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Kraftbremssteuerung für Drehstrommotoren mit zeitweiliger Gleichstromerregung
zum Antrieb von Lasthebemaschinen Für viele Zwecke wird von einem elektromotorischen
Antrieb eine Drehzahlregelung im Bereich der niedrigen Drehzahlen verlangt und gefordert,
daß der Motor bei diesen niedrigen Drehzahlen mit positivem und wahlweise auch mit
negativem Drehmoment belastet werden soll.
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Man hat in diesen Fällen vielfach die Leonardsteuerung angewendet,
da sie eine .verlustlose und genaue Drehzahlregelung ermöglicht. Da diese Schaltung
aber sehr teuer ist, wurden vielfach Kompromißlösungen angewendet, z. B. wurde außer
einem Hauptmotor ein besonderer Hilfsmotor vorgesehen, der mit einem Antrieb ausgerüstet
ist, um die verlangten niedrigen Geschwindigkeiten abzugeben. Ferner verwendete
man polumschaltbare Motoren, wenn das Verhälfnis der hohen Geschwindigkeit zu der
niedrigen Geschwindigkeit den Wert i : ¢ nicht überschritt. Es wurden auch Regulierbremsen
und die sogenannte Tippschaltung mit absatzweiser kurzzeitiger Einschaltung eines
Motors angewendet. Diese Lösungen entsprechen jedoch im allgemeinen um so weniger
der Wirkung der Leonardschaltung, je billiger sie sind. -Weiterhin ist eine Anordnung
bekannt, bei der zwei etwa gleich große Motoren verwendet werden, um zwei oder mehrere
Geschwindigkeiten zu erreichen, wobei bei den während des Laufes vorzunehmenden
Umschaltungen von einer Geschwindigkeitsstufe auf die andere mindestens ein Motor
dauernd am Netz angeschlossen bleibt. Hierbei kann die Unterbringung in engen Maschinenräumen
auf Schwierigkeiten stoßen, zumal da dieser Zweimotorensatz eine erhebliche Länge
besitzt. Für die Kaskadenschaltung werden zwei Schleifringläufer benötigt. Die Schaltung
der Läuferwiderstände und der Ständer erfordert eine verhältnismäßig große Zahl
von Schaltgeräten. Der Übergang von schnell auf langsam muß durch Einfallen der
mechanischen Bremse erreicht werden, was infolge erhöhter mechanischer Abnutzung
der Bremse nachteilig ist. In neuzeitlichen Anlagen wird es jedoch meist als vorteilhafter
angesehen, eine elektrische Bremsung vorzusehen, während die mechanische Bremse
zweckmäßig nur als Haltebremse benutzt wird. Eine elektrische Bremsung in der Weise
vorzunehmen, daß die Gleichstromerregung zur Erzeugung bremsender Momente benutzt
wird, ist bekannt.
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Erfindungsgemäß läßt sich eine in ihrer Wirkung der Leonardschaltung
ähnliche Kraftbremsschaltung für Drehstrommotoren mit zeitweiliger Gleichstromerregung
zum
Antrieb von Lasthebemaschinen dadurch schaffen, daß zur Erzielung
geringer Einfahrgeschwindigkeit für das Stillsetzen der Last eine Umschaltung des
Drehstrommotors vöel Drehstrom auf eine Einrichtung erfolgt, die das Gleichstromfeld
im Ständer des Motors mit einer Drehzahl in Umlauf versetzt, :lie der für das Einfahren
gewünschten Geschwindigkeit des Motors entspricht.
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Das an sich feststehende Gleichstromfeld kann mit sehr einfachen Mitteln,
z. B. durch ein entsprechendes Schaltgerät, das nur sehr klein zu sein braucht,
in drehende Bewegung versetzt werden. Es entspricht dann bei einem zweipoligen Motor
die Umlaufgeschwindigkeit des Feldes genau der Umlaufgeschwindigkeit der Umschaltvorrichtung.
