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Verfahren und Einrichtung zur Nutzbremsung von Einphasenbahnmotoren
unter Verwendung eines Phasenschiebers Für die Nutzbremsung mit Einphasenserienmotoren
hat man das Motorfeld an den Transformator durch einen Phasenschieber angeschlossen,
durch den die Phasendifferenz zwischen der Sekundärspannung des Transformators und
der Gegen-EMK des Motors bis zu i 8o' verstellt werden kann, indem die Erregerspannung
des letzteren eine Nacheilung von 9o° gegenüber der Sekundärspannung des Transformators
erhält. Als Phasenschieber dient eine einphasige Induktionsmaschine mit gleichmäßig
verteilter Statorwicklung und Kurzschlußanker, die durch einen kleinen Anwurfmotor
oder eine Hilfsphase auf Synchronismus gebracht wird. Infolge der Zusammenarbeit
von Rotor und Stator des Phasenschiebers entsteht auch bei einphasiger Speisung
ein praktisch kreisförmiges Drehfeld. Durch Anzapfung an zwei diametral gegenüberliegenden
Punkten der Wicklung wird ein Strom erhalten, dessen Phase von der der zugeführten
innerhalb beliebiger Grenzen veränderlich ist. Dieser Strom dient zur Erregung'
des Motorfeldes, während der Anker über den Hauptsteuerkontroller und den Transformator
mit der Fahrleitung verbunden ist.
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Die bisher bekannt gewordenen Einrichtungen zur Nutzbremsung mit Einphasenmotoren
haben alle den Nachteil, daß sie eine Reihe von getrennten Schaltoperationen erfordern.
Die für die Durchführung der Bremsung erforderlichen zusätzlichen Bedienungshandgriffe
komplizieren die Ausrüstung des Führerstandes in unerwünschter Weise und können
zu Fehlschaltungen Anlaß geben.
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Gemäß vorliegender Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden,
daß die Nutzbremsung selbsttätig eingeleitet wird, sobald der Hauptsteuerschalter
in die Nullage und der Wendeschalter in die Bremsstellung gebracht worden ist, wobei
zunächst ein Nullspannungsrela.is erregt wird, das den Hilfsstromkreis eines Antriebsmotors
für die Umschaltwalze des Phasenschiebers herstellt, worauf der mit dem Umschalter
vereinigte Anlaßschalter den Phasenschieber an Spannung legt und nach dem Erregen
die Anlaßwiderstände abschaltet, während der Phasenschieber bei Erreichen einer
bestimmten Drehzahl einen Schalter schließt, der den Hilfsstromkreis aufrechterhält,
so daß in der Endstellung des Anlaß- und Umschalters der Phasenschieber auf das
Feld des Triebmotors geschaltet wird, wobei letzteres erst dann möglich ist, wenn
der Transformatorstufenschalter von der Nullstellung in die erste Schaltstellung
gebracht und dabei gleichzeitig der Steuerstromkreis für einen Hilfsmotor hergestellt
ist, der bei Spannungsgleichheit an den Klemmen des Triebmotors und des Stufentransformators
durch ein Differentialrelais geschlossen wird, worauf der Hilfsmotor einen Schalter
schließt, so daß der Triebmotor über
den Transformator an Oberleitung
gelegt ist. Die Regelung der Bremsleistung geschieht, dann in üblicher Weise durch
den Transformatorstufenschalter.
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In der Zeichnung ist ein vereinfachtes Schaltschema zur Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Der Hauptsteuerschalter und der
Wendeschalter sind, als für das Verständnis nicht erforderlich, weggelassen, ebenso
sind von dem Antrieb des Transformatorstufenschalters nur die Umschaltrelais gezeichnet.
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Die Energie für den Fahrzeugmotor 7 wird der Oberleitung i entnommen
und durch den Stromabnehmer 2 über den Hauptschalter 3 der Primärwicklung des Stufentransformators
4 zugeführt. Die Anzapfungen der Sekundärwicklung werden durch eine Schleifbürste
5 mit einer festen Kontaktbahn verbunden: Von der Kontaktbahn fließt der Strom über
den Niederspannungsschalter 6 zum Motor und dann zur Erde. Der durch einen Hilfsmotor
gesteuerte Wendeschalter für die Herstellung der erforderlichen Schaltverbindungen
ist nicht gezeichnet, sondern nur seine Verriegelungskontakte 71 bis 74. 27 ist
ein in Abhängigkeit von der Kontaktbürste 5 des Stufenschalters gesteuerter und
unter Federwirkung stehender Schalter, 8 ein Parallelschaltrelais, und 9 ist eine
von der Schleifbürste des Stufenschalters gesteuerte Kontakteinrichtung für dasselbe.
