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Bremsschaltung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Einphasenreihenschlußmotoren
Die Erfindung bezieht sich auf eine 'Schaltung von Wechselstromfahrzeugen mit Einphasenreihenschlußmotoren,
die zum Zwecke des Abbremsens in Nutzbremsschaltung oder Widerstandsbremsschaltung
betrieben werden können. Bei derartigen Schaltungen kann man die Erregung der Motoren
beim Bremsbetrieb durch eine von dem zum Speisen der Motoren dienenden Fahrzeugtransformator
abgenommene Spannung erzielen. Zweckmäßigerweise werden dabei, um dem dem Transformator
entnommenen Erregerstrom die richtige Phasenlage zu geben, mit den Erregerwicklungen
Kondensatoren und gegebenenfalls Widerstände in Reihe geschaltet. Ein grundsätzlicher
Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht nun darin, daß eine Bremsung mit voller
Bremsleistung nur dann möglich ist, solange dem Fahrzeug vom Fahrdraht eine Spannung
zugeführt wird. Bleibt also aus irgendeinem Grunde einmal die Fahrdrahtspannung
aus, so ist ohne weiteres eine Bremsung mit voller Bremsleistung nicht mehr zu erzielen.
Es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, daß einmal die volle Bremsleistung
erreicht werden kann und auch zweitens die Erregung der Motoren von sich aus sichergestellt
wird.
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Gemäß der Erfindung kann dieses dadurch erreicht werden, daß nach
dem Ausbleiben der Netzspannung der Ladestrom eines Kondensators, insbesondere des
mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten Kondensators, zur Anfangserregung
der in Widerstandsbremsschaltung angeordneten Motoren verwendet wird. Ist einmal
durch den Ladestrom des Kondensators ein Antriebsmotor erregt worden, so daß ein
Bremsstrom auftritt, dann wird dieser Bremsstrom mittel- oder unmittelbar zur Aufrechterhaltung
des magnetischen Feldes herangezogen. Vorteilhafterweise wird, um eine Erregung
der Motoren unter allen Umständen sicherzustellen, eine Ladeeinrichtung für die
Kondensatoren vorgesehen, um diese an einer fremden Gleichstromspannungsquelle,
z. B. Sammlerbatterie, aufladen zu können.
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Die Erfindung ermöglicht in äußerst einfacher Weise, die Erregung
der Motoren mit Wechselstrom auch nach dem Ausbleiben der Netzspannung sicherzustellen.
Hierdurch ergibt sich ein wesentlich vorteilhafterer Betrieb als bei den anderen
bekannten Bremsschaltungen, die mit Gleichstrom arbeiten und bei denen beispielsweise
eine Sammlerbatterie verwendet wird, um die Erregung der Motoren beim Bremsbetrieb
einzuleiten und einen Gleichstrom in dieser Wicklung hervorzurufen.
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Die Erfindung hat gegenüber diesen Anordnungen den besonderen Vorteil
zur Folge, daß zur Regelung der Bremsung, bei der
Wechselströme
auftreten, das gleiche Schaltwerk verwendet werden kann wie bei Fahrbetrieb mit
Wechselstrom. Die Bremsung wird gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch
erzielt, daß die ganze Transformatorenwicklung, mit der der Bremswiderstand in Reihe
geschaltet ist, über eine Kurzschlußverbindung kurzgeschlossen wird, während andererseits
der Fahrmotor zwischen dem mit der Transformatorwicklung in Reihe geschalteten Bremswiderstand
und beliebigen Anzapfungen der Transformatorwicklung eingeschaltet wird. Zeecks
Regelung der Bremsung durch den Transformator wird dabei der Motor -an den Anzapfungen
entlang geschaltet. Der Bremswiderstand ist für die volle Bremsleistung bemessen.
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An sich ist die Anwendung von Kondensatoren zur Erregung bei Asynchronmaschinen
bereits bekannt. Bei einer bekannten Bremsschaltung für Asynchronmotoren wird die
Primärwicklung der Maschine während der Bremsperiode vom Netz abgetrennt und mit
parallel geschalteten Kondensatoren auf Widerstände geschaltet. Diese bekannte Schaltung
unterscheidet sich aber, abgesehen davon, daß sie sich auf eine ganz andere Maschinengattung
bezieht als die Erfindung, vor allem darin von der Anordnung nach -der Erfindung,
daß der gesamte Erregerstrom während des Bremsbetriebes vollständig von den Kondensatoren
geliefert wird. Im Gegensatz .dazu dient der Kondensator bei der Anordnung nach
der Erfindung nur zur Einleitung der Erregung.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden: Fig. i zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Bremsschaltung.
