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Einrichtung zum Antrieb und zur Nutzbremsung elektrisch angetriebener
Gleichstromfahrzeuge o mit Reihen-Parallelschaltung der Motoren Das Hauptpatent
betrifft eine Einrichtung zum Antrieb und zur Nutzbremsung elektrisch angetriebener
Bahnfahrzeuge mit Gleichstrommotoren, die in Reihen-Parallelschaltung betrieben
werden und bei denen die Feldwicklungen von einer Erregermaschine mit Fremderregung
und vom Ankerstrom der Fahrmotoren abhängiger Erregung gespeist werden. Dabei ist
die Anordnung derart getroffen, daß beim Übergang von der einen Gruppierung der
Motoren zur anderen die fremdgespeisten Erregerwicklungen der Erregermaschine bzw.
-maschinen abgeschaltet . oder nur mit sehr kleinem Strom erregt werden, so daß
der Übergang zwischen den verschiedenen Gruppierungen (Reihenschaltung, Reihenparallelschaltung,
Parallelschaltung) beim Fahren wie beim Bremsen sowohl aufwärts wie auch abwärts
stets mit denselben Schaltmitteln und in der gleichen Schaltweise erfolgt.
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Im folgenden sei die Wirkungsweise dieser Steuerung näher an Hand
der Fig. i bis r3 erläutert.
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Fig. i bis 3 beziehen sich auf die Rleihenschaltung der Motoren; Fig.6
bis ii behandeln die einzelnen Schaltungen, die beim Übergang von der Reihen- auf
die Parallelschalschaltung hergestellt werden; Fig. i2 und 13
zeigen die Schaltungen
bei Parallelbetrieb.
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Auf der Schaltstufe I (Fig. i) sind die Motoren- mit den beiden Widerstandsgruppen
W und R, einem weiteren Vorwiderstand S1 und dem Reihenwiderstand S2 in Reihe geschaltet.
Der Strom verläuft vom Netzanschluß L1 über Anker 1111, Regelwiderstand R, Widerstände
Sl, S2, Regelwiderstand W, Anker M2 zur
Erde. Auf der Schaltstufe
II (Fig. -@ i ist dei Vorwiderstand S1 überbrückt. Auf Schalt stufe III (Fig. 3)
sind die allmählich ausge schalteten Regelwiderstände IV, R überbrückt, Auf Schaltstufe
IV (Zig. 4) sind die '\lotoi-eii durch die Brückenleitung b unmittelbar iii Reihe
geschaltet, wodurch auch der Reiliejiwiderstand S., überbrückt wird. Auf Schaltstufe
V (Fig. 3) sind die Regelwiderstände Ih-und R abgeschaltet, so daß die durch die
Brückenleitung b überbrückten Motorenanker l11 und _i1_ unmittelbar an dem N etzanschlul:i
L: liegen. Auf sämtlichen Fahrstufen ist die Fremderregung E eingeschaltet, auf
der Fährstufe I jedoch erst, nachdem der Motorenstromkreis geschlossen ist.
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Beini Übergang von der Reihen- auf die Parallelschaltung wird zunächst
auf der Fahrstufe VI (Fig. 6) die Fremderregung der Motoren ausgeschaltet.
so daß diese reine Reihenschhißcharakteristik annehmen, da die vorn Ankerstrom gespeisten
Wicklungen nur noch als reine Reihenschlußwicklungen wirken. Auf den Schaltstufen
VII (Fig. 7_) und V IiI (I# ig. S ) werden die Regelwiderstände TV und R über Kreuz
an die Anker .I11 und 11. angeschlossen, wobei zunächst die Anker 1T1 und :11= noch
durch die Brückenleitung b überbrückt sind. Die Widerstände II' und R sind einerseits
über die Schaltverbindung L,1 an die Fahrdrahtspannung, andererseits über die Schaltverbindung
P an Erde gelegt. Das Schließen der beiden Schaltverbindungen 1_1 und P muß bei
dieser Schaltung genau gleichzeitig erfolgen, weil andernfalls Strornunsyninietrien
in den Motoren auftreten können. Ili den Schaltstufen IS, (Fig. c9) und N (Fih.
io) wird in die Brückenverbindung b stufen-«-eise der Brückenwiderstand b1 eingeschaltet.
Schließlich wird auf Schaltstufe XI (Fig. t i ) die Brückenverbindung vollständig
unterbrochen. Es bestehe=n nunmehr zwei Parallelstromkreise, die folgenden Verlauf
haben: I. Netzanschluß L1, Motor 21, Widerstand R, Schaltverbindung P, Erde,
II. Schaltverbindung L@, RegelwiderstandW, Motor 11., Erde.
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Nachdem die Parallelverbindung hergestellt ist, kann, wie in Fig.
