DE1161989B - Bremsschaltung fuer Einphasenwechselstrom-Kommutatormotoren - Google Patents

Description

• Bremsschaltung für Einphasenwechselstrom-Kommutatormotoren In der deutschen Patentschrift 1009 291 ist eine Brückenschaltung für Wechselstromkommutatormaschinen beschrieben, bei welcher in der Motorschaltung mittels einer im Brückenzweig angeordneten Drosselspule eine phasenschiebende Wirkung erzielt wird. Umgekehrt würde die Einschaltung eines kapazitiven Widerstandes die Phasenlage des Netzstromes verschlechtern. Die Erfindung benutzt eine ähnliche Schaltanordnung. An Stelle eines Blindwiderstandes ist ein Bremswiderstand mit einer beträchtlichen, zur Vernichtung eines wesentlichen Teiles der verlangten höchsten Bremsleistung bemessenen ohmschen Anteil, im besonderen aber ein Wirkwiderstand vorgesehen. Untersucht man diese Schaltung, so stellt sich nämlich heraus, daß sich oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit die Phasenlage des Ankerstromes gegenüber jener des Feldstromes um mehr als 90° verdreht und der Motor zum Generator wird.
• Gegenstand der Erfindung ist also eine Bremsschaltung für Einphasenwechselstrom-Kommutatormotoren ohne kapazitive Phasenverschiebungsmittel im Feld-und Ankerstromkreis, bei der die an Einphasenwechselspannung liegenden Feld- und Ankerstromkreise über einen in Reihe mit jeder Feld- und Ankerwicklung liegenden elektrischen Widerstand gekoppelt sind, der in jedem Feld- und Ankerstromkreis die vom Anker- und Feldstrom an ihm gebildeten Spannungsfälle wirksam werden läßt, mit dem besonderen kennzeichnenden Merkmal, daß als Kopplungswiderstand im gemeinsamen Stromzweig der Feld- und Ankerwicklung ein Bremswiderstand mit einem beträchtlichen, zur Vernichtung eines wesentlichen Teiles der verlangten höchsten Bremsleistung bemessenen ohmschen Anteil vorgesehen ist. Wie sich aus dem Folgenden ergibt, ermöglicht es die Erfindung, sehr vorteilhafte ; Bremskennlinien zu erzielen, ohne schwerer und teuerer Kondensatoren oder Drosselspulen bzw. Hilfstransformatoren oder aufwendiger Mittel zur Vermeidung von Selbsterregungserscheinungen zu bedürfen. Dabei ist die erfindungsgemäße Bremsschaltung selbst außerordentlich einfach und ebenso der Übergang von »Fahren« auf »Bremsen«.
• Die grundsätzliche Schaltung ist zunächst für einen Motor allein in den F i g. 1, 2 und 3 dargestellt. Der Ankerkreis liegt an der Spannung U, (E,), der Feldkreis an der Spannung UZ (E2) und der diese Stromkreise koppelnde Bremswiderstand Zw im gemeinsamen Pfad beider Kreise. Die Pfeile der Spannungen (U,, Uz) sind jenen der entsprechenden elektromotorischen Kräfte (E,, E2) entgegengerichtet. Es sind noch die Strompfeile für JF, JA und JW eingetragen. ZF, ZA und Zw sind die vom Feldstrom, vom Ankerstrom und vom Widerstandsstrom durchflossenen Widerstände. ZA enthält somit nicht nur den Ankerwiderstand, sondern auch eventuell mit ihm in Reihe geschaltete Widerstände. Dies gilt auch für ZF. In F i g. 1 haben die Spannungen U, und U2 gleiche Richtung. In F i g. 2 ist die Spannung U, = 0, d. h., die Klemmen, an denen sonst die Spannung U, liegen würde, sind kurzgeschlossen. In F i g. 3 hat U, die entgegengesetzte Richtung wie in F i g. 1. Ist dabei außerdem noch U, = U2 = U, so besteht kein Potentialunterschied zwischen der oberen Feldklemme und der unteren Ankerklemme, d. h., die beiden Klemmen können miteinander verbunden werden. Die Schaltung nach F i g. 1 entspricht einer kombinierten Widerstands-Nutzbremse, die nach F i g. 2 einer selbstregelnden Widerstandsbremse und die nach F i g. 3 einer Gegenstrombremse.
