DE449290C

DE449290C - Switching arrangement for direct current generation on electrically driven track vehicles, especially alternating current locomotives

Info

Publication number: DE449290C
Application number: DEA46540D
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1925-04-02
Filing date: 1925-12-08
Publication date: 1927-09-12

Description

Schaltanordnung für Gleichstromerzeugung auf elektrisch angetriebenen Gleisfahrzeugen, insbesondere Wechselstromlokomotiven. Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Schaltanlage für die Erzeugung von Gleichstrom mittels eines Motorgenerators (Umformers) auf elektrischen Lokomotiven, in Verbindung mit einer Akkumulatorenbatterie, bei welcher der Batterieladestrom nach vollzogener Ladung durch ein Ladebegrenzun.gsrelais unterbrochen wird. Während bei bekannten Anlagen die Magnetspulen des Ladebegrenzungsrelais beständig mit den Klemmen des Generators verbunden sind, wird bei der vorliegenden Anlage der Stromkreis des Elektromagneten des Ladebegrenzungsrelais von einem zweiten Relais genannt Steuerrelais, beherrscht, das unter Zuhilfenahme .des Generatorhauptstromes den Elektromagneten des Ladebegrenzungsrelais erst einzuschalten vermag, wenn der Generatorhauptstrom eine gewisse Stärke erreicht hat. Dadurch wird verhütet, daß das Ladebegrenzungsrelais zufolge des sehr raschen Ansteigens der Generatorspannung nicht vorzeitig in Tätigkeit gesetzt wird, was eine ungenügende Ladung der Batterie zur Folge haben würde.Switching arrangement for direct current generation to electrically driven Track vehicles, in particular AC locomotives. The subject of the present Invention forms a switchgear for the generation of direct current by means of a Motor generator (converter) on electric locomotives, in conjunction with a Accumulator battery, in which the battery charging current after charging has been completed is interrupted by a charge limit relay. While with known systems the solenoid coils of the charge limit relay are constantly connected to the terminals of the generator are connected, is the circuit of the electromagnet in the present system the charge limit relay is controlled by a second relay called the control relay, with the help of the generator main current, the electromagnet of the charge limit relay Can only switch on when the generator main current reaches a certain level Has. This prevents the charge limit relay from being very fast due to the Rising generator voltage is not put into action prematurely, what would result in insufficient battery charging.

Da an elektrischen Lokomotiven der Umformer normalerweise so lange im Betriebe sich befindet, als die Lokomotive unter Spannung steht, ist zu befürchten, daß nach erfolgter Abschaltung des Ladebegrenzungsrelais eine unzulässig große Energieentnahme aus der Batterie stattfindet. Es sollte deshalb die Ladung in kurzen Zeitabständen (i5 bis 30 Minuten) wieder einsetzen. Dies kann hier in einer beispielsweisen Ausführung dadurch erreicht werden, daß der Stromkreis des Elektromagneten des Ladebegrenzungsrelais, sei es von Hand mittels eines Druckknopfes oder selbsttätig durch eine Uhr oder einen Amperestundenzähler oder durch ein Organ der Lokomotive kurzzeitig unterbrochen wind, wodurch der Hauptschalter die Ladeschaltung wieder herzustellen vermag. Durch diese Art der Ladung mit kurzen Ruhepausen kann die Batterie vorteilhaft und vollständig geladen werden, ohne einer schädlichen Überladung ausgesetzt zu werden.Since the converter on electric locomotives is normally in operation as long as the locomotive is energized, it is to be feared that an unacceptably large amount of energy will be drawn from the battery after the charge limit relay has been switched off. It should therefore start charging again at short intervals (i5 to 30 minutes). This can be achieved here in an exemplary embodiment by briefly interrupting the circuit of the electromagnet of the charge limit relay, be it by hand by means of a push button or automatically by a clock or an ampere-hour meter or by an organ of the locomotive, whereby the main switch restores the charging circuit able to produce. This type of charging with short rest periods allows the battery to be charged advantageously and completely without being exposed to harmful overcharging.

