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Einrichtung zur Steuerung von Förderantrieben, insbesondere für Aufzüge,
mit durch Änderung der Ankerspannung geregelten Gleichstrommotoren und mit einem
die Motorspannung steuernden selbsttätigen Regler Die Erfindung bezieht sich auf
eine Regelvorrichtung für Förderantriebe. Sie ist von besonderer Bedeutung für Antriebe,
bei denen Gleichstrommotoren in Leonardschaltung arbeiten. Aufgabe der Erfindung
ist es, das Feld des Leonardgenerators in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
der wirklichen Drehzahl des zu regelnden Motors und dem Sollwert der Drehzahl derart
zu steuern, daß die wirkliche Drehzahl, d. h. der sogenannte Ist-Wert der Drehzahl,
stets dem Sollwert gleichbleibt. Regeleinrichtungen, die diese Aufgäbe lösen, sind
bereits verschiedentlich bekannt. Bei allen bekannten Einrichtungen wird jedoch
der Ist-Wert der Drehzahl unter Zuhilfenahme umlaufender drehzahlabhängiger Teile
gewonnen, beispielsweise durch Anbau besonderer Tachometerdynamos. Hierzu muß der
Fördermotor mit mechanischen Getrieben ausgerüstet werden, die auf Hilfsgeneratoren
oder ähnliche Steuerorgane einwirken. Die Unterbringung solcher mechanischenGetriebe
macht insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn bereits bestehende Anlagen mit einer
selbsttätigen Steuerung ausgerüstet werden sollen. Die zur Steuerung des Motors
notwendige, von dessen Drehzahl abhängige Steuergröße soll auf rein elektrischem
Wege gewonnen werden, indem die induzierte Spannung des Motors elektrisch gemessen
wird. Hierzu wird ein Regelorgan verwendet, das die Erregung des Leonardgenerators
in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Steuerspannung und induzierter Spannung
des Motors regelt. Erfindungsgemäß wird die Spule des selbsttätigen Reglers in Reihe
mit der mit gleichbleibender Drehzahl und Drehrichtung betriebenen Steuerdynamo
und in Reihe mit einer in Abhängigkeit vom Steuerhebel veränderlichen Steuerspannung
an die Klemmen des Motors angeschlossen. Die Drehzahlregelung des Motors ist bei
Fördermaschinen unabhängig davon, ob beim Heben der Last der Motor von dem Generator
Leistung aufnimmt oder ob beim Absenken der Lasten von dem Motor an den Generator
Leistung abgegeben wird. In beiden Fällen richtet sich die Drehzahl nur nach der
Größe der Steuerspannung.
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Zur Erläuterung der Wirkung des Regelorgans in Abhängigkeit von der
Differenz zwischen Steuerspannung und induzierter Spannung des Motors möge ein Beispiel
dienen.
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Der Widerstand des Motorankers sei 1q. Ohm, die Steuerspannung 26o
Volt und die Spannung, bei der das Regelorgan in .Ruhe ist, 2o Volt. Bei einem Motorstrom
von zoo Amp. beträgt der Spannungsabfall im Motoranker 1q. Volt. Entsprechend der
einzustellenden Drehzahl sei die induzierte Spannung des Motors 2qo Volt,
die
Klemmenspannung beträgt dann 254 Volt'. Die auf das Regelorgan wirkende Spannung
berechnet sich aus folgender Summe: 26o plus i4 minus 7,54 = 20 Volt. Bei einer
Belastung von 5o Amp. und Leistungsabgabe des Motors an den Generator beträgt der
Ohmsche Spannungsabfall 7 Volt, die Motorklemmenspannung 233 Volt und die induzierte
Spannung, unter Annahme der gleichen Drehzahl wie vorher, 240 Volt. Die auf das
Regelorgan einwirkende Spannung ergibt sich aus der Summe: 26o minus 7 minus 233
= 20 Volt. In beiden Fällen wird die Drehzahl des Motors von dem auf 2o Volt eingestellten
Regelorgän auf dem gleichen Wert gehalten.
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Als Regelorgan zur Beeinflussung der Erregung des Leonardgenerators
wird zweckmäßig ein Steuerrelais benutzt, das als Schwingrelais ähnlich einem Tirrillregler
bei Abweichungen der auf das Relais einwirkenden Spannung von einem eingestellten
Wert in Reihe mit der Erregung des Leonardgenerators liegende Widerstände kurzschließt
(Vergrößerung der Generatorspannung) oder andere Widerstände zu der Erregung des
Leonardgenerators parallel schaltet (Verkleinerung der Generatorspannung). Das Relais
bleibt in Ruhe, wenn die auf das Relais einwirkende Spannung konstant ist.
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In Fig. i ist ein. Schaltungsschema für eine Regelungseinrichtung
nach der Erfindung dargestellt. Ein Leonaidmotor M wird von einem Leonardgenerator
G gespeist, der von einer Antriebsmaschine DM mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit
angetrieben wird. Auf der gleichen Achse mit dem Leonardgenerator sitzt eine Erregermaschine
E, die an den Leitungen 2 und 3 eine konstante Gleichspannung erzeugt. Der Leonardmotor
M wird durch die Erregerwicklung Mf konstant erregt. Die Erregerwicklung Gf des
Leonardgenerators kann über Schütze .4 und 6 bzw. Schütze 5 und 7 in dem einen oder
anderen Sinne an die Leitungen 2 und 3 angeschlossen werden. Durch die Schütze wird
gleichzeitig auch die Erregerwicklung 8f eines Steuergenerators 8 mit den Leitungen
2 und 3 verbunden.
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Der Steuergenerator 8 wird von einer Antriebsmaschine dm angetrieben.
Auf der gleichen Achse ist noch ein Hilfsgenerator i angeordnet, dessen Hauptstromerregerwicklung
i, in dem Motor- bzw. Generatorstromkreis liegt. Der Hilfsmotor i liefert eine dem
Ohmschen Spannungsabfall proportionale Hilfsspannung. Die beiden Hilfsgeneratoren
i und 8 sind in Reihenschaltung mit den Wicklungen j, d eines Steuerrelais
g, dessen Wirkungsweise unten näher erläutert ist, an die Motorklemmenspannung angeschlossen.
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Zum Schalten der Schütze 4 bis 7 dient ein Handsteuerschalter io.
Durch diesen Schalter werden auch die@Steuerschütze ii bis 16 eingeschaltet, die
zum Zweck der Regelung der Drehzahl des Leonardmotors M die beiden Regelwiderstände
y3, y2 stufenweise ein- bzw. ausschalten. Die Steuerschütze ix bis =6 sind derart
geschaltet, daß jeweils ein Schütz beim Ansprechen die Betätigungsspulen des nächstfolgenden
Schützes an Spannung legt. Parallel zu den Betätigungsspulen der Schütze liegen
Ohmsche Widerstände y, die so bemessen sind, daß zwischen dem Schalten benachbarter
Steuerschütze eine bestimmte Zeitspanne liegt. Zur Änderung der Ansprechgeschwindigkeit
sind außerdem noch Hilfswicklungen w vorgesehen, die über einen regelbaren Widerstand
y4 an die Leitungen 2 und 3 angeschlossen sind. Die Zahl der für eine Schaltung
vorzusehenden Steuerschütze richtet sich nach den j eweils vorliegenden Betriebsbedingungen,
ebenso die Ansprechgeschwindigkeit der einzelnen Schütze.
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Das zur Regelung der Erregung des Leonardgenerators dienende Steuerrelais
g besitzt einen äußeren Magnetkern a und einen inneren Kern b. Auf dem inneren Kern
sitzt eine feste Spule j und eine in der Längsrichtung des Kerns verschiebbare zweite
Spule d, die an einem um die Achse o drehbaren Schwinghebel c befestigt ist. Der
von der Spule d auf den Schwinghebel ausgeübten Kraft wirkt eine Feder i entgegen.
An dem Ende des Schwinghebels c ist ein Kontakt f befestigt, der den Verbindungspunkt
ig und damit die Erregerwicklung Gf des Leonardgenerators je nach der Stellung des
Schwinghebels c mit den Kontakten g oder h verbindet. Bei Berührung der Kontakte
g und f miteinander wird eiil Widerstand y5 zu der Erregerwicklung Gf parallel geschaltet,
die Erregung des Leonardgenerators somit geschwächt. Bei Berührung der Kontakte
f und