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Schützensteuerung zum stufenweisen Abschalten der Anfahrwiderstände und zur Umgruppierung von mehreren Antriebsmotoren, insbesondere Fahrmotoren elektrischer
Triebfahrzeuge
Zum stufenweisen Abschalten der Anfahrwiderstände und zum Umgruppieren der in Reihenparallelschaltung arbeitenden Motoren von Gleicbstromfahrzeugen werden häufig elektromagnetische, elek- tropneumatische oder elektrohydraulische Schütze verwendet. Dabei sind grundsätzlich zwei Arten von Steuerungen bekannt.
In der einenausfiftung werden die Schütze durch eine Meisterwalze in der gewünschten Reihenfolge ein-und ausgeschaltet. Die Meisterwalze kann von Hand oder durch einen Hilfsmotor gedreht werden. Eine gegenseitige Verriegelung feindlicher Schütze (so werden schlitze bezeichnet, deren gleichzeitige
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möglich, insbesondere dann, wenn, um Schütze zu sparen, Widerstandskombinationen gebildet werden sollen.
Bei sehr schneller Drehung der Meisterwalze kann es vorkommen, dass die Schütze nicht in der vorgegebenen Reihenfolge ansprechen. Vielmehr ist es durchaus möglich, dass infolge der unterschiedlichen Anzugszeiten der Schütze die eine oder andere Stufe Uberschaltet wird.
Es ist oft erwünscht, durch Eingriff in die Steuerung den Energiefluss zu den Fahrmotoren zu schwächen und nach einer gewissen Zeit selbsttätig wieder ansteigen zu lassen, ohne dass die Meisterwalze dabei betätigt wird. Dabei soll aber nicht schlagartig die eingestellte Fahrstufe zur Wirkung kommen, sondern die Energie soll gleichmässig wieder ansteigen. Ein solcher Fall kann eintreten, wenn z. B. bei einem elektrisch gebremsten Fahrzeug eine Achse überbremst wird und ins Gleiten gerät. Dann soll durch eine Gleitmesseinrichtung der Energiefluss durch die Fahrmotoren sehr schnell verringert werden, bis das Gleiten aufhört und dann nach Möglichkeit erneut auf den ursprünglichen Wert ansteigen.
Bei einer durch eine Meisterwalze betätigten Schützensteuerung kann dieser Eingriff ohne Drehung der Meisterwalze nicht vorgenommen werden.
In der andern Ausführungsform werden die Schütze durch nur einen Auf- oder Abschaltbefehl angesteuert, u. zw. so, dass ein Hilfskontakt am ersten eingeschalteten Schütz das zweite zum Ansprechen bringt und dieses ein drittes usw. Bei dieser Ausführungsform müssen die Schütze in der richtigen Reihenfolge ansprechen, weshalb man diese Ausführung eine Folgesteuerung nennt. Das SchUtz jeder erreichten Schaltstufe wird über einen Hilfskontakt gehalten, auch wenn der Aufschaltbefehl wegfällt. Bei Folgesteuerungen können Widerstandskombinationen, bei denen einzelne Schütze während eines Schaltspiels mehrmals mit verschiedenen andern Schützen gleichzeitig eingeschaltet sein sollen, nicht oder nur mit sehr grossen Schwierigkeiten gebildet werden.
Die gegenseitige Verriegelung feindlicher SchUtze stösst auf die gleichen Schwierigkeiten wie bei der hand- oder schaltwerkgesteuerten Schützensteuerung.
Bei einer Folgesteuerung ist allerdings ein Eingriff in die Steuerung im Sinne der vorübergehenden Drosselung des Energieflusses leicht möglich und ein darauf folgendes automatisches Wiederaufschalten bereitet ebenfalls keine Schwierigkeiten.
Die Erfindung betrifft eine Schützensteuerung zum stufenweisen Abschalten der A nfahrwiderstände
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und zur Umgruppierung von mehreren Antriebsmotoren, insbesondere der Fabmmotoren filr elektrische Triebfahrzeuge. Die geschilderten Nachteile bekannter Steuerungen werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass den Schützen fur jede Fahrstufe ein Relais mit Haltekontakt vorgeschaltet ist, das über einen Arbeitskontakt und Sperrzellen die für jede Stufe erforderlichen Schütze ansteuert. Durch diese Ausführung der Steuerung wird erreicht, dass bei beliebigem, aber fest vorgegebenem Schaltprogramm die Schütze zwangsläufig in der vorgegebenen Reihenfolge schalten und dass ein willkürlicher Eingriff in den Energiefluss mit nachfolgender Wiederaufschaltung ohne weiteres möglich ist.
In den Zeichnungen Fig. 1-3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1 und 3 die Schaltung, während in Fig. 2 eine Abwicklung der Sehaltwalze gegeben ist, nach der das Schaltprogramm abgewickelt werden soll.
