DE1227217B - Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung - Google Patents

Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung

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DE1227217B
DE1227217B DEW32490A DEW0032490A DE1227217B DE 1227217 B DE1227217 B DE 1227217B DE W32490 A DEW32490 A DE W32490A DE W0032490 A DEW0032490 A DE W0032490A DE 1227217 B DE1227217 B DE 1227217B
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DE
Germany
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motor
generator
series
excitation winding
load
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Application number
DEW32490A
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English (en)
Inventor
James J Conomos
William R Harding
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/18Control systems or devices
    • B66C13/22Control systems or devices for electric drives
    • B66C13/23Circuits for controlling the lowering of the load
    • B66C13/24Circuits for controlling the lowering of the load by dc motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Description

  • Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung Die Erfindung betrifft einen Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien für einen Hebezug-Gleichstrommotor zu verbessern, so daß in den ersten Hub- und Senkstufen leichte und schwere Lasten mit gleicher im wesentlichen nur von der gewählten Schaltstufe abhängiger Geschwindigkeit bewegt werden, wogegen in allen höheren Schaltstufen der Antrieb eine konstante Leistung abgeben soll, so daß leichte Lasten mit höherer Geschwindigkeit und schwere Lasten mit niedriger Geschwindigkeit bewegt werden.
  • Gleichzeitig soll mit der neuen Lösung das Bremsverhalten verbessert vdarden, so daß der Hebezeug-Gleichstrommotor in jedem Fall schnell, weich und ohne Einsatz einer mechanischen Bremse abgebremst werden kann, also auch dann, wein die Stromversorgung oder die Bremse oder sogar beide ausfallen.
  • Die vorgeschriebenen Eigenschaften sollen mit einem Minimum an Aufwand erzielt werden. So sollen beispielsweise lastmessende Einrichtungen und besondere Regelkreise vermieden werden.
  • Die Erfindung geht aus von einem Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung mit Fremd- und Reihenschluß-Erregerwicklungen für Generator und Motor, bei dem eine Gleichrichterdiode derart in Reihe zur Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung geschaltet ist, daß auf mindestens einer Hubstufe sowie im Senkbetrieb mit durchziehender Last das Motor-Reihenschluß-Erregerfeld zum Motor-Fremderregerfeld gleichgerichtet ist und daß die Reihenschaltung der Diode und der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung einen Zweig einer brückenartigen Widerstandsschaltung bildet, in deren einer Diagonale sich der Generator-Motor-Kreis befindet.
  • Die Erfindung besteht darin, .daß die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung die andere Diagonale der als vollständige Widerstandsbrücke ausgebildeten Widerstandsschaltung bildet.
  • Es ist zwar ein Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung mit Fremderregung bekannt, der außerdem Reihenschluß-Erregerwicklungen für den Generator und Motor aufweist und bei dem zur Reihenschluß-Erregerwicklung des Motors eine Diode in Serie geschaltet ist (USA.-Patentschrift 2 785 362). Es sind jedoch bei dieser bekannten Lösung die Reihenschluß-Erregerwicklungen von Generator und Motor nicht in einer vollständigen Widerstandsbrücke angeordnet, sondern können lediglich entweder allein oder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Wenn bei der bekannten Schaltung die Generator-Reihenschluß-Erregung wirksam wird, was in den Meisterschalterstellungen »Heben 2 bis 5« der Fall ist, dann nur in dem Sinn, daß sie die Fremderregung des Generators schwächt. Dies hat zur Folge, daß stets kleine Lasten mit großer Geschwindigkeit und umgekehrt große Lasten mit kleiner Geschwindigkeit bewegt werden. Demgegenüber wird bei der Schaltung nach der Erfindung zusätzlich zum Motor-Reihenschluß-Erregerfeld das Generator-Reihenschluß-Erregerfeld in dem Sinne wirksam, daß es das Generator-Fremdfeld verstärkt. Hiermit können im Hubbetrieb Drehzahlen erzielt werden, die praktisch lastunabhängig sind.
  • Mit der Schaltung gemäß der Erfindung wird außerdem das dynamische Bremsen wesentlich verbessert. Dies wird dadurch erreicht, daß zusätzlich zu einer Verstärkung des Motor-Fremdfeldes durch das Motor-Reihenschlußfeld, wie sie der bekannte Antrieb vorsieht, über das Generator-Reihenschlußfeld eine Schwächung des Generator-Fremdfeldes vorgenommen wird.
