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Anordnung zum Schutz eines elektromotorisch angetriebenen Getriebes
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz eines elektromotorisch angetriebenen
Getriebes gegen zu große Zahnbeanspruchungen durch Begrenzung des Motordrehmomentes
bis zum Erreichen eines Drehwinkels, der der maximalen Getriebelose entspricht.
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Fün Industrieantriebe werden in steigendem Umfang stromrichtergesteuerte
Gleichstrommotoren eingesetzt. Viele Stromrichter, z. B. Quecksilberdampfgleichrichter
oder steuerbare Siliziumzellen, zeichnen sich durch vernachlässigbare Trägheit aus.
Bei solchen geregelten Antrieben ist es dadurch möglich, die Drehzahl sehr genau
entsprechend einem vorgegebenen Drehzahlsollwert zu führen. Beim Anlassen eines
derartigen geregelten Antriebes wird der Drehzahlsollwert im allgemeinen von Null
aus linear vergrößert. Der Motor und die Arbeitsmaschine sind aber mit trägen Massen
behaftet, die dem Anlaufmoment entgegenwirken. Der Stromrichter begegnet der Massenträgheit
dadurch, daß er voll öffnet und ein starkes Moment einen schnellen Anlauf des Antriebes
erzwingt. Der Strom und das Moment steigen dabei wegen der Trägheitsfreiheit der
steuerbaren Gleichspannungsquelle sehr steil an. Der Stromanstieg und damit die
Beschleunigung wird meist durch eine Strombegrenzung begrenzt. Näherungsweise springt
dann der Ankerstrom von Null augenblicklich auf den Begrenzungswert, und der Antrieb
läuft dadurch
| in der bei dieser Begrenzung kürzestmöglichen |
| 2@a |
der der Schleppschalter .in seine Ausgangslage zurückgebracht wird, wieder angelassen
wird.
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Eine andere bekannte Schutzeinrichtung sieht einen Widerstand vor,
der - von einem Meisterschalter beim Anlassen parallel zum Anker eines Gleichstrommotors
gelegt - das Motormoment beim Anlassen begrenzt. Die Begrenzung wird beim Weiterschalten
des Meisterschalters auf die zweite Stufe durch Abschalten des Widerstandes wiederaufgehoben.
Die Begrenzung wird also nicht drehwinkelabhängig vorgenommen, sondern nach einer
durch die Erfahrung der anlassenden Person bestimmten Zeit wiederaufgehoben. Für
moderne hochwertige Antriebe ist die-
| ses Verfahren jedoch unbrauchbar. |
| Crtrjpj,Pschärlan lrrinnten natürlich auch dadurch |
Zur Messung des kleinen Drehwinkels, innerhalb dessen die Zähne
des Getriebes nach -nicht voll im Eingriff miteinander stehen, ist eine digitale
Winkelmeßeinrichtung zweckmäßig. Sind hohe Frequenzen erforderlich, so ist eine
kontaktlose digitale Winkelmeßeinrichtung vorteilhaft.
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Die von des digitalen Winkelmeßeinrichtunb ausgehenden Impulse -.werden
über eine -elektronische Torschaltung einer elektronischen Zähleinrichtung zugeführt,
die bei'nfieichen einer einstellbaren Impulszahl das Strombegrenzungsglied ausschaltet.
Die elektronische Torschaltung wird- beim Verschwinden des Motorstromes eingeschaltet
und beim Erreichen -der dem eingestellten Drehwinkel entsprechenden, von der Zähleinrichtung
gezählten Impulszahl wieder ausgeschaltet. . _ Um den Motor selbst oder die Arbeitsmaschine
vor zu hoher Belastung zu schützen, nachdem die Getriebeteile in Eingriff gekommen
sind, ist es in bekannter Weise vorteilhaft, außer dem Strombegrenzungsglied, das
den Strom nach dem Durchgang durch den oder beim Anlauf- aus dem Stillstand drehwinkelabhängig
begreiizt,.;och ein weiteres Strombegrenzungsglied vorzusehen, das den Motorstrom
auf den betriebsmäßig zulässigen Betrag begrenzt. Ein von der Ausgangsgröße der
Zähleinrichtung gesteuerter, vorzugsweise kontaktloser Umschalter schaltet jeweils
das eine oder andere Strombegrenzungsglied ein. Das den Motorstrom auf den betriebsmäßig
zulässigen Betrag begrenzende Strombegrenzungsglied kann von einem dem Motor vorgeschalteten
Stromwandler gespeist werden.
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Das Ausgangssignal des wirksamen Strombegrenzungsgliedes kann bei
einem drehzahlgeregelten Elektromotor einem den-Drehzahlsollwert und den Drehzahlistwert
vergleichenden Summierglied motorstromvermindernd zugeführt werden.
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Bei Drehzahlregelkreisen, bei denen die Drehzahlregelabweichung den
Stromsollwert für einen zusätzlichen Stromregelkreis bildet, kann über einen Spannungsteilermit
nichtlinearen Gliedern, dessen Charakteristik von der Zähleinrichtung gesteuert
wird, eine Begrenzung des Stromes durch Begrenzung des Stromsollwertes erfolgen.
Die nichtlinearen Glieder können dabei aus Zenerdioden bestehen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, bei der
einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit Strombegrenzung
über ein Summierglied und F i g. 2 eine erfindungsgemäße Einrichtung mit Strombegrenzung
nach dem bekannten Stromleitverfahren.
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In F i g. 1 treibt der- Anker 1 eines.fremderregten Gleichstrommotors
über ein Getriebe 2 eine Arbeitsmaschine 3 an. Die Ankerspannung des Motors liefern
steuerbare Gleichrichter 4. Die Steuerung der Ankerspannung erfolgt durch ein Steuerglied
5. An dessen Eingang liegt ein Summierglied 6, in dem eine Drehzahlsollwertspannung
s mit einer Drehzahlistwertspannung-i einer Tachometermaschine 7 verglichen wird.
