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Widerstandsbremsschaltung für mehrere Motoren oder Motorgruppen elektrisch
betriebener Fahrzeuge Es ist bekannt, elektrisch angetriebene Fahrzeuge bei der
Bremsung in der Weise zu betreiben, daß die generatorisch auf ein Netz oder Widerstände
arbeitenden Motoren von .einem der Motoren aus erregt werden, der in diesem Falle
als Erregermaschine für die übrigen Motoren arbeitet. Dieser als Erregermaschine
arbeitende Motor wird dabei im ,allgemeinen von einem kleinen Stromsammler aus erregt.
Wenn auch bei dieser Schaltung die Fremderregung der Motoren sichergestellt ist,
ohne daß die für die Fremderregung benötigten Mittel einen größeren Umfang ,annehmen
oder ein größeres Gewicht haben, so ist doch .diese bekannte Schaltung insofern
wenig günstig, als sieh der auftretende Bremsstrom und damit das Bremsmoment in
Abhängigkeit von dem Quadrat der Geschwindigkeit ändert. Infolgedessen muß die Fremderregung
des als Erregermaschine arbeitenden Motors weitgehend geregelt werden, um einen
günstigen Bremsverlauf zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung in der Weise
zu verbessern, daß innerhalb eines großen Geschwindigkeitsbereiches eine Selbstregelung
der Erregung und damit des Bremsstromes auftritt. Gemäß der Erfindung wird eine
Bremsschaltung, bei der einer der Motoren als Erregermaschine für die übrigen Motoren
verwendet wird, in der Weise ausgebildet, daß auf den jeweils wenigstens einem der
zur Bremsung verwendeten Motoren zugeordneten Bremswiderstand zwei einander entgegengeriehtete
Spannungen einwirken, durch deren gegenseitigen Einfluß die Erregung des als Erregermaschine
verwendeten Motors selbsttätig derart geregelt wird, daß der Bremsstrom bzw. die
Bremskraft aller bremsenden Motoren zunächst annähernd verhältnisgleich mit der
Drehzahl bzw. Geschwindigkeit ansteigt, nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl
aber praktisch gleichbleibt. Wesentlich ist demnach für die Erfindung, daß bereits
der Erregerstromkreis des als Erregermaschine verwendeten Motors unmittelbar in
Abhängigkeit von den Bremsströmen beeinflußt wird.
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Bei Schaltungen mit durch einen Stromsammler fremderregten Motoren
ist es an sich bereits bekannt, die Erregung der abzubremsenden Motoren von dem
Bremsstrom abhängig zu machen. Man erreicht dies bei diesen bekannten Schaltungen
mit Hilfe eines sogenannten Stabilisierungswiderstandes, der zu den Feldwicklungen
und dem mit diesen in Reihe geschalteten Stromsammler parallel geschaltet ist.
Diese
bekannte Schaltung ist indessen für Lokomotiven und größere Fahrzeuge kaum brauchbar,
weil der Stromsammler viel zu schwer wird. Abgesehen hiervon unterscheidet sich
aber die Anordnung nach der Erfindung von dieser bekannten Einrichtung insofern,
als die Regelverhältnisse mit Rücksicht auf die Drehzahlabhängigkeit der Spannung
des als Erregermaschine verwendeten Motors vollkommen andere sind ,als bei einer
Schaltung mit unmittelbarer Stromsammlererregung.
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Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. In Fig. i sind beispielsweise zwei aus 3e zwei Motoren bestehende Motorgruppen
dargestellt, deren Anker mit 1, 2, 3, 4 bezeichnet sind, die im Fahrbetrieb in Parallelschaltung
arbeiten. Die den bremsenden Motoren 2, 3, 4 zugeordneten Erregerfelder 6, 7, 8
sind infolge der im Bremsbetrieb geschlossenen Schalter 9, io in Reihe geschaltet
und werden von dem zur Erregung dienenden Anker i mit Strom versorgt. Das Feld 5
des als Erregermaschine dienenden Motors hingegen wird fremderregt durch den Stromsammler
13, dessen volle Spannung aber nicht zur Speisung des Feldes 5 des als Erregermaschine
dienenden Motors benutzt wird, sondern der Stromsammler ist erst über einen Teil
a des Bremswiderstandes 12, .die Leitung 15, die geschlossenen Schalter 16 und io
mit dem Feld 5 verbunden.
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Statt der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen zwei Motorgruppen könnten
,auch weitere Motorgruppen, beispielsweise drei oder vier, vorgesehen sein, deren
Felder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, sämtlich in Reihe geschaltet sind
und gegebenenfalls von einem oder mehreren der Motoren erregt werden.
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Der Ohmsche Widerstand der Feldwicklung 5 des als Erregermaschine
dienenden Motors ist meist klein, und es wird daher nur ein kleiner Teil der Spannung
des Stromsammlers für die Erregung dieses Feldes beansprucht. Würde das Feld 5 mit
einem gleichbleibenden Erregerstrom gespeist, dann würde am Anker i des als Erregermaschine
dienenden Motors eine der Geschwindigkeit verhältnisgleiche Spannung erzeugt, die
die Felder der bremsenden Motoren 2, 3, 4 mit einem verhältnisgleichen Feldstrom
versorgt. In den Ankern 2, 3, 4 der bremsenden Motoren würde demnach eine Spannung
erzeugt, die dem Quadrat der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl verhältnisgleich ist,
und auch der die Bremswiderstände i i, 12 durchfließende Bremsstrom würde
in gleichem Maß ansteigen. Bei hoher Geschwindigkeit bestände somit die Gefahr,
daß die Bremswiderstände überlastet werden. Um dies zu vermeiden, wird nach der
Erfindung der zur Fremderregung des als Erregermaschine dienenden Motors vorgesehene
Stromsammler 13 nicht, wie bereits erwähnt, unmittelbar an das Feld 5 des als Erregermaschine
dienenden Motors angeschlossen, sondern über einen Teil a des Bremswiderstandes
12 geführt. Die Stromrichtung ist hierbei so, daß die dort auftretende Bremsspannung
des bremsenden Motors der Spannung des Stromsammlers entgegenwirkt. Durch diese
gleichzeitige und entgegengesetzte Einwirkung der Bremsspannung wird die Spannung
des Stromsammlers gedrückt, und für .die Erregung des Feldes 5 bleibt nur ein Teil
derselben übrig, der aber praktisch ausreichend ist.
