<Desc/Clms Page number 1>
Genauigkeitsschaltung für Leonardantriebe
Die Leonardschaltung hat besonders bei jenen Antrieben ein grosses Anwendungsgebiet gefunden, bei welchen die Drehzahl von Null bis Maximum in beiden Drehrichtungen zu regeln ist. Diese Betriebsart kommt beispielsweise auch häufig bei Fördermaschinen vor. Die Wirtschaftlichkeit der Förderung in einem Grubengebiet ist um so grösser, je mehr die Förderung auf einige wenige Hauptschächte konzentriert ist. Damit ist eine starke Steigerung von Nutzlast und Fördergeschwindigkeit verbunden.
Die Leistungs- fähigkeit solcher Schächte kann aber nur dann voll ausgenützt werden : wenn die maximal zugelassene Fördergeschwindigkeit unabhängig von Grösse und Richtung der Last genau eingehalten wird, wenn ferner die Maschine in kürzester Zeit Beschleunigt und verzögert wird und die Manöver in der Förderpause für den Stockwerkwechsel der Förderkörbe raschestens ausgeführt werden. Bei automatisch gesteuerten Fördermaschinen kommt noch die ausserordentlich wichtige und strenge Bedingung hinzu, dass eine ganz kleine Einfahrgeschwindigkeit mit sehr grosser Genauigkeit eingehalten werden muss, um ein zielgenaues Anhalten der Fördergefässe oder Förderkörbe durch die mechanische Bremse zu erreichen.
Infolge der Ohm'schen Widerstände im Leonardstromkreis, der Drehzahlschwankungen des Umformers bei Änderung der Belastung und eventuell der Frequenz, Ankerrückwirkung, Erwärmung der Maschinen und Änderung der Raumtemperatur, treten bei der in der einfachsten
Form ausgeführten Leonardschaltung bereits wesentliche Abweichungen der Geschwindigkeit bei ein und derselben Steuerhebelstellung auf, insbesondere bei kleinen Geschwindigkeiten. Auch folgt die Motordrehzahl wegen der magnetischen Trägheit des Steuerkreises nur verhältnismässig langsam der Steuerhebelbewegung, womit grössere
Zeitverluste verbunden sind, wenn nicht sehr geschickt gesteuert wird.
Die normale Leonardsteuerung muss daher durch besondere Regeleinrichtungen ergänzt werden, damit sie den sehr weitgehenden Anforderungen einer guten Fördermasrhinensteuerung entspricht.
Solche Regeleinrichtungen beruhen vielfach auf dem Grundsatz, eine durch die Steuerhebelstellung diktierte"Soll"-Drehzahl mit der tat- sächlich vorhandenen "Ist"-Drehzahl zu vergleichen und den vorhandenen Drehzahlunterschied zum Geschwindigkeitsausgleich heranzuziehen.
Die vorliegende Genauigkeitsschaltung für Leonardantriebe arbeitet ebenfalls auf diesem Prinzip, wobei einer vom Steuerapparat eingestellten, der Soll-Geschwindigkeit entsprechenden Spannung, die der Ist-Geschwindigkeit entsprechende Spannung einer vom Leonardmotor angetriebenen Tachodynamo entgegengesetzt wird und die bei einer Abweichung von der eingestellten Soll-Geschwindigkeit auftretende Spannungsdifferenz zur Betätigung eines Spannungsschnellreglers benützt wird. Mit dieser neuen Schaltung soll die Regeleinrichtung des Antriebes bereits bei ausserordentlich kleinen Drehzahlunterschieden mit maximaler Regulierleistung ansprechen, ohne dass dabei irgendwelche, den Betrieb störende Pendelungen auftreten.
Ferner soll eine sehr rasche und genau wirkende Geschwindigkeitsregelung über den ganzen Drehzahlbereich des Motors ermöglicht werden und alle äusseren Einflüsse, welche die Genauigkeit der Regelung beeinträchtigen könnten, automatisch ausgeschaltet werden. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Spannungsschnellregler in Verbindung mit einem in Reihe geschalteten statischen Uentronischnellregler die Erregung des Leonardgenerators automatisch derart regelt, dass die jeweils eingestellte Drehzahl genau eingehalten und gleichzeitig der Strom im Leonardkreis auf einen festgelegten Maximalwert begrenzt wird, u. zw. auch dann, wenn das
Steuerorgan sehr rasch betätigt wird.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, u. zw. ist in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel derselben eine Genauigkeitsschaltung für den Antrieb einer Förderanlage in schematischer Weise dargestellt. Es bedeutet 1 den Motor und 2 den Generator des Leonardkreises. Für die Erregung des Leonardgenerators 2 ist ein Erreger 3 vorgesehen, der zwei. Erregerwicklungen 4, 5 besitzt. Die eine Erregerwicklung 4 ist über einen mittels eines Steuerhebels 6 verstellbaren Poten- tiometer ï am Gleichstromhilfsnetz 8 angeschlossen, während die zweite Erregerwicklung 5 über einen astatischen Spannungsregler 9 und einen in Reihe mit diesem geschalteten statischen
<Desc/Clms Page number 2>
Überstromschnellregler 10 gespeist wird.
