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Anordnung zur selbsterregten Widerstandsbremsung eines Antriebes Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbsterregten Widerstandsbremsung
eines Antriebes, vorzugsweise von einem elektrischen Triebfahrzeug, unter Verwendung
von zwei Reihenschlußmaschinen oder Gruppen solcher Maschinen, bei denen die Feldwicklungen
während des Bremsens im Nebenschluß zu den Ankern dieser Maschinen erregt werden,
zwischen die Anker der beiden Maschinen der Bremswiderstand geschaltet ist und die
Erregerspannungen für die Feldwicklungen der Reihenschlußmaschinen am Bremswiderstand
abgegriffen sind, wobei der Bremswiderstand aus zwei gleich großen, festen Widerstandsteilen
und einem zwischen diesen angeordneten veränderbaren Widerstandsabschnitt besteht,
an dem symmetrisch zur Mitte des Bremswiderstandes die Spannung für die Feldwicklungen
abgegriffen ist und die Verbindungsleitungen zwischen dem Bremswiderstand und den
Feldwicklungen verkreuzt sind, derart, daß für jede Reihenschlußmaschine der Erregerstrom
ihrer Feldwicklung an dem Ende des veränderbaren Widerstandsabschnittes abgegriffen
wird, das dem Anker dieser Maschine abgewendet ist.
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Bekannt sind selbsterregte Bremsschaltungen mit zwei Motoren oder
Motorgruppen, wobei die Feldwicklungen mit den Ankern in Serie geschaltet und gegeneinander
verkreuzt sind, so daß der Ankerstrom des einen Motors die Feldwicklungen des anderen
Motors durchfließt. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß zur Erzeugung einer
konstanten Bremskraft der gesamte Bremswiderstand vielstufig regelbar sein muß.
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In denjenigen Fällen, in denen eine solche selbsterregte Bremse für
Wechselstromtriebfahrzeuge eingesetzt werden soll, erweist sich die Notwendigkeit,
den Bremswiderstand vielstufig zu regeln, als außerordentlich nachteilig. Man hat
versucht, den Aufwand für die Schienenverlegung zwischen dem Bremswiderstand und
den zusätzlich zum Schaltwerk notwendigen Stufenschaltern zur Abschaltung einzelner
Widerstandsabschnitte dadurch zu verringern, daß man in den Erregerkreis Regler
einsetzte, die den Feldstrom auf Grund einer dem Bremsstromkreis entnommenen oder
der Fahrgeschwindigkeit verhältnisgleichen Führungsgröße oder auch nach einer anderen
vorgegebenen Funktion, beispielsweise auf konstantes Bremsmoment, regelten, doch
konnten solche Geräte auf elektrischen Triebfahrzeugen wegen des dort unerwünschten
Mehraufwandes an Steuermitteln nicht befriedigen.
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Zum Abbremsen von elektrischen Antrieben, insbesondere von Fahrzeugen
auf Gefällestrecken, ist ferner eine Anordnung veröffentlicht worden, in der der
Bremswiderstand konstant ist und die Bremskraft paarweise miteinander in Reihe liegenden
Motoren durch Feldschwächung steuerbar ist, wobei je ein Bremswiderstand zu einem
Motoranker der zugehörigen eigenen Feldwicklung und der Feldwicklung des anderen
Motors, die in Reihenschaltung hintereinanderliegen, parallel geschaltet ist.
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In einer anderen Kurzschlußbremsschaltung für Hauptstrombahnmotoren,
in welcher zur Vermeidung eines unzulässig hohen Bremsstromes ein Parallelwiderstand
mittels einer spannungsabhängigen Vorrichtung selbsttätig eingeschaltet und so das
Motorhauptfeld geschwächt wird, ist die spannungsabhängige Vorrichtung -vornehmlich
ein spannungsabhängiges Ventil - an die Klemmen der Feldwicklung angeschlossen und
so die Einschaltung des Parallelwiderstandes unmittelbar von der an den Klemmen
der Feldwicklung auftretenden Spannungsüberhöhung abhängig gemacht.