  • Mit der Schaltung gemäß der Erfindung wird ferner eine Stabilität des Antriebes erzielt, die wesentlich größer als die des bekannten Antriebes ist. Dies ist besonders bei flachen Drehzahl-Drehnioment-Kennlinien von Bedeutung. Es hat sich gezeigt, daß, je flacher die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien eines Antriebes sind, desto größer die Gefahr ist, daß der Antrieb bei Stromstößen infolge Laständerungen oder Änderung der Meisterschalterstellung instabil wird. Mit dem Hebezeugantrieb gemäß der Erfindung wird erreicht, daß bei Übergang von einem stationären oder quasistationären Zustand auf den anderen in der übergangsphase die Widerstandsbrücke auf Grund der Induktivitäten der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung und der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung so verstimmt und damit die Kennlinien kurzzeitig so geneigt werden, daß der Antrieb nicht instabil werden kann.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 das Schaltbild eines Hebezeugantriebes mit einem Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung, F i g. 2. die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien des Leonardmotors für den Hubbetrieb (Q I) und den Senkbetrieb (QIV) bei den in Ampere angegebenen Werten für seine Fremderregung bei durchziehender Last, F i g. 3 ein vereinfachtes Schaltbild des Hebezeugantriebes in der Schaltstellung für den Hebebetrieb, F i g. 4 das in F i g. 3 dargestellte Schaltbild, aber in der Schaltstellung; für den Senkbetrieb, F i g. 5 das in F i g. 3 dargestellte Schaltbild, aber in der Schaltstellung für das Senken einer durchziehenden Last, F i g. 6 ein- Betriebsdiagramm des Leonardmotors. F i g. 1 zeigt drehstromgespeiste Leitungen L 1, L 2 und L3. Durch Schließen eines Trennschalters CB wird Spannung. an die Primärwicklung eines Transformators CT gelegt und in dessen Sekundärwicklung eine Wechselspannung induziert, die einem Doppelweggleichrichter Rec zugeführt wird. Dieser gibt Gleichspannung an Leitungen 1P und 1N ab. Hierdurch. wird eine Erregerwicklung MF eines HebezeugmotorsHM erregt. Der- Stromweg verläuft von der positiven Leitung 1P über Kontakte 3, die durch ein Segment S1 eines Meisterschalters MS geschlossen werden, über eine Leitung 15, die Widerstandsabschnitte R 2 und R 3 eines Motorerregerwiderstandes MR und die Erregerwicklung MF zur negativen Leiturig 1N. Durch Schließen von Kontakten 1M, 2M und 3M e"mes Hauptschützes M wird ein Asynchronmotor IM eingeschaltet. Durch Schließen eines Notschalters 1, der in der Regel geschlossen ist, wird über einen gemeinsam mit den Kontakten 1M, 2M und 3M geschlossenen Hauptschützkontakt 4M ein Stromweg aufgebaut. Dieser verläuft von der positiven Leitung 1P über Kontakte 2, das diese schließende Segment S1, Notschalter 1, Kontakt 4M, eine Wicklung LVC eines Unterspannungsrelais LV und über geschlossene Kontakte 16 eines überlastrelais OL zur negativen Leitung 1N. Das Unterspannungsrelais LV spricht also an und schließt Kontakte 37 und 17. Durch Schließen des Kontaktes 17 wird die Gleichspannung auch an eine Leitung 2P und an ein Segment S2 des Meisterschalters MS gelegt. Das Anlegen der Gleichspannung an Segment S2 hat den Aufbau einer Reihe von Stromwegen zur Folge: Einer verläuft vom Segment S2 über einen Kontakt 9 und eine Wicklung"CLT eines Relais LT nach Leitung 1N. Das Relais LT spricht also an, schließt einen Kontakt 18 und öffnet einen Kontakt 19. Durch Schließen des Kontaktes 18 wird der Widerstandsabschnitt R 2 des Motorerregerwiderstandes MR kurzgeschlossen und damit die maximale Motor-Fremderregung erzeugt. Ein anderer Stromweg verläuft von S2 über Kontakt 10, eine Wicklung ALC eines Relais AL, einen geschlossenen Kontakt 20 zur Leitung 1N. Es spricht also das Relais AL an und öffnet den Kontakt 20 und schließt einen Kontakt 21. Durch öffnen des Kontaktes 20 wird ein Widerstand 9R in den Stromkreis des Relais AL eingeschaltet, wobei das Relais AL bei niedriger Erregung angezogen bleibt. Durch Schließen des Kontaktes 21 wird gemäß der Erfindung eine Wheatstonesche Widerstandsbrücke gebildet. Weitere Stromkreise werden nicht aufgebaut, es sei denn, der Meisterschalter MS wird aus der gezeichneten Nullstellung in eine Hebe- oder Senkstellung gebracht.
  • Es sei angenommen, daß eine Last gehoben werden soll. Der Bedienungsmann bringt den Meisterschalter MS durch Drehen nach H in die Stellung »Heben 1«. Dabei wird der Erregerstromkreis für die Wicklung LVC des Unterspannungsrelais LV bei Kontakt 2 durch Segment S1 unterbrochen, aber da die Haltekontakte 37 des Unterspannungsrelais LV geschlossen sind, bleibt dieses erregt und kann nur dadurch entregt werden, daß der Notschalter 1 geöffnet wird oder die Leitungen 1P und 1N spannungslos werden. Für die Fremderregung eines Generators G wird mittels zweier weiterer Segmente S3 und S4 des Meisterschalters MS ein Stromweg aufgebaut, der von der Leitung 2P über alle Widerstandsabschnitte eines Generatorerregerwiderstandes GR, über Kontakte 4 und das Segment S3 des Meisterschalters MS, Leitungen 22, eine Generator-Fremderregerwicklung GF, Leitungen 23, Kontakte 6 und das Segment S 4 des Meisterschalters MS nach Leitung 1N verläuft. Die Generator-Fremderregerwicklung GF wird dabei in der Richtung erregt, die ein Pfeil neben der Wicklung anzeigt.
