DE1513176A1 - Regeleinrichtung fuer einen Antrieb von auf Verladebruecken verfahrbaren Drehkranen - Google Patents

Description

8 München 5, den 2. August 1963

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f. L-att V. ^tcepke Telefon 240675 ^{χχχ/ D} ICIOITC

Patentanwälte

P 15 13 176.7 (H 55 322 VIIIb/21c) Harnischfeger Corporation

Regeleinrichtung für einen Antrieb von auf Verladebrücken verfahrbaren Drehkranen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Antrieb von auf Verladebrücken verfahrbaren Drehkranen mit von einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Turbine angetriebenem, in seiner Erregung regelbarem Wechselstromgenerator sowie von diesem gespeisten Antriebsmotoren, wobei die Regeleinrichtung bei beliebiger Drehzahl des Primärantriebes auf ein im wesentlichen konstantes, von der Belastung unabhängiges Verhältnis der Generatorausgangspannung zu deren Frequenz steuert und eine dem Belastungsstrom des Wechselstromgenerators entsprechende elektrische Meßgröße zur Regeleinrichtung rückkoppelbar ist.

Verfahrbare Drehkrane sind im allgemeinen mit einem elektrischen Antrieb versehen, um dem Laufwerk eine möglichst große Beweglichkeit zu verschaffen, für das Laufwerk wird gewöhnlich als primärer Antrieb eine Verbrennungskraftmaschine verwendet, mit der ein Gleich- oder Wechselstromgenerator zur Speisung der elektrischen Antriebsmotoren gekoppelt ist. Die Antriebsmotoren treiben schließlich die Vorrichtungen zum .Fortbewegen, Heben und Drehen des Kranes an.

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NeU3 Unterlagen (Art7|lAbe.2 Nr.ISaU3 desÄnderuneeoee.v.4.9.1967)

Bekannt ist es, Gleichstromgeneratoren in Verbindung mit Gleichetromantriebsmotoren zu verwenden, wobei ein Gleichstromgenerator von einer Verbrennungskraftmaschine mit veränderbarer Drehzahl angetrieben wird. Bei dieser Kopplungsart erzeugt der Gleichstromgenerator je nach der Drehzahl des Verbrennungsmotors eine veränderliche Spannung, nach der sich die Drehzahl der elektrischen Antriebsmotoren einstellt. Die Anschaffungskosten einer derartigen Gleichstromanlage sowie die Unterhaltskosten für die hierzu erforderlichen Stromwendevorrichtungen sind verhältnismäßig hoch.

3s ist auch bekannt, einen mit konstanter Drehzahl betriebenen Verbrennungsmotor mit einem 7/echselstromgenerator zu koppeln, der eine stets gleichbleibende Spannung von konstanter Frequenz liefert, jedoch erfordert eine solche Einrichtung Motoren mit gedrehten Präzisionsrotoren und verhältnismäßig komplizierten Regelvorrichtungen, um den Drehzahlverlauf regeln zu können, was ebenfalls hohe Ansehaffungs- und Unterhaltskosten bedingt.

Ferner ist es auch bekannt, das Verhältnis zwischen Drehzahl und Frequenz bei schwankender Belastung konstant zu halten sowie eine dem Belastungsstrom des Wechselstromgenerators entsprechende elektrische Meßgröße zu der Regeleinrichtung zurückzukoppeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verhältnismäßig billige Antriebsvorrichtung für die eingangs genannte Art von Drehkranen zu schaffen, bei der von einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Turbine als primärer Antrieb ausgegangen wird, mit welchem ein die Wechselstromantriebsmotoren speisender Wechselstromgenerator gekoppelt ist. Im Rahmen dieeer Aufgabe ist eine Einrichtung vorgesehen, welche die Felderregung des Wechselstromgenerator regelt.

