DE2336568C3

DE2336568C3 - Reihen-Parallel- und Fahr-Bremsumschaltanordnung für zwei zwischen Netz und Erde liegende Gleichstromfahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges

Info

Publication number: DE2336568C3
Application number: DE2336568A
Authority: DE
Inventors: Michel Clamart Hauts De Seine Brulard (Frankreich)
Original assignee: Jeumont-Schneider Sa Puteaux (frankreich)
Current assignee: Jeumont-Schneider Sa Puteaux (frankreich)
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1979-08-23
Also published as: CA994416A; ZA734797B; FR2194347A5; US3828233A; DE2336568A1; GB1434557A; BE802756A; DE2336568B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reihen-Parallel- und Fahr-Bremsumschaltanordnung für zwei zwischen Netz und Erde liegende Gleichstromfahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges, mit einer mehrpoligen Umschalteinrichtung für die Feldwicklungen der Fahrmotoren zur Umschaltung von Reihenschlußerregung im Fahrbetrieb auf Fremderregung im Nutzbremsbetrieb und mit vier Schaltern zur Reihen-Parallelumschaltung der Fahrmotoren, wobei der erste Schalter zwischen Netz und dem ersten Fahrmotor liegt, der zweite Schalter zwischen Netz und dem zweiten Fahrmotor liegt, der dritte Schalter zwischen Erde und dem zweiten Fahrmotor liegt und der vierte Schalter zwischen den Verbindungspunkten des ersten bzw. dritten Schalters mit dem ersten bzw. zweiten Fahrmotor liegt.

Bei einer bekannten Umsehaltunordnung dieser Art (US-PS 1 29881«) erfolgen die Rcihen-Parallelumsehaltung und die Fahr-Bremsumschaltung insbesondere mit Hilfe eines Wendeschaltcrs und eines handbetätigten Schalters. Nachteilig ist, daß die F ■jhr.Hn.nraimcrlialliiiio mil pin.»· Retätiniirm <!►»:

Wendeschalters verbunden werden muß, der im allgemeinen bei Triebfahrzeugen mit Reihenschlußmotoren zur Ermöglichung des Fahrtrichtungswechsels benötigt wird. Außerdem arbeiten solche elektromechanischen Anordnungen sehr langsam.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher die Umschaltvorgänge zwischen den Fahrmotoren und zwischen ihren Feld- und

ίο Ankerwicklungen im Vergleich zu der bekannten Anordnung vereinfacht und schneller ausgeführt werden können.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine derartige Umschaltanordnung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Umschalteinrichtung ein vierpoliger Umschalter mit zwei Schaltstellungen ist, dessen erster und dritter Kontakt die netzseitig liegende Feldwicklung des zweiten Fahrmotors aus dem Motorkreis in den Fremderre-

-<> gerkreis umschaltet, während der zweite Kontakt den dadurch geöffneten Motorstromkreis wieder schließt und der vierte Kontakt die erdseitige Klemme der Ankerwicklung des ersten Fahrmotors von seiner einseitig ständig an Erde liegenden Feldwicklung direkt auf

-5 die Erde umschaltet, daß der erste, der zweite und der dritte Reihenparallelschalter in der Weise von Dioden überbrückt sind, daß die Dioden den Bremsstrom bei Parallelschaltung der Fahrmotoren übernehmen, und daß der vierte Reihenparallelschalter

in von einer Diode überbrückt ist, die entgegengesetzt zur Richtung des Fahrstroms bei Parallelschaltung der Fahrmotoren gepolt ist.

Durch die Umschaltanordnung nach der Erfindung ergibt sich eine wesentliche Vereinfachung der Umschaltmanöver zwischen den Fahrmotoren und zwischen ihren Feld- und Ankerwicklungen unter Beibehaltung aller betrieblichen Möglichkeiten: Reihenschaltung und Parallelschaltung der Gleichstrommotoren sowohl im Fahrbetrieb als auch im Nutzbremsbetrieb. Diese bedeutende Vereinfachung wird erreicht, indem vier Dioden mit jeweils einem parallelgeschalteten Schalter und ein vierpoliger Umschalter verwendet werden. Das Vorhandensein der Dioden in der Umschaltanordnung hat den weiteren Vorteil, daß eine Umkehr des Bremsstroms verhindert wird, wenn aus irgendeinem Grund die Spannung an den Klemmen des Netzes größer sein sollte als die Spannung an den Klemmen der Schaltungsanordnung. Für den Umschaltvorgang wird eine Zeit von weniger

.ο als einer Sekunde benötigt.

