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Sehaltungsanordnung mit Nutzbremsung unter Verwendung von Verbundmotoren, insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge..
Es ist bekannt, elektrische Fahrzeuge mit Verbundmotoren auszurüsten und die Geschwindigkeit im wesentlichen durch Änderung des Nebenschlussfeldes dieser Motoren zu regeln. Derartige Steuerungen sind für verschiedene Betriebe nicht besonders günstig, z. B. bei Bahnanlagen, welche gleichzeitig den Charakter des Stadtbetriebes und des Vorortbetriebes aufweisen, d. h. bei denen die Fahrgeschwindigkeit im Innern der Stadt sehr gering und ausserhalb der bebauten Bezirke sehr gross ist.
Das Gleiche gilt für solche Bahnanlagen, welche voneinander erheblich abweichende Streckenprofile aufweisen und bei denen es unerlässlich ist, ein starkes Drehmoment auch bei hohen Geschwindigkeiten zu erzielen. Bei allen diesen Anlagen musste man daher bisher meist auf die Verwendung von Verbundmotoren und auch auf deren Vorteile, beispielsweise die Nutzbremsung, verzichten.
Die Eifindung betrifft eine Sehaltungsanordnung mit Geschwindigkeitssteuerung mittels Verbundmotoren, bei welcher die geschilderten Nachteile der bekannten Steuerungen vermieden sind, so dass man derartige Motoren auch bei schwierigen Betliebsbedingungen verwenden kann. Die Sehaltungsanordnung gemäss der Erfindung arbeitet mit Reihen-und Parallelschaltung der Verbundmotoren, welche dadurch ermöglicht wird, dass im Augenblick des Überganges von der Reihen-zur Parallelschaltung sämtliche Motoren überwiegende oder reine Reihenschlusscharakteristik erhalten. Es ist besonders vorteilhaft, die in den Reihenstellungen als Verbundmaschinen arbeitenden Motoren in den Übergangsstellungen und in den Parallelstellungen als reine Reihenschlussmotoren zu schalten.
Während des Reihenbetriebes der Motoren ist es von Vorteil, die Felder der Reihenschlusswicklungen beispielsweise durch Legen in einen Nebenschluss (Shuntung) zu schwächen. Hiedurch wird der Vorteil erzielt, dass die Nutzbremsung durch die Reihenschlusswicklung nur mässig gedämpft wird. Von der Höchstgeschwindigkeit geht man dann zur Nutzbremsung dadurch über, dass man von den Parallelstellungen auf die Reihenstellungen zurückgeht und die Nebensehlusserregung allmählich verstärkt.
Die Stärke des'Nutzbremsstromes ist dann abhängig von dem Unterschied zwischen der Nebenschlusserregung und der Hauptschlusserregung. Auf diese Weise wird mit Nutzbremsung bis herunter zu derjenigen Geschwindigkeit gearbeitet, mit welcher bei vollem Felde noch ein Generatorbetrieb möglich ist. Diese in den Reihenstellungen der Motoren bewirkte Feldschwächung durch Shuntung der Reihenschlusswieklungen wird zweckmässig in der ersten Übergangsstellung unter Abschaltung der Nebensehlusserregung aufgehoben.
Gemäss der Erfindung können die Motoren sowohl in den Reihenstellungen als auch in den Parallelstellungen als Verbundmaschinen arbeiten und in den Übergangsstellungen als Reihenschlussmotoren geschaltet sein. Insbesondere kann, nachdem der Übergang von der Reihenschaltung zur Parallelschal-
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Geschwindigkeit fahren und insbesondere bei abschüssigem Gelände eine bestimmte Höchstgeschwindig- keit nicht überschreiten soll und ausserdem der Vorteil erzielt, dass bereits auf den Parallelstellungen auf abschüssigen Strecken ohne Eingreifen des Führers eine Energierückgewinnung (Nutzbremsung) stattfindet.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Stromstösse beim Übergang von der Reihen-zur Parallelschaltung vermieden werden. In den Reihen-und Parallelstellungen selbst kann
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die Erregung der Hauptschlusswieklungen herabgesetzt werden u. zw. gegebenenfalls um verschiedene
Beträge.
