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Kurzschlußbremsschaltung von Hauptstrombahnmotoren Die Bremsung von
elektrisch angetriebenen Fahrzeugen erfolgt meistens in der Weise, d.aß der Hauptstrommotor
vom Gleichstromnetz abgeschaltet, als Generator erregt wird und die kinetische Energie
des Fahrzeuges dann in Widerständen aufgezehrt wird. Die Widerstände werden durch
Steuerwalzen usw. in den Ankerkreis geschaltet. Dabei kann es, besonders bei großen
Geschwindigkeiten, vorkommen, daß der Ankerwiderstand durch den Fahrzeugführer zu
rasch verkleinert wird. Der Bremsstrom und damit das Bremsmoment erreicht dann einen
unzulässig hohen Wert, die Räder werden festgebremst, und das Fahrzeug kommt ins
Rutschen. Man muß also dafür sorgen, daß ein oberer Grenzwert des Bremsstromes niemals
überschritten werden kann. Zu diesem Zwecke hat man in den Ankerstromkreis elektromagnetische
Relais eingebaut, die beim Erreichen der oberen Stromgrenze das Feld des Generators,
z. B. durch Nebenschließen der Feldwicklung des Hauptstrommotors, schwächen; sie
haben sich aber u. a. wegen ihrer zu großen Trägheit nicht bewährt. Eine ausreichende
Begrenzung des Bremsstromes kann auch dann nicht erzielt werden, wenn das Bremsschütz
praktisch trägheitslos arbeiten würde. Wenn also der Fahrer den Fahrschalter durchreißt,
und zwar beispielsweise bis in die vierte Bremsstellung, in welcher ein verhältnismäßig
geringer Widerstand im Kurzschlußbremskreis liegt, so steigt der Strom sehr rasch
und würde nach kurzer Zeit den der vierten Bremsstellung entsprechenden Maximalwert
erreichen. Um dies und die daraus entstehenden Folgen (Festbremsen) zu vermeiden,
muß nun das Bremsschütz anziehen, um den Strom in der bereits angedeuteten Weise
zu begrenzen. Hier ergibt sich bereits die erste Schwierigkeit, welche darin besteht,
daß man den Ansprechwert des Schützes gar nicht bei dem normalerweise, d.li. also
bei richtiger Bedienung, auftretenden Stromwert festsetzen kann. Würde man nämlich
das Bremsschütz so auslegen, daß es bei einem der ersten Bremsstufe entsprechenden
Bremsstrom schaltet, dann ist ein geordneter Betrieb unmöglich, denn dies ist der
normalerweise bei richtiger Schaltung zugelassene Strom. Das Bremsschütz würde bei
einer derartigen Auslegung auf der Stufe i auch bei vorschriftsmäßigem, also langsamem
Schalten den Parallelwiderstand an die Feldklemmen anschließen, sobald der Strom
auf den der ersten Stufe entsprechenden Wert angestiegen ist. Man ist daher genötigt,
als Ansprechwert einen etwas darüber liegenden Wert zu wählen, Der erste Nachteil
dieser Anordnung besteht also darin, daß man als Ansprechwert gar nicht den betriebsmäßig
zugelassenen Höchstwert des Stromes verwenden kann, sondern einen Wert, der darüber
liegt.
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Der Ansprechwert ist aber nicht der höchste bei falscher Bedienung
auftretende
Stromwert; der Höchstwert liegt nämlich erheblich darüber.
