DE645114C - Schutzeinrichtung fuer den Betrieb von elektrischen Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schutzeinrichtungen zur Beseitigung der schädlichen Wirkung von Stromstößen, die unter bestimmten Umständen beim Betrieb von elekirischen Fahrzeugen mit Umformern nach dem Metadynesystem auftreten.

Unter einem Metadyneumformer versteht man eine Maschine, die im wesentlichen wie eine Gleichstromdynamo gebaut ist. Der Umformer besitzt einen bewickelten Anker und einen, mitunter auch mehrere Kommutatoren. Der Ständer ist im allgemeinen mit Einzelpolen versehen. Die einfachste Ausführung weist zwei Paar Bürsten auf. Das eine Bürstenpaar, die Primärbürsten, führen dem Anker den Strom vom Netz zu. Dem anderen Bürstenpaar, den Sekundär bürsten, wird der im Anker umgeformte Strom entnommen und einem oder mehreren Verbrauchern zugeleitet.

In manchen Fällen werden auch mehr als zwei Paar Bürsten verwendet. Die Wirkungsweise der Maschine ist derart, daß der VerLraucherstrom unabhängig vom Widerstand in weiten Grenzen unveränderlich ist. Der vom Ankerstrom erzeugte magnetische Fluß schließt sich über den Ständer, der aus diesem Grunde einen kleinen magnetischen Widerstand hat.

Der Ständer ist im allgemeinen mit mehreren Wicklungen versehen, die magnetische Flüsse erzeugen, welche zur Regelung der elektrisehen und mechanischen Wirkungsweise der Maschine dienen.

Wenn beim Betrieb von elektrischen Fahrzeugen, die mit derartigen Umformern ausgerüstet sind, aus irgendeinem Grunde die Netzspannung ausbleibt oder die Spannung sich plötzlich um einen hohen Betrag ändert, verursachen die Stromstöße bei plötzlich wiederkehrender oder sich erhöhender Spannung eine Gefährdung der Maschinen.

Die Gefahr ist besonders dann groß, wenn das Fahrzeug einen Streckentrenner passiert, zu dessen beiden Seiten die Spannung verschiedene Polarität hat. In einem solchen Fall erhöht nämlich die Spannung an den Bürsten der Metadyne, die als gegenelektromotorische Kraft der Netzspannung entgegengerichtet ist, nach dem Passieren des Streckentrenners die Spannung des mit der Metadyne verbundenen Netzes, da dessen Polarität gewechselt hat.

Beim Ausbleiben der Spannung, abgesehen vom_ Passieren der Streckentrenner, könnte man sich am einfachsten dadurch helfen, daß