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Bei einem weiteren Verfahren zur Kurzschlußbremsung von Gleichstrom-Reihenschlußmotoren,
insbesondere für Fahrzeuge, wird ein Schaltviereck verwendet, in dem Motorenanker
und Motorenfelder abwechselnd aufeinanderfolgen und an dessen beiden Schaltungsdiagonalen
regelbare Widerstände angeschlossen sind. Der eine der beiden regelbaren Widerstände,
der auch während des Anfahrens Verwendung findet, ist bei Beginn der Bremsung zunächst
kurzgeschlossen und wird hierauf allmählich eingeschaltet, worauf der an der anderen
Schaltdiagonale liegende Bremswiderstand allmählich verringert wird.
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Zur Steuerung der Bremskraft einer Kurzschlußbremse auf Schienentriebfahrzeugen
ist auch bereits ein auf dem Fahrzeug als Generator arbeitender Antriebsmotor eingesetzt
worden, welcher seinerseits den Erregerstromkreis der übrigen Antriebsmotoren,
die
direkt auf Bremswiderstände arbeiten, beeinflußt. Hierbei ist das Erregerfeld des
als Generator arbeitenden Antriebsmotors an die Spannung des Bremswiderstandes oder
auch an die Fahrdrahtspannung gelegt.
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Daneben hat man bei Hauptschlußgeneratoren, die auf eine konstante
Last arbeiten und einen Antrieb stark schwankender Drehzahl haben, parallel zu der
Feldwicklung einen Heißleiter angeordnet. Bei kleiner Erregerspannung, bei der der
Heißleiter einen hohen Widerstand hat, fließt der ganze Laststrom durch die Feldwicklung.
Mit größer werdender Erregerspannung sinkt aber der Widerstand des Heißleiters,
das Feld wird geschwächt und verringert die induzierte Spannung. Auf diese Weise
kann erreicht werden, daß die Spannung in sehr weiten Grenzen, unabhängig von der
Drehzahl, auf einem praktisch konstanten Wert gehalten wird.
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Um den Aufwand für selbsterregte Bremsschaltungen gegenüber den bisher
bekannten Anordnungen zu verringern und trotzdem in der Lage zu sein, auf konstantes
Moment zu bremsen, sind nach dem Gegenstand der Erfindung die dem Bremswiderstand
abgekehrten Ankerklemmen der Reihenschlußmaschinen miteinander und mit einem Ende
der dem betreffenden Anker zugeordneten Feldwicklung verbunden, und der veränderbare
Widerstandsabschnitt, der als Widerstand mit einer nichtlinearen Kennlinie, beispielsweise
als Gleichrichter mit ausgeprägtem Schwellwert ausgeführt ist, ist an die anderen,
den Ankern abgekehrten Klemmen der Feldwicklungen angeschlossen. In vorteilhafter
Weise sind in die Verbindungsleitungen zwischen dem Bremswiderstand und den Feldwicklungen
Sperrzellen derart gelegt, daß durch die Verbindungsleitung zwischen den beiden
Ankern, in die gegebenenfalls ein Zusatzwiderstand eingeschleift ist, der Summenstrom
und durch den veränderbaren Widerstandsabschnitt im Bremswiderstand der Differenzstrom
aus Ankerstrom und Erregerstrom fließt. Eine weitere Vereinfachung der Schaltung
ist dann gegeben, wenn die Hauptgleichrichter für die Speisung der Fahrmotoren während
des Bremsbetriebes als veränderbarer Widerstandsabschnitt dienen.
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Durch die Einrichtung nach der Erfindung ist es möglich, den Erregeraufwand
sehr klein zu halten und die Stabilitätsverhältnisse einer solchen selbsterregten
Bremsung gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich zu verbessern.