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Erfindungsgeraäß wird bei einer eingangs beschriebenen Regeleinrichtung diese Aufgabe durch einen mit dem primären Antrieb verbundenen Erregerstromgenerator zur Erzeugung einer im wesentlichen konstanten Felderregung des Wechselstromgenerators gelöst.

Diese Einrichtung soll sowohl eine lastunabhängige Regelung auf konstante Felderregung des Wechselstromgenerators mittels eines Widerstandreglers als auch eine den Belastungsstrom des Viechseistromgenerators berücksichtigende Regelung mittels Rückkopplung umfassen.

In weiterer Ausgestaltung steuert der Rückkopplungszweig die Felderregung des Erregerstromgenerators im Sinne einer Kompensation des Belastungsstromes des Wechselstromgenerators, d.h. der Erregerstromgenerator wird dann stärker erregt, wenn die Ausgangspannung des Wechsexstromgenerators infolge zunehmender Belastung abfällt.

Die automatische Kompensation eines Leistungsabfalles bei Belastung des Wechselstromgenerators mittels Rückkopplung wirkt sich derart aus, daß das Spannungs-Frequenz-Verhältnis konstant bleibt, gleichgültig, wie stark der Ausgang des Wecnselstromgenerators belastet wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des elektrischen Antriebsystems eines Portalkran und

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild.

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Wie in Fig. 1 angedeutet, ist ein Verbrennungsmotor 30 vorgesehen, der einen Hauptgenerator 31, einen Brregerstromgenerator 33 und einen Batterieladestromgenerator 34 über •übliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Riementriebe antreibt. Der Ausgang des Erregerstromgenerators 53 dient als Quelle einer regelbaren Erregerspannung mit konstantem Verhältnis zwischen Spannung und Frequenz für den Hauptgenerator 31. Es sind aber auch andere Mittel für eine Regelung der Felderregung möglich.

ψ Der Hauptgenerator 31 erzeugt die Spannung für die Antriebsmotoren 35i die Hubmotoren 36 und die Fördermotoren 37 des Krane, wobei vor den entsprechenden Motoren ein Reihentrennschalter 26 Bowie ein Hauptrelais 32 und parallel geschaltete Steuerrelais 38, 39, 40 für die Antrieb-, Hub- und Fördermotoren vorgesehen sind. Die Relais 32, 38, 39 und 40 werden vorzugsweise mit Gleichstrom gespeist, obwohl in gleicher Weise auch wechselBtromgespeiste Relais benutzt werden können.

Der Generator 34 dient in der üblichen Weise zum Laden einer Gleichstrombatterie 41 für die Speisung verschiedener Nebenverbraucher, wie eine hydraulische Steuerpumpe 42, ein Signal-. horn 43, Bremsen 44, Scheinwerfer 45 und ein Zündring 46 für den Verbrennungsmotor 30.

Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung der Verbrennungskraftmaschine 30, den Hauptgenerator 31 mit seiner Erregerspule 28, den Trennschalter 26, das Hauptrelais 32 und den Erregerstromgenerator 33 mit seiner Erregerspule 21. Um am Hauptgenerator 31 ein konstantes Spannungs-Frequenz-Verhältnis bei jeder Drehzahl des Verbrennungsmotors 30 zu erhalten, sind für die Regelung der Felderregung des Hauptgenerators 31 Steuermittel vorgesehen.

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Die Brregerspule 28 des Hauptgenerators 31 ist zwischen einer geerdeten lextung G-I und einer positiven Leitung PL angeschlossen und wird vom Ausgang des Erregerstromgenerators 33 unter Zwischenschaltung einer zwischen den Leitungen GL und PL vorgesehenen Gleichrichterbrücke 27 gespeist.

