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Schaltungsanordnung für ein elektrisches Triebfahrzeug mit Umformersatz
Die Erfindung bezieht sich auf die Schaltungsanordnung für ein elektrisches Triebfahrzeug
mit Umformersatz, dessen Generator von einem aus dem Netz gespeisten Synchronmotor
angetrieben wird. Mit einem Umformersatz ausgerüstete Triebfahrzeuge sind beispielsweise
bereits in Form von Einphasengleichstrom-Umformerlokomotiven bekannt geworden, wobei
synchron laufende Umformer verwendet sind, die die Fahrmotoren speisen, und wobei
weiter eine Nutzbremsung mit Fremderregung der Fahrmotoren vorgesehen ist, wobei
das Spannungsgleichgewicht zwischen Steuergeneratoren und Fahrmotoren bei der Einleitung
der Nutzbremsung mit Hilfe eines Spannungsmessers angezeigt wird.
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Triebfahrzeuge, bei denen ein von einem Svnchronmotor angetriebener
Umformersatz angewendet ist, haben sich auch für Abraumlokomotiv en in Tagebau-Bergwerken
gut bewährt. Gerade für solche Fahrzeuge ist jedoch der Aufwand an Schaltgeräten
verhältnismäßig groß, um so mehr, als beim Bremsen verhältnismäßig hohe Ströme zu
schalten sind.
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Nach der Erfindung kann der Aufwand an Schaltgeräten bei einer Schaltungsanordnung
für ein elektrisches Triebfahrzeug mit einem Umformersatz, dessen Generator von
einem aus dem Netz gespeisten Synchronmotor angetrieben wird, wobei die Fahrmotoren
während des -Nutzbremsbetriebes durch eine von der Umformergruppe angetriebene Hilfserregermaschine
fremderregt werden und die Umschaltung auf Nutzbremsbetrieb bei Gleichheit der Spannungen
erfolgt, die von den Fahrmotoren einerseits und dem Generator des Umformersatzes
andererseits erzeugt werden, erheblich herabgesetzt werden, indem gemäß der Erfindung
für die Umschaltung eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die zunächst in einer
Zwischenstellung dem Umformergenerator eine der Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionale
Grunderregung aufdrückt und nach einer für den Aufbau dieser Erregung ausreichenden
Zeit den Bremsstromkreis über die Fahrmotoren schließt, worauf die Regelung der
Bremsung mit Hilfe einer der Grunderregung entgegenwirkenden, veränderlichen Zusatzerregung
erfolgt. Dank der neuen Ausbildung ist die Anordnung einer besonderen Bremserregermaschine
nicht erforderlich; bei solchen Triebfahrzeugen können beispielsweise die ohnehin
vorhandenen und bisher nur für den Verholbetrieb verwendeten Erregermaschinen herangezogen
werden. Durch die konstante Erregung der Fahrmotoren ist deren Anker-EMK nahezu
direkt proportional der Fahrgeschwindigkeit, wenn von der Sättigung abgesehen wird.
Diese Anker-EMK der Fahrmotoren wird nun nach der weiteren Erfindung zur Erregung
des Umformergenerators herangezogen. Damit ist aber diese Generatorerregung ebenfalls
direkt proportional der Geschwindigkeit der Fahrmotoren, so daß auch die Generator-EMK
annähernd proportional der Fahrgeschwindigkeit wird.
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In diesem Erregerstromkreis des Umformer generators kann noch ein
Justierwiderstand vorgesehen werden, durch den der Erregerstrom des Umformergenerators
für den jeweiligen Maschinensatz einmalig so eingestellt werden kann, daß die Generator-EMK
möglichst weitgehend der Fahrmotoren-EMK angepaßt, aber entgegengesetzt zu ihr gerichtet
ist. Sind nun noch Mittel vorgesehen, durch die die Umschaltung des Ankerstromkreises
der Fahrmotoren vom Fahrbetrieb auf Bremsbetrieb zeit- oder spannungsabhängig dann
erfolgt, wenn die zum Aufbau des Generatorfeldes erforderliche Zeit verstrichen
ist, die Generator-EMK also annähernd gleich der Fahrmotoren-EMK ist, so kann eine
nahezu stromlose, also stoßfreie Umschaltung der Fahrmotoren vom Fahr- auf den Bremsbetrieb
erreicht werden, so daß einfache Schaltmittel verwendet werden können. Dadurch,
daß sowohl die Anker-EMK der Fahrmotoren als auch diejenige des Umformergenerators
direkt proportional der Fahrgeschwindigkeit sind, ergibt sich, daß die stoßfreie
Umschaltung vom Fahr- auf den Bremsbetrieb unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit
erfolgen kann.
