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Verfahren zur Nutzbremsung für aus einer Wechselstromfahrleitung gespeiste
und über Stromrichter mit Gleichstrommotoren betriebene Fahrzeuge Es ist bekannt,
bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit Gleichstrom-Fahrmotoren, die über Stromrichter
aus einer Fahrleitung mit Wechselstrom gespeist werden, den Stromrichter sowohl
zur Umformung von Wechsel- in Gleichstrom als auch -beim Bremsen - von Gleich- in
Wechselstrom zu verwenden und die Bremsenergie in den Fahrdraht zurückzuliefern
(Nutzbremsung). Die Spannungsregelung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
bei beiden Betriebsarten durch Veränderung des Zündzeitpunktes des Stromrichters
mit Hilfe der Gittersteuerung.
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Da bekanntlich der Leistungsfaktor, mit dem ein Stromrichter arbeitet,
schlecht wird, wenn die Gleichstromspannung durch die Gittersteuerung stark heruntergeregelt
wird, hat man zur Verbesserung des Leistungsfaktors die Regelung durch Gittersteuerung
mit einer Spannungsregelung durch Stufentransformator auf der '\Ä.Techselstromseite
vereinigt. Dabei war nur der jeweils zwischen zwei Stufen des Stufentransformators
liegende Spannungsbereich durch eine Regelung mit Gittersteuerung zu überbrücken.
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Schließlich hat man auch eine Reihen- und Parallelschaltung der Fahrmotoren
sowie eine Feldregelung bei diesen mit in die Gesamtregelung einbezogen.
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Es sind auch Fahrtregler bekannt, bei denen alle vier Regelungsarten
in zwangläufiger Abhängigkeit voneinander angewendet werden.
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Bei allen diesen bekannten Verfahren wurde stets die Gittersteuerung
als wesentlicher Bestandteil der Regelung benutzt. Dies war schon deshalb notwendig,
weil bei der Nutzbremsung eine durch Gittersteuerung bewirkte Strombegrenzung, die
dabei mindestens sehr wünschenswert ist, nur dann möglich ist, wenn der als Wechselrichter
arbeitende Stromrichter vor dem Einsetzen der Strombegrenzung nicht voll ausgesteuert
ist.
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Nun wirkt sich aber bei einer Nutzbremsung die mit jeder Regelung
durch Gittersteuerung verbundene Verschlechterung des Leistungsfaktors mit ihren
bekannten nachteiligen Folgen besonders unangenehm aus, denn es wird dabei induktive
Blindleistung aus dem Netz entnommen, während gleichzeitig Wirkleistung in das Netz
zurückgeliefert wird. Eine Verschlechterung des Leistungsfaktors wirkt sich also
hierbei gewissermaßen in doppelter Hinsicht aus.
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Bei einem Verfahren zur Nutzbremsung für aus einer Wechselstrom-Fahrleitung
gespeiste und über Stromrichter mit Gleichstrommotoren betriebene Fahrzeuge werden
diese Nachteile nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Aussteuerung des als
Wechselrichter arbeitenden Stromrichters im ganzen Nutzbremsbereich auf den höchsten,
mit Rücksicht auf das Kippen des Wechselrichters zulässigen Wert eingestellt bleibt
und daß der Bremsstrom nur durch Feldregelung der Fahrmotoren und durch Änderung
der Anodenspannung des Stromrichters geregelt wird und daß eine zum Kippen des Wechselrichters
führende Überlastung durch eine auf die Fahrmotoren einwirkende Strombegrenzung
verhindert wird. Die unverändert gehaltene Aussteuerung des Stromrichters als Wechselrichter
kann hierbei so eingestellt werden, daß die Anoden jeweils eine sehr kurze Zeit
vor dem Augenblick zünden, in dem die Augenblickswerte der Anodenspannungen einander
gleich werden.