Zur Regelung der Erregung der Feldwicklung 21 des Erregerstromgenerators 33 und somit der Ausgangspannung dieses Generators dient ein Widerstandsregler 10. Dieser Regler enthält eine Spule 20 und einen mit mehreren Kontaktfingern 52 versehenen AbJreifwiderstand 50. Normalerweise sind die Kontaktfinger 52 zur Verringerung des Widerstandes 50 überbrückt. In Abhängigkeit von dem durch die Spule 20 fließenden Strom wird bei dessen Ansteigen die Überbrückung in der üblichen Weise in dem Sinne verringert, daß der Viert des Widerstandes 50 wirksam anwächst.

Der Widerstand 50 ist einerseits über einen Gleichrichter 53 mit der positiven Leitung PL verbunden. Von diesem Verbindungspunkt ist ferner eine parallelgeschaitete Widerstand-Kondensator-Kombination 54 an die geerdete Leitung GL gelegt. Mit dem anderen Ende, dem Anschlußpunkt T 1, ist der Widerstand 50 über einen Widerstand 17 mit Masse und über Schaltkontakte 14 eines Unterbrecherrelais 15 mit der Feldwicklung 21 des Erregerstromgenerators 33 verbunden, wobei das andere Ende der Feldwicklung 21 über einen Widerstand 22 geerdet ist. Das zwischen der positiven Leitung PL über einen Vorwiderstand 16 an Masse gelegte Unterbrecherrelais 15 öffnet beim Auftreten von Spitzenspannungen, die im Schaltkreis bei verschweißten Abgreifkontakten oder durch andere Ursachen hervorgerufen werden, seine Schaltkontakte 14·

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-G-

Die zur Kontrolle der Kontäktfinger 52 dienende Spule 20 ist petrallei mit einen Widerstand 13 einerseits über einen Vorwiderstand 19 an die positive Leitung PL und andererseits an einen Anschlußpunkt T 2 gelegt, der über ein Potentiometer 11 mit Masse in Verbindung steht. Der Abgrii'f 1TS überbrückt den Abschnitt 11 A, so daß der Anschlußpunkt Q? 2 lediglich über den Abschnitt 11 B an Masse zu liegen kommt.

Durch diese Schaltanordnung wird erreicht, daß bei jeder Drehzahl dis Verbrennungsmotors 50 die Ausgangspannung des von diesem angetriebenen Erregerstromgerierators 55 die Erregerwicklung 28 des Hauptgenerators A derart beaufschlagt, daß bei einer gegebenen Drehzahl ein bestimmtes Verhältnis zwischen Spannung und Frequenz am Ausgang des Hauptgenerators 51 auftritt. Die Ausgangspannung des Erregerstromgenerators 55 wird aber auch durch die Spule 20 beeinflußt, welche in den Stromkreis ednbezogen ist von der positiven Leitung PL über den Vorwiderstand 19 und den Paralie!widerstand 18 zur Spule 20 aowie den Widerstandabschnitt 11 B des Potentiometers 11 zur Masse.

Dieser Stromfluß durch die Spule 20 bestimmt einen gegebenen effektiven Widerstandswert des Widerstandes 50, dessen normalerweise überbrückten Kontaktfinger 52 über einen Bereich geöffnet sind, der von der Erregung der Feldspule 20 abhängig ist. Durch den Widerstand 50 ergibt sich ein Stromfluß von der positiven Leitung PL über den Gleichrichter 55 und den Widerstand 50 zum Anschlußpunkt T 1. Dort verzweigt sich der Strom entweder über den Wiaerstand 17 zur Masse oder über die Schaltkontakte H, die Feldspule 21 und den Vorwiderstand 22 zur Masse. Auf diese Weise bestimmt der effektive Widerstandwert des Widerstandes 50 die Größe der Felderregung in der Wicklung 21.