Bei Motoren mit höheren Polzahlen wird die Umlaufgeschwindigkeit des Feldes im Verhältnis
der Polpaarzahl niedriger, es besteht die Beziehung Umlaufgeschwindigkeit
Bei einer sechspoligen Maschine z. B. xnuß also der Kominutator dreimal schneller
gedreht «=erden, als das Feld umläuft. Mit der Drehzahl des Kommutators hat man
daher die Beherrschung der Umlaufgeschwindigkeit des Feldes nach Belieben in der
Hand.
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Der Läufer des Motors hat nun, solange er Arbeit abgeben muß, eine
Drehzahl, die etwas geringer als die des Feldes ist, und zwar ist der Schlupf zwischen
der Drehzahl des Läufers und der des Feldes so@ groß, daß die durch den Schlupf
erzeugte Läuferspannung einen Strom von solcher Stärke hervorbringen kann, daß das
erforderliche motorische Drehmoment aufgebracht wird. Der Widerstand des kurzgeschlossenen
Läufers ist sehr klein. Es genügt daher eine sehr kleine Spannung, um erhebliche
Läuferströme und damit Drehmomente hervorzurufen.
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Die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Motors bei der Kraftbremsschaltung
nach der Erfindung ergibt einerseits sehr niedrige Drehzahlen und liegt andererseits
auch sehr flach. Es ergibt sich also eine Kennlinie, wie sie bisher nur mit der
Leonardsteuerung oder einem ähnlichen großen Aufwand erreichbar war.
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Es ist zwar bereits im Schrifttum eine Anordnung bekanntgeworden,
bei welcher das Ständerdrehfeld eines Drehstrommotors durch Gleichstrom über einen
Kommutator erregt wird, der mit dem Motor mechanisch gekuppelt ist. Im Gegensatz
zum Erfindungsgegenstand handelt es sich hier aber um die Aufgabe, das Abkippen
der Maschine bei hoher Drehzahl infolge zu großer Last zu verhüten. Bei der Kraftbremsschaltung
nach der Erfindung dagegen wird die Einrichtung, die das Gleichstromfeld im Ständer
des Motors in Umlauf versetzt, erst beim Einfahren zur Wirkung gebracht, also: bei
einer Drehzahl, .die- so klein ist, daß ein Kippen überhaupt nicht in Betracht kommt.
Auch ist beim Erfindungsgegenstand die für die bekannte Einrichtung wesentliche
mechanische Kupplung zwischen dem Motor und dem Kommutator nicht erforderlich.
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Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Kraftbremsschaltung
nach der Erfindung sollen die Abbildungen dienen.
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Die Abb. r bis 12 stellen dar, wie das Drehfeld in einer in Stern
geschalteten Ständerwicklung eines Drehstrommotors erregt wird. Die jeweiligen Anschlußpunkte
der Gleichstromquelle sind in den Abbildungen mit -!-und- gekennzeichnet und die
jeweilige Lage des Magnetfeldes mit einem gestrichelten Pfeil. Die Abb. 13 zeigt
die Abwicklung einer Schaltwalze, mit welcher die Verbindungen der Abb. z bis 12
aufeinanderfolgend mit beliebiger Geschwindigkeit hergestellt werden können, indem
die Schaltwalze mit verschiedener Geschwindigkeit gedreht wird. Die Lage des Magnetfeldes
ändert sich dabei von 30° zu 30° Schaltwinkel. Abb. 14 zeigt die Ausführung bei
Dreieckschaltung des Motorständers. Um beim Unterbrechen der Gleichstromregelung
an den Hämmern der Schaltwalze Feuererscheinungen zu vermeiden, kann man parallel
zu den Unterbrechungsstellen Kondensatoren und Dämpfungswiderstände einschalten,
wie in den Abb. 13 und 14 angedeutet ist.
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Bei negativem Motormoment tritt bei einer Drehzahlsteigerung über
diejenige des Drehfeldes eine starke Bremswirkung auf, die einen weiteren Drehzahlanstieg
verhindert.
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Die für die Erregung erforderliche Gleichspannung beträgt bei Stillstand
und ganz niedrigen Drehzahlen nur einige Prozent von der Nennspannung der Wicklung.
In dem Maße jedoch, in dem die Drehzahl des Motors gesteigert wird, muß auch die
Gleichstromspannung erhöht werden, da der Scheinwiderstand der Wicklung wächst.
Will man den Motor mit konstantem Drehmoment bei allen Drehzahlen betreiben, so
muß man, wie bei der Leonardschaltung, eine mit der Drehzahl proportional steigende
Spannung und daher auch elektrische Leistung zuführen.
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Erfolgt der Antrieb der Umschalteinrichtung für den Ständer durch
einen kleinen Hilfsmotor und soll das Drehmoment konstant sein, so kann man entsprechend
den Stellungen des Drehzahlregelwiderstandes für den Hilfsmotor Kontakte schließen,
die die Gleichstromerregung des Gleichstrommotors an desto höhere Spannungen legen,
je höher die Drehzahl eingestellt ist. Zu diesem Zwecke
kann der
Gleichstrom z. B. einer Batterie mit Anzapfungen entnommen werden. Um die Batterie
zu schonen, kann nach erfolgtem Hochfahren der Motor auf ,das Drehstromnetz umgeschaltet
werden.
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Wenn nur sehr niedrige Drehzahlen erreicht werden sollen, was bei
den meisten Anwendungen der Erfindung der Fall sein wird, so erübrigt es sich, eine
Regulierung der Gleichspannung vorzusehen. Dadurch ergibt sich beim Stillstand des
Motors eine größere Stromaufnahme, was jedoch mit Rücksicht auf das größere, aus
dem Ruhezustand erforderliche Anfahrinornent erwünscht ist.
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Der Hilfsmotor, welcher den Kommutator oder die. Umschalteinrichtung
antreibt, wird bei Steuerungen, bei denen vor dein Stillsetzen verzögert werden
soll, z. B. bei Aufzügen, auf eine Drehzahl eingestellt, die der Einfahrgeschwindigkeit
entspricht. Bei Steuerungen, bei denen verlustlos angefahren werden soll, wird der
Hilfsmotor durch Widerstandsregelung von o bis auf die volle Drehzahl gebracht.
Anstatt einen durch einen Hilfsmotor angetriebenen Kommutator oder eine Schaltwalze
anzuwenden, kann man auch den Ständer des Drehstrommotors über gittergesteuerte
Gleichrichter an Drehstrom anschließen und eine Steuervorrichtung für die Gleichrichter
vorsehen, welche mit regelbarer Geschwindigkeit die Gitter der Gleichrichter nacheinander
an Spannung legt.
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In Abb. 15 ist als Ausführungsbeispiel die Anwendung der Erfindung
für die Feineinstellung eines Aufzuges dargestellt, wobei eine Schaltwalze mit Hilfsmotor
Verwendung findet. Abb. 16 stellt ein Ausführungsbeispiel mit Gleichrichtern dar.
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In Abb. 15 ist i der Aufzugsmotor, 2 die Schaltwalze für den Motorständer,
die durch den Hilfsmotor 3 über eine Übersetzung ins Langsame angetrieben wird.
4 und 5 sind die Hauptschützen, welche durch den Kabinenschalter 6 gesteuert sind.
An den Hauptschützen befinden sich die Hilfskontakte 7 und B. g ist ein Feineinstellschütz
mit den Kontakten io bis 14. 15 ist der Bündigschalter des Aufzuges, der
in der Feineinstellzone durch Rollen im Schacht nach oben oder unten umgelegt wird,
je nachdem, ob der Aufzug über oder unter der Bündigstellung steht. 16 ist das Bremsschütz,
17 ein Transformator, welcher über das Gleichrichterviereck i8 die Ständerwicklung
des Motors i mit gleichgerichtetem Wechselstrom speist. ig und 2o sind die Umschaltschütze
zum Einschalten des Hilfsmotors 3.
