DE470646C

DE470646C - Method and device for regenerative braking of single-phase railway motors using a phase shifter

Info

Publication number: DE470646C
Application number: DEA51930D
Authority: DE
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1927-09-13
Filing date: 1927-09-13
Publication date: 1929-01-23

Description

Verfahren und Einrichtung zur Nutzbremsung von Einphasenbahnmotoren unter Verwendung eines Phasenschiebers Für die Nutzbremsung mit Einphasenserienmotoren hat man das Motorfeld an den Transformator durch einen Phasenschieber angeschlossen, durch den die Phasendifferenz zwischen der Sekundärspannung des Transformators und der Gegen-EMK des Motors bis zu i 8o' verstellt werden kann, indem die Erregerspannung des letzteren eine Nacheilung von 9o° gegenüber der Sekundärspannung des Transformators erhält. Als Phasenschieber dient eine einphasige Induktionsmaschine mit gleichmäßig verteilter Statorwicklung und Kurzschlußanker, die durch einen kleinen Anwurfmotor oder eine Hilfsphase auf Synchronismus gebracht wird. Infolge der Zusammenarbeit von Rotor und Stator des Phasenschiebers entsteht auch bei einphasiger Speisung ein praktisch kreisförmiges Drehfeld. Durch Anzapfung an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten der Wicklung wird ein Strom erhalten, dessen Phase von der der zugeführten innerhalb beliebiger Grenzen veränderlich ist. Dieser Strom dient zur Erregung' des Motorfeldes, während der Anker über den Hauptsteuerkontroller und den Transformator mit der Fahrleitung verbunden ist.Method and device for regenerative braking of single-phase railway motors using a phase shifter for regenerative braking with single-phase series motors if the motor field has been connected to the transformer through a phase shifter, by which the phase difference between the secondary voltage of the transformer and the back EMF of the motor can be adjusted up to i 8o 'by increasing the excitation voltage the latter has a lag of 90 ° compared to the secondary voltage of the transformer receives. A single-phase induction machine is used as the phase shifter distributed stator winding and short-circuit armature, which are controlled by a small starting motor or an auxiliary phase is brought to synchronism. As a result of cooperation of the rotor and stator of the phase shifter also occurs with single-phase supply a practically circular rotating field. By tapping on two diametrically opposed Points of the winding a current is obtained, the phase of which differs from that of the supplied is changeable within arbitrary limits. This current is used for excitation ' of the motor field, while the armature via the main control controller and the transformer is connected to the catenary.

Die bisher bekannt gewordenen Einrichtungen zur Nutzbremsung mit Einphasenmotoren haben alle den Nachteil, daß sie eine Reihe von getrennten Schaltoperationen erfordern. Die für die Durchführung der Bremsung erforderlichen zusätzlichen Bedienungshandgriffe komplizieren die Ausrüstung des Führerstandes in unerwünschter Weise und können zu Fehlschaltungen Anlaß geben.The previously known devices for regenerative braking with single-phase motors all have the disadvantage that they require a number of separate switching operations. The additional operating handles required to carry out the braking complicate the equipment of the driver's cab in an undesirable manner and can give cause for incorrect switching.