12 dargestellt ist, die Fremderregung wieder einbeschaltet «-erden. Scliließlicli
werden die Widerstände IV und R kurzgeschlossen, bis die volle Parallelschaltung
ohne Widerstände auf Stellung NIII erreicht ist (vgl. Fig. r3). Beim Zurückschalten
von der Parallelschaltung auf die Reihenschaltung oder beim Ausschalten werden alle
Stellungen umgekehrt in gleicher Reihenfolge durchlaufen.
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Die im vorstehenden angeführte Steuerung ermöglicht einen unterbrechungsfreien
übergang von der einen Motorgruppierung auf die i anelure. Wenig vorteilhaft ist
jedoch bei dieser Steuerung, daß die erste Motorgruppe unmittelbar an die 1#ahrdrahtspannung
und infolgedessen die Isolation -c;-en Erde hoch beansprucht ist. Insbesondere bei
Anwendung einer Fahrdrahtspannung voll 3o()0 Volt ist die Anwendung der angegebenen
Schaltung unter Umständen niit Schwierigkeiten verbunden. Vor allein spielen hierbei
Schwiligungsvorgänge und Überspannungen eine Rolle, die beim unmittelbaren Anschluß
der Motoren an die Fahrleitungshochspannung auftreten, die leicht Überschläge an
den Motoren zur Folge haben. Die Uni hauptpatent angegebene Schaltung weist ferner
noch die Besonderheit auf, daß eine sehr genaue Betätigung der die Brückenverbindung
herstellenden Schalter erforderlich ist, tvcnn Stromstöße und größere L'nsynimetrien
in der Stromverteilung beim Schließen der Brückenverbindung vermieden werden sollen.
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Gemäß der Erfindung werden die erwähnten Nachteile dadurch vermieden,
daß die in Gruppen aufgeteilten regelbaren Vorschaltwider stände bei Reihenschaltung
der Motoren einerseits zwischen diesen und dem Netz, anclererseits zwischen den
Motoren und Erde angeordnet werden. Bei dieser Schaltung ergibt sich der große Vorteil,
daß beim Ansclilul I der Motoren an das N etz stets zunächst ein Widerstand vor
den .Motor vorgeschaltet ist. Hierdurch wird im Augenblick des Eilischaltens das
am Motor liegende Potential niedrig gehalten, und auftretende Überspannungen werden
weitgehend durch Dämpfung herabgemindert. Beim Übergang von der einen Motorgruppierung
auf die andere mittels der Brückenschaltung werden gein:iß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung bei vorhandener Reihenschaltung der Motoren zunächst die beiden regelbaren
Gruppenwiderstände in Reihenschaltung unmittelbar an das Netz angeschlossen, worauf
die Verbindung der einzelnen Gruppenwiderstände mit den Motoren und die Herstellung
der Brückenschaltung bewirkt werden.
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An sich ist bereits eine Anlaßschaltung für eine Mehrzahl von Elektromotoren,
die in Reihenschaltung, Reihenparallelschaltung und Parallelschaltung betrieben
werden, bekannt, bei der stets -zwischen dem Netz und den 1Iotoren die Vorschaltwiderstände
liegen. Diese Schaltung zeichnet sich dadurch aus, daß ein einziger Satz Anläßwiderstä
nde vorgesehen ist, der von beiden Seiten an Spannung angeschlossen w=erden kann
und stufenweise kurzschließbar ist. Mit mehreren Anzapfungen dieses Widerstandes
sind Schalter enthaltende Alisclilußleitungen für die Motoren verbunden, die wiederum
an die Verbindungsleitungen
zwischen den Motorenankern bzw. Motorenfeldern
angeschlossen sind. Die Motoren sind außerdem über mehrere teilweise oder dauernd
geschlossene Verbindungen mit Erde verbunden. Durch entsprechende Betätigung der
verschiedenen Gruppierungsschalter kann eine Reihenschaltung, Reihenparallelschaltung
oder Parallelschaltung der Motoren hergestellt werden, jedoch müssen, um den Schaltvorgang
ohne Leistungsunterbrechung zu bewirken, bei dieser Steuerung stets die Motoren
teilweise kurzgeschlossen werden, womit ein beträchtlicher Ausfall an Drehmoment
der Motoren verbunden ist. Hierin liegt ein schwer; wiegender Nachteil, da durch
das Kurzschlielien der Motoren hrehmomentschwankungen bedingt sind, die sich als
Stöße unangenehm für die Fahrgäste auswirken. Infolgedessen ist mit dieser bekannten
Anordnung keine so günstige Regelung möglich wie mit der den Gegenstand der Erfindung
bildenden Steuerung.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand der Fig. 1.4 bis 26
erläutert werden.