Bisher bestanden beim Übergang von der Reihen-zur Parallelschaltung bei Verwendung von
Verbundmotoren besonders aus dem Grunde Schwierigkeiten, weil bei diesen Motoren die Reihenschluss- erregungen niedrig und die Nebenschlusserregungen hoch sind. Nach der Erfindung können diese Schwierig- keiten durch Aufhebung des vorher erwähnten ungünstigen Grössenverhältnisses vermieden werden, und man kann, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, die erstrebte Wirkung auch durch einfache Schwächung der Nebenschlusserregung auf den Übergangsstellungen erzielen, so dass dann die
Reihenschlusserregung stark überwiegt. Die Hälfte der Motoren wird z.
B. kurzgeschlossen und hiebei t ihre Nebenschlusserregung geschwächt. Diese Schwächung kann sich über den gesamten Übergang er- strecken oder auch nur solange dauern, als die Motoren kurzgeschlossen sind. Gleichzeitig kann man in den Ankerstromkreis der Motoren einen Widerstand schalten. Nach Beendigung des Überganges wird die Nebenschlusserregung wieder auf den erforderlichen Wert gebracht. Durch die Erfindung wird auf diese Weise der verwickelte Aufbau der bekannten Systeme, der häufig zu Betriebsstörungen Anlass gibt, vermieden.
Bei diesen bekannten Systemen erfolgten die Übergänge auf ähnliche Weise wie oben beschrieben, d. h. durch Kurzschliessen eines Teiles der Motoren ; die Schwächung der Nebenschluss- erregung dieses Teiles der Motoren wurde jedoch bisher durch Kurzschluss der Nebenschlusswieklungen herbeigeführt, also unter unerwünschter Erhöhung der Nebenschlusserregung der andern Motoren.
Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung im Schema dargestellt.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschema einer beispielsweisen Ausführungsform mit zwei Motoren bei Reihen- schaltung, Fig. 2 dieselbe Ausführungsform nach dem Übergang auf Parallelschaltung der Motoren.
Fig. 3 zeigt die Schaltungsweise für ein anderes Sehaltungsbeispiel, bei dem die Nebenschlusswieklung während des 1Jmschaltvorganges mit geringer Erregung eingeschaltet bleibt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den z. B. positiven Pol des Netzes (Fahrleitung), 2 den Anfahrwiderstand.
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deren Nebenschlusswicklungen. Die Wendepol-und Kompensationswieklungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Falls solche vorhanden sind, kann man sie, als zu den Ankerwicklungen gehörig, mit den Ankern zusammen als Schalteinheiten 41 bzw. 42 ansehen. Parallel zu den Reihenschluss- wieklungen kann man Nebensehlusswiderstände (Shuntwiderstände) 61 bzw. 62 mittels der Schalter a und b schalten. Mit 7 ist der Regelwiderstand für die Nebenschlusserregungen bezeichnet und mit 8 der andere, z. B. negative, Pol des Netzes (Erd- bzw. Schienenanschluss).
Wird von der Stellung nach Fig. 1 ausgegangen, d. h. von der Anfangsstellung, in welcher die beiden in Reihe geschalteten Verbundmotoren in Reihe mit dem Ankervorschaltwiderstand 2 an Spannung gelegt sind, so werden nacheinander die folgenden Betriebsvorgänge verwirklicht : Die nächste Stufe wird erzielt durch Ausschaltung des Anfahrwiderstaudes 2 und Herstellung der Feldsehwächungssehal- tung der Motoren I und 11 durch Herstellung eines Nebenschlusses für die Reihensehlusswieklungen. 31 bzw. 32 mittels der Widerstände 61 bzw. 62 (Schalter a und b werden geschlossen). Durch die Feld-
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dass eine Geschwindigkeitsbegrenzung erzielt wird und während des Bremsens die Energierückgewinnung keine zu starke Dämpfung erfährt.
