-
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.