Gekuppelt mit dem Leonardmotor 1 ist eine Tachodynamo 11 J deren Anker sich im Stromkreis der Drehspule 12 des Spannungsschnellreglers 9 befindet. Die Ist-Spannung dieser Tachodynamo ist entgegengesetzt der Soll-Spannung des Potentiometers 7 gerichtet. Die Drehspule 13 des Überstromschnellreglers 10 ist an eine vom Leonardstrom durchflossene Hauptstromwicklung 14 angeschlossen.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt : Sobald zwischen der Ist-und Soll-Spannung eine Differenz von Bruchteilen eines Volts auftritt, schlägt der sehr empfindlich und astatisch ausgeführte Spannungsregler 9 sofort in die entsprechende Endlage aus und sendet in die Erregerwicklung 5 eine Erregung, welche in der Grössenordnung jener der Erregerwicklung 4 bei voller Steuerhebelauslage entspricht. Es erfolgt somit ein ausserordentlich rascher Spannungsaufbau des Leonardgenerators 2 bei Steuerhebelauslage bzw. Spannungsabbau bei Steuerhebelrückführung. Solange der Strom im Leonardkreis unterhalb eines eingestellten Wertes bleibt, befinden sich die Wälzsektoren des im Regelkreis des Spannungsreglers 9 liegenden Überstromschnellreglers 10 in der gezeichneten Endlage.
Sobald jedoch beim sehr energischen Drehzahlausgleich durch den Spannungsregler 9 der Strom im Fördermotor 1 den erwähnten maximalen Wert überschreitet, bewegt sich das
Regelsystem des Überstromreglers 10 gegen die
Mittellagc und schaltet dadurch Widerstand 15 in den Stromkreis des Regelsystems des
Spannungsreglers 9 ein.
Infolgedessen wird momentan und automatisch die Wirkung des Spannungsreglers 9 so weit verringert, dass der eingestellte Maximalstrom
EMI2.1
von der Drehrichtung und Lastrichtung, nach jener Seite aus, welche im Sinne einer Spannungsverringerung wirkt. Beim Überstromregler i 0 liegen Drehspule 13 und Magnetwicklungen 16 in Reihe an einer vom Strom im Leonardkreis abhängigen Spannung, z. B. an einer Hauptstromwicklung 14 des Fördermotors 1 oder der Steuerdynamo 2. Beim Überschreiten des eingestellten Stromes schlägt daher der Überstromregler 10 unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung und Lastrichtung immer nach derselben Seite aus.
Die Ausführung des Spannungsreglers 9 mit einer vorübergehenr'1 Statik der Dämpfungseinrichtung bewirkt in Verbindung mit der Statik des Überstromreglers 10, dass trotz der astatischen Ausführung des Spannungsreglers und damit seiner grossen Regulierschnelligkeit die für den Betrieb erforderliche Stabilität der Regulierung vorhanden ist.
Infolge der Reihenschaltung der Reguliersysteme des astatischen Spannungsreglers in Ausführung mit vorübergehender Statik und des statischen Überstromreglers in Verbindung mit der Reihenschaltung der Wicklungen von Drehspule und Magneten dieses Reglers wird erreicht, dass bereits bei den geringsten Abweichungen von der eingestellten Soll-Drehzahl ein energischer und sehr genauer Drehzahlausgleich bei allen Geschwindigkeiten stattfindet, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass der Strom im Leonardkreis einen eingestellten maximalen Wert überschreitet, dies selbst bei raschester Steuerhebelbewegung für Beschleunigung oder Verzögerung.
Gleichzeitig wird die Maschine gegen Überstrom beim Anfahren mit abnormal grossen Lasten geschützt.