BAD ORIGINAL

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Erhöht der Verbrennungsmotor 30 seine Drenzahl, so erzeugt der Erregerstromgenerator 33 eine höhere Ausgangspaniiung, die ein Anwachsen der in der Spule 20 des Heglei's 10 induzierten Spannung zur Folge hat. Diese erhöhte Induktion in der Spule 20 verursacht eine Erhöhung des effektiven Widerstandwertes des Widerstandes 50, woraufhin sich die Erregung der Feldspule 21 der ErregerStromgenerators 5.5 proportional verringert. Umgekehrt verursacht ein Abfallen von einer gegebenen Drehzahl des Verbrennungsmotors 30 eine Vergrößerung der Erregung in der Feldspule 21. Da sich bei jeder gegebenen Motordrehzahl die Ausgangspannung des Erregerstromgenerators 35 mit der Größe der Erregung in der Feldspule 21 ändert, wirkt der Regler 10 drehzahlausgleichend und entwickelt eine stets konstante Ausgangspannung des Erregerstromgenerators ;>3, was zur Folge hat, daß die Erregung in der Feldwicklung 28 des Hauptgenerators 31 konstant bleibt. Auf diese Weise bleibt das Verhältnis zwischen Spannung und Frequenz am Ausgang des Hauptgenerators 31 trotz der Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors im wesentlichen konstant, da für eine gegebene Größe der Erregung in der Feldwicklung 28 Spannung und Frequenz des Hauptgenerators proportional der Drehzahl des Verbrennungsmotors sind.

Es ist zweckmäßig, den Abgriff 11 S des Potentiometers 11 als Steuerorgan für die Ausgangspannung am Erregerstromgenerator 33 zu verwenden. Bei einer beliebig vorgegebenen, der positiven Leitung PL aufgeprägten Spannung führt eine Vergrößerung des Potentiometerabschnittes 11 B zu einer größeren Induktion in der Spule 20 und dadurch zu einem Abfall des effektiven Widerstandwertes des Widerstandes 50, was einer vergrößerten Erregung in der Feldwicklung 21 des Erregerstromgenerators 33 entspricht.

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Trotz des mit dieser Schaltungsanordnung erzielten konstanten Spannungs-Irequenz-Yerhältnisses tritt in der Praxis "bei gegebener Drehzahl und Felderregung des Generators aber unabhängig von Drehzahlschwankungen ein unerwünschter Abfall der Generatorausgangspannung ein infolge Impedanzänderungen des Hauptgenerators 31 bei den unter Last laufenden Motoren 35» 36 und 37.

Um auch unter diesen Umständen eine von der Generatorbelastung unabhängige Eonstanz des Spannungs-Frequenz-Verhältnisses zu

P erreichen, ist zusätzlich zu dem die Drehzahländerungen ausschaltenden Reglerglied eine den Laststrom berücksichtigende Rückkopplungsschaltung vorgesehen. Hierzu befindet sich im Ausgang des Hauptgenerators 31 eine Überträgerspule 24, in die eine dem Belastungsstrom entsprechende Spannung induziert wird. Diese Spannung ist an eine Gleichrichterbrücke 23 gelegt, deren gleichspannungsmäßiger Ausgang von einer geerdeten, Spitzenspannungen begrenzenden Zener-Diode 13 beaufschlagt wird. Ein mit einem Abgriff 12 S versehenes Potentiometer 12 ist zwischen Erde und dem Anschlußpunkt T 2 geschaltet. Der Potentiometerabschnitt 12 A liegt hierbei über den Abgriff 12 S parallel zur Zener-Diode 13_f so daß ein positiver

k Strom von der Gleichrichterbrücke 23 über den Abgriff 12 S und den Abschnitt 12 1 zur Masse fließen kann. Am Abschnitt 12 B des Potentiometers 12 entsteht zwischen dem Anschlußpunkt T 2 und dem Abgriff 12 S eine Rückkopplungsspannung, die spannungskompensierend oder entgegengesetzt gerichtet zu der am Anschlußpunkt T 2 gegenüber Erde liegenden, die Ausgangspannung des Erregerstromgenerators 33 bestimmenden Spannung wirkt.

