DE644393C - Einrichtung zur Bremsung von Wechselstromreihenschlussmotoren - Google Patents

Description

Für die elektrische Bremsung von Fahrzeugen sind zwei Betriebsfälle zu unterscheiden, einmal die sogenannte. Gefällebremsung, bei der eine gewisse Fahrgeschwindigkeit im Gefälle einzuhalten ist, und ferner die Haltebremsung, bei der das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen ist. Für die Gefällebremsung eignen sich Schaltungen, die dem Motor einen Nebenschlußcharakter

ίο verleihen. Der Motor strebt dann einer bestimmten Leerlaufgeschwindigkeit zu. Sinkt die Drehzahl unter diesen Wert, so gibt der Motor ein Drehmoment ab, das das Fahrzeug zu beschleunigen sucht. Steigt die Drehzahl über den gleichen Wert, so nimmt der Motor ein Bremsmoment auf.

Für die Haltebremsung ist im Gegensatz hierzu ein Hauptschlußcharakter des Motors erwünscht, durch den dieser beim Bremsen mit hoher Geschwindigkeit ein kleineres, mit fallender Geschwindigkeit jedoch mehr und mehr ansteigendes Bremsmoment erhält, so daß die mit fallender Geschwindigkeit zunehmende Reibung zwischen Rad und Schiene möglichst vollkommen ausgenutzt wird.

Es ist bekannt, zur Bremsung von Wechselstromreihenschlußmotoren ohne Änderung der bei Fahrj: vorhandenen Verbindung zwischen Anker und Feld dem Ankerstrom einen zusätzlichen Strom zu überlagern, der ein Arbeiten der Reihenschlußmaschinen als Generatoren zur Folge hat. Zur Erreichung dieses Zieles sind bisher zwei Maschinen erforderlich, deren Erregerfelder aus je einem Wicklungsabschnitt eines zu einem anderen Motor gehörigen Leistungstransformators gespeist werden. Hierbei sind die einzelnen Motoren elektrisch voneinander abhängig. Die Erfindung hingegen bietet den Vorteil, daß die bei ihr verwendeten Motoren elektrisch voneinander unabhängig arbeiten, das heißt keinerlei gegenseitiger Beeinflussung unterworfen sind, und es daher auch möglich ist, mit nur einem Motor die gleiche Aufgabe zu lösen und darüber hinaus noch eine Phasenkompensation durchzuführen.

Vorgeschlagen wurde auch schon eine einfache Umschaltung von Motor- auf Generatorbetrieb mittels eines einzigen Schalters, wobei jedoch die Sekundärwicklung des hier vorgesehenen Transformators im Generatorbetrieb sowohl vom Erregerstrom als auch vom Ankerstrom durchflossen wird. Die Überlagerung der letztgenannten Ströme verursacht im Transformator erhebliche Verluste, die beim Erfindungsgegenstand vermieden werden.

Die für Einphasenreihenschlußmotoren bekannten Bremsschaltungen besitzen zum größeren Teil Nebenschlußcharakter, da bei ihnen die Feldwicklung häufig über einen Kondensator an den Anker gelegt oder fremderregt wird. Gegenstand der Erfindung ist eine Bremsschaltung mit Hauptstromcharak-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Paul Müller in Berhn-Schöneberg.

ter für Einphasenreihenschlußmotoren. Erfindungsgemäß wird diese Schaltung dadurch erhalten, dall ohne Änderung der bei Fahrt vorgesehenen Verbindungen zwischen Feld und Anker dem Ankerstrom ein Strofn.. überlagert wird, der ein Arbeiten der Reiher!*':, Schlußmaschine als Generator, bei Xutz^ bremsschaltung im Sinne der Rücklieferung ins Xetz, zur Folge hat.

ίο J⁷ig. ι zeigt eine derartige Schaltung für Nutzbremsung, bei der die richtige Phasenlage des dem Ankerstrom überlagerten Zusatzstromes durch Einschaltung eines Kondensators erreicht wird.

Bei der Schaltung der Fig. ι liegt zwischen Oberleitung ι und Erde ein Transformator 2, an dessen Sekundärwicklung über Anzapfungen 3 sowie eine Weiterschaltdrossel 4 der Anker 5 und die Feldwicklung 6 des Einphasenreihenschlußmotors angeschlossen sind. Γη Reihe mit dem Anker 5 liegen noch eine Kompensationswicklung 7 bzw. Wendepolwicklungen.