Infolge der vorgesehenen Schaltung werden trotz des Drehrichtungswechsels nur zwei
Schnellregler ohne weitere Umschalteinrichtungen und ohne weiteren Steuerapparat für die Regulier- einrichtung benötigt. Es sind daher nur ver- hältnismässig einfache zusätzliche Apparate nötig, um die beschriebene Schalteinrichtung für Hand- steuerung in eine solche für eine vollautomatisch gesteuerte Fördermaschine umzuwandeln.
Im Falle des Versagens der Reguliereinrichtung ist es ohne weiteres möglich, den Betrieb mit der Steuerung der Erregerwicklung 4 allein weiterzuführen, wobei dann aber wegen des Wegfallens der Drehzahlausgleicheinrichtung entsprechend vorsichtiger gesteuert werden muss. Es ist auch möglich, die Maschine mit den beiden Reglern allein, d. h. durch die Erregerwicklung 5 ohne die Erregerwicklung 4 zu steuern, wenn die Leistung des Spannungsreglers 9 sehr reichlich gewählt wird. Jeder Regler wird für sich eingestellt, so dass eine sehr einfache und gute Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen möglich ist.
Bei Fördermaschinen mit sehr leistungsfähigem Speisenetz spielt die Grösse der maximalen Leistungsaufnahme während der Anfahrperiode keine Rolle. Eine solche Maschine kann daher zwecks Erreichens einer maximalen Produktion während der ganzen Anfahrperiode mit dem maximal zulässigen Anfahrstrom beschleunigt
<Desc/Clms Page number 3>
werden. Die Leistungsaufnahme steigt dabei ungefähr im Verhältnis mit der Drehzahl des Fördermotors an, so dass die grösste Leistungsspitze am Netz am Ende der Anfahrperiode ist. Ist dagegen das Speisenetz nicht so stark, so muss mit abnehmendem Strom und damit abnehmender Beschleunigung angefahren werden. Dadurch wird die maximale, dem Netz entnommene Leistungsspitze wesentlich verringert, sie tritt vor Ende der Anfahrperiode auf.
Um nunmehr eine solche selbsttätige Verringerung des maximalen Anfahrstromes mit zunehmender Drehzahl zu erreichen, wird gemäss der Erfindung im Stromkreis der Drehspule 13 des Überstromschnellreglers 10 ein Zusatzregler 17 in Reihenschaltung vorgesehen. Die Drehspule 18 und Magnetwicklungen 19 dieses Reglers liegen in Reihenschaltung an den Klemmen der Tachodynamo 11. Sobald ein bestimmter Strom durch diese Wicklungen fliesst, wird das statisch ausgeführte Drehsystem des Reglers 17 aus der gezeichneten Endlage gegen die andere Endlage hin bewegt. Der Stromregler 17 verringert den Widerstand im Stromkreis der Drehspule 13 des Reglers 10 und bewirkt dadurch, dass dieser letztere einen Anfahrstrom einstellt, welcher bei zunehmender Drehzahl abnimmt.
Infolge der Reihenschaltung von Drehspule 18 und Magnetspule 19 wirkt dieser Regler 17 immer im richtigen Sinne ohne Umschalteinrichtung, u. zw. unabhängig von der Drehrichtung des Leonardmotors 1. An Stelle des Zusatzreglers 17 kann auch eine geeignete Relaisschaltung vorgesehen werden.
Es ist zweckmässig die Tachodynamo 11 möglichst temperaturunabhängig und ungesättigt auszubilden. Ferner wird ihre Erregerwicklung 20 sowie jene des Fördermotors 1 an das gleiche Hilfsnetz 8 angeschlossen, so dass die Reguliergenauigkeit selbst bei kleineren Spannungsschwankungen des Hilfsnetzes, hervorgerufen beispielsweise durch Frequenzschwankungen, keineswegs beeinträchtigt wird. Es ergibt sich daher mit dieser Schaltung eine Reguliereinrichtung, die unabhängig von irgendwelchen äusseren Einflüssen immer gleich genau arbeitet. Wird hingegen dem Steuerapparat ein Widerstand vorgeschaltet, z.
B. durch die elektrische Retardiereinrichtüng, wie sie bekanntlich für Gleichstrommaschinen angewendet wird, oder bei Seilfahrt, zwecks Verringerung der maximalen Geschwindigkeit bei Personentransport, so reagiert die Reguliereinrichtung darauf in gleichem Sinne wie auf eine Steuerhebelbewegung, d. h. die Wirksamkeit solcher Vorschaltwiderstände wird durch die Reguliereinrichtung in vollem Masse unterstützt.
