DEP0035936DA

DEP0035936DA - Self-excited resistance braking circuit for rail vehicles driven by four or more direct current motors in series

Info

Publication number: DEP0035936DA
Authority: DE
Inventors: Karl Mannheim Mohrdieck
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Publication date: 1951-02-08

Description

Bei elektrischen Bahnen, insbesondere Strassenbahn-Triebwagen, hat sich die elektrische Bremsung immer mehr durchgesetzt. Sie wird als sogenannte Betriebsbremsung, d.h. für den normalen Betrieb, ständig angewendet, um den mit der mechanischen Bremsung verbundenen Verschleiss der Bremsschuhe möglichst gering zu halten. Ausserdem gewährt die elektrische Betriebsbremsung eine bessere Ausnützung des Haftwertes zwischen Rad und Schiene, weil ein Blockieren der Räder nicht stattfindet. Ausserdem wird dadurch ein Unrundlaufen der Räder weitgehend vermieden.Electric braking has become more and more popular in electric railways, especially tram railcars. It is used continuously as so-called service braking, i.e. for normal operation, in order to keep the wear on the brake shoes associated with mechanical braking as low as possible. In addition, the electrical service braking ensures better utilization of the adhesive value between wheel and rail, because the wheels do not lock. In addition, this largely prevents the wheels from running out of true.

Es besteht daher allgemein die Neigung, die elektrische Betriebsbremsung in Form der selbsterregten Widerstandsbremsung möglichst zu vervollkommnen und ihre Sicherheit weitgehend zu erhöhen. Bei mehrmotorigen Antrieben, z.B. bei einem mit vier Antriebsmotoren ausgerüsteten, allradangetriebenen Strassenbahn-Triebfahrzeug, wie es sich heute allgemein immer mehr durchsetzt, könnte man dies an und für sich dadurch erreichen, dass für jeden einzelnen Motor bzw. jede einzelne Gruppe von je zwei Motoren voneinander unabhängige Bremskreise vorgesehen werden, um auch dann noch genügend Bremskraft zur Verfügung zu haben, wenn einer der Bremskreise versagen sollte. Eine derartige Schaltung weist jedoch starke Mängel auf, da sie insbesondere zu einer Vervielfachung der erforderlichen Schaltelemente am Fahrschalter führt, und das umsomehr, als man bestrebt ist, möglichst viel- bzw. feinstufig zu schalten, was an und für sich schon eine grosse Stufenzahl am Fahrschalter bedingt.There is therefore a general tendency to perfect the electrical service braking as much as possible in the form of self-excited resistance braking and to largely increase its safety. In the case of multi-engine drives, e.g. an all-wheel-drive tram motor vehicle equipped with four drive motors, as it is becoming more and more popular today, this could be achieved in and of itself by having two motors for each individual engine or each individual group Independent brake circuits are provided in order to still have sufficient braking force available if one of the brake circuits should fail. Such a circuit has major shortcomings, however, since it leads in particular to a multiplication of the required switching elements on the drive switch, all the more so as one strives to switch as many or fine stages as possible, which in and of itself already has a large number of stages on the Drive switch conditional.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine selbsterregte Widerstandsbremsschaltung für mit vier oder mehr Gleichstrom-The invention is based on the object of providing a self-excited resistance braking circuit for with four or more direct current

Reihenschlussmotoren angetriebene Schienenfahrzeuge, insbesondere Grossraum-Strassenbahntriebfahrzeuge, zu schaffen, die keine oder nur eine unwesentliche Vermehrung der Stufenkontakte und Widerstandsabschnitte am Fahrschalter bedingt und die nahezu die gleiche Betriebssicherheit gewährleistet wie eine Schaltung, bei der jeder Motor seinen bzw. jede Motorgruppe ihren eigenen Bremskreis erhält.To create rail vehicles driven in series motors, in particular large-capacity tram vehicles, which cause no or only an insignificant increase in the step contacts and resistor sections on the drive switch and which guarantee almost the same operational reliability as a circuit in which each motor has its own brake circuit .

