DE1088087B - Nutzbremsschaltung fuer Einphasen-Kollektormotoren, insbesondere fuer Triebfahrzeuge mit mehreren Motoren - Google Patents

Nutzbremsschaltung fuer Einphasen-Kollektormotoren, insbesondere fuer Triebfahrzeuge mit mehreren Motoren

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Publication number
DE1088087B
DE1088087B DEM40521A DEM0040521A DE1088087B DE 1088087 B DE1088087 B DE 1088087B DE M40521 A DEM40521 A DE M40521A DE M0040521 A DEM0040521 A DE M0040521A DE 1088087 B DE1088087 B DE 1088087B
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DE
Germany
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transformer
excitation
regenerative braking
motors
braking circuit
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Pending
Application number
DEM40521A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Pierre Leyvraz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
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Publication date
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Publication of DE1088087B publication Critical patent/DE1088087B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Nutzbremsschaltung für Einphasen-Kollektormotoren, insbesondere für Triebfahrzeuge mit mehreren Motoren 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 zu erzielen; jedoch werden das Spannungsdreieck und damit der Verlauf des Leistungsfaktors bei anderen Geschwindigkeiten ungünstig. Diese Nutzbremsung eignet sich somit vorwiegend als Gefällebremse für konstante Geschwindigkeiten im Geschwindigkeitsbereich des günstigsten Leistungsfaktors.
  • Es ist auch eine Nutzbremsschaltung bekanntgeworden (schweizerisches Patent 241135), bei welcher der als Erregermaschine arbeitende Fahrmotor ' nicht frernderregt 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 des Erregergenerators und ist infolgedessen sehr empfindlich gegen Stromunterbrechungen durch Abspringen des Stromabnehmers. Bei Wiederkehr der Fahrdrahtspannung erregt sich der Erregergenerator infolge der Resonanzschaltung nur langsam, so daß dabei sehr große Ausgleichsströme entstehen. Außerdem ist die Schaltung empfindlich gegen Frequenzschwankungen. Bei einer anderen bekannten Nutzbremsschaltung wird der Erregerwicklung des als Erregergenerator arbeitenden Triebmotors ein ohmscher Widerstand parallel geschaltet und die Feldwicklung samt Nebenschlußwiderstand von einer Spannung des Regeltransformators in Reihe über eine Drosselspule gespeist. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß sich der optimale Leistungsfaktor nur für eine einzige Geschwindigkeit erzielen läßt. Ferner ändert sich der Strom bei höheren Drehzahlen beträchtlich, so daß eine fortwährende Stufenregelung und damit eine umständliche Bedienung der Bremssteuerung nicht zu vermeiden ist.
  • Die aufgezeigten Nachteile der bekannten Schaltungen lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß die Parallelschaltung, bestehend aus der Erregerwicklung des Erregergenerators und der zumindest aus dem Anker sowie einem Kondensator gebildeten Reihenschaltung, über eine Drosselspule an den Transfortnator angeschlossen ist. Die notwendige Feldschwächung bei zunehmender Drehzahl und das Abdrehen des Feldstromes im Uhrzeigersinn wird durch die Gberbrückung der Summe aus Ankerspannung und einem Vielfachen der Feldspannung durch den Kondensator bewirkt. 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 entgegenwirkt, ähnlich wie eine Gegenkompoundierung. Die Anordnung und der Schaltsinn gewährleisten somit eine gute Stabilität und wirken jeder Selbsterregung entgegen.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es bedeuten: Al den Anker und F1 das Feld des Erregermotors, .1, den Anker und F2 das Feld der übrigen Motoren, von denen nur einer dargestellt ist; T ist ein Stufentransformator, D eine Bremsdrosselspule, L eine Drosselspule, El und E2 sind die Primär- und Sekundär-. wicklung des Erregertransformators und C ein Kondensator. Die Regelung der Bremskraft erfolgt in be= kannter Weise durch Änderung der Spannung am Stufentransformator T.
  • Die Drosselspule D liegt in Reihe mit dem Anker des Triebmotors z. Bei mehreren parallel geschalteten Motoren hat die Bremsdrosselspule D mehrere unabhängige Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern, oder sie ist in zwei oder mehrere Spulen aufgeteilt.