Eine solche Schaltanlage kann ferner zweckmäßig derart gebaut sein, ,daß die Parallelschaltung zwischen Batterie und Generator beim Nullwert des Ladestromes unterbrochen wird und kein Rückstrom von der Batterie durch den Generator fließen kann, der imstande wäre, die Umformergruppe im Bewegungszustande zu halten. Zu diesem Zwecke kann das durch den Hauptstrom zu betätigende Steuerrelais so eingerichtet sein, daß es beim Anziehen seines Ankers den Stromkreis der Spannungsspule des Hauptschalters unterbricht, wodurch letzterer nur noch durch die Wirkung .der Hauptstromspule gehalten wird und beim Nullwert dieses Stromes den Anker fallen läßt, um so die Parallelschaltung zwischen Generator und Batterie funkenlos zu unterbrechen.Such a switchgear can also expediently be built in such a way that that the parallel connection between battery and generator at zero value of the charging current is interrupted and no reverse current from the battery flows through the generator who would be able to keep the converter group in a state of motion. To this The control relay to be actuated by the main current can be set up in this way be that when its armature is tightened, the circuit of the voltage coil of the main switch interrupts, whereby the latter is only held by the action of the main current coil is and at zero value of this current drops the armature, so the parallel connection Interrupt without sparking between the generator and the battery.

Damit aber dann das Steuerrelais bei unterbrochenem Hauptstrom seinen Anker nicht freigibt, wodurch der Hauptschalter durch seine Spannungsspule wieder geschlossen würde, empfiehlt es sich, mit dem Anziehen des Ankers des Steuerrelais an diesem Relais den Stromkreis einer Spannungsspule schließen zu lassen, um .den Anker so lange festzuhalten, bis die Spannung, sei es idurch das Abstellen des Umformers oder durch das öffnen des Druckknopfkontaktes, verschwindet, worauf erst :die Ladung der Batterie wieder erfolgen kann.But then the control relay with interrupted main power does not release its armature, which causes the main switch to operate through its voltage coil closed again, it is advisable to start tightening the armature of the control relay to close the circuit of a voltage coil at this relay in order to .den Hold the armature until the voltage is released, be it by switching off the converter or by opening the push-button contact, then disappears, whereupon: the charge the battery can be done again.

Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltanlage, wie sie an Einphasen-Wechselstromlokomotiven verwendet werden kann.The accompanying drawing schematically illustrates an exemplary embodiment such a switchgear as used on single-phase AC locomotives can be.

Indem Zeichnungsschema bedeutet: 111 der Einphasen-Wechselstrommotor der Lokomotive G der Gleichstromgenerator derselben, E die Erregerwicklung dieses Generators, K :die Kompoundwicklung desselben., V ein Nebenschlußvorschaltwiderstand, B die Akkumulatorenbatterie (i8 Elemente), L die Beleuchtungseinrichtung auf der Lokomotive, S der Lichtschalter, N eine Reihe Gleichstromhilfsmotoren, C der Hauptschalter mit dem Kontakt c, dem @wrzscl&eßer y, dem Widerstand i, der Spannungsspule s1 und der Hauptstromspule s2, T das Ladebegrenzungsrelais mit Kontakt t, der Spannungsspule s° und der Gegenspule ss, R das Steuerrelais mit den Kontakten b und r, der Hauptstromspule sg und der Spannungsspule s4, F ein Lichtstromrelais mit dem Kontakt f, A ein automatisches Schaltorgan (Amperestundenzähler) mit :dem Kontakt X, L? ein Druckknopf mit dem Kontakt y, U ein dreipoliger Umschalter, H das Anlaßrelais zum Weehselstrommotor, P die Drosselspule für die Erzeugung einer Anlaufhilfsphase und 0 :den Motorschalter.In the drawing scheme: 111 the single-phase alternating current motor of the locomotive, G the direct current generator of the same, E the excitation winding of this generator, K: the compound winding of the same., V a shunt series resistor, B the accumulator battery (18 elements), L the lighting device on the locomotive, S the Light switch, N a series of auxiliary DC motors, C the main switch with contact c, the @ wrzscl & eßer y, the resistor i, the voltage coil s1 and the main current coil s2, T the charge limit relay with contact t, the voltage coil s ° and the counter coil ss, R das Control relay with contacts b and r, main current coil sg and voltage coil s4, F a luminous flux relay with contact f, A an automatic switching device (ampere-hour meter) with: contact X, L? a push button with contact y, U a three-pole changeover switch, H the starting relay for the alternating current motor, P the choke coil for generating an auxiliary start-up phase and 0: the motor switch.