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Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
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F i g. 1 zeigt eine selbsterregte Bremsschaltung. In dieser Schaltung
sind mit 1 und 2 die Reihenschluß-Fahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges
bezeichnet, deren Anker A 1 bzw. A 2 über Widerstände in Reihe geschaltet
sind. Zwischen den Klemmen der Anker liegen einerseits ein Zusatzwiderstand Rz und
andererseits zwei Bremswiderstände, die die Bezeichnungen Rb 1 und Rb 2 führen.
Zwischen diese beiden Bremswiderstände ist ein veränderbarer Widerstandsabschnitt
Rr gelegt, an dem die Spannungen zur Erregung der niederohmigen FeldwicklungenF1
und F2 verkreuzt abgegriffen werden. In die Leitungen zwischen dem veränderbaren
Widerstandsabschnitt und den Feldwicklungen ist je eine Sperrzelle G 1 und G 2 eingeschaltet,
durch die ein definiertes Spannungsgefälle im Erregerkreis vorgeschrieben ist. Somit
entsteht ein vom Ankerstrom durchflossener Lastkreis, in dem die Anker A
1 und A 2 und die Widerstände RB 1, Rb 2 und Ry liegen, und ein vom Erregerstrom
durchflossener Kreis, der den veränderbaren Widerstand Rr, die Sperrzelle G 1, die
Feldwicklung F1 und die Feldwicklung F2 mit der Sperrzelle G2 enthält.
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Nimmt man die Richtung des Ankerstromes vom Anker A 1 über
Anker A 2, Bremswiderstand Rb 2, den veränderbaren Widerstandsabschnitt Rr
und den Bremswiderstand Rb 1 zurück zum Anker A 1 - also im Sinne der mit
Ja bezeichneten Pfeile -an, so entsteht am veränderbaren Widerstandsabschnitt
Rr ein Spannungsabfall, der für die Erregung der Motorfelder verwendet wird und
dessen Richtung mit Je bezeichnet ist. Somit werden die Bremswiderstände
Rb 1 und Rb 2 nur vom Ankerstrom und der veränderbare Widerstandsabschnitt
Rr von der Differenz aus Ankerstrom und Erregerstrom durchflossen. Das bedeutet,
daß die vom Anker A 1 erzeugte Spannung die Erregung der Feldwicklung F2
und die Spannung des Ankers A 2 die Erregung der Feldwicklung F1 bewirkt. Durch
diese verkreuzte Nebenschlußschaltung ist eine hohe Stabilität bei geringem Erregeraufwand
gewährleistet. Außerdem ist der Spannungsabfall in dem veränderbaren Widerstandsabschnitt
Rr gering, da die Feldwicklungen von Reihenschlußmaschinen üblicherweise niederohmig
bemessen sind, so daß die Verlustleistung des veränderbaren Widerstandsabschnittes
etwa bei 4 °/o der Leistung des Gesamtwiderstandes liegt.
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Bei Verwendung eines Zusatzwiderstandes Rz wird der veränderbare Widerstandsabschnitt
Rr etwas größer zu bemessen sein, aber der erforderliche Regelbereich ist dabei
stark eingeengt, so daß die Regeleinrichtung noch günstiger ausgelegt werden kann.
Daneben bewirkt der Zusatzwiderstand Rz eine Verminderung der Pendelneigung beim
Einschalten der Bremse und vermeidet so diesen häufig vorkommenden Mangel der bekannten
Bremskrafteinrichtungen. Ein solcher Zusatzwiderstand wird von der Summe aus Ankerstrom
und Erregerstrom durchflossen.
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Die Regelung des veränderbaren Widerstandsabschnittes kann geschwindigkeitsabhängig
erfolgen, insbesondere wenn ein Kohledruckwiderstand als Regelwiderstand verwendet
wird, da die Charakteristik eines Kohledruckwiderstandes in Abhängigkeit von dem
Druck weitgehend der geforderten Kennlinie in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit
entspricht.
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Bei hohen Ansprüchen an eine Bremskraftüberwachung ist es möglich,
das erzeugte Bremsmoment nach Art eines Soll-Ist-Wert-Vergleiches zu überwachen.
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Eine gewisse Vereinfachung dieser Schaltung ergibt sich bei Einsatz
eines stromabhängigen Widerstandes Ws nach F i g. 2 an Stelle eines veränderbaren
Widerstandes Rr. In dem Beispiel nach F i g. 2 sind für diesen stromabhängigen Widerstand
Ws Gleichrichter verwendet. Bei wechselstrombetriebenen Fahrzeugen mit gleichrichtergespeisten
Fahrmotoren wird man, um zusätzliche Bauelemente zu sparen, die Hauptgleichrichter
für die Fahrmotorspeisung während des Bremsens als stromabhängige Widerstände
Ws in den Bremskreis schalten. Bei geeigneter Bemessung des Widerstandes
Ws wird der Widerstand dieser Anordnung unter Berücksichtigung der in den
Ankern erzeugten Bremsleistung
etwa dem Reziprokwert der Fahrzeuggeschwindigkeit
entsprechen. Eine solche Strom- bzw. spannungsabhängige Kennlinie des stromabhängigen
Widerstandes Ws erlaubt ohne den Einsatz von besonderen Regeleinrichtungen
das Ansteuern eines praktisch konstanten Bremsmomentes.
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Die Veränderung der Bremskraft in Stufen läßt sich bei den in F i
g. 1 oder 2 dargestellten Einrichtungen durch Widerstände erreichen, die entweder
als Vorwiderstand oder als Parallelwiderstand zu den Feldwicklungen Fl und F2 geschaltet
werden können. Bei Fahrzeugen mit zusätzlicher Stufenregelung durch Feldschwächung
lassen sich hierzu die feldschwächenden Widerstände mit den zugehörigen Schaltgeräten
verwenden.
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Für den Anlauf dieser Bremsschaltung ist es vielfach vorteilhaft,
eine kurzzeitige Stoßerregung aus einer Batterie B mit Hilfe eines Schalters S auf
die Feldwicklungen zu geben (F i g. 1), doch kann an Stelle der Hilfsbatterie B
zur schnelleren Erregung des Bremskreises natürlich auch ein Generator bzw. eine
Lichtmaschine verwendet werden.
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In F i g. 3 ist unter Verwendung der entsprechenden Bezeichnungen
von F i g. 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bremsschaltung mit Stoßerregung
für den Anlauf dargestellt. Gegenüber F i g. 1 unterscheidet sich diese Schaltung
durch die Verwendung eines Transformators T, eines zweipoligen Schalters U und von
vier Gleichrichtern, die zu einer Graetzschaltung G 3 zusammengefaßt sind.
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Bei geöffnetem Schalter U ergibt sich ein Verlauf der Ströme entsprechend
F i g. 1. Es sind hierbei nur zwei Sperrzellen der Graetzschaltung G3 in Betrieb.
Wird der Schalter U geschlossen, so liefert derTransformator T die Erregerleistung
für die Felder F 1 und F2. Diese Erregerleistung kann beispielsweise aus dem Fahrdraht
über den Haupttransformator entnommen werden und wird in der Graetzschaltung G 3
gleichgerichtet. Der Widerstand Rr ist in diesem Fall durch den Schalter U kurzgeschlossen.
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Durch Verwendung einer Einrichtung nach F i g. 3 ist es nicht nur
möglich, die Bremsschaltung mit Hilfe einer Stoßerregung aus dem Fahrleitungsnetz
anlaufen zu lassen, sondern es kann betriebsmäßig zwischen Fremd- und Eigenerregung
gewechselt werden, sofern nur der Transformator T verschiedene Spannungen abzugreifen
gestattet.
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Die Leistung für die Speisung des für den Bremsbetrieb erforderlichen
Lüfters kann in üblicher Weise über Anzapfungen am Bremswiderstand entnommen werden.