  • Bei mehreren Motoren werden deren Feldwicklungen F2 alle in Reihe geschaltet und von einem einzigen Motor Al, F1 erregt. Die Feldwicklungen F2 sind fremderregt von der Summenspannung des Transformators T und des Ankers Al. Die Feldwicklung F1 des Erregergenerators Al wird vom Transformator T über eine Drosselspule L erregt. Außerdem beeinflußt der Erregertransformator mit der Primär- bzw. Sekundärwicklung E1 bzw. E2 den Strom in der Feld-wicklung F1. Die Primärwicklung Ei des Transformators liegt parallel zum Feld F1, während seine Sekundärwicklung E2 über einen Kondensator C mit dem Anker Al verbunden ist.
  • 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 schwach ausgezogenen das Diagramm bei Maximalgeschwindigkeit und die gestrichelten dasjenige im Stillstand bilden.
  • Das Spannungsdreieck A2, D, T bei N'enngesch-windigkeit ist das für den Bremsbetrieb günstigste und ist also über einen möglichst großen Geschwindigkeitsbereich annähernd beizubehalten. Zu diesem Zweck muß die Ankerspannung A2 in Größe und Phase möglichst gleich bleiben, was aber erst von einer bestimmten Geschwindigkeit an möglich ist. Der Erregerstrom und damit die Spannung der Feldwicklung F2 sollen daher mit wachsender Geschwindigkeit abnehmen. Die Spannung am Anker Al muß entsprechend bei wachsender Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn abdrehen, wobei gleichzeitig der Erregerstrom des Motors 1 abzunehmen hat.
  • Diese Charakteristik wird durch die Kombination der Drosselspule L mit dem Kondensator erreicht. Der Strom l1 in der Drossel und der Kondensatorstrom sind im Stillstand annähernd in Phase und bilden den gestrichelt dargestellten Strom IFL# Bei zunehmender Geschwindigkeit drehen die Spannung und der Strom am Kondensator im Uhrzeigersinn ab, so daß der Feldstrom F1 ebenfalls abdreht und kleiner wird. Die sich daraus ergebende Ortskurve der Ankerspannung Al <des Erregermotors ist der Kreis Ei. Die auf ihm eingetragenen Zahlers bedeuten die Fahrzeuggeschwindigkeit in Prozenten der Maximalgeschwindigkeit. Sie sind im unteren Geschwindigkeitsbereich auseinandergezogen und im oberen Geschwindigkeitsbereich zusammengedrängt. Die Aufgabe des Erregergenerators F1, Al, den Feldstrom der Bremsmotoren im Uhrzeigersinn abzudrehen und bei steigender Geschwindigkeit zu schwächen, ist damit für einen großen Geschwindigkeitsbereich auf einfachste Weise erfüllt.
  • Für den Ankerstromkreis der Bremsmotoren A2, D, T ergibt sich eine Ortskurve K2, 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 cf ein, wobei cos T der Leistungsfaktor ist, unter welchem die Energie an das Netz zurückgegeben wird. Der Verlauf des Leistungsfaktors als Funktion der Geschwindigkeit ist in Fig. 3 dargestellt und zeigt den raschen Anstieg im unteren Geschwindigkeitsbereich.
  • Fig. 4 zeigt dieBremskurven auf den Stufen I bis V. Dabei ist als Abszisse die Bremskraft Z und als Ordinate die Geschwindigkeit h 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 Erregergenerators. 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 von Resonanzkreisen ergibt ebenfalls eine gute Stabilität gegen Frequenzschwankungen. Ist die Feldspannung F1 des Erregergenerators bedeutend höher als im Beispiel gemäß Fig. 1 und 2 dargestellt, so kann der Erregertransformator El, E2 entfallen und der Kondensator unmittelbar zwischen dem Anker Al und der Feldwicklung eingefügt werden. In den meisten Fällen wird ein Transformator El, E2 zur Anpassung der Spannung des Feldes F1 und derjenigen des Kondensators erforderlich sein, jedoch ist seine Anwesenheit für die Erfindung nicht kennzeichnend.
  • Ist " die Feldwicklung F, an einer Klemme des Ankers Al und die Feldwicklung F2 an der anderen Ankerklemme angeschlossen, derart, daß der Anker A1 zwischen beiden Wicklungen liegt, so kann der Erregertransformator in Sparschaltung ausgeführt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Im Fall, daß beide Erregerwicklungen F1 und F2 auf der gleichen Seite des Ankers A1 liegen, kann ein Erregertransformator mit zwei getrennten Wicklungen verwendet werden.