man den Wagenführer den Fahrschalter in die Nullstellung schalten ließe. Der Fahrschalter selbst müßie dabei so gebaut sein, daß in dieser Stellung zwischen Stromquelle und Metadyne ein großer Schutzwiderstand geschaltet wird. In Anbetracht dessen aber, daß die Spannung infolge Abspringens des Stromabnehmers oder infolge eines anderen unvorhergesehenen Zufalles ausbleiben kann, ίο und daß der Wagenführer nach Passieren des Streckentrenners vergessen könnte, den Fahrschalter in die vorgeschriebene Stellung zu bringen, ist es notwendig, eine selbsttätige Schutzeinrichtung vorzusehen, die gleichzeitig mit dem obenerwähnten Schutzwiderstand vereinigt werden kann. Auf diese Weise schützt der Widerstand die Fahrzeuge im Leerlauf (Fahrschalter in der Nullstellung) z. B. gegen Stromstöße bei wiederkehrender Spannung mit umgekehrter Polarität, während die selbsttätige Schutzeinrichtung bei Belastung (wenn der Fahrschalter sich nicht in der Nullstellung befindet) schädliche Stromstöße verhindert, die beim Ausbleiben der Spannung und bei plötzlicher Wiederkehr derselben auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist eine selbsttätige Schutzeinrichtung, die mit einem Schutzwiderstand vereinigt ist, dergegebenenfalls gleichzeitig als Anlaßwiderstand für den L'mformer dienen kann. Diese Einrichtung arbeitet plötzlich, unabhängig von der Empfindlichkeit der Metadyne gegenüber gefährlichen Stromstößen, und spricht auf alle Ursachen an, die derartige Stromstöße bewirken. Es ergeben sich verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgedankens, je nachdem die selbsttätige Einrichtung den verschiedenen Folgen des Ausbleibens der Spannung angepaßt ist. Insbesondere ergibt sich die Notwendigkeit einer Zusatzeinrichtung mit Rücksicht darauf, daß die Folgen des Ausbleibens der Spannung, die die selbsttätige Einrichtung in Tätigkeit setzen, auch während des normalen Betriebes eintreten können — es hat also keine selbsttätige Abschaltung stattgefunden —, was mit Hilfe einer entsprechenden Ausführung oder einer besonderen Einrichtung verhindert werden muß. Einige Ausführungsbeispiele sind in den Abb. ι bis 6 dargestellt. .1/ ist der Metadyneumformer, E sind die mit ihm verbundenen Motoren, die z. B. in Achterschaltung mit der Metadyne verbunden sind. W ist der Schutzwiderstand, der in der Nullstellung des Fahrschalters eingeschaltet wird, K der Schalter, der durch die selbsttätige Einrichtung betätigt wird.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 wird der Schalter K durch ein als Nullstromrelais ausgebildetes Relais R betätigt, das in Reihe mit dem Schalter liegt, mit Rücksicht darauf, daß beim Ausbleiben der Spannung der zur Metadyne fließende Netzstrom aufhört zu fließen. Für den Fall, daß die Spannung aus irgendeinem Grunde ausbleibt, z. B. dadurch, daß der Stromabnehmer abspringt oder das Fahrzeug einen Streckentrenner passiert, stelH das Relais die gewünschte Schutzschaltung her. Eine derartige Verbindung könnte indessen auch in der Nullstellung des Fahrschalters hergestellt werden, da dann der Strom mangels Belastung gleich Null ist. Dasselbe könnte beim Übergang zur Nutzbremsung eintreten, da hier der Strom beim Umkehren seiner Richtung durch Null geht. Da der Fahrschalter in der Nullstellung in jedem Fall durch den Schalter P den Stromkreis unterbricht und damit den Schutzwiderstand W einschaltet, kann es vorteilhaft sein, das Relais R mit einer nicht dargestellten Verriegelung zu versehen. Diese verriegelt den Fahrschalter in seiner Nullstellung derart, daß der Schalter K nicht geöffnet werden kann. Insbesondere empfiehlt sich eine derartige Lösung, daß beim Schalten des Fahrschalters in die Rückgewinnungsstufen die Verriegelung erst dann gelöst werden kann, wenn Rückgewinnung eingetreten ist, also der Strom seine Richtung bereits umgekehrt hat und somit in dem Relais R von neuem Strom fließt. Selbstverständlich können die Schalter K und P vereinigt werden. Außerdem kann der Schalter/Γ vor den Anschlußpunkt des Schutzwiderstandes W als Hauptschalter gelegt werden. Beim Anlassen ist es notwendig, , wenn der Schutzwiderstand W gleichzeitig als Anlaßwiderstand benutzt werden soll, vor dem Einlegen des Schalters K den Schalter P zu öffnen. Der das Relais durchfließende »00 Strom verringert sich bei der Rückgewinnung allmählich bis zum Werte Null, sobald das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Damit das Relais in diesem Fall, sofern es sehr häufig auftritt, nicht ausschalten kann, ist es vermittels des Spannungsrelais F, das parallel zu einem Motor liegt, dessen Spannung sich mit der Geschwindigkeit verringert, derart verriegelt, daß das Relais R bei einer Motorspannung unterhalb eines bestimmten Wertes uo nicht in Tätigkeit treten kann.

Das Spannungsrelais F kann derart ausgeführt sein, daß es gleichzeitig mit der Verriegelung auch den Schutzwiderstand ganz oder teilweise einschaltet.

Außerhalb der Nullstellung des Fahrschalters kann ein weiterer Widerstand von geringer Größe in den ersten Fahr- oder Bremsstufen, in denen eine geringe Beschleunigung oder Verzögerung hervorgerufen wird, t*o eingeschaltet werden. Dieser hat ebenfalls die Bedeutung eines Schutzwiderstandes,

Das Relais R gemäß Abb. 2 ist an die Sekundärklemmen eines Transformators T angeschaltet, dessen Primärwicklung sich im Primärkreis der Metadyne befindet. Die S Änderung des Stromes, der vom Netz zur Metadyne fließt, z. B. bei plötzlichem Aussetzen oder Wiederkehren der Spannung, ruft in der Sekundärwicklung des Transformators einen Strom hervor, dessen Größe von der Änderungsgeschwindigkeit des Primär stromes abhängt. Das über den Transformator T betätigte Relais R spricht somit auf plötzliche Änderungen an, die den Charakter eines Stoßes haben. Es ist auch in diesem Falle vor-

•5 teilhaft, das Relais in der Nullstellung des Fahrschalters zu verriegeln oder in dieser Stellung des Fahrschalters den Sekundärkreis des Transformators zu unterbrechen oder kurzzuschließen, da beim Schalten des Fahrschalters aus der Nullstellung natürlicherweise Stromstöße auftreten, die das Relais unnötigerweise in Tätigkeit setzen könnten.

