Nutzbremsverfahren für Gleichstrom-Seriemotoren, insbesondere Bahnmotoren. Gleichstrom-Seriemotoren können bekannt lich nicht ohne Eingriff in ihre Grund schaltung, d. 1i. als Seriegeneratoren auf ein Netz zurülckarbeiten, wie dies insbesondere bei elektrischen Triebfahrzeugen, zwecks Nutzbremsung, erwünscht wäre und heim reinen Nebenschlussmotor grundsätzlich auch möglich ist.
Der Grund hierfür liegt' in der ,jener Schaltung anhaftenden Selbsterregung, die einen geregelten Bremsbereich ausschliesst. Um diese Selbsterregung zu umgehen, wird im allgemeinen für den Nutzbremsbereich das Feld des Serienrotors aus dem Ankerstrom kreis herausgenommen und .mittelst einer be sonderen Stromquelle erregt.
Diese Strom quelle kann in einer Maschine ader Akkumu- latorenbatterie bestehen, die vom Netz unah- hä.ngig sind, oder in einem davon abhängigen Motorgenerator.
Während nun aber der Ne- bensehlussmotor mit direkter Netzerregung ohne jedweden Eingriff in die Grundschal- tung bei passender Dimensionierung einen .durchaus einwandfreien Bremsbetrieb ermög licht, ist dies bei dem fremderregten Serie- metor nicht der Fall. Die Schwierigkeit liegt in dem Auftreten von Stromsehwankun" < @ii bei plötzlichen Spannungsänderungen im Netz, welch letztere im Bahnbetriebe eine ge wöhnliche Erscheinung sind.
Bein; vom Netz direkt erregten Neben- schlussmotor macht sich eine solche Zustands- änderung .des Netzes ,auf Anker und Feld gleichzeitig und in entgegengesetztem Sinne bemerkbar und führt .deshalb zu keinen be sonderen Schwierigkeiten. Beim fremderreg- ten,Serienrotor wirkt indessen eine solche Zu standsänderung des Netzes zunächst nur auf den Anker, welch letzterer somit die Span nungsänderung durch einen entsprechenden innern S.pa.nnungsabfall r%usgleichen muss.
Die dadurch bedingten Stromschwankungen füh ren zu Überschlägen an,den Kollektoren und zu stark wechselnder Bremswirkung, was nicht statthaft ist.
Um die Eigenschaften des gewöhnlichen Nebenschlussmo@tors mit Bezug auf dessen Bremsstabilität beim fremderregten Serie- moto@r wieder herzustellen, muss die Brc@m@- sehaltung so ,ausgebildet werden, dass die Spannungsschwankungen nicht alli-iii auf den Anker,
sondern gleichzeitig auch auf dass Feld einwirken.
Naheliegend hierfür ist die Errcglzng der Erregermaschine direkt durch das Netz, was aber immerhin mit Rücksicht auf die grössere magnetische Trägheit des Systems nicht gleichwertig ist .der reinen Nebenschlussschal- tung. Bekanntere, in grösserem Massstab aus geführte Verfahren bestehen in ,der Verwen- dung einer Erregermaschine entweder mit.
Gegenstromwicklung oder mit Dämpfungs- widerstand, der von Anker- und Feldstrom gleichsinnig durchflossen wird. Eine stoss- weise Änderung des rückgewonnenen Stromes hat in den beiden letzteren Fällen eine ent gent- gegengesetzt wir kendeÄnderung de:,Feldes <B><I>-</I></B> zur Folge und verhindert somit Stromstösse schon in ihrem Entstehen.
Mit Rücksicht auf die schnelle Wirkung ist das letztere Verfah ren im Vorteil, indem es mit der magnetischen Trägheit der Erregermaschine nicht zu rech nen hat.
Bei diesen beiden Verfahren nia clit sich nun aber ein .anderer unerwünschter Umstand geltend, der in einer durch diese Verfahren bedingten, ungünstigen Beeinflussung der Geschwindibl@eits-Bremslira:ftli:urven bestellt.
Diese Kurven traben nämlich nicht .mehr die betriebssichere Nebenschlusseigens"chaft des reinen Nebenschlussmotors oder des fremd erregten Seriemotors ohne jene Dä.nipfungs- mittel. Sie nähern sich vielmehr von einem untern Werte ausgehend bei genügend grossen Strömen tangenti.al einer der jeweiligen Re- ;
ulierstellung entsprechenden Vertikalen. Dieser Verlauf der Kurven ist also an @ e nähert gegengleich dem Verlauf der Kurven des Seriemotors, wo sich die @zesch@:
-indib- lrcitskui-ven asymptotisch der Ordinatenachse nähern, aber bei kleinen Strömen. Praktisch heisst (las so viel, dar, in ."e@dssen Brcins- bereichen bei beringen Bremskraftinde- run,gen grosse Ge,chwindigkeitsändc-runben eintreten, und da,
ss im gefährlichen Breins- bereich die Motoren Hohe Unil_iufz < tlilen annehmen beziehungsweise durchgehen, gleich "vie dies bei einem unbelasteten Serien motor der Fall ist. Diee Unstabilität des Bremsbetriebes, die wohl durch das Be- harrungsvermögen des Zuges gedämpft wird, ist für einen geregelten Bremsbetrieb gefähr lich und unzulässig.