Die dargestellte Schaltung möge die für Fahrt verwendete sein. Zur Herbeiführung der Nutzbremsung wird nun gemäß der Erfindung die Schaltung der Feldwicklung 6 oder des Ankers 5 nicht geändert. Zu der Feldwicklung 6 wird lediglich bei Nutzbremsung über einen Schalter 8 und einen Transformator 9 ein Kondensator 10 parallel geschaltet.

Fig. 2 zeigt die Betriebsbedingungen der neuen Schaltung. Der Einfachheit halber ist hierbei das Übersetzungsverhältnis des Transformators 9 der Fig. 1 gleich 1 gesetzt. In der Figur sind der Strom J₁- in der Feldwicklung 6 und der Strom J% im Kondensator abhängig von der Feldstärke F des Reihenschlußmotors aufgetragen.

Die an den Klemmen der Feldwicklung 6 liegende Spannung ist proportional der Feldstärke. Der Kondensatorstrotn J_K, der der Spannung an der Feldwicklung 6 proportional ist, steigt also mit steigender Feldstärke linear an. Der Strom //.· in der Feldwicklung steigt hingegen bezogen auf die Feldstärke gemäß der Magnetisierungskurve. Die Ströme im fast rein induktiven Kreis der Feldwicklung U und im kapazitiven Kreis des Kondensators sind um i8o° in der Phase verschoben. In Fig. 2 wurde dem dadurch Rechnung getragen, daß der Feldstrom J₁.- nach oben, der Kondensatorstrom J_K nach unten aufgetragen wurde.

Der Strom J_A im Anker 5 ist gleich dem Unterschied zwischen dem Kondensatorstrom und dem Feldstrom. Bei ausgeschaltetem Kondensator ist der Ankerstrom gleich dem Feldstrom, hat also, wie Fig. 2 erkennen läßt, die gleiche Richtung. Dies entspricht dem Arbeiten der Einphasenreihenschlußmaschine als Motor.

- Ist nun gemäß der Erfindung der Impe-'danzwert des Kondensators größer als der ■'fTjjipedanzwert der Feldwicklung, so ist der :;^KStadensatorstrom Jk, größer als der FeId- -strom Jf. Der resultierende Ankerstrom ändert gegenüber dem Betriebsfall, bei dem der Kondensatorstrom gleich Null ist, seine Richtung. Die Einphasenreihenschlußmaschine arbeitet nun als Generator.

Der Strom,/λ, der sich aus dem Unterschied zwischen dem Kondensatorstrom J^ und dem Feldstrom J₁.- ergibt, ist in Fig. 2 durch senkrechte Schraffur angedeutet.

Der resultierende Ankerstrom nimmt zunächst langsam zu, erreicht dann ein Maximum und fällt bei hoher Sättigung wieder ab.

Die Charakteristik des neuen Einphasenreihenschlußgenerators ist grundsätzlich die gleiche wie die des Einphasenreihenschlußinotors. Ist der Kondensatorstrom beispielsweise doppelt so groß wie der Feldstrom, so hat der Anker bei Generatorbetrieb gleiche Stromstärke wie beim Motorbetrieb, nur entgegengesetzte Stromrichtung. Da der Feldstrom unverändert ist, hat der Generator gleiche Drehzahl und gleiches Drehmoment wie der Motor.

Das Drehmoment des Generators nimmt abhängig von der Geschwindigkeit stärker ab als das des Motors. Durch passende Wahl der elektrischen \^rerhältnisse, insbesondere des Kondensators, kann man den Verlauf der Charakteristik weitgehend beeinflussen. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, bei Generatorbetrieb den Kondensator nur an einen Teil der Feldwicklung zu legen und den übrigen Teil der Feldwicklung abzuschalten. Allerdings wird dadurch der Hauptvorteil, der in dem Wegfall von Schaltmaßnahmen im Motorstromkreis beim Übergang von Fahrt auf Bremsung zu sehen ist, zum Teil aufgehoben.

Auf den Transformator 9, der die Bemessung des Kondensators 10 erleichtert, kann man insbesondere bei kleineren Leistungen verzichten.

An Stelle des Kondensators kann man ge- no maß der Schaltung nach Fig. 3 eine Zusatzmaschine 11 verwenden, deren Anker der Feldwicklung 6 parallel Hegt und deren eigene Feldwicklung 12 von dem Strom in der Feldwicklung 6 erregt wird. Die Zusatzmaschine kann als Querfeldmaschine o. dgl. gebaut sein, so daß sie einen ihrer Klemmenspannung annähernd proportionalen Zusatzstrom erzeugt.