Dies liegt daran, daß das Relais gar nicht in dem Zeitpunkt, in welchem der Ansprechwert
erreicht ist, tatsächlich die Schaltung vollendet haben kann, daß vielmehr eine
erhebliche Verzögerung selbst bei noch so schnell schaltenden Schützen in Kauf genommen
werden muß. Es verstreicht also von dem Zeitpunkt, in welchem der Strom den Ansprechwert
erreicht hat, bis zur tatsächlichen Vollendung der Schutzschaltung eine "Zeit, bis
zu welcher der Strom, wie gesagt, noch weiterhin angestiegen ist.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile behoben, und zwar selbst
dann, wenn man ein Bremsschütz, welches nur träge anspricht, verwendet. Die Erfindung
erreicht diese Vorteile dadurch, daß die Schaltvorrichtung nicht vom Kurzschlußbremsstrom
gesteuert wird, sondern von der Spannung, welche *der Kurzschlußbremsstrom in der
stark induktiven Feldwicklung erzeugt. Die Erfindung kann dadurch verwirklicht werden,
daß der Feldwicklung ein elektrisches 'Ventil parallel geschaltet wird. Infolge
der Spannungserhöhung am Felde des Hauptstrorntnotors, die durch das Anwachsen des
Bremsstromes hervorgerufen wird, wird die Ansprechgrenze des Ventiles überschritten,
so daß es einen energieverbrauchenden N ebenschluß zur Feldwicklung darstellt. Der
Erregerstrom wird dadurch vermindert, so daß auch der Bremsstrom nicht mehr anwachsen
kann. Da der Überlastautomat bei Bahnmotoren nur ein geringes Überschreiten des
normalen Stromes zuläßt, besteht keine Gefahr, daß auch im Motorbetrieb eine Spannung
am Feld auftritt, die das Ventil zum Ansprechen bringen könnte.
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Als elektrisches Ventil kann ein Aluminiumableiter oder ein Gasentladungsgefäß
verwendet werden. Durch Einbau eines Steuergitters wird außerdem eine bequeme Einstellbarkeit
der Ansprecbgrenze erreicht.
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Die neue Schaltanordnung hat folgende Wirkungsweise: Der Stromanstieg
ist bei vorschriftsmäßigem Schalten sehr flach, während bei raschem Überschalten
mehrerer Stufen ein sehr steiler Stromanstieg stattfindet. Dementsprechend nimmt
die Kurve für die Klemmenspannung am Feld für den Fall, daß der Führer den Schalter
bis in die vierte Stellung durchreißt, außerordentlich hohe Werte an, und zwar bedeutend
höhere Werte als bei vorschriftsmäßigem Betrieb. Bereits nach außerordentlich kurzer
Zeit hat die Spannungskurve einen Wert erreicht, welcher erheblich über dem Ansprechwert
liegt. In dieser Zeit hat der Bremsstrom praktisch. überhaupt noch keinen nennenswerten
Betrag erreicht. Es wird somit zwar in Abhängigkeit vom Strom geschaltet, aber nicht
in Abhängigkeit von der Höhe des Stromes, sondern in Abhängigkeit vom Stromanstieg,
welcher durch die Spannung an den Klemmen der Feldwicklung gemessen wird. Der Strom
wird also nicht erst nach Erreichen eines unzulässig hohen Wertes begrenzt, d. h.
herabgesetzt, sondern die Vorrichtung nach der Erfindung fühlt gleichsam vor, ein
wie großer Strom sich entwickeln wird, und stellt somit die Begrenzung noch vor
der Stromentwicklung her.
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Es ist zwar bekannt, das Feld elektrischer Maschinen durch Ventile
zu beeinflussen, doch handelt es sich hierbei um die Steuerung eines Nebenschlußfeldes
durch ein elektrisches Ventil. Außerdem wird bei der bekannten Schaltung nicht eine
Strombegrenzung in Abhängigkeit von der an den Feldklemmen herrschenden Spannung
erstrebt. Die dem Feld aufgedrückte Spannung ist vielmehr, da es sich um ein Nebenschlußfeld
handelt, konstant, und das parallel geschaltete Ventil dient zur Regelung der Feldstärke,
und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Geschwindigkeit der Maschine.
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Des weiteren hat man schon eine Schaltung benutzt, mit welcher das
Auftreten von Bremsstößen vermieden werden soll, indem durch Entmagnetisierung der
Felder bei zu plötzlich auftretendem Bremsstrom die Bremskurve abgerundet wird.
Zu diesem Zwecke wird ein Teil des Feldes kurzgeschlossen, wobei durch transformatorische
Wirkung die Entmagneti.sierung auftritt. Durch die bekannte Einrichtung kann lediglich
eine Verzögerung des Anwachsens des Feldes, aber keine bis zum Sinken der unzulässig
hohen Bremsspamiung unter einen bestimmten einstellbaren Ansprechwert andauernde
Schwächung desselben erreicht werden. Die induktive Wirkung des Stromanstieges dient
dabei nur zu seiner vorübergehenden Drosselung, während sie beim Erfindungsgegenstand
eine steuerungstechnische Aufgabe zu erfüllen hat, die ihrem Wesen nachgerade gegensätzlich
ist.