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fahrmotoren beim Bremsen in zwei Motorgruppen unterteilt werden, die in Reihe geschaltet den gemeinsamen Bremswiderstand speisen (Einkreisschaltung), während die Motoren jeweils einer Gruppe in an sich bekannter Weise mit vertauschten Feldwicklungen parallel geschaltet werden.According to the invention, this object is achieved in that the traction motors are divided into two motor groups when braking, which feed the common braking resistor connected in series (single circuit), while the motors of a group are connected in parallel in a known manner with interchanged field windings.

Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass bereits Widerstandsbremsschaltungen bekannt sind, bei denen eine Kreuzschaltung der Anker und Felder der Fahrmotoren angewendet wird. Bei der erfindungsgemässen Widerstands-Bremsschaltung wird aber von dieser bekannten Kreuzschaltung nur in Verbindung mit anderen wesentlichen schaltungstechnischen Maßnahmen Gebrauch gemacht. Erst dadurch, dass die mit vertauschten Feldwicklung parallel geschalteten Motoren einer Gruppe in Reihenschaltung mit der anderen, entsprechend geschalteten Motorengruppe den gemeinsamen Bremswiderstand speisen, werden die eingangs erwähnten Vorteile bei einem mehrmotorigen Antrieb erzielt.It should be mentioned at this point that resistance brake circuits are already known in which a cross connection of the armature and fields of the traction motors is used. In the resistance braking circuit according to the invention, however, use is made of this known cross-connection only in connection with other essential circuitry measures. Only when the motors of one group connected in parallel with interchanged field windings in series with the other, correspondingly connected motor group feed the common braking resistor, the advantages mentioned at the beginning of a multi-motor drive are achieved.

In folgendem wird die Widerstands-Bremsschaltung gemäss der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei auch noch vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung behandelt und beschrieben werden. Als Ausführungsbeispiel wurde die Schaltung eines vierachsig angetriebenen, viermotorigen Strassenbahntriebfahrzeuges gewählt. Der besseren Übersicht wegen sind in den Abbildungen 1 und 2 auch die an sich bekannten Fahrschaltungen dargestellt, während die Bremsschaltung gemäss der Erfindung in den Abbildungen 3 und 4 dargestellt ist.In the following, the resistance braking circuit according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing, with advantageous embodiments of the invention also being treated and described. The circuit of a four-axle, four-engine tram motor vehicle was selected as an exemplary embodiment. For a better overview, the driving circuits known per se are also shown in FIGS. 1 and 2, while the braking circuit according to the invention is shown in FIGS. 3 and 4.

In der in Abbildung 1 dargestellten Fahrschaltung der Motoren in Anfahr-Reihenschaltung sind die vier Fahrmotoren, deren Anker am a(sub)1, a(sub)2, a(sub)3 und a(sub)4 und deren Felder mit f(sub)1, f(sub)2, f(sub)3 und f(sub)4 bezeichnet sind, in Reihe geschaltet. Mit r(sub)1 und r(sub)2 sind dieIn the drive circuit of the motors in series connection shown in Figure 1, the four drive motors, whose armatures at a (sub) 1, a (sub) 2, a (sub) 3 and a (sub) 4 and their fields with f ( sub) 1, f (sub) 2, f (sub) 3 and f (sub) 4 are connected in series. With r (sub) 1 and r (sub) 2 are the

