DE638944C - Schaltungsanordnung zur Rueckgewinnung von Energie fuer elektrische Lokomotiven - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Rueckgewinnung von Energie fuer elektrische Lokomotiven

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DE638944C
DE638944C DEB159378D DEB0159378D DE638944C DE 638944 C DE638944 C DE 638944C DE B159378 D DEB159378 D DE B159378D DE B0159378 D DEB0159378 D DE B0159378D DE 638944 C DE638944 C DE 638944C
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    • 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
    • B60L7/003Dynamic electric braking by short circuiting the motor
    • 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
    • B60L7/12Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by dc motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung von Energie für elektrische Lokomotiven Bei den elektrischen Lokomotiven mit Gleichstrommotoren, die während des Fahrens als Hauptschlußmotoren geschaltet sind, wird die Rückgewinnung der Energie beim Bremsen auf abfallenden Strecken in der Weise durchgeführt, daß die Erregerwicklungen der Motoren mit Hilfe einer unabhängigen Stromquelle gespeist werden, die aus einem Gleichstromgenerator besteht. Die Stärke des Rückgewinnungsstromes und die Geschwindigkeit der Lokomotive werden durch Veränderung .der Stärke des von der unabhängigen Stromquelle gelieferten Stromes geregelt, indem die von der unabhängigen Stromquelle gelieferte Spannung geregelt oder ein regelbarer Widerstand mit den Erregerwicklungen der Motoren in Reihe geschaltet wird.
  • Abb. z der beiliegenden Zeichnung stellt ein bekanntes Schaltungsschema für Gleichstromlokomotiven dar. Es wird angenommen, daß die Lokomotive durch zwei parallel geschaltete Motoren M1, M2 angetrieben wird. Man kann aber auch eine geringere oder größere Zahl von Motoren annehmen, deren Ankerwicklungen parallel oder in Reihe geschaltet sind. Ein Regelwiderstand R ist zwischen die Ankerwicklungen und die Erde geschaltet. Dieser Widerstand wird vom Rückgewinnungsstrom und vom Erregerstrom durchflossen und bildet den wesentlichen Teil dieser Anordnung. Die Anwesenheit dieses Widerstandes R bewirkt ein dem Rückgewinnungsstrom proportionales Abfallen der Spannung an den Enden des Regel-Widerstandes R und infolgedessen eine Herabminderung des Erregerstromes, wenn die Spannung an den Klemmen der Erregermaschine E als unveränderlich angenommen wird.
  • In diesem bekannten Schaltungsschema beansprucht die Erregermaschine zu viel Platz und wird zu schwer, was bei den Lokomotiven sehr nachteilig ist. Außerdem hängt die Arbeitsweise der Einrichtung von der Leitungsspannung und der Geschicklichkeit des Führers ab; jeglicher Steuerungsfehler kann während der Rückgewinnung übermäßige Geschwindigkeit und einen schlechten Kommutierungsvorgang zur Folge haben.
  • Es ist bekannt, in Fällen, in denen vier Gruppen von gleichen Motoren zur Verfügung stehen, alle ihre Ankerwicklungen in einer solchen Weise anzuordnen, daß dieselben die vier Seiten eines Vierecks bilden, dessen eine Diagonale durch die Stromzuführungsleitung, den Generator des Kraftwerks und die Erdleitung gebildet wird, während in der anderen Diagonale sämtliche Feldwicklungen der Motoren, zueinander und mit einem zusätzlichen Widerstand in Reihe geschaltet sind. Außerdem sind die Feldwicklungen der zwei Motoren oder Gruppen von Motoren, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Vierecks liegen, im Nebenschluß zu einem regelbaren Widerstand geschaltet. Bei dieser Anordnung bestehen zahlreiche Nachteile. Die Durchführung der Stromrückgewinnung ist überwiegend von dem remanenten Magnetismus abhängig, welcher immer schwach ist. Die Erregerströme der verschiedenen Gruppen sind unter sich nicht gleich. Die Anlage ist nur für eine Anzahl von Motoren, die ein Vielfaches der Zahl vier darstellt, anwendbar4-Die können Feld- nicht und je Ankerwicklungen nach Bedarf parallel der MotorenIn- oder . Reihe '.-zueinander geschaltet werden.
