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Nutzbremsschaltung für Einphasen-Kollektormaschinen, insbesondere
Bahnmotoren Für die Nutzbremsung bei Einphasenba;hnen sind verschiedene Schaltungen
bekanntgeworden, bei denen durch Einfügen einer Drosselspule in den Ankerstromkreis
eine große Unempfindlichkeit erreicht wird. Die Erregerwicklung wird im Nebenschluß
zum Anker und zur Drosselspule geschaltet und diese Kombination mit dem Stufenschalter
entlang den Transformatoranzapfungen geschaltet. Diese sehr einfache Schaltung weist
als Hauptnachteil. einen 'niedrigen Leistungsfaktor auf. Weiter sind verschiedene
Schaltungen bekanntgeworden, bei denen mit Kondensatoren oder rotierenden Umformern
der Feldstrom in seiner Phase verschoben wird, um den Leistungsfaktor zu verbessern.
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Es ist auch: eine Schaltung bekannt, die in Fig. i dargestellt ist.
Parallel zur Feldwicklung F wird ein Ohm-scher Widerstand R und zu beiden in Reihe
eine Drosselspule L geschaltet, die an die Sekundärwicklung E" des Erregertransformators
angeschlossen ist. Fig. 2 zeigt das Vekt.ordiagramm dieser Schaltung, in welchem
.die Ohmschen und induktiven Spannungsabfälle der Einfachheit halber weggelassen
sind. Die EMKe sind durch dünne schwarze Pfeile dargestellt und mit E bezeichnet,
während die Ströme durch dicke weiße Pfeile dargestellt und mit .I bezeic'linetsind.
Die Indizes beziehen sich auf die verschiedenen Strornkreiselemente, und zwar bedeuten
A den Anker, D die Bremsdrosselspule im Ankerstromkreis, F die Feldwicklung, E'
bzw. E" die Primär- bz-,v. Sekundärwicklung des Erregertransformators, welcher die
Feldspannung an die Ankerspannung anpaßt, R den zur Feldwicklung F parallel geschalteten
Widerstand, L die mit F und R
in Reihe geschaltete Drosselspule
und T die Sekundärwicklung des Fa.'hrzeugtransformators, von welcher die gewählte
Spannung mit Hilfe des Stufenschalters abgegriffen wird. p ist der Phasenwinkel
zwischen Transformator-EMK und rückgewonnenem Strom, während y der Winkel. zwischen
Anker-EMK und Ankerstrom ist. Bei einem Winkel a zwischen Feldstrom und Transformator-EMK
von etwa 6o° beträgt die Scheinleistung der Bremsdrosselspule das i, i 6fache der
rückgewonnenen Leistung und der Leistungsfaktor cosy=o,86. Der Leistungsfaktor cos
99 an den Sekundärklemmen des Transformators T ist mit o,66 ungefähr gleich hoch
wie bei der eingangs erwähnten Schaltung ohne Vorverschiebung des Feldstromes. Die
zur Vorverschiebung der Feldphase notwendigen Mittel sind eine Drosselspule L, deren
Leistung das o,26fache und -ein Widerstand R, dessen Leistung das o, i 5fache der
zurückgewonnenen Leistung beträgt. Eine weitere Verkleinerung des Winkels a zwecks
besserer Ausnutzung der Bremseinrichtung würde die dazu erforderlichen Mittel unverhältnismäßig
steigern, weil der von den Stromvektoren JR und IL eingeschlossene Winkel kleiner
wird, wodurch diese Ströme rasch anwachsen. Deshalb bleibt die Anordnung nach Fig.
i in ihrer Anwendbarkeit beschränkt und ist für eine durchgreifende Verbesserung
der Leistungsfaktoren ungeeignet.
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Erfindungsgemäß kann mit geringeren Mitteln eine weitgehendere Verkleinerung
des Winkels a erreicht werden, wenn mit dem zur Feldwicklung parallel geschalteten
Ohmsehen Widerstand eine Wicklung in Reihe geschaltet wird, die mit dem magnetischen
Fluß der Bremsdrosselspule verkettet ist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise
in Fig. 3 dargestellt. Die zusätzliche Wicklung auf der Bremsdrosselspule D ist
mit W bezeichnet und mit dem Widerstand R in Reihe geschaltet; beide sind zur Feldwicklung
F parallel. geschaltet. Die übrigen Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig.
i.