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Die Strombegrenzung für die Fahrmotoren wird durch eine Gegenverbundwicklung
oder eine ähnlich wirkende Anordnung erreicht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Nutzbremsung
nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt unter Weglassung aller für das Verständnis der Erfindung
nicht erforderlichen Einzelheiten die Fahrschaltung und Fig. 2 die Nutzbremsschaltung.
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Der Regeltransformator 3 steht einerseits über dem Höchststromschalter
2 und den nicht näher bezeichneten Stromabnehmer mit dem Fahrdraht 1 und andererseits
mit der Erde bzw. den Schienen in Verbindung. An die Regelwicklung des Regeltransformators
3 ist über einen nicht näher bezeichneten Stufenschalter od. dgl. der Stromrichtertransformator
4 angeschlossen, der mit seiner nicht näher bezeichneten Sekundärwicklung in üblicher
Weise über die gesteuerten Entladungsstrecken 5 und eine Glättungsdrosselspule 6
die Fahrmotoren 7-7a und 8-8a mit ihren Reihenschlußfeldwicklungen 7a und 8a speist.
Die
Gittersteuerungseinrichtung , und sonstige Regelgeräte sind in den Figuren nicht
mit dargestellt. Die Regelung im Fahrbetrieb kann sowohl durch Gittersteuerung als
auch durch deri Stufenschalter als auch durch Feldregelung ider Fahrmotoren erfolgen.
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Zur Vorbereitung der Nutzbremsung wird mit Hilfe nicht gezeichneter
Schaltgeräte die Schaltung der Fig. 2 hergestellt. Die Reihenschlußfeldwicklungen
7a und 8a der Fahrmotoren werden dabei -zweckmäßig in Reihenschaltung - an eine
Gleichstromquelle, z. B. an den Anker 10 einer mit konstanter Geschwindigkeit
angetriebenen Erregermaschine mit ihrer in üblicher Weise regelbaren Feldwicklung
11 angeschlossen, und zwar so, daß sich die Fahrmotoren beim Bremsbetrieb gegenüber
dem Fahrbetrieb umpolen, so daß also eine Umschaltung im Hauptstromkreis vermieden
wird.
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Die Erregermaschine 10-11 wird zunächst nur wenig oder gar nicht erregt.
Gleichzeitig wird die Gittersteuerung der Stromrichters auf Wechselrichterbetrieb
umgeschaltet. Die Gittersteuerung wird dabei unveränderlich, und zwar auf eine Vorzündung
eingestellt, bei der der Wechselrichter unter voller Last gerade noch nicht kippt.
Gegebenenfalls kann eine geringe stromabhängige Verschiebung des Zündzeitpunktes
vorgesehen werden, und zwar so, daß bei sinkendem Strom die Vorzündung etwas verringert
und damit der Leistungsfaktor verbessert wird. Ferner wird der Stufenschalter am
Regeltransformator 3 auf eine der Fahrgeschwindigkeit entsprechende, vorzugsweise
die höchste Spannungsstufe eingestellt.
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Zur Einleitung der Bremsung werden nach Herstellung der Bremsschaltung
die Fahrmotoren 7-7d und 8-8a mit Hilfe der Erregermaschine 10-11 erregt.
Sobald ihre Spannung dabei einen der Stellung des Stufenschalters entsprechenden
Wert überschreitet, beginnt der Stromrichter als Wechselrichter zu arbeiten, d.
h., er liefert Energie in den Fahrdraht.
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Bei abnehmender Fahrgeschwindigkeit und bei Regelung auf gleichbleibende
Bremswirkung mit Hilfe der Erregermaschine 10-11 wird diese schließlich ihre höchste
Spannung erreichen. Von nun an wird die weitere Regelung des Bremsstromes durch
Verringerung der am Regeltransformator 3 abgegriffenen Spannung vorgenommen.
