DE2301935B2

DE2301935B2 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines fremderregten Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2301935B2
Application number: DE19732301935
Authority: DE
Inventors: Bengt Vaesteraas Baeckstroem (Schweden)
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1973-01-16
Publication date: 1978-06-22
Also published as: AU5131873A; SE360059B; DE2301935A1; ES410813A1; RO61026A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines fremderregten Gleichstrommotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-OS 20 02 117.

Bei Antrieben mit fremderregten Gleichstrommaschinen, die mit einer Anordnung zur automatischen Feldschwächung versehen sind, besteht häufig die Gefahr einer Überlastung des Ankerkreises beim Antrieb oberhalb der Grunddrehzahl, d. h. im Feld-Schwächungsbereich. Bei Anwendung solcher Antriebe für Hubbewegungen, z. B. bei Kränen, ist es üblich, den Betrieb oberhalb der Grunddrehzahl nur bei leeren Lasthaken oder sehr kleiner Last durchzuführen. Bei der modernen Containerhandhabung und auf ähnlichen Arbeitsgebieten kann dies mit Rücksicht auf die Forderung nach einer schnellen und rationellen Handhabung nicht akzeptiert werden. Bei ankergespeisten Antriebssystemen ist eine Strombegrenzungsanordnung, z. B. bei Stromrichterbetrieb, kein geeigneter Schutz in dieser Hinsicht, u. a. deshalb, weil der Überbelastungszyklus relativ lang anhaltend sein kann. Es ist auch notwendig, Momentreserven zur Verfugung zu haben, um ein Schnellanhalten durchführen zu können, und man kann auch bei Verzögerung mit negativem, d. h. beschleunigendem Belastungsmoment, z. B. Verzögerung der Senkbewegung bei Kranbetrieb, Momentzuschüsse benötigen.

Bei der aus der DE-OS 20 02 117 bekannten Schaltungsanordnung whd die Drehzahl des fremderregten Gleichstrommotors in üblicher Weise auf einen bestimmten Sollwert eingeregelt. Der Antrieb besitzt darüber hinaus eine Anordnung zur Notbremsung, durch welche beim Eintreffen eines Signals zur Durchführung der Notbremsung der konstante Drehzahlsollwert fortgeschaltet und durch einen auf Null abfallenden Führungswert für den Drehzahlsollwert ersetzt wird. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß die Bremsung mit maximaler Geschwindigkeit erfolgt, und andererseits, daß der im Sollwertgeber zuletzt vorhandene Drehzahlsollwert nicht verstellt zu werden braucht.

Aus der DE-OS 19 31 322 ist ein drehzahlgeregelter fremderregter Gleichstrommotor für einen Kranantrieb bekannt, bei dem neben der Veränderung der Ankerspannung auch die Feldschwächung als Stellgröße für die Drehzahlregelung ausgenutzt wird. Bei der

κι bekannten Anordnung wird der Drehzahlsollwert entsprechend der Verstellung eines Schalthebels sprunghaft verändert. Dem Stromregler wird unmittelbar ein Signal in Abhängigkeit des Ankerstromes zugeführt, wodurch die Stromregelung kompliziert und anfällig für Instabilitäten wird. Außerdem sind bei der bekannten Anordnung umfangreiche zusätzliche Geräte erforderlich zur Bildung einer Größe, welche die Abweichung des Istwertes des Drehmomentes vom Nennwert des Drehmomentes vermittelt. In Abhängigkeit dieser Größe wird im Drehzahlregler ein Korrektursollwert aufgeschaltet Diese bekannte Anordnung, durch die eine gute Ausnutzung des Motors in allen vier Quadranten seines Arbeitsbereiches erzielt werden soll, ist in ihrem Aufbau relativ aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß bei normalem Betrieb des Antriebes, insbesondere bei seiner Verwendung für einen Kran, der Feldschwächungsbereich des

ω Motors für eine schnelle Drezahlregelung voll ausgenutzt wird, ohne daß die Gefahr einer Überlastung des Ankerstromkreises besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1

>5 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Erfindung hat die vorteilhafte Eigenschaft, daß der Feldschwächungsbereich als Stellgröße in die - Drehzahlregelung mit einbezogen wird und dies durch einen einfachen Aufbau erreicht wird. Bei der Erfindung wird also im Gegensatz zu der eingangs genannten Anordnung eine Drehzahl (n) über der Grunddrehzahl (mit Feldschwächung) ausgenutzt, die von dem tatsächlichen Belastungsmoment (Mbci) abhängig ist. Die Proportionalität ist umgekehrt, d. h.

