-
Anordnung zur Nutzbremsung von Gleichstrom-Hauptschlußmotoren mit
an die Fahrleitung anschließbaren, im Nebenschluß zu den Reihenschlußwicklungen
und Ankern der Motoren liegenden Hilfserregerwicklungen Zur Rückgewinnung elektrischer
Energie von abzubremsenden Fahrzeugen, insbesondere Straßenbahnen, ist es bekannt,
die zum Abtrieb benutzten beiden Gleichstrom-Hauptschlußmotoren mit Hilfserregerwicklungen
zu versehen, die im Falle der Nutzbremsung im Nebenschluß zu den Motoren an die
Fahrleitung gelegt werden. Unter dem Einfluß der durch diese Hilfserregerwicklungen
hervorgerufenen Nlagnetisierung der Statoren ergeben die Anker der Motoren bei genügend
hoher Drehzahl eine ENIK, die gleich oder größer als die Fahrdrahtspannung ist.
Schaltet man daher in Reihe zu den Motoren die Wicklung eines auf diese Spannung
ansprechenden Relais, so kann dieses dazu benutzt werden. die als Generatoren arbeitenden
Motoren zur Stromabgabe an die Fahrleitung anzuschließen.
-
\achteilig ist hierbei, daß der durch die ReihenschlußwIcklungen der
Motoren fließende Strom das durch die Hilfserregerwicklungen hervorgerufene Magnetfeld
schwächt und damit die von den Motoren erzeugte Spannung heruntersetzt. Man hat
daher bereits vorgeschlagen, parallel zu den Hauptschlußwicklungen der Motoren gegebenenfalls
regelbare Widerstände zu legen, durch die die Feldschwächung vermindert und die
Stromrücklieferung verbessert werden kann.
-
Ein weiterer bekannter Vorschlag besteht darin, in Reihe zu den Nebenschlußwicklungen
für die Hilfserregung einen regelbaren Widerstand vorzusehen,
durch
den die von den Motoren gelieferte EMK in einem größeren Drehzahlbereich konstant
gehalten werden kann. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erzielung eines
guten Wirkungsgrades bei der Nutzbremsung und zur Verringerung der Erwärmung der
Motoren, diese während der Nutzbremsung, ähnlich wie beim Fahrbetrieb, nacheinander
parallel und in Reihe zu schalten. Bei diesen bekannten Anordnungen wird jedoch
die Bremswirkung beim Übergang von der Parallelauf die Reihenschaltung unterbrochen,
wodurch unerwünschte Stoßwirkungen entstehen.
-
Zur Erzeugung der Fahrleitungsspannung ist eine Mindestdrehzahl der
parallel oder in Reihe geschalteten Motoren erforderlich. Die Nutzbremsung ist daher
nur bis zu dieser Mindestdrehzahl möglich, so daß auf diese Weise ein Abbremsen
des Wagens bis zum Stillstand nicht erreichtwerden kann. Man hat daher zum vollständigen
Stillsetzen des Wagens mit den als Generatoren arbeitenden Motoren bereits vorgeschlagen,
anschließend an die Nutzbremsung eine Kurzschlußbremsung durchzuführen und die in
Reihe geschalteten Motoren an einen vorteilhaft auch als Fahrwiderstand dienenden
Widerstand durch Kontakte im Fahrschalter anzuschließen. Aber auch diese Anordnung
«eist noch Nachteile auf. Die Verluste in den Motoren sind bei Reihenschaltung höher
als bei Parallelschaltung. Auch ist die Kurzschlußbremsung mit den in Reihe geschalteten
Motoren ungünstig, vor allem da bei einer Leitungsunterbrechung sofort die gesamte
Kurzschlußbremse außer Funktion gelangt.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anordnung
zur Nutzbremsung von Gleichstrom-Hauptschlußmotoren mit an die Fahrleitung anschließbaren,
im Nebenschluß zu den Reihenschlußwicklungen der Motoren liegenden Hilfserregerwicklungen.
Die Erfindung macht von den bekannten Verbesserungen Gebrauch, stellt aber eine
Anordnung dar, die sowohl bezüglich des Wirkungsgrads und der Einfachheit der Ausführung
als auch bezüglich der Betriebssicherheit wesentlich günstiger ist.
-
Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, die Nutzbremsung mit parallel
und/oder in Reihe geschalteten Motoren vorzunehmen und anschließend an die Nutzbremsung
eine Kurzschlußbremsung vorzusehen, bei der den beiden Motoren vollständig unabhängige
Bremsstromkreise zugeordriet sind.