Gemäß vorliegender Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Nutzbremsung selbsttätig eingeleitet wird, sobald der Hauptsteuerschalter in die Nullage und der Wendeschalter in die Bremsstellung gebracht worden ist, wobei zunächst ein Nullspannungsrela.is erregt wird, das den Hilfsstromkreis eines Antriebsmotors für die Umschaltwalze des Phasenschiebers herstellt, worauf der mit dem Umschalter vereinigte Anlaßschalter den Phasenschieber an Spannung legt und nach dem Erregen die Anlaßwiderstände abschaltet, während der Phasenschieber bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl einen Schalter schließt, der den Hilfsstromkreis aufrechterhält, so daß in der Endstellung des Anlaß- und Umschalters der Phasenschieber auf das Feld des Triebmotors geschaltet wird, wobei letzteres erst dann möglich ist, wenn der Transformatorstufenschalter von der Nullstellung in die erste Schaltstellung gebracht und dabei gleichzeitig der Steuerstromkreis für einen Hilfsmotor hergestellt ist, der bei Spannungsgleichheit an den Klemmen des Triebmotors und des Stufentransformators durch ein Differentialrelais geschlossen wird, worauf der Hilfsmotor einen Schalter schließt, so daß der Triebmotor über den Transformator an Oberleitung gelegt ist. Die Regelung der Bremsleistung geschieht, dann in üblicher Weise durch den Transformatorstufenschalter.According to the present invention, these disadvantages are avoided by that regenerative braking is initiated automatically as soon as the main control switch is activated has been brought into the zero position and the reversing switch in the braking position, wherein first a zero voltage relay is excited, which the auxiliary circuit of a drive motor for the changeover roller of the phase shifter, whereupon the one with the changeover switch combined starter switch puts the phase shifter on and after energizing the starting resistors switches off, while the phase shifter when a at a certain speed closes a switch that maintains the auxiliary circuit, so that in the end position of the starter and changeover switch, the phase shifter on the Field of the traction motor is switched, the latter only being possible when the transformer tap changer from the zero position to the first switch position brought and at the same time produced the control circuit for an auxiliary motor is the one in the event of the same voltage at the terminals of the drive motor and the step transformer is closed by a differential relay, whereupon the auxiliary motor activates a switch closes so that the traction motor over the transformer on overhead line is laid. The regulation of the braking power then takes place in the usual way the transformer tap changer.

In der Zeichnung ist ein vereinfachtes Schaltschema zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Der Hauptsteuerschalter und der Wendeschalter sind, als für das Verständnis nicht erforderlich, weggelassen, ebenso sind von dem Antrieb des Transformatorstufenschalters nur die Umschaltrelais gezeichnet.The drawing shows a simplified circuit diagram for implementation of the method according to the invention. The main control switch and the Reversing switches are omitted as not necessary for understanding only the changeover relays of the drive of the transformer tap-changer are shown.

Die Energie für den Fahrzeugmotor 7 wird der Oberleitung i entnommen und durch den Stromabnehmer 2 über den Hauptschalter 3 der Primärwicklung des Stufentransformators 4 zugeführt. Die Anzapfungen der Sekundärwicklung werden durch eine Schleifbürste 5 mit einer festen Kontaktbahn verbunden: Von der Kontaktbahn fließt der Strom über den Niederspannungsschalter 6 zum Motor und dann zur Erde. Der durch einen Hilfsmotor gesteuerte Wendeschalter für die Herstellung der erforderlichen Schaltverbindungen ist nicht gezeichnet, sondern nur seine Verriegelungskontakte 71 bis 74. 27 ist ein in Abhängigkeit von der Kontaktbürste 5 des Stufenschalters gesteuerter und unter Federwirkung stehender Schalter, 8 ein Parallelschaltrelais, und 9 ist eine von der Schleifbürste des Stufenschalters gesteuerte Kontakteinrichtung für dasselbe. Mit i i ist der Phasenschieber bezeichnet, der mit einem Zentrifugalschalter i-- versehen ist. 13 ist ein Nullspannungsrelais und 14 der vereinigte Anlaß-und Umschalter für den Phasenschieber, der durch den Hilfsmotor 15 gesteuert wird. Der Anlaß- und Umschalter 14 ist mit Nockenscheibenversehen, die die Schalter 51 bis 54 schließen. 16 ist ein Druckknopfschalter.The energy for the vehicle engine 7 is taken from the overhead line i and through the current collector 2 via the main switch 3 of the primary winding of the step transformer 4 supplied. The taps of the secondary winding are made by a grinding brush 5 connected to a fixed contact track: the current flows over from the contact track the low voltage switch 6 to the motor and then to earth. The one by an auxiliary engine Controlled reversing switch for making the necessary switching connections is not drawn, but only its locking contacts 71 to 74. 27 is a controlled and dependent on the contact brush 5 of the tap changer spring loaded switch, 8 is a parallel relay, and 9 is a Contact device for the same controlled by the grinding brush of the tap changer. The phase shifter is designated by i i, which is connected to a centrifugal switch i-- is provided. 13 is a zero voltage relay and 14 is the combined starter and changeover switch for the phase shifter which is controlled by the auxiliary motor 15. The occasion and Toggle switch 14 is provided with cams which close switches 51-54. 16 is a push button switch.

