DE767709C - Nutzbremsschaltung fuer mit Wechselstromkollektormotoren betriebene Bahnfahrzeuge - Google Patents

Description

• Nutzbremsschaltung für mit Wechselstromkollektormotoren betriebene Bahnfahrzeuge Beim Übergang vom Fahrbetrieb zum Nutzbremsbetrieb müssen bekanntlich die Motoren, die beim Fahren mit Hauptstromkennlinie arbeiten, auf NebenschluBkennlinie umgeschaltet werden, um generatorisch auf das Netz rückarbeiten zu können. Bei Wechselstrombahnen ist ferner darauf zu achten, daß nur diejenige Feldkomponente zum Bremsmoment beiträgt, die in Phase mit dem Ankerfeld liegt. Die meisten bekannten Nutzbremsschaltungen haben nun den Nachteil, daß die Mindestgeschwindigkeit, bis zu der herab man nutzbremsen kann, begrenzt ist und daß man durch bloßes Nutzbremsen die bahnseitig verlangte Mindestgeschwindigkeit nicht erreicht. Das rührt daher, daß mit abnehmender Geschwindigkeit auch der Erregerstrom abnimmt. Gerade bei den niedrigen Geschwindigkeiten sollte aber, z. B. in starkem Gefälle, die Bremskraft am größten und das Erregerfeld am stärksten sein.
• Es ist zwar bekannt, bei der Nutzbremsung von Wechselstromkollektormotoren die Ankerspannung und das Feld getrennt, j e mit einer eigenen Regelvorrichtung zu regeln, so daß man willkürlich, nach Gefühl oder nach Betriebsvorschriften, die Bremskraft im gewünschten Sinn beeinflussen kann. Ferner ist es. bekannt, Ankerspannung und Feldstrom zwangsläufig im einander entgegengesetzten Sinn zu regeln, aber nur bei Nutzbremsschaltungen ohne phasenverbesserndes Element, so daß eine solche Nutzbremsung recht unwirtschaftlich arbeitet und nur auf einem verhältnismäßig kleinen Teil des Geschwindigkeitsbereichs möglich ist.
• ach der Erfindung werden die -Nachteile der bekannten 1 utzbremsschaltungen von Wechselstromkollektormotoren dadurch vermieden, daß die veränderliche Spannung. von welcher die außerdem noch an einer festen Spannung liegende Feldwicklung über eine feste Kapazität gespeist wird, zwangsläufig heraufgeregelt wird, wenn die an den Anker des Motors angelegte Spannung herabgeregelt wird. und umgekehrt, so daß bei sinkender Ankerspannung der Feldstrom verstärkt und der Phasenwinkel zwischen Feldstrom und -spannun,r v"-rgr.3liert wird, und umgekehrt. Dadurch wird also der Geschwindigkeitsbereich. innerhalb dessen vom fahrenden Zug Energie an das Netz zurückgeliefert werden kann, gegenüber dem mit den bekannten Nutz-. erzielbaren Bereich erheblich erweitert und infolgedessen der gesamte Baliribetrieb wirtschaftlicher gestaltet.
• Fernerhin liat die neue Schaltungsart noch weitere Vorteile. Uni nämlich die erwähnte Phasenübereinstimmung zwischen Anker- und Feldstrom zu erreichen, ist es bekannt, beim Nutzbremsen in den Feldkreis eine Kapazität zu schalten, und um die Phasenübereinstimmung trotz veränderlicher Gegenspannung und veränderlichem Bremsstrom aufrechtzuerhalten, hat man die Kapazität regelbar gemacht. Das erfordert erhebliches Zusatzgewicht sowie die entsprechenden Regelapparate und erschwert den Betrieb. Die neue Schaltung gestattet nun, mit nur einem oder höchstens zwei festen Kondensatoren auszukommen. Schaltet man dabei in den Stromkreis der gegenläufig mit der Ankerspannung geregelten Feldspannung eine feste Kapazität, so setzt sich der geregelte Erregerstrom mit dem von der festen Spannung erzeugten zu einem resultierenden Strom zusammen, der mit seiner Stärke auch die Phase ändert, und diese Pliaseii.7inderung findet gerade in dem hier gewünschten Sinn statt. Zweckmäßig ist es auch, in bekannter Weise in den von der festen Spannung gespeisten Feldstromkreis noch eine feste Kapazität von der Größenordnung einzuschalten, daß die Selbstinduktion der Feldwicklung kompensiert wird.
• Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung, und zwar für eine _1 utzbremsschaltung der letztgenannten Art, d. h. für eine Bahnanlage mit Einphasenwechselstromkommutatormotoren, ist in Fig. i der Zeichnung schematisch dargestellt. Der als Generator arbeitende Fahrmotor a ist über den Stufenschalter b an den Leistungstransformator c angeschlossen und bei c geerdet. Seine Feldwicklung f wird einmal von der festen Anzapfung d des Transformators c aus über einen Kondensator g mit parallel geschaltetem `'Widerstand h gespeist; ferner erhält sie gleichzeitig eine veränderliche Spannung über den Kondensator i aus dem Erregertransformator k, dessen Primärwicklung einerseits an der Sammelschiene m des Stufenschalters b, anderseits an einem Punkt ja des Leistungstransformators c angeschlossen ist, der um den Wicklungsteil n o oberhalb der ersten Stufenanzapfung o des Leistungstransformators c liegt. Der Erregertransformator k erhält also außer der Spannung 3j o die Spannung derjenigen Stufen des Haupttransformators, von denen der Motoranker abgeschaltet ist. Die Spannung, die der Wicklungsteil 3i o im Sekundärteil des Erregertransformators k erzeugt, ist gleich und entgegengesetzt der an der Feldwicklung f herrschenden Spannung, so daß wenn der Stufenschalter o geschlossen ist, die Feldwicklung vom Transformator k her keinen zusätzlichen Strom erhält. Die Anzapfung o entspricht der höchsten Bremsstufe, d.li. bei einem gewissen Gefälle der Bahnstrecke der höchsten Geschwindigkeit des gebremsten Zuges.
• Will man auf der gleichen Gefällestrecke langsamer fahren, also stärker bremsen, so wird eine niedrigere Transformatorstufe eingeschaltet. Durch den Kondensator i fließt nun ein phasenverschobener Strom, der mit J2 bezeichnet werden möge, während der von der festen Spannung d e in der Wicklung f erzeugte Strom 11 sein möge. Der Kondensator i muß nun so bemessen «-erden, daß die Ströme 11 und 12 möglichst senkrecht aufeinanderstehen.
• Wird nun die Stufenspannung des Ankers a am Transformator c heruntergeregelt, so steigt entsprechend die Spannung am Hilfstransformator k und der Strom J.,. Da 1, annähernd konstant bleibt, ergibt sich ein Erregerstrom in der Feldwicklung f, der der Resultierenden aus den Strömen J1 und 12 entspricht und seine Phase entsprechend dem Anwachsen des auf den Kondensator i entfallenden Spannungsanteils bzw. des über ihn fließenden Stroms dreht, wie das aus dem Vektordiagramm der Fig. 2 hervorgeht, in welchem U, die Erregerspannung und Je den resultierenden Erregerstrom bedeutet.
• Daraus ergibt sich, daß im Gefälle bei Höchstgeschwindigkeit der über den Kondensator i gelieferte Erregerstromanteil gleich 1u11 ist, während er bei niedrigster Geschwindigkeit am größten ist.
• Da es zulässig ist, die Kondensatoren g und besonders i weit vom Resonanzpunkt mit den in ihrem Kreis liegenden Selbstinduktionen zu legen, läßt sich erreichen, daß die neue Einrichtung im Gegensatz zu bekannten Schaltungen, wo annähernd auf Resonanz abgestimmt wird. nicht so frequenzempfindlich ist wie die auf dem Resonanzprinzip beruhenden Schaltungen. Außerdem dient der zum Kondensator g parallel geschaltete Widerstand h ebenfalls zur Herabsetzung bzw. Ausschaltung der Frequenzempfindlichkeit.