  • Es ist bereits vorgeschlagen -worden, Motoren mit verschieden großen Ohmschen Widerständen ihrer Anker oder Motoren mit verschiedener Leistung oder Motoren mit in der Mitte unterteilten Erregerwicklungen in den Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke anzuordnen, wobei im letzteren Fall die eine Hälfte der Erregerwicklungen in Reihe mit dem Anker geschaltet ist. Andere Vorschläge gehen dahin, auf einer Seite der Brücke zwei oder .mehrere unter sich parallel geschaltete Motoren anzuordnen, während auf der anderen Symmetrieseite der Brücke die Motoren in Reihe geschaltet sind.
  • Außerdem,-was noch nachteiliger ist, er---folgt _der Beginn der Stromrückgewinnung auf Grund des sehr schwachen remanenten Magnetismus in dem Eisen des Motors. Um hierbei eine genügend große elektromotorische Kraft 'im Anker und im Zusammenhang 'damit -einen .genügend- starken Rückgewinnungsstrom zu erhalten, müssen die Motoren und damit =das- von diesen angetriebene Fahrzeug eine hohe Geschwindigkeit anneh@rien, was--für - die Betriebssicherheit einen schwerwiegenden Nachteil bedeutet.
  • Die Erfindung betrifft eine. Schaltungsanordnung für die Rückgewinnung von Energie- für , elektrische Lokomotiven mit einer beliebigen Äiiaahl von . Gleichstromhauptschlüß'motoren, bei welcher die Feld- .und Ankerwicklungen der Motoren ins einem Stromkreis nach dem System einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet sind, deren eine Diagonale 'die- Feldwicklungen enthält, während die andere Diagonale die, Stromzuführungsläitung und für ein Zurckfließen -der Ströme die Erde enthält. Das wesentliche Kennzeichen der Erfindung b_ esteht darin, daß die .eine Diagonale auch. alle Ankerwickluxigen der Mbtoren enthält unddrei der. vier Zweige der Wheatstoneschen Brücke durch zusätzliche Widerstände gebildet'iverden, -während der vierte eine Erregermaschine enthält. Dieses System zeigt folgende Eigenschaften: i: Die -Leistung der Erregermaschine, welche die Erregerwicklungen der Motoren speist; ist bedeutend kleiner *als jene, -welche -Tön ' anderen. Rückgewinnungssystemen benötibdt wird,-in -welchen die Erregung-der Motoren auch -von- einer iiiialihängigen Erregerris.sehine =gespeist wird (wie nach dem bekannten Schema, welches k Abb. i- dargestellt ist). Dies--rührt davon her, daß nach` dem in Abb. 2 dargestellten Schema der Erregerstrom, welcher durch die Erregerwicklung der ,.Motoren fließt, nur zum kleinen Teil von der üfgbhängigen Erregermaschine geliefert wird, , fhrend der zrößte Teil des Erregerstrornes eäüs ;einer Abzweigung des Rückgewinnungssfromes besteht.
  • 2. Durch geeignete Wahl der Größe der unveränderlichen Widerstände: des Stromkreises kann ohne -Mithilfe des. Führers das Verhältnis zwischen der Stärke des Stromes, welcher die Ankerwicklungen durchfließt, und der Stärke des .die Erregerwicklungen durchfließenden Stromes sehr nahe an dem Wert gehalten werden, welcher .den günstigsten Kommutierungsvorgang bei den Motorbürsten gewährleistet.
  • 3. Nach dem Schema der Abb. i sinkt beim Öffnen des Hauptschalters, welcher den Rückgewinnungsstrom unterbricht, plötzlich die -Spannung am Ende des Widerstandes R, und dementsprechend wächst.der Strom, welcher von der Erregermaschine den Erregerwicklungen der Motoren geliefert wird, so daß genannter Hauptschalter sich somit in dem Augenblick öffnet, in welchem die Erregung der Motoren ihren größten Wert erreicht. Nach dem Schema der Abb.2 ist dies dagegen nicht der Fall, da der Erregerstrom der Motoren zum größten Teil aus dem Rückgewinnungsstrom abgeleitet -wird, -wenn dieser Strom von dem Hauptschalter unterbrochen wird, so daß. .der Strom, welcher von der Erregermaschine geliefert wird,`zwar in gleicher Weise wächst wie im ersten Fall,'aber sein Wert .den Wert, welchen der Erregerstrom der Motoren _ während- der Rückgewinnung aufweist, nie übersteigt uiid manchmal sogar kleiner bleibt. Auf diese Weise wird die Spannung an den Klemmen .der Motoren beim Öffnen .des Schalters auf ein Minimum verringert und damit die Funkenbildung -am Kommutator verhütet.
