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Nutzbremsschaltung für Einphasen-Kollektormotoren
Bei Nutzbremsschaltungen für mit Einphasenstrom gespeiste Bahnfahrzeuge mit im Ankerstromkreis liegenden stromregelnden Drosselspulen ist es bekannt, zur Verbesserung des Leistungsfaktors und zur Verminderung der hierzu nötigen Mittel einen der Triebmotoren zur Erregung der übrigen Motoren heranzuziehen. Bei den bekannten Schaltungen mit Fremderregung des Erregermotors vom Transformator aus ist es zwar möglich, für eine beliebige Fahrzeuggeschwindigkeit das günstigste Spannungsdreieck von Ankerspannung, Drosselspulenspannung und Transformatorspannung herzustellen ; jedoch wird das Spannungdreieck und damit der Verlauf des Leistungsfaktors bei ändern Geschwindigkeiten ungünstig.
Diese Nutzbremsung eignet sich somit vorwiegend als Gefällebremse für konstante Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich des günstigsten Leistungsfaktors.
Es ist auch eine Nutzbremsschaltung bekannt geworden (Schweizer Patentschrift Nr. 241135), bei welcher der Erregermotor nicht fremderregt ist, sondern als Reihenschlussgenerator wirkt. Diese Erregungsart ergibt einen sehr günstigen Verlauf des Leistungsfaktors über einen grossen Geschwindigkeitsbereich und eine leichte Bremsausrüstung. Ihr Merkmal ist der mit zunehmender Geschwindigkeit abnehmende Erregerstrom. Die Bremskurve ist mechanisch unstabil und derjenigen der Luftbremse ähnlich. Die Bremskraft nimmt bei abnehmender Geschwindigkeit zu, wodurch die Bremse für Verzögerungen hervorragend geeignet ist.
Die Schaltung arbeitet mit einem generatorisch geschalteten Resonanzkreis im Feldstromkreis desErregermotors und ist infolgedessen sehr empfindlich auf Stromunterbrechungen durch Abspringen des Stromabnehmers. Bei Wiedereinlegen der Fahrdrahtspannung erregt sich der Erregermotor infolge der Resonanzschaltung nur langsam, so dass dabei sehr grosse Ausgleichsströme entstehen. Ausserdem ist die Schaltung empfindlich auf Frequenzschwankungen.
Die Nachteile der bekannten Schaltungen lassen sich, unter Beibehaltung der unstabilen Charakteristik, alle vermeiden durch eine Bremsschaltung gemäss vorliegender Erfindung, bei welcher der als Erreger wirkende Motor vom Transformator über eine Drosselspule fremderregt ist. Um die bei zunehmender Drehzahl notwendige Feldschwächung und das Abdrehen des Feldstromes im Uhrzeigersinn zu erreichen, wird erfindungsgemäss zur Summe aus Ankerspannung und einem Vielfachen der Feldspannung ein Kondensator parallelgeschaltet. Der Stromkreis Anker-Kondensator und Erregerwicklung ist motorisch geschaltet, so dass eine im Anker erzeugte EMK in der Erregung einen Strom zur Folge hat, welcher dieser Anker-EMK entgegen wirkt, ähnlich wie eine Gegenkompoundierung.
Die Anordnung und der Schaltsinn gewährleisten somit eine gute Stabilität und wirken jeder Selbsterregung entgegen.
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kraft erfolgt in bekannter Weise durch Änderung der Spannung am Stufentransformator T.
Die Drosselspule D liegt in Reihe mit dem Anker des Triebmotors 2. Bei mehreren parallelgeschalteten Motoren hat dieBremsdrosselspuleD mehrere unabhängige Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern, oder sie ist in zwei oder mehrere Spulen aufgeteilt.
Bei mehreren Motoren 2 werden deren Feldwicklungen F alle in Reihe geschaltet und von einem einzigen Motor A, F erregt. Die Feldwicklungen F sind fremderregt von der Summenspannung des Trans-
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formators T und des Ankers Ai. Die Feldwicklung F des Erregermotors A wird vom Transformator T über eine Drosselspule L erregt. Ausserdem beeinflusst der Erregertransformator mit der Primär-bzw. Sekundär-
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Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes geht aus dem Vektordiagramm Fig. 2 hervor. Die Ströme sind mit breiten leeren Pfeilen und die Spannungen mit spitzen, vollen Pfeilen dargestellt. Die stark ausgezogenen Vektoren stellen das Diagramm bei der Nenngeschwindigkeit dar, während die dünnen das Diagramm bei Maximalgeschwindigkeit und die gestrichelten dasjenige im Stillstand bilden.