  • Ein zwischen den Leitungen 22 und 23 liegender Widerstand 6R dient als Feldentladungswiderstand und bewirkt, da es sich bei der Erregerwicklung um eine induktive Last handelt, einen gleichmäßigen Anstieg der Generatorerregung. Auch bei Umsteuerung des Generators G ist durch die Wirkung dieses Widerstandes 6R der Richtungswechsel der Generatorerregung gleichmäßig und stoßfrei. Mit seiner Hilfe werden auch die Meisterschalterkontakte 4, 5, 6 und 7 geschützt, da eine Lichtbogenbildung vermieden wird, weil der Widerstand GR die im Feld gespeicherte Energie aufnimmt.
  • Da alle fünf in der Zeichnung dargestellten Abschnitte des Generatorerregerwiderstandes GR in den Generatorerregerkreis eingeschaltet sind, sinkt die Generatorspannung gleich nach dem Aufbau des Feldes ziemlich ab. Der Grund dafür wird durch die nachfolgende Beschreibung deutlich. In der ersten Hebestellung und allen weiteren Hebestellungen sowie in allen Senkstellungen wird der folgende Stromweg aufgebaut: Er verläuft vom spannungsführenden Segment S2 über Kontakt 8, ein Leitung 24 und eine Wicklung BC eines Bremsschützes BR nach Leitung 1N. Das Bremsschütz BR spricht augenblicklich an und schließt einen Kontakt 25, wodurch ein Stromweg von der Leitung 1P über einen einstellbaren Widerstand 8R, den Kontakt 25 und eine Bremswicklung B nach der Leitung 1 N aufgebaut wird. Ein Widerstand TR liegt parallel zur Bremswicklung B. Dieser Widerstand TR schützt die Bremswicklung, indem er als Entladewiderstand arbeitet, wie Widerstand 6R für die Generator-Fremderregerwicklung GF. Bei Erregung der Bremswicklung B wird sofort die Bremse gelüftet.
  • Ein weiterer Stromweg wird in der Stellung »Heben 1« aufgebaut. Er verläuft von dem spannungsführenden Segment S2 über den Kontakt 9, Leitung 26 und Wicklung 27 eines Gegenerregerfeldrelais KF nach Leitung 1N. Dieses Gegenerregerfeldrelais KF öffnet unverzögert Kontakt 28 und öffnet damit den Gegenerregerfeldkreis, der eine Gegenerregerwicklung GKF und einen einstellbaren Widerstand 7R enthält. Der Generator G erreicht nach Abklingen der Einschaltvorgänge die Nennspannung für die erste Meisterschalter-Stellung, die beispielsweise für einen 240-V-Generator bei etwa 80 V liegt.
  • Wird für die in F i g. 3 angedeutete Drehrichtung die obere Bürste des Generators G als positiv angenommen, dann fließt im Generator-Motor-Kreis ein Ström, wie es die Pfeile neben den Leitungen andeuten. Im Punkt J 1 der Wheatstoneschen Widerstahdsbrücke teilt sich der Ankerstrom und fließt durch Widerstände 2R und 3R. Diese beiden Widerstände 2 R, 3 R stellen die Brückenzweige 1 und 3 dar. Eine Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF bildet die Diagonale der Widerstandsbrücke, und eine Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF stellt zusammen mit einer vorgeschalteten Diode D den Brückenzweig 4 dar. Ein Widerstand 4R bildet den Brückenzweig 2. Die für diese Widerstände 2R, 3R, 4R gewählten Widerstandswerte sind selbstverständlich für jede Steuereierichtung anders. Für eine Einrichtung beispielsweise mit einer 240-V-Maschine und einem Generator-Reihenschluß-Erregerwicklungswiderstand von 0,0312 S2 und einem Motor-Reihenschluß-Erregerwicklungswiderstandvon 0,056 9 liegt der Widerstand 2R im Bereich zwischen 0,01 und 0,029, der Widerstand 3 R im Bereich zwischen 0,02 und 0,04 9 und der Widerstand 4R im Bereich zwischen 0,04 und 0,08 9.
  • Wenri beispielsweise 2R = 0,019, 3R = 0,02 9 und 4 R = 0,04 9 ist, ergibt sich ein von Punkt J 2 nach J 3 durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF fließender Strom, der etwa 10 % des gesamten Motorlaststromes ausmacht. Die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF ist so ausgeführt, daß sie bei Fließen des vorgenannten Stromes auf die Fremderregung verstärkend wirkt. Diese verstärkende Wirkung beider Felder wird angedeutet durch die Pfeile neben den Wicklungen, die gleichgerichtet sind. Da der Strom durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF gleich der Summe der Ströme durch den Widerstand 3 R und die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF ist, ist die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF stark erregt.
