DE2005680C3 - Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlsteuerung eines GleichstromnebenschluBmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selbstätigen Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors, insbesondere zum Antrieb einer Schwergutwinde, dessen Ankerwicklung bis zu einer Grunddrehzahl bei voller Erregung mit einer veränderbaren und umkehrbaren Spannung gespeist wird und dessen Erregerspannung oberhalb der Grunddrehzahl über einen vom Ankerstrom-Istwert abhängig gesteuerten Erregerstromregler selbstätig geschwächt wird.

Es ist bereits ein Leonardantrieb für eine Schwergutwinde ausgeführt worden, bei dem der Anker eines Gleichstrommotors zur Drehzahls euerung im Bereich unterhalb der Nenndrehzahl mit einer veränderbaren und umkehrbaren Spannung aus einem Steuergenerator gespeist wird. Um bei leerem Lasthaken oder geringer Last den Gleichstrommotor mit höherer Drehzahl als Nenndrehzahl betreiben zu können, wird zur weiteren Drehzahlsteuerung in einem Bereich oberhalb der Nenndrehzahl die Spannung an der Feldwicklung des Gleichstrommotors geschwächt. Hierzu ist die Feldwicklung über eine Spannungsteilerschaltung mit stufenweise zu- und abschaltbaren Teilwiderständen aus einer Gleichspannungsquelle gespeist. Zur Vermeidung einer Überlastung des Motors wird die Spannung an der Feldwicklung in der Weise verändert, daß das Drehmoment bei einer Drehzahländerung innerhalb einer vorgegebenen Grenzkurve bleibt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Ankerstrom durch Relais überwacht und bei Erreichen vorgegebener Ankerstromwerte die Teilwiderstände durch eine Steuervorrichtung selbsttätig zu- bzw. abgeschaltet werden. Den verschiedenen Motorstromen und damit den vom Motor abgegebenen verschiedenen Drehmomenten ist dabei eine mehr oder weniger große Anzahl von abgestuften Drehzahlwerten zugeordnet. Bei dieser Ausführung critt beim Übergang von einer Drehzahlstufe auf eine andere eine sprunghafte Drehzahländerung auf.

Bei der in der DL-PS 51352 beschriebenen Anordnung ist einem Nebenschlußmotor ein Drehzahlregler mit unterlagerter Anker- und Erregerstromregelung zugeordnet. Dabei wird der Sollwert für die über der Grunddrehzahl liegenden Drehzahl durch einen einstellbaren Sollwertgeber vorgegeben.

In dem Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechniker Band II (1953), Seite 634 bis 640, ist eine Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors beschrieben, dessen Drehzahl oberhalb der Grunddrehzahl durch Feldschwächung geändert wird. Dabei ist die Leistung konstant und das Drehmoment fällt umgekehrt proportional zur wachsenden Drehzahl. Es ergibt sich somit eine Grenzkurve für das Drehmoment.

Zur Erzielung einer der Grenzkurve entsprechenden Höchstdrehzahl muß bei den bekannten Ausführungen fur jede auftretende Motorbelastung eine bestimmte Drehzahl vorgegeben werden. Da die Belastung nur annähernd abgeschätzt werden kann, ist mit den bekannten Ausführungen lediglich eine mehr oder weniger weit unterhalb der möglichen Höchstdrehzahl liegende Drehzahl einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drehzahlsteuerung im Bereich oberhalb der Nenndrehzahl stetig zu gestalten und bei unterschiedlichen Motorbelastungen zu erreichen, daß der Gleichstromnebenschlußmotor selbsttätig immer die auf der Grenzkurve durch die jeweilige Belastung vorgegebene Höchstdrehzahl einnimmt.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Erregerstromregler integrales Verhalten aufweist und sein Sollwerteingang an eine Vergleichseinrichtung angeschlossen ist, deren einem Eingang ein von einem Drehzahlmeßglied gespeister Funktionsgeber zum Bilden eines einem Grenzdrehmoment proportionalen Sollwertes und deren anderem Eingang ein von einem Ankerstrommeßglied und Erregerstrommeßglied gespeister Rechner zum Bilden eines dem Drehmoment-Istwert proportionalen Wertes vorgeschaltet ist.