• Die im Anker erzeugte (Gegen-) EMK ist EA = -JF v; dabei ist v = K - n, K ist eine Maschinenkonstante und n die Drehzahl. V hat die Dimension eines Wirkwiderstandes, der sich proportional mit der Drehzahl ändert. Zur Untersuchung der Schaltung werden die Maschen- und Knotengleichungen aufgestellt: 0 = -JF -I- JA - Jiv U1 = JFV + JAZA + JWZW UZ = JF ZF - Jw Zw Die Determinante des Gleichungssystems ist D = ZA ZF -f- Zw (Z.4 -f- ZF -!- v), und es ergeben sich für die Ströme die folgenden Formeln Die Ortskurven der Ströme sind Kreise mit dem veränderlichen Parameter v. Der Feldkreis geht durch den Ursprung, die beiden anderen sind Kreise allgemeiner Lage. Die Ströme und Spannungen können nun mit Hilfe der Formeln für jeden Betriebspunkt bestimmt werden. Jeder Strom setzt sich aus zwei Anteilen zusammen, die von den im allgemeinen voneinander verschiedenen Spannungen U1 und UZ herrühren. Wird eine der Spannungen Null, so verschwindet damit auch ihr Anteil. Eine zeichnerische Wiedergabe der Kreisdiagramme kann unterbleiben, weil ohnehin die Formeln für die Ströme angegeben sind. Dafür sind in den F i g. 4 und 5 die Vektordiagramme der Spannungen und Ströme der Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 für einen Betriebspunkt gezeichnet. Aus der F i g. 4 ist zu ersehen, daß der Ankerkreis bei der Widerstands-Nutzbremse Wirk- und Blindleistung ins Netz liefert, im Gegensatz zu anderen Nutzbremsschaltungen, die wohl Wirkleistung abgeben, aber Blindleistung entnehmen. In der F i g. 6 sind noch die Bremskraft-Geschwindigkeits-Kurven 1, 2 und 3 angegeben, die den Schaltungen nach den F i g. 1, 2 und 3 entsprechen. Diese Kennliniem gelten für eine bestimmte Spannungsstufe am Transformator. Die Ströme nehmen mit wachsender Spannung linear und die Bremskräfte quadratisch zu. Die Ordinatenschnittpunkte bleiben unverändert erhalten. Die Kennlinien nehmen nahezu den gleichen Verlauf wie jene der Druckluftbremse. Dem Druck im Bremszylinder entspricht die eingestellte Spannungsstufe.
• Die Schaltung nach F i g. 1 ist die wichtigste, denn sie hat insbesondere bei hoher Geschwindigkeit eine große Bremsleistung, von der ein Teil ins Netz zurückgeschickt wird. Der Feldkreis entnimmt eine Leistung aus dem Netz, der Ankerkreis liefert oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit eine Leistung ins Netz. Der Überschuß über die entnommene Leistung des Feldkreises ergibt den Rückgewinn, auf den es an sich vielleicht weniger ankommt als darauf, daß um diesen Betrag die Widerstandsleistung und damit das erforderliche Widerstandsgewicht kleiner wird. Die Ausrüstung wird leichter als jene der Widerstandsbremse, die selbst schon den bekannten Nutzbremsschaltungen gewichtsmäßig zumeist überlegen ist.
• Der Übergang von der Schaltung nach F i g. 1 über die nach F i g. 2 zu der nach F i g. 3 ergibt sich durch eine an sich bekannte Regelung der dem Ankerkreis eingeprägten Netzspannung durch den Wert Null hindurch. Man erhält so eine ganze Schar von Bremskennlinien mit vorteilhaften Verlauf, der durch die erfindungsgemäße, mittels des Bremswiderstandes bewirkte Kopplung von Anker- und Feldkreis erzielt ist.