und somit

η =

konst.

wobei Pmax = maximale Leistung des Motors. Die Anordnung ist hinsichtlich ihrer Funktion ein Leistungsbegrenzer. Die Verwendung eines Leistungsbegrenzers bedingt eine Antriebsausrüstung mit automatischer Feldschwächung (EMK-Regelung), und den Sollwert der Drehzahl erhält man, wie erwähnt, in Form einer Funktion, die auf gegebene Order unterbrochen werden kann (sogenannte »hold«-Funktion). Ein Beispiel für einen Sollwertgenerator ist in BBC-Nachrichten ]an. 1966,S.57-58und Fig. 1 und2beschrieben.

Anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles und der in Fig. 2 dargestellten Zeitdiagramme soll die Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 2 zeigt zuoberst das Bezugssignal (U_r) für den Sollwertgenerator, aufgetragen über die Zeit L Das erste Rechteck betrifft das Heben eines Krans, das zweite das Senken. U₅ ist das Ausgangssignal des Sollwertgenerators 11 und somit der Drehzahlsollwert für die Gleichstrommaschine 12. U schließlich ist eine dem Ankerstrom oder seinem Antwortsignal proportionale Größe.

Zu Beginn der Beschleunigung hat der Drehzahlsollwert U₅, vgl. das zweite Diagramm in Fig.2, einen steigenden Verlauf, in dessen oberen Bereich, und zwar bei der Grunddrehzahl, die Feldschwächung einsetzt (siehe bei Φ in F i g. 2). Wenn die Feldschwächung ihren maximalen Wert erreicht hat, wird die Beschleunigung abgebrochen, und der Drehzahlsollwert bleibt konstant, bis dem Bezugssignal U_r ein niedrigerer Wert gegeben wird als der, der der vorhandenen Geschwindigkeit entspricht

Der Ankerstrom Ia steigt anfangs augenblicklich auf einen gewissen Wert an, wonach er mit Beginn der Feldschwächung schnell auf einen Maximalwert steigt (z. B. 1,2 χ Nennstrom). Nach Beendigung der Beschleunigung sinkt er wieder ab. Zu Beginn der Verzögerung sinkt der Ankerstrom I_A augenblicklich etwas und sinkt danach sukzessiv bis zur Beendigung der Feldschwächung ab, wonach er konstantgehalten wird, bis die Verzögerung beendet ist.

Dies wird durch die Anordnung gemäß F i g. 1 auf folgende Weise erreicht:

Das Funktionsprinzip des Leistungsbegrenzers 13 besteht darin, daß der Ankerstrom Ia am Gleichstrommotor 12 abgetastet wird. 11 ist ein Sollwertgenerator mit seinem Anlaßschalter 14. 15 ist eine Regelanordnung für den Ankerkreis, z. B. ein Thyristorstromrichter. 16 ist ein Feldsteller für den Feldkreis mit automatischer Feldschwächung. 17 ist der separat gespeiste Feldkreis des Gleichstrommotors 12, und 18 ist ein Tachogenerator. 19 ist die Last.

Während des nachfolgend beschriebenen Beschleunigungsverlaufes (Heben der Last) werden der Ankerstrom Ia, das Bezugssignal U_r und der Drehzahlsollwert i/jabgetastet.

Wenn der Ankerstrom I_A einen vorgegebenen Maximalwert (Nennstrom + zusätzlichen Strom für Beschleunigung, z. B. 1,2 χ Nennstrom J_n) erreicht, wird dies angezeigt. Der Maximalwert wird bei 21 im Leistungsbegrenzer eingestellt, und wenn Ia diesen Maximalwert übersteigt, geht ein Signal mit einem bestimmten Vorzeichen ( + ) von dem niveauabtastenden Glied 20 zu dem UND-Glied 22. Wenn der Absolutwert des Bezugssignals U_r größer ist als der Absolutwert des Drehzahlsollwertes U₅ wird dies von dem niveauabtastenden Glied 23 angezeigt, und ein Signal mit bestimmten Vorzeichen ( + ) geht an das UND-Glied 22.

Erreicht der Drehzahlsollwert U₅ einen eingestellten Wert, der der Drehzahl entspricht, bei dem die Feldschwächung beginnt, wird dies von dem niveauabtastenden Glied 32 angezeigt, und ein Signal mit gewissem Vorzeichen (+) gehl an das UN D-Glied 22.