  • Da das Motor-Reihenschluß-Erregerfeld verstärkend auf das Feld der Fremderregerwicklung MF einwirkt, ist das Motordrehmoment zwar groß, aber die Motordrehzahl sehr niedrig. Da aber auch das dem Motorlaststrom proportionale Generator-Reihenschlußfeld verstärkend auf das Feld der Generator-Fremderregerwicklung GF wirkt und dem Motorlaststrom proportional ist, bleibt der Hebezeugmotor HM nicht stehen, sondern kommt langsam auf Touren und bewegt sowohl schwere als auch leichte Lasten mit einer niedrigen und im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit. Dieses Betriebsverhalten gibt die Kurve 1H im ersten Quadranten Q 1 der F i g. 2 wieder. Bei 100 % Drehmoment ist die Kurve 1H im wesentlichen horizontal. Die Last wird also immer bewegt, sei sie auch noch so schwer, aber der Motor hebt andererseits auch in der Stellung »Heben 1« eine leichte Last nicht mit übermäßiger Geschwindigkeit, und sei sie noch so leicht.
  • Bringt der Bedienungsmann den Meisterschalter MS in die Stellung »Heben 2«, so wird mittels des Segments S2 über Kontakte 12 ein erster Teil des Generatorerregerwiderstandes GR kurzgeschlossen. Damit wird die Generatorfremderregung vergrößert und dadurch wiederum die Generatorspannung erhöht. Dies hat eine Erhöhung der Motordrehzahl zur Folge. Der Betrieb entspricht nun der Kurve 2H im ersten Quadranten Q 1 der F i g. 2. Es ergibt sich also auch in dieser Stufe für größere Belastungen eine konstante, d. h. von der Belastung nahezu unabhängige Drehzahl. Ein Stehenbleiben des Hebezeugmotors HM infolge zu großer Belastung kann also nicht eintreten. Für leichte Lasten steigt die Drehzahl leicht an.
  • Wird der Meisterschalter MS in die Stellung »Heben 3« gebracht, so werden der erste und ein weiterer Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes GR über Kontakt 13 kurzgeschlossen, und die Generatorspannung steigt weiter an. Der Hebezeugmotor HM arbeitet nun entsprechend der Kurve 3H in F i g. 2. Diese Kurve 3 H verläuft etwas steiler als die Kurve 2H. Die Motordrehzahl ist nun merklich höher für leichte Lasten, aber im wesentlichen konstant für schwerere Lasten. Auch hier gibt es kein Stehenbleiben des Hebezeugmotors HM für große Lasten.
  • Da in den Stellungen »Heben 1, 2 und 3« der Kontakt 21 geschlossen ist, wirkt das Feld der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF verstärkend auf das Feld der Generator-Fremderregerwicklung GF. Da aber das Reihenschlußfeld eine Funktion des Ankerstromes und dieser wiederum eine Funktion der Last ist, ist also die Generatorspannung ebenfalls eine Funktion der Last. Es steigt also die Generatorspannung mit wachsender Last leicht an und kompensiert so den Spannungsabfall im Ankerkreis. Dies verhindert, daß der stark kompoundierte Hebezeugmotor HM stehenbleibt. Dieses Verhalten geben die Kurven 1H, 2H und 3H im ersten Quadranten von F i g. 2 wieder.
  • Wenn der Meisterschalter MS in die Stellung »Heben 4« gebracht wird, werden durch einen Kontakt 14 der erste, zweite und ein weiterer Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes GR kurzgeschlossen, und die Generatorspannung steigt weiter an. Es tritt aber noch ein zusätzlicher Schaltvorgang in der Stellung »Heben 4« ein, da das Segment S2 den Stromweg für die Wicklung ALC im Kontakt 10 öffnet. Das in den Stellungen »Heben 1 bis 3« erregte Relais AL wird nun stromlos und öffnet die Kontakte 21 und schließt die Kontakte 20. Durch das öffnen der Kontakte 21 wird die Widerstandsbrücke geöffnet. Der ganze Strom fließt nun über den Widerstand 3 R im Brückenzweig 3 und teilt sich im Punkt J3. Ein Teil fließt durch die Diode D und die mit dieser in Serie liegende Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF im Brückenzweig 4, und der andere Teil fließt nun von VerbindungspunktJ3 nach J2 durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF. Der Strom fließt also nun umgekehrt durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF und ist ungefähr halb so groß wie der gesamte Motorlast- Strom. Das Zusammenwirken der Durchflutung des Feldes der Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF mit der des Feldes der Generator-Fremderregerwicklung GF formt die Strom-Spannungs-Kurven derart, daß zusammen mit der einem stark kompoundierten Gleichstrommotor eigenen Regelung die Kurven 4H und 5H entstehen.