Dadurch wird eine Sollwertvoreinstellung entbehrlich und damit die Bedienung erheblich vereinfacht. Für Schwergutwinden ergibt sich beim Transport von leichtem Gut mit unterschiedlichem Gewicht eine wesentliche Verkürzung der Transportzeit.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Antrieb ist mit 1 ein Gleichstrommotor bezeichnet, der über ein Getriebe auf eine Seiltrommel einer Schwergutwinde arbeitet. Der Anker 2 des Gleichstrommotors 1 wird zur Drehzahlsteuerung im Bereich unterhalb der Nenndrehzahl mit einer veränderbaren und in der Polarität umkehrbaren Spannung aus einem Leonard-Generator oder über eine Thyristor-Anordnung T aus einem Wechselstromnetz gespeist. Legt man einen Steuerhebel St bis zur Stellung V aus, so wird die Thyristor-Anordnung T über eine Regeleinrichtung R ange-

Steuert. In der Stellung O liegt am Anker 2 des Gleichstrommotors 1 keine Spannung. Die Stellung fSdes Steuerhebels St ist für den Betrieb des Gleichstrommotors 1 im Feldschwächbereich vorgesehen. In dliesem Feldschwächbereich wird zur Drehzahlsteuejrung oberhalb der Gninddrehzahl die Spannung an der Feldwicklung 3 über eine vom Ankerstrom-Istwert Ja beeinflußte Steuereinrichtung selbsttätig vermindert, und zwar in der Weise, daß zur Verminderung einer Überlastung des Motors 1 das Urehmoment Md bei einer Drehzahländerung jeweils innerhafb einer vorgegebenen Grenzkurve Md* bleibt.

Diese in Fig. 2 gezeigte Grenzkurve Md* gibt das Drehzahlverbalten des Gleichstrommotors in den Bereichen Heben und Senken bei durch die Erwärmung vorgegebener Höchstleistung an. In der Ordinate ist das Verhältnis Drehzahl π zur Grunddrehzahl n_n und in der Abszisse das Verhältnis Drehmoment Md zu Nenndrehmoment Md_n in Prozent aufgetragen. Die Kurve H zeigt den Drehmomentenverlauf bei voller Erregung im Bereich Heben und die Kurve 5 den Drehmomentenverlauf bei voller Erregung im Bereich Senken. Der Bereich, in dem eine Feldschwächung zur Drehzahlsteuerung oberhalb der Grunddrehzahl vorgenommen wird, ist jeweils schraffiert. Durch die strichpunktierte Linie ist die Höchstdrehzahl angedeutet.

Zur Drehzahlsteuerung im Feldschwächbereich ist bei dem erfindungsgemäßen Antrieb-wie F ig. !zeigt - der Gleichstrommotor 1 mit einem integralen Verhalten aufweisenden Erregerstromregler 4 ausgerüstet, dessen Istwert-Eingang 5 an ein Erregerstrommeßglied 6 und dessen Sollwert-Eingang 7 an eine Vergleichseinrichtung 12 angeschlossen ist. Der eine Eingang 13 der Vergleichseinrichtung 12 ist von einem Funktionsgeber 15 gespeist, in dem ein dem Grenzdrehmoment proportionaler Sollwert Md* gebildet wird. Hierzu wird dem Eingang 16 des Funktionsgebers ein der Istdrehzahl η des Motors 1 proportionales Signal von einem Drehzahlmeßglied (Tachometergenerator) 14 zugeführt. Der Funktionsgeber 15 enthält an sich bekannte elektrische Bauelemente, durch die ein mit der Drehzahl η nach der eingezeichneten Funktion sich änderndes, dem Grenzdrehmoment proportionales Signal Md* gebildet wird. Im Funktionsgeber 15 ist darüber hinaus ein Und-Glied angeordnet, das bewirkt, daß nur bei Überschreiten eines bestimmten, an den Eingang 16 gegebenen Wertes der Drehzahl η und bei Vorliegen eines Signals am Eingang 17 der Erregerstromregler 4 für die Feldwicklung 3 des Motors 1 iii Tätigkeit gesetzt wird. Dabei wird der Funktionsgeber 15 von der Regeleinrichtung R der Thyristoranordnung Γ in der Weise beeinflußt, daß erst nach dem Erreichen der vollen Nennspannung Ua für den Anker 2 des Gleichstrommotors 1 ein Signal an den Eingang 17 gelangt.