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Zur Erzielung einer als Strombegrenzung wirkenden Gegenkompoundierung
der Fahrmotoren ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise
in den Stromkreis der Fahrmotoranker 7, 8 und ihrer Feldwicklungen 7a, 8a der Widerstand
12 eingeschaltet, der von den Strömen beider Stromkreise im gleichen Sinne durchflossen
wird. Eine Zunahme des Ankerstromes der Fahrmotoren bewirkt dabei eine entsprechende
Abnahme des Erregerstromes, also eine Feldschwächung, die der Zunahme des Ankerstromes
entgegenwirkt und dadurch verhindert, daß der letztere unzulässige hohe Werte annimmt.
Die Strombegrenzung kann natürlich auch in irgendeiner anderen an sich bekannten
Art und Weise erzielt werden. Sie muß nur ohne Veränderung der Aussteuerung des
Stromrichters durchgeführt werden.
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Da, wie gesagt, die Gittersteuerung des Stromrichters beim Bremsen
stets auf eine möglichst kleine Vorzündung, d. h. auf einen möglichst hohen Leistungsfaktor,
eingestellt ist, würde ein vorübergehender Ausfall der Wechselspannung, der z. B.
durch ein kurzzeitiges Abheben des Stromabnehmers vom Fahrdraht 1 entstehen kann,
sofort ein Kippen des Wechselrichters verursachen.
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Um das zu verhindern, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung
eine kleine Wechselstrommaschine 9 vorgesehen werden, die etwa an einen nicht näher
bezeichneten Abgriff des Regeltransformators 3 angeschlossen wird und in der Lage
ist, kurzzeitig als Generator zu arbeiten, den Regeltransformator unter Spannung
zu halten und damit die erforderliche Kommutierungsspannung für den Wechselrichter
zu liefern.
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Vorzugsweise wird man dazu eine Synchronmaschine verwenden. Sie wird
zweckmäßig mit starker Übererregung betrieben, so daß sie als Generator eine genügend
hohe Spannung abgibt. Natürlich können auch mehrere solcher Maschinen vorhanden
sein.
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Um die Nutzbremsung noch weicher zu gestalten, können nach einer Weiterbildung
der Erfindung Widerstände 13 in die Ankerstromkreise der Fahrmotoren eingeschaltet
werden. In diesen Widerständen wird zwar ein Teil der Bremsenergie vernichtet, sie
bieten aber den großen Vorteil, daß sie zusammen mit dem Widerstand 12 insbesondere
den Stoßkurzschlußstrom der Fahrmotoren begrenzen, der auftritt, wenn während der
Bremsung doch einmal, z. B. bei einem längeren Ausfall der Fahrdrahtspannung, der
Stromrichter kippen sollte. Diese Widerstände tragen also wesentlich zur Erhöhung
der Betriebssicherheit der Anordnung bei. Außerdem begünstigen sie eine gleichmäßige
Verteilung des Bremsstromes auf die zueinander parallel geschalteten Fahrmotoren.
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Statt der Synchronmaschine kann auch eine Asynchronmaschine mit parallel
geschaltetem Kondensator verwendet werden, der bei Ausfall der Fahrdrahtspannung
für die Selbsterregung der Maschine als Generator sorgt.
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Zur Unterstützung der Maschine kann auch ein Kondensator 14 vorgesehen
sein, der während einer Trennung der Schaltung vom Fahrdraht zur Blindstromlieferung
dient und außerdem im Normalbetrieb eine Verkürzung der Kommutierungszeit bewirkt
und dadurch eine Erhöhung des zulässigen Bremsstromes ermöglicht.
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Unter Umständen kann ein solcher Kondensator auch allein zur Aufrechterhaltung
des Wechselrichterbetrieb-es bei Stromunterbrechungen dienen.
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Zur praktischen Durchführung des Verfahrens nach des Erfindung kann
zweckmäßig ein Fahrschalter verwendet werden, in dem die Regelung der generatorischen
Fahrmotoren-Gleichspannung mit der Regelung der Transformator-Wechselspannung so
gekuppelt ist, daß beide Regelungen zwangläufig in der vorgesehenen Reihenfolge
erfolgen.