und das Dreiphasensystem als Drehstromsystem bezeichnet.

Ich meinte jedenfalls die "klassischen" Einphasenwechselstrommotoren – und da ist die Drehzahl von der Spannung und nicht von der Frequenz abhängig.

[4498]

Ich meinte jedenfalls die "klassischen" Einphasenwechselstrommotoren – und da ist die Drehzahl von der Spannung und nicht von der Frequenz abhängig.

Dass die Drehzahl von der Spannung abhängt, halte ich für ein Gerücht. Wenn so etwas wie die Badner Bahn mit 30km/h eine Systemtrennstelle überfährt, ändert sich nicht die Drehzahl, wohl aber die Spannung. Und die Spannung am Fahrdraht ist sowieso irrelevant, da sie nicht an die Motoren kommt. Welche Spannung am Motor anliegt, hängt davon ab, wie viel an den Vorwiderständen abfällt, das ist wiederum gemäß Ohm davon abhängig, wieviel Strom durch die Vorwiderstände und damit die Motoren fließt, und der Strom durch die Motoren hängt wiederum von der anliegenden Spannung und der Drehzahl ab ... da ist offensichtlich ein Gleichungssystem zu lösen. Und die Leistung des Motors (Spannung am Motor mal Stromstärke minus Verluste) dividiert durch die Drehzahl ist das Antriebsmoment, und dieses Antriebsmoment bzw. die auf die Schiene gebrachte Kraft vermindert um die sonstigen Kräfte (Verluste, bergauf, bergab) ist, dividiert durch die Masse des Zuges die Beschleunigung, also die Drehzahländerung. Just my 2 cents.

Die klassischen Einphasenwechselstrommotoren sind vom Grundprinzip her Gleichstrom-Reihenschlussmaschinen, wie wir sie vom Straßenbahnbetrieb her kennen. Die 16 2/3 Hz unserer Bahn sind, soweit ich das weiß, damals ein Kompromiss zwischen Transformierbarkeit (Versorgungsmöglichkeit) und Einsatzmöglichkeit von Reihenschlussmaschinen gewesen - diese Maschinen zeichnen sich ja durch ein starkes Anfahrmoment aus.

Ganz trivial ist der Einsatz von (Gleichstrom)-Reihenschlussmaschinen mit Wechselstrom natürlich nicht, das wurde hier ...

Die niedrige Frequenz von 16,7 Hz ist durch den Stand der Elektrotechnik um 1900 bedingt. Bei leistungsstarken Motoren war das Bürstenfeuer bei 50 Hz am Kommutator viel zu stark. Bei der Entwicklung des 1000 kW Motors EM 1001 für die Reihe 1042.500 musste Prof. Kleinrath von der Elin besondere technische Kunstgriffe vorsehen, um den Kommutatorverschleiß in Grenzen zu halten.

... aber schon erwähnt.

600 oder 750V sind nicht so dramatisch. Es gibt auch schon länger Überlegungen, im Wiener Straßenbahnnetz auf 750V zu erhöhen. M.W. plant man dies, wenn die E1 weg sind. Auf der Badner Bahn waren ja sogar schon wiederholt (Straßenbahn-)Oldtimer unterwegs.

Mit den Oldtimern ist es, wie mit einem E1 auch, kein Problem, dort schaltet man einfach von Parallel auf Serie und gut ist.

Muss man doch nicht, entscheidend ist der maximal erlaubte Motorstrom. Einfach langsamer aufschalten, und gut ists. Das macht der normale "gute" Fahrer sowieso automatisch, denn Motorstrom und Antriebsmoment hängen ja zusammen (meiner Erinnerung nach ist das Drehmoment proportional zum Quadrat des Motorstroms).

[Linie 41]

Gemeint ist wohl, daß die maximale Drehzahl von der Spannung abhängt (und da natürlich die maximale Motorspannung und nicht die Fahrdrahtspannung).

[leofink]

Dass die Drehzahl von der Spannung abhängt, halte ich für ein Gerücht. Wenn so etwas wie die Badner Bahn mit 30km/h eine Systemtrennstelle überfährt, ändert sich nicht die Drehzahl, wohl aber die Spannung. Und die Spannung am Fahrdraht ist sowieso irrelevant, da sie nicht an die Motoren kommt. Welche Spannung am Motor anliegt, hängt davon ab, wie viel an den Vorwiderständen abfällt, das ist wiederum gemäß Ohm davon abhängig, wieviel Strom durch die Vorwiderstände und damit die Motoren fließt, und der Strom durch die Motoren hängt wiederum von der anliegenden Spannung und der Drehzahl ab ... da ist offensichtlich ein Gleichungssystem zu lösen. Und die Leistung des Motors (Spannung am Motor mal Stromstärke minus Verluste) dividiert durch die Drehzahl ist das Antriebsmoment, und dieses Antriebsmoment bzw. die auf die Schiene gebrachte Kraft vermindert um die sonstigen Kräfte (Verluste, bergauf, bergab) ist, dividiert durch die Masse des Zuges die Beschleunigung, also die Drehzahländerung. Just my 2 cents.