  • Andererseits haben nach diesem System alle Motoren dieselbe Leistung, - so daß ihre Herstellung sehr-billig ist und die Betriebs-und die Wartungskosten sehr verringert werden. Außerdem erreicht man eine hohe Erregung, auch wenn die Motoren bei sehr verminderter Geschwindigkeit laufen, -was für die Betriebssicherheit von großem Vorteil ist.
  • Abb.2 gibt ein Ausführungsbeispiel des Schaltungsschemas gemäß der vorliegenden Erfindung -wieder.
  • Die. Erregerwicklungen ei und e2 der Motoren, von denen beispielsweise zwei vorhanden sind, deren Zahl aber beliebig sein kann, sind unter sich in-Reihe. geschaltet und bilden die Diagonale einer. Wheatstoneschen Brücke, deren drei Abzweige durch die unveränderlichen Widerstände Ra, R-, R2 und deren vierter Zweig durch die Erregermaschine E gebildet wird. Einer der Scheitelpunkte der Brücke ist an Erde, der andere an die unter sich parallel geschalteten Ankerwicklungen der Motoren Ml, l112 geschaltet. In der an de letztgenannten Punkte der Brücke gelegten Diagonale liegt auch die vom Generator G des Kraftwerks kommende Stromzuführungsleitung und die zum Generator zurückführende Erdleitung.
  • Der Rückgewinnungsstrom und der von der Erregermaschine E kommende Strom durchfließen im gleichen Sinn den Widerstand Ra. Im Punkt A verteilt sich der Strom auf die Erregerwicklungen ei, e2 und die Widerstände R, und R2.
  • Der .die Erregerwicklungen ei, e2 durchfließende Teil des Rückgewinnungsstromes ist um so größer, je größer der Widerstand R, gegenüber dem Widerstand R2 ist. Von diesem Verhältnis zwischen diesen beiden Werten hängen somit die Charakteristiken des Rückgewinnungsstromes der Lokomotive ab. Wenn diese beiden Widerstandsgrößen einmal festgelegt sind, so hängt der die Erregerwicklungen ei, e2 durchfließende Strom, ebenso wie der Teil dieses Stromes, welcher von der Erregermaschine E geliefert wird, von der Stärke des Rückgewinnungsstromes ab, welcher die Ankerwicklungen der Motoren durchfließt, und zwar, wenn der Rückgewinnungsstrom schwach ist, ist auch der Erregerstrom, welcher die Erregerwicklungen ei, e2 durchfließt, schwach.
  • Der von der Erregermaschine E kommende Teil dieses Stromes ist in diesem Falle verhältnismäßig wichtig in bezug auf den gesamten Erregerstrom. Dennoch ist die von der ErregermaschineE hervorgerufene Stromstärke stets schwach im Vergleich zur Stromstärke, welche durch die Erregermaschine nach .der Schaltung nach Abb. i geliefert wird. Wenn im Gegensatz zu dem vorher Gesagten der Rückgewinnungsstrom beträchtlich ist, so wird der die Erregerwicklungen ei, e2 durchfließende Strom ebenfalls beträchtlich. Der von der Erregermaschine E kommende Strom ist aber dann verhältnismäßig weniger wichtig im Vergleich zu dem gesamten Erregerstrom und noch schwächer als der im Zusammenwirken mit einer Stromrückgewinnung geringer Stärke entsprechende Strom.
  • Im Falle eines Kurzschlusses in der Stromzuführungsleitung beim Öffnen des Schalters der Lokomotive ermöglicht die Schaltung nach Abb. 2 die gleichzeitige Unterbrechung des die Anker der Motoren durchfließenden Stromes und des größten Teiles des Erregerstromes.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schaltungsanordnung zur Rückgewinnung von Energie für elektrische Lokomotiven mit einer beliebigen Anzahl von mit Hauptstrom erregten Gleichstrommotoren, bei welcher die Erreger-und Ankerwicklungen der Motoren in einem Stromkreis nach dem System einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet sind, deren eine Diagonale die Erregerwicklungen enthält, während die andere Diagonale die Stromzuführungsleitung und für ein Zurückfließen des Stromes die Erdleitung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklungen der Motoren in einer Diagonale .der Brücke und zusätzliche Widerstände in drei der vier Brückenzweige liegen, während der vierte eine Erregermaschine (E) enthält.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruchj, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklungen der Motoren parallel, die Erregerwicklungen in Reihe geschaltet sind.
DEB159378D 1933-01-27 1933-01-27 Schaltungsanordnung zur Rueckgewinnung von Energie fuer elektrische Lokomotiven Expired DE638944C (de)

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