Der Bremabereiek muss zum mindesten eing;eschrä.nkt werden, womit r die Bremssicherheit an sich nicht -e <B>.</B> abu währleistet ist, da die bezogenen Grenzen durch irrend welchen Umstand ungewollt überschritten werden können.
In dieser Be ziehung wäre die reine Nebenschlusseigen- sehaft jeder andern vorzuziehen, da sie nur eine unbedeutend(, Änderung der Clegchwin- digkeit bei veränderter Bremskraft zulü,sst. Die Lösung muss daher in einem Kompromiss bc@uchl@ werden zwis,
elien @ebenseh@u@eig@en- schaft und genügender Stabilität hinsichtlich Strom- und Gesch-,vindigkeitsänderungen. Eine Liisun@" in diesem Sinne, die eine Ver- be#s.serung der Geschwindigkeitskurven und Betriebsweise, wie sie durch das eine oder än dere der beiden letztgenannten Verfahren zu erzielen sind, bewirkt,
ist durch nachfolgend lr;schriclicncs und in der lm#ilic@beriden Fig. 1 schematisch dargestelltes Verfahren zu er zielen.
In .den Ankerstromkreis werden zwei so- -"nannte Dä.nipfungswiclerstände 1 und "? ganz bestimmter Grösse gelegt, wovon der di rekt zwischen Erde und (lern Anker 3 liebende Widerstand vorzugsweise induktiv und der andere induktionslos wirkt.
Diese beiden Wi- derstände werden erd- oder ankerseitig über die ebenfalls entsrrec hend bemessene Gegen- stromwirlrlunb .l der Erregermaschine 5 ver bunden.
Die Feldwielrlung () des rückarbei tenden Motors wird in Reihe über diese Di?Tnpfungswidei:st;inele vom Erreger gespie- sen. 7 deutet die Nebenschlusserregung des Erregers 5 .an; 8 ist der Anfalirwiderstand.
Die Wirkun- der Schaltung ist im statio nären Zustande die, class die Gegenstrom- wicklung 4 des Erregers 5 bei niederen An kerströmen Erreger- und Hauptfeld schwächt, die Geschwincligkeitshurven also nach oben versetzt und bei,
wachsenden Strömen diese Wirkung allmählich verliert bezw. das zu rasche Abbiegen der CTeseli-%vindibkeitskurven nach oben verhindert. Die Gesamtwirkung ist die einer Strek- kung der sonst nach oben gekrümmten Ge schwindigkeitslinien in fast oder ganz gerade Linien, wenigstens für den zu beherrschenden Bremsbereich.
Letzteres ist lediglich eine Funktion der entsprechenden Bemessung der beiden Dämpfungswiderstände 1 und 2 und der Gegenstromwicklung 4.
Die angegebene neue .Schaltung hat noch den bemerkenswerten Vorteil,<B>dass</B> in allen Motorgruppierungen bezw. bei allen Ge schwindigkeiten die Dämpfungswiderstände unverändert belassen werden können, indem die Gegenstromwicklung -des Erregers bei den untern Geschwindigkeiten bezw. den Serie- grupp'i'erungen stärker in Wirkung tritt und so eine sonst nötige Vergrösserung der Dämp- fungswiderstände in diesen Gruppen ersetzt.
Aus Kommutationsgründen darf bei einem zurückarbeitenden Motor das Hauptfeld re lativ zum Ankerfeld nicht zu stark ge schwächt werden. Ein praktisches Mass für die Begrenzung dieser Feldschwächung gibt das Verhältnis von Feld- zu Ank erstrom mit etwa. 1<B>:-9.</B> Eine analytische Betrachtung der in Frage stehenden Schaltung ergibt hierfür ein Widerstandsverhältnis für die beiden Dämpfungswiderstände von ebenfalls 1 :
2, d. h., wenn der Dämpfungswiderstand 1 zum Dämpfungswiderstand 2 sich verhält wie 1 : 2, so, ist der Ankerstrom auf das Doppelte des Feldstromes begrenzt, wenigstens inner halb des normalen Bremsbereiches, Es geht aus der Theorie hervor, dass bei der neuen Srha.ltung .die Stabilisierwirkung des Dämpfungswiderstundes durch die Gegen stromwicklung nicht aufgehoben werden kann, auch wenn der Strom in dieser Wick lung die Richtung wechselt bez.w. feldver stärkend wird.