Wird beim Anheben von leichtem Stückgut der Steuerhebel St von O in die Stellung FS ausgelegt, so wird der Gleichstrommotor 1 bei voller Erregerspannung der Wicklung 3 je nach Anstiegsgeschwindigkeit der Ankerspannung Ua langsamer oder schneller etwa nach der gestrichelten Kennlinie A (Fig. 2) auf die Kennlinie H in seiner Drehzahl hochlaufen. Sobald eine vorgegebene Drehzahl, z.B. die Grunddrehzahl n_n, und die volle Ankerspannung Ua erreicht ist, ist die obengenannte Und-Bedingung an den Eingängen 16 und 17 des Funktionsgebers 15 erfüllt, und im Funktionsgeber 15 wird ein dem Grenzdrehmoment Md*_x proportionales Signal erzeugt, welches als Sollwert dem Eingang 13 der Vergleichseinrichtung 12 zugeführt wird.

Dem Eingang 18 der Vergleichseinrichtung 12 ist ein von einem Ankerstrom-Meßglied 19 und Erregerstrommeßglied 6 gespeister Rechner 20 zum Bilden eines dem Drehmoment-Istwert Md proportionalen Wertes vorgeschaltet. Am Eingang 18 steht somit der im Rechner 20 aus dem Ankerstrom Ja und Erregerstrom Je gebildete Drehmoment-Istwert Md an. Dieser Istwert hat bei Erreichen der Nenndrehzahl n_n den Wert Md₁ (Fig. 2). Die Vergleichseinrichtung 12 enthält eine Spannungsvergleichsschaltung, mit der Abweichungen der als Spannungen an den Eingängen 13, 18 zugeführten Drehmomente erfaßt werden. Ist der Wert des Grenzdrehmoments Md* größer als das Ist-Drehmoment Md (im vorliegenden Fall ist Md*, größer als Md₁), so wird dem Eingang 7 des Erregerstromreglers 4 ein positives Signal zugeführt. Dem Eingang 7 ist gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Sollwertgeber 11 nachgeordnet, der einen Stellmotor 11a und ein von diesem verstellbares Potentiometer 11b enthält. Ein positives Signal am Eingang 7 bewirkt ein Drehen des Stellmotors 11a in der eingezeichneten Pfeilrichtung und eine Abnahme des am Potentiometer 11b abgegriffenen Sollwerts Je*. Dieser Sollwert wird an die Vergleichsschaltung 10 des Erregerstromreglers 4 gegeben. Durch Vergleich mit dem Erregerstrom-Istwert' Je wird ein Steuersignal für den Steuersatz 9 gebildet, der die im Feldkreis angeordnete Thyristorschaltung 8 im Sinne einer Feldschwächung steuert. Für den Transport von leichtem Gut wird die Spannung an der Feldwicklung 3 des Motors 1 selbsttätig so lange geschwächt, bis die Abweichung des Istdrehmoments Md vom Grenzdrehmoment Md* annähernd zu Null wird. Dies tritt bei der Drehzahl n₂ ein, bei der gilt: Md*₂ = Md₂.

Durch den motorischen Sollwertgeber 11 wird beim Regelvorgang eine stetige Erregerspannungsänderung und damit eine kontinuierliche Drehzahländerung gemäß der Linie α erzielt.

