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Regelbremse für Drehstrom-Schleifringläufermotoren, insbesondere für den Antrieb von Schachtförderanlagen
Die besonders im Kranbau bekannte Eldro-Regelbremse ermöglicht durch Einsatz eines Eldro-Regel- bremsgerätes eine praktisch lastunabhängige Drehzahl bestimmter Grösse.
DieEldro-Regelbremse besteht bekanntlich aus einer Doppelbacken-Federbremse, zu deren Lüftung ein elektrohydraulischer Bremslüfter-das"Eldro"-Gerät verwendet wird. Die Lüftkraft wird von einer kleinen drehrichtungsunabhängigen Flügelradpumpe erzeugt, die normalerweise von einem kleinen Drehstrom-Kurzschlussläufermotor angetrieben wird, der etwa 500 W aufnimmt. Das Gehäuse ist mit Öl gefüllt. Bei eingeschaltetem Motor erzeugt die Pumpe einen Öldruck und damit eine Hubkraft unter dem Kolben, die der Bremsfederkraft entgegenwirkt. Bei voller Pumpendrehzahl ist die so erzeugte Druckkraft gross genug, um den Federbalken bis zum Kolbenanschlag zu heben, wobei die Backenbremse voll gelüftet wird.
DieHubkraft der Pumpe ist etwa quadratisch proportional der Pumpenmotordrehzahl. Man kann somit, beispielsweise durch einen variablen Frequenzgeber, der den Eldro-Antriebsmotor mit Strom versorgt, aus diesem Gerät einen Bremsdruckregler machen, der eine Bremskraft von Null bis zur Nennkraft der Federn stufenlos erzeugen kann.
Nimmt man nun als Frequenzgeber den Läufer des Fördermotors, so wird beim Einschalten des Motors zunächst im Läufer die volle Netzfrequenz und die volle Läuferspannung erscheinen und-bei angepasster Spannung - der Pumpenmotor seine volle Drehzahl und Hubkraft erreichen, wodurch die Bremse voll öffnet. Der Fördermotor kann daher anlaufen. Damit sinkt jedoch seine Läuferfrequenz, die Dreh- zahl des Pumpenmotors und die Pumpenhubkraft. Die Backen der Bremse legen sich also mit einer Bremskraft wieder an, die der Differenz zwischen Federkraft und momentaner Hubkraft des Gerätes entspricht.
Bei voller Motordrehzahl ist die Läuferfrequenz und -spannung praktisch Null, die Bremse liegt mit voller Bremskraft auf und der Motor müsste also gegen das volle Bremsmoment arbeiten. Da das Bremsmoment grösser sein muss, als das Motormoment, wird der Motor auf Stillstand abgebremst.
Es ist jedoch klar, dass innerhalb des gesamten Drehzahlbereiches irgendwo ein Gleichgewichtszustand zwischen Motormoment und Gegenmoment, d. i. Arbeitsmomem und Bremsmoment, eintreten muss und dieser Zustand wird bei der"Regeldrehzahl"eintreten. Die Kennlinien des Gerätes zeigen nun, dass diese Regeldrehzahl im Motorbereich fast unabhängig vom Lastmoment bei etwa 2cp/o der vollen Drehzahl liegt. Es entspricht dies einer Rotorfrequenz von etwa 40P ! s. Das bedeutet also, dass man eine Reduktion der Drehzahl auf etwa 1/5 der vollen Drehzahl praktisch unabhängig vom Lastmoment erreichen kann.
Wird nun nicht der Läufer des Drehstrommotors als Frequenzgeber benutzt, sondern ein getrennter Frequenzgeber, der im Bereich 0-50 Hz arbeitet, so kann man die Regeldrehzahl beliebig einstellen.
Derartige Schaltungen benutzen z. B. einen mit konstanter oder variabler Übersetzung von der Motorwelle angetriebenen Frequenzgeber, mit dem man bestimmte Regelbrems-Grunddrehzahlen einstellen kann. An Stelle dieser mechanischen Übersetzung durch Getriebe oder Riemenantriebe können auch polumschaltbare Frequenzgeber verwendet werden.
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Kennzeichnend für alle diese Schaltungen ist der Antrieb des Frequenzgebers von der Welle des Hauptmotor. Für eine stufenlose Drehzahlwahl ist daher ein mechanisches Stellgetriebe notwendig. Abgesehen vom mechanischen Verschleiss solcher Elemente entsteht beim Abbremsen des Hauptmotors durch Erhöhen der Getriebeübersetzung bei der vollen Drehzahl ein Übersynchronismus im Frequenzgeber, der umso höher ist, je kleiner die gewünschte Regeldrehzahl sein soll. Die damit entstehenden übersynchronen Frequenzen hindern ein Einfallen der Bremse. Die Zuschaltung des Frequenzgebers muss daher durch Drehzahlwächter od. ähnl. so lange verhindert werden, bis der Frequenzgeber untersynchrone Frequenzen liefert. Will man z. B. die Regeldrehzahl auf 1/10 der normalen einstellen, so muss das Übersetzungsverhältnis ü = 2 gewählt werden.