Fahr- bzw. Bremswiderstände bezeichnet, deren Stufung in symbolischer Weise durch Schaltpfeile angedeutet ist. Der Strom aus der Fahrleitung 1 verläuft über den Stromabnehmer s und entsprechend den eingetragenen Pfeilen in der Reihenfolge der vier Fahrmotoren und geht vom Anker a(sub)4 des letzten Motors nach Erde c. Die Unterteilung der vier Fahrmotoren in zwei Gruppen I und II ist aus der Abbildung ersichtlich. In Abb. 2 ist die entsprechende Fahrschaltung der Motoren in Parallelschaltung der beiden Motorengruppen I und II dargestellt. Wie diese Abbildung zeigt, liegen die Motoren der Gruppe I und die Motoren der Gruppe II jeweils in Reihe, während die beiden Gruppen mit zugehörigen Widerstanden r(sub)1 bzw. r(sub)2 parallel geschaltet sind. Beim Übergang von der Reihenschaltung der Abbildung 1 auf die Gruppenparallelschaltung der Abbildung 2 sind selbstverständlich eine Anzahl Schalter erforderlich, die jedoch der Einfachheit halber in den Abbildungen weggelassen sind. In Abbildung 2 ist lediglich einer dieser Schalter herausgezeichnet, nämlich der geschlossene Schalter t (Erdschalter), der im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Bremsschaltung von besonderer Bedeutung ist, auf diesen wird weiter unten noch näher eingegangen.Driving or braking resistors are referred to, the graduation of which is indicated in a symbolic manner by switching arrows. The current from the contact line 1 runs over the pantograph s and according to the arrows in the order of the four traction motors and goes from the armature a (sub) 4 of the last motor to earth c. The subdivision of the four drive motors into two groups I and II can be seen in the illustration. In Fig. 2 the corresponding driving circuit of the motors is shown in parallel connection of the two motor groups I and II. As this figure shows, the motors of group I and the motors of group II are connected in series, while the two groups with associated resistors r (sub) 1 and r (sub) 2 are connected in parallel. In the transition from the series connection of Figure 1 to the group-parallel connection of Figure 2, a number of switches are of course required, which are, however, omitted in the figures for the sake of simplicity. In Figure 2, only one of these switches is shown, namely the closed switch t (earth switch), which is of particular importance in connection with the braking circuit according to the invention, which will be discussed in greater detail below.

In Abbildung 3 ist die selbsterregte Widerstands-Bremsschaltung gemäss der Erfindung dargestellt. Die Fahrmotoren sind wiederum genau wie bei den Fahrschaltungen in zwei Gruppen I und II unterteilt, die in Reihe geschaltet den gemeinsamen Bremswiderstand r(sub)1 + r(sub)2 speisen. Die Motoren jeder der beiden Gruppen sind dagegen mit vertauschten Feldwicklungen parallel geschaltet. Wie der durch die eingetragenen Pfeile angedeutete Stromverlauf zeigt, liegt also beispielsweise der Anker a(sub)1 des ersten Motors mit dem Feld f(sub)2 des zweiten Motors und andererseits das Feld f(sub)1 des ersten Motors mit dem Anker a(sub)2 des zweiten Motors in Reihe, während die beiden Motoren samt den in dieser Weise vertauschten Feldern parallel geschaltet sind. Entsprechendes gilt für die Fahrmotoren der Gruppe II mit den Indices 3 und 4.In Figure 3, the self-excited resistance braking circuit according to the invention is shown. The traction motors are again divided into two groups I and II, exactly as with the driving circuits, which, connected in series, feed the common braking resistor r (sub) 1 + r (sub) 2. The motors of each of the two groups, on the other hand, are connected in parallel with interchanged field windings. As the current curve indicated by the entered arrows shows, armature a (sub) 1 of the first motor lies with field f (sub) 2 of the second motor and, on the other hand, field f (sub) 1 of the first motor with armature a (sub) 2 of the second motor in series, while the two motors together with the fields exchanged in this way are connected in parallel. The same applies to the drive motors of group II with the indices 3 and 4.

Geht man davon aus, dass bei den Fahrschaltungen der Abbildungen 1 und 2 jeweils die Motoren einer Gruppe dauernd in Reihe geschaltet und demnach für die halbe Fahrdrahtspannung gewickelt sind, so erkennt man den besonderen Vorteil der in Abbildung 3 dargestellten erfindungsgemässen Bremsschaltung. Beim Bremsen reicht der Widerstand für die Bremsung aus hoher Fahrgeschwindigkeit bis etwa zur doppelten Motorspannung aus und zwar bei einer dem Motoranfahrstrom entsprechenden Stromstärke.If one assumes that the motors of a group are permanently connected in series in the driving circuits of Figures 1 and 2 and are therefore wound for half the contact wire voltage, one recognizes the particular advantage of the braking circuit according to the invention shown in Figure 3. When braking the resistance is sufficient for braking from high driving speed up to about twice the motor voltage, namely with an amperage corresponding to the motor start-up current.