Der Aufbau einer Nutzbremsschaltung unter Zuhilfenahme von Dioden ist an sich grundsätzlich aus der DE-AS 1105456 bekannt. Dort ist die Nutzbremsschaltung stets vorhanden, sie wird aber durch die entsprechend angebrachten Dioden unwirksam gemacht, solange die Fahrschaltung besteht. Zum Übergang von Fahren auf Bremsen ist es lediglich erforderlich, den Fahrstromkreis ein- oder zweipolig zu öffnen und dann die Fahrmotorfeldwicklungen ent-

bo sprechend der jeweils gewünschten Bremswirkung aus einer Fremdstromquelle zu erregen. Diese bekannte Nutzbremsschaltung enthält somit zwar ebenfalls Dioden, diesen sind jedoch keine Schalter parallelgeschaltet. Sofern dort überhaupt zwei Motoren V er-

b-i wendung finden, ist der Fährbetrieb nur in Parallelschaltung und der Nutzbremsbetrieb nur in Reihenschaltung möglieh.

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den vorstehend ais vierten Reihenparallelschalter bezeichneten Schalter durch eine Diode zu überbrücken (GB-PS 438043), wodurch die Elektromotoren zum Anlaufen und für niedrige Drehzahlen in Reihe und für hohe Drehzahlen parallelgeschaltet weiden können. Bei Reihenschaltung der Motoren ist die Diode durch den geschlossenen Schalter kurzgeschlossen, so daß sie nicht den Motorstrom führt. Bei der Umschaltung auf Parallelbetrieb der Motoren wird der Schalter geöffnet, und es erfolgt keine Drehmomentänderung, da beide Motoren über die Diode in Reihe geschaltet bleiben. Die Parallelschaltung wird dann durch Schließen zweier Schalter hergestellt, die dem ersten und dritten Schalter gemäß Oberbegriff der vorliegenden Erfindung entsprechen. Ein Generatorbetrieb der Elektromotoren ist bei dieser bekannten Anordnung aber nicht vorgesehen. Im Gegensatz zu dieser sind daher bei der Umschaltanordnung nach der Erfindung die weiteren Dioden so geschaltet, daß aus dem Motorbetrieb mit parallelgeschalteten Fahrmotoren auf Nutzbremsbetrieb mit parallelgeschalteten oder mit in Reihe geschalteten Fahrmotoren übergegangen werden kann.

Ferner ist die Reihen-Parallelschaltung von Stromquellen mit Hilfe von in der Parallelschaltung den Strom führenden Dioden an sich bekannt (»Elektrische Bahnen«, Heft 3, 1962, S. 57). In diesem Fall ist keiner der Dioden jeweils ein Schalter parallelgeschaltet, da eine Umkehrung der Stromquellen in Stromverbraucher nicht vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung sind zwei Gleichstromfahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges durch ihre Feldwicklungen Nl und Nl und ihre Ankerwicklungen Ml und Ml dargestellt.

An das durch die Plusklemme dargestellte Netz und die durch die Minusklemme dargestellte Erde, zwischen denen die Spannung E liegt, sind angeschlossen:

- vier Dioden Dl, Dl, Di, D4;

- vier die Dioden Dl, DZ, D3, D4 überbrückende Schalter Cl, Cl, C3, C4;

- ein vierpoliger Umschalter, dessen bewegliche Kontakte /1, 11, 13, /4 die Stellungen 1 bei Fahrbetrieb und die Stellungen 2 bei Nutzbremsbetrieb einnehmen;

- zwei einstellbare Widerstände Rl und Rl;

- und eine Hilfsgleichstromquelle, welche durch eine Gleichrichterbrücke P dargestellt ist, die aus einer dreiphasigen Stromquelle gespeist wird und die Erzeugung einer einstellbaren Gleichspannung U gestattet.