Das Letztere tritt ein, wenn der Ankerstrom über einen bestimmten Be-, trag wachsen sollte.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden die oben beschriebenen Dämpfungs- widerstände samt der Gegenstromwicklung in den Feldstromkreis des Erregers verlegt. Der Anker des Erregers kann dabei unmittelbar an die Motormagnetwicklung angeschlossen werden. Die Übertragung dieser Schaltung auf mehrere Motoren in Serie- oder Parallel schaltung ist ohne weiteres möglich.
Eine zusätzliche selbsttätige Regulierung der Motorerregung in dem gewünsehten Sinne kann bei der Anordnung nach Fig. 2 auch dadurch erreicht werden, dass bei dem Dämp- fungswiderstand 1 selbst in Funktion der Re- kuperati.onsstromstärke selbsttätig einzelne Teile zu- oder ,abgeschaltet werden, so dass der gesamte Widerstand grösser oder kleiner aus fällt.
Der Dämpfungswiderstand kann ganz oder teilweise aus Widerstandselementen be stehen, die beim Anfahren der Motoren als - Anlasswiderstand verwendet werden. Fig. 3, die man sieh gemäss Fig. 2 ergänzt zu denken hat, :
deutet beispielsweise eine einfache He thode hierfür an, indem der Kontaktor (Hüpfer) 10, der normalerweise einen Ab schnitt la des Dämpfungs- oder Anlasswider- standes 1 kurzschliessen kann, durch seinen Elektromagneten derart gesteuert wird, dass mit Zunahme der,Stromstä.rke in dem Wider standsabschnitt 1b der Elektromagnet so stark erregt wird, dass er den Kontaktor 10 öffnet.
Fig. 4 zeigt die Verwendung des Erfin dungsgegenstandes für eine viermotorige Lo komotive. Die getroffene Anordnung der Anfahrwiderstände 8, die beim Fahren und besonders beim Bremsen in Serie- und Serie- parall.eIschaltung zwischen die Motoren ver teilt werden, verhindert ein zu hohes Anwach sen der Spannung gegen Erde des ersteren, d. h. dem Fahrdraht zunächst liegenden Mo tors, auch wenn die Gesamtspannung der Mo toren betriebsmässig bis .auf das Doppelte der Netzspannung anwachsen sollte.
Während ,die einzelnen Motoranker 3 einen Potential anstieg veranlassen, bewirken die eingesehal- tenen Anfahrwi.derstände beim Stromdurch gang einen entsprechenden Spannungsabfall. Wären die Widerstände sämtlich vor den Mo toren .angeordnet, so könnte das Potential gegen Erde ..des genannten Motors einen be- trä,chtlichen unzulässigen Wert- annehmen..
Fig. 5 veranschaulicht in graphischer Darstellung .das Verhalten von nach Fig. 4 geschalteten Lokomotivmotoren, und zwar in der Seineschaltung der Motoren. In dicken Strichen ist hierbei ein Bremsvorgang, aus gehend von 40 Km/h, :angedeutet.
Das Dia gramm gibt in Abhängigkeit der Bremskraft den Geschwindigkeitsverlauf auf den einzel nen Bremsstufen wieder. Die Kontroller- stufen 2 bis 10, entsprechend den Brems stufen I bis IN, enthalten einen allmählich abnehmenden Widerstand in Ankerstrom kreis. Auf der Stufe 11 ist mit Ausnahme der Dämpfungswiderstände kein Widerstand im Ankerstromkreis mehr vorhanden. In das Diagramm ist auch noch der Bremsstrom auf genommen.
Der ganze Anfahrvorgang ist begrenzt durch die höchste Geschwindigl@eit (40 Km;'h). durch das Stromverhältnis 1 :2, durch den maximal zulässigen Ankerstrom und schliesslich durch die höchst zulässige Bremskraft. Gemäss Diagramm stellt sich auf der ersten Bremsstufe, als welche die zweite Iiontrollerstufe aufzufassen ist, bei 40 Iini/lr ein Stromstoss von nahezu 100 Ampere ein.
Würde die Bremsung erst bei 28 Km/h ein- Z, so träte überhaupt kein Strom beim Einschalten .auf. Wird .die Bremsung noch bei niedrigeren Geschwindigkeiten, z. B. bei 18 Km/h eingeleitet, so tritt wieder ein Strom stoss von etwa 100 Amp. auf, nun aber in umgelehrter, motorischer Richtung.
Die erste Bremsstufe wird hinsichtlich der Feld erregung und des dem Anker vorgeschalteten Widerstandes so gewählt, dass der Höchst strom beim Einschalten sowohl in gen eraf;ori- seher als motorischer Richtung ungefähr gleich ausfällt, was bei dem angeführten Dia -:ramm der Fäll sein dürfte.