Wie bereits erwähnt, muss bei automatisch gesteuerter Fördermaschine die sehr kleine Ein-
EMI3.1
erregt, so verläuft ihre Klemmspannung proportional mit der Motordrehzahl. Erhält nunmehr die Tachodynamo eine zweite Erregerwicklung 21, welche vom Potentiometer 7 so gespeist wird, dass der Erregerstrom in 21 umgekehrt fliesst als jener in 20, so nimmt die Erregung mit wachsender Auslage des Steuerhebels 6 ab. Dadurch ergibt sich bei einem bestimmten Drehzahlunterschied ein Spannungsunterschied an den Klemmen der Tachodynamo 11, welcher bei niedriger Drehzahl wesentlich grösser als bei hoher Drehzahl ist. Im gleichen Verhältnis wächst die Reguliergenauigkeit des Spannungsreglers 9 bei kleiner Drehzahl. Der vom Steuerhebel 6 betätigte Umschalter 22 schaltet die ZusatzerregerwickI g 21 beim jeweiligen Drehrichtungswechsel selbsttätig um.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Stabilität der Drehzahlausgleichseinrichtung noch durch eine zusätzliche in Fig. 2 dargestellte elektrische Stabilisierung erhöht werden. In diesem Falle wird der Spannungsregler 9 mit zwei Drehspulen 12'und 12"ausgeführt.
Zwischen dem Drehspulenteil 12'und der Tachodynamo 11 befindet sich ein durch Ohm'sche Widerstände 23'und 23"sowie induktive Widerstände 24'und 24"gebildetes Brückensystem.
Da die Ohm'schenWiderstände dieser Brückenteile gleich gross sind, ist zwischen den Anschlusspunkten A und B der Brücke so lange keine Potentialdifferenz vorhanden als der Strom Jl im Spulenteil12'ein konstanter Gleichstrom ist.
Ändert sich die Spannungsdifferenz zwischen dem Potentiometer 7 und der Tachodynamo 11, so ändert sich der Strom Y, ; es bildet sich infolge der zusätzlichen induktiven Wirkungen in den induktiven Widerständen 24'und 24"eine Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und B. Der dadurch entstehende Strom J2 im Spulenteil 12"wird um so grösser, je rascher die zeitliche Änderung vor sich geht. Durch die vorgesehene Schaltung verlangsamt der Strom J2 die Bewegung des Spannungsreglers bei plötzlichen Spannungsänderungen und erhöht dadurch die Stabilität der Regeleinrichtung.
An Stelle der Erregerwicklung 4 auf dem Erreger 3 in Fig. l kann auch ein separater Erreger verwendet werden, dessen Erregerwicklung vom Spannungsregler 9 gespeist wird.
Der Anker dieses Zusatzerregers ist dann in Reihe mit jenem des Haupterregers 3 zu schalten. Diese Schaltung wird besonders dann vorteilhaft angewendet, wenn zwecks Produktionserhöhung bestehende Fördermaschinen nachträglich mit der Genauigkeitsschaltung ausgerüstet werden, weil eine solche Anordnung ein Minimum an Abänderungen an den vorhandenen Einrichtungen verlangt.
Bei sehr grossen Maschinen mit beträchtlichen Erregerleistungen speist der Spannungsregler 9 die Erregerwicklung eines kleinen an die Erregergruppe 3 angekuppelten Generators, der seinerseits die Erregerwicklung 5 speist.
Zur Entlastung des Spannungsreglers kann auch eine zweite Tachodynamo, die Stosserregungs- tachodvnamo. verwendet werden. die parallel mit
<Desc/Clms Page number 4>
einem Widerstand der Erregerwicklung 4 vorgeschaltet ist. Sie vergrössert bei der Steuerhebelbewegung die Stosserregung und gleicht bei eintretender Drehzahländerung einen Teil der Drehzahldifferenz aus. Diese zweite Tachodynamo ist mit einer konstanten Erregung sowie einer zweiten vom Steuerapparat gespeisten entgegengerichteten Erregung versehen.
An Stelle des Gleichstromschnellreglers kann auch ein Frequenzregler vorgesehen werden. Die Schlupffrequenz der in diesem Fall als Asynchrongenerator ausgeführten Tachodynamo stellt die Ist-Drehzahl dar. Die Soll-Drehzahl wird durch eine vom Steuerhebel in der Induktivität geregelten Drosselspule gebildet. Durch den Frequenzregler wird die Ist-Drehzahl so lange geregelt, bis eine Übereinstimmung der beiden Frequenzen erreicht ist.
Es ist noch zweckmässig im Stromkreis der Drehspule 13 des Überstromreglers 10 einen Widerstand vorzusehen, der durch eine einfache Schalterkombination während der Verzögerungsperiode kurzgeschlossen wird. In diesem Falle speicht der Überstromregler bereits bei einem kleineren Maximalstrom als während der Anfahrperiode an. Der maximale Bremsstrom wird dadurch kleiner gehalten als der maximale Anfahrstrom. Es ist ferner zweckmässig, bei Personentransport (Seilfahrt) die maximal zulässige Beschleunigung bzw. Verzögerung herabzusetzen. Zu diesem Zweck wird der für Seilfahrt bereits benützte Seilfahrtschalter mit einem weiteren Kontakt versehen, welcher einen Widerstand im Stromkreis der Drehspule des Überstromreglers bei Seilfahrt kurzschliesst. Dadurch wird der maximale zulässige Anfahrstrom entsprechend herabgesetzt.
Da der bei der beschriebenen Genauigkeitsschaltung benützte Spannungsregler 9 so wirkt, dass der Strom seiner Drehspule 13 möglichst klein wird, so wirkt er als Nullstromregler für den Leonardkreis, sobald er an eine vom Leonardstrom abhängige Spannung angeschlossen
EMI4.1
die Last positiv (Förderlast) oder negativ (Hängelast) ist, wird die Maschine durch die mechanische Bremse allein früher oder später stillgesetzt. Es tritt somit während der Stillsetzungsperiode durch die Sicherheitsbremse, vorausgesetzt, dass der Leonardstromkreis nicht geöffnet wird, ein postiv oder negativ wirkender Strom im Leonardkreis auf, der die Maschine langsamer oder schneller zu verzögern sucht. Ersterer vergrössert die Bremsenabnützung, letzterer vergrössert die Seilrutschgefahr bei Treibscheibe-Fördermaschinen.
Wird beim Einfallen der Sicherheitsbremse die Drehspule 12 des Spannungsregle 9 automatisch vom Stromkreis der Tachodynamo 11 auf eine Hauptstromwicklung des Fördermotors oder der Steuerdynamo umgeschaltet, so wirkt dieser Regler wieder als Nullstromregler im Leonardkreis. Bei Verwendung dieser Schaltung ist es daher nicht nötig, den Lf nardstromkreis beim Einfallen der Sicherheitsbremse zu unterbrechen, um ihn während der Stillsetzungsperiode stromlos zu machen.
In Zusammenhang mit der beschriebenen Schaltung ist es noch von Vorteil den in Abhängigkeit vom Leonardstrom arbeitenden Apparat praktisch dem Einfluss der Erwärmung der Maschinen zu entziehen, so dass der Apparat jeweils beim gleichen Strom, unabhängig von der Maschinentemperatur anspricht. Dies kann nunmehr in sehr einfacher Weise erreicht werden, wenn für den Anschluss des Überstromschnellreglers 10 und der mit diesem in Reihe liegenden Zusatzregler 17 eine Hauptstromwicklung 14 des Motors 1 oder des Generators 2 verwendet wird, u. zw. unter Zwischenschaltung eines bifilär gewickelten, unter diese Hauptstromwicklung untergebrachten, isolierten Kupferdrahtes, der den gleichen Temperaturkoeffizienten aufweist, wie die Hauptstromwicklung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Genauigkeitsschaltung für Leonardantriebe, insbesondere für Fördermaschinen, bei der einer vom Steuerapparat eingestellten der Soll-Geschwindigkeit entsprechenden Spannung die der Ist-Geschwindigkeit entsprechende Spannung einer vom Motor angetriebenen Tachodynamo entgegengesetzt wird, und die bei einer Abweichung von der eingestellten Soll-Geschwindigkeit auftretende Spannungsdifferenz zur Betätigung eines Spannungsschnellreglers benützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs- schnellregler in Verbindung mit einem in Reihe geschalteten statischen Überstromschnellregler die Erregung des Leonardgenerators automatisch derart regelt, dass die jeweils eingestellte Drehzahl genau eingehalten und gleichzeitig der Strom im Leonardkreis auf einem festgelegten Maximalwert begrenzt wird, u. zw.
auch dann, wenn das Steuerorgan sehr rasch betätigt wird.