Die Einschaltung des Kondensators bzw. 1*0 der Zusatzmaschine, die das Eintreten der Bremswirkung beim Fahrzeug zur Folge hat,

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kann bei jeder beliebigen Fahrgeschwindigkeit und auf jeder Schaltstufe des Transformators 2 erfolgen. Durch Erhöhung der Transformatorspannung kann die Bremsung gesteigert werden. Infolge des Hauptstromcharakters des neuen Einphasenreihenschlußgenerators paßt sich das Drehmoment der Geschwindigkeit selbsttätig an. Die Charakteristik des Generators ist auch für das Zusammenarbeiten mit anderen Bremsen, z. B. der Luftbremse, von Vorteil.

In den Schaltungen der Fig. ι und 2 tritt bei Stillstand des Fahrzeuges noch ein rückwärts wirkendes Moment auf, so daß die Reihenschlußmaschine kurz vor Stillstand zweckmäßig abzuschalten ist. Diese Abschaltung kann selbsttätig beim Unterschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit oder beim Wechsel der Stromrichtung erfolgen.
Die Schaltung der Fig. 4 gestattet eine Einstellung der Phasenlage des ins Netz zurückgelieferten Stromes zur Phasenlage der Netzspannung, also eine Einstellung des cos φ für die Stromrückgewinnung. Diese Einstellung wird erzielt durch Änderung des Widerstandes 13, der dem Kondensator 10 parallel geschaltet ist oder durch Änderung der Zusatzspannung, die über die Anzapfung 14 des Transformators 2 in dem nach der Erfindung vorgesehenen Zusatzerregerkreis der Feldwicklung 6 eingeführt wird.

Die Schaltung der Fig. 5 ermöglicht zwar nur Widerstandsbremsung und keine Nutzbremsung. Dafür ist aber der Kondensator der vorhergehenden Schaltungen fortgefallen und durch eine Drossel 15 ersetzt worden. Die Drossel 15 wird von dem aus dem Transformator 2 gelieferten Erregerstrom der Feldwicklung 6 und von dem über den Widerstand 16 fließenden Bremsstrom des Ankers 5 gleichsinnig durchflossen. Bei steigendem Ankerstrom steigt auch der Spannungsabfall an der Drossel 15. Damit sinkt aber auch Spannung und Strom in der Feldwicklung, so daß die obenerwähnte Bedingung des Hauptstromcharakters der Bremsschaltung, nämlich die Verringerung der Bremswirkung bei steigender Geschwindigkeit, erfüllt ist.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Bremseinrichtung für wechselstrombetriebene Einphasenreihenschlußmotoren, bei denen die Verbindungen zwischen Anker und Feld im Fahr- und Bremsbetrieb unverändert erhalten bleiben und das Bremsmoment der Triebmotoren mit steigender Geschwindigkeit abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung elektrisch voneinander unabhängiger Motoren durch eine vorzugsweise zusätzliche Stromquelle derart beeinflußt wird, daß der vom Generator abgegebene Strom nach Größe, Richtung und Phasenlage geregelt werden kann.
2. 2. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Stromquelle ein der Feldwicklung (6) bei unveränderter Fahrschaltung der Reihenschlußmaschine (5, 6, y) zweckmäßig über einen Transformator (9) parallel geschalteter Kondensator (io) verwendet wird, dessen Impedanzwert größer ist als der Impedanzwert der Feldwicklung (6) bei ungesättigtem Feld.
3. 3. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Feldwicklung (6) parallel und im Sinne des Ankerstromes entgegengeschaltete Zusatzmaschine (11), deren Feld (12) vom Feldstrom der Reihenschlußmaschine (5, 6, 7) erregt wird.
4. 4. Bremseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine in den Überlagerungsstromkreis der Feldwicklung (6) eingeführte zweckmäßig einstellbare Zusatzspannung (Anzapfung 14 in Fig-4).
5. 5. Bremseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zum Kondensator (10) parallel geschalteten, zweckmäßig einstellbaren Widerstand (13).
6. 6. Bremseinrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschlußmaschine i5, 6, 7) selbsttätig bei Unterschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit vom Netz abgeschaltet wird.
7. 7. Bremseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschlußmaschine (5, 6, 7) selbsttätig beim Wechsel ihrer Stromrichtung abgeschaltet wird.
8. 8. Bremseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Größe und Phasenlage des abgegebenen Bremsstromes durch eine gleichzeitig auf den Erreger- und Bremsstrom einwirkende Drossel (15") beeinflußt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen