CH645219A5 - Emergency braking device for a DC motor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Notbremsvorrichtung für einen Gleichstrommotor mit mehreren Bremswiderstandsstufen, die bei Ausfall der Speisespannung stufenweise nacheinander in den Ankerkreis geschaltet werden, wobei gleichzeitig die Ankerspannung oder ein Teil davon auf die Erregerwicklung geschaltet wird.

In vielen Anwendungsfällen von Gleichstrommotoren müssen Vorkehrungen zur geführten Abbremsung einer Maschine bei plötzlichem Netzausfall getroffen werden. Beispielsweise sind solche Vorkehrungen notwendig, wenn nach dem Ausfall des Netzes aufgrund von Unwuchten des rotierenden Systems Oberdrehzahlen zu erwarten sind, durch die die Anlage beschädigt werden könnte. Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, mechanische Bremsen vorzusehen, die automatisch bei Stromausfall wirksam werden. Solche Bremsen bedürfen aber einer regelmässigen Wartung, und sie werden auch im Störfall stark beansprucht, insbesondere wenn die zu vernichtende kinetische Energie gross ist.

Es wurde auch bereits eine elektrische Notbremsung vorgeschlagen, dergemäss Bremswiderstände in den Ankerkreis des Motors bei Netzausfall eingeschaltet werden. Gleichzeitig muss jedoch die Erregung des Motors aufrechterhalten bleiben, indem etwa die Erregerwicklung von der normalen Erregerstromquelle abgetrennt und über einen Vorwiderstand an den Anker des Motors angeschaltet wird. Für diese Umschaltfunktionen bei Netzausfall sind bisher Umschaltrelais eingesetzt worden, die aus dem Netz gespeist werden, bei Netzausfall abfallen und die oben erwähnten Umschaltungen vollziehen.

Im Zuge der Halbleiterentwicklung erscheint es auch sinnvoll, den Einsatz von Leistungsthyristoren als Ersatz für die Umschaltrelais zu untersuchen, wobei für die Zündung der Thyristoren Kurzzeitspeicher für die Zündenergie vorgesehen werden müssen, z.B. Kondensatoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Notbremsvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass möglichst wenig Thyristoren und damit Zündenergiespeicher vorzusehen sind. Dieses Kriterium ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn, wie hier, eine mehrstufige Abbremsung erforderlich ist. Hierunter versteht man eine Schaltung, bei der der Bremswiderstand im Ankerkreis im Verlauf einer Abbremsung aus Nenndrehzahl stufenweise verkleinert wird,

so dass das Bremsmoment einen gewünschten Verlauf nimmt. Soll gleichzeitig der Erregerspannungsabfall einen anderen gewünschten Verlauf nehmen, so wären zahlreiche Thyristoren nötig, um die ansonsten für die Durchführung der gewünschten Schaltfunktionen notwendigen Relais zu ersetzen.

Durch die Erfindung gemäss Anspruch 1 wird eine Notbremsvorrichtung angegeben, bei der mittels nur eines Thyristors pro Bremsstufe ein gewünschter Bremswiderstand in den Ankerkreis und ein geeigneter Vorwiderstand, der von Stufe zu Stufe verschieden sein kann, in den Erregerkreis eingeführt wird.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsfor-men der Erfidnung wird auf die abhängigen Ansprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemässen Notbremsvorrichtung.

Der abzubremsende Motor 1 ist ein Gleichstrom-Neben-schlussmotor, der aus einem Netz, z.B., einem Dreiphasen-wechselstromnetz über eine Dreiphasen-Thyristorbrücke 2 im Normalbetrieb mit Strom versorgt wird. Die Erregerwicklung 3 des Motors 1 wird aus einem Netz über einen Trenntransformator 4a und einen Gleichrichter 4 mit dem notwendigen Erregerstrom gespeist.

Fällt das Netz aus, das die Thyristorbrücke 2 und den Gleichrichter 4 speist, dann soll ein Bremswiderstand 5 in den Ankerkreis des Motors eingeschaltet werden. Hierzu ist der Bremswiderstand 5 über einen Thyristor 6 in den Ankerkreis eingefügt. Gegebenenfalls kann ein Teil des Bremswiderstands durch einen weiteren Thyristor 6a in der Endphase der Bremsung kurzgeschlossen werden. Die beiden Thyristoren werden durch Zündschaltung 6b bzw. 6c gezündet, die je einen Zündenergiespeicher aufweisen.

Bei Netzausfall muss die Felderregung aufrechterhalten bleiben. Dies wird erreicht, indem der Verbindungspunkt des Thyristors 6 und des Bremswiderstands über eine Entkopplungsdiode 19 und einen Vorwiderstand 7 mit dem positiven Pol der Erregerwicklung verbunden wird. Zur Unterdrückung unzulässiger Überspannungen an der Feldwicklung 3 dient ein Schutzwiderstand 9, und zur Strombegrenzung im Erregerkreis im Normalbetrieb dient ein Widerstand 8 zwischen der Feldwicklung 3 und dem Gleichrichter 4.

Die Drehzahlregelung des Motors 1 im Normalbetrieb erfolgt über einen Regelkreis, dem als Führungsgrösse ein in einem Drehzahlsteller 11 festgelegter Sollwert und ein aus einer Tachomaschine 10 abgeleiteter Istwert zugeführt wird. Zum Regelkreis gehört weiter ein Drehzahlregler 12 und ein Stromregler 13, dessen Sollwert vom Drehzahlregler und dessen Istwert von einem Stromwandler in der Netzzuleitung der Thyristorbrücke 2 kommt. Die Regelspannung am Ausgang des Stromreglers 13 wird einem Steuersatz 14 zugeführt, der die geeigneten Zündimpulse für die sechs Thyristoren der Brücke 2 liefert.

Bei gewissen Betriebszuständen ist es möglich, dass das rotierende System eine Unwucht besitzt, die das System über die eingestellte Betriebsdrehzahl beschleunigt. Um dies zu verhindern, sind elektronische Melder 15 und 16 vorgesehen, die die Zündsteuereinrichtungen 6b und 6c einschalten, wenn eine absolute Überdrehzahl festgestellt wird (Melder 16) oder wenn eine länger andauernde grosse negative Drehzahlabweichung vorliegt, d.h. die Drehzahl des Motors grösser als der Sollwert (Melder 15) ist. Man berücksichtigt hier nur länger andauernde Drehzahlabweichungen, um zu verhindern, dass kurzzeitige Schwingvorgänge die Bremsung auslösen.

Ist man gewiss, dass keine Drehrichtungsumkehr des Motors im Betrieb auftreten kann, dann kann man den

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30

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Bremswiderstand in Serie mit dem Schaltthyristor 6 bzw. den Schaltthyristoren unmittelbar an die Klemmen des Ankerkreises des Motors 1 anschliessen. Man kann dieser Gefahr aber auch begegnen, indem man, wie in der Figur dargestellt, eine Vierweg-Gleichrichterbrücke 17 der ungesteuerten Bauart 5 über Sicherungen 17a zwischenschaltet, wobei der Ankerkreis an die wechselstromseitigen Anschlüsse der Brücke angelegt ist.

Bei Netzausfall wird die in der Zündschaltung 6b gespeicherte Zündenergie freigegeben und dem Thyristor 6 zuge- i« führt. Damit schliesst auch gleichzeitig der Ankerkreis über den Bremswiderstand, so dass der Bremsstrom fliessen kann. Die Erregerwicklung 3 wird über den Vorwiderstand 7 mit der auftretenden Ankerspannung versorgt. Es bedarf also keiner weiteren Schaltgeräte oder zusätzlicher Thyristoren für 15 die Aufrechterhaltung der Erregung.

Voraussetzung hierfür ist, dass der Erregerkreis im Normalbetrieb vom Netz gleichstrommässig isoliert ist, z.B. über den Trenntransformator 4a.

Durch eine mehrstufige Bremsung wird der Bremsweg 20 abgekürzt. Hierzu wird ein Teil des Bremswiderstands durch den zweiten Thyristor 6a bei kleinerer Drehzahl bzw. Ankerspannung überbrückt. Zusätzlich wird entweder der Istwert der Tachomaschine 10 ausgewertet und, wenn dieser kleiner als ein festgelegter Wert ist, die Steuerung freigegeben, oder 25

der Freigabewert wird direkt vom Bremswiderstand 5 abgeleitet.

Auf diese Weise lassen sich auch mehrstufige Bremsschaltungen realisieren, indem weitere Thyristoren weitere Teile des Bremswiderstands 5 kurzschliessen. Will man den Widerstand im Erregerkreis langsamer reduzieren als den Bremswiderstand, so muss man lediglich an die Kathode des jeweils neu zugeschalteten Thyristors die Serienschàltung einer Diode 19a gleich der Diode 19 und eines geeigneten Vorwiderstands 7a anschliessen, wie dies für den Thyristor 6a gezeigt ist.

Die Erfindung ist nicht in allen Einzelheiten auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise immer dann der Thyristor 6 durch die Parallelschaltung oder die Serienschaltung mehrerer Thyristoren ersetzt werden, wenn die geforderten Ströme oder Spannungen die Grenzwerte eines einzigen Thyristors übersteigen. Weiter kann die erfindungsgemässe Vorrichtung auch in Verbindung mit einer Nutzbremsung verwendet werden, bei der eine Bremsung mittels Polumkehr der Thyristorbrücke 2 erfolgt, wenn die Bremsung ohne Netzausfall eingeleitet werden soll. Der Bremswiderstand 5 wird dann nur wirksam, wenn wirklich keine Nutzbremsung mehr möglich ist. Die Logik zur Umsteuerung der Brücke 2 in den Wechselrichterbetrieb ist in der Figur mit 18 bezeichnet.

1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Notbremsvorrichtung für einen Gleichstrommotor mit mehreren Bremswiderstandsstufen, die bei Ausfall der Speisespannung stufenweise nacheinander in den Ankerkreis geschaltet werden, wobei gleichzeitig die Ankerspannung oder ein Teil davon auf die Erregerwicklung geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Bremsstufe nur ein Thyristor (6, 6a) als Schaltglied vorhanden ist, der durch eine Zündschaltung (6b, 6c) mit speicherbarer Zündenergie gezündet wird, und dass im während der Bremsung wirksamen Erregerkreis auf jeder Bremsstufe die Serienschaltung eines Gleichrichters (19, 19a), eines Vorwiderstands (7, 7a) und der Erregerwicklung (3) liegt, wobei diese Serienschaltung zu dem jeweils wirksamen Bremswiderstand (5) parallel angeordnet ist.

2. Notbremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremswiderstand (5) aus einer Voll-weg-Gleichrichterbrücke (17) gespeist wird, die wechsel-stromseitig im Ankerkreis des Gleichstrommotors (1) liegt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Notbremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerenergie im Normalbetrieb über einen Trenntransformator (4a) zugeführt wird.