Mit i i ist der Phasenschieber bezeichnet, der mit einem Zentrifugalschalter i--
versehen ist. 13 ist ein Nullspannungsrelais und 14 der vereinigte Anlaß-und Umschalter
für den Phasenschieber, der durch den Hilfsmotor 15 gesteuert wird. Der Anlaß- und
Umschalter 14 ist mit Nockenscheibenversehen, die die Schalter 51 bis 54 schließen.
16 ist ein Druckknopfschalter.
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Für die Bremsung wird der Hauptsteuerschalter in die Nullstellung
und der Wendeschalter in die Bremsstellung gebracht, wobei in bekannter Weise die
Einstellung des letzteren auf Bremsen verhindert wird, bevor der Transformatorstufenschalter
auf Null steht. Durch die Verstellung des Wendeschalters in die Bremsstellung bei
Nullstellung des Hauptsteuerkontrollers wird das Nullspannungsrelais 13 über Kontakt
62 der Umschaltwalze 14 an Spannung gelegt, und es schließt seine oberen Kontakte,
wodurch der Motor 15 über die Erregerwicklung i 5a und über den Kontakt 63 des Umschalters
14 Strom erhält. Der Hilfsmotor dreht die Anlaß- und Umschaltwalze 14 in die Stellung
I, und der Phasenschieber ist für den Anlauf vorbereitet. In Stellung I werden die
Schalter 52, 53, 54 durch die Nockenscheiben des Anlaßschalters 14 geschlossen.
Es fließt nun ein Strom von der 22o-Volt-Anzapfung am Transformator 4 über die Kontakte
53 und 54 bzw. 53 und 52 über Ohmsche Widerstände 21 bzw. induktive Drosselspulen
31 zum Stator des Phasenschiebers i i. Durch die Zuführung des Stromes an zwei um
9o° versetzten Punkten wird ein Drehfeld erzeugt, und der Phasenschieber läuft als
Einphasenmotor an. Bei einer genügend hohen Drehzahl schließt der Zentrifugalschalter
12 seine Kontakte, und der Steuerstromkreis für den Hilfsmotor 15 ist Über den Kontakt
64 der Umschaltwalze 14 für den Phasenschieber an die Spannungsquelle gelegt. Der
Motor bewegt den Anlaß- und Umschalter 14 in Stellung 1I. Hierbei öffnen die Nockenscheiben
die Schalter 52 und 53, wodurch die Anlaßwiderstände 21 von dem Phasenschieber abgeschaltet
werden. Der Phasenschieber kann jetzt -zur Erregung des Motorfeldes 17 auf dieses
geschaltet werden.
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Der Transformatorstufenschalter kann nunmehr durch Verstellung des
Hauptsteuerschalters von der Nullstellung zunächst in die erste Schaltstufe gebracht
werden. Dadurch wird der Schalter 27 frei, bewegt sich durch die Federwirkung nach
rechts und überbrückt die Kontakte 27b, so daß der Hilfsmotor 15 über den Kontakt
65 des Umschalters 14 und Kontakt 27b Strom erhält und den Umschalter 14 in Stellung
III bringt. In dieser Stellung wird durch die Nockenscheiben der Schalter 51 des
Anlaßschalters 14 geschlossen, wodurch die Feldwicklung 17 des Motors 7 an den Phasenschieber
i i gelegt wird. Der Motor 7 wird erregt und erzeugt Spannung je nach Geschwindigkeit
der Lokomotive. Bei. der Bewegung des Transformatorschalters in die Stellung I ist
gleichzeitig der Schalter 9 nach links bewegt worden, wobei er durch Schließung
seiner Kontakte den Stromkreis für den Hilfsmotor 18 vorbereitet hat. Der Schalter
9 wird durch die Falle 19 verriegelt.
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Der Transformatorstufenschalter wird nun so lange verstellt, bis die
Transformatorspannung annähernd gleich der Klemmenspannung des Triebmotors ist;
dann fällt das auf Spannungsdifferenz ansprechende Parallelschaltrelais 8 ab, das
den Hilfsstromkreis für den Motor 18 schließt. Letzterer schließt den Niederspannungsschalter
6, der den Triebmotor 7 an die Oberleitung i über den Haupttransformator anschließt.
Die Nutzbremsung beginnt.
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Die in der Bremsstellung des Wendeschalters überbrückten Kontakte
71-74 haben folgenden Zweck: Der Kontakt 71 schließt einen Stromkreis für den Antriebsmotor
des Transformatorstufenschalters, wenn der Anlaß- und Umschalter 14 für den Phasenschieber
in Stellung Il oder III steht, und zwar über Kontakt
61 des letzteren;
die Steuerrelais für den Motor sind mit 2o, 22 bezeichnet. Durch den Kontakt 72
wird der Stromkreis für die Erregerspule des Parallelschaltrelais 8 geschlossen.