  • Kurve 5H wird durch zusätzliche Schaltmaßnahmen bestimmt, die durchgeführt werden, wenn der Meisterschalter MS aus der Stellung »Heben 4« in die Stellung »Heben 5« gebracht wird. Die Schaltvorgänge laufen in rascher Folge ab: Erstens bleiben die Kontakte 3 nicht länger durch Segment S1 geschlossen. Es wird dadurch ein Widerstandsteil R 1 des Motorerregerwiderstandes MR in den Motorerregerstromkreis eingeschaltet, wodurch die Motorerregung sinkt. Zweitens wird die erregte Wicklung CLT des Relais LT dadurch entregt, daß Segment S2 den Kontakt 11 freigibt. Drittens schließt das Relais LT die Kontakte 19, wodurch ein vierter Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes GR kurzgeschlossen wird, was ein weiteres Ansteigen der Generator--spannung zur Folge hat. Gleichzeitig werden die Kontakte 18 geöffnet, wodurch der Widerstand R 2 des Motorerregerwiderstandes MR eingeschaltet wird, was ein weiteres Absinken der Motorerregung zur Folge hat.
  • Die beiden Kurven 4 H und insbesondere 5 H zielen auf konstante Leistung, indem leichte Lasten mit hoher Geschwindigkeit und schwere Lasten mit kleiner Geschwindigkeit bewegt werden.
  • CV stellt ein Spannungspräfrelais dar, dessen Wicklung CVC parallel zum Generator G liegt und das so eingestellt ist, daß es bei der zur Stellung »Heben 1« gehörigen Spannung, also beispielsweise 80 V, anspricht. Kontakte 50 und 51 des Spannungsprüfrelais CV überbrücken die Kontakte 9 und B. Wenn also der Meisterschalter MS rasch in die Nullstellung zurückgestellt wird, verhindern die Kontakte 51 und 50 des Spannungsprüfrelais CV ein Einfallen der Bremse und ein Einschalten der Generator-Gegenerregerwicklung GKF, bis die Generatorspannung unter einen bestimmten Wert, beispielsweise 80 V, abgesunken ist. Dies gestattet die volle Ausnutzung der Rückspeisung von Leistung, macht den Antrieb stoßfrei und verringert die Abnutzung der Bremse wesentlich.
  • Durch diese Schaltung des Hebezeugantriebes wird erreicht, daß er nicht stehenbleibt, sondern bis an die Grenze der mechanischen Leistungsfähigkeit der Windeneinrichtung jede Last hebt. Um die Windeneinrichtung vor Überlast zu schützen, ist das flinke Überlastrelais OL vorhanden, das beispielsweise bei 300 % Nenndrehmoment, was etwa 2651/o Nennankerstrom entspricht, den Hebezeugantrieb abschaltet. Das überlastrelais OL besitzt vorzugsweise automatische Rückschaltung, die wirksam wird, wenn der Meisterschalter MS in die Nullstellung zurückgeführt wird. Aber im allgemeinen ist keine automatische Rückstellung vorhanden. Das zwingt den Bedienungsmann, die Rückstellung von Hand vorzunehmen.
  • Wenn eine Last gesenkt werden soll, so gibt es im allgemeinen zwei Zustände: erst Kraftsenken und danach Senken einer durchziehenden Last. Da die Last eine Masse und der Motoranker eiii Trägheitsmoment, d. h. da alle durch den Hebezeugmotor HM bewegten Teile Masse bzw. Trägheitsmoment besitzen, wird zur Erzielung maximaler Arbeitsgeschwindigkeit gerade bei sehr schweren Lasten Kraftsenken angewendet. Wenn nur Haken und Seil die Last bilden, kann der Bedienungsmann den Meisterschalter MS aus der Hebestellung nehmen, und die Windeneim-ichtung bleibt stehen, oder wenn der Meisterschalter MS in der Nullstellung ist, kann er den Schalter rasch durch die Stellungen »Senken 1 bis 4« in die Stellung »Senken 5« bringen, um eine schnelle Senkbewegung des Hakens zu erreichen.
  • Es sei angenommen, daß die zu senkende Last beträchtlich größer ist als die aus Seil und leerem Haken resultierende Last, daß der Meisterschalter MS in der Nullstellung steht und daß die Last gesenkt werden soll. Der Bedienungsmann bringt durch Drehung nach L den Meisterschalter MS in die Stellung »Senken 1«, wodurch ein Stromweg aufgebaut wird, der von der Leitung 2P über alle Teilwiderstände des Generatorerregerwiderstandes GR, die Kontakte 5, ein diese schließendes Segment S5 des Meisterschalters MS, Leitung 23, Generator-Fremderregerwicklung GF, Leitung 22, die Kontakte 7 und ein diese überbrückendes Segment S 6 nach Leitung 1N verläuft. Hierbei wird die Generator-Fremderregerwicklung GF in entgegengesetzter Richtung, bezogen auf die Richtung des Pfeiles in F i g. 1, erregt, wie es in F i g. 4 und 5 dargestellt ist.
  • Alle anderen Stromkreise entsprechen denjenigen der Stellung »Heben 1«, mit der Ausnahme, daß die Wicklung 27 des Gegenerreger-Feldrelais KF nicht erregt ist, also Kontakt 28 geschlossen bleibt und infolgedessen die Generator-Gegenerregerwicklung GKF eingeschaltet ist.