Wenn Signale von den niveauabtastenden Gliedern 20, 23 und 32 vorliegen, gelangt ein Signal von dem UND-Glied 22 über das ODER-Glied 25 zu dem bistabilen Kippschalter 24, der umgestellt wird. Ein

Verhaltesignal geht an den Sollwertgenerator 11, so daß dessen Ausgangssignal LZ₁ sich nicht weiter verändert.

Wenn Ur auf Null umgestellt wird, was von dem

ίο niveauabtastenden Glied 36 angezeigt wird, wird das Glied 22 gesperrt, und über das NOR-Glied 30 erhält das ODER-Glied 29 ein Signal. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 29 wird dem bistabilen Kippschalter 24 zugeführt, welcher kippt und dadurch das Verhaltesi-

gnal aufhebt, so daß das Ausgangssignal des Sollwertgenerators verschwindet. Dadurch wird die Verzögerung eingeleitet, und zwar zunächst mit Feldschwächung und danach mit konstantem Feld. Das Verhaltesignal und damit das Aiisgangssignal des Sollwertgenerators 11 werden auch beseitigt, wenn (Λ einen niedrigeren Wert bekommt als U₅. Dies wird von dem niveauabtastenden Glied 33 angezeigt, dessen Ausgangssignal über das UND-Glied 27 und das ODER-Glied 29 den bistabilen Kippschalter umstellt.

Beim Senken der Last (Beschleunigung mit negativem Belastungsmoment) wird dem Sollwertgenerator ein Bezugssignal £/_rmit entgegengesetztem Vorzeichen wie beim Heben zugeführt. Wenn die Grundgeschwindigkeit erreicht ist, wird die Geschwindigkeit mittels

jo Feldschwächung weiter gesteigert. Wenn der Strom (1_A) einen bestimmten Wert erreicht hat (Nennstrom minus Strom für Beschleunigungszuschuß, z. B. 0,8 J_n einstellbar an dem Einstellglied 31), wird dies von dem niveauabtastenden Glied 35 angezeigt, dessen Aus-

j3 gangssignal zu dem UND-Glied 26 geht.

Die übrigen Eingangssignale zu dem UND-Glied kommen von den niveauabtastenden Gliedern 33 und 34, die anzeigen, daß

\Ur\>\a\

bzw. die Grunddrehzahl erreicht ist.

Wenn sämtliche Eingangssignale des UND-Gliedes vorliegen, gibt es ein Ausgangssignal, das über das ODER-Glied 25 den bistabilen Kippschalter 24 umstellt.

Man erhält ein Verhaltesignal, und t/_swird konstant.

Wenn Ur auf Null gestellt wird, wird das Glied 26 gesperrt, und in oben beschriebener Weise wird das Verhaltesignal und damit die Ausgangsgröße des Sollwertgenerators 11 beseitigt. Wird U_r auf einen niedrigeren Wert eingestellt als U₅, so erhält man ein Signal von dem niveauabtastenden Glied 23, das zusammen mit einem Signal von dem niveauabtastenden Glied 34 an das UND-Glied 28 geht. Dessen Ausgangssignal gelangt über das ODER-Glied 29 zu dem bistabilen Kippschalter 24, der umgestellt wird, wodurch die Ausgangsgröße des Sollwertgenerators verschwindet. Der Verzögerungsverlauf wird nicht von dem Leistungsbegrenzer beeinflußt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines fremderregten Gleichstrommotors mit einem Sollwertgeber, der eine als Funktion der Zeit veränderliche Drehzahlführungsgröße abgibt, insbesondere für einen Kranantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb des Gleichstrommotors im Feldschwächungsbereich des Motorstrom (Ia) beim Überschreiten eines in einem Signalgeber (13) eingestellten Grenzwertes (21) ein Signal auslöst, durch welches eine weitere Veränderung der Drehzahlführungsgröße (U₁) verhindert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beschleunigung mit negativem Belastungsmoment (Senken der Last) ein Beschleunigungssignal des Sollwertgenerators (11) bei einem niedrigeren Ankerstrom als dem vorgegebenen unterbrochen wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beschleunigung in Hubrichtung ein Beschleunigungssignal des Sollwertgenerators (11) bei einem höheren Ankerstrom als dem vorgegebenen unterbrochen wird.