-
Das Vorsehen zweier voneinander unabhängiger Bremsstromkreise in der
Schaltfolge hinter den Nutzbremsstellungen in dem Fahrschalter hat den Vorteil einer
kräftig wirkenden und betriebssicheren Bremsung, die auch noch wirksam ist, wenn
einer der beiden Kreise z. B. durch Drahtbruch ausfällt.
-
Maßgebend dafür, welche Schaltung für die Nutzbremsung am zweckmäßigsten
ist, ist eine Reihe von Umständen, die hauptsächlich durch örtliche Verhältnisse,
Größe und Schwere der Wagen, durch Wünsche bzgl. Einfachheit der Schaltung usw.
begründet sind. Will man bei Wagen mit hoher Geschwindigkeit einen möglichst hohen
Wirkungsgrad der Nutzbremsung erreichen, so wird man die als Generatoren arbeitenden
Motoren in aufeinanderfolgenden Bremsstellungen zuerst parallel und dann in Reihe
schalten und erst im Anschluß an die Reihenschaltung die Kurzschlußbremsung vorsehen.
Beim Fahren mit schweren Wagen in stark bergigem Gelände kann es aber vorteilhaft
seht, von der Nutzbremsung mit parallel geschalteten Motoren sofort auf die Kurzschlußbremsung
überzugehen, um bei einfacherer Ausführung eine höhere Bremssicherheit zu erhalten.
In anders gelagerten Fällen kann es wieder günstiger sein, die Nutzbremsung mit
parallel geschalteten Motoren fortfallen zu lassen und nur eine Nutzbremsung mit
in Reihe geschalteten Motoren vor der Kurzschlußbremsung mit voneinander unabhängigen
Bremsstromkreisen vorzunehmen.
-
Der Übergang von der Nutzbremsung zur Kurzschlußbremsung bzw. von
der N utzbrelnsung in Parallelschaltung zur Nutzbremsung in Reihenschaltung der
Motoren soll möglichst ohne Schaltstöße erfolgen. Es wird daher gemäß der weiteren
Erfindung vorgeschlagen, die teilweise auch für den Fahrbetrieb vorgesehenen Widerstandsgruppen
so anzuordnen und in solcher Schaltfolge durch den Fahrschalter zu steuern, daß
beim Übergang von der Nutzbremsulig in die Kurzschlußbremsung bzw. beim Übergang
von der Nutzbremsung in Parallelschaltung zur Nutzbremsung in Reihenschaltung der
Motören, diese Widerstände vor der Umschaltung bereits eingeschaltet werden, so
daß keine Unterbrechung der Bremswirkung eintritt.
-
Der Übergang von der Nutzbremsung in Parallelschaltung zur Nutzbremsung
in Reihenschaltung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine insbesondere auch
für den Fahrbetrieb dienende Regelwiderstandsgruppe mit den Motorankern zuerst parallel
und darin in Reihe geschaltet wird.
-
Beim Übergang von der Nutzbremsung in Parallelschaltung zur Kurzschlußbremsung
bzw. von der Nutzbremsung in Reihenschaltung zur Kurzschlußbremsung können ebenfalls
die auch für den Fahrbetrieb dienenden Regelwiderstandsgruppen vor der Umschaltung
bereits eingeschaltet sein.
-
Ferner können die bei der Nutzbremsung parallel zu den Reihenschlußwicklungen
der Motoranker vorgesehenen Shunts zur Herstellung der Kurzschlußbremsstromkreise
mitbenutzt werden und einen Teil der Bremswiderstände bilden. Insbesondere können
nach der Erfindung die bei der Nutzbremsung parallel ztl den Reilienschlußwicklungen
liegenden Shunts für den Aufbau der getrennten Kurzschlußbremsstromkreise in Reihe
zu den Reihenschlußwicklungen und den Motorankern liegen. In diesem Falle wird erreicht,
daß sich die Stromrichtung in den Reihenschlußwicklungen umkehrt, so daß an Stelle
einer Schwächung eine Stärkung des von den Nebenschlußwicklungen erzeugten Erregerfeldes
auftritt. Auf diese Weise wird nicht nur eine kräftige hurzschlußbremsung
erreicht,
sondern auch von der Netzspannung unabhängige elektrische Bremse.
-
Weitere 'Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels.
-
In den Fig. i bis 4 sind verschiedene Schaltstellungen eines Ausführungsbeispiels
mit bei der N utzbrenisung zuerst parallel und dann in Reihe geschalteten Motoren
dargestellt.
