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Bremsschaltung für eine in ihrer Drehzahl regelbare elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Bremsschaltung für eine durch Veränderung des von einer steuernden Gleichstromquelle, insbesondere einem Transduktor mit Gleichstromausgang, gelieferten Ankerstromes in ihrer Drehzahl regelbare elektrische Maschine.
Es ist bekannt, dass bei Steuerungen elektrischer Maschinen über Transduktorschaltungen eine Nutzbremsung nicht möglich ist, weshalb in solchen Fällen eine Widerstandsbremsung vorgesehen wird. Wenn durch Widerstandsbremsung die Drehzahl der elektrischen Maschine vermindert oder diese stillgesetzt
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Eine andere bekannte Schaltung sieht eine Umpolung des Motorfeldes bei gleichzeitiger Einfügung eines Serienwiderstandes in den Ankerkreis vor. Hiebei besteht nach beendeter Bremsung die Gefahr eines Ma- schinenanlaufes in verkehrter Drehrichtung.
Der Mangel einer geeigneten Bremsmöglichkeit stellte eine Einschränkung der Anwendbarkeit von mit Transduktoren gespeisten elektrischen Maschinen dar.
Die oben erwähnten Nachteile sind erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass zur Bremsung der elektrischen Maschine an ihren Anker ein Zweipol parallel schaltbar ist, der aus einer Konstantspannungsquelle und einem dieser in Serie geschalteten passiven Schaltelement, vorzugsweise einem ohmschen Widerstand besteht, an dem ein Spannungsabfall durch den Motorbremsstrom und durch den während der Bremsung auftretenden Transduktorstrom entsteht.
Die Polung der Konstantspannungsquelle erfolgt derart, dass am ohmschen Widerstand die Summe aus der Konstantspannung und der Ankerspannung der elektrischen Maschine auftritt. Wenn der Transduktor während des Bremsvorganges keinen Strom liefert, so würde der Bremsstrom der elektrischen Maschine von einem höheren Wert zu Beginn zu einem niedrigeren Wert am Schluss des Bremsvorganges absinken.
Die Wirkung der erfindungsgemässen Einrichtung besteht darin, dass während des stufenlos gesteuerten Bremsvorganges durch eine Aussteuerung des Transduktors dieser einen Teil des im Widerstand fliessenden Stromes liefert und dadurch den in der elektrischen Maschine erzeugten Bremsstrom derart vermindert, so dass dieser während des gesamten Bremsablaufes innerhalb der vorgegebenen Grenzen beliebig gesteuert oder vorzugsweise konstant gehalten ist.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Schalteinrichtung besteht darin, dass eine unbeabsichtigte Umkehr der Drehrichtung nicht erfolgen kann, da Spannungen verkehrter Polarität an der elektrischen Maschine durch die Lastgleichrichter des Transduktors kurz geschlossen werden.
Ein Ausführungsbeispiel und Bemessungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer elektrischen Maschine, die mittels eines steuerbaren Transduktors stufenlos gebremst werden kann : für zwei Bemessungsbeispiele geben die Fig. 2 und 3 in je vier Diagrammen den zeitlichen Verlauf der elektrischen Grössen während des Bremsvorganges wieder. Die Fig. 4 und
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5 zeigen Diagramme der aus den Berechnungsformeln gewonnenen Grössen, die auf ihren Nennwert bezogen und parametrisch für zwei verschiedene Bremsströme gegeben sind, die von der Grösse des Bremswiderstandes abhängen.
In der Fig. 1 ist der Anker einer elektrischen Maschine 1 über einen spannungssteuernden Transduktor 2 nebst den Gleichrichtern 3 und 4 von einer Wechselspannungsquelle U'" gespeist.
Zur Einleitung eines Bremsvorganges dient als Schaltorgan im Ausführungsbeispiel ein Schütz 5, das einen Widerstand 6 in Serie mit einer Konstantspannungsquelle 7 dem Anker der elektrischen Maschine 1 parallel schaltet. Hiebei tritt am Widerstand 6 die Summe aus der Konstantspannung Uz und der Motorspannung Un auf. Mittels der Aussteuerung des Magnetverstärkers 2 während des Bremsvorganges fliesst der Ausgangsstrom Imv über den Widerstand 6, der auch den Motorbremsstrom Ib führt. Dadurch wird der vom Motor geführte Bremsstrom Ib durch den gesteuerten Magnetverstärker 2 derart beeinflusst, dass dieser während des Bremsvorganges einen vorgegebenen, den Betriebsbedingungen angepassten Verlauf besitzt.
Für die erfindungsgemässe Schalteinrichtung zur Bremsung einer elektrischen Maschine auf Stillstand ergeben sich folgende Berechnungsformeln :
Es seien : Un In Nennspannung und Nennstrom des Motors ; Nn = Un. In die elektrische Nennleistung des Motors ; Ib k.
In der am Ende der Bremsung wirksame Motorbremsstrom, wobei k einen Proportionalitäts- faktor bedeutet ; Uz die konstante Spannung der mit dem Bremswiderstand 6 in Serie liegenden Konstant- spannungsquelle ;
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kann das Verhalten dieser Serienschaltung bei abgeschlossenem Bremsvorgang der elektrischen Maschine 1 und herabgesteuertem Transduktor 2 durch folgende Gleichung beschrieben werden ; durch diese wird die am Ende der Bremsung am Bremswiderstand 6 auftretende Spannung festgelegt, wobei der ohmsche Widerstand des Ankers gegenüber dem Wert des Bremswiderstandes 6 vernachlässigt ist :
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Während des Bremvorganges entspricht die Ausgangsspannung Umv des herabgesteuerten Transduktors 2 der Ankerspannung der elektrischen Maschine 1.
Bei Beginn des Bremsvorganges sind die Ausgangsspannungen Umv des Magnetverstärkers und die Ankerspannung Un der elektrischen Maschine 1 gleich gross ; es ergibt sich für den am Bremswiderstand 6 auftretenden Strom IR die Beziehung :
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Aus IR = Imv + Ib ergibt sich
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In den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen sind die Gleichungen (l)- (4) auf den Nennwert der elektrischen Maschine bezogen, als Funktion von R/Rn in Diagrammform dargestellt ; während die Fig. 4 die Grössen
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derseits ist der Verkleinerung von R/Rn durch das Anwachsen von IR und von Imv eine Grenze gesetzt.
Der Magnetverstärker muss mit entsprechender Reserve ausgelegt werden, so dass er im Augenblick des Einschaltens der Bremseinrichtung den erforderlichen Strom Imv liefern kann, ohne dass seine abgegebene Spannung dadurch unzulässig vermindert wird.
Zur Auslegung des Bremsstromes Lb auf einen während der Bremsdauer konstanten Wert ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Spannung der Konstantspannungsquelle Uz der Nennspannung der elektrischen Maschine Un gleichgesetzt. Für diese Bemessung der Konstantspannungsquelle zeigen die Fig. 2 und 3 in je vier Diagrammen den zeitlichen Verlauf der elektrischen Werte von voller Drehzahl bis zum Stillstand der elektrischen Maschine.
In der Fig. 2 sind entsprechend den Gleichungen (1) - (4) folgende Berechnungswerte zugrunde gelegt :
Aus
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folgt :
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Fig. 3 zeigt in vier Diagrammen den Verlauf der elektrischen Werte bei Bremsung mit doppeltem Motornennstrom.
Aus
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folgt :
IR = 4 N, Nz = 4 Nng imv = 2 in
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des Magnetverstärkers auf den vierfachen Wert des Nennstromes In ansteigen, was im allgemeinen nicht mehr ohne weiteres zulässig sein wird. Es liegt also eine günstige Bemessung dann vor, wenn die Span- nung Uz der Konstantspannungsquelle gleich der Motornennspannung Un gemacht wird, wie die zwei Be- messungsbeispiele in den Fig. 2 und 3 zeigen.
Bei der Konstantspannungsquelle 7 kann eine Leistungseinsparung dadurch erzielt werden, dass man auf eine Konstanthaltung des Bremsstromes bis zum Stillstand verzichtet und nur oberhalb einer fest- gelegten Motordrehzahl den Strom konstant hält, hierauf auf einen kleineren Wert absinken lässt, da bei kleineren Drehzahlen die mechanische Reibung meist eine erhöhte Bremswirkung ausübt oder auch bei verminderter Drehzahl der Zweck der Bremsung, z. B. Beseitigung eines Gefahrenzustandes, bereits erreicht ist.
Die erfindungsgemässe Bremsschaltung ist auch in Steuerschaltungen für eine Drehzahlverminderung nach einem gewünschten Programmablauf anwendbar. Hiebei wird die Aussteuerung des Magnetverstärkers über eine Nachlaufregelung, bei der ein Sollwert, vorzugsweise eine veränderbare Sollspannung mit einem Istwert verglichen wird, verringert. Als Istwert kann die Spannung einer an die elektrische Maschine gekuppelten Tachodynamomaschine herangezogen werden. Da die Ausgangsleistung des Transduktors reduziert wird, verkleinert sich somit der Betrag seines Stromes über den für die Bremsung zugeschalteten Widerstand. Mit dem Rückgang des Spannungsabfalles am Widerstand wird durch den aus der Kon- stantspannungsquelle nachgefübrten, gegebenenfalls vorübergehend überhöhten Bremsstrom die Drehzahl der elektrischen Maschine verkleinert.
Durch einen solchen Einsatz der Bremsschaltung ist es möglich, bei Transport- und Förderanlagen bestimmte Höhen- oder Endlagen über Kopierwerke anzufahren, wobei eine geregelte Drehzahlverminderung auf Stillstand unabhängig von der Belastung des Antriebes stattfindet.
Als Schaltorgan für den dem Anker der elektrischen Maschine parallel schaltbaren Zweipol kann an Stelle des Schützes 5 ein kontaktloses Schaltelement oder eine gesteuerte Gleichrichterstrecke Verwendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bremsschaltung für eine durch Veränderung des von einer steuernden Gleichstromquelle, insbesondere einem Transduktor mit Gleichstromausgang, gelieferten Ankerstromes in ihrer Drehzahl regelbare elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bremsung der elektrischen Maschine an ihren Anker ein Zweipol parallel schaltbar ist, der aus einer Konstantspannungsquelle und einem dieser in Serie geschalteten passiven Schaltelement, vorzugsweise einem ohmschen Widerstand, besteht, an dem ein Spannungsabfall durch den Motorbremsstrom und durch den während der Bremsung auftretenden Transduktorstrom entsteht.