• Die F i g. 7 und 8 zeigen Schaltungen für zwei Motoren, die nichts anderes als eine Verdopplung der einmotorigen Schaltung sind, wobei jedoch die Ströme der beiden Hälften entgegengesetzte Richtungen haben. Bei F i g. 7 können die Spannungen El und EZ verschieden sein, während sie bei F i g. 8 gleich groß bzw. identisch sind. In beiden Fällen kann der Halbierungspunkt der Spannungen an den Mittelpunkt der Widerstände angeschlossen sein. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auf eine beliebige Anzahl von Motoren anwenden.
• Die F i g. 9 und 10 zeigen andere Schaltungsvarianten, bei denen, wie man sich leicht überzeugt, im Feldkreis an Stelle der SpannungE2 die SpannungE3-El wirksam ist.
• Es sei schließlich noch darauf hingewiesen, daß auch bei der völlig anders arbeitenden Kondensator-Nutzbremsschaltung ein vom Anker- und Feldstrom durchflossener Widerstand angeordnet ist, der aber natürlich nicht wie bei der erfindungsgemäßen (kondensatorlosen) Schaltung als Bremswiderstand bezeichnet werden kann.

Claims (1)

1. Patentansprüche: I. Bremsschaltung für Einphasenwechselstrom-Kommutatormotoren ohne kapazitive Phasenverschiebungsmittel im Feld- und Ankerstromkreis, bei der die an Einphasenwechselspannung liegenden Feld- und Ankerstromkreise über einen in Reihe mit jeder Feld- und Ankerwicklung liegenden elektrischen Widerstand gekoppelt sind, der in jedem Feld- und Ankerstromkreis die vom Anker- und Feldstrom an ihm gebildeten Spannungsfälle wirksam werden läßt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Kopplungswiderstand im gemeinsamen Stromzweig der Feld- und Ankerwicklung ein Bremswiderstand mit einem beträchtlichen, zur Vernichtung eines wesentlichen Teiles der verlangten höchsten Bremsleistung bemessenen ohmschen Anteil vorgesehen ist. z. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkreis und der Feldkreis über den diesen Stromkreisen gemeinsamen, von der Differenz aus Anker- und Feldstrom durchflossenen Bremswiderstand in gleichem Spannungssinne (mit gleicher Polung) derart an das Netz angeschlossen sind, daß ein Teil der Bremsenergie in das Netz geliefert wird (F i g. 1). 3. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ankerkreis an Stelle der eingeprägten Netzspannung eine den Anker über den dem Anker- und Feldkreis gemeinsamen Bremswiderstand kurzschließende Leitungsverbindung angeordnet ist, so daß eine reine Widerstandsbremsung mit Selbstregelung zustande kommt (F i g. 2). 4. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkreis und der Feldkreis über den diesen Kreisen gemeinsamen, von der Summe aus Anker- und Feldstrom durchflossenen Bremswiderstand mit entgegengesetztem Spannungssinn (mit entgegengesetzter Polung) derart an das Netz angeschlossen sind, daß sich Gegenstrombremsung ergibt (F i g. 3). 5. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für zwei Motoren oder Motorengruppen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einmotorige Schaltungen unter Zusammenschluß der beiden Bremswiderstände in solcher Weise miteinander verbunden sind, daß in bezug auf die Widerstandsmitte die Ströme der beiden Motoren verschiedene Richtungen haben (F i g. 7 und 8). 6. Bremsschaltung für zwei Motoren oder Motorengruppen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerkreise und die Feldkreise entweder je für sich an einer eigenen Spannungsquelle liegen oder beide Kreise an einer gemeinsamen Spannungsquelle liegen (F i g. 7 bzw. 8). 7. Bremsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ankerkreis eingeprägte Netzspannung durch den Wert Null hindurch regelbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 625 672, 654 602, 664 734, 745 565, 732 753, 759 787, 761083, 761288, 762 731, 765 952, 1009 291; ETZ 1938, S. 433 bis 436 und 464 bis 467; Bulletin Oerlikon, 1950, Heft 283, S. 2013 bis 2032, und Heft 284, S. 2038 bis 2074.