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Zur Bremsung ist es nun erforderlich, das Spannungsgleichgewicht zwischen
der Anker-EMK der Fahrmotoren und derjenigen des Umformergenerators so aufzuheben,
daß die Fahrmotoren-EMK gegenüber der Generator-EMK überwiegt, so daß also ein Bremsstrom
fließen kann, der über den Umformersatz Leistung in das Fahrleitungsnetz
zurückgibt.
Zur Störung dieses Spannungsgleichgewichtes zwischen der EMK der Fahrmotoren und
der des Umformergenerators wird vorteilhaft im Umformergenerator eine zweite Erregerwicklung
vorgesehen, die wie die Erregerwicklung der Fahrmotoren von der Spannung der Bremserregermaschine
gespeist wird. Diese zweite Erregerwicklung wird zweckmäßig wesentlich kleiner ausgelegt
als die Haupterregerwicklung. Um die Bremsstromstärke verändern zu können, kann
dieser zweite Erregerstromkreis durch den Fahrschalter regelbar sein. Die zweite
Erregerwicklung muß natürlich so angeordnet sein, daß das resultierende Feld der
beiden Erregerwicklungen mit zunehmender Stärke der Erregung der zweiten Erregerzvicl~lung
kleiner wird, so daß ein Bremsstrom fließen kann. Da die Anker-EMK des Umformergenerators,
hervorgerufen durch die von der Fahrmotor-EMK gespeiste Haupterregerwicklung, ebenso
wie die EMK der Fahrmotoren direkt -proportional der Fahrgeschwindigkeit ist, wird
durch diese Anordnung nach der Erfindung in einer vorbestimmten Stellung der Fahrschalterwalze
eine .bei jeder Geschwindigkeit konstante Bremsverzögerung bewirkt.
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Im folgenden sei die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Der Sv nchronmotor 2 des Umformersatzes wird aus dem Fahrleitungsnetz
1 gespeist und durch den Drehstrommotor 2 a angeworfen. Auf der Achse des Synchronmotors
2 befinden sich der Umformergenerator 3, die Bremserregermascfiine 4, die gleichzeitig
zur Speisung der Konstantspannungs - Sammelschienen des Fahrzeuges dient, sowie
eine weitere Erregermaschine 5 für die Erregung des Umformergenerators 3 im Fahrbetrieb.
- Der Umformergener ator 3 speist seinerseits die beiden Fahrmotoren 6 und 7 mit
den miteinander in Reihe geschalteten Erregerwicklungen 8 und 9. Im Umformergenerator
3 sind die beiden Erregerwicklungen 10 und il vorgesehen. Die Einstellung der Fahrgeschwindigkeit
bzw. der Bremsverzögerung erfolgt durch den Fahrschalter 12. Die Umschaltung des
Ankerstromkreises der Fahrmotoren 6 und 7 vom Fahr- auf den Bremsbetrieb erfolgt
durch den pneumatisch angetriebenen Bremsumschalter 13. Der Antrieb kann jedoch
auch hydraulisch oder elektrisch bewirkt werden.
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Die Zeichnung stellt die Schaltung im Fahrbetrieb dar. Die Umschalter
15 bis 18 sind nach rechts gelegt, der Fahrschalter 12 befindet sich auf einer beliebigen
Fahrstellung. Der vom Synchronmotor 2 angetriebene Umformergenerator 3 speist die
beiden Fahrmotoren 6 und 7 und über die Umschalter 15 bis 17 die Fahrmotor-Erregerwicklungen
8 und 9. Die Erregung des Umformergenerators 3 erfolgt durch die Erregermaschine
5 über den Fahrschalter 12 und die Erregerwicklung 10.
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Beim übergang vom Fahr- auf den Bremsbetrieb kann in der Nullstellung
der Fahrschalterwalze eine Einrichtung vorgesehen sein, die selbsttätig die Betätigung
des Bremsumschalters 13 vornimmt, der die Umschalter 15 bis 18 in die linke Lage
verstellt. Durch die Umschalter 16 und 17 werden die Erregerwicklungen 8 und 9 der
Fahrmotoren 6 und 7 an die von dem Synchronmotor 2 mit konstanter Drehzahl angetriebene
Bremserregerinaschine 4 angeschlossen, so daß von dieser in den Fahrmotoren 6 und
7 ein konstantes Feld erzeugt wird. Der Umschalter 18 legt die zweite Erregerwicklung
11 des Umformergenerators 3 an die Ankerspannung der Fahrmotoren 6 und 7. Da die
Fahrmotoren 6 und 7 von den Erregerwicklungen 8 und 9 konstant erregt werden, ist
die an der Erregerwicklung 11 liegende Ankerspannung der Fahrmotoren 6 und 7 direkt
proportional der Fahrgeschwindigkeit. Dadurch ist aber auch die Ankerspannung des
Umformergenerators 3 der Fahrgeschwindigkeit direkt proportional. Durch einen im
Stromkreis der Erregerwicklung 11 angeordneten Justierwiderstand 14 kann erreicht
werden, daß die Ankerspannung des Umformergenerators 3 gleich der Ankerspannung
der Fahrmotoren 6 und 7 wird. Da durch entsprechende Anordnung der Erregerwicklung
11 dafür Sorge getragen werden kann, daß die vom Umforinergenerator 3 und von den
Ankern der Fahrmotoren 6 und 7 erzeugten EMKK einander entgegengesetzt gerichtet
sind, ist ein zumindest nahezu stromloses, also stoßfreies Einschalten des Bremsstromkreises
durch den Umschalter 15 möglich. Die Umschaltzeit des Umschalters 15 von der Fahr-
in die Bremsstellung wird etwas größer gewählt als die zum Aufbau des Feldes des
Umformergenerators 3 erforderliche Zeit. Das wird hier beispielsweise dadurch erreicht,
daß die Umschalter 16 bis 18 die entsprechenden Stromkreise bereits früher schalten
als der Umschalter 15. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, ein als Spannungswächter
arbeitendes spannungsabhängiges Relais anzuordnen, das die Umschaltung des Umschalters
15 vom Fahr- auf den Bremsbetrieb selbsttätig bei Spannungsgleichheit freigibt.
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Nach vollzogener Umschaltung fließt also im Bremsstromkreis noch kein
Strom. Wird nunmehr der Fahrschalter 12 in die gestrichelt angedeutete Bremsstellung
gelegt, so fließt durch die Erregerwicklung 10 des Umformergenerators 3 ein Strom,
der so gerichtet sein kann, daß .er ein Feld erzeugt, das dem in der Erregerwicklung
11 erzeugten Feld entgegengesetzt gerichtet ist. Das Feld der Erregerwicklung 10
schwächt also das Feld der Erregerwicklung 11, so daß die Anker-EMK des Umformergenerators
3 mit steigender Erregung der Erregerwicklung 10 abfällt, also ein zunehmender Bremsstrom
fließen kann. Da die Ankerspannung der Fahrmotoren 6 und 7 direkt proportional der
Fahrgeschwindigkeit, das Feld der 11 ebenfalls direkt proportional der Fahrgeschwindigkeit
ist, wird ohne Einschaltung der Erregerwicklung 10 bei allen Fahrgeschwindigkeiten
des Spannungsgleichgewichtes zwischen der EMK des Umformergenerators 3 und derjenigen
der Fahrmotoren 6 und 7 erreicht. Damit ist aber auch verständlich, daß eine bestimmte
Bremsstellung des Fahrschalters 12, der immer der gleiche Erregerstrom in der Erregerwicklung
10 zugeordnet ist, auch bei jeder Fahrgeschwindigkeit die gleiche Bremsverzögerung
hervorrufen wird.
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Die Erfindung läßt sich in mannigfachen Formen ausführen. So besteht
beispielsweise die Möglichkeit, statt der beiden miteinander in Reihe geschalteten
Fahrmotoren 6 und 7 weitere Fahrmotoren in Reihe zu schalten. Statt einer Reihenschaltung
kann auch eine Parallelschaltung von zwei oder mehr Fahrmotoren gewählt werden,
ebenso die Parallelschaltung von jeweils zwei oder mehr miteinander in Reihe geschalteten
Fahrmotoren. Für die Verbundwicklung des Umformergenerators 3 kann beispielsweise
im Bremsstromkreis ein Shunt-Widerstand angeordnet sein, an dem die Spannung für
die Verbundwicklung des Umformergenerators 3 abgegriffen wird; in den Erregerstromkreisen
der Fahrmotoren können Richtungswender für verschiedene Fahrtrichtungen angeordnet
sein; statt der beiden Erregermaschinen 4 und 5 für den Fahrbetrieb und den Bremsbetrieb
kann
eine gemeinsame Erregermaschine angeordnet sein; als solche kann eine Amplidyne
verwendet werden usw.