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Nutzbremsschalturig elektrischer Gleichstromtriebfahrzeuge Die Erfindung
betrifft eine zweckmäßige Vereinigung der Steuerung der Nutzbremseinrichtung elektrischer
Triebfahrzeuge mit einer als sogenanntes Vor- und Rücklaufschaltwerk ausgebildeten
Anfahrsteuerung.
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Um eine wirkungsvolle Nutzbremsung zu erhalten, ist es notwendig,
die beim Bremsen stromerzeugenden Fahrmotoren ebenfalls in Parallel- und Reihenschaltung
zu verwenden, wenn dieses Verfahren auch für die Anfahrt Anwendung gefunden hatte.
Damit der Übergang zwischen den beiden Schaltungen ohne Leistungsunterbrechung oder
Stromstoß vonstatten geht, wird in an sich bekannter Weise ein sogenannter Überbrückungswiderstand
vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun dieser Überbriickungswiderstand
von den gleichen Widerständen gebildet werden, die zur Regelung der Anfahrt dienen.
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Es ist zwar schon eine Schaltung bekanntgeworden, bei welcher beine
Anfahren mit lteihenschlußmotoren beim Übergang von Reihe auf Parallel der Anfahrwiderstand
als Überbrückungswiderstand benutzt wird. Jedoch ist man bisher bei Bremsschaltungen
nicht diesen Weg gegangen und hat, wie bereits vorstehend erwähnt wurde, einen besonderen
Überbrückungswiderstand vorgesehen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ferner die Parallelreihenschaltung
vermittels der gleichen Schaltelemente bewirkt, welche die Reihenparallelschaltung
im Fahrbetrieb herstellen. Die Anfahrwiderstände sowie auch die Anfahrregeleinrichtung
des Schaltwerks werden auch zur Regelung der an die Nutzbremsung sich anschließenden
fremderregten Widerstandsbreinsung herangezogen. Schließlich können erfindungsgemäß
auch die keihenparallelschaltelemente und die Widerstandsgruppen zur Vorbereitung
des Nutzbremsbetriebes verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher nicht nur die für den Nutzbremsbetrieb
vorteilhafte Anwendung der. Parallelreihenschaltung der Motoren, sondern gestattet
auch, durch nur geringfügige Ergänzungen der an sich schon vorhandenen Anfahreinrichtung
mit den notwendigsten Nutzbremselementen die Nutzbremsung überhaupt mit einem Mindestaufwand
zusätzlicher Mittel auszuführen.
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Zum Verständnis der Erfindung sei im nachfolgenden kurz auf eine an
sich be-. kannte Anfahrschaltung und ihre Regeleinrichtungen eingegangen, wie sie
in den Abb. i und 2 veranschaulicht ist. Jedem der FahrmotorenA ist eine Regelwiderstandsgruppe
W1 und W2 zugeordnet. Für die Gruppierung sind drei Schütze vorhanden, und zwar
das sogenannte Parallelschütz P, das Erdschütz E und das Reihenschütz S. Zu Beginn
der Anfahrt
sind die Schütze P und E geöffnet, während Schütz S
geschlossen ist. Die Schaltwalze befindet sich in ihrer Anfangsstellung; die beiden
Widerstandsgruppen Wi und W._ sind also voll eingeschaltet. Die Motoren <3 und
die Widerstände W1 und W@ liegen daher, wie Abb. r zeigt, in Reihe. Mit oder ohne'
Überwachung durch einen . Fortschaltstromwächter schließen die durch zwei Schiebekontakte
angedeuteten Regelkontakte der Schaltwalze im Verlauf des Anfahrens des Triebfahrzeugs
die beiden Widerstandsgruppen W1 und TV. schrittweise kurz. Nach vollständigem Kurzschließen
der Widerstände in der Endstellung des Schaltwerks liegen die beiden Motoren' in
Reihe unmittelbar am Netz.
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Zum Übergang von Reihen- auf Parallelschaltung werden zunächst die
Schalter P und E geschlossen. Dadurch entsteht die bekannte sogenannte symmetrische
Übergangsschaltung, die in der Abb. 2 veranschaulicht ist. Durch Öffnen des Schützes
S (Abb. 3) liegt nun jeder Motor für sich in Reihe mit seiner ihm zugeordneten und
voll wirksamen Widerstandsgruppe am Netz, während sich die Schaltwalze noch in ihrer
Endstellung befindet. Die Motoren sind also mit ihren Widerstandsgruppen einander
parallel geschaltet. Nunmehr läuft das Schaltwerk in die Anfangsstellung zurück,
wobei die beiden Widerstandsgruppen zum zweitenmal kurzgeschlossen werden. In der
Anfangsstellung des Schaltwerks liegen also nun beide Motoren parallel unmittelbar
am Netz.
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Zum Zwecke der Nutzbremsung wird das Feld jedes Motors durch eine
eigene Erregerstromquelle F1 bzw. F2 (z. B. durch den Generator eines Umformers)
gespeist. Ferner wird in der Zuleitung zum Netz ein sogenanntes Nutzbremsschütz
N und ein die beiden Triebmotoren unmittelbar untereinander verbindender Bremsschalter
B angeordnet. Zu Beginn der Nutzbremsung befindet sich die Regeleinrichtung ebenfalls
in der Anfangsstellung. Die Einleitung der Nutzbremsung geschieht, wie in Abb. 4.
dargestellt, folgendermaßen: Das Nutzbremsschütz N ist noch geöffnet, .während die
Schütze P, E und S geschlossen sind. Die zur Speisung der Feldwicklungen dienenden
Erregerumformer werden nun über eine unmittelbar gesteuerte Schalteinrichtung (Nutzbremswender)
in Betrieb gesetzt und an die Motorfelder angeschlossen. Dadurch steigt die Spannung
der in dieser Schaltung parallel liegenden Triebmotoren an, die zunächst auf den
vollen Widerstand der beiden in Reihe liegenden Widerstandsgruppen arbeiten. Hat
die Klemmenspannung der Motoren den Wert der Netzspannung erreicht, so wird erst
das Schütz N geschlossen (Abb. 5) und dann das Schütz S (Abb. 6) geöffnet. Damit
sind die Fahrmotoren ohne Leistungsunterbrechung oder Stromstoß ans Netz gelegt.
Diese Wirkung beruht darauf, daß in allen drei Schaltphasen am äußeren Spannungsgleichgewicht
zwischen den Fahrmotoren, dem Belastungswiderstand und dein Netz nichts geändert
wird.
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Ist die Fahrgeschwindigkeit infolge der nun wirksamen Nutzbremsung
der Motoren stärker gesunken, so wird die Umschaltung auf Reihenbetrieb erforderlich.
Um diese Umschaltung zu bewirken, wird erst der Schalter S wieder geschlossen, so
daß der gleiche Übergangszustand besteht (Abb. 7) wie während der Einleitungsschaltung
der Nutzbremsung (Abb.5). Infolge des auch hierbei unveränderten äußeren Spannungs-0
Cr eichgewichtes ändert sich am Arbeiten der Motoren nichts. Es ist völlig gleichgültig,
ob sie ihren Strom an das Netz abgeben oder an den parallel geschalteten, nun als
Über: brückungswiderstand dienenden Regelwiderstand oder ob dieser vorn. Netz aus
belastet wird. Nun werden die Schütze P und E geöffnet (Abb.8). Dadurch ist die
Reihenschaltung der Motoren über den Überbrückungswiderstand hergestellt.
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Da jeder Motor vor der Umschaltung noch die der Netzspannung gleiche
Klemmenspannung hatte, besteht nunmehr ein Spannungsüberschuß von der Höhe der Netzspannung.
Dieser Spannungsüberschuß wird durch den Regelwiderstand verbraucht. Ist der letztere
zweckmäßigerweise so bemessen, daß er bei einem Spannungsabfall von der Größe der
Netzspannung den gewollten Nutzbremsstrom eines Motors, d. h. den Strom eines Motors
bei der vorangegangenen Parallelschaltung, aufnimmt, so ist damit auch eine Änderung
der Stromstärke und der Bremskraft der Motoren während des Umschaltens vermieden.
Diese Voraussetzung trifft im allgemeinen von vornherein zu, wenn bei der Geschwindigkeit
während des Umschaltens mit der gleichen Stromstärke gebremst wird, mit der auch
angefahren wird. Beim Anfahren muß ja bekanntlich auch der volle Anfahrwiderstand
ebenfalls so bemessen sein, daß er den vollen Anfahrstrom bei aufgedrückter voller
Netzspannung, d. h. bei noch stillstehenden Motoren, aufnimmt.
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In der nun folgenden endgültigen Reihenschaltung der Motoren (Abb.
9;) werden die nur während der Übergangsstellung als Überbrückungswiderstand dienenden
Regelwiderstandsgruppen durch Schließen des Schalters B überbrückt. Ist die Anlaßregeleinrichtung
ein selbsttätig ablaufendes Schaltwerk, so braucht an Stelle des Schalters B lediglich
das
Schaltwerk rasch von seiner Anfangsstellung in seine Endstellung gebracht zu werde.
Dies bietet den Vorteil, daß mit Rücksicht auf ein rechtzeitiges Folgen des Betriebsgleichgewichts
der Fahrmotoren das Kurzschließen des Überbrückungswiderstandes nicht plötzlich,
sondern in endlicher Zeit erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist der, daß damit auch
das Schaltwerk gleichzeitig in die Bereitschaftsstellung für die später folgende
Regelung der fremderregten Widerstandsbremse gebracht wird. Für das rasche Durchschalten
des Schaltwerks wird die vorhandene, sonst vom Fortschaltstromwächter ,gesteuerte
Dämpfung der Schaltgeschwindigkeit vorübergehend außer Wirksamkeit gesetzt.
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Soll die Nutzbremsung bei einer Geschwindigkeit einsetzen, die für
einen Parallelbetrieb der Motoren nicht mehr ausreicht, so kann sie auch mit der
Reihenschaltung eingeleitet werden. Da diese nicht ohne Durchlaufen der Parallel-
und Übergangsstellung erreicht werden kann, hat sich auch auf diesen Stellungen
schon eine gewisse Klemmenspannung der Fahrmotoren ausgebildet. Da sie in der Parallelschaltung
aber noch nicht die Netzspannung infolge ungenügender Fahrgeschwindigkeit erreicht,
bleibt das Nutzbremsschütz N unter dem Einfluß des Zuschaltrelais geöffnet. Auch
bleiben die drei Schütze P, E und S auf der Parallelstellung und auf den
beiden Übergangsstellungen ebenso geschlossen wie in der Einleitungsstellung. Dies
wird steuerungstechnisch einfach dadurch erreicht, daß die Steuerkontakte des Führerschalters
für diese drei Schütze durch das in Ruhestellung befindliche Zuschaltrelais überbrückt
werden, während diese Überbrückungen in dessen Ansprechstellung aufgehoben sind.
Infolgedessen wird in der Ruhestellung die Steuerung der Schütze durch das Zuschaltrelais,
in dessen Arbeitsstellung dagegen durch den Fahrschalter übernommen.
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Durch das Geschlossenhalten aller drei Schütze besteht auch noch in
der zweiten Übergangsstellung genau die gleiche Schaltung wie in der oben beschriebenen
Einleitungsschaltung, die Motoren arbeiten parallel auf den vollen Anfahrregelwiderstand.
Erst in der Reihenstellung des Fahrschalters, auf welcher durch das noch nicht angezogene
Zuschaltrelais auch die Schütze P und E immer noch geschlossen gehalten werden,
geht die Parallelschaltung der Motoren in eine Reihenschaltung über, weil das Schaltwerk
von der Anfangs- zur Endstellung läuft. In dieser Schaltung bleibt zwar der Gesamtwert
der belasteten Widerstandsgruppen unverändert. Die Verteilung und gegenseitige Reihenfolge
der Spannungsabfälle und der 21-lotorkleininenspannungen verlagert sich hierdurch
jedoch so, daß als Endergebnis eine Summierung der letzteren zustande kommt und
damit die Motorreihenschaltung vollzogen ist. Da' das Schaltwerk eine endliche Zeit
braucht, um von der Anfangs- in die Endlage zu gelangen, vollzieht sich auch die
Verlagerung der Spannungen nicht plötzlich. Das Zuschaltrelais kann daher diesem
Vorgang folgen und in dem Augenblick die Zuschaltung an das Netz vornehmen, in dem
die summierte Motorklemmenspannung den Wert der Netzspannung erreicht hat. Gleichzeitig
überläßt das Zuschaltrelais die Steuerung der Schütze P, E und S wieder dem Fahrschalter,
der, weil er sich auf der Reihenstellung befindet, bewirkt, daß die Schütze P und
E geöffnet werden. Damit ist wieder der gleiche Zustand erreicht, wie er oben bescbrieben
wurde, als die Überschaltung vom Parallelnutzbremsbetrieb ausgegangen war.
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Da die Nutzbremswirkung auch bei Reihenschaltung der Motoren unterhalb
einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit verschwindet, wird zweckmäßig dieser Geschwindigkeitsbereich
bis zum Stillstand des Wagens durch eine sogenannte fremderregte Widerstandsbremsung
überbrückt. Diese erfordert die Ergänzung der bisher beschriebenen Einrichtung durch
den die Motoren unmittelbar verbindenden Schalter B.
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Zunächst werden auch während des Reihennutzbremsbetriebes, also bei
noch geschlossenem Schütz N, auf einer weiteren Übergangsstellung die Schütze P
und E geschlossen. Dadurch kann jeder Motor auf die ihm zugeordnete volle Widerstandsgruppe
(Abb. i o )
arbeiten. Auch hierbei wird an der Klemmenspannung der Motoren
nichts geändert, so daß ihre Stromabgabe und Bremskraft unbeeinflußt bleibt. Die
Leistungsaufnahme in den Widerstandsgruppen W, und W, wird vom Netz oder von den
Motoren nach irgendeinem an sich gleichgültigen Anteilverhältnis gedeckt. Infolgedessen
tritt auch keine weitere Störung des Bremsbetriebes ein, wenn nach dem Durchlaufen
der Übergangsschaltung in der eigentlichen Widerstandsbremsschaltung das Netz von
diesem Stromkreis durch Öffnen des Schützes N abgetrennt wird (Abb. i i).
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Durch die hierbei ohne Leistungsunterbrechung oder Stromstoß beibehaltene
Bremswirkung sinkt die Fahrgeschwindigkeit weiter. Soll trotzdem die gleiche Bremskraft
weiterhin aufrechterhalten werden, so müssen die Belastungswiderstände allmählich
kurzgeschlossen werden. Dies besorgt das selbsttätige Schaltwerk ohne weiteres.
Zutun, indem .es. unter dem regelnden Einfluß des Fortschaltstromwächters von seiner
Endstellung in die Anfangsstellung zurückläuft. Damit nicht infolge der besonderen
Eigenart der
Schaltung auf der einen Seite ebensov iel Widerstand
zugeschaltet wird wie auf der anderen Seite abgeschaltet wird, wodurch lediglich
eine Verlagerung der Spannungen entstehen würde, wird der die beiden Fahrmotoren
unmittelbar verbindende zusätzliche Schalter B spätestens vor Beginn der Widerstandskurzschließung
geschlossen.