-
Fig. i zeigt das Ausführungsbeispiel bei Nutzbremsung und parallel
geschalteten Motoren; Fig.2 zeigt die gleiche Anordnung bei Nutzbremsung und in
Reihe geschalteten Motoren; Fig. 3 zeigt eine Schaltstellung mit den für beide Motoren
getrennten Bremsstromkreisen, und Fig.4 zeigt schließlich noch eine beim Zurückgehen
aus der Bremsstellung kurz vor der Nullstellung des Fahrschalter: erreichte Schaltstellung.
-
In den Figuren ist i das \utzbremsschütz, das die Motoren beim Bremsvorgang
an die Fahrleitung legt. 2 und 3 sind die Anker der beiden Motoren, und 5 ihre Reilienschluß-
und 6 und 7 ihre Hilfserregerwic'klungen, 9 ist ein Shunt für die Reihensclilußwicklung
,4, 1o ein Shunt für die Reihenschlußwicklung 5 und zugleich ein Teil des Bremswiderstandes
der -Motoren bei Reihenschaltung. i i und 12 sind Regelwiderstandsgruppen, die auch
den "!.wecken der Anfahrt und der Kurzschlußbremsung dienen. 13 bis 22 sind Nockenschalter
im Fahrschalter bzw. von diesen gesteuerte Schütze, 23 ist die zum Anschluß der
Hilfsbremsen der Beiwagen dienende Bremskupplung, 24 die Wicklung des Nutzbremsschützes
und 25 ein Vorschaltwiderstand für die Wicklung 24. 26 ist die Fahrleitung und
27 eine gemeinsame Erdleitung.
-
Bei der Nutzbremsung sind die Schalter 20 und 17 geschlossen, so daß
die Shunts 9 und 1o parallel zu den Reihenschlußwicklungen 4 bzw. 5 liegen. Ferner
wird der Schalter 22 geschlossen, wodurch die Nebenschlußwicklungen 6 und 7 über
den Regelwiderstand 8 an die Fahrleitung 26 angeschlossen werden. Zur Parallelschaltung
der Motoren (Fig. i) sind außerdem die Schalter i9 und 15 und der Schalter 14 geschlossen.
Es liegen infolgedessen die beiden -Motoren gemeinsam in Reihe zu der I?rregerwicklung
24 für das Nutzbremsschütz 1 und zu dem Vorschaltwiderstand 25. Unter der Feldwirkung
der Nebenschlußwicklungen 6 und 7 entwickeln die beiden Motoranker 2 und 3 eine
ETNIK, die bei genügend hoher Drehzahl gleich oder größer als die Fahrdrahtspannung
ist. In diesem Falle wird durch die Wicklung 24 das Nutzbremsschütz i geschlossen
und Strom an die Fahrleitung 26 abgegeben. Der in den Reihenschlußwicklungen ,4
und 5 fließende Strom ist hierbei entgegengesetzt wie beim Motorbetrieb gerichtet,
schwächt also das durch die Nebenschlußwicklungen f> und 7 erzeugte Feld. Diese
Schwächung ist aber wegen der zu den Wicklungen 4 und 5 parallel geschalteten Shunts
9 und io nur geringfügig.
-
Sinkt infolge abnehmender' --Motordrehzahl die von den -Motoren entwickelte
EMK, so nimmt die Bremswirkung ab. Dieser Abnahme kann durch Erhöhung des durch
die Nebenschlußwicklungen 6 und 7 erzeugten Magnetfeldes begegnet werden. Diesem
Zweck dient der Regelwiderstand 8, der mit abnehmender Motordrehzahl ausgeschaltet
wird. Ist die Motordrehzahl so weit gesunken, daß auch bei ausgeschaltetem Widerstand
8 die erforderliche Bremswirkung unterschritten wird, so muß die Fahrschalterkurbel
weitergedreht und eine Schaltstellung entsprechend Fig. 2 oder Fig. 3 eingestellt
werden.
-
Die Nutzbremsung mit in Reihe geschalteten Motoren wird durch Schließen
des Nockenschalters. 13 eingeleitet. Dadurch wird die Regelwiderstandsgruppe i i
parallel zu den Motoren geschaltet. Durch Weiterdrehen der Fahrschalterkurbel werden
dann die beiden Nockenschalter i4 und 15 geöffnet und eine Schaltung gemäß Fig.
2 eingestellt. Die beiden 'Motoren liegen jetzt in Reihe an der Fahrleitung, und
zwar unter Zwischenschaltung der Regelwiderstandsgruppe ii. Dadurch ist ohne Unterbrechung
der Bremswirkung die Reihenschaltung der beiden Anker 2 und 3 hergestellt.