Bei synchroner Motordrehzahl n liefert der Frequenzgeber, welcher dann mit 2n läuft, eine übersynchrone Frequenz von 50 Hz. Die Bremse wür- de daher gelüftet bleiben, Um den Motor abzubremsen, muss der Eldromotor zunächst abgeschaltet werden und die volle Bremskraft kommt zur Wirkung. Erst bei etwa der halben Betriebsdrehzahl darf der Frequenzgeber zugeschaltet werden. Bei grösseren Regeldrehzahlen wird deren Einhaltung sehr ungenau, bei kleineren muss noch später zugeschaltet werden. Die Abweichung der Istdrehzahl vom Sollwert bei langsamem Abbremsen von der vollen Drehzahl wird dann sehr lastabhängig.
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keit der Wegstrecke gleich dem f A v. dt ist.
Man darf daher die nach einem Fahrdiagramm vorgeschriebene Fahrgeschwindigkeit nicht von der Motordrehzahl, sondern muss sie von der Lage des Fördermittels in der Förderstrecke ableiten. Der Sollwert der Motordrehzahl muss daher getrennt von einem Stellungsmelder (Teufenzeiger) abgeleitet werden. Dazu muss aber der Frequenzgeber des Eldromotors unabhängig von der jeweiligen Motordrehzahl angetrieben werden, damit eine grössere Regelgenauigkeit auch im Bereich der Drehzahlen von 100 bis zozo der synchronen Drehzahl erzielt wird.
Erfindungsgemäss wird daher eine Antriebseinrichtung des Frequenzgebers vorgesehen, deren Sollwert unabhängig von der Motordrehzahl z. B. von einem Lagerregler gegeben wird, wogegen die Motordrehzahl als Istwert nur als Rückführglied verwendet wird, u. zw. ist Gegenstand der Erfindung eine Regelbremse für Drehstrom-Schleifringläufermotoren, insbesondere für den Antrieb von Schachtfördermaschinen, bei der die mechanische Bremse mit Federkraft od. dgl.
aufgelegt und mit einem hydrau- lischen, durch eine Zentrifugalpumpe gespeisten Bremslüfter gelüftet wird, wobei die Drehzahl dieser Pumpe in regelbare Abhängigkeit von der Drehzahl des zu bremsenden Motors gebracht ist, mit dem Kennzeichen, dass ein elektrisches oder mechanisches Differential verwendet ist, in dem die Drehzahl des Drehstrommotors von einer die Solldrehzahl des Drehstrommotors bestimmenden, willkürlich oder
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sind, dass die abtreibende Welle bzw. die Ausgangsfrequenz des Differentials, sofern die Drehzahlen desDrehstrommotors und des Hilfsmotors die vollen Grössen haben, die Pumpe des hydraulischen Bremslüfters mit einer zum Lüften der Bremse ausreichenden Drehzahl antreibt.
Auf die erfindungsgemässe Weise wird vorteilhaft z. B. die Bremsung einer Schachtförderanlage aus voller Fahrgeschwindigkeit auf eine Einfahr-Schleichgeschwindigkeit bewirkt, ein Vorgang, der bei automatischem Betrieb nötig ist.
Dazu ist die Differenz zwischen der Fördermotordrehzahl als Istwert und einer vorzugebenden Regeldrehzahl auf einem konstanten Wert von etwa 40 Hz zu halten.
Dies kann im Sinne der Erfindung mit Hilfe eines mechanischen oder elektrischen Differentials erreicht werden.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der Schaltung und Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform.
Die Grösse der Regeldrehzahl wird von einem Lageregler abgenommen. Das Potentiometer 1 stellt den gesamten Fahrweg im Schacht (Teufe) dar. Sein Abgriff 2 wird z. B. durch eine Wandermutter vom Teufenzeiger bewegt, der seinerseits von der Fördermaschine angetrieben wird. Die Stellung des Abgriffes ist also ein Abbild der Stellung der Schale im Schacht.
Der Widerstand 3 mit den Abgriffen a-d stellt den Lagesollwert dar. Die Abgriffe entsprechen den einzelnen Haltepunkten im Schacht.
Nach den Zeichnungen steht z. B. die Schale auf Punkt C im Schacht. Soll die Schale z. B. nach Stellung d gebracht werden, so wird das zugehörige Sohlenschütz d durch Druckknopfsteuerung betätigt.
Werden die beiden Teilwiderstände l und 3 zu einer Brücke geschaltet, so zeigt sich zwischen den Punkten 2 und d eine Spannung.
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Die Polarität dieser Spannung ist ein Kennzeichen dafür, ob die Schale gehoben oder gesenkt werden muss.
Das polarisierte Relais 4 schaltet das entsprechende Richtungsschütz ein.
Gleichzeitig wird die Steuerwicklung eines Magnetverstärkers. oder die Basis eines Transistorverstärkers erregt. Da dies unabhängig von der Bewegungsrichtung sein soll, ist ein Gleichrichter 26 vorgeschaltet.
Der Steuerstrom öffnet den Magnetverstärker, wodurch über die Gegenerregung 6 das konstante Feld 7, welches dem Stellmotor eine Drehzahl von z. B. 1000 Umdr/min aufgedrückt, geschwächt wird und die Drehzahl des Stellmotors 8 auf 2 000 Umdr/min erhöht wird.
Der Stellmotor 8 treibt in Fig. 1 das Antriebskegelrad 9 des Differentialgetriebes 10 ; dessen zweites Antriebskegelrad 11 wird entweder direkt vom Fördermotor 12 oder über eine elektrische Welle mit den beiden Selsyn-Maschinen 13 und 14 angetrieben.
Am Beginn des Anfahrvorganges ist die Drehzahl des Fördermotors 12 und damit die Drehzahl des Antriebskegelrades 11 Null. Die Planetenradwelle 15 macht daher 1000 Umdr/min. Ihre Überset- zung über die Kegelräder 16 und 17 ist 1 : 2. Der Frequenzgeber 18 läuft daher mit 2 000 Umdr/min.
Da der Frequenzgeber ebenso wie der Fördermotor z. B. 6-polig ausgeführt ist, entspricht dies einer Frequenz von 100 Hz.
DerEldromotor 20 ist für eine Nennfrequenz von 50 Hz ausgelegt. Die Pumpencharakteristik des Gerätes verbietet einen Betrieb mit 100 Hz. Die Steuerung ist deshalb so ausgeführt, dass das Eldroschütz 19 offenbleibt. Zugleich mit dem Ständerschütz des Fördermotors ist jedoch das Eldro-Netzschütz 21 eingeschaltet worden, wodurch die Fahrbremse gelüftet wird und der Beschleunigungsvorgang beginnt. Mit dem Fördermotor 12 beginnt sich das Kegelrad 11 gegensinnig zum Kegelrad 9 zu drehen. Die Drehzahl der Planetenradwelle 15 sinkt daher analog um den halben, die Drehzahl des Frequenzgebers 18 um den vollen Betrag der jeweiligen Motordrehzahl des Fördermotors 12. Wenn der Fördermotor 12 nach stufenweisem Abschalten seiner Läuferschütze seine Nenn-
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und liefert daher eine Frequenz von 50 Hz.
Mit dem Ansprechen des letzten Läuferschützes wird dann das Eldro-Netzschütz 21 ausgeschaltet und das Eldroschütz 19 eingeschaltet, welches sich selbst hält.
Die Schütze 19. 21 und 22 sind gegenseitig verriegelt. Am Betrieb des Eldromotors 20 ändert sich dabei nichts.
Die Schale fährt jetzt dem Bestimmungsort entgegen.
Nähert sich die Schale dem Bestimmungsort, d. h. wandert der Abgriff 2 desSollwertpotentiome- ters 1 spannungsmässig gegen den eingeschalteten Punkt d des Sollwertwiderstandes 3, so verringert sich die Diagonalspannung der Brücke.
Da der Magnetverstärker 5 stark übersteuert ist, wird erst in unmittelbarer Nähe der Abgriffe der Brücke eine Wirkung eintreten. Der Steuerstrom sinkt und der Magnetverstärker schliesst allmählich.
Damit sinkt die Gegenerregung 6 und die Drehzahl des Stellmotors 8.
Da die Drehzahl des Fördermotors 12 zunächst unverändert bleibt, sinkt im gleichen Masse die Drehzahl des Frequenzgebers 18 und des Eldromotors 20. Ist diese Frequenz auf etwa 40 Hz abgesunken, so beginnen sich entsprechend der Eigencharakteristik des Eldrogerätes die Bremsbacken anzu - legen und bremsen den Fördermotor ab.
Zugleich wird über einen Endschalter an der Bremse, dosiert über eine an sich bekannte Lastwaage, die Läuferschützenstellung, und damit das Drehmoment des Fördermotors 12 dem jeweiligen Lastmoment angepasst. Das Sinken der Fördermotordrehzahl hebt die Drehzahl des Eldromotors 20 und wirkt vermindernd auf die Bremsung. Es stellt sich also ein Gleichgewicht zwischen Motordrehzahl und Stellmotordrehzahl ein.
Stimmt der Abgriff 2 mit dem Punkt d potentialmässig überein, so hat der Stellmotor 8 eineDrehzahlvonetwa800 Umdr/min, dieBremsehindertdaherdenFördermotor 12 mit einer höheren als der Einfahr-Schleichdrehzahl zu fahren.
Die Endstellung der Schale wird vom Sohlenendschalter angezeigt, der das Ständerschütz und alle Eldroschütze abschaltet und durch Einfallen der Bremse die Anlage stillsetzt.
Bei einem neuen Fahrtbefehl wird der Endschalter durch eine bekannte Fahrautomatik überbrückt und der Vorgang beginnt von neuem.
Wenn die Schleichdrehzahl mit 1/5 der Nenndrehzahl ausreicht, kann man mit dem Eldro-Schleifringschütz 22, ausgelöst durch z. B. einen Fliehkraftschalter auf die übliche Eldroregelbremse übergehen. Dies geschieht auf jeden Fall bei Korrekturbewegungen der Schale mit Handsteuerung.
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An Stelle des mechanischen Differentialgetriebes kann vorteilhaft auch ein elektrisches Differential verwendet werden (Fig. 2).
Der Fördermotor 12 treibt einen gleichpoligen Frequenzwandler 24 gegen sein Netzdrehfeld und erzeugt daher zwischen Stillstand und Nenndrehzahl des Fördermotors 12 eine Frequenz von 50 bis 100 Hz. Diese z. B. im Läufer entstehende Frequenz wird dem Ständer eines z. B. 6-poligen DSSchleifringläufermotors 25 zugeführt.
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wird.
Die Frequenz 50-100 Hz tritt nur während des Anlassvorganges auf und wird wie zuvor gesperrt.
Während des Bremsvorganges liefert die Differentialmaschine 25 eine Frequenz von 50 bzw.
40 bis 0 Hz.
Die übrigen Verhältnisse bleiben gleich.
Verzichtet man auf die Lageregelung, so kann an Stelle des Stellmotors 8, Fig. 1 bzw. 2, eine Schwungmasse eingesetzt werden, die, geeignet ausgelegt, eine Drehzahlverminderung der Diffe- rential-Eingangsdrehzahlherbeiführt, da die Schwungenergie durch den Verbrauch des Eldrogerätes auf- gezehrt wird. Während des Anlaufvorganges wird die Schwungmasse von einem kleinen DS-Hilfsmotor hochgefahren, der bei Bremsbeginn wieder abgeschaltet wird.
Da der Fördermotor in beiden Drehrichtungen laufen muss, werden die Drehfelder der Hilfsmaschi- nenbzw. dieDrehzahldesStellmotors der gewünschten Förderrichtung entsprechend umgeschaltet (Um- kehrschütz 23, Fig. 1).
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelbremse für Drehstrom-Schleifringläufermotoren, insbesondere für den Antrieb von Schachtfördermaschinen, bei der die mechanische Bremse mit Federkraft od. dgl. aufgelegt und mit einem hydraulischen, durch eine Zentrifugalpumpe gespeisten Bremslüfter gelüftet wird, wobei die Drehzahl dieser Pumpe in regelbare Abhängigkeit von der Drehzahl des zu bremsenden Motors gebracht ist, gekennzeichnet durch ein elektrisches (25) oder mechanisches Differential (10), in dem die Drehzahl des Drehstrommotors (12) von einer die Solldrehzahl des Drehstrommotors (12) bestimmenden, willkürlich oder selbsttätig in Abhängigkeit von Weg, Zeit od. dgl. verstellbaren, von einem Hilfsmotor (8) erzeugten Hilfsdrehzahl subtrahiert wird und wobei die mechanischen bzw.
elektrischen Übersetzungen so gewählt sind, dass die abtreibende Welle (17), bzw. die Ausgangsfrequenz des Differen- tials (10, 25), sofern die Drehzahlen des Drehstrommotors (12) und des Hilfsmotors (8) die vollen Grössen haben, die Pumpe (20) des hydraulischen Bremslüfters mit einer zum Lüften der Bremse ausreichenden Drehzahl antreibt.