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Bremsschaltung, insbesondere Senkschaltung für Drehstrom-Schleifringläufermotoren
Das untersynchrone Senkbremsen von Hebezeugantrieben mit Schleifringläufermotoren
erfüllt nicht alle Anforderungen, die gestellt werden müssen. Mit Doppelmotorantrieben
ist ein idealer Verlauf der Bremskennlinien bekanntlich erreichbar. Die Doppelmaschine
stellt jedoch einen erheblichen Aufwand dar. Auch sollte man von jeder Lösung Abstand
nehmen, die das Schwungmoment des Hebezeugantriebes gegenüber der Einmoto:renausführung
vergrößert.
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Als ideale Antriebe für Hebezeuge lassen sich daher nur Einmotorenantriebe
bezeichnen, sofern eine entsprechende untersynchrone Bremsung das Feinsenken jeder
angehängten Last gestattet.
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Die bisher bekannten Maßnahmen für das untersynchrone Senkbremsen
bei Hebezeugantrieben beruhen entweder auf dem Gegenstrombremsen mit Hubverhinderungseinrichtungen
oder auf der Erzeugung eines zusätzlichen gegenläufigen Drehfeldes oder auf der
Gleichstromerregung der Drehstromwicklung. Allen drei Lösungen ist beispielsweise
der Nachteil gemeinsam, daß der leere Haken nicht mit verminderter Geschwindigkeit
abwärts bewegt werden kann. Die Hubverhinderungseinrichtungen sind störanfällig,
und die Sonderschaltungen, die ein zusätzliches Drehfeld erzeugen, haben bei voller
Bremswirkung außergewöhnlich hohe Stromaufnahme. Eine Gleichstromerregung der Drehstromwicklung
erscheint nur wirtschaftlich, wenn als Gleichspannungsquelle ein Gleichrichter verwendet
werden kann. Bisher war eine Gleichstromerregung einer Drehstromwicklung, die gleichzeitig
an das Drehstromnetz angeschlossen ist, durch Gleichrichter ohne entsprechenden
Aufwand nicht möglich, denn der über den Gleichrichter fließende Wechselstrom zerstört
den Gleichrichter. Man mußte daher bei Gleichstrombremsung von Drehstrommotoren
mit Hilfe--von- Gleichrichtern mit der Einschaltung des Gleichrichters warten, bis
das Drehfeld des Motors abgeklungen ist. Diese Forderung führt zu einer Freifallstellung
oder zu zusätzlichen Bremsanordnungen oder -schaltungen und schränkt die Anwendung
von Bremsgleichrichtern im Hebezeugbetrieb ein.
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Die Erfindung betrifft eine Bremsschaltung, insbesondere Senkschaltung
für Drehstrom-Schleifringläufermotoren in Einmotorenausführung, bei denen eine im
Dreieck geschaltete Wicklung an einer Stelle zum Zwecke der Einspeisung von Bremsgleichstrom
geöffnet ist, bei der jedoch die genannten Nachteile vermieden werden. Die Erfindung
ermöglicht den gleichzeitigen Anschluß eines Drehstrom-Schleifringläufermotors an
ein Drehstromnetz und au einen Bremsgleichrichter. Voraussetzung ist Dreieckschaltung
der Primär- und der Sekundärwicklung.
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Erfindungsgemäß wird der Bremsgleichstrom während eines ein- oder
mehrphasigen Anschlusses der in Dreieck geschalteten Primärwicklung an das Drehstromnetz
in die Sekundärwicklung eingespeist.
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Sind in einem Drehstrommotor keine Nullfelder -das sind hauptsächlich
Felder von dreifacher Polzahl der Grundwelle - vorhanden, so ist die Umlaufspannung
in einem Wicklungsdreieck gleich Null. Man kann daher ein Wicklungsdreieck öffnen
und einen Gleichrichter einfügen, der einen längs der Dreieckseiten fließenden Gleichstrom
hervorruft, ohne daß der Gleichrichter durch einen im Dreieck fließenden Wechselstrom
zerstört wird. Der in allen drei Phasen in gleicher Richtung fließende Gleichstrom
erzeugt ein Bremsfeld von dreifacher Polzahl gegenüber der Feldgrundwelle, und beide
Felder überlagern sich während des Bremsbetriebes. Nullfelder sind beispielsweise
immer dann nicht vorhanden, wenn die Primärwicklung ein geschlossenes Dreieck bildet.
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Bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schaltungen und deren
Wirkungsweise werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Dabei sind
in allen Anordnungsskizzen die Primärwicklungen mit 1, deren Einzelwicklungen mit
2, die Sekundärwicklungen mit 3, deren Einzelwicklungen mit 4 und die Läuferwiderstände
(Anlaßwiderstände) mit 5 bezeichnet. In den graphischen Darstellungen bedeutet stets
die Abszisse das Motordrehmoment 1T und die Ordinate die Motordrehzahl n.
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In der Anordnung nach Fig. 1 werden die Einzelwicklungen 4 des Läufers
und die Läuferwiderstände 5 von einem an der Aufspaltungsstelle- angeschlossenen
netzgespeisten Gleichrichter 6 mit Gleichstrom gespeist. Stellt die Läuferwicklung
wie in diesem gezeigten Beispiel die Sekundärwicklung dar, so wird eine Schltifringableitung
aufgespalten, so daß insgesamt
vier Schleifringe notwendig werden.
Ist urngekehrt die Ständerwicklung Sekundärwicklung, läßt sich der zusätzliche Aufwand
eines vierten Schleifringes umgehen. Die Widerstände 5 sind zweckmäßig in Dreieck
zu schalten.
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Das Gleichstrom-Bremsfeld dreifacher Polzahl ruft in der in Dreieck
geschalteten Primärwicklung 1 einen Umlaufstrom hervor, dessen Feld eine Polzahl
hat, die der Polzahl des Bremsfeldes entspricht. Es entsteht daher der bekannte
Drehmomentverlauf der Gleichstrombremsung mit einem Kippmoment in der Nähe des Motorstillstandes.
Fig. 2 zeigt graphisch diese Abhängigkeit vom Moment M und der Drehzahl n. Wird
der Drehstrommotor gleichzeitig mit Drehstrom und Gleichstrom gespeist, so ist,
da diese Speisung nur auf den unteren Bremsstufen in Frage kommt, stets ein hoher
Läuferwiderstand eingeschaltet. Der über die Läuferwiderstände fließende Gleichstrom
stellt daher kaum eine zusätzliche Belastung des Gleichrichters dar.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung gestattet in Verbindung mit
der üblichen Betriebsweise des Schleifringläufermotors den freifallosen Übergang
von der untersynchronen Gegenstrombremsung zur übersynchronen Bremsung, und umgekehrt.
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Die kombinierte Drehstrom-Gleichstrom-Einspeisung kann auch bei einer
Hubschaltstellung des Hebezeugantriebes angewandt werden; sie liefert dort eine
besonders flache Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, die zum Anheben aller Lasten mit
einer kleinen Geschwindigkeit geeignet ist. In Fig. 3 wird dies durch die untere
Kurve angedeutet, wogegen die obere Kurve für bekannte Anordnungen gültig ist.
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Wesentlich ist jedoch vor allem der Fortschritt, der sich beim Senkbetrieb
des Hebezeugantriebes erzielen läßt. Zunächst einmal kann die Gleichstrom-Bremskennlinie
mit einer der bekannten Gegenstrom-Bremskennlinien kombiniert werden. Diese Kombinationskennlinie
zeigt Fig. 4. Die Kombination ergibt eine wirksame elektrische Bremsung aller mit
übersynchroner Geschwindigkeit absinkenden Lasten. Kleine Lasten und leere Haken
werden sich allerdings mit einer sehr geringen Geschwindigkeit aufwärts bewegen.
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Dies kann bei Kombination der Gleichstrombremsung mit der an sich
bekannten Einphasenerregung vermieden werden. Die hierfür in Frage kommende Ständerschaltung
ist in Fig. 5 dargestellt. (Einspeisung bei R und S). Diese Schaltung hat außerdem
den Vorzug geringer Stromaufnahme. Hierbei ist je= doch das Bremsmoment bei synchroner
Geschwindigkeit nahezu gleich Null, so daß diese Schaltung zum Verzögern übersynchron
absinkender Lasten nicht geeignet ist.
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Man kann jedoch eine für den Hebezeugbetrieb geeignete Schaltung in
der Weise erzielen, daß man beim Einschalten der ersten Senkstufe von der Nullstellung
aus die Kombination der Einspeisung von Bremsgleichstrom in die Sekundärwicklung
mit der Einphasenerregung des Motors herstellt. 'Selbst der leere Haken bewegt sich
hierbei nicht aufwärts, und alle größeren Lasten werden mit einer kleinen Geschwindigkeit
abgesenkt. Beim Einschalten der ersten Senkstufe durch Zurückschalten von den höheren
Senkstufen kann die oben bereits erwähnte Kombination der Enspeisung von Bremsgleichstrom
in die Sekundärwicklung mit der bekannten Gegenstrombremsung hergestellt werden.
In Abhängigkeit von einem Zeitwerk kann dann auf die Kombination der Einspeisung
vom Bremsgleichstrom mit dem Einphasenbetrieb des Motors übergegangen werden. Auf
diese Weise tritt der Nachteil der Aufwärtsbewegung des leeren Hakens bei der Gegenstrombremsung
nicht mehr in Erscheinung.
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Die zweite Senkstufe sei beispielsweise die erste Kraftsenkstüfe.
Dann verhalten sich Moment 2,1 und Drehzahl n, wie es in Fig. 6 dargestellt ist
(ns entspricht der Geschwindigkeit des leeren Hakens). Bei den Hebezeugantrieben
mit Schleifringläufermotoren ist bisher die erste Kraftsenkstufe ein unbefriedigender
Kompromiß gewesen. Einerseits soll der Einschaltstrotn und der Anfahrstoß nicht
übermäßig groß sein, zum anderen darf die Vollast nicht mit Übermäßig großem, übersynchronem
Schlupf absinken. Beide Forderungen widersprechen sich. Das Ideal wäre eine gekrümmte
Kennlinie nach Fig 7, die sich durch einen Ständervorwiderstand 7 gemäß Fig. 8 erreichen
läßt. Der Ständervorwiderstand 7 bewirkt das Auftreten von zwei verschieden großen,
entgegengesetzt umlaufenden Drehfeldern, von denen das kleinere stets bremsend wirkt
und im untersvnchronen Bereich des anderen, größeren Drehfeldes dessen Kraftsenkmoment
schwächt, im entsprechenden übersynchronen Bereich dessen Bremsmoment verstärkt.
Auf diese Weise kommt die gekrümmte Kennlinie nach Fig. 7 zustande, die mäßiges
Kraftsenkmoment mit mäßigem übersychronem Schlupf verbindet.
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Ihre volle Bedeutung erreicht die Schaltung nach Fig. 8 erst in Verbindung
mit der Einspeisung von Bremsgleichstrom in die Sekundärwicklung nach Fig. 1. Es
ergibt sich eine Kennlinie, die in Fig.9 dargestellt ist. Lasten von Null bis etwa
Halblast können jetzt mit einer sehr kleinen Geschwindigkeit abgesenkt werden. Beim
Zurückschalten von weiteren Kraftsenkstufen auf die erste Kraftsenkstufe tritt nach
Fig. 9 selbst bei voller Last keine nennenswerte Erhöhung der übersynchronen Senkgschwindigkeit
wie bei den bisher bekannten Antrieben auf.
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Man könnte daran denken, die Bremswirkung des Gleichstromfeldes durch
Aufteilung des Ständervorwiderstandes 7 in Fig. 8 auf zwei Widerstände 7' gemäß
Fig. 10 zu verbessern. Hiernach ist jedoch die Summe der drei Phasenspannungen nicht
mehr gleich Null, und der Bremsgleichrichter gemäß Fig 1 wird mit Wechselstrom beansprucht.
Von dieser Schaltung ist daher bei Einspeisung von Bremsgleichstrom in die Sekundärwicklung
abzuraten, zumal die bisher erreichte kleine Senkgeschwindigkeit für alle Lasten
zwischen Null und Vollast gemäß Fig. 4 und 9 vergrößert werden würde.