-
Da die beiden Motoren vor dem Umschalten je eine EMK in der Höhe der
Fahrleitungsspannung hatten, entsteht durch die Reihenschaltung die doppelte Klemmenspannung
und damit ein unangenehiner Bremsstromstoß in der Fahrleitung. Dieser Bremsstromstoß
wird durch die Zwischenschaltung der LViderstandsgruppe i i auf ein tragbares Maß
gemildert. Beim Schließen des Schalters 13 verhindert die Widerstandsgruppe i i
zunächst einen Netzkurzschluß, und beim öffnen der Nockenschalter r4 und 15 bewirkt
sie, daß nur ein Teil der verdoppelten Klemmenspannung an der Fahrleitung auftritt.
Außerdem kann die Anordnung so getroffen sein, daß beim öffnen der Nockenschalter
i4 und 15 der Regelwiderstand 8 voll eingeschaltet wird, wodurch die erzeugte Spannung
herabgesetzt und der Bremsstromstoß weiterhin vermindert wird.
-
Die Aufrechterhaltung der gewünschten Bremswirkung bei weiterhin abnehmender
Motordrehzahl kann zunächst durch Weiterdrehen der Fahrschalterkurbel unter stufenweisem
Abschalten des Regelwiderstandes i i erfolgen,. bis durch Schließen des Nockenschalters
16 die eigentliche Reihenschaltung der Motoren hergestellt ist.
-
Die weitere Regelung der Bremswirkung erfolgt ebenso wie bei der Parallelschaltung
durch Abschalten von Widerstand am Regelwiderstand 8 der Hilfserregerwicklungen.
Gleichzeitig kann durch öffnen des N ockenschalters 17 die Gegenverbundwirkung der
Reihenschlußwicklung 5 beseitigt werden, so daß der Motoranker 3 nur noch durch
die Ililfserregerwicklung 6 erregt wird. Bei dem anderen in Reihe liegenden Motor
bleibt die Gegenverbundschaltung zweckmäßig bestehen.
-
Diese Aufhebung der Gegenverbundwirkung für den -totoranker 3 hat
folgenden Zweck: Für die Regelung der Stromstärke in der Hilfserregerwicklung 6
sollen mit Rücksicht auf eine Einsparung von Nockenschaltern am Fahrschalter die
gleichen
Nockenschalter bei Parallel- und Reihenschaltung verwendet
werden. Die Reihenschaltung beginnt dann mit der gleichen Höhe der Hilfserregung
wie die Parallelschaltung. Da nun die Höhe der Bremswirkung von der Höhe der Hilfserregung
abhängt, tritt bei dem Übergang von der Parallelschaltung zur Reihenschaltung ein
Abfall in der Bremswirkung ein. Diesem Abfall, der unerwünscht ist, kann durch die
Beseitigung der Gegenverbundwirkung am Motoranker 3 wirksam begegnet werden, da
dies einer Verstärkung der Hilfserregung gleichzusetzen ist.
-
Das Arbeiten gegen die als gegeben anzusehende Fahrdrahtspannung setzt
eine gewisse Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeugs voraus, unter die mit der geschilderten
Schaltung nicht herabgebremst werden kann. Da die Wicklung 24 des Nutzbretnsschützes
i über den Nockenschalter i9 mit der Fahrleitung verbunden ist, bleibt der Nockenschalter
i eingeschaltet, auch wenn die EMK der Motoren unter die Fahrdrahtspannun absinkt.
In diesem Fall wird die Bremswirkung der Motoren nicht nur aufgehoben, sondern es
tritt sogar eine Fahrbeschleunigung auf. Dieser Fall kann eintreten, wenn beim Rückwärtsdrehen
die Fahrschalterkurbel von der Reihenschaltung in die Parallelschaltung gelangt
und das Fahrzeug eine gewisse Mindestgeschwindigkeit unterschritten hat. Zur Vermeidung
dieses Nachteils wird daher vorgeschlagen, eine solche Steuerung der die Parallelschaltung
herstellenden Nockenschalter 14 und 15 vorzusehen, daß beim Rückwärtsdrehen der
Fahrschalterkurbel von der Reihenschaltung zur Parallelschaltung die Nockenschalter
14 und 15 geöffnet bleiben.
-
Nach der Erfindung soll zum Stillsetzen des Fahrzeugs und für den
Gebrauch in Gefahrenfällen anschließend an die Nutzbremsung eine Kurzschlußbremsung
mit voneinander unabhängigen Bremsstromkreisen vorgenommen werden. Die Einschaltung
dieser Bremse, d. h. also der Übergang von Nutzbremsung zur Kurzschlußbremsung,
soll ebenfalls ohne Unterbrechung der Bremswirkung vor sich gehen.