Damit die Stromschwankungen im normalen Betrieb das Relais nicht in Tätigkeit setzen, ist es notwendig, besondere Maßnahmen durchzuführen. Sie können in einer entsprechenden Ausführung und Bemessung bestehen, z. B. kann der Eisenkern des Transformators für normale Stromwerte derart gesättigt ausgelegt werden, daß die Stromschwankungen während des normalen Betriebes im Transformator keine derartigen Flußschwankungen erzeugen können, durch " die das Relais in Tätigkeit gesetzt würde.

Was die Verriegelung des Fahrschalters in der Nullstellung anbelangt, so ist es notwendig, diese in gleicher Weise, wie bei einer Ausführung nach Abb. 1, nach dem Schalten in die erste Stromrückgewinnungsstufe aufzuheben.

Bei einer Anordnung nach Abb. 2 ist es möglich, den als Zweiwicklungstransformator ausgeführten Transformator T durch einen Einwicklungstransformator (Spartransformator) zu ersetzen.

Bei Ausführungen gemäß den Abb. 3 und 4 ist das Relais in den Motorkreis eingeschaltet. In Abb. 3 liegt das Relais unmittelbar im Motorkreis, in Abb. 4 mittelbar unter Zwischenschaltung eines Transformators. In der Schaltung nach Abb. 3 ist ein als Maximalstromrelais arbeitendes Relais verwandt, in der nach Abb. 4 ein Relais, das, wie bei der Ausführung nach Abb. 2, bei Stromschwanklingen, insbesondere Stromstößen, anspricht. In beiden Fällen arbeiten die Relais in gleicher Weise, d. h. sobald die elektrische Verbindung zwischen der Metadyne und dem Netz unterbrochen wird, steigt die Stromstärke im ; Motorkreis an bzw. ändert sich in manchen Fällen stoßartig. j

Die Spannungsänderungen der ,Metadyne, die infolge eines plötzlichen Ausbleibens der Netzspannung eintreten, können auch dazu benutzt werden, ein Relais, das im Sekundärkreis des Transformators T oder eines anderen parallel zur Metadyne geschalteten Transformators liegt, zu betätigen. Diese Ausführungsform, die nicht in den Abbildungen dargestellt ist, spricht ebenfalls im wesentlichen auf Änderungen an, die den Charakter von Stoßen haben. Der Unterschied zwischen dem Transformator dieser nicht dargestellten Schaltung und dem der nach Abb. 4 (mag der Transformator entsprechende Abmessungen haben oder magnetisch gesättigt sein) ist, daß das Relais nicht in Tätigkeit gesetzt wird, sofern es sich um Schwankungen handelt, die infolge der Natur des Betriebes auftreten.

In allen oben beschriebenen Fällen kann die Polarität des Relais durch den Fahrschalter derart geändert werden, daß bei Beschleunigung nur Strom- bzw. Spannungsschwankungen in der einen Richtung und bei Rückgewinnung in der anderen Richtung wirksam .sind. Für diesen 2Iweck können die verschiedenen bekannten Ausführungsformen von polarisierten Relais verwendet werden.

Weiterhin kann die Schaltung in allen oben ausgeführten Fällen derart sein, daß gleichzeitig mit der Abtrennung der Metadyne von der Fahrleitung die Motoren selbsttätig auf Widerstandsbremsung unabhängig von der Metadyne umgeschaltet werden. Gegebenenfalls kann die Umschaltung auch von Hand geschehen, damit die selbsttätige Umschaltung durch eine von Hand betätigte ersetzt werden kann. Außerdem können die Bremsschalter derart ausgeführt sein, daß sie auch nur von Hand betätigt werden können.

Ausführungsbeispiele sind in Abb. 5 und 6 gegeben. Abb. 5 bringt eine Bremsschaltung, in der der Motor, der in Stellung b des Schalters /C₁ auf den Bremswiderstand W₁ arbeitet, von einer Akkumulatorenbatterie während der Bremsperiode erregt wird, sofern der Schalter/t» sich in Stellung d befindet. Bei einer Ausführung nach Abb. 6 ist die Erregerwicklung des Motors E, der als Generator arbeitet", in der Stellung b des Schalters K₁ und der Stellung d des Schalters K₂ in Reihe mit dem Motor und dem Bremswiderstand gelegt. Die Stellungen α und c der Schalter K₁ und K₂ entsprechen in Abb. 5 und 6 dem normalen Betriebe. Selbstverständlich können die Schalter K₁ und K₂ auch zu einer mechanischen Einheit vereinigt werden.

Für den Fall, daß bei den Bremsschaltungen nach Abb. 5 und 6 die Schalter von Hand betätigt werden, können diese auch mit anderen Bremsschaltern des Fahrzeugs, z. B. denen der Radbremsen, vereinigt werden.