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Aus dem zugehörigen Vektordiaggamm Fig. q. ist die Wirkung der Wicklung
W ersichtlich. Die EMK Ew dieser Wicklung ist in Phase mit der EMK ED der BremsdrosselspuleD.
Durch Einfügen dieser EMK wird die EMK ER des Ohmschen Widerstandes R verkleinert
und gl:eiclizeitig gegen den Uhrzeigersinn abgedreht. Der im Widerstand R fließende
Strom JR verläuft nun nicht mehr senkrecht zum Feldstrom JF wie im Diagramm Fig.
2, sondern schließt mit dem Feldstrom JF einen wesentlich kleineren Winkel ein.
Dadurch wird das aus JF, JR und JL bestehende Stromdreieck gegenüber demjenigen
der Fig. 2 wesentlich verkleinert. Die im Widerstand R bzw. in der Drosselspule
L fließenden Ströme sind wesentlich kleiner als bei den bekannten Schaltanordnungen.
Daraus ergibt sich die Möglichkeit, mit verhältnismäßig geringen Mitteln eine durchgreifende
Verbesserung der Leistungsfaktoren und Verkleinerung der Bremsdrosselspule zu erreichen.
Die Leistung der Bremsdrosselspule D beträgt mit Einschluß der zusätzlichen Wicklung
W nur noch das o,93fache der rückgewonnenen Leistung. Der Leistungsfaktor cos y
zwischen dem Ankerstrom J" und der Anker-EMK E.t ist auf o,92 gestiegen. Gleichzeitig
erreicht der Leistungsfaktor cos (p an den Sekundärklemmen des Transformators den
Wert von o,85. Die zu dieser Verbesserung notwendigen Mittel sind eine Drosselspule
L, deren Leistung das o, i 3fache und ein Ohmscher Widerstand R, dessen Leistung
das o,o7fache der rückgewonnenen Leistung beträgt. Die Vorteile gegenüber den bekannten
Schaltungen ergeben sich aus dem Vergleich der :entsprechenden Zahlen. Eine Verbesserung
der Feldstromphase um ¢5" wird bei dieser Anordnung mit der Hälfte der Mittel erreicht,
mit denen man bei der bekannten Anordnung eine Verbesserung um nur 3o° erreicht.
Ein weiterer Vorteil kann in gewissen Fäll,en ausgenutzt werden, wenn die Bremsdrosselspule
und die Feldwicklung an irgendeine gemeinsame Klemme angeschlossen sind, so daß
die zusätzliche Wicklung IV und die Drosselspule D eine gemeinsame Klemme haben
können. Es kann dann die zusätzliche Wicklung ganz wegfallen, wenn der Widerstand
R an eine Anzapfung der Bremsdrosselspule D gelegt wird. Ein solches Ausführungsbeispiel
des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 5 dargestellt. Hier kann man sich die zusätzliche
Wicklung W der Fig. 3 mit der Wicklung D vereinigt denken, während die Wicklung
D, .
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den übrigen Teil der Bremsdrosselspule darstellt. Aus dien Diagramm
(Fis. 4.) ergibt sich, daß der Strom in der Wicklung Dl gleich der Vektorsumme von
JA und lw ist. Da beide Ströme 'beinahe entgegengerichtet sind, ist der die
Wicklung D. durchfließende resultierende Strom wesentlich kleiner als derjenige
in der Wicklung Dl. Es kann also nicht nur die besondere Wicklung Wertfallen, sondern
der ihr entsprechende Teil D. der Bremsdrossclspul:e kann noch kleiner ausgelegt
«erden. Unter Ausnutzung dieses Vorteils beträgt die Drosselspulenleistung insgesamt
nur noch das o,73fache der rückgewonnenen Leistung.