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Schließlich ist noch eine Anordnung bekanntgeworden, bei welcher das
Auftreten einer übermäßig großen Bremsspannung zur Einschaltung eines Feldschwächungswiderstands
benutzt wird. Diese Einrichtung unterscheidet sich aber von der erfindungsgemäßen
wesentlich dadurch, daß bei ihr die Spannung an den Motorklemmen und nicht nur die
Spannung an den Feldklemmen gemessen wird. Mit der bekannten Anordnung kann deshalb
beim Durchreißen der Fahrkurve ein vorbeugender Schutz vor zu hohem Strom nicht
erreicht werden. Durch die Addition der Ankerklemmenspannung zur Feldklemmenspannung
steigt nämlich die
resultierende Spannung bedeutend weniger steil
an als bei der Schaltung nach der Erfindung, da die Ankerspannung ein Mehrfaches
der Feldspannung beträgt und die erstere nicht in Phase mit dein Stromanstieg liegt,
also zeitlich dem Stromwert nicht in der erforderlichen Weise vorauseilt.
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In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der
Anker i eines Hauptstrombahnmotors ist im Motorbetrieb an eine Fahrleitung 2 angeschlossen
und mit der Feldwicklung -3 sowie einem Anlaßwiderstand 4. in Reihe geschaltet und
über die Schienen finit Erde verbunden. Parallel zur Feldwicklung ist ein elektrisches
Ventil 5 gelegt. Das Ventil 5 ist als ein Gasentladungsgefäß mit Dampffüllung und
Glühkathode ausgebildet. Zur Einstellung der Zündspannung ist ein Steuergitter 7
vorgesehen, das an einen an eine Batterie g angeschlossenen Spannungsteiler 8 geführt
ist. Der Spannungsteiler 8 ist über einen Schutzwiderstand io mit der Kathode des
Entladungsgefäßes 5 verbunden. Im Stromkreis der Hauptelektroden liegt ein Schutzwiderstand
6 sowie ein Selbstunterbrechungsschalter i i.
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Wenn in der Bremsschaltung die Spannung an der Feldwicklung 3 die
durch die eingestellte Gitterspannung bestimmte Ansprechspannung des Entladungsgefäßes
erreicht, dann wird dieses zur Zündung gebracht, so daß es einen stromverbrauchenden
Nebenschluß zur Feldwicklung bildet. Der Feldstrom nimmt ab, und zwar um so mehr,
je kleiner die von der Zündspannung abweichende Brennspannung des Entladungsgefäßes
5 und je geringer der Widerstand 6 ist. Damit sinkt das Feld und die Spannung der
Maschine i, und der Bremsstrom wird verringert. Er stellt sich auf einen neuen stabilen
Wert ein, der im allgemeinen so liegen wird, daß das parallel geschaltete Entladungsgefäß
noch brennen bleibt, bis der Selbstunterbrechungsschalter i i, der gegebenenfalls
mit Verzögerung abschaltet, den Parallelkreis unterbricht, so daß wieder bis zur
höchstzulässigen Grenze gebremst werden kann.
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In Abb. z ist eine Schaltung gezeigt, bei der eine besondere Spannungsquelle
für das Steuergitter in Fortfall kommen kann. Der Spannungsteiler 8 ist über Eisendrahtlampen
12 und 13, die zur Konstanthaltung seines Stromes dienen, an die Fahrdrahtspannung
gelegt. Das Steuergitter 7 ist dabei über einen Schutzwiderstand io so an den Spannungsteiler
gelegt, daß sowohl eine positive als auch eine negative Gittervorspannung (gestrichelt
gezeichnet) gewählt werden kann.
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Zur Heizung der Glühkathode kann eine eigene Stromquelle vorgesehen
werden, doch kann auch die Kathode direkt oder unter Vorschalten entsprechender
Widerstände mit an die Fahrdrahtspannung gelegt werden.
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Statt einer Glühkathode kann auch eine kalte Kathode, z. B. flüssiges
Quecksilber, verwendet werden.