Hallo
Ich kenne keine Spannungstrennstelle, bei denen man mit eingeschalteten Fahrmotoren durchfährt.

Das Argument mit den Widerständen zieht auch nicht: Lässt sich ganz einfach mit der Ohmschen Formel beweisen:
U=R*I, oder umgestaltet: I = U/R: Wenn du die Spannung verdoppelst, bei gleichem Widerstand, hast du auch den doppelten Strom.
Da der Strom bekanntlich proportional zur Zugkraft ist, bekommt das Fahrzeug einen gewaltigen Tritt in den Hintern.
Lässt sich auch durch die Leistungsformel nachweisen: P=U*I: Wenn sich der Strom verdoppelt, verdoppelt sich auch die Leistung.
Abgesehen davon, wäre es auch nicht besonders geschickt, wenn der Stromabnehmer die Netze überbrückt: Hohe Ausgleichsströme und Lichtbögen wären die Folge.
Darum ist immer ein stromloses Stück Fahrleitung eingeschaltet, das mindestens so lang sein muss, wie die breiteste Stromabnehmerpalette ist.
Hier zum Beispiel gut sichtbar, das ca. 5 Meter lange Stück, das abgetrennt ist. In Zürich Rehalp, wo die Forchbahn von 1200 auf 600 Volt der VBZ wechselt.
https://www.google.ch/maps/@47.3510699,8.5828441,3a,45.3y,357.05h,101.32t/data=!3m4!1e1!3m2!1sslpdApIckM0ucarwh1FiNw!2e0

Unten habe ich noch ein Schema der Ae4/7 BBC dazugelegt. Dort sind die Spannungen angegeben.
Gruss Leo

[4498]

Ich kenne keine Spannungstrennstelle, bei denen man mit eingeschalteten Fahrmotoren durchfährt.

Das habe ich nicht behauptet. Das Beispiel war vielleicht etwas unpassend. Gemeint habe ich nur (Badner Bahn zum Beispiel), dass ich vor dem Trenner 30 km/h auf 600 Volt fahre und nach dem Trenner mit 850 Volt und sich daher nichts ändert. Das Beispiel ist schlecht, weil die leerlaufenden Maschinen sowieso nicht mitkriegen, was sich oben am Fahrdraht tut.

Das Argument mit den Widerständen zieht auch nicht: Lässt sich ganz einfach mit der Ohmschen Formel beweisen:
U=R*I, oder umgestaltet: I = U/R: Wenn du die Spannung verdoppelst, bei gleichem Widerstand, hast du auch den doppelten Strom.

Das Problem mit dem Ohmschen Gesetz ist es, dass es nur am Ohmschen Widerstand gilt. Motoren können niemals als ohmsche Widerstände betrachtet werden.

Da der Strom bekanntlich proportional zur Zugkraft ist, bekommt das Fahrzeug einen gewaltigen Tritt in den Hintern.
Lässt sich auch durch die Leistungsformel nachweisen: P=U*I: Wenn sich der Strom verdoppelt, verdoppelt sich auch die Leistung.

Da ist jetzt ein Fehler in Deiner Betrachtung. Gerade vorhin schreibst Du von einer Spannugsverdopplung, die zu einer Stromverdopplung führt. Am reinen ohmschen Widerstand ist das auch richtig. Nur: Doppelte Spannung und doppelte Stromstärke bedeutet nach P=U*I doch nicht zweifache, sondern vierfache Leistung. Das sieht man auch, wenn man die beiden Formeln kombiniert, da ergibt sich entweder P=U²/R oder P=I²*R.

Abgesehen davon, wäre es auch nicht besonders geschickt, wenn der Stromabnehmer die Netze überbrückt: Hohe Ausgleichsströme und Lichtbögen wären die Folge.
Darum ist immer ein stromloses Stück Fahrleitung eingeschaltet, das mindestens so lang sein muss, wie die breiteste Stromabnehmerpalette ist.
Hier zum Beispiel gut sichtbar, das ca. 5 Meter lange Stück, das abgetrennt ist. In Zürich Rehalp, wo die Forchbahn von 1200 auf 600 Volt der VBZ wechselt.
https://www.google.ch/maps/@47.3510699,8.5828441,3a,45.3y,357.05h,101.32t/data=!3m4!1e1!3m2!1sslpdApIckM0ucarwh1FiNw!2e0

Das ist klar. Deine Äußerung ist vielleicht auf mein blödes Beispiel zurückzuführen. Tut mir leid.

Man kann bei jedem Zweipol, also auch bei einem Motor einen Ohmschen Widerstand angeben. Das betrifft aber nur einen momentanen Arbeitspunkt. Man misst Strom und Spannung zwischen zwei Polen, dividiert die beiden Zahlen durcheinander durch.

Nehmen wir als einfaches Beispiel einen voll ausgeschalteten Straßenbahnwagen her. Spannung am Zweipol "Motorensystem" ist Fahrdrahtspannung. Der Wagen wird weiter beschleunigen. Der Strom sinkt, damit auch die Leistung. Die rechnerische Größe "ohmscher Widerstand" wird mit steigender Drehzahl größer.

Unten habe ich noch ein Schema der Ae4/7 BBC dazugelegt. Dort sind die Spannungen angegeben.

Aha. Jetzt verstehe ich, was Du meinst. Ich sehe hier auf den ersten Blick keine Vorwiderstände wie bei der Straßenbahn, sondern Abgriffe auf der Sekundärspule eines Trafos. Da kann ich auf der Sekundärseite in Abhängigkeit der Wendungszahlen Spannungen definieren, die auch - im Idealfall - unabhängig von der aufgenommenen Stromstärke und damit vom Betriebszustand der Motoren sind. Damit gilt: Fahrstufe ist gleich anliegende Spannung an den Motoren.

Das Wesen von Fahrstufen ist es aber, dass sie zum Beschleunigen verwendet werden. Einer Fahrstufe eine Geschwindigkeit zuordnen geht auch hier nicht.

[leofink]

Ich kenne keine Spannungstrennstelle, bei denen man mit eingeschalteten Fahrmotoren durchfährt.

Das habe ich nicht behauptet. Das Beispiel war vielleicht etwas unpassend. Gemeint habe ich nur (Badner Bahn zum Beispiel), dass ich vor dem Trenner 30 km/h auf 600 Volt fahre und nach dem Trenner mit 850 Volt und sich daher nichts ändert. Das Beispiel ist schlecht, weil die leerlaufenden Maschinen sowieso nicht mitkriegen, was sich oben am Fahrdraht tut.

Das Problem mit dem Ohmschen Gesetz ist es, dass es nur am Ohmschen Widerstand gilt. Motoren können niemals als ohmsche Widerstände betrachtet werden.

Es geht um den Vorschaltwiderstand, der ein reiner ohmscher Widerstand ist! In dem Moment wo der Motor mit der Drehzahl X dreht bleibt auch der Schweinwiderstand des Motor gleich, da die Gegen-EMK nicht ändert. Kommt nun die doppelte Spannung, so ist für den Moment die Stromstärke entsprechen höher. Was nachher passiert, steht auf einem andern Blatt.

Da der Strom bekanntlich proportional zur Zugkraft ist, bekommt das Fahrzeug einen gewaltigen Tritt in den Hintern.
Lässt sich auch durch die Leistungsformel nachweisen: P=U*I: Wenn sich der Strom verdoppelt, verdoppelt sich auch die Leistung.

Da ist jetzt ein Fehler in Deiner Betrachtung. Gerade vorhin schreibst Du von einer Spannugsverdopplung, die zu einer Stromverdopplung führt. Am reinen ohmschen Widerstand ist das auch richtig. Nur: Doppelte Spannung und doppelte Stromstärke bedeutet nach P=U*I doch nicht zweifache, sondern vierfache Leistung. Das sieht man auch, wenn man die beiden Formeln kombiniert, da ergibt sich entweder P=U²/R oder P=I²*R.

Ja, sorry, da hast Du recht. Aber: dementsprechend grösser fällt der Tritt in den Hintern aus. 

Man kann bei jedem Zweipol, also auch bei einem Motor einen Ohmschen Widerstand angeben. Das betrifft aber nur einen momentanen Arbeitspunkt. Man misst Strom und Spannung zwischen zwei Polen, dividiert die beiden Zahlen durcheinander durch.

Nehmen wir als einfaches Beispiel einen voll ausgeschalteten Straßenbahnwagen her. Spannung am Zweipol "Motorensystem" ist Fahrdrahtspannung. Der Wagen wird weiter beschleunigen. Der Strom sinkt, damit auch die Leistung. Die rechnerische Größe "ohmscher Widerstand" wird mit steigender Drehzahl größer.

Ja und gerade deswegen, bekommst du beim überfahren einer Spannungstrennstelle, in Richtung höhere Spannung einen mächtigen Impuls, wenn du nichts an der Schaltung änderst. Entweder muss die Fahrstufe nach unten angepasst werden, oder die Motoren müssen umgruppiert werden.

Unten habe ich noch ein Schema der Ae4/7 BBC dazugelegt. Dort sind die Spannungen angegeben.

Aha. Jetzt verstehe ich, was Du meinst. Ich sehe hier auf den ersten Blick keine Vorwiderstände wie bei der Straßenbahn, sondern Abgriffe auf der Sekundärspule eines Trafos. Da kann ich auf der Sekundärseite in Abhängigkeit der Wendungszahlen Spannungen definieren, die auch - im Idealfall - unabhängig von der aufgenommenen Stromstärke und damit vom Betriebszustand der Motoren sind. Damit gilt: Fahrstufe ist gleich anliegende Spannung an den Motoren.

Das Wesen von Fahrstufen ist es aber, dass sie zum Beschleunigen verwendet werden. Einer Fahrstufe eine Geschwindigkeit zuordnen geht auch hier nicht.

Der Vorwiderstand hat in Etwa dieselbe Funktion wie der Trafo, nämlich die Spannung an den Polklemmen des Motors herunter zu setzen. Nur geschieht dies nicht verlustfrei.
Im Übrigen werden die Fahrstufen auch zum Konstant halten der Geschwindigkeit benützt. Kein Fahrzeug, Vielleicht Zahnradbahnen ausgenommen, fährt immer auf der grössten Stufe bzw mit voll ausgesteuerter Elektronik. Heute mit den Chopper- und Drehstromantrieben mehr denn weniger.

Natürlich kann man keine absolute Geschwindigkeit, jeder Stufe, sei sie nun durch Trafo, oder durch Vorwiderstand erzeugt, zuordnen.
Schliesslich ändern sich die Fahrwiderstände laufend.
Was man aber kann ist jeder Stufe eine Zugkraft - Drehzahl- bzw. Geschwindigkeits- Kennlinie zuordnen. So wie das hier auf Seite 4.2-8 für die 32 Stufen der Re 6/6 geschieht:
https://documents.epfl.ch/groups/t/tr/traction/www/documents/ZusammET.pdf

Dasselbe lässt sich auch für jede Widerstandsstufe auf Gleichstrom durchführen.

Aber im Prinzip sind wir uns ziemlich einig :-)
Gruss Leo

MOD-EDIT: Zitatverschachtelung korrigiert. Bitte achte auf korrekte Zitierweise. Die Zitate müssen so verschachtelt sein, dass der Text deines Postings nicht im eingerückten Teil steht. Die Vorschaufunktion hilft dir dabei.

[W_E_St]

Das Problem mit dem Ohmschen Gesetz ist es, dass es nur am Ohmschen Widerstand gilt. Motoren können niemals als ohmsche Widerstände betrachtet werden.

Gleichstrommotoren schon annähernd, da gibt es keinen induktiven Blindwiderstand und ähnlich nette Dinge.

[invisible]

Das Problem mit dem Ohmschen Gesetz ist es, dass es nur am Ohmschen Widerstand gilt. Motoren können niemals als ohmsche Widerstände betrachtet werden.

Gleichstrommotoren schon annähernd, da gibt es keinen induktiven Blindwiderstand und ähnlich nette Dinge.

ET ist bei mir schon eine Zeitlang her, aber hat man nicht durch die Kommutierung intern einen Wechselstrom durch die Motorwicklung und damit automatisch einen Blindwiderstand?

[W_E_St]

Das Problem mit dem Ohmschen Gesetz ist es, dass es nur am Ohmschen Widerstand gilt. Motoren können niemals als ohmsche Widerstände betrachtet werden.

Gleichstrommotoren schon annähernd, da gibt es keinen induktiven Blindwiderstand und ähnlich nette Dinge.

ET ist bei mir schon eine Zeitlang her, aber hat man nicht durch die Kommutierung intern einen Wechselstrom durch die Motorwicklung und damit automatisch einen Blindwiderstand?

Puh, langsam wirds kompliziert... weiß ich ehrlich gesagt auch nicht!