DD225887A3 - Schaltung zum abbremsen eines einphasen- oder gleichstrom-reihenschlussmotors hochtouriger maschinen, insbesondere zentrifugen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlussmotors hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen. Ziel der Erfindung ist es, die Zeit fuer das Abbremsen zu verkuerzen. Die Aufgabe bestand darin, eine Bremsschaltung zu schaffen, die auch im unteren Drehzahlbereich ein ausreichendes Bremsmoment erzeugt. Ausser dem Ankerstromkreis und dem Erregerstromkreis ist erfindungsgemaess vorgesehen: Als Gleichrichter ist ein an eine Ansteuerschaltung angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter gewaehlt. Die Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit sind durch einen Optokoppler miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist eingangsseitig an den Tachogenerator angeschlossen. Sie ist aus einem ersten und zweiten Spannungs-Strom-Wandler, einem Spannungs-Spannungs-Wandler und einem Feldeffekttransistor zusammengesetzt. Fig. 1

Description

Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotors hochtouriger Maschinen, insbesondere

Zentrifugen

Anwendungsgebiet'der Erfindung:

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Abbremsen von Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotoren. Derartige Motors besitzen ein großes Anzugsmoment und die Fähigkeit, sich wechselnden Belastungen gut anzupassen. Sie werden deshalb auch zur Erzeugung hoher Beschleunigungen, z. B. für Zentrifugen, eingesetzt. Die Schaltung kann in entsprechender Ausführung zur Bremsung der Motoren aller Anwendungsgebiete verwendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Zum Abbremsen von Reihenschlußmotoren muß durch eine Schalthandlung die Umkehrung des Drehmomentes gegenüber dem des motorischen Betriebs erreicht werden. Je nach Art der hierfür verwendeten Schaltung ist dann bekannterweise eine ITutz-,

Widerstands- oder Gegenstrombremsung möglich. Für die Widerstandsbremsung ist eine große Anzahl Schaltungen entwickelt worden (z. B* DD-PS 85 803, 118 487, DE-EB 1 200 424, 2 002768, 2 135 324, 2 228 735, 2 541 113, 2 608 581, 2 640 745, 2 824 045),

Die Bremsschaltung gemäß DE-OS 2 640 745 beinhaltet eine Widerstandsbremsung mit gesteuerter Fremderregung. Ein im Erregerstromtoreis eingeschalteter Transistor wird in Anhängigkeit von einer über den Bremswiderstand abfallenden Spannung ausgesteuert. Bei Wahl der richtigen Polarität wird das Feld bei hohen Drehzahlen nur schwach erregt, mit abnehmender Drehzahl wird die Erregung stärker. Das Bremsmoment ist über einen gewissen Drehzahlbereich annähernd gleich, fällt aber im unteren Drehzahlbereich stark ab. Die Bremszeit ist infolgedessen noch relativ lang.- Zur Abkürzung der Bremszeit ist diese Schaltung entsprechend DE-OS 2 824 045 um eine Gegenstrombremsschaltung erweitert worden· Letztere wird in der ersten Bremsphase betrieben, die erstgenannte Schaltung danach in.der zweiten 3remsphase. Unbefriedigend ist nach wie vor die Abbremsung im unteren Drehzahlbereich· Die Anordnung zum dynamischen Bremsen eines Gleichstrommotors gemäß DD-PS 118 487 verwendet das gleiche V/irkprinzip wie die in der DE-OS 2 640 745 beschriebene. Die vom Bremswiderstand abgenommene Spannung liegt über eine Kennlinienformungsanordnung an einen beeinflußbaren, vordurchfluteten und rückgekoppelten Magnetverstärker an, dessen Ausgang mit der Erregerwicklung verbunden ist. Die Kennlinienformungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei Schwellwertschaltungen. Die. Schaltung mit dem niederen Schwellwert ist an die rückkoppelnde Steuerwicklung, die mit dem höheren Schwellwert an die mitkoppelnde Steuerwicklung des Magnetverstärkers geführt. Die Anordnung realisiert ein bis zum unteren Drehzahlbereich reichendes konstantes Drehmoment. Die Abbremsung in diesem Bereich ist zu gering. Der Hagnetverstärker bedingt einen verhältnis-^·. · mäßig hohen Aufwand an Leitungsmaterial (Kupfer) und ein

großes Bauvolumen. Die Anordnung ist auf Grund der zahlreichen mechanischen Schalter (6-Ebenen-Schalter) störanfällig.

Schließlich ist in der DE-OS 2 228 735 eine Einrichtung zum gesteuerten Abbremsen eines Elektromotors beschrieben· Die Einrichtung ist speziell für den Transport eines Magnetbandspeichers mit definiertem Weg-Zeit-Verhältnis konzipiert. Sie beinhaltet nicht nur eine Bremsschaltung im engeren Sinne, sondern hauptsächlich eine Segelschaltung zum Abbremsen des Motors, Die Regelschaltung besteht aus einem Geschwindigkeitsmesser (Tachometer), einem V/egrnesser, einem Soll-Geschwindigkeits-Speicher und einem Vergleicher· Im Vergleicher erfolgt der Vergleich des Ist-Geschwihdigkeitssignals und des Soll-Geschwindigkeitssignals. Bei Abweichung wird ein Signal für die Steuerschaltung des Motors erzeugt. Die· Steuerschaltung enthält eine mit Transistoren bestückte Brückensehaltung, in deren Diagonale der Motoranker eingefügt ist. Die vier Basiselektroden werden von dem Vergleicher gesteuert. Die digitale Ausführung der Hege!schaltung enthält eine Vielzahl von Bauelementen« Die beschriebene Einrichtung erzeugt kein konstantes Bremsmoment. Mit ihr sind nur kleine Bremsleistungen realisierbar. Sie ist für kleine Motoren und niedrigtourigs Antriebe geeignet.

Ziel der Erfindung:

Die Erfindung hat das Ziel, die Zeit für das Abbremsen hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen, zu verkürzen.

Darlegung des V/esens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Bremsschaltung für Gleichstrommotore von Zentrifugen zu.schaffen, die auch im unteren Drehzahlbereich ein ausreichendes Bremsmoment erzeugt.

Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein: einen den Bremswiderstand enthaltenden AnkerStromkreis, einen einen Transformator und einen Gleichrichter einschließenden Erregerstromkreis und einen an die Motorwelle angekoppelten Tachogenerator. Erfindungsgemäß ist vorgesehen: Als Gleichrichter ist ein an eine Ansteuerschaltung angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter gewählt. Die Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit sind durch einen Optokoppler miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist eingangsseitig an den Tachogenerator angeschlossen. Sie ist aus einem ersten Spannungs-Strom-V/andler, einem zweiten Spannungs-Strom-v/andler, einem Spannungs-Spannungs-«Vandler und einem Feldeffekttransistor zusammengesetzt. Eingangsseitig sind der erste Spannungs-Strom— Wandler und der.. Spannungs-Spannungs-Wandler an- den Tachogenerator und der zweite Spannungs-Strom-v/andler an den Sollwertgeber angeschlossen. Beide Spannungs-Strom—./"andler schließen in ihren-Ausgangskreis die Singangsstufe des Optokopplers ein. Der Feldeffekttransistor ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Spannungs-Spannungs-«¹/andler s verbunden und ausgangs seitig parallel zum Eingang des ersten Spannungs—Strom—V/andiers geschaltet.

Ausführungsbeispiel:

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild der Schaltung

Fig. 2 das Blockschaltbild der Steuereinheit;

Fig. 3 das Drehzahl-Feldstrom-Diagramm der Schaltung

Die in Figo 1 dargestellte Schaltung setzt sich aus folgenden Teilschaltungen und wichtigen Funktionselementen zusammen: dem AnkerStromkreis 1, dem Erregerstromkreis 2, einer Ansteuerschaltung 3, einem Optokoppler 4, einer Steuereinheit 5 mit Sollwertgeber 6 und einem Tachogenerator 7·

Der Ankerstromkreis wird durch den Motoranker 8, den Bremswiderstand 9 und ein Schaltkontakt 10 gebildet· Der Erregerstromkreis 2 enthält die Feldwicklung 11, die Sekundärwicklung eines Transformators 12 und einen Thyristor 13 als Gleichrichter. Der Steueranschluß 14 des Thyristors 13 ist mit dem Ausgang 15 eier Ansteuerschaltung 3 verbunden· Die Betriebsspannungsleitung 16 der Ansteuerschaltung 3 enthält einen Schaltkontakt 17 und eine Gleichrichterdiode 18* Der Eingang 19 der Ansteuerschaltung 3 ist mit der Ausgangsstufe 20 des Optokopplers 4 verschaltet, deren Eingangsstufe 21 mit dem Ausgang 22 der Steuereinheit 5 verknüpft ist. Der Eingang der Steuereinheit 5 steht mit den Spannungsklemmen des Tachogenerators 7 in Verbindung. Sr ist über- einen Widerstand -24 an den Eingang eines ersten Spannungs-Strom-Wandlers 25 und über einen weiteren "Widerstand 26 an den Eingang eines Span-nungs-Spannungs-Wandlers 27 geführt· Der 'Wandler 25 ist mit einem -Regelwiderstand 28, der Wandler 27 mit einem Hegelwiderstand 29 beschaltet. Der als Regelwiderstand ausgeführte Sollwertgeber 6 ist mit dem Eingang eines zweiten Spannungs—Strom— Wandlers 30 verbunden, der mit einem Regelwiderstand 31 beschaltet ist. Die Ausgänge der Wandler 25; 30 stehen über eine aus ./iderständen aufgebaute Strcruteilerschaltung 32 in Verbindung. Die Wandler 25; 30 enthalten in ihren Ausgangskreisen gemeinsam die Eingangsstufe 21 des Optokopplers 4. Der Eingang eines Feldeffekttransistors 33 ist mit dem Ausgang des Wandlers 27 verknüpft. Ausgangsseitig ist der Feldeffekttransistor 33 parallel zum Eingang des Wandlers 25 geschaltet. Als Wandler 25; 27; 30 können üblicherweise Operationsverstärker eingesetzt werden. Der Tachogenerator 7 ist an die Motor— welle 38 gekoppelt.

Die Funktion der Schaltung wird durch manuelles oder maschinelles Betätigen der Schaltkontakte iO; 17 eingeleitet. Dadurch werden direkt der Ankerstromkreis 1 und indirekt der.Erregerstromkreis 2 über die Ansteuerschaltung 3 und den zündenden

Thyristor 13 geschlossen. Der Thyristor 13 läßt einen Teil . der negativen Halbwelle durch die Feldwicklung'11 passieren. Die Dauer des Stromflusses wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motorankers 8 durch die Steuereinheit 5 und die Ansteuerschaltung 3 gesteuert. Die Ansteuerschaltung 3 hat die Funktion einer üblichen Phasenanschnittsschaltung und ist auch wie eine solche aufgebaut. Der Optokoppler 4· fungiert als rückkopplungsfreies Übertragungsglied zwischen ihr und der Steuereinheit 5· Die Steuereinheit 5 erzeugt im oberen Drehzahlbereich ein nahezu gleichbleibendes Ausgangssignal, wodurch der i'eldstrom I^ den im Abschnitt 35 der Drehzahl-Feldstrom-Kurve 34 dargestellten Verlauf nimmt. Die Steilheit des Abschnitts 35 wird hauptsächlich durch den Spannungs-Spannungs—Wandler 27 beeinflußt; sie kann mit dem Regelwider— stand 29 eingestellt werden. Bei Annäherung an den unteren Drehzahlbereich, etwa bei η = 1OOO Umdrehungen pro Minute, wächst das Ausgangssignal stark an« Der -ö'eldstrom L-, nimmt stark zu - Abschnitt 36 der Kurve 34·. Die Feldstromstärkeaunahme wird durch den Spannungs-Strom—Wandler 30 bewirkt. Sie kann vermittels des Sollwertgebers 6 eingestellt werden. Auf die bei niedrigen Drehzahlen einsetzende Stromstärkeabnahme hat der Spannungs-Strom-Wandler 25 maßgeblichen Einfluß. Sie ist in der Fig. 3 als'Abschnitt 37 der Kurve 34- dargestellt. Das Ausmaß der Abnahme kann mit dem Regelwiderstand 28 beeinflußt werden.

Die durch die Abschnitts 36; 37 repräsentierte Feldstromspitze im unteren Drehzahlbereich wirkt einer Abnahme des Ankerstromes I₁, derart entgegen, daß bis zu Drehzahlen von η - 150 · - 200 Umdrehungen pro Minute ein ausreichend starkes, konstantes Bremsmoment wirkt.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch.:

   Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotors hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen, mit einem den Bremswiderstand enthaltenden Ankerstromkreis, einem einen Transformator und einen Gleichrichter einschließenden Srregerstromkreis und einem an die Motorwelle angekoppelten Tachogenerator, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter ein an eine Ansteuerschaltung (3) angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter (13) vorgesehen ist, die Ansteuerschaltung (3) und eine Steuereinheit (5) durch einen Optokoppler (4) miteinander,verbunden sind, die Steuereinheit (5)' eingangsseitig an den Tachogenerator (7) angeschlossen ist und aus" einem ersten Spaönüngs-Stromtfandler (25), einem zweiten Spannungs-Strom-V/andler (30), einem Spajanungs-Spannungs-Wandler (27) und einem Feldeffekttransistor (33) zusammengesetzt ist, v/obei eingangsseitig der erste Spannungs-Strom-V/andler (25) und der Spannungs-Spannungs—/andler (27) an den Tachogenerator (7) und der zweite Spannungs-Strom-V/andler (30) an den Sollwertgeber-.(6) angeschlossen sind, beide Spannungs-Strom-«'/ an dl er (25; 30) in ihren Ausgangskreis die Eingangsstufe (21) des Optokopplers (4-) einschließen und der Feldeffekttransistor (33) eingangsseitig mit dem Ausgang des Spannungs-Spannungs-V/andlers (27) verbunden und ausgangsseitig parallel zum Eingang des ersten Spannungs-Strom-wandlers (25) geschaltet ist.