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A, D,Erregerstrom des Motors 1 abzunehmen'hat. Diese Charakteristik wird durch die Kombination der Drosselspule L mit dem Kondensator erreicht. Die Ströme in der Drossel IL und der Kondensatorstrom sind im Stillstand annähernd in Phase und bilden den gestrichelt dargestellten Strom JFI.
Bei zunehmender Geschwin- digkeit drehen sich die Spannung und der Strom am Kondensator im Uhrzeigersinn, so dass der Feldstrom F sich ebenfalls dreht und kleiner wird. Die sich daraus ergebende Ortskurve der Ankerspannung A des Erre-
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chen, ist damit für einen grossen Geschwindigkeitsbereich auf einfachste Weise erfüllt.
Für den Ankerstromkreis der Bremsmotoren A, D, T ergibt sich eine Ortskurve K, bei welcher der obere Geschwindigkeitsbereich ebenfalls zusammengedrängt ist, so dass die Nutzbremse in einem grossen Geschwindigkeitsbereich unter günstigen Bedingungen, insbesondere mit einem hohen Leistungsfaktor arbeitet. Der an das Netz zurückgegebene Strom A2 schliesst mit der Spannung T am Transformator den Winkel cp ein, wobei cos Cf der Leistungsfaktor ist, unter welchem die Energie an das Netz zurückgegeben wird. Der Verlauf des Leistungsfaktors in Funktion der Geschwindigkeit ist in Fig. 3 dargestellt und zeigt den raschen Anstieg im unteren Geschwindigkeitsbereich.
Fig. 4 zeigt die Bremskurven auf den Stufen I-V. Dabei ist als Abszisse die Bremskraft Z und als Ordinate die Geschwindigkeit V aufgetragen. Mit steigender Geschwindigkeit ergibt sich demnach eine abnehmende Bremskraft. Dieser Bremsverlauf eignet sich besonders zur Kombination mit der Luftbremse.
Die Bremskraft nimmt mit steigender Speisespannung immer zu.
Die Vorteile der vorliegenden Schaltung gegenüber den bekannten Anordnungen mit ähnlichem Charakter sind die gute Stabilität der Erregerkreise, weil keine Resonanzkreise vorhanden sind und die hohe Sicherheit gegen Selbsterregungen als Folge der motorischen Schaltung von Feld und Anker des Erregermo- tors. Eine im Ankerstromkreis auftretende Spannung von netzfremder Frequenz erzeugt bei dieser Schaltung im Feld einen Strom, der so gerichtet ist, dass er im Anker eine der ersten entgegengesetzte Spannung erzeugt. Dadurch können nur vom Netz her erregte Ströme und Spannungen auftreten. Das Fehlen
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StabilitätIst die Feldwicklung F an eine Klemme des Ankers A und die Feldwicklung F an der andern Anker- klemme angeschlossen, derart, dass der Anker A zwischen beiden Wicklungen liegt, so kann der Erregertransformator in Sparschaltung ausgeführt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Im Fall, dass beide Erregerwicklungen F 1 und F2 auf der gleichen Seite des Ankers Al liegen, kann ein Erregertransformator mit zwei getrennten Wicklungen verwendet werden.
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Die Zunahme des Feldstromes kann gemäss der Erfindung in diesem Geschwindigkeitsbereich unterdrückt werden, wenn der Erregertransformator E E im entsprechenden Spannungsbereich eine gekrümmte Magnetisierungskurve aufweist.
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Reihe mit den Feldern F2 geschaltet werden. Diese Massnahme erfordert einen höheren Erregerstrom F des Erregermotors, ergibt aber gleichzeitig eine höhere Bremskraft des Erregermotors.
Ist die Spannung des Erregerstromkreises AIF2 viel kleiner als diejenige des Ankerkreises A2D, insbesondere wenn letzterer in Reihe geschaltete Anker Al enthält, so kann ein weiterer Erregertransformator parallel zum Haupttransformator T geschaltet werden, an welchem die für die Erregung der Motoren A und A passenden Spannungen abgegriffen werden können. Dieser Erregertransformator wird vorzugsweise in Sparschaltung ausgeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nutzbremsschaltung für Einphasen-Kollektormotoren, insbesondere für Triebfahrzeuge mit mehre-
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