Für die Bremsung wird der Hauptsteuerschalter in die Nullstellung und der Wendeschalter in die Bremsstellung gebracht, wobei in bekannter Weise die Einstellung des letzteren auf Bremsen verhindert wird, bevor der Transformatorstufenschalter auf Null steht. Durch die Verstellung des Wendeschalters in die Bremsstellung bei Nullstellung des Hauptsteuerkontrollers wird das Nullspannungsrelais 13 über Kontakt 62 der Umschaltwalze 14 an Spannung gelegt, und es schließt seine oberen Kontakte, wodurch der Motor 15 über die Erregerwicklung i 5a und über den Kontakt 63 des Umschalters 14 Strom erhält. Der Hilfsmotor dreht die Anlaß- und Umschaltwalze 14 in die Stellung I, und der Phasenschieber ist für den Anlauf vorbereitet. In Stellung I werden die Schalter 52, 53, 54 durch die Nockenscheiben des Anlaßschalters 14 geschlossen. Es fließt nun ein Strom von der 22o-Volt-Anzapfung am Transformator 4 über die Kontakte 53 und 54 bzw. 53 und 52 über Ohmsche Widerstände 21 bzw. induktive Drosselspulen 31 zum Stator des Phasenschiebers i i. Durch die Zuführung des Stromes an zwei um 9o° versetzten Punkten wird ein Drehfeld erzeugt, und der Phasenschieber läuft als Einphasenmotor an. Bei einer genügend hohen Drehzahl schließt der Zentrifugalschalter 12 seine Kontakte, und der Steuerstromkreis für den Hilfsmotor 15 ist Über den Kontakt 64 der Umschaltwalze 14 für den Phasenschieber an die Spannungsquelle gelegt. Der Motor bewegt den Anlaß- und Umschalter 14 in Stellung 1I. Hierbei öffnen die Nockenscheiben die Schalter 52 und 53, wodurch die Anlaßwiderstände 21 von dem Phasenschieber abgeschaltet werden. Der Phasenschieber kann jetzt -zur Erregung des Motorfeldes 17 auf dieses geschaltet werden.The main control switch is in the zero position for braking and brought the reversing switch into the braking position, in a known manner the Setting the latter on braking is prevented before the transformer tap changer is at zero. By moving the reversing switch to the braking position at The zero voltage relay 13 is set to zero for the main control controller via contact 62 of the switching roller 14 is applied to voltage, and it closes its upper contacts, whereby the motor 15 via the field winding i 5a and via the contact 63 of the changeover switch 14 receives electricity. The auxiliary motor turns the start and changeover roller 14 into position I, and the phase shifter is ready for start-up. In position I the Switches 52, 53, 54 closed by the cams of the starter switch 14. A current now flows from the 220 volt tap on transformer 4 via the contacts 53 and 54 or 53 and 52 via ohmic resistors 21 or inductive choke coils 31 to the stator of the phase shifter i i. By feeding the current to two um A rotating field is generated and the phase shifter runs as Single-phase motor on. When the speed is high enough, the centrifugal switch closes 12 its contacts, and the control circuit for the auxiliary motor 15 is via the contact 64 of the switching roller 14 for the phase shifter is placed on the voltage source. Of the The engine moves the starter and changeover switch 14 to position 1I. The cam disks open here the switches 52 and 53, whereby the starting resistors 21 are switched off from the phase shifter will. The phase shifter can now - to excite the motor field 17 on this be switched.