Der Kontakt 73 ist Sicherheitskontakt für den durch das ParalleIschaltrelais 8 geschlossenen
Steuerstromkreis des Motors r8, um ein Schließen dieses Stromkreises nur dann zu
ermöglichen, wenn der Wendeschalter auf Bremsen steht. Über den Kontakt 74. ist
der Erregerstrom für die parallel geschalteten Relais 29 und 39 geführt. Letzteres
dient dazu, bei Übergang des Wende Schalters in die Bremsstellung den von dem Hilfsmotor
18 betätigten Schalter 6 freizugeben. Relais 29- dient dazu, in der Bremsstellung
die Falle i 9 auszulösen und den Schalter 9 freizugeben. Um ein wiederholtes Öffnen
des Schalters 9 während der Bremsperiode zu verhindern, sind in bekannter Weise
besondere Kontakte vorgesehen.
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Zur Unterbrechung der Nutzbremsung wird der Schalter 6 durch einen
nicht gezeichneten Druckknopf oder durch Fernsteuerung geöffnet. Der Transformatorstufenschalter
wird dann auf Null gebracht. Sobald dies geschehen ist, wird der Wendeschalter auf
Vorwärts oder Rückwärts gestellt. Dabei wird das Nullspannungsrelais 13 stromlos,
der Anker überbrückt die unteren Kontakte und schließt den Rückwärtsdrehstromkreis
für Motori5 über Kontakt 66 am Anlaß- und Umschalter 14 und Erregerwicklung
15 b. Der Motor 15 dreht den Anlaß- und Umschalter 14 in die Nullage
und bringt den Phasenschieber i i in Ruhestellung.
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Bei Ausbleiben der Spannung in der Oberleitung öffnet sich der Hochspannungsschalter
3, und Nullspannungsrelais 13 wird strom los, worauf Motor 15 den Anlaß- und Umschalter
i q. in die Nullstellung und den Phasenschieber i i in Ruhestellung bringt. Der
Niederspannungsschalter 6 kann dann wieder durch einen Druckknopfschalter geöffnet
werden.
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Der dargestellte Phasenschieber ist an diametral gegenüberliegenden
Punkten angezapft, die an den Speisestromkreis und an das Motorfeld angeschlossen
sind. Es kommt leicht vor, daß der Phasenschieber beim Anlauf bei einer bestimmten
Drehzahl steckenbleibt, weil das Anzugsmoment eines Einphasen-Kurzschlußankermotors
gering ist. Da außerdem die Oberwellen eines derartigen Motors gewöhnlich außerordentlich
großsindundein Gegendrehmoment erzeugen, das unter Umständen größer als das Anzugsmoment
sein kann, wird verhindert, daß der Motor über eine bestimmte Drehzahl hinauskommt.
Durch unsymmetrisches Anzapfen des Stators hat man es aber teilweise in der Hand,
die Feldform des Motors zu verändern und eine ungünstige Oberwelle zu vermeiden
oder auf einen unschädlichen Betrag zu verkleinern. Eine symmetrische Speisung des
Stators gibt z. B. ein Dreieckfeld, während eine unsymmetrische Speisung ein mehr
sinusförmiges Feld, nämlich ein Trapezfeld ergibt.
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Um dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, den Phasenschieber bereits
während der Fahrt anlaufen zu lassen, damit er bei einer Nutzbremsung gleich volle
Spannung bzw. Tourenzahl besitzt, ist der Druckknopf 16 vorgesehen, durch dessen
Niederdrücken das Nullspannungsrelais 13 Spannung erhält, das seine oberen - Kontakte
schließt und in gleicher Weise, wie früher beschrieben, mit Hilfe des Hilfsmotors
15 den Anlaß- und Umschalter 14 einstellt und somit den Phasenschieber i i für die
Nutzbremsung vorbereitet. Das Laufenlassen des Phasenschiebers i i hat dabei noch
den Vorteil, daß er stets ausreichend gekühlt ist. Die eigentliche Nutzbremsung
wird wieder dadurch herbeigeführt, daß der Transformatorstufenschalter auf Null
durch den Hauptsteuerschalter zurückbewegt und der Wendeschalter in die Bremsstellung
gebracht ist, wobei der Schalter 6 geöffnet wird, worauf, wie vorher beschrieben,
der Phasenschieber zunächst auf das Motorfeld und darauf der Motor an die Oberleitung
angeschlossen wird.