Wenn durch eine entsprechende Logik die Stellung des Umschalters und der vier Schalter sowie der Wert der einstellbaren Widerstände gesteuert wird, ermöglicht die Umschaltordnung die Herstellung der vier nachstehenden Betriebszustände:
a) Fahrbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Fahrmotoren, was einem Antrieb des Triebfahrzeuges mit geringer Geschwindigkeit entspricht, bei welchem sich der Umschalter in der Stellung 1 befindet, während die beiden Schalter C 2 und C4 geschlossen, die beiden Schalter Cl und C3 offen und die Widerstände Rl und Rl auf die Erzielung des gewünschten Moments und sosind.

b) Fahrbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Fahrmotoren, was einem Antrieb des Triebfahrzeuges mit hoher Geschwindigkeit entspricht, wobei sich der Umschalter in der Stellung 1 befindet, während die drei Schalter Cl, C2, C3 geschlossen und der Schalter C4 offen und die Widerstände Rl und Rl auf die Erzielung des gewünschten Moments eingestellt sind. Der ίο Übergang von dem Betriebszustand a) auf den

Betriebszustand b) erfolgt also einfach durch Öffnen des Schalters C4 und Schließen der Schalter Cl und C3.

c) Nutzbremsbetrieb mit Parallelschaltung der beiden Fahrmotoren, was der Bremsung bei hoher Geschwindigkeit entspricht, bei welcher sich der Umschalter in der Stellung 2 befindet (wodurch die beiden in Reihe geschalteten Feldwicklungen ΛΊ und Nl der beiden Fahrmotoren mit einer von der Brücke P gelieferten einstellbaren Spannung gespeist werden), während die Schalter Cl, C2, C3, C4 offen, die Widerstände Rl und Rl auf einen festen Wert und die Spannung LJ der Brücke P so eingestellt sind, daß das gewünschte Bremsmoment erhalten wird.

d) Nutzbiemsbetrieb mit Reihenschaltung der beiden Fahrmotoren, was einer Bremsung bei geringer Geschwindigkeit entspricht, bei welcher der Umschalter sich wiederum in der Stellung 2

jo befindet, während die Schalter Cl, C2, C3 offen,

der Schalter C4geschlossen, die Widerstände Rl und Rl auf einen festen Wert und die Spannung U der Brücke P so eingestellt sind, daß das gewünschte Bremsmoment erhalten wird.
j-j Der Übergang von dem Betriebszustand c) zu dem Betriebszustand d) erfolgt also einfach durch Schließen des Schalters C4 (wobei die Diode Dl infolge der ihrer Anode aufgedrückten Spannung automatisch gelöscht wird).

In der Praxis erfolgt das Anfahren in Reihenschaltung der beiden Fahrmotoren (Betriebszustand a), wobei die Widerstände Kl und K2 ihren Höchstwert haben, um den Anfahrstrom zu begrenzen. Hierauf werden die Widerstände Rl und K2 nach Maßgabe 4> der Zunahme der Motordrehzahl allmählich verringert.

Nach Ausschaltung der Widerstände wird zur weiteren Erhöhung der Geschwindigkeit von der Reihenschaltung der beiden Fahrmotoren auf die Parallelso schaltung derselben übergegangen (Betriebszustand b), wobei gleichzeitig die Widerstände Rl und Rl auf einen solchen Wert gebracht werden, daß keine plötzliche Änderung des Antriebsmoments erfolgt.

Hierauf werden die Widerstände Kl und K2 von neuem allmählich verringert.

Zum Übergang auf den Nutzbremsbetrieb wird der Strom in den Fahrmotoren durch Öffnen der Schalter Cl, C2, C3, C4, welche gegebenenfalls geschlossen sein konnten, unterbrochen, und der Umschalter wird aus der Stellung 1 in die Stellung 2 gebracht, so daß die Feldwicklungen NX und Nl mit der Spannung U der Brücke P gespeist werden, weiche zu Beginn absich'.'ich niedrig gewählt wird.