Für eine etwaige größere Last ist das zur Verfügung stehende Beschleunigungsmoment kleiner, und die Drehzahl ändert sich nach der Linie b. Durch die größe der Abweichung des Istdrehmoments Md vom Grenzdrehmoment Md* wird die Änderungsgeschwindigkeit des Erregerstrom-Sollwertes Je* bestimmt. Bei größerer Last ist diese Abweichung kleiner [AMd₃KAMd₂)- Dadurch wird erreicht, daß bei verschiedenen Lasten die Höchstdrehzahl etwa gleich schnell erreicht wird.

Die Änderungsgeschwindigkeit der Erregerspannung kann in vorteilhafter Weise durch einen Widerstand lic im Ankerkreis des Stellmotors verändert werden. Damit ist es möglich, den Drehzahlverlauf an den jeweils vorhandenen Stellmotor anzupassen.

Beim Zurücknehmen des Steuerhebels St auf Null, beispielsweise zum Stillsetzen der Last, wird das an den Eingang 17 gegebene Signal weggenommen, so daß am Ausgang des Funktionsgebers 15 kein Signal Md* mehr ansteht. Damit wird die in der Vergleichseinrichtung 12 gebildete Spannungsabweichung negativ, und dem Eingang 7 des Erregerstromreglers 4 wird eine negative Spannung zugeführt. Der Stellmotor 11a dreht sich daher in entgegengesetzter Richtung (gestrichelte Pfeilrichtung) und führt den Abgriff

des Potentiometers lib in die Ausgangslage, bei der die Feldwicklung 3 volle Erregerspannung erhält.

Die Regeleinrichtung R steht in Steuerabhängigkeit vom Erregerstrommeßglied 6. Sobald die volle Erregerspannung erreicht ist, wird die Regeleinrichtung R zum Herabsteuern der Ankerspannung Ua mit dem Steuerhebel St freigegeben. Da in dem genannten Fall der Steuerhebel S/ bereits auf Null gestellt worden war, wird die Ankerspannung Ua durch die Regeleinrichtung auf Null geführt.

Wird der Steuerhebel Si nur in eine Zwischenstellung zwischen O und V gebracht, so stellt sich eine entsprechende Ankerspannung und damit eine bestimmte Drehzahl des Motors 1 unterhalb seiner Nenndrehzahl ein.

Das im Funktionsgeber 15 enthaltene Und-Glied ist zweckmäßigerweise mit Mitteln in der Weise versehen, daß beim Senken einer leichten Last (die durch den Motor beschleunigt wird) der Sollwert Md* be einem anderen Drehzahlwert als beim Heben, z.B bei der Drehzahl n_t, freigegeben wird. In ähnliche

ίο Weise wie beim Heben geht dann für eine vorgege benc Last eine Drehzahländerung gemäß der Linie
vor sich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlsteuerung eines Gleichstromnebenschlußmotors, ins- s besondere zum Antrieb einer Schwergurtwinde, dessen Ankerwicklung bis zu einer Grunddrehzahl bei voller Erregung mit einer veränderbaren und umkehrbaren Spannung gespeist wird und dessen Erregerspannung oberhalb der Grunddrehzahl "> über einen vom Ankerstrom-Istwert abhängig gesteuerten Erregerstromregler selbsttätig geschwächtwird, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromregler (4) integrales Verhalten aufweist und sein Sollwerteingang (7) an eine Ver- »5 gleichseinrichtung (12) angeschlossen ist, deren einem Eingang (13) ein von einem Drehzahlmeßglied (14) gespeister Funktionsgeber (15) zum Bilden eines einem Grenzdrehmoment (Md*) proportionalen Sollwertes und deren anderem Eingang (18) ein von einem Ankerstrommeßglied (19) und Erregerstrommeßglied (6) gespeister Rechner (20) zum Bilden eines dem Drehmoment-Istwert (Md) proportionalen Wertes vorgeschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstromregler (4) an seinem Sollwerteingang (7) einen Sollwertgeber (11) mit einem von einem Stellmotor (Ha) angetriebenen Sollwertpotentiometer (lib) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor [Ha) für das Sollwertpotentiometer (life) in seiner Drehzahl einstellbar ist.

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