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Für das Einfahren des Aufzuges schaltet zunächst der Bündigschalter
15 den Ililfsniotor 3 der Schaltwalze in der für die Feineinstellfahrt erforderlichen
Drehrichtung ein. Wird beispielsweise der Bündigschalter auf die obere Stellung
umgelegt, dann schließt er mit seinem Kontakt 21 die Erregung des Schützes 2o ein.
Der Hilfsmotor 3 dreht um die Schaltwalze 2 mit der für das Einfahren des Aufzuges
erforderlichen Geschwindigkeit. Die Einschaltung des Gleichstromes für den Motorständer
i erfolgt erst beim Abschalten des Umkehrschützes 4 oder 5 durch das Feineinstellschütz
g. Letzteres wird nämlich beim Abfallen des Umkehrschützes durch den Hilfskontakt
7 bzw. 8 eingeschaltet und schließt seine Kontakte io bis 13, während der Kontakt
14 geöffnet wird. Über den Kontakt i o wird der Bremslüfter 16 eingeschaltet und
dadurch die nach der Hauptfahrt eingefallene Bremse wieder gelüftet. Über .den Kontakt
a i wird der Transformator 17 eingeschaltet und durch die Kontakte 12 und 13 die
Gleichspannung an die Schaltwalze 2 und über die Belege der Schaltwalze an die Motorwicklung
gelegt.
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Je nachdem, ob nun die Feinstelleinricbtung vor oder hinter der Bündigstellung
des Fahrkorbes angesprochen hat, erfolgt durch das mit Gleichstrom erregte Motorfeld
entweder eine Bremsung bis -auf die Einfahrgeschwindigkeit oder eine Beschleunigung.
In jedem Fall ist die Einfahrgeschwindigkeit durch die Drehzahl der Schaltwalze
2 eindeutig gegeben.
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In Abb. 16 bedeutet 3o die in Stern geschaltete Motorständerwicklung,
31 die Sekundärwicklung eines am Drehstromnetz liegenden Transformators. Jede Phasenwicklung
des Transformators ist mit der entsprechenden Motorwicklung über zwei gittergesteuerte
Gleichrichter 32, 33 bzw. 34, 35 bzw. 36, 37 verbunden. Der eine davon (32, 34,
36) ist für die eine Stromrichtung, der andere (33, 35, 37) für die entgegengesetzte
Stromrichtung durchlässig. Jeder der Gleichrichter läßt den Strom erst durch, wenn
eine positive Steuerspannung von gewisser Größe an sein Gitter angelegt wird. Diese
Steuerspannung kann mit Hilfe einer geeigneten Schaltvorrichtung in .einer bestimmten
Reihenfolge nacheinander an die Gleichrichter gelegt wer- i den. Um die in den Abb.
i bis 12 dargestellte Felddrehrichtung zu erreichen, lnuß folgende Reihenfolge eingehalten
werden: 32 und 35 und 37, 32 und 37, 32 und 35 und 37, 34 und 37, 34 und 37 und
33, 34 und 33, 34 und 36 und 33, 36 und 33, 36 und 33 und 35, 36 und 35, 36 und
32 und 35, 32 und 35. Die Gleichrichter sind dabei so beschaffen, daß sie bei Fortfall
der Gitterspannung den Stromfluß beim ersten Stromnulldurchgang
unterbrechen,
so daß die nicht an der Gitterspannung liegenden Gleichrichter sofort stromlos werden:
Man kann nun die die Gitterspanmung steuernde Schaltvorrichtung ebenfalls mit beliebiger
Geschwindigkeit die: Steuerspannung umschalten lassen und dadurch die Drehzahl des
Motors regeln.