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In Fig. 14 ist die Schaltstellung i wiedergegeben. Der Strom verläuft
über den Netzanschluß I4, den regelbaren Gruppenwiderstand IT', Zusatzwiderstand
S, Motoranker M1, 13rückenwiderstandBi, Motoranker 3,-1., regelbaren Gruppenwiderstand
R zur Erde. Die Fremderregung 1? der Motoren ist vor Herstellung des Motorenstromkreises
zunächst ausgeschaltet. In der Schaltstellung :2 (Fig. 15) ist der Brückenwiderstand
Bi überbrückt und die Fremderregung eingeschaltet. Auf Schaltstellung 3 (Fig. i6)
sind auch die regelbaren Gruppenwiderstände R und W ausgeschaltet.
In Schaltstellung q. (Fig. 17) wird schließlich die Schaltverbindung L1 hergestellt,
wodurch auch der Zusatzwiderstand S überbrückt wird. In Schaltstellung 5 (Fig. 18)
sind die Motohrenanker unmittelbar in Reihe geschaltet und die regelbaren Gruppenwiderstände
sowie der Zusatzwiderstand S abgeschaltet.
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Fig. i9 bis 24. zeigen die Übergangsschalt stellungen 6 bis i i. Auf
der Schaltstellung 6 (Fig. i9) ist zunächst die Fremderregung abgeschaltet, so daß
die Fahrmotoren eine Reihenschlußcharakteristik haben. Die Gruppenregelwiderstände
W und R sind mittels der Schaltverbindung B4 in Reihe geschaltet. In der Schaltstellung
7 (Fig. 2o) wird der Schalter L4 geschlossen, so daß die Regelwiderstände Ti' und
R an die Netzspannung, angeschlossen sind. Die Mittelverbindung, zwischen den beiden
Widerständen weist unabhängig von der in jedem Stromkreis vorhandenen Stromstärke
die gleiche Spannung 'auf wie die Verbindungsleitung zwischen den beiden Motoren.
Auf der Schaltstellung 8 (Fig. 21) wird der Motor 3,1, über die Schaltv erbindung
P2 mit dem Ende des regelbaren Gruppenwiderstandes R verbunden, andererseits wird
der Motor 31., über die Schaltverbindung P1 mit dem regelbaren Gruppenwiderstand
W in Reihe geschaltet. Da die Schaltverbindungen Pi und P:. Punkte gleichen Potentials
verbinden, können sie stromlos b;: tätigt werden. Infolge dieser Schaltung ist das
Auftreten- von unsymmetrischen Strombelastungen bei der Herstellung der Brückenverbindungen
der Motoren im Gegensatz zu der vorher erwähnten Anordnung vermieden.
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Auf der Schaltstellung 9 (Fig. 22) ist die unmittelbare Schaltverbindung
B4 zwischen den regelbaren Gruppenwiderständen R und 1t' unterbrochen. Die Ströme
in den Motoren und in den Widerständen ändern sich jedoch hierdurch nicht. Auf der
Übergangsstellung To (Fig. 23) wird die Reihenschaltung durch .Zuschalten und nachfolgendes
Öffnen des Brückenwiderstandes Biunterbrochen. Fig. 2¢ (ii. Schaltstellung) gibt
die reine Parallelschaltung der Motoren wieder. Dabei sind folgende Stromkreise
vorhanden: I. Schaltverbindung L1, Motoranker z111, Schaltverbindung P2, regelbarer
Gruppenwiderstand R, Erde, II. Schaltv erbindung L4, Gruppenregelwiderstand LT',
Schaltverbindung P1, Motor Q112, Erde. Nach beendetem Umschalten kann die Fremderregung
eingeschaltet werden (vgl. Fig. 25), welche die Schaltstellung 12 zeigt. Fig. 26
gibt schließlich die Schaltstellung 13 wieder, in der die volle Parallelschaltung
ohne Vorschaltwiderstände hergestellt ist.
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Die beschriebene Schaltung gemäß der Erfindung zeichnet sich noch
durch den weiteren Vorteil aus, daß zum Schließen der Überbrückung kein besonderer
Überbrückungswiderstand erforderlich ist, wie auf den Schaltstellungen IN und X
der in der Einleitung erwähnten Anordnung. Vielmehr wird erfindungsgemäß der gleiche
Widerstand verwendet, der bereits bei der Reihenschaltung der Motoren (Fig. 14.,
Schaltstellung i) zwischen den Motorankern liegt. -Von untergeordneter Bedeutung
für den Erfindungsgedanken ist die Art der Erregung der Motoren. Der Erfindungsgedanke
kann ebenso wie bei Motoren mit zusätzlicher Fremderregung auch bei Motoren mit
reiner Selbsterregung (Reihenschlußmotoren) Anwendung finden.