Der Transformatorstufenschalter kann nunmehr durch Verstellung des Hauptsteuerschalters von der Nullstellung zunächst in die erste Schaltstufe gebracht werden. Dadurch wird der Schalter 27 frei, bewegt sich durch die Federwirkung nach rechts und überbrückt die Kontakte 27b, so daß der Hilfsmotor 15 über den Kontakt 65 des Umschalters 14 und Kontakt 27b Strom erhält und den Umschalter 14 in Stellung III bringt. In dieser Stellung wird durch die Nockenscheiben der Schalter 51 des Anlaßschalters 14 geschlossen, wodurch die Feldwicklung 17 des Motors 7 an den Phasenschieber i i gelegt wird. Der Motor 7 wird erregt und erzeugt Spannung je nach Geschwindigkeit der Lokomotive. Bei. der Bewegung des Transformatorschalters in die Stellung I ist gleichzeitig der Schalter 9 nach links bewegt worden, wobei er durch Schließung seiner Kontakte den Stromkreis für den Hilfsmotor 18 vorbereitet hat. Der Schalter 9 wird durch die Falle 19 verriegelt.The transformer tap changer can now be adjusted by adjusting the Main control switch from the zero position initially brought into the first switching stage will. As a result, the switch 27 is free and moves afterwards due to the spring action right and bridges the contacts 27b, so that the auxiliary motor 15 via the contact 65 of the switch 14 and contact 27b receives power and the switch 14 in position III brings. In this position, the switch 51 of the Start switch 14 closed, whereby the field winding 17 of the motor 7 to the phase shifter i i is placed. The motor 7 is excited and generates voltage depending on the speed the locomotive. At. the movement of the transformer switch to position I. at the same time the switch 9 has been moved to the left, whereby it is closed by closing of its contacts has prepared the circuit for the auxiliary motor 18. The desk 9 is locked by the latch 19.

Der Transformatorstufenschalter wird nun so lange verstellt, bis die Transformatorspannung annähernd gleich der Klemmenspannung des Triebmotors ist; dann fällt das auf Spannungsdifferenz ansprechende Parallelschaltrelais 8 ab, das den Hilfsstromkreis für den Motor 18 schließt. Letzterer schließt den Niederspannungsschalter 6, der den Triebmotor 7 an die Oberleitung i über den Haupttransformator anschließt. Die Nutzbremsung beginnt.The transformer tap changer is now adjusted until the Transformer voltage is approximately equal to the terminal voltage of the traction motor; then the parallel switching relay 8, which responds to the voltage difference, drops out the auxiliary circuit for the motor 18 closes. The latter closes the low-voltage switch 6, which connects the drive motor 7 to the overhead line i via the main transformer. Regenerative braking begins.

Die in der Bremsstellung des Wendeschalters überbrückten Kontakte 71-74 haben folgenden Zweck: Der Kontakt 71 schließt einen Stromkreis für den Antriebsmotor des Transformatorstufenschalters, wenn der Anlaß- und Umschalter 14 für den Phasenschieber in Stellung Il oder III steht, und zwar über Kontakt 61 des letzteren; die Steuerrelais für den Motor sind mit 2o, 22 bezeichnet. Durch den Kontakt 72 wird der Stromkreis für die Erregerspule des Parallelschaltrelais 8 geschlossen. Der Kontakt 73 ist Sicherheitskontakt für den durch das ParalleIschaltrelais 8 geschlossenen Steuerstromkreis des Motors r8, um ein Schließen dieses Stromkreises nur dann zu ermöglichen, wenn der Wendeschalter auf Bremsen steht. Über den Kontakt 74. ist der Erregerstrom für die parallel geschalteten Relais 29 und 39 geführt. Letzteres dient dazu, bei Übergang des Wende Schalters in die Bremsstellung den von dem Hilfsmotor 18 betätigten Schalter 6 freizugeben. Relais 29- dient dazu, in der Bremsstellung die Falle i 9 auszulösen und den Schalter 9 freizugeben. Um ein wiederholtes Öffnen des Schalters 9 während der Bremsperiode zu verhindern, sind in bekannter Weise besondere Kontakte vorgesehen.The contacts bridged in the braking position of the reversing switch 71-74 have the following purpose: The contact 71 closes a circuit for the drive motor of the transformer tap changer if the starter and changeover switch 14 for the phase shifter is in position II or III, via contact 61 of the latter; the control relays for the motor are labeled 2o, 22. Through contact 72 the circuit for the excitation coil of the parallel switching relay 8 is closed. The contact 73 is the safety contact for the closed by the parallel switching relay 8 Control circuit of the motor r8 to close this circuit only enable when the reversing switch is on brakes. Via contact 74th is the excitation current for the relays 29 and 39 connected in parallel. The latter is used to switch the switch to the braking position of the auxiliary motor 18 actuated switch 6 to release. Relay 29- is used in the braking position trigger the trap i 9 and release the switch 9. To repeatedly open to prevent the switch 9 during the braking period are known in the art special contacts provided.