  • Da die Polarität des Generators G nun umgekehrt ist, fließt der Strom durch den Ankerkreis, wie in F i g. 4 dargestellt. Während des Kraftsenkens verhindert die Sperrdiode D, daß der umgekehrte Ankerstrom durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF fließt und das Feld der Fremderregerwicklung MF schwächt. Eine solche schwächende Wirkung des Feldes der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF hätte, wenn sie zugelassen würde, eine bedeutende Verkleinerung des Motorerregerfeldflusses zur Folge, wodurch das abgebbare Drehmoment erheblich verkleinert würde. Ein wesentlich höherer Ankerstrom würde dann benötigt, um das erforderliche Drehmoment zu erzielen. Da aber kein Strom in umgekehrter Richtung durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF fließen kann, verhält sich der Hebezeugmotor HM wie ein Nebenschlußmotor mit starkem Nebenschlußerregerfeld und entwickelt ein ausreichendes Moment zur raschen Beschleunigung des Ankers und der mit ihm gekoppelten Last auf die vorgewählte Geschwindigkeit. Die Sperrdiode D besteht zweckmäßig aus vielen parallelgeschalteten Selenplatten. Diese Selenplatten sind so gewählt, daß sie einen Sicherheitsfaktor von 2001/o für Strom und Gegenspannungsfestigkeit haben.
  • Bei Kraftsenken ist, wie bereits erwähnt, in der Stellung »Senken 1« der Kontakt 28 geschlossen. Es wird also in der Generator-Gegenerregerwicklung GKF ein Feld erzeugt, das schwächend auf das Feld der Generator-Fremderregerwicklung GF wirkt. Der kleine Einschaltstrom durch die Generator-ReihenschlußErregerwicklung GSF wirkt ebenfalls schwächend. Die Generatorspannung wird also niedrig gehalten, so daß der Hebezeugmotor HM eine kleine Drehzahl erhält, mit der ein langsames Absenken und weiches Absetzen geschehen kann.
  • In der Stellung »Senken 2« sind die Kontakte 28 offen, die Generator-Gegenerregerwicklung GKF ist ausgeschaltet und demzufolge die Generatorspannung erhöht. Der erste Abschnitt des Generatorerregerwiderstandes GR ist wie in Stellung »Heben 2« kurzgeschlossen, so daß die Generatorspannung weiter erhöht ist. Die Erregerfeldsteuerung für den Genezator G ist in den Stellungen »Senken 3 bis 5« im wesentlichen die gleiche wie in den Stellungen »Heben 3 bis 5«. Das gleiche gilt für das Relais LT, das ebenfalls in der Stellung »Senken 5« abfällt. Der Teilwiderstand R 1 des Motorerregerwiderstandes MR wird jedoch in Stellung »Senken 5« nicht in den Stfomkreis eingeschaltet. Kraftsenken tritt jedoch f hnEch nur vorübergehend auf. Meist zieht die, "awstö den Hebezeugmotor HM durch, sobald der Hebezeugmotor HM und die Last in voller Bewegung s m d. Beim Senken jeder Last hat die Motordrehzahl die Tendenz, größer zu werden. Dies hat ein Anwachsen der Gegen-EMK zur Folge, bis diese die Generatorspannung übersteigt. Der Stromfluß im Ankerkreis kehrt dann seine Richtung um. Dies ist in F i g. 5 dargestellt. Der Strom fließt dann also in der gleichen Richtung wie im Hebebetrieb. Der Strom ,'fließt wieder durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwhcklung MSF, und die Durchflutung verstärkt die der Fremderregerwicklung MF. Da der HebezeugpWtor HM nun stark erregt ist, entwickelt er ein großes Verzögerungsmoment. Dieses Moment bewxt nun die Last vor weiterer Beschleunigung in Sqakxichtung, und es ergibt sich ein stabiler Betrieb.
  • ,Tun muß aber der Hebezeugmotor HM die Verdecken, Wenn in F i g. 2 im ersten Quadranten Q die senkrechte gestrichelte Linie 100% Dreh-,je für das Heben einer gegebenen Last bei allen 1)jebzahlen darstellt, dann entspricht die gestrichelte L,ie im vierten Quadranten Q IV 100 % Drehmonient für das Senken einer durchziehenden Last. F4r die Senkstellung ist die Motordrehzahl in jedem F,11 etwas größer als in der entsprechenden Hebestollung.
  • ,Der Hebezeugmotor HM läuft aus verschiedenen Crfünden schneller: Erstens muß seine Gegen-EMK größer sein, da der Hebezeugmotor HM nun in er Wirkung als Generator seinen eigenen Spanm.igsabfall und den des Generators G auszugleichen hat. Zweitens ist die Generatorspannung vergrößert, da die Drehzahl des Motor-Generator-Satzes einige Prozente höher ist .als die synchrone Drehzahl. Drittens muß der Hebezeugmotor HM seine Gegen-EMK bei etwas verkleinerter Erregung erzeugen, da der Strom durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF bei Senken einer gegebenen Last kleiner ist als bei Heben derselben Last. Durch Vergrößern seiner Drehzahl erzeugt der Hebezeugmotor HM die aus den drei obengenannten Gründen erforderliche zusätzliche Gegen-EMK.