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Angenommen, im Bremswiderstand 12 steigt der Bremsstrom an, dann nimmt
auch die Teilspannung an der Anzapfung zu, die Stromsammlerspannung sinkt ab und
damit auch der Erregerstrom für das Feld 5. Infolge der absinkenden Erregung des
Motors 1, 5 sinken die Erregungen aller bremsenden Motoren und damit alle Spannungen
und Ströme in den Bremsstromkreisen. Es tritt also bei der Anordnung nach der Erfindung
eine selbsttätige und gegenseitige Regelung ein, deren Folge die ist, daß der Bremsstrom
nicht etwa verhältnisgleich mit der wachsenden Drehzahl ansteigt, sondern im Gegenteil
besonders bei höheren Drehzahlen annähernd gleichbleibt.
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Die in Abhängigkeit von der Drehzahl V aufgetragenen Kennlinien gemäß
Fig.2 zeigen die Folgen der gegenseitigen Beeinflussung von Feld- und Sammlerstrom
und deren Auswirkung auf die Bremskraft bzw. auf den Bremsstrom. Der Verlauf der
Kennlinien zeigt, daß der Sammlerstrom i im Stillstand zunächst groß ist, mit steigender
Drehzahl aber rasch kleine Werte annimmt. Der Feldstrom J für die Erregung der bremsenden
Motoren 2, 3, 4 ist im Stillstand Null, steigt alsdann sehr schnell hoch, um alsbald
abzufallen, so daß die Feldstromkennlinie mit zunehmender Geschwindigkeit allmählich
annähernd die Kennlinienform einer Hyperbel aufweist. Der eigentliche Bremsstrom
JB steigt vom Wert Null ausgehend rasch an und nimmt, wie der Verlauf der Kennlinie
zeigt, von einer gewissen Geschwindigkeitetwaeinen annähernd gleichbleibenden Wert
an. Das Bremsmoment BY, das, ungesättigtes Eisen vorausgesetzt, ungefähr verhältnisgleich
dem Produkt aus Feldstrom J und Bremsstroh JB ist, steigt daher zunächst bis zu
einem Höchstwert an, um alsdann bei höherer Drehzahl allmählich wieder abzunehmen.
Der Verlauf dieser Bremsmomentenkennlinie ist praktisch sehr erwünscht, denn man
braucht hohe Bremskraft, um stärkere Gefälle mit geringer
Geschwindigkeit
herunterfahren zu können, dagegen kleine Bremskraft für schwache Gefälle und höhere
Geschwindigkeit.
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Um den günstigen Verlauf der Bremsmomentenkennlinie nicht durch zusätzliche
Widerstände ungünstig zu beeinflussen, ist es von Wichtigkeit, daß die Widerstände
der Anordnung, beispielsweise im Sammlerstromkreis sowie der Leitungen, Schalter
o. dgl., möglichst gering gehalten werden.
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Von Bedeutung ist weiter der Umstand, daß bei der Anordnung nach ,der
Erfindung einer Selbsterregung durch Kurzschlußströme unter den Bürsten der Motoren
vorgebeugt wird. Eine solche könnte unter Umständen bei dem als Erregermaschine
dienenden Motor i eintreten, da dieser schwach gesättigt ist. Es erscheint daher
ratsam, die Wendepole für die Gleichstrombremsung durch einen parallel geschalteten
Widerstand zu schwächen, so daß Unterkommutierung eintritt, und die restlichen Kurzschlußströme
unter den Bürsten jede etwa vorhandene Neigung zur Selbsterregung unterdrücken.
Der erwähnte Ohmsche Widerstand könnte bei Wechselstrommotoxen zweckmäßig durch
einen induktiven ,ersetzt werden. Bei Betrieb mit Wechselstrom drosselt dieser Widerstand
dann so stark, d,aß praktisch kein nennenswerter Strom auftritt, während bei Betrieb
mit Gleichstrom hingegen der induktive Anteil unwirksam ist und nur der Ohmsche
Widerstand ausschlaggebenden Einfluß ausübt. In diesem Falle kann auf einen besonderen
Schalter verzichtet werden, und der Widerstand kann dauernd fest mit dem Wendepol
verbunden sein.
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Um einer ungewollten Selbsterregung durch Kurzschlußströme vorzubeugen,
könnte man auch, statt die Wendepole zu schwächen, vom Anker des erregenden Motors
einen Teilstrom abzweigen und in umgekehrter Richtung durch die zugehörige Feldwicklung
schicken. In der Schaltanordnung gemäß Fig. i ist ein Widerstand 14 dargestellt,
der parallel zum Stromkreis von Feld 5 und Anker i angeordnet ist. Die Kurzschlußströme
unter den Bürsten sind dem Ankerstrom annähernd verhältnisgleich; ,andererseits
fließt auch durch den Widerstand 14 ein der Ankerspannung und damit dem Feldstrom
der Motoren 2, 3, 4 verhältnisgleicher Teilstrom, der jede .etwaige überkommutierung
ausgleicht oder je nach der Einstellung sogar die entgegengesetzte Wirkung hervorruft.