Die erfindungsgemässe Bremsschaltung hat den Vorteil, dass auch dann noch genügend Bremskraft vorhanden ist, wenn an irgendeiner Stelle der Schaltung einer der beiden Motorengruppen ein Schaden auftritt. Tritt beispielsweise an der in Abbildung 3 mit x bezeichneten Stelle zwischen dem Feld f(sub)1 und dem Anker a(sub)2 eine Unterbrechung auf, so werden zwar die Motoren der Gruppe I wegen der Feld- und Ankerkreuzung keine Bremsleitung mehr erzeugen können; der Bremsstrom der Motorengruppe II kann sich aber immer noch über den gesunden Zweig a(sub)1 - f(sub)2 der Motorengruppe I ausgleichen, sodass also die Bremskraft der Motorengruppe II nicht verloren geht. In dem genannten Schadensfalle der Schaltung an der Stelle x wirkt also die Schaltung so, als ob die Motorengruppe II für sich geschaltet wäre. Tritt andererseits z.B. an der Stelle y eine Unterbrechung auf, so kann bei offenem Schalter t naturgemäss zunächst keine Bremsung erfolgen; sobald aber die Widerstände r(sub)1 und r(sub)2 beim Weiterschalten allmählich kurzgeschlossen werden, tritt die Bremsung ein, sobald die schadhafte Stelle y an dem Widerstand r(sub)1 überbrückt ist, wie dies durch den eingezeichneten Schaltpfeil in der Abb. 3 angedeutet ist.The brake circuit according to the invention has the advantage that there is still sufficient braking force if one of the two motor groups is damaged at any point in the circuit. If, for example, an interruption occurs at the point marked x in Figure 3 between the field f (sub) 1 and the armature a (sub) 2, the motors of group I will no longer be able to generate a brake line because of the field and armature intersection ; However, the braking current of motor group II can still balance itself over the healthy branch a (sub) 1 - f (sub) 2 of motor group I, so that the braking force of motor group II is not lost. In the aforementioned case of damage to the circuit at point x, the circuit acts as if motor group II were switched on by itself. If, on the other hand, an interruption occurs e.g. at point y, then naturally no braking can initially take place when switch t is open; but as soon as the resistors r (sub) 1 and r (sub) 2 are gradually short-circuited when switching on, braking occurs as soon as the damaged point y at the resistor r (sub) 1 is bridged, as indicated by the switching arrow shown in FIG Fig. 3 is indicated.

Um nun sicherzustellen, dass die Bremskraft auch dann nicht vollständig verloren geht, wenn beispielsweise an der Stelle z eine Unterbrechung eintritt, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung der Stufenschalter für den Bremswiderstand so mit dem bereits erwähnten Erdschalter t gekuppelt, dass letzterer beim Schalten auf die letzte Bremsstufe oder die letzten Bremsstufen geschlossen wird. Auf diese Weise wird also, jedoch nur für die letzten Schaltstufen, die Einkreisschaltung aufgelöst, sodass jede der Gruppe I und II getrennt ihren Bremswiderstand r(sub)1 bzw. r(sub)2 speist bzw. über den Schalter t kurzgeschlossen wird. Auf diese Weise wird selbst bei einem Schaden an der Stelle z wenigstens noch eine Kurzschlussbremsung der Motorengruppe II sichergestellt.In order to ensure that the braking force is not completely lost even if, for example, an interruption occurs at point z, in a further embodiment of the invention the step switch for the braking resistor is coupled to the aforementioned earth switch t so that the latter is switched to the last braking stage or the last braking stages is closed. In this way, however, the single-circuit circuit is released, but only for the last switching stages, so that each of groups I and II feeds its braking resistor r (sub) 1 and r (sub) 2 separately or is short-circuited via switch t. In this way, even in the event of damage at point z, at least short-circuit braking of motor group II is ensured.

Der wesentliche Vorteil dieser Bremsschaltung nach der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Bremsung entsprechend feiner Stufung allein mit den für das Fahren sowieso vorhandenen Schaltkontakten am Fahrschalter erzielt werden kann, dass also gegenüber einer Schaltung, bei der die Motoren jeder für sich bzw. jede Motorengruppe für sich ihren Bremswiderstand speisen, keine zusätzlichen Stufenkontakte bzw. Widerstandselemente benötigt werden unter der Voraussetzung, dass die Stromänderung und damit die Motor- und Getriebebeanspruchung innerhalb festgesetzter Grenzen bleibt. Bei grobstufiger Zweikreisschaltung besteht demgegenüber einerseits die Gefahr des Rutschens der Räder auf den Schienen bzw. umgekehrt eienr zu geringen Ausnützung dieser Haftkraft bei schwacher Bremskraft. Bei gleicher Feinstufigkeit der Zweikreisschaltung wäre dagegen eine wesentliche Vermehrung der Schaltstufen erforderlich. Dieser Sachverhalt begründet den wesentlichen Vorteil, den die Bremsschaltung nach der Erfindung erbringt.The main advantage of this brake circuit according to the invention can be seen in the fact that braking can be achieved with correspondingly fine gradations solely with the switching contacts on the drive switch that are already available for driving, i.e. compared to a circuit in which the motors each for themselves or each Motor group feed their own braking resistor, no additional step contacts or resistance elements are required, provided that the change in current and thus the motor and gear load remain within set limits. In the case of a coarse-stage two-circuit circuit, on the one hand, there is the risk of the wheels slipping on the rails or, conversely, too little use of this adhesive force in the case of a weak braking force. In contrast, if the two-circuit circuit had the same level of precision, a significant increase in the number of switching stages would be required. This fact establishes the essential advantage that the brake circuit according to the invention provides.

In Abbildung 4 ist im wesentlichen dieselbe Schaltung wie in Abbildung 3 dargestellt. Im Gegensatz zu letzterer sind in die erdseitige bzw. stufenwiderstandsfreie Verbindung der Motorengruppen I und II in an sich bekannter Weise Bremssicherheitswiderstände un und Wicklungen von Magnetbremsen v und Solenoidbremsen w der Beiwagen o.dgl. in Parallelschaltung geschaltet. Diese sind in weiterer Ausbildung der Erfindung jeweils in zwei Gruppen unterteilt, paarweise in Reihe geschaltet, und an ihren jeweiligen Zwischenverbindungen verbunden bzw. geerdet, wie dies aus Abbildung 4 ohne weiteres ersichtlich ist. Mit k sind in Abbildung 4 Zugkupplungen schematisch angedeuet. Im Gegensatz zu der in Abbildung 4 dargestellten Schaltung kann natürlich auch nur die eine oder andere Art zusätzlicher Bremswicklungen angewendet werden. Weiterhin ist es auch möglich, anstelle der paarweise unterteilten nicht unterteilte Bremswicklungen zu verwenden, die dann in ihrem elektrischen Mittelpunkt oder in der Nähe ihres elektrischen Mittelpunktes untereinander verbunden oder geerdet sind. Durch diese paarweise Unterteilung bzw. Mittenanzapfung der Zusatzbremswicklungen wird auf alle Fälle sichergestellt, dass auch bei Auflösung der Einkreisschaltung beim Schalten auf die letzte Bremsstufe bzw. die letzten Bremsstufen diese Zusatz- wicklungen wirksam werden, wenn einer der beiden Bremskreise fehlerhafterweise an irgendeiner Stelle unterbrochen ist.Figure 4 shows essentially the same circuit as Figure 3. In contrast to the latter, brake safety resistors un and windings of magnetic brakes v and solenoid brakes w of the sidecar or the like are in the earth-side or step resistance-free connection of the motor groups I and II. connected in parallel. In a further embodiment of the invention, these are each subdivided into two groups, connected in series in pairs, and connected or grounded at their respective intermediate connections, as can be readily seen from Figure 4. Drawbar couplings are indicated schematically in Figure 4 with k. In contrast to the circuit shown in Figure 4, only one or the other type of additional brake windings can of course be used. Furthermore, it is also possible to use brake windings which are not subdivided in pairs and which are then connected to one another or grounded in their electrical center point or in the vicinity of their electrical center point. This paired subdivision or center tapping of the additional brake windings ensures that even if the single-circuit circuit is disconnected when switching to the last braking level or the last braking levels, this additional braking windings become effective if one of the two brake circuits is incorrectly interrupted at any point.

