DE568700C

DE568700C - Electric drive for constant performance with variable load and speed with a separately excited motor

Info

Publication number: DE568700C
Application number: DES101121D
Authority: DE
Inventors: Richard Deetjen
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1930-08-03
Filing date: 1930-08-03
Publication date: 1933-01-24

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 24. JANUAR 1933ISSUED ON JANUARY 24, 1933

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 35 b GRUPPE 7oiCLASS 35 b GROUP 7oi

S10X121 XII35bS10X121 XII35b

mit einem fremderregten Motorwith a separately excited motor

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. August 1930 abPatented in the German Empire on August 3, 1930

Bei elektrischem Antrieb mit stark schwankender Belastung ist es unzweckmäßig, den Antriebsmotor mit gleichbleibender Drehzahl zu betreiben, da dann der Motor zwar bei starker Belastung einigermaßen günstig, bei schwacher Belastung aber sehr schlecht ausgenutzt wurde. Wird aber, wie z. B. beim Betriebe von Schiffsladewinden, Wert darauf gelegt, den Motor gleichmäßig voll zu belasten, indem man das Produkt von Last und Hubgeschwindigkeit möglichst konstant hält, also z. B. die Hubgeschwindigkeit bei kleiner Last erhöht, so kann, wenn geschultes Bedienungspersonal zur Verfügung steht, dieses Ziel durch geeignete Regulierung des Motors verhältnismäßig leicht erreicht werden. Anders liegt der Fall jedoch bei Schiffsladewinden, die in den verschiedensten Häfen der Welt häufig von ganz unkundigem Personal bedient werden und daher die genannte Forderung vollkommen automatisch erfüllen müssen. Von derartigen Winden wird häufig verlangt, daß die Hubgeschwindigkeit bei leerem Haken etwa das Fünffache derjenigen bei Vollast beträgt.In the case of an electric drive with heavily fluctuating loads, it is inexpedient to use the Drive motor to operate with constant speed, because then the motor is indeed at stronger Exposure reasonably cheap, but very poorly exploited with low exposure. But, like z. B. when operating ship loading winches, emphasis is placed on the engine load evenly to full by taking the product of load and lifting speed keeps as constant as possible, so z. B. increases the lifting speed with a small load, so can, if trained operating personnel are available, achieve this goal by means of suitable Regulation of the engine can be achieved relatively easily. The case is different, however in the case of ship loading winches, which in the most varied of ports around the world are often of very little knowledge Personnel are served and therefore meet the aforementioned requirement completely automatically have to. Of such winches is often required that the lifting speed at empty hook is about five times that at full load.

Um dieser Forderung entsprechen zu können, muß man bei kleiner Last die Drehzahl des Motors durch Feldschwächung erhöhen, und zwar in stärkerem Maße, als es bei einem Motor mit Hauptstromcharakteristik durch die Abnahme der Ankerstromstärke der Fall sein würde.In order to be able to meet this requirement, the speed of the Increase the motor by field weakening, to a greater extent than with a motor be the case with the main current characteristic due to the decrease in the armature current strength would.

Die Erfindung ist auf einen elektrischen Antrieb für gleichbleibende Leistung bei veränderlicher Last und Drehzahl gerichtet, bei welchen eine derartige Erregungsregelung eines fremderregten Motors selbsttätig in Abhängigkeit von dem ■— beispielsweise durch die Last am Haken gegebenen — Drehmoment des Motors erfolgt. Hierbei kann man eine ununterbrochene Feldregelung dadurch erhalten, daß man den Erregerstrom einer besonderen Erregermaschine entnimmt, deren Charakteristik vom Drehmoment des Antriebsmotors bzw. von der Hublast so beeinflußt wird, daß die Bedingung gleicher Leistung bei verschiedener Hubgeschwindigkeit, also gleicher Ankerstromstärke des Antriebsmotors bei gleichbleibender Betriebsspannung erfüllt ist. Um nun die Charakteristik der Erregermaschine in Abhängigkeit von dem Drehmoment des Antriebsmotors zu bringen, läßt man gemäß der Erfindung die Last von dem Umlaufrade eines Umlaufrädergetriebes antreiben, von dessen Mittelrädern das eine mit dem Antriebsmotor und das andere mit einer zur Erregung des Antriebsmotors dienenden fremderregten Dynamomaschine zwangsläufig verbunden ist. Der Anker der zur Erregung des Antriebsmotors dienenden DynamomaschineThe invention is based on an electric drive for constant performance while changing Directed load and speed, at which such an excitation control of an externally excited motor is automatically dependent of the ■ - given for example by the load on the hook - torque of the Engine takes place. Here you can get an uninterrupted field control that the excitation current is taken from a special excitation machine, the characteristics of which are from Torque of the drive motor or of the lifting load is so influenced that the condition the same power at different lifting speeds, i.e. the same armature current strength of the drive motor is fulfilled with the operating voltage remaining the same. Now to the characteristics To bring the exciter as a function of the torque of the drive motor, one leaves the load according to the invention drive from the planetary gear of a planetary gear, one of whose center gears the drive motor and the other with one serving to excite the drive motor separately excited dynamo is inevitably connected. The anchor of excitement the drive motor serving dynamo

*) Von dem Patentsucher ist ah der Erfinder angegeben worden:*) The inventor has been stated by the patent seeker:

Richard Deetjen in Eystrup, Weser.Richard Deetjen in Eystrup, Weser.

ist dabei zweckmäßig in Reihenschaltung mit der Feldwicklung des Antriebsmotors an die Netzspannung angeschlossen.is useful in series connection with the field winding of the drive motor to the Mains voltage connected.

In der Zeichnung ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt. Es bedeutet 20' den Anker des Antriebsmotors, auf dessen Welle das als Innenrad des Umlaufgetriebes dienende Ritzel 21 aufgekeilt ist. Durch die Zwischenräder 2a und 22' wird das umlaufende Außenrad 23 angetrieben, dessen Moment durch den Anker 24 der Erregermaschine über die Zahnräder 25, 26 und 27, welch letzteres in einen Außenzahnkranz des Umlaufrades 23 greift, abgestützt wird. Die Zwischenräder 22 und 22' übertragen mit Hilfe des umlaufenden Bügels 28 und der Zahnräder 2g und 30 die vom Anker 20 abgegebene Leistung auf die Seiltrommel· 31. Der Anker 20 erhält seinen Strom unmittelbar aus dem Netz, während dieselbe Netzspannung die Erregerwicklung 32 der Erregermaschine speist. Der im Anker 24 der Erregermaschine erzeugte Strom dient unmittelbar zur Speisung der Erregerwicklung 33 des Antriebsmotors. In Fig. 2 ist dieselbe Getriebeanordnung schematisch von der Seite dargestellt. Die Erregung des Antriebsmotors ist also auf diese Weise in unmittelbare Abhängigkeit von ■ dem Drehmoment des Antriebsmotors gebracht.Such an arrangement is shown schematically in the drawing. It means 20 'den Armature of the drive motor, on the shaft of which serves as the inner gear of the epicyclic gear Pinion 21 is keyed. The rotating outer wheel is created by the intermediate wheels 2a and 22 ' 23 driven whose moment by the armature 24 of the exciter via the gears 25, 26 and 27, which the latter engages in an external ring gear of the planetary gear 23, is supported. The intermediate gears 22 and 22 ′ transmit with the aid of the rotating bracket 28 and the gears 2g and 30 the power output from the armature 20 to the cable drum · 31. The armature 20 receives its current directly from the mains, while the same mains voltage the excitation winding 32 feeds the excitation machine. The one in the armature 24 of the exciter The current generated is used directly to feed the field winding 33 of the drive motor. In Fig. 2 the same gear arrangement is shown schematically from the side. The excitement the drive motor is in this way directly dependent on the torque brought the drive motor.

Die Leistung der Erregermaschine braucht nur so groß zu sein, um die Erregerenergie für den Antriebsmotor zu liefern, schätzungsweise etwa 4 bis 5 % der Antriebsleistung. Arbeitet hierbei die Erregermaschine als Generator, so bilden der Anker der Erregermaschine und die Erregerwicklung des Antriebsmotors einen in sich geschlossenen Stromkreis. Um aber diese Erregerenergie abgeben zu können, müßte erst die Erregermaschine die erforderliche Drehzahl durch den Antrieb des Antriebsmotors erhalten. Da der letztere jedoch bei dieser Schaltung im ersten Anlauf noch keinen Erregerstrom erhält, so wäre eine Hilfserregung erforderlich. Zweckmäßiger ist es daher, die Erregermaschine als Motor zu schalten, dessen Anker in Reihe mit der Erregerwicklung des Antriebsmotors an das Netz geschaltet wird, und der eine getrennte, vom Netz gespeiste Nebenschlußerregung erhält. Das Schaltschema ist in Fig. 3 dargestellt mit den Bezeichnungen aus Fig. 1. Die Stärke des Erregermotors im Verhältnis zur Antriebsleistung kann grundsätzlich nach Belieben gewählt werden. Gibt der Erregermotor, indem er auf Tourenzahl kommt, das von ihm ausgeübte Drehmoment als Bewegungsenergie an das Umlaufgetriebe in Form von nutzbarer Leistung ab, so addiert sich diese zur Leistung des Antriebsmotors. Es genügt aber, daß z. B. bei normaler Belastung das zum Stützen des umlaufenden Rades 23 erforderliche Drehmoment von dem Erregermotor ruhend ausgeübt wird. In diesem Fall gibt er keine Nutzleistung ab, und die aus dem Netz entnommene Energie dient lediglich dazu, im Anker 24 des Erregermotors den Strom zu erzeugen, der in Verbindung mit dem Feld 32 das stützende Drehmoment ergibt und in Reihe mit diesem Ankerstrom gleichzeitig den Erregerstrom für den Antriebsmotor liefert. Die Netzspannung verteilt sich also auf den Anker 24, ohne daß in diesem selbst eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, und auf die Erregerwicklung ^- Verringert sich nun die Last bzw. das Drehmoment des Ankers 20, so wird auch das Drehmoment im Erregermotor ein geringeres, die Stromstärke im Stromkreis 24/33 sinkt, und die durch den Widerstand der Erregerwicklung 33 abgedrosselte Spannung sinkt ebenfalls, so daß "der Anker 24 eine höhere Spannung erhält und er anfängt zu laufen, wobei er also Leistung abgibt. Diese Leistung wirkt in dem Sinne, daß sie die Geschwindigkeit der am Bügel 28 umlaufenden Zwischenräder, also auch die Drehzahl des Ritzels 2g, erhöht, demnach auch zur Steigerung der Hubgeschwindigkeit beiträgt. Diese Leistung ist allerdings gering und kommt für die praktische Bewertung kaum in Frage. Mit der geringeren Stromstärke in der Erregerwicklung 33 wird das Feld des Antriebsmotors geschwächt und, wie beabsichtigt, die Drehzahl bei geringerem Drehmoment erhöht.The power of the exciter only needs to be large enough to supply the exciter energy for the drive motor, approximately 4 to 5% of the drive power. If the exciter works as a generator, the armature of the exciter and the exciter winding of the drive motor form a closed circuit. But in order to be able to deliver this excitation energy, the excitation machine would first have to receive the required speed through the drive of the drive motor. However, since the latter does not receive any excitation current at the first start-up in this circuit, an auxiliary excitation would be required. It is therefore more expedient to switch the exciter as a motor whose armature is connected to the mains in series with the exciter winding of the drive motor and which receives a separate shunt excitation fed by the mains. The circuit diagram is shown in FIG. 3 with the designations from FIG. 1. The strength of the exciter motor in relation to the drive power can in principle be selected as desired. If the exciter motor releases the torque it exerts as kinetic energy to the epicyclic gearbox in the form of usable power, this is added to the power of the drive motor. But it is sufficient that z. B. under normal load the torque required to support the rotating wheel 23 is exerted by the exciter motor at rest. In this case it does not provide any useful power, and the energy taken from the network is only used to generate the current in the armature 24 of the exciter motor, which in connection with the field 32 results in the supporting torque and in series with this armature current at the same time as the excitation current for the drive motor supplies. The mains voltage is thus distributed to the armature 24 without an electromotive force being generated in it itself, and to the excitation winding ^ - If the load or the torque of the armature 20 is now reduced, the torque in the exciter motor is also lower, the current in the circuit 24/33 drops, and the voltage throttled by the resistance of the excitation winding 33 also drops, so that "the armature 24 receives a higher voltage and it starts to run, which means that it delivers power. This power acts in the same way that it increases the speed of the idler gears rotating on the bracket 28, i.e. also the speed of the pinion 2g, and accordingly also contributes to the increase in the lifting speed of the field winding 33, the field of the drive motor is weakened and, as intended, the speed is increased at a lower torque.

Steigt andererseits das Drehmoment in dem Maße, daß der Ruhestrom in 24/33 dieses Drehmoment nicht ausgleichen kann, so wird der Erregermotor entgegen seinem eigentlichen Drehsinn angetrieben.· Der Anker erzeugt alsdann eine zur Netzspannung zusätzliche Spannung. Diese erhöhte Spannung hat eine höhere Stromstärke im Anker 24 und in der Erregerwicklung 33, also ein stärkeres Feld des Antriebsmotors zur Folge, wodurch im Sinne der gestellten Aufgabe bei sinkender Drehzahl ein höheres Drehmoment abgegeben werden kann.On the other hand, increases the torque to the extent that the quiescent current in 24/33 this torque cannot compensate, the exciter motor turns against its actual direction of rotation The armature then generates a voltage in addition to the mains voltage. This increased voltage has a higher amperage in the armature 24 and in the excitation winding 33, so a stronger field of the drive motor result, whereby in the sense of the provided Task a higher torque can be delivered with decreasing speed.

Diese der früheren jetzt entgegengesetzte Drehrichtung hat auch eine wiederum nur in geringem Maße verzögernde Wirkung auf die Seilgeschwindigkeit.This direction of rotation, which is now opposite to the earlier one, also has a turn only in slight retarding effect on the rope speed.

Die im vorstehenden beschriebene Motorchaltung der Erregermaschine hat ferner den großen Vorteil, daß im Augenblick des Anlaufens der Antriebsmotor eine der Normalbelastung entsprechende Felderregung, der Motor selbst also ein hohes Anlaufmoment erhält.The motor circuit of the exciter described above also has the great advantage that at the moment of starting the drive motor is under normal load corresponding field excitation, so the motor itself receives a high starting torque.

Würde man, was grundsätzlich zulässig ist, die relative Leistung des Erregermotors erhöhen, z. B. so, daß er die gleiche Leistung aufweist wie der Antriebsmotor, so würde sich die gesamte Hubleistung auf zwei Motoren verteilen, von denen dann ein jeder nur die Hälfte der ,eistung des ursprünglich angenommenen Antriebsmotors herzugeben hat. Wirtschaftlich würde hierdurch jedoch kein Vorteil erzielt. Da die nominelle Leistung des ErregermotorsIf one were to increase the relative power of the exciter motor, which is fundamentally permissible, z. B. so that it has the same power as the drive motor, so the entire Distribute the lifting power to two motors, each of which then only half the has to give up the power of the originally assumed drive motor. Economically however, this would not provide any benefit. Since the nominal power of the exciter motor