Zur Unterbrechung der Nutzbremsung wird der Schalter 6 durch einen nicht gezeichneten Druckknopf oder durch Fernsteuerung geöffnet. Der Transformatorstufenschalter wird dann auf Null gebracht. Sobald dies geschehen ist, wird der Wendeschalter auf Vorwärts oder Rückwärts gestellt. Dabei wird das Nullspannungsrelais 13 stromlos, der Anker überbrückt die unteren Kontakte und schließt den Rückwärtsdrehstromkreis für Motori5 über Kontakt 66 am Anlaß- und Umschalter 14 und Erregerwicklung 15 b. Der Motor 15 dreht den Anlaß- und Umschalter 14 in die Nullage und bringt den Phasenschieber i i in Ruhestellung.To interrupt regenerative braking, switch 6 is opened by a push button (not shown) or by remote control. The transformer tap changer is then brought to zero. As soon as this is done, the reversing switch is set to forward or reverse. The zero voltage relay 13 is de-energized, the armature bridges the lower contacts and closes the reverse three-phase circuit for Motori5 via contact 66 on the starter and changeover switch 14 and field winding 15b . The motor 15 turns the starter and changeover switch 14 into the zero position and brings the phase shifter ii to the rest position.

Bei Ausbleiben der Spannung in der Oberleitung öffnet sich der Hochspannungsschalter 3, und Nullspannungsrelais 13 wird strom los, worauf Motor 15 den Anlaß- und Umschalter i q. in die Nullstellung und den Phasenschieber i i in Ruhestellung bringt. Der Niederspannungsschalter 6 kann dann wieder durch einen Druckknopfschalter geöffnet werden.If there is no voltage in the overhead line, the high-voltage switch opens 3, and zero voltage relay 13 is currentless, whereupon motor 15 the starter and changeover switch i q. in the zero position and the phase shifter i i in the rest position. Of the Low-voltage switch 6 can then be opened again by a push-button switch will.

Der dargestellte Phasenschieber ist an diametral gegenüberliegenden Punkten angezapft, die an den Speisestromkreis und an das Motorfeld angeschlossen sind. Es kommt leicht vor, daß der Phasenschieber beim Anlauf bei einer bestimmten Drehzahl steckenbleibt, weil das Anzugsmoment eines Einphasen-Kurzschlußankermotors gering ist. Da außerdem die Oberwellen eines derartigen Motors gewöhnlich außerordentlich großsindundein Gegendrehmoment erzeugen, das unter Umständen größer als das Anzugsmoment sein kann, wird verhindert, daß der Motor über eine bestimmte Drehzahl hinauskommt. Durch unsymmetrisches Anzapfen des Stators hat man es aber teilweise in der Hand, die Feldform des Motors zu verändern und eine ungünstige Oberwelle zu vermeiden oder auf einen unschädlichen Betrag zu verkleinern. Eine symmetrische Speisung des Stators gibt z. B. ein Dreieckfeld, während eine unsymmetrische Speisung ein mehr sinusförmiges Feld, nämlich ein Trapezfeld ergibt.The phase shifter shown is at diametrically opposite one another Tapped points that are connected to the supply circuit and to the motor field are. It easily happens that the phase shifter at a certain start-up Speed stuck because of the tightening torque of a single-phase squirrel cage armature motor is low. In addition, since the harmonics of such a motor are usually extraordinary are large and generate a counter torque that may be greater than the tightening torque can be, the engine is prevented from going beyond a certain speed. By tapping the stator asymmetrically, however, you have it partially in your hand, to change the field shape of the motor and to avoid an unfavorable harmonic or to reduce it to a harmless amount. A symmetrical supply of the Stator are z. B. a triangular field, while an unsymmetrical supply one more sinusoidal field, namely a trapezoidal field results.