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild der Erfindung an Hand einer einfachen Steuerung mit vier Schützen in drei Stufen dargestellt. Die Steuerung kann durch beliebig viele Stufen und/oderSchUtze erweitert werden. Die Steuerung ist in der Ruhelage gezeichnet. Zur Steuerung gehört ein Arbeitskontakt 1, der zur Einleitung eines Steuervorganges dient und einRuhekontakt 11, der willkürlich Eingriffe in den Ablauf des Steuervorganges erlaubt. Die Anordnung besitzt Stufenrelais 31, 32, 33 mit den entsprechend bezeichneten Kontakten und Vorwiderstände 21,22, 23 bzw. 51,52, 53. Es ist angenommen, dass insgesamt vier Stufenschütze 71,72, 73,74 mit den entsprechend bezeichneten Kontakten vorhanden sind.
FUr die Fortschaltung der Steuerung ist ein Programm angenommen, das durch die Abwicklung in Fig. 2 schematisch dargestellt ist Danach sollen auf der ersten Stufe die Schütze 71,72, auf der zweiten Stufe die Schütze 71,73 und auf der dritten Stufe die Schütze 73, 74 ansprechen.
Wird der Steuerkontakt 1 geschlossen, so wird zunächst das Stufenrelais 31 über den Widerstand 21 erregt und zieht an. Über seinen Selbsthaltekontakt 311 und uen Widerstand 51 hält es sich in der Einschaltlage, auch wenn der Steuerkontakt 1 inzwischen wieder geöffnet werden sollte. Durch den Steuerkontakt 1 werden auch die Stufenrelais 32,33 zur Einschaltung vorbereitet, können aber in diesem Schaltzustand noch nicht ansprechen. Es ist nämlich die Spule des Stufenrelais 32 durch eine vor der Spule abzweigende Leitung über einen Gleichrichter 1021 und den Kontakt 711 des Stufenschützes 71 kurzgeschlossen. Ebenso ist das Stufenrelais 33 durch die vor der Spule abzweigende Leitung über den Gleichrichter 1032 und den Kontakt 721 des Stufenschützes 72 kurzgeschlossen.
Das Stufenrelais 31 spricht jedoch bei Schliessung des Steuerkontaktes 1 sofort an. Sein Kontakt 311 stellt die Selbsthaltung her. Sein Kontakt 312 stellt über den Gleichrichter 911 einen Stromkreis für die Spule des Stufenschützes 71 her. Gleichzeitig wird über den Kontakt 312 und den Gleichrichter 912 ein weiterer Stromkreis für die Spule des Stufenschützes 72 hergestellt.'
Beide Stufenschütze 71,72 sprechen an wie in Fig. 2 vorgesehen ist und schliessen ihre Kontakte 712,722 die beispielsweise im Anlassstromkreis eines nicht dargestellten Fahrmotor liegen. Gleichzeitig werden auch die Kontakte 711 und 721 aus der gezeichneten Stellung nach links umgelegt. Dadurch werden die erwähnten Kurzschlussverbindungen für die Stufenrelais 32,33 geöffnet.
Ist der Steuerkontakt l noch geschlossen oder wird er erneut geschlossen, so kann jetzt zunächst das Stufenrelais 32 ansprechen. Sein Kontakt 321 stellt die Selbsthaltung unabhängig vom Steuerkontakt 1 her. Sein Kon-
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ten 712 bzw. 732 die Starkstromkreise für irgendeinen Verbraucher, z. B. einen Fahrmotor, in der vorgesehenen Weise geschaltet. Der Kontakt 731 am Stufenschütz 73 wird durch das Ansprechen des Schützes nach links umgelegt und schliesst über die Sperrzelle 1013 die Spule des Stufenrelais 31 kurz, d. h. das Stufenrelais 31 fällt ab und damit auch das Stufenschütz 72, das von dem Stufenrelais 32 nicht mehr nacb- gespeist wird.
Ausserdem wird jetzt durch den Kontakt 731 das Stufenrelais 33 freigegeben. Ist der Steuerkontakt 1 noch geschlossen, oder wird er erneut geschlossen, so kann jetzt das Stufenrelais 33 ansprechen. Ähnlich wie auf der zweiten Stufe werden nun die Stufenschütze 73 und 74 angesteuert und durch den Hilfskontakt 741 das Stufenrelais 32 zum Abfallen gebracht, d. h. die Schaltstufe 2 wird gelöscht.
Nach diesem Prinzip können weitere etwa noch folgende Stufen angesteuert werden. Die Zahl der Stufenrelais und der Stufenschütze kann beliebig erhöht werden.
Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass die Stufenschütze 72 und 74 feindlich sind. Dies bedeutet, dass, falls das Stufenschütz 72 eingeschaltet ist, das Stufenschütz 74 keinesfalls eingeschaltet werden darf und umgekehrt, dass bei eingeschaltetem Stufenschütz 74 das Stufenschütz 72 nicht eingeschaltet werden darf.