Die Wirkungsweise der Anlage ist für die verschiedenen vorkommenden Betriebsverhältnisse folgende: i. Bei Stillstand der Umfonnergruppe liefert die Batterie B allein die Energie für die Hilfsmotoren N und bei geschlossenem Lichtschalter S auch für die Beleuchtungseinrichtung L. Der Vorschaltwiderstand i im Lichtstromkreis ist bei g durch den Hauptschalter C kurzgeschlossen.The mode of operation of the system is different for the different ones that occur The following operating conditions: i. When the Umfonnergruppe comes to a standstill, the Battery B alone provides the energy for the auxiliary motors N and when the light switch is closed S also for the lighting device L. The series resistor i in the lighting circuit is short-circuited at g by the main switch C.

2. Die Lokomotive steht unter Spannung, und die Beleuchtungseinrichtung ist ausgeschaltet (Tagfahrt). Wird der Motorschalter 0 geschlossen, so läuft der Einphasenmotor 1V1 mittels der Hilfsphase, hervorgerufen durch die Drosselspule P, an. Der Generator G wird durch den über den Umschalter U führenden Stromkreis G-i-V-E-2-G erregt, wobei ein Teil des Nebenschlußvorschaltwiderstandes V bei t kurzgeschlossen ist. Mit steigender Generatorspannung öffnet das Relais H den Stromkreis der Drosselspule P, und der Motor befindet sich im Betriebszustande. Ist idie Generatorspannung angenähert gleich der Spannung der Batterie (36 Volt), so hebt die im Stromkreise G-i-b-sl-2-G liegende Spule s' den Anker des Hauptschalters C und schließt bei c den Hauptstromkreis G-i-s2-s3-C-A-B-G. Die in diesem Stromkreis liegende Spule s2 unterstützt -dabei die Wirkung der Spule s'. Erreicht der Ladestrom einen bestimmten Wert, so.zieht :die Hauptstromspule s$ des Steuerrelais R dessen Anker an und unter-bricht bei b den Stromkreis der Spule sl, so daß von diesem Momente an der Anker des Hauptschalters C nur noch idurch die Hauptstromspule s2 hochgehalten wird. Gleichzeitig werden bei r die beiden Stromkreise G-i-r-x-y-s4-2-G und G-i-r-x-y-s'5-se-2-G geschlossen. Dabei unterstützt die Spannungsspüle s4 die Wirkung der Stromspule s9. Die beiden Spulen s6 und se, die im gleichen Stromkreis liegen, aber entgegengesetzt gewickelt sind, wirken einander entgegen, haben jedoch voneinander verschiedene Windungszahlen. Der Widerstand V wird in dieser Stellung der Apparate Aderart eingestellt, daß der Generator den für die Batterie zulässigen Ladestrom abgibt. Gegen das Ende ider Ladung steigt die Spannung der Batterie etwa auf das 2,5- bis 2,yfache der Elementenzahl an (45 bis 47 Volt). Dann zieht das irr den Windungszahlen seiner Spulen entsprechend einregulierte Lad'ebegren= zungsrelais T seinen Anker an und schaltet durch Öffnen des Kontaktes t einen Teil des 'Niderstan:des V irr den Erregerstromkreis des Generators G ein, so daß die Spannung auf ungefähr 36 Volt, der Ladestrom auf Null vermindert wird. Der Hauptschalter C läßt seinen Anker fallen, und die Parallelschaltung zwischen Generator und Batterie wird bei c aufgehoben. Der Anker des Ladebegrenzungsrelais T und derjenige des Steuerrelais R bleiben aber angezogen, weil ihre Spannungsspulen an den Klemmen i und 2 des immer noch erregten Generators angeschlossen sind. Werden aber durch das Schaltorgan A bei x oder durch den Druckknopf D beiy die Stromkreise G-i-r-x-y-s4-2-G und G-i-r-x-y-s5-se-2-G geöffnet" so lassen die Relais T und R ihre Anker frei. Der Kontakt b des Relais R wird geschlossen,. die Spannungsspule s' hebt den Anker des Hauptschalters C und stellt die Verbindung zwischen Generator und Batterie wieder her. Gleichzeitig wird idurch das Ladebegrenzungs-Relals T bei t ein Teil kies Nebenschlußvorschaltwiderstandes V kurzgeschlossen, wodurch die Generatorspannung steigt und der Ladestrom seinen normalen Wert annimmt.2. The locomotive is live and the lighting is switched off (daytime running). If the motor switch 0 is closed, the single-phase motor 1V1 starts up by means of the auxiliary phase caused by the choke coil P. The generator G is excited by the circuit GiVE-2-G leading via the changeover switch U, part of the shunt series resistor V being short-circuited at t. As the generator voltage rises, the relay H opens the circuit of the choke coil P, and the engine is in the operating state. If the generator voltage is approximately equal to the voltage of the battery (36 volts), the coil s' in the circuit Gib-sl-2-G lifts the armature of the main switch C and closes the main circuit Gi-s2-s3-CABG at c. The coil s2 lying in this circuit supports the effect of the coil s'. If the charging current reaches a certain value, the main current coil s $ of the control relay R picks up its armature and interrupts the circuit of the coil sl at b, so that from this moment on the armature of the main switch C only passes through the main current coil s2 is held up. At the same time, the two circuits Girxy-s4-2-G and Girxy-s'5-se-2-G are closed at r. The voltage coil s4 supports the effect of the current coil s9. The two coils s6 and se, which are in the same circuit but are wound in opposite directions, counteract each other, but have different numbers of turns. The resistance V is set in this position of the apparatus wire type so that the generator delivers the charging current permissible for the battery. Towards the end of the charge, the voltage of the battery rises to about 2.5 to 2.5 times the number of elements (45 to 47 volts). Then the charge limit relay T, which is regulated according to the number of turns of its coils, picks up its armature and, by opening the contact t, switches on part of the Niderstan: of the V irr in the excitation circuit of the generator G, so that the voltage drops to about 36 volts , the charging current is reduced to zero. The main switch C drops its anchor and the parallel connection between generator and battery is canceled at c. The armature of the charge limiting relay T and that of the control relay R remain attracted because their voltage coils are connected to terminals i and 2 of the generator, which is still energized. But if the circuits Girxy-s4-2-G and Girxy-s5-se-2-G are opened by switching element A at x or by pushbutton D beiy ", relays T and R release their armature. Contact b des Relay R is closed, the voltage coil s' lifts the armature of the main switch C and re-establishes the connection between the generator and the battery Charging current assumes its normal value.