nur gering ist und man daher mit einem kleinen Motor auskommt, der allerdings auch nur ein kleines Drehmoment ausübt, so muß die Übersetzung zwischen dem Erregermotor und dem umlaufenden Außenrad 23 entsprechend groß gewählt werden, was durch die Zwischenräder 25, 26 in der Darstellung Fig. 1 und 2 zum Ausdruck gebracht ist.
Wenn die Last am Seil so groß ist, daß das Drehmoment des Motors nicht ausreicht, um sie anzuheben, dann bleibt der Bügel 28 stehen, und die Zwischenräder 22 und 22' rotieren nur um ihre Lagerzapfen. Die Leistung des Antriebsmotors wird vollständig auf den Erregermotor übertragen, der infolge der hohen Zwischenübersetzungen eine sehr große Drehzahl annimmt. Durch geeignete Mittel (z. B. einen Schwungkugelregler) kann dabei das Feld der als Generator arbeitenden Erregermaschine so stark geschwächt werden, daß eine für beide Maschinen schädliche Überlastung nicht eintritt. Die Leistung des Antriebsmotors ist also begrenzt, so daß selbst bei stillstehender Seiltrommel eine Gefahr für die elektrische und mechanische Antriebseinrichtung nicht besteht. Ein solcher Fall kann auch eintreten, wenn der Lasthaken sich unbeabsichtigt festhakt.is only small and one therefore gets by with a small motor, which, however, only exerts a small torque, the translation between the exciter motor and the rotating outer gear 23 must be selected to be correspondingly large, which is achieved by the intermediate gears 25, 26 in the illustration in FIG. 1 and 2 is expressed.
If the load on the rope is so great that the torque of the motor is insufficient to lift it, then the bracket 28 stops and the intermediate wheels 22 and 22 'rotate only about their journals. The power of the drive motor is completely transferred to the exciter motor, which has a very high speed due to the high intermediate gear ratios. By suitable means (e.g. a flywheel regulator), the field of the exciter machine working as a generator can be weakened so strongly that an overload which is harmful to both machines does not occur. The power of the drive motor is therefore limited, so that even when the cable drum is at a standstill, there is no danger to the electrical and mechanical drive device. Such a case can also occur if the load hook accidentally gets stuck.

Die beschriebene Reguliereinrichtung ist nicht auf den Antrieb von Ladewinden beschränkt, sondern kann auch für andere Zwecke mit ähnlichen Betriebsbedingungen zur Anwendung kommen, ζ. B. für stationäre oder fahrbare Krananlagen, für Ankerwinden, Bagger u. dgl. Besonders bei Ankerwinden und Baggerantrieben ist die Forderung gestellt, eine schädliche Überlastung des Antriebsmotors zu verhüten. Dies gilt auch in solchen Fällen, wo der innere Widerstand so groß ist, daß bei der üblichen Antriebseinrichtung der Motor zum Stehen kommen würde. 4"The regulating device described is not limited to the drive of loading winches, but can also be used for other purposes with similar operating conditions come, ζ. B. for stationary or mobile crane systems, for anchor winches, excavators and the like. Especially with anchor winches and excavator drives, the requirement is a harmful one To prevent overloading of the drive motor. This also applies in cases where the internal Resistance is so great that the motor comes to a standstill with the usual drive device would come. 4 "

Claims

Patent claims:

1. Electric drive for constant performance with variable load and speed with a separately excited motor, the excitation current strength of which depends on the size of the load to be overcome changes automatically, characterized in that the load from the rotating wheel (22 or 22 ') of an epicyclic gear is driven, one of whose central gears one (21) with the drive motor (20) and the other (23) with an externally excited dynamo machine which is used to excite the drive motor (24) is inevitably connected.

2. Electric drive according to claim 1, characterized in that the armature (24) the dynamo used to excite the drive motor (20) in series connection with the field winding (33) of the drive motor is connected to the mains voltage.

For this purpose ι sheet of drawings