Anschliessend sei noch erwähnt, dass die Widerstandsbremsschaltung gemäss der Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Sie kann z.B. auch bei einer grösseren Anzahl von Fahrmotoren entsprechend angewendet werden. So kann man sich z.B. die beiden in den Fahrschaltungen der Abbildungen 1 und 2 in Reihe verbundenen Motoren durch drei oder auch mehr Motoren ersetzt denken, wobei dann beim Bremsen die Anker und Felder dieser Motoren gegenseitig zyklisch vertauscht werden müssen. Die Schaltung kann mit dem gleichen Erfolg auch dann zur Anwendung kommen, wenn in der Fahrschaltung von der Darstellung abweichende Schaltverbindungen zwischen Widerstandsgruppen und den Fahrmotoren gewählt werden. Es kann beispielsweise anstelle der in Abbildung 2 dargestellten Gruppen-Parallelschaltung eine solche Fahrschaltung gewählt werden, bei der die Motoren jeder Gruppe parallel geschaltet und die Gruppen selbst in Reihe geschaltet sind. (Anfahr-Reihen-Parallelschaltung). Wichtig ist nur, dass die Bremsschaltung immer wieder so ausgebildet ist, dass bei einer Stromunterbrechung an einem Teil der Schalteinrichtung die andere immer noch einsatzbereit bleibt. Dies gilt sowohl für die Fahrmotoren als auch für die Fahr- und Bremswiderstände sowie die zusätzlichen Bremswicklungen der beschriebenen Art.It should then be mentioned that the resistance braking circuit according to the invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, it can also be used accordingly with a larger number of traction motors. For example, the two motors connected in series in the drive circuits in Figures 1 and 2 can be thought of as being replaced by three or more motors, whereby the armatures and fields of these motors must then be cyclically exchanged when braking. The circuit can also be used with the same success if switching connections between resistor groups and the drive motors that differ from those shown are selected in the drive circuit. For example, instead of the group parallel connection shown in Figure 2, a driving circuit can be selected in which the motors of each group are connected in parallel and the groups themselves are connected in series. (Start-up series parallel connection). It is only important that the brake circuit is designed again and again in such a way that in the event of a power interruption to one part of the switching device, the other still remains ready for use. This applies to the traction motors as well as the traction and braking resistors and the additional braking windings of the type described.

Claims

1.Self-excited resistance braking circuit for rail vehicles driven by four or more direct current series motors, in particular large-capacity tram vehicles, characterized in that the traction motors are divided into two motor groups (I and II) when braking, which are connected in series to the common braking resistor (r (sub) 1 + r (sub) 2) feed (single circuit), while the motors of a group (I or II) are connected in parallel in a manner known per se with interchanged field windings.

2. Self-excited resistance braking circuit according to claim 1, characterized in that when switching to the last braking level or the last braking levels by closing a switch (t), for example a switch already available for driving, the single-circuit circuit is resolved so that each motor group is separated its braking resistor (r (sub) 1 or r (sub) 2) feeds. (Dual circuit brake circuit).

3. Self-excited resistance braking circuit according to claim 2, characterized in that magnetic brake windings switched on in the brake circuit are divided or tapped in a manner known per se so that they remain effective even when the single-circuit circuit is canceled.

4. Self-excited resistance braking circuit according to claim 2, characterized in that in the earth-side or step resistance-free connection of the motor groups in a known manner brake safety resistors (u) and / or windings of magnetic brakes (v) and solenoid brakes (w) of the sidecar o .like are connected in parallel, which are connected to one another or grounded in their electrical center point or in the vicinity of their electrical center point.

5. Self-excited resistance braking circuit according to claim 2, characterized in that the brake windings (u, v, w) are divided into two groups, connected in series in pairs and connected or grounded at their respective interconnections.

6. Self-excited resistance braking circuit according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that in the driving circuit of the motors, the motors of a group (I or II) are continuously connected in series, that is, wound for half the contact wire voltage.