Wird während der Ladung der Motor 1,1 abgestellt, so verschwindet die Generatorspannung. Beim Nullwert des Hauptstromes läßt der Schalter C seinen Anker fallen, wodurch ein Rückfließen des Batteriestromes durch den Generator, der von der Batterie als Motor angetrieben würde, nicht entstehen kann.If the engine 1, 1 is switched off during charging, it disappears the generator voltage. At zero value of the main current, the switch C leaves its Anchors drop, causing the battery power to flow back through the generator, the would be driven by the battery as a motor, cannot arise.

3. Die Lokomotive steht unter Spannung, und die Beleuchtungseinrichtung ist eingeschaltet (Nachtfahrt). Die Funktionen des Hauptschalters C, des Steuerrelais R und des Ladebegrenzungsrelais T sind genau die gleichen, wie vorbeschrieben. Die Glühlampen (Normalspannung 36 Volt) würden aber, wenn keine weiteren Vorkehrungen getroffen wären, der hohen Ladespannung (45 bis 47 Volt) ausgesetzt, was nicht zulässig wäre. Zur Vermeidung dieser Überspannung ist das L ichtstromrelais F vorgesehen, das nach Schließen des Lichtschalters S durch den Lichtstrom betätigt wird. Es schließt bei f die Gegenspules5 des LadebegrenzungsrelaisT kurz, wodurch die Wirkung der Spule se erhöht wird, und es genügt eine geringere Spannung (4.2 Volt), um den Anker des Ladebegrenzungsrelais T anzuziehen. Dadurch wird der Ladezustand der Batterie herabgesetzt, d. h. die Batterie wird während der Beleuchtungszeit nicht so vollständig geladen wie während der Tagesfahrten. Diese Spannung von 42 Volt ist aber für die Glühlampen noch zu hoch, weshalb denselben der Widerstand i., der einen Teil der Spannung der Glühlampen (etwa 4 Volt) vernichtet, während der Ladung vorgeschaltet wird, so daß die maximale Glühlampenspannung etwa 38 Volt beträgt. Nach dem Unterbruch der Ladung wird dieser Widerstand i durch den Hauptschalter C kurzgeschlossen.3. The locomotive is live, and so is the lighting system is switched on (night travel). The functions of the main switch C, the control relay R and the charge limit relay T are exactly the same as described above. the Incandescent lamps (normal voltage 36 volts) would, however, if no further precautions were taken would be exposed to the high charging voltage (45 to 47 volts), which is not permitted were. To avoid this overvoltage, the luminous flux relay F is provided, which is actuated by the luminous flux after the light switch S is closed. It closes at f the counter coil5 of the charge limiting relayT briefly, whereby the effect of the Coil se is increased, and a lower voltage (4.2 volts) is sufficient for the armature of the charge limit relay T to attract. This will determine the state of charge of the battery reduced, d. H. the battery will not run as full during the lighting time charged like during day trips. But this voltage of 42 volts is for them Incandescent lamps are still too high, which is why the resistance i., Which is part of the The voltage of the incandescent lamps (approx. 4 volts) is destroyed during the charging process so that the maximum incandescent lamp voltage is about 38 volts. After the break the load, this resistor i is short-circuited by the main switch C.