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Was den vorerwähnten ersten Fall anbelangt, so ist die Einschaltung des Stufenschatzes 74 nur möglich, wenn das Stufenrelais 33 angezogen hat. Daher liegt die Aufgabe vor, die Erregung des Stufenrelais 33 zu verhindern, wenn und solange das Stufenschütz 72 eingeschaltet ist. Ist das Stufenschütz 72
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der vom Pluspol über den Kontakt 1, den Widerstand 23, die Leitung vor der Spule des Stufenrelais 33, den Gleichrichter 1032 und den Kontakt 721 zum Minuspol verläuft. Durch diesen Stromkreis ist die Spule des Stufenrelais 33 überbrückt, so dass es nicht ansprechen kann. Daraus folgt aber, dass auch das Stufenschütz 74 nicht ansprechen kann, solange das Stufenschütz 72 eingeschaltet ist.
Ist in dem andem möglichen Fall das Stufenschütz 74 eingeschaltet, so darf unter der Annahme feindlicher Schütze das Stufenschütz 72 keinesfalls eingeschaltet werden. Die Einschaltung des Stufenschutzes 72 ist abhängig von dem Stufenrelais 31. Es muss also die Einschaltung des Stufenrelais 31 verhindert werden, wenn und solange das Stufenschütz 74 eingeschaltet ist. Ist das Stufenschlitz 74 einge- schaltet, so befindet sich sein Kontakt 741 in der linken Stellung. Dann besteht ein Stromkreis, der vom Pluspol über den Kontakt 1, den Widerstand 21, die Leitung vor der Spule des Stufenrelais 31, den Gleichrichter 1014 und den Kontakt 741 zum Minuspol verläuft. Diesen Stromkreis überbrückt die Spule des Stufenrelais 31, so dass dieses und damit das StufenschUtz 72 nicht erregt werden kann.
In ähnlicher Weise können auch andere Verriegelungen hergestellt werden.
In einer nächsten in Fig. 1 nicht mehr dargestellten Stellung könnte definiert sein, dass dort die Stufenschütze 72,74 nicht mehr feindlich sind. Die vorstehend geschilderten Verriegelungen sind somit in der nächsten Stellung nicht mehr wirksam. Die Stufenschütze 72,74 können also gleichzeitig eingeschaltet werden, wenn es der Ablauf der Schaltvorgänge erfordert. Stattdessen können aber andere Verriegelungen vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass getrennt auf jeder Stufe eine etwa notwendige Verregelung vorgesehen werden kann.
Auch bei geschlossenem Kontakt 1, also trotzdem ein Aufschaltbefehl ansteht, kann durch Öffnen des Ruhekontaktes 11 die Steuerung jederzeit auf die Stellung Null gebracht werden und läuft nach Schliessen des Ruhekontaktes 11 selbsttätig wieder hoch, bis der Aufschaltbefehl durch den Steuerkontakt 1 aufgehoben oder die letzte Stufe erreicht ist. Dadurch kann ein willkürlicher Eingriff, z. B. durch eine Gleitschutzmesseinrichtung, ausgeübt werden.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, wie einzelne Stufenrelais willkürlich angesteuert werden können. Die Anordnung ist grundsätzlich die gleiche wie bei Fig. 1 mit den Stufenschützen 71 - 74 und den Stufenrelais 31 - 33 sowie den entsprechenden Sperrzellen. Hinzu kommen besondere Schalter I, II, III zur Ansteuerung dieser Stufen. Damit nur jeweils einer dieser Schalter betätigt werden muss, werden beispielsweise für denSchalter III die Stufenrelais 31 und 32 über Sperrzellen ebenfalls angesteuert. Dadurch wird erreicht, dass die Steuerung selbsttätig in der richtigen Reihenfolge der SchUtze abläuft. Im Zusammenhang mit dieser Art der Anwahl sind zusätzlich nur die beiden Sperrzellen 800 und 801 erforderlich.
Schaltet man beispielsweise in die Zuleitung zu diesen Schaltern I - III den Kontakt a eines Stromwächters, so kann hiedurch der Anfahrstrom auf einen Höchstwert begrenzt werden und die Steuerung läuft unter Beachtung dieses Höchstwertes in die eingestellte Stufe ein.
Ebenso wie bei der in Fig. 1 dargestellten Steuerung kann auch hier durch den Ruhekontakt 11 die Steuerung jederzeit auf Null zurückgestellt werden, wobei gewährleistet ist, dass sie nach Schliessung des Ruhekontaktes 11 selbsttätig in die bereits eingestellte Stufe zurückläuft.
Bei dem Entwurf der Steuerung kann so vorgegangen werden, dass die Steuerung durch Steuerimpulse, die kurzer sind als die Ansprechzeit der SchUtze, jedoch länger als die Ansprechzeit der Stufenrelais, so beeinflusst wird, dass sie durch jeden solchen Steuerimpuls um eine Stufe weitergeschaltet wird. Durch Wahl einer bestimmten Stufe am Fahrschalter kann diese Stufe nach Durchlaufen aller davorliegenden Stufen erreicht werden.
Die Steuerung ist nicht nur für die Fahrmotoren elektrischer Triebfahrzeuge, sondern auch für industrielle Antriebe, die nach einem bestimmten Programm gesteuert werden, in gleicher Weise anwendbar.
An Stelle der Fortschaltrelais können gegebenenfalls auch ruhende Schaltelemente wie Transistoren, Magnetverstärker und dergleichen, verwendet werden.
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