i ist der in Sparschaltung geschaltete Transformator, an dessen Anzapfungen beim
Fahren sowie beim Bremsen der eine Bürstensatz des Motors 2 über eine Schaltdrossel
3 angeschlossen ist. q. bedeutet die Feldwicklung des Motors. Die Feldwicklung ist
über ,einen Erregertransformator 5 an einen Teil .der Haupttransforinatorwicklung
i angeschlossen. In Reihe mit der Primärwicklung des Erregertransformators 5 liegt
ein Kondensator 6 und ein Widerstand 7. Außerdem ist zwischen der Primärwicklung
des Erregertransformators 5 und der mit diesem verbundenen Anzapfung des Transformators
i ein Abschalter 8 vorgesehen. Im Erregerstromkreis liegt noch die Wicklung 9a des
Kopplungstransformators 9, dessen Wirkungsweise später erläutert werden soll. Die
Wicklung dieses Kopplungstransformators kann durch einen Schalter io überbrückt
werden. Ferner ist im Erregexkreis eine weitere, mit einem Schalter i i versehene
Kurzschlußverbindung'vorgesehen,welche gestattet, die Primärwicklung des Erregertransformators
5 und den Kondensator 6 über die Wicklung 9a des Kopplungstransformators 9 kurzzuschließen..
12 bedeutet einen Bremswiderstand, der an das an Erde liegende Wicklungsende der
Transformatorwicklung i angeschlossen ist. Der Bremswiderstand ist mit der Wicklung
9b des Kopplungstransformators 9 in Reihe geschaltet und liegt an dem zweiten Bürstensatz
des Motors 2. 13 bedeutet eine Kurzschlußverbindung, die einerseits an eine höhere
Spannungsstufe 16 des Haupttransformators I angeschlossen ist, andererseits wahlweise
an die Klemmen I, TI oder III der Wicklung 9l' des Kopplungstransformators angeschlossen
werden kann. In der Kurzschlußleitung 13 ist der Schalter 1q. vorgesehen. In den
Stromkreis der Kurzschlußverbindung kann außerdem noch ein gegebenenfalls regelbarer
Widerstand eingeschaltet sein. Außerdem liegt vor der Transformatorwicklung i ein
Schalter 15, der gestattet, den in Sparschaltung angeordneten Transformator zum
Zwecke einer Energierückgewinnung an den Fahrdraht anzuschließen. Beim Nutzbremsbetrieb
arbeitet die beschriebene Schaltung in der Weise, daß die Schalter 15, 8 und io
geschlossen sind, während die Schalter ii und 1q. geöffnet sind. In diesem Falle
wird der Motor 2 von dem an das Netz angeschlossenen Transformator erregt. Eine
Beeinflussung des Erregerstromkreises durch den Bremsstrom findet nicht statt, weil
der Kopplungstransformator 9 kurzgeschlossen ist. Durch Entlangschalten der Schaltdrosselspule
3 an den Anzapfungen des Transformators kann die Bremsung willkürlich geregelt werden.
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Ist der Nutzbremsbereich erschöpft, so kann aus dieser Schaltung ohne
weiteres in eine Widerstandsbremsung übergegangen werden, dadurch, daß der mit dem
Widerstand 12 in Reihe geschaltete Transformator über die Leitung 13 und den Schalter
14 kurzgeschlossen wird. Auch in diesem Falle ist eine beliebige Regelung des Bremsstromes
durch Anschlüß des Motors an andere Anzapfungen möglich.
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Bleibt nun aus. irgendeinem Grunde die Fahrdrahtspannung aus, so wird
die Bremsschaltung in folgender Weise abgeändert: Die Schalter 15, 8 und io werden
geöffnet, der Schalter i i wird geschlossen. Der Kondensator im Erregerstromkreis
entlädt sich nunmehr über den durch den Schalter i i geschlossenen Stromkreis. Infolgedessen
wird durch den Erregertransformatör 5 auf induktivem Wege ein Strom in der Erregerwicklung
des Motors hervorgerufen, wodurch diese erregt wird. Nunmehr fließt über den Haupttransformator,
den Bremswiderstand, sowie die
Kurzschlußverbindung 13 und den Schalter
1q. ein Bremsstrom, der eine Verstärkung der Erregung durch den Kopplungstransformator
g bewirkt. Die Erregung der Maschine wird durch den Kopplungstransformator aufrechterhalten,
wobei der Bremsstrom beliebig durch Entlangschalten der Schaltdrossel 3 an den Anzapfungen
des Transformators i verändert werden kann. Eine der Wicklungen des Kopplungstransformators
ist umschaltbar, um die richtige Stromrichtung herstellen zu können. Der dazu dienende
Umschalter kann mit dem Bremsschalter mechanisch gekuppelt sein, der die Herstellung
der Bremsschaltung der Anker bzw. Felder ermöglicht. Bei der beschriebenen Schaltung
arbeitet der Transforrnator, der mit dem Bremswiderstand in Reihe geschaltet ist
und gemeinsam mit dem Bremswiderstand durch die Verbindungsleitung 13 und den Schalter
1q kurzgeschlossen ist, in Sparschaltung genau wie beim Fahrbetrieb.
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In besonders vorteilhafter Weise kann der zusätzliche Kopplungstransformator
ein solches übersetzungsverhältnis erhalten, daß der Erregerstrom größer wird als
der Ankerstrom. Dies hat den Vorteil zur Folge, daß die Bremskraftgeschwindigkeitskennlinien
flacher werden, als wenn der Erregerstrom gleich dem Ankerstrom ist.
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Eine abgeänderte Schaltung zeigt Fig.2. Bei der Schaltung gemäß Fig.
2 ist ein besonderer Kopplungstransformator g vermieden. Der Bremsstrom wird bei
dieser Anordnung unmittelbar durch die Erregerwicklung geleitet, um die Erregung
bei Widerstandsbremsung nach dem Ausfallen der Fremderregung sicherzustellen. In
Fig.2 bedeutet wiederum i die Transformatorwicklung, 2 den Anker des Motors; einerseits
ist der Motoranker an die Anzapfungen des Transformators i angeschlossen, andererseits
ist der Motor unmittelbar mit der Erregerwicklung q. und der Sekundärwicklung des
Erregertransformators 5 in Reihe geschaltet und über den Bremswiderstand 12 an das
an Erde liegende Ende der Transformatorwicklung i angeschlossen. Für normalen Bremsbetrieb
mit Fremderregung ist ein Schalter 21 vorgesehen, durch den die Feldwicklung q.
und die Sekundärwicklung des Erregertransformators 5 kurzgeschlossen werden können.
Der Primärkreis des Erregertransformators ist bei Nutzbremsbetrieb wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. i durch den Schalter 8 an eine Haupttransformatoranzapfung angeschlossen,
wobei mit der Wicklung des Erregertransformators noch ein Kondensator 6 und ein
Widerstand 7 in Reihe geschaltet sind. Außerdem ist noch eine Kurzschlußverbindung
13 vorgesehen, durch die mittels des Schalters 1q. bei Erschöpfung des Nutzbremsbereiches
die Haupttransformatorwicklung i über den Bremswiderstand 12 kurzgeschlossen werden
kann. Bleibt wieder aus irgendeinem Grunde die Fahrdrahtspannung aus, so wird durch
den Schalter 15 die Transformatorwicklung i vom Netz abgeschaltet. Außerdem wird
der Erregertransformator primärseitig von dem Speisetransformator i durch den Schalter
8 abgetrennt und die mit dem Kondensator in Reihe geschaltete Primärwicklung des
Erregertransformators über den Schalter i i kurzgeschlossen. Der auftretende Entladestrom
ruft in der Sekundärwicklung des Erregertransformators und der damit in Reihe geschalteten
Feldwicklung des Motors einen Strom hervor, der wieder magnetisierend auf den Motor
einwirkt. Infolgedessen tritt ein Bremsstrom auf, der sofort das Feld des Motors
kräftig verstärkt. Der Motor erregt sich nunmehr selbsttätig;. die Bremswirkung
kann durch Anschluß des Motors an die verschiedenen Transformatoranzapfungen bzw.
den Schalter 22 willkürlich geregelt werden.
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In Fig. 3 ist noch schematisch die Ladeeinrichtung angedeutet, die
vorgesehen sein kann, um den Kondensator 6 aufzuladen. In Fig. 3 ist zur Vereinfachung
lediglich der Kondensator 6 gezeigt. Zu dem Kondensator 6 kann über einen Schalter
q.o die Sammlerbatterie 41 parallel geschaltet werden. Der Schalter q.o kann. als
von Hand oder motorisch angetriebener Unterbrecher ausgebildet sein. Statt dessen
ist es aber auch möglich, den Schalter q.o durch ein nach Art eines selbsttätigen
Unterbrechers ausgebildetes Flatterrelais zu ersetzen, dessen Kontakte fortlaufend
nach Einschaltung des Relais sich öffnen und schließen.
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In Einzelheiten kann die beschriebene Schaltung selbstverständlich
abgeändert werden. Beispielsweise kann der Fahrzeugtransformator auch in Zweiwicklungsschaltung
ausgeführt sein. In diesem Falle ist die Hochspannungswicklung bei Punkt 16 von
der Niederspannungswicklung getrennt und geerdet. Die Wirkungsweise der Schaltung
wird selbstverständlich dadurch nicht beeinträchtigt.
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Weiter ist eine Änderung der Schaltung nach Fig. 2 in der Weise möglich,
daß beim Bremsbetrieb der Primärteil des Erregerkreises (Erregertransformator 5)
dauernd über einen Kondensator an den Transformator i angeschlossen ist. Die Einleitung
des Bremsvorganges erfolgt in diesem Falle dadurch, daß der Bremswiderstand 12 vorübergehend
teilweise oder ganz kurzgeschlossen wird. Bei dieser Änderung der@Schalturig kann
der Erregerkreis des Motors dauernd in sich geschlossen sein. Die Schaltung wirkt
dann in der Weise, daß bei Abschaltung des Ti-ansformators
i vom
Netz infolge der Wirkung des Kondensators und der Remanenz bei Kurzschließung des
Widerstandes 12 ein kräftiger Strom im Bremsstromkreis auftritt, wodurch der Transformator
erregt wird. Die dabei induzierte Spannung wird sodann durch den Erregertransformator
5 auf die Erregerwicklung ¢ übertragen, wodurch die Aufrechterhaltung der Erregung-
des Motors ge-,vährleistet ist.