Die Strombegrenzung steuert Strombegrenzungsglieder 9 bzw. 30. Letzteres ist beim
Durchlaufen einer bestimmten Drehwinkels, innerhalb dessen die Getriebezähne noch
nicht voll miteinander im Eingriff stehen, wirksam und führt in diesem Drehwinkelbereich
dem Summierglied 6 eine Zusatzspannung zu, die den Drehzahlsollwert in einem solchen
Sinn korrigert, daß der Ankerstrom auf einen niedrigen Betrag begrenzt wird.
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Der Drehwinkel wird durch eine Winkelmeßvorrichtung gemessen, die
bei dem Ausführungsbeispiel als digitale fotoelektrische Meßeinrichtung ausgebildet
ist. Eine Lochscheibe 12 wird von einem aus einer Lichtquelle 13 stammenden Lichtstrahl
abgetastet, und die von einem fotoelektrischen Element 14 abgegebenen Impulse werden
einer Zähleinrichtung 15 während der Öffnungszeit einer nicht dargestellten elektronischen
Torschaltung zugeführt.
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An Stelle des fotoelektrischen Zählimpulsgebers können naturgemäß
auch Impulsgeber mit rotierenden Kontaktwerken, mit magnetischer Impulsbildung u.
dgl. verwendet werden. Die Verwendung von analog arbeitenden Winkelmeßeinrichtungen
ist ebenfalls möglich.
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Die elektronische Torschaltung wird von einem Glied 16 eingeschaltet,
das anspricht, wenn der Ankerstrom Null ist bzw. durch Null hindurchgeht. In diesem
Augenblick sind die Getriebezähne außer Eingriff. Zu Beginn der Zählung wird das
Strombegrenzungsglied 10 über einen Schalter 11, der vorzugsweise kontaktlos, z.
B. als Schalttransistor, ausgebildet ist, mit dem Summierglied 6 verbunden. Nach
Erreichen der vorgegebenen Impulszahl, die einem bestimmten Drehwinkel entspricht,
nach dem die Getriebezähne mit Sicherheit voll im Eingriff sind, wird der Schalter
11 durch einen Impuls der Zähleinrichtung 15 umgeschaltet, wodurch das Strombegrenzungsglied
10 ausgeschaltet wird. Gleichzeitig wird die elektronische Torschaltung wieder ausgeschaltet
und die Zähleinrichtung 15 auf Null gestellt. Sie steht dann für den Anlauf bzw.
die nächste Drehmomentenumkehr bereit.
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Das ferner vorgesehene Strombegrenzungsglied 9 begrenzt den Motorstrom
auf den betriebsmäßig zulässigen Betrag. Es- ist als Schwellenwertglied ausgebildet,
das von einem Gleichstromwandler.8 gespeist wird. Beim Umschalten des Schalters
11 wird die Ausgangsspannung des Strombegrenzungsgliedes 9 dem Summierglied 6 zugeführt
und begrenzt dadurch den Ankerstrom so, daß dieser eine bestimmte Größe nicht überschreiten
kann. Wird das Strombegrenzungsglied 10 durch den Schalter 11 ausgeschaltet, so
wird gleichzeitig das Strombegrenzungsglied 9 eingeschaltet, und umgekehrt.
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F i g. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen nach dem Prinzip
des bekannten Stromleitverfahrens ausgebauten Regelkreis. Bei diesem Regelverfahren
wird die Strombegrenzung durch einen dem Drehzahlregelkreis nachgeschalteten Stromregelkreis
vorgenommen. .Drehzahlsoll- und Drehzahlistwert werden in einem Summierglied 17
verglichen und die Differenz -auf einen Drehzahlregelverstärker 18 gegeb'e'n. Dessen
Ausgangsspannung stellt den Sollwert der Stromregelung dar, der in einem Summierglied
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mit dem von dem Stromwandler 8 gelieferten Stromistwert verglichen wird.
Die Differenz liegt am Eingang des als Stromregelverstärker wirkenden Steuerglieds
5, das seinerseits die steuerbaren Gleichrichter 4 steuert. Die Strombegrenzung
erfolgt dabei durch eine Begrenzung der Ausgangsspannung des Drehzahlregelverstärkers
18. Zu diesem Zweck sind die Ausgangsklemmen des Drehzahlregelverstärkers 18 mit
einem nichtlinearen Spannungsteiler verbunden, der aus einem konstanten Widerstand
20 und zwei dazu in Reihe geschalteten Zenerdioden 21 und
22 besteht.
Bei einem Reversierantrieb müssen die Zenerdioden durch gegeneinander geschaltete
Zenerdiodenpaare ersetzt werden. Die Zahl der in Reihe geschalteten Zenerdioden
ist natürlich beliebig. Der maximal zulässige Stromsollwert läßt sich dadurch herabsetzen,
daß ein Teil der Zenerdioden über einen Schalter 23 kurzgeschlossen wird. Auch hierfür
kann zweckmäßigerweise eine kontaktlose Transistorschaltanordnung gewählt werden.
Die Wirkungsweise der Zähleinrichtung 15 ist die gleiche wie bei der Einrichtung
15 nach F i g. 1. In dem Augenblick, wenn der Ankerstrom Null ist, wird der Zählvorgang
über das Glied 16 eingeleitet; der Zähler 15 schließt dann den Schalter 23. Nach
einer einstellbaren Zahl von Impulsen, also einem bestimmten Drehwinkel, erfolgt
die Öffnung des Schalters 23 und dadurch die Heraufsetzung der Stromgrenze auf den
Betriebswert.