Nun erfolgt eine Verringerung der Nebenschlusserregung der Motoren I und II, u. zw. durch Einsehaltung des Feldregelwiderstandes 7 in einer oder mehreren Stuten.
Der nächste Schritt bedeutet die erste Phase des Überganges von der Reihen-zur Parallelschaltung. Diese wird erreicht durch Öffnen des Stromkreises des Nebensehlussfeldes beider Motoren und Wiederherstellung der vollen Reihenschlusserregung der Motoren I und II durch Öffnen der Schalter a und b zum Ausschalten der Nebenschlusswiderstände 61 und 62. Gleichzeitig erfolgt die vollständige oder teilweise Einschaltung des Anfahrwiderstandes 2. Die Motoren arbeiten nun mit reiner Reihenschlusserregung. In der zweiten Phase des Überganges erfolgt Kurzschliessen des Motors I durch tberbrücken seines Ankers 41 und der Reihenschlusswicklung 31 mittels der in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Leitung.
Hierauf erfolgt als dritte Phase des Überganges das Abschalten des Motors I und als vierte Phase des Überganges das Parallelschalten des Motors I zu dem Motor II (Fig. 2).
Der Anfahrwiderstand 2 wird nun ausgeschaltet und die Reihensehlusserregung der Motoren 7 und 77 auf einen der gewünschten Gesehwindigkeit entsprechenden Betrag gebracht durch Einschalten eines
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weiteren wirtschaflichen Geschwindigkeitsstufe, kann aber unter Umständen auch fortgelassen werden.
Wird die Sehaltwalze zurückgeführt, was man bei Reihenschlussmotoren im allgemeinen ohne Schwierigkeiten machen kann, dann setzt, nachdem die Motoren wieder in Serie geschaltet sind und die Nebenschlusserregung wieder eingeschaltet worden ist. die Nutzbremsung ein. In dieser Stellung ist die Nebenschlusserregung der Motoren I und II wieder wirksam, u. zw. unter Vorsehaltung des gesamten Nebenschlussregelwiderstandes. Die Intensität der Nutzbremsung ist abhängig von der Wahl der Nebenschluss-und Hauptschlusserregung.
Durch langsame Verstärkung der Nebensehlusserregung gelangt man zu der Schaltung, bei welcher die höchste Nebenschlusserregung vorhanden ist und die daher
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die letzte Stufe der Nutzbremsung darstellt ; auf die Nutzbremsung kann dann zur vollkommenen Ab- bremsung des Fahrzeuges die Kurzschlussbremsung folgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in der ersten Betriebsstellung mit parallelgeschalteten Motoren im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Neben- schlussfelder wirksam gemacht. Der Feldwiderstand 7 ist dabei ganz oder teilweise ausgeschaltet. Ausser- dem ist die Reihenschlusserregung durch Einsehaltung der Nebenschlusswiderstände 61 und 62 herab- gesetzt. Der Ankervorsehaltwiderstand 2 wird hierauf ausgeschaltet. Durch Einschalten des Feldregel- widerstandes 7 in einer oder mehreren Stufen wird eine Geschwindigkeitserhöhung erzielt.
Bewegt man nun den Fahrschalter zurück, so dass der Widerstand 7 wieder ausgeschaltet wird. so findet infolge der Verstärkung der Nebenschlusserregung eine Nutzbremsung statt. Beim Übergang von der Parallelschaltung auf die Reihenschaltung findet eine-kurzzeitige Unterbrechung der Nutzbremsung statt ; hierauf setzt die Nutzbremsung wieder ein und bleibt bestehen. bis der Widerstand 7 abgeschaltet ist.
Bei dieser Steuerung wird auf abschüssiger Strecke ohne Zutun des Führers, d. h. ohne Auflösung der Fahrschaltung, die Geschwindigkeit infolge der starken Nebenschlusserregung auf einen zulässigen Wert begrenzt, während gleichzeitig die Nutzbremsung selbsttätig einsetzt. Ausserdem wird eine Gleichmässigkeit der Geschwindigkeit auch bei stark wechselndem Streckenprofil erreicht.