Wenn die Geschwindigkeit hoch ibi, ibt die an den b-j Klemmender Ankerwicklung" Ml uuJ Ml erscheinende EMK größer als die Netzspannung. Es wird dann die Parallelschaltung dci Fah.^rmo;oren (Be-

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Klemmen der Brücke P wird so eingestellt, daß das gewünschte Bremsmompnt erhalten wird. Zur Aufrechterhaltune dieses Moments muß die Erregung der Feldwicklungen der Faliiimnoren nach Maßgabe der Abnahme <'-;v Geschwindigkeit allmählich vergrößer! werden.

Wenn diese Erregung den mit den Kenngrößen des Materials verträglichen Höchstwert erreicht hat, muß auf die Reihenschaltung der als Generatoren arbeitenden Fahrmotoren (Betriebszustand d) übergegangen werden, wobei gleichzeitig ihre Erregung herabgesetzt wird, um eine plötzliche Änderung des Bremsmoments zu vermeiden.

Hierauf wird die Erregung von neuem nach Maßgabe der Abnahme der Geschwindigkeit allmählich Wjiin vi\ beginn der Prcrv-'ung die Gesciiwindig keit so niedrig ist, daß die EMK eines jeden als Generator arbeitenden Fahrmotors nicht größer als die Netzspannung ist. wird sofort auf die Reihenschaltung der Fahrmoloien ( Betriebszustand d) übergegangen

Es ist zu ei kennen daß das Vorhandensein der Di odcn in der Anordnung jede Umkehr des Bremsbirums verhindert, wenn aus irgendeinem Grunde die Netzspannung größer als die Spannung an den Klemmen der Anordnung werden sollte.

Die oben als Beispiel beschriebene Ausführungsfnrm ist besonders für U-Bahntriebfahrzeuge geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Reihen-Parallel- und Fahr-Bremsumschaltanordnung für zwei zwischen Netz und Erde liegende Gleichstromfahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges, mit einer mehrpoligen Umschalteinrichtung für die Feldwicklungen der Fahrmotoren zur Umschaltung von Reihenschlußerregung im Fahrbetrieb auf Fremderregung im Nutzbremsbetrieb und mit vier Schaltern zur Reihen-Parallelumschaltung der Fahrmotoren, wobei der erste Schalter zwischen Netz und dem ersten Fahrmotor liegt, der zweite Schalter zwischen Netz und dem zweiten Fahrmotor liegt, der dritte Schalter zwischen Erde und dem zweiten Fahrmotor liegt und der vierte Schalter zwischen den Verbindungspunkten des ersten bzw. dritten Schalters mit dem ersten bzw. zweiten Fahrmotor liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrpolige Umschalteinrichtung ein vierpoliger Umschalter (/1, /2, /3, /4) mit zwei Schaltstellungen (1. 2) ist, dessen erster und dritter Kontakt (/1, /3) die netzseitig liegende Feldwicklung (/V2) des zweiten Fahrmotors aus dem Motorkreis in den Fremderregerkreis umschaltet, während der zweite Kontakt (/2) den dadurch geöffneten Motorstromkreis wieder schließt und der vierte Kontakt (/4) die erdseitige Klemme der Ankerwicklung (Ml) des ersten Fahrmotors von seiner einseitig ständig an Erde liegenden Feldwicklung (/Vl) direkt auf die Erde umschaltet, daß der erste, der zweite und der dritte Reihenparallelschalter ( Cl, C2, C3) in der Weise von Dioden (Dl, D2, D3) überbrückt sind, daß die Dioden den Bremsstrom bei Parallelschaltung der Fahrmotoren übernehmen, und daß der vierte Reihenparallelschalter (C4) von einer Diode. (D4) überbrückt ist, die entgegengesetzt zur Richtung des Fahrstroms bei Parallelschaltung der Fahrmotoren gepolt ist.