  • Mit einer durchziehenden Last arbeitet der Hebezeugmotor HM als stark kompoundierter Generator, der Leistung an den Generator G abgibt, der als Nebenschlußmotor wirkt und den Asynchronmotor IM antreibt, der wiederum als Asynchrongenerator arbeitet.
  • Da ja die Reihenschluß-Erregerwicklung GSF des Generators G, wie in F i g. 5 dargestellt, gemäß der Erfindung in eine Widerstandsbrücke eingeschaltet ist, hat, wenn der Strom ansteigt, Punkt J3, bedingt durch die Induktivität der Motor-Reilierischluß-Erregerwicklung MSF, ein höheres Potential als der Punkt J2, und der Stromdurchfuß durch die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung GSF kehrt um.
  • Je größer die durchziehende Last ist, um so größer ist der zurückfließende Strom und entsprechend um so größer ist der Motorfluß und damit die Motorspannung. Es wird also mehr Leistung zurückgespeist. Je größer also die durchziehende Last ist, um so kleiner ist diejenige Motordrehzahl, bei der die Motorspannung die Generatorspannung erreicht. Das hat zur Folge, daß schwere Lasten mit kleinerer Geschwindigkeit gesenkt werden. Dies wird deutlich durch die Drehzahl-Drehmoment-Kurven im vierten Quadranten Q IV der F i g. 2.
  • Durch Wahl eines geeigneten Verhältnisses von Nebenschluß-Erregerdurchflutung zu Reihenschluß-Erregerdurchflutung, durch Verkleinerung des Trägheitsmomentes von Hebezeugmotor HM und Bremse und Benutzung der beschriebenen Schaltung ermöglicht dieser Antrieb, kleine Lasten mit hoher Geschwindigkeit und schwere Lasten mit kleiner Geschwindigkeit zu senken und die Hebe- und Senkgeschwindigkeit einander anzugleichen, ohne lastmessende Einrichtungen zu verwenden. Große Beschleunigungen und Verzögerungen werden ohne Verzicht auf hohe Leerhakengeschwindigkeiten erhalten.
  • 'Vorteilhaft bei der erf ndungsgemäßen . Einrichtung ist, daß, ganz gleich, ob es sich um Heben, Kraftsenken oder Senken mit durchziehender Last handelt, der Generator-Motor-Kreis niemals geöffnet ist, keine Schalter enthält und daß das Schließen oder öffnen des Kontaktes 21 nur auf einen Teil des Ankerstromes einwirkt. Dies ist wichtig, da es wesentlich zur Zuverlässigkeit und Sicherheit dieser Einrichtung beiträgt. .
  • Das Anhalten des Motors ist grundsätzlich eine Frage nach der Aufnahme oder Abführung der im Hebezeugmotor HM und seiner Last gespeicherten kinetischen Energie. Bei bekannten Konstantspannungs-Steuereinrichtungen für Hebezeuge ist die Rückspeisung von Leistung ausgeschlossen, weil die Rückströme die Motor-Reihenschluß-Erregerwick-Jung veranlassen, das Feld der Motor-Fremderregerwicklung zu schwächen oder gar zu vernichten. Es war also kein Bremsmoment mittels Rückspeisung erzeugbar, obwohl der Strom im Ankerkreis sogar sehr groß war. In der erfindungsgemäßen Einrichtung dagegen verhindert die Diode D das Fließen eines Rückstromes durch die Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung MSF, so daß das Feld der Motor-Fremderregerwicklung MF nicht geschwächt wird. Dieser Fremderregerfluß und der Rückstrom im Ankerkreis erzeugen ein positives Bremsmoment, das in Verbindung mit dem dynamischen Bremsen durch den Ankerkreiswiderstand die Last rasch auf eine sehr niedrige Geschwindigkeit bringt, ohne daß die Bremse eingeschaltet werden muß. Die Bremse ist also nicht zur Aufnahme des Motordrehmoments erforderlich, sondern wird nur zum Halten der Last benutzt. Ihr Einsatz im Betrieb ist somit selten und ihre Abnutzung gering.
  • Der beschriebene Hebezeugantrieb hat viele vorteilhafte Merkmale, wie beispielsweise das des weichen, stoßfreien Verhaltens bei Betätigung des Meisterschalters MS. Starke Drehimpulse und damit verbundene mechanische Beanspruchungen treten nicht auf. Wenn der Meisterschalter MS von voller Geschwindigkeit Heben nach voller Geschwindigkeit Senken geschaltet und nach Erreichen der vollen Senkgeschwindigkeit wieder zurückgeschaltet wird, was eine sehr harte Betriebsbedingung darstellt, so treten weder Stöße auf, noch erfolgt ein Pendeln oder Schwingen.
  • Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Antriebs ist seine Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Bremsen- und Stromversorgungsausfall. Wenn der Meisterschalter MS in die Nullstellung gebracht wird, werden die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und der Widerstand MR erst angeschaltet, wenn die Generatorspannung unter beispielsweise 80 V absinkt. Das zwingt die Generatorspannung rasch, bis auf fast 0 V abzusinken. Unter dieser Bedingung arbeitet der Hebezeugmotor HM dann als gesättigter Generator mit konstanter Erregung, und der Strom steigt, bis er ein Verzögerungsmoment erzeugt, das dem Lastmoment entspricht. Von da an wird die Last mit einer im wesentlichen konstanten niedrigen Geschwindigkeit gesenkt. Wenn also die Bremse nicht einfällt oder der Trennschalter CB offen ist oder beides eintritt, wird jede Last automatisch sicher abgesenkt.
  • Wenn die Drehstromversorgung ausfällt, öffnet ein Kontakt des nicht gezeichneten Drehstrommotoranlassers und bringt das Unterspannungsrelais LV zum Abfall, wodurch ebenfalls die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und der Widerstand MR angeschaltet werden und wodurch wiederum die Generatorspannung auf 0 V abgesenkt wird. Der Rückstrom infolge durchziehender Last fließt durch die Reihenschluß-Erregerwicklung MSF des Hebezeugmotors HM und erzeugt einen Erregerfluß, der proportional diesem Strom ist. Dadurch wird das Verzögerungsmoment vergrößert und der Hebezeugmotor HM veranlaßt, in der Drehzahl herunterzugehen.
  • Da die induzierte Generatorspannung beinahe Null ist, kommt der Spannungsabfall an seinen Bürsten durch den Laststrom zustande. Er beträgt beispielsweise etwa 5 % der Spannung bei voller Last. Die Erhitzung der Generator-Gegenerregerwicklung GKF und des Widerstandes MR ist deshalb gering. Es kann bei Ausfall der Bremse und der Stromversorgung allein mittels der Generator-Gegenerregerwicklung GKF und dem kleinen Widerstand MR in Reihe mit dieser Wicklung jede Last sicher gesenkt werden.
  • Die gespeicherte kinetische Energie des Hebezeugmotors HM und der Last wird zum größten Teil in dem Ankerkreiswiderstand vernichtet und der Rest zum Antrieb des Motorgeneratorsatzes verwendet. Der Motor-Generator-Satz arbeitet als Motor mit kleinem Erregerfeld, da die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und die Generator-Reihenschlußerregerwicklung GSF nur kleine Werte für die Durchflutung liefern. Er ist aber der niedrigen Spannung ausgesetzt, die über die Generator-Gegenerregerwicklung GKF und dem mit dieser in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand MR entwickelt wird. Der Hebezeugmotor HM dreht nicht durch, sondern die Last wird mit einer festen Geschwindigkeit gesenkt.
  • Das Oszillogramm in F i g. 6 zeigt, was geschieht, wenn die Bremse mechanisch gelüftet, die Drehstromversorgung abgeschaltet und kein Gleichstrom an die Generator- und Motor-Fremderregerwicklungen gelegt ist. Innerhalb 1 bis 11/2 Sekunden nach Ausfall der Stromversorgung wird die Geschwindigkeit der Last auf ungefähr 20 % der vollen Lastsenkgeschwindigkeit verringert. Diese Geschwindigkeit ist klein genug, um eine Ladung weich abzusetzen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Hebezeugantrieb mit Gleichstrommotor in Leonard-Schaltung mit Fremd- und Reihenschluß-Erregerwicklungen für Generator und Motor, bei dem eine Gleichrichterdiode derart in Reihe zur Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung geschaltet ist, daß auf mindestens einer Hubstufe sowie im Senkbetrieb mit durchziehender Last das Motor-Reihenschluß-Erregerfeld gleichgerichtet ist und daß die Reihenschaltung der Diode und der Motor-Reihenschluß-Erregerwicklung einen Zweig einer brückenartigen Widerstandsschaltung bildet, in deren einer Diagonale sich der Generator-Motor-Kreis befindet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Generator-Reihenschluß-Erregerwicklung (GSF) die andere Diagonale (J2 bis J3) der als vollständige Widerstandsbrücke (J1 bis J4) ausgebildeten Widerstandsschaltung bildet.
  2. 2. Hebezeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Generator (G) bei Stromausfall, bei Überlast sowie in der Nullstellung und mindestens in einer der ersten Senkstellungen des Meisterschalters eine Gegenerregerwicklung (GKF), vorzugsweise in Reihenschaltung mit einem einstellbaren Widerstand (7R), parallel liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 624 452; USA.-Patentschrift Nr. 2 785 362; »VDI-Zeitschrift«, Bd. 96, vom 15.4.1954, S. 339.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE624452C (de) * 1932-06-16 1936-01-21 Aeg Elektrischer Antrieb einer Arbeitsmaschine mit konstanter Drehzahl und Belastung durch einen Gleichstrommotor
US2785362A (en) * 1951-09-06 1957-03-12 Westinghouse Electric Corp Adjustable voltage drive

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