Bei einem weiteren Schaltungsbeispiel gemäss der Erfindung hat die Nebenschlusserregung in der Stellung vor dem Übergang von der Reihen-zur Parallelschaltung der Motoren einen sehr kleinen Wert und behält diesen Wert oder einen noch geringeren während des Überganges von den Reihenstellungen auf die Parallelstellungen bei. In der Übergangsstellung wird die Reihenschlusserregung der Motoren 1 und 11 durch Ausschalten der Shuntwiderstände 61 und 62 (Öffnen der Schalter a und b) wieder auf den Höchstwert gebracht. Gleichzeitig wird den Ankern der Motoren ein Teil des Ankervorschaltwiderstandes 2 vorgeschaltet, wie Fig. 3 zeigt. Bei dieser Schaltung erfolgt das Kurzschliessen des Ankers 41 und des Hauptschlussfeldes. 31 über den gesamten Ankervorschaltwiderstand 2.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist in den Übergangsstellungen der Widerstand 2 an einer Stelle, etwa in der Mitte, mit dem Netz 1 verbunden. Er ist somit in zwei Abschnitte 21 und 22 unterteilt. In der folgenden Schaltstufe wird die Verbindung e zwischen den Motoren I und II unterbrochen, so dass der Motor I und der Teilwiderstand 22 stromlos sind. Der Motor II liegt über die gestrichelt gezeichnete Über- brückungsleitung in Reihe mit dem Teilwiderstand 21 an der Netzspannung.
Das freie Ende des Motors I wird nun mit dem Pol des Netzes (Erde) verbunden. Der Motor 7 liegt nun in Reihe mit dem Teilwiderstand 22 an der Netzspannung, während der MotorlI mit dem Teilwider-
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zueinander parallel am Netz. Es folgt das Vergrössern der Nebensehlusserregung durch Abschalten des Widerstandes 7. Diese Massnahme könnte man auch vor der Umschaltung durchführen, so dass an den Klemmen der Motoren bereits vor der Parallelschaltung eine etwa der Netzspannung entsprechende Spannung herrschen würde.
Für den Übergang von der Parallel-zur Reihenschaltung werden die im Vorstehenden angegebenen Übergangsschaltungen verwendet, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen konnte man selbstverständlich an Stelle der beiden Motoren jede beliebige Anzahl von Motoren verwenden. Die schiittweisen Umschaltungen von Serienauf Parallelschaltung beim Anfahren und von Parallel-auf Serienschaltung beim Bremsen vollziehen sich wie im Falle von zwei Motoren, entweder für Serienmotoren nach der Kurzschluss-oder nach der Überbrüekungsmethode oder für Kompoundmotoren durch die Kurzschlussmethode mit überwiegender Serienerregung, Regelung der Nebensehlusserregung der gesamten Motoren und Anordnung von geeigneten Widerständen in den Arbeitsstromkreisen.
Ebenso verhält es sieh bei der Durchführung der Widerstandsbremsung, bei der die Anker parallele oder serienparallele Gruppen bilden können, ebenso wie die Serienerregerwicklungen, wobei man jeden-
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jene durch die entsprechenden Anker, um die Stärke des Querfeldes gegenüber dem Hauptfeld herabzusetzen.
Die Erfindung kann auch bei bereits fertiggestellten Fahrzeugausrüstungen angewendet werden.
In diesem Falle braucht man lediglich die Feldwicklungen der Motoren auszuwechseln.
PATENT-ANSPRÜCHE : ]. Schaltungsanordnung mit Nutzbremsung unter Verwendung von Verbundmotoren, insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge, mit Serien-und Parallelschaltung der Motoren, dadurch gekenn- zeichnet, dass sämtliche Motoren im Augenblick des Überganges von der Serien-zur Parallelschaltung überwiegende oder reine Reihenschlusserregung erhalten.