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Nutzbrems'schaltung für Wechselstromfahrzeuge Es sind Nutzbremsschaltungen
für Wechselstromfahrzeuge b.ekamitgeworden, bei «-elchen in Reihe mit dem Feld des
Fahrmotors ein Kondensator angeordnet ist, dessen Größe in Abhängigkeit von den
jeweiligen Betriebsgrößen selbsttätig geregelt wird. Die Regelung kann beispielsweise
derart erfolgen, daß durch ein Gerät der cos cp des Fahrmotorstromes überwacht und
bei Abweichungen vom Sollwert ein Servomotor betätigt wird, der eine Schaltwalze
antreibt, durch welche die Kapazität stufenweise vergrößert oder verkleinert wird.
Man hat auch bereits Schaltungen erfunden, bei welchen die notwendige Regelung im
Feldkreis nicht durch den Kondensator, sondern durch .eine in Reihe mit diesem geschaltete,
in ihrem Induktivitätswert veränderliche Drosselspule erfolgt. Beispielsweise hat
man hierfür eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule .verwendet, wobei
die Einstellung des für die Vormagnetisierung erforderlichen Gleichstromes selbsttätig
unter Verwendung eines besonderen Reglers erfolgt. Dieser Regler trat, sobald eine
Abweichung der zu regelnden Betriebsgrößen vom Sollwert eintrat, in Tätigkeit und
änderte damit die Größe der Vormagnetisierung, d. h. aber d_ ie Induktivität der
Drosselspule.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nutzbremsschaltung,
bei der im Feldkreis des Fahrmotors eine mit Gleichstrom vormagnetisierte Drosselspule
vorhanden ist. Die Erfindum@g besteht darin, daß die Steuerwicklungen der Drosselspule
von den zu überwachenden Betriebsgrößen gespeist werden.
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In Abb. i bis 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt;
Abb. q. und 5 zeigen Vektordiagramme zur Erläuterung des Regelvorganges. In Abb.
i bedeutet a den Haupttransformator des Fahrzeuges, b den Anker und c das Feld des
Fahrmotors; rl ist der Kondensator, welcher notwendig ist, um die richtige Phasenlage
des Feldstromes zu' erzielen. Zur Erregung des Motorfeldes c dient der Erregertransformator
,e, welcher primärseitig an den Haupttransformator a angeschlossen ist. Der Erregerkreis
enthält außerdem noch den Kompoundierungswiderstand f, der gleichzeitig auch im
Ankerkreis liegt und für eine gewisse Elastizität der Bremsung erforderlich ist.
Parallel zu dem Kondensator d liegt eine Drosselspule g, welche in bezug auf Induktivität
in weiten
Grenzen veränderlich sAti soll. Dies,- Dross-lspule ist
in Abb. i aus Gründen d2t- i`i)ersichtlichkeit vereinfacht dargestellt. Sie kann
z. B. gemäß, Abb. a geschaltet sein. Auf den zwei getrennten Eisenkernen h, und
h., bc finden sich je vier Wicklungen hi, h, 111i. iti und L, L, 11t,. n- In Reihe
mit - den Wicklungen l',, I°. ist ein Trockengleichrichter o geschaltet, welcher
einen Gleichstrani durch die beiden Wicklungen h und 1, schickt und
somit auf beiden Eisenkernen ein- Gleichstrommaglietisierung erzeugt, die durch
die eingezeichneten Pfeile gelkennzeielin°t ist. Schickt man jetzt einen zusätzlichen
Gleichstrom durch die beiden Steuerwickltingeii in, und in.>, so kann man mit sehr
kleinen Stcttrleistungen in bc-kannter Wise die zwischen den Klemmeng und B liegende
Induktivität in weiten Grenzen ändern. Statt nur einer Steuerwicklung auf jedem
Eisenkern können auch noch weitere vorhanden sein, 7.B. die Steuerwicklungennl und
n.- Selbstverständlich können die von Wechselstrom durchflossenen "@'Vicklungen
bi und L auch parallel geschaltet werden.