An Stelle der selbsttätig zur Wirkung kommenden Widerstandsbremsung empfiehlt sich in manchen Fällen eine reine von Hand betätigte Widerstandsbremsung, da es nicht in allen Fällen, z.B. beim Passieren der Streckentrenner, notwendig ist, daß der Motor abgebremst wird, wenn die Netzspannung ausbleibt. Für den Fall der selbsttätigen Bremsung empfiehlt es sich, den Umschalter derart

ίο zu verriegeln, daß die Widerstandsbremsung nur auf den Rückgewinnungsstufen eintreten kann.

Mit Rücksicht auf den Schutz gegen Stromstöße kann die Metadyne, nachdem sie selbst-

»5 tätig mit Hilfe der beschriebenen Einrichtungen abgeschaltet wurde, nach Wiederkehr der Spannung selbsttätig oder von Hand durch die für das normale Anlassen und für den Schutz gegen schädliche Stromstöße dienende Anordnung (Anlaßwiderstand) eingeschaltet werden.

Claims (16)

1. Patentansprüche:

   i. Schutzeinrichtung für den Betrieb von elektrischen Fahrzeugen mit Umformern nach dem Metadynesystem gegen schädliche Stromstöße bei aussetzender oder, insbesondere mit vertauschter Polarität, wiederkehrender Netzspannung, gekennzeichnet einerseits durch einen Schutzwiderstand (W), der im Leerlauf und gegebenenfalls bei geringer Belastung im Primärkreis der Metadyne (M) liegt, andererseits durch eine selbsttätige Schalteinrichtung, die bei ausbleibender Spannung die Metadyne vom Netz abtrennt bzw. den Schutzwiderstand einschaltet.
2. 2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (W) durch den Fahrschalter in der Nullstellung in Reihe mit der Metadyne geschaltet wird.
3. 3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch weitere Schutzwiderstände, die in der ersten Fahr- oder Bremsstufe durch den Fahrschalter in Reihe mit der Metadyne geschaltet werden und deren Widerstandswert kleiner als der des Schutzwiderstandes ist, der in der Nullstellung des Fahrschalters eingeschaltet ist.
4. 4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein als Nullstromrelais arbeitendes Relais (R), durch das der Schutzwiderstand (W) in Reihe mit der Metadyne geschaltet wird.
5. 5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Spannungsrelais (F), das an der Spannung eines Motors (E) liegt und daß das die Schaltung des Schutzwiderstandes (W) bewirkende Relais (R) verriegelt, sofern die Motorspannung unterhalb eines bestimmten Wertes liegt.
6. 6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsrelais (F) gleichzeitig mit der Verriegelung einen Schutzwiderstand in den Primärkreis der Metadyne einschaltet.
7. 7. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Ein- oder Zweiwicklungstransformatqr im Primärkreis der Metadyne, in dessen Sekundärkreis das den Schutzwiderstand schaltende Relais (R) liegt. .
8. 8. Schutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern des Transformators derart magnetisch gesättigt ist, daß Stromschwankungen während des normalen Betriebes nur solche Flußschwankungen hervorrufen, die das Relais (R) nicht in Tätigkeit setzen.
9. 9. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 5 und 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (R) in der Nullstellung des Fahrschalters verriegelt ist und diese Verriegelung erst nach dem Schalten in die erste Nutzbremsstufe gelöst wird.
10. 10. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein im Stromkreis der von der Metadyne gespeisten Motoren angeordnetes, als Maximalstromrelais arbeitendes Relais, durch das der Schutzwiderstand (W) geschaltet wird.
11. 11. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis .3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (T), in dessen Sekundärkreis das den Schutzwiderstand (W) schaltende Relais (R) liegt, in den Kreis der von der Metadyne gespeisten Motoren geschaltet ist.
12. 12. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (T), in dessen Sekundär- 105. kreis das den Schutzwiderstand (W) schaltende Relais (R) liegt, parallel zur Metadyne geschaltet ist.
13. 13. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Relais, deren Polarität durch den Fahrschalter derart verändert werden kann, daß bei Beschleunigung nur Strombzw. Spannungsschwankungen in dereinen Richtungund bei Bremsung in der anderen "5 Richtung wirksam sind.
14. 14. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 8 bzw. 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren gleichzeitig mit der Einschaltung des Schutz wider Standes »«o selbsttätig unabhängig von der Metadyne auf einen Bremswiderstand geschaltet werden.
15. 15· Schutzeinrichtung nach Anspruch ι bis 8 bzw. io bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren von Hand unabhängig von der Metadyne auf einen Bremswiderstand geschaltet.werden. '-;.
16. 16. Schutzeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbremsschaltung durch einen anderen Bremsschalter des Fahrzeugs, z. B. den der Radbremsen, erfolgt.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen