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Selbsttätige elektrische Steuerung von Bergwerks-Fördermaschinen mit
Leonardantrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige elektrische Steuerung
von Bergwerks-Fördermaschinen mit Leonardantrieb, bei welcher die Beschleunigungsperiode,
die Periode, in der die Fördermaschine mit voller Geschwindigkeit fährt, und die
Verzögerungsperiode bezüglich der Zeit und des Weges unabhängig von Größe und Richtung
der Last mit Hilfe einer Amplidyneverstärkermaschine und eines Regelkreises für
den Sollistwertvergleich mit entsprechend vorgegebenen Sollwerten stets gleichbleibend
geregelt werden.
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Es sind automatische Steuereinrichtungen für Fördermaschinen bekannt,
die mit konstantem Wirkstrom während des Beschleunigungs- und Verzögerungsvorganges
arbeiten; hierbei ist das elektrische Drehmoment für das Anfahren und Verzögern,
d. h. die Summe des Last- und des Beschleunigungs- bzw. des Verzögerungsmomentes
konstant und unabhängig von Belastung und Förderart (einhängende oder ausfahrende
Last). Der Absolutwert der Beschleunigung bzw. Verzögerung ist daher abhängig von
der Last, er ist also unterschiedlich. Das ist die Ursache dafür, daß die Anfahr-
bzw. Bremswege verschieden sind. Dabei setzt die Drehzahlregelung am Ende der Anfahrstrecke
ein und regelt die Konstantgeschwindigkeitsfahrt.
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Der Verzögerungseinsatzpunkt ist durch die erforderliche Bremsweglänge
unterschiedlich. Eine Überwachungseinrichtung gleicht den Verzögerungsweg an die
entsprechenden Lastverhältnisse an und leitet die Verzögerung entsprechend früher
oder später ein. Eine solche Überwachungseinrichtung und ferner die notwendigen
Schalteinrichtungen für derartige Steuerungen sind kompliziert und auch teuer. Die
Einrichtungen machen die Steuerung störanfällig und kostspielig. Andere bekannte
Steuerungen arbeiten mit Drehzahlregelung, wobei ein mechanischer Fahrtregler zur
Verstellung des Drehzahlsollwertes dient. Dieser kann auch zur Verzögerungseinleitung
herangezogen werden. Als Regelorgane werden vorzugsweise magnetische Verstärker
oder Wälzsektorregler verwendet.
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Gemäß der Erfindung wird die Fördermaschine so gesteuert, daß zu Beginn
eines jeden Förderspieles zugleich eine Regelung der Drehzahl und der Beschleunigung
einsetzt, indem mit Hilfe der Grunderregung der Amplidyneverstärkermaschine der
volle Drehzahl- und Beschleunigungs-Sollwert vorgegeben wird und die Beschleunigungswicklung
bis zum Punkt der konstanten Beschleunigung die Grunderregung voll kompensiert,
während im Übergangsgebiet zur konstanten Drehzahl die Drehzahlregulierungswick-Jung
die Grunderregung kompensiert und bei Konstantfahrt diese schließlich voll von der
Drehzahlregulierungswicklung aufgehoben wird, und eine konstante Verzögerung durch
Vorgabe eines gegenüber der Beschleunigung negativen Grunderregersollwertes unter
gleichzeitiger Abschaltung der Drehzahlregelung erzielt wird, wobei die Beschleunigungswicklung
die Grunderregung voll kompensiert, und die Erregung für die jeweils erforderliche
Drehzahl von der Drehzahlausgleichswicklung aufgebracht wird, die an der Spannung
eines vom Fördermotor betriebenen Tachogenerators liegt.
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Ist beim Verzögern eine Minimalgeschwindigkeit erreicht, so wird die
Schleichdrehzahl derart geregelt, daß im Übergangsgebiet zur konstanten Schleichgeschwindigkeit
die Schleichgeschwindigkeitswicklung wirksam wird und zusammen mit der Verzögerungswicklung
die Grunderregung kompensiert, während bei Konstantfahrt mit Schleichgeschwindigkeit
die Grunderregung von der Schleichgeschwindigkeitswicklung aufgehoben und die erforderliche
Drehzahl mittels der Drehzahlausgleichswicklung geregelt wird.
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Die Lastunabhängigkeit wird erreicht in Zusammenarbeit einer bekannten
Kompoundierungseinrichtung und einer erfindungsgemäßen
Kompensation.
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Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, daß auf die Anwendung
eines mechanischen Fahrtreglers verzichtet werden kann, indem verschiedene Schalter
im Schacht vorgesehen sind, die Zusammenarbeit mit den verschiedenen Erregerwicklungen
der Amplidyneverstärkermaschine
und einer entsprechenden Schützenkombination
dessen Funktion übernehmen. Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel und die Abb.2
den zum Ausführungsbeispiel gehörenden Stromlaufplan für die Schützensteuerung.
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Das Grundelement der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist eine
Amplidyneverstärkermaschine A mit neun galvanisch getrennten Erregerwicklungen für
folgende Zwecke: Grunderregung 1, Drehzahlregelung 2, Schleichgeschwindigkeitsregelung
3, Stabilisierung 4, Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsregelung 5, Drehzahlausgleich
6, Selbstmord 7,
- Kompensation 8 und Kompoundierung 9. Diese Amplidyne A erregt den Steuergenerator
G eines Leonard-Umformersatzes, der wiederum den nötigen Gleichstrom für den Fördermotor
M liefert. Auf der Welle des Fördermotors M befindet sich als Drehzahl-Istwertgeber
ein Tachogenerator TG. Eine dazugehörige Schützenkombination leitet die verschiedenen
Schaltvorgänge ein: Der Leonard-Generator G wird mittels Amplidyne A derart erregt,
daß der Fördermotor M mit konstanter Beschleunigung hochfährt. Von einem bestimmten
einstellbaren Punkt her geht der Drehzahlverlauf zum stationären Endwert gemäß einer
e-Funktion über. Nach Erreichen des Nennpunktes wird die Drehzahl mittels Regeleinrichtung
konstant gehalten, und vom Verzögerungspunkt an strebt die Drehzahl mit konstanter
Verzögerung der Schleichgeschwindigkeit zu. Ist eine bestimmte Minimaldrehzahl erreicht,
so nimmt sie weiter nach einer e-Funktion bis zur Schleichgeschwindigkeit ab. Diese
wird konstant gehalten, bis der Förderkorb in die Hängebank einfährt und die Fahrbremse
aufgelegt wird.
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Die Regel- und Steuervorgänge sind im einzelnen folgende: Die Wicklungen
6 und 9 liefern eine Erregung, welche am Generator G eine Spannung ergibt, die der
Motor für seine gerade vorhandene Drehzahl und Stromstärke benötigt. Wicklung 6
liegt demzufolge an dem mit dem Motor M gekuppelten Tachogenerator TG, und
ihr Strom ist der Drehzahl und damit der Motor-EMK proportional. Wicklung 9 liegt
an einem im Leonardkreis befindlichen Shunt R v, und ihr Strom ist dem Ankerstrom
und damit dem Spannungsabfall im Ankerkreis proportional. Beide Wicklungen sind
während des gesamten Förderspieles wirksam, ohne umgepolt zu werden. Hinzu kommt
noch die Wirkung der
- Kompensationswicklung 8, die den Einfiuß der Belastung bei zeitlicher Änderung
des Laststromes aufhebt und somit gemeinsam mit der Wicklung 9 bewirkt, daß bei
verschiedenen Lasten stets die gleichen Beschleunigungen, Verzögerungen und Geschwindigkeiten
vorliegen.
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Beim Anfahren wird Wicklung 1 eingeschaltet, in gleicher Richtung
wie Wicklung 6 wirkend. Die Maschine läuft an. Wicklung 5 erhält über Differenziertrafo,
welcher an der Spannung des Tachogenerators TG bzw. des Steuergenerators
G liegen kann und Verstärker V einem der Beschleunigung proportionalen Stromwert
durch Wicklung 5 und wirkt Wicklung 1 entgegen. Ist die Beschleunigung zu
klein, dann tritt ein Differenzbetrag zwischen Wicklung 1 und Wicklung 5 auf, der
die Gesamterregung vergrößert, d. h., die Beschleunigung wird größer. Ist die Beschleunigung
zu groß, verkleinert die Erregungsdifferenz zwischen Wicklung 1 und Wicklung 5 die
Gesamterregung, und die Beschleunigung wird kleiner. Auf diese Weise wird die Beschleunigung
konstant gehalten. Beim Sollwert der Beschleunigung hebt Wicklung 5 die Wirkung
von Wicklung 1 auf. Bei Einschaltung der Grunderregerwicklung 1 wird gleichzeitig
die Wicklung 2 an die Tachospannung gelegt. Sie wirkt Wicklung 1 entgegen, wenn
die Tachospannung größer wird als die am Potentiometer P2 eingestellte Spannung.
Solange die Tachospannung kleiner als UN ist, verhindern die Gleichrichter
ein Fließen des Stromes in umgekehrter Richtung. Mit dem Wirken von Wicklung 2 heben
die Wicklungen 2 und 5 zusammen die Wirkung von Wicklung 1 auf. In dem Maße wie
der Strom durch Wicklung 1 wächst, geht der Strom durch Wicklung 5 und damit
die Beschleunigung zurück. Ist die Enddrehzahl erreicht, ist die Beschleunigung
Null geworden, und Wicklung 2 regelt entsprechend Wicklung 1 die Drehzahl.
Soll die Maschine verzögern, wird die Wicklung 1 umgepolt und Wicklung 2 abgeschaltet.
Wicklung 1 drückt die Drehzahl herunter und wird durch die ebenfalls sich umkehrende
Erregerwicklung 5 nach Verzögerungseinleitung aufgehoben. Die Drehzahl fällt mit
konstanter Verzögerung. Bei Beginn der Verzögerung wurde Wicklung 3 an die Tachospannung
UT gelegt. Wicklung 3 wirkt, wenn die Tachospannung UT kleiner wird als die am Potentiometer
P3 eingestellte Spannung Us. Solange UT > Us, verhindert ein Gleichrichter
einen Stromfluß. Nach Unterschreiten von Us nimmt die Verzögerung ab, und die Drehzahl
geht in die Schleichdrehzahl über.
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Die Verstellung der einzelnen Betriebsgrößen, wie Beschleunigung,
Verzögerung, Geschwindigkeit usw., kann wie folgt durchgeführt werden: Der Beschleunigungs-
bzw. Verzögerungs-Sollwert kann einmal durch Veränderung des Grunderregerstromes
J, mit Hilfe von Widerstand R1 und Potentiometer P1 geändert werden, dabei ändert
sich aber auch der Endwert der Drehzahl. Soll nur die Beschleunigung bzw. Verzögerung
verändert werden, ist der Widerstand Rü und damit der Eingangsstrom des Differenziertrafos
D zu verstellen. Veränderungsmöglichkeiten der Enddrehzahl sind gegeben einmal,
wie schon angeführt, durch Verstellen der Grunderregung, wobei sich aber auch Beschleunigung
und Verzögerung verändern, zum anderen durch Variieren der Spannung Usam Potentiometer
P2. Damit ändert sich aber auch der Drehzahlwert, bis zu dem mit konstanter Beschleunigung
gefahren wird. Soll die Enddrehzahl verändert werden, ohne Beschleunigungs- und
Einsatzpunkt zu verstellen, muß Widerstand R2 verstellt werden. Die Schleichdrehzahl
verändert sich mit Änderung des Drehzahlpunktes, bis zu dem die Verzögerung konstant
bleibt, durch Verstellung der Spannung Us am Potentiometer P3. Außerdem ändert sie
sich mit der Grunderregung. Unabhängig von der Grunderregung und Us läßt sich die
Schleichdrehzahl durch Widerstand R3 einstellen. Eine Schützenkombination, die von
den im Schacht befindlichen Schaltern betätigt wird, leitet die einzelnen Schaltvorgänge
ein.
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Die Wirkungsweise wird durch folgendes Beispiel ersichtlich: Es wird
angenommen, daß sich die Förderkörbe in der in Abb. 3 aufgezeigten Stellung befinden.
Damit sind in Abb. 2 die Schalter E2 und V2 geschlossen, und die Relais 10, 11 und
12 haben angezogen, d. h., der Sollwert für die Beschleunigung des aufzuziehenden
Nordkorbes ist vorgegeben. Allerdings liegt dieser
Wert noch nicht
an der Grunderregerwicklung 1, da Schütz 13 noch geöffnet ist. Relais 12 bewirkt,
daß die remanente Steuergeneratorspannung im Stillstand an die Erregerwicklung 7
gelegt wird, so daß dadurch die Remanenz des Steuergenerators G und der Amplidyne
A beseitigt wird (Selbstmordschaltung). Durch das »Ein«-Kommando ziehen die Relais
13 und 13a an, gleichzeitig fällt Relais 12 ab. Damit läuft die Maschine mit der
vorgegebenen Beschleunigung an und erreicht selbsttätig ihre konstante Endgeschwindigkeit.
Erreicht der Nordkorb den Schalter V,, so fällt Relais 11 ab, und Relais
14 zieht an, wodurch der Sollwert für die Verzögerung vorgegeben ist. Gleichzeitig
wird die Drehzahlregelung durch Relais 15 ab- und das Relais 16 zugeschaltet, womit
die Einschaltung der Schleichdrehzahl-Vorgabe mit der entsprechenden Polarität vorliegt.
Kommt der Nordkorb schließlich an Schalter El, so fällt das »Ein«-Schütz 13 bzw.
13a, und die Maschine kommt zum Stillstand. Gleichzeitig wird wieder die Selbstmordschaltung
wirksam. Damit kann das entgegengesetzte Förderspiel beginnen. Die in Abb.3 ersichtlichen
Schalter G, und G2 dienen zur Geschwindigkeitsüberwachung. Hat der Förderkorb an
dieser Stelle eine Geschwindigkeit, die über einem bestimmten zulässigen Wert liegt,
wird durch einen Fliehkraftschalter od. dgl. die Sicherheitsbremse ausgelöst.