Bei einer durch die Leistung des Erregerstromgenerators 33 vorgesehenen Regelstellung des Reglers 10 verursacht ein Belastungsstromfluß im Hauptgenerator 31 ein Rtickkopplungssignal, das

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wiederum eine Induktionsverringerung in der Spule 20 des Reglers 10 auslöst, wodurch die Erregung in der Feldwicklung 21 des Erregerstromgenerators 33 anwächst. Mit anderen Worten, das Rückkopplungssignal verursacht eine Stromabnahme in der Spule 20, dadurch eine Widerstandyerringerung des Widerstandes 50 und ein Anwachsen des Erregerstromes und somit der Ausgangspannung des Erregerstromgenerators 33. Dieses Verhalten führt schließlich zu einer Erhöhung des Erregerstromes und dadurch zu einer Erhöhung der Ausgangspannung des Hauptgenerators 31. Unabhängig von der Belastung des Hauptgenerators 31 wird auf diese Weise ein konstantes Spannungs-Frequenz-Verhäitnis am Ausgang des Hauptgenerators gewährleistet.

Somit stellt eine als Antriebsmaschine betriebene Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit Wechselstrommotoren als Arbeitsmaschinen zusammen mit einem zwischengeschalteten Wechselstromgenerator von konstantem Spaimungs-Frequenz-Verhältnis eine Antriebsvorrichtung dar, die eine stufenloae Drehzahlregelung der Antriebsmotoren erlaubt, was üblicherweise nur durch Drosselung des Verbrennungsmotors erreicht werden, kann. Mit der beschriebenen Ausführungsform ist es daher möglich, alle Antriebsmotoren unabhängig von ihrer Belastung und bis zur Grenze ihrer leistungsfähigkeit mit einer Drehzahl zu verwenden, die der Drehzahl der primär antreibenden Verbrennungskraftmaschine 30 entspricht.

Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können andere Mittel zur Felderregung, z.B. geeignete Batterien verwendet werden, auch kann statt einer primär antreibenden Verbrennungskraftmaschine eine Turbine eingesetzt und dag Rückkopplungssignal beispielsweise durch einen Serienwiderstand im Hauptgenerator 31 abgenommen werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   'Regeleinrichtung für einen Antrieb von auf Verladebrücken verfahrbaren Drehkranen mit von einer Verbrennungskraftmaschine oder einer Turbine angetriebenem, in seiner Erregung regelbarem Wechselstromgenerator sowie von diesem gespeisten elektrischen Antriebsmotoren, wobei die Regeleinrichtung bei beliebiger Drehzahl des Primärantriebes
   auf ein im wesentlichen konstantes, von der Belastung un-" abhängiges Verhältnis der Generatorausgangspannung zu

   deren Frequenz steuert und eine dem Belastungsstrom des
   Wechselstromgenerators entsprechende Meßgröße zur Regeleinrichtung rückkoppelbar ist, gekennzeichnet durch einen mit dem primären Antrieb (30) verbundenen Erregerstromgenerator (33) zur Erzeugung einer im wesentlichen konstanten !Felderregung des Wechselstromgenerators (31).

   2, Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem im Ausgang des Weehselstromgenerators (31) vorgesehenen induktiven oder kapazitiven Abnehmer (24), einem Gleichrichter (23)» einer spannungbegrenzenden Diode (13)

   t und einem Einstellpotentiometer (12) bestehende Rückkopplungszweig in Abhängigkeit des Belastungsstromes des Wechselstromgenerators (31) die Erregung des Erregerstromgenerators (33) im Sinne einer Kompensation des Belastungsstromes steuert,

   3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen die felderregung des Wechselstromgenerators (31) bei einer gegebenen Drehzahl des primären Antriebes (30) unabhängig vom Belastungsstrom des Wechselstromgenerators konstant haltenden Widerstandsregler (10) umfaßt.

   Unterlagen {Art7§lA&8.2Nr.lSatt3desÄnderunge9*8,v.*.9.19ö7)

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