Um dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, den Phasenschieber bereits während der Fahrt anlaufen zu lassen, damit er bei einer Nutzbremsung gleich volle Spannung bzw. Tourenzahl besitzt, ist der Druckknopf 16 vorgesehen, durch dessen Niederdrücken das Nullspannungsrelais 13 Spannung erhält, das seine oberen - Kontakte schließt und in gleicher Weise, wie früher beschrieben, mit Hilfe des Hilfsmotors 15 den Anlaß- und Umschalter 14 einstellt und somit den Phasenschieber i i für die Nutzbremsung vorbereitet. Das Laufenlassen des Phasenschiebers i i hat dabei noch den Vorteil, daß er stets ausreichend gekühlt ist. Die eigentliche Nutzbremsung wird wieder dadurch herbeigeführt, daß der Transformatorstufenschalter auf Null durch den Hauptsteuerschalter zurückbewegt und der Wendeschalter in die Bremsstellung gebracht ist, wobei der Schalter 6 geöffnet wird, worauf, wie vorher beschrieben, der Phasenschieber zunächst auf das Motorfeld und darauf der Motor an die Oberleitung angeschlossen wird.To give the driver the opportunity to use the phase shifter already to start up while driving, so that it is full in the event of regenerative braking Has tension or number of revolutions, the push button 16 is provided by its Depressing the zero voltage relay 13 receives voltage, its upper - contacts closes and in the same way, as described earlier, with the help of the auxiliary motor 15 sets the starter and changeover switch 14 and thus the phase shifter i i for the Regenerative braking prepared. Running the phase shifter i i still has the advantage that it is always adequately cooled. The actual regenerative braking is brought about again by setting the transformer tap changer to zero moved back by the main control switch and the reversing switch in the braking position is brought, the switch 6 is opened, whereupon, as previously described, the phase shifter first to the motor field and then the motor to the overhead line is connected.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method and device for regenerative braking of single-phase motors using a phase shifter, characterized in that for the automatic initiation of regenerative braking when the main control switch is in the zero position and when the reversing switch is in the braking position, a zero voltage relay (13) is energized which forms the auxiliary circuit of a drive motor (15) for the changeover roller (14) of the phase shifter (ii), whereupon the starter switch combined with the changeover switch (1q.) Applies voltage to the phase shifter (ii) via contacts (52,53) and, after excitation, switches off the starting resistors (21), then the Phase shifter (ii) when a certain speed is reached a switch (12) closes, which maintains the auxiliary circuit, so that, in the end position III of the starter and changeover switch (1g), the phase shifter (ii) on the field (17) of the drive motor (7) is switched when the transformer tap changer (5) is brought from the zero position to the first switching position and At the same time, the control circuit for an auxiliary motor (18) is established, which is closed by a parallel switching relay (8) when the voltage at the terminals of the drive motor (7) and the step transformer (q.) is equal, whereupon the auxiliary motor (18) switches a switch (6 ) closes so that the drive motor (7) is connected to the overhead line (i) via the transformer (q.).

2. The method according to claim i, characterized in that for regenerative braking required excitation of the phase shifter (i i) by a push-button switch (16) is brought about in the auxiliary circuit for the control motor (15) of the starter switch (14) is for the phase shifter (i i).

3. The method according to claim i and 2, characterized characterized in that regenerative braking is interrupted when that of the auxiliary engine (18) operated switch (6) in the main circuit of the drive motor (7) by a Push-button or remote-controlled switch (39) is released. .

Device for carrying out the method according to claim i, characterized in that the starter switch (1q.) Of the phase shifter (i i ) is provided with cam or cam disks, actuated by the switch "(5i-53) for starting the phase shifter (ii) will.

5. Device according to claim i, characterized in that the transformer tap changer (5) controls a spring action switch (27) which maintains the auxiliary circuit for the control motor (15) of the phase shifter (ii).

6. Establishment according to claim i, characterized in that the transformer tap changer (18) a switch (9) in the control circuit for the auxiliary motor (18) closes the Switch (6) in the main circuit of the drive motor (7) closes.

7. Device according to claim i, characterized in that the stator of the phase shifter (i i) is asymmetrical is tapped in order to change its field shape and harmonics which are unfavorable for the start-up to avoid.