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Zum Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung
muß man sich nun vorstellen, daß die in Abb. i dargestellte Drosselspule g entsprechend
der Schaltung nach Abb. 2 aufgebaut ist. Die beiden schematisch aufgezeichneten
St,-uerwicklungen der Drosselspule g seien in und n. Sie sind in ihren Achsen
senkrecht zur Hauptwicklung der Drosselspule gezeichnet, um anzudeuten, daß in ihren
Windungen kein transformatorisch übertragener Wechselstrom Hießen kann.
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Statt die Kapazität des Kondensators d zu verändern, kann man die
notwendige Regelung durch die parallel geschaltete DrossA-spule g vornehmen. Nimmt
man zunächst an, daß der Anker b des Fahrmotors nur eine sehr geringe innen,- Induktivität
hat, dann sind beste Abstinimungsverliälenissdann vorhanden, wenn der Kondensator
d und die Feldivicklting c miteinander in Resonanz sind, d. 1i. die an der Feldwicklung
c liegende. Spannung muß gleich der am Kondensator d liegenden sein. Diese Forderung
kann zur Steuerung der Drosselspule g in folgender Weise ausgenutzt werden Die am
Kondensator d liegende Spannung wird über einen Gleicliriclit°r p der Steuerwicklüng
in zugeführt, wobei der durch die Wicklung na iiießendc Strom die eireg;
zeichnete Pfeilrichtung haben soll. In gleicher Weise wird die an der Feldwicklung
e liegende Spannung im Gleichrichter q gleichgerichtet und der Steuerwicklung n
zugeführt. Der die Steuerwicklung it durchfließende Strom soll die entgegengesetzte
Richtung haben wie der Strom in der Wick-l ung in. Sind die Spannungen an
der Feldwicklung des Fahrmotors und am Kondensator einander- gleich, so heben sich
die :\nlpel-ewindungen der Wicklungen ni und n g( genseitig auf. Entsteht jedoch
eine LTngIcichheit zwischen beiden Span.nungcn, so überwiegen beispielsweise die
Ampere%@:ndtnigcn der Wicklungn die Anipei-ewindtnigcn der Wicklung 11i, und es
entsteht eine zusätzliche Gleichstrommagnetisierung d;@i- Drosselspule, welche in
einem solchen Sinnc erfolgt, daß der Feldkreis so abgestimmt wird, daß die Spannung
am Kondensator d praktisch gleich der Spannung an der Feldwicklung c wird. Oft ist
es auch zweckmäßig, außer den beiden Wicklungen 11i und n noch ein,(-dritte
Steuerwicklung vor"z"usehen, welche z. B. an gleichbleibender Gleichspannung liegt
und da"z"u dient, die Induktivität bei der Aussteuerung Null einstellen zu können.
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In manchen Fällen wird die Schaltung nach Abb. i den gestellten Anfortl@renigen
nicht entsprechen, z. B. dann, %v@nii die Induktivität des Fahrmotorankers nicht
vernachlässigt werden kann. Man wünscht normalerweise, daß der Ankerstrom und der
Fcldsti-om praktisch einander gleichphasig sind, weil dann die günstigste Drebinomentbildung
vorliegt und der Motor erwärmungsinäliig am besten ausgenutzt wird. Dies bedeutet
aber, dali der Ar'cerstrom annähernd senkrecht zur Feldspannung bzw. zur Spannun`
am Kondensator liegen muß. Hat der Motoranker b Induktivität, so ist es denkbar,
daß, obwohl die Spannung am Feld Ui gleich der Spannung UC am Kondensator ist, trotzdem
der Ankerstrom nicht um 9o gegenüber diesen Spannungen phas--nverscliolieli ist.
Mit anderen Worten heißt das, da(.) d, -r Feldstrom 1i und der Ankerstrom I« nicht
pliasengleich sind.
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Die in Abb.3 dargestellte Schaltung zeigt erfindungsgemäß ein Ausführtingslieispiel
dafür, wie in einfachster Weise der Einfloß einer infolge der Induktivität des llotorailkcrs
womöglich eintretenden Phasenverschiebung zwischen Anker- und Feldstrom für die
Steuerung der Drosselspuleg so ausgenutzt werden kann, daß beide Ströme stets praktisch
gleiche Phasenlage haben.