4. Sicherheitsvorkehrungen. Von solchen Gleichstromerzeugungsanlagen auf Lokomotiven wird die größtmögliche Betriebssicherheit verlangt. Bei unterbrochener Lieferung der Traktionsenergie oder bei einer Störung an dem Umformer liefert die Batterie allein die Gleichstromenergie. Versagt aber die Batterie (z. B. infolge Bruches einer Elementenverbindung), so soll der Generator allein die Gleichstromlieferung für Licht und Kraft so lange übernehmen können, bis die schadhafte Batterie auf der nächsten Hauptstation ersetzt ist. In einem solchen Falle wird der dreipolige Umschalter U umgestellt, um die Batterie abzuschalten, den Kurzschluß der Hauptstromwicklung K des Generators G zu öffnen und .die Spannungsspulen sämtlicher Relais mit den Klemmen des Generators G zu verbinden. Der Generator gibt dann als Kompoundmaschine für jede Belastung angenähert konstante Spannung ab. -4. Security Precautions. From such direct current generating systems The greatest possible operational safety is required on locomotives. With interrupted Delivery of the traction energy or in the event of a fault in the converter delivers the Battery alone the direct current energy. But if the battery fails (e.g. as a result of If there is a break in an element connection), the generator should only provide direct current for light and power can take over until the defective battery is on the next main station is replaced. In such a case the three-pole Changeover switch U switched to switch off the battery, the short circuit of the main current winding K of the generator G to open and .the voltage coils of all relays with the Connect the terminals of the generator G. The generator then gives as a compounding machine approximately constant voltage for each load. -

Claims

PATENT ANSL'JtllCYll ;: i. Switching arrangement for direct current generation on electrically driven rail vehicles, in particular alternating current locomotives, by means of a motor generator in connection with a collector battery, in which the main switch and a charge limiting relay in connection with a control relay causes the collector battery to be switched off after charging has been completed, characterized in that the control relay (R) through Contact (b) of its armature applies voltage to the voltage coil (S1) of the main switch (C), then when the charging voltage is reached and when there is sufficient charging current, its own retaining coil (S4) and the voltage coil of the charge limit relay (S6) switch on, at the same time the main switch voltage coil (S1 ) switches off and thereby prevents the charge limit relay (T) from responding prematurely.

2. Switching arrangement according to claim i, characterized in that-the Electromagnet of the charge limit relay briefly by a to interrupt his Circuit serving switching means can be switched off in order to achieve that the battery Do not discharge too deeply during the lighting and on the other hand during the day trip is fully charged with rest periods.

3. Switching arrangement according to claim i, characterized marked that the control relay, which after reaching a certain strength of the main current attracts its armature, here through an auxiliary contact, the circuit a voltage coil of the control relay is able to close itself for the purpose of -that after the disappearance of the main current, the armature of the charge limit relay and the control relay are held by the generator voltage until the voltage in the voltage coils of those relays disappears, so that only from this one Points in time at which the charging of the battery can begin again.