-
Zu diesem Zweck wird durch Weiterdrehen der Fahrschalterkurbel der
Nockenschalter 18 (Fig. 3) geschlossen. Hierdurch ist, da der Nockenschalter 17
bereits geöffnet ist, ein Kurzschlußstromkreis hergestellt, bei dem in Reihe zu
dem Motoranker 3 der Shunt io, die Widerstandsgruppe i i und die Reihenschlußwicklung
5 liegen. Sodann «-erden die Nockenschalter 16 und i9 geöffnet, wodurch die Relaiswicklung
24 stromlos und damit das Nutzbremsschütz i ausgeschaltet wird. Nunmehr können die
Nockenschalter 15 und 21 geschlossen und der Nockenschalter 2o geöffnet werden,
wodurch auch für den Motoranker 2 ein den Shunt 9, die Reihenschlußwicklung 4 und
die Widerstandsgruppe 12 in Reihe enthaltender Bremsstromkreis hergestellt ist.
-
In beiden Stromkreisen fließt der von den Motorankern 2 und 3 erzeugte
Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Reihenschlußwicklungen 4 und 5, wodurch
das von den Nebenschluß.-wicklungen 6 und 7 erzeugte Feld verstärkt wird. Die Bremswirkung
ist zu einem überwiegenden Teil noch vorhanden, «-enn aus irgendeinem Grund die
Netzspannung und damit das von den Nebenschlußwicklungen erzeugte Feld ausfällt.
Die Hilfserregerwicklungen 6 und ; können aber auch, wie dies in Fig. 3 dargestellt
ist, z. B. beim Schließen des Nockenschalters 18 durch Öffnen des Nockenschalters
22 abgeschaltet werden, wodurch von vornherein eine etwas schwächere Bremswirkung
erzielt wird.
-
Um auch hier beim Rückwärtsdrehen der Fahrschalterkurbel von den Kurzschlußbremsstellungen
in die Nutzbremsstellungen die ?@Tutzbremsschaltung bei ungeeigneter, d. h. zu niedriger
Fahrgeschwindigkeit nicht wiederherzustellen,. ist eine solche Steuerung der die
Reihenschaltung bewirkenden Nockenschalter, z. B. 13 und 16 oder i9, erforderlich,
daß sie beim Rückwärtsdrehen der Fahrschalterkurbel von den Kurzschlußbremssteliangen
in die Nutzbremsstellungen geöffnet bleiben.
-
Wach der Erfindung sollen ferner die Nockenschalter 17 und 20 beim
Übergang von der Nutzbremsung mit Parallelschaltung der Motoren zur Nullstellung
des Fahrschalters erst dann geöffnet werden, wenn der Nockenschalter 22, welcher
den Strom in den Hilfserregerwicklungen steuert, bereits geöffnet ist. Hierzu brauchen
lediglich die Nockenkanten der Schalter 17 und 2o auf einer Seite gegenüber der
entsprechenden des Schalters 22 gegen die Nullstellung hin verschoben werden. Diese
Maßnahme bringt den Vorteil, daß beim Abschalten der Hilfserregerwicklungen 6 und
7 mit ihren hohen Windungszahlen die Reihenschlußwicklungen 4 und 5 mit ihren parallel
geschalteten Shunts 9 bzw. io als Dämpfungsstrotnkreise dienen.
-
Die Fig.4 zeigt schließlich noch die Schaltung, kurz bevor die Fahrschalterkurbel
beim Zurückdrehen die Nullstellung erreicht hat. Die Schalter 13 und 16 sind geöffnet
und ebenso der Schalter 22, während die Schalter 17 und 20 noch geschlossen
sind. Durch Schließen der Schalter 14 und 15 kann dann die Ausgangslage gemäß Fig.
i bis auf den die Nutzbremsung einleitenden Schalter 22 wieder-' hergestellt sein.
-
Will man auf die Parallel- oder Reihenschaltung der Motoren bei der
Nutzbremsung verzichten, so kann dies unter Fortfall der Schaltstellungen gemäß
Fig. i oder Fig. 2 erfolgen. Es ist lediglich notwendig, den Fahrschalter entsprechend
zu vereinfachen. Auch beim Cbergang von der Nutzbremsung mit parallel geschalteten
Motoren entsprechend Fig. i zur Kurzschlußbremsung mit getrennten Stromkreisen entsprechend
Fig.3 kann durch vorheriges Einschalten der Widerstandsgruppen i i bzw. 12 eiti
:Aussetzen der Bremswirkung vermieden werden.