• Durch die neue Schaltung wird also bewirkt, daß trotz ihrer Unabhängigkeit von der Frequenz bei gleichbleibendem Bremsstrom ohne besondere selbsttätige Regeleinrichtung der Leistungsfaktor über den ganzen, gegenüber den bekannten Schaltungen sogar erheblich vergrößerten Geschwindigkeitsbere-ich gleichbleibt. Die Veränderung des Bremsstroms bedingt selbstverständlich ebenfalls eine Phasenänderung; es ist aber zu bedenken, daß die größte Bremskraft auf dem größten Gefälle zu entwickeln ist, wo aber auch nie mit höherer Geschwindigkeit gefahren wird. Die wesentliche Vereinfachung, die die Nutzbremsschaltung nach der Erfindung durch Fortfall der selbsttätigen Regelvorrichtung erfährt, ist auch im Interesse der Betriebssicherheit außerordentlich zu begrüßen.
• Eine Abänderung der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel kann darin bestehen, daß der den Kondensator g enthaltende Stromkreis statt von einer Anzapfung des Leistungstransformators in an sich bekannter Weise von einem besonderen Erregertransformator gespeist wird. Anderseits, kann dieser Stromkreis auch Regelwiderstände enthalten. Statt einer einzigen Feldwicklung können auch deren zwei vorgesehen werden, deren jede einem der beiden Stromkreise zugeordnet ist.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Nutzbremsschaltung für mit Wechselstromkollektormotoren betriebene Bahnfahrzeuge, deren Anker zwecks Regelung der Fahrgeschwindigkeit an eine regelbare Spannung angelegt wird und deren Feldwicklung einerseits von einer festen Spannung und anderseits über eine feste Kapazität von einer veränderlichen Spannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwangsläufig die veränderliche Spannung heraufgeregelt wird, wenn die an den Anker des Motors angelegte Spannung herabgeregelt wird, und.umgekehrt, so daß bei sinkender Ankerspannung der Feldstrom verstärkt und der Phasenwinkel zwischen Feldstrom und -spannung vergrößert wird, und umgekehrt.
2. 2. Nutzbremsschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Spannung der Differenz zwischen etwa der höchsten und der jeweils eingestellten Stufenspannung des Motorankers entspricht.
3. 3. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Spannung der Feldwicklung in an sich bekannter Weise über einen besonderen Erregertransformator zugeführt wird.
4. 4. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Erregertransformators einerseits unweit der höchsten Spannungsstufe des Leistungstransformators, anderseits an der Spannungsklemme des Motors liegt, so daß der Erregertransformator jeweils an die Gesamtspannung derjenigen Stufen des Leistungstransformators angeschlossen ist, von denen der Motor abgeschaltet ist.
5. 5. Nutzbremsschaltung nachAnspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregertransformator zusätzlich noch eine feste Spannung erhält, die bei Anschluß des Motors an die höchste Stufenspannung in der Sekundärwicklung des Erregertransformators eine der Spannung an der Feldwicklung des Motors etwa entgegengesetzt gleiche Spannung erzeugt.
6. 6. Nutzbremsschaltung nachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Spannung in an sich bekannter Weise einer festen Anzapfung des Leistungstransformators entnommen wird.
7. 7. Nutzbremsschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der festen Spannung eine Kapazität zur Kompensation der Selbstinduktion der Feldwicklung angeordnet ist. B. Nutzbremsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stromkreis der festen Spannung liegende Kapazität zwecks Phasenausgleich zwischen Strom und Spannung etwa die Größenordnung der Selbstinduktion der Motorfeldwicklung hat, während die Kapazität 'im Stromkreis des Erregertransformators so bemessen ist, daß sie die Phase der in diesem Stromkreis fließenden Ströme etwa um go° gegenüber der Spannung an der Motorfeldwicklung verschiebt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende,Druckschriften in Betracht gezogen worden: Schweizerische Patentschrift Nr. 77 37; deutsche Patentschriften Nr. 233 774, 639 o66 a; Elektrische Kraftbetriebe und Bahnen, 1919, S. 213.