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In Abb. .I ist zu der Feldspannung Ui und der Spannung UC am Kondensator
je eine Zusatzspannung 1,Z . i, addiert worden, welche in Phase mit dem Ankerstrom
liegt. Die resultierenden Spannungen U, und U= sind jetzt nicht gleich, und man
kann diese Ungleichheit für die Regelung der Drosselspule g in solcher Weise ausnutzen,
daß die beiden resultierenden Spannungen annähernd gleich groß werden und damit
der Ankerstrom I" die gewünschte Phasenlage erhält.
In Abb.3 ist
die diesbezügliche Schaltung dargestellt. In den Ankerkreis ist der vom Ankerstrom
1a durchflossene Widerstand r eingeschaltet. Um die Spannung 1a # r an diesem
Widerstand sowohl zur Spannung Ui @tn der Feldwicklung als auch zur Spannung U(,
am Kondensator addieren zu können, sind die am Kondensator und an der Feldwicklung
liegenden Spannungswandler s und t vor-. banden. Die resultierende Spannung Ui liegt
am Gleichrichter g und liefert einen Gleichstrom in der Steuerwicklung it, während
die resultierende Spannung U, über den Gleichrichterp einen Strom durch die Steuer«,iclclung
nt treibt. Beide Steuerström-- sind auch hier wieder einander entgegengerichtet.
Man erkennt an Hand des Vektordiagrammes der Abb..l, daß wenn die resultierenden
Spannungen U1 und U2 nicht gleich sind, sich in den Steuerwicklungentn und tt ein
Amperewindungsüberschuß ausbildet, welcher di° Induktivität der Drosselspule g in
einem solchen Sinne verändert, daß die Gleichheit der Spannungen U1 und U2 wieder
annähernd hergestellt wird.
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Statt die -Spannungswandlers und t mit dem Widerstand r in Verbindung
zu bringen, der zusätzlich vorgesehen werden müßte, kann man, ohne daß sich eine
nennenswerte Änderung der Verhältnisse ergibt, di° Spannungswandler auch an den
Kompoundierungswiderstand f anschlieUn, welcher an und für sich schon vorhanden.
ist. Statt des Widerstandes r könnte man auch entsprechende Stromwandlerschaltungen
wählen.
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Man kann die Schaltung auch derart umändern, daß man z. B. an den
Kondensator d zwei Spannungswandler anschließt, welche die beiden Spannungen Ucl
und Uc#, liefern, die gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet sind. Hierzu kann
man, wie dies in Abb.5 dargesfellt ist, die Spannung 1a # r addieran und erhält
die resultierenden Spannungen Ui und U2. Die resultierenden Spannungen sind in diesem
Falle nur dann genau einander gleich, wenn der Ankerstrom 1" senkrecht zur Spannung
am Kondensator liegt, was gewünscht wird.
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Bei den Schaltungen nach Abb. i und 3 ist zu beachten, daß die vormagnetisierte
Drosselspule g einen Strom mit starken Oberwellen aufnimmt. Diese Oberwellen vermögen
jedoch nicht zu stören, da parallel zu der Drosselspule der Kondensator d liegt,
welcher, da er groß ist, einen Kurzschluß für die höheren Harmonischen darstellt,
so daß diese nicht in die Feldwicklung c gelangen können. Es sei noch erwähnt, daß
man dic Drosselspule g statt parallel zum Kondensatord auch parallel zur Feldwicklung
e 1°gen kann, ohne daß sich im Prinzip die Wirkung der Schaltung wesentlich ändert.
Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsmöglichkeiten vorhanden, die jedoch
den Erfindungsgedanken nicht beeinträchtigen.
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So kann beispielsweise die Drosselspule auch statt mit zwei getrennten
Eisenkernen mit einem gemeinsamen dreischenkligen Eisenkern ausgeführt werden. Auf
den äußeren Schenkeln dieses Kerns befinden sich dann die beiden Wechselstromwicklungen
k., und h.., und auf dem Mittelschenkel sind sämtliche Gleichstromwicklungen
1, in, tt anzuordnen.