  • Die Zunahme des Erregerstromes F1 bei sinkender Geschwindigkeit wird von einer bestimmten Geschwindigkeit an (etwa 30°1o der Maximalgeschwindigkeit) beinahe unwirksam, jedenfalls ist die Zunahme dort nicht mehr erwünscht, weil dadurch die Spannung am Kondensator unnötig gesteigert wird. Die Zunahme des Feldstromes kann gemäß der Erfindung in diesem Geschwindigkeitsbereich unterdrückt werden, wenn der Erregertransformator El, E2 im entsprechenden Spannungsbereich eine gekrümmte Magnetisieriingskurve aufweist.
  • Bei sehr kleiner Spannung am Feld F1 kann die Leistung der Drosselspule L erniedrigt werden, wenn sie statt an die FeldwicklungFi an eine weitere Anzapfung des Erregertransformators El, E2 angeschlossen wird, deren Spannurig höher ist als die Feldspannung. Dadurch werden sowohl der Strom als auch die Spannung und damit die Leistung der Drosselspule erniedrigt.
  • Zur Anpassung der Spannung des Erregerstromkreises Al, F2 an diejenige des Ankerstromkreises A2, D kann, insbesondere wenn die Spannung des Feldstromkreises zu klein ist, eine zusätzliche Drosselspule in Reihe mit den Feldern F2 geschaltet werden. Diese Maßnahme erfordert einen höheren Erregerstrom F1 des Erregermotors, ergibt aber gleichzeitig eine höhere Bremskraft des Erregergenerators.
  • Ist die Spannung des Erregerkreises .4l, F2 viel kleiner als diejenige des Ankerkreises A2, D, insbesondere wenn letzterer in Reihe geschaltete Anker .dl enthält, so kann ein weiterer Erregertransformator parallel zum Haupttransformator T geschaltet werden, an welchem die für die Erregung der Motoren Al und A2 passenden Spannungen abgegriffen werden können. Dieser Erregertransformator wird vorzugsweise in Sparschaltung ausgeführt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Nutzbremsschaltung für Einphasen-.Kollektormotoren, insbesondere für Triebfahrzeuge mit mehreren Motoren, bei welcher mindestens ein Motor als Erregergenerator gemeinsam mit dem Transformator die Felder der übrigen Motoren (Bremsm(>toren), erregt, mit deren Anker mindestens eine Drosselspule in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung, bestehend aus der Erregerwicklung (F1) des Erregergenerators und der zumindest aus dem Anker (A1) sowie einem Kondensator (C) gebildeten Reihenschaltung über eine Drosselspule (L) an den Transformator (T) angeschlossen ist.
  2. 2. Nutzbremsschaltung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator am Anker des Erregergenerators (A1) und an der Sekundärwicklung (E2) eines Transformators angeschlossen ist, an. deren Primärwicklung (El) die Erregerwicklung (F1) des Erregergenerators liegt.
  3. 3. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (Ei, E2) für die Erregung (F1) des Erregergenerators in Sparschaltung ausgeführt ist.
  4. 4. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator für die Erregung (F1) des Erregergenerators mit zwei getrennten Wicklungen ausgeführt ist.
  5. 5. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator für die Erregung (F1) des Erregergenerators im oberem Spannungsbereich eine gekrümmte Magnetisierungskurve aufweist.
  6. 6. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erregung dienende Drosselspule (L) an eine Anzapfung des Transformators (Ei, F_2) angeschlossen ist.
  7. 7. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Haupttransformator (T) die Primärwicklung eines Transformators angeschlossen ist, dessen Sekundärwicklung die Erregerkreise der Motoren (Al und A2) speist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 719 705.
DEM40521A 1958-03-03 1959-02-17 Nutzbremsschaltung fuer Einphasen-Kollektormotoren, insbesondere fuer Triebfahrzeuge mit mehreren Motoren Pending DE1088087B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1260517B (de) * 1963-03-29 1968-02-08 Oerlikon Maschf Nutzbremsschaltung fuer Einphasenkollektormaschinen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE719705C (de) * 1939-11-17 1942-04-15 Oerlikon Maschf Nutzbremseinrichtung fuer elektrische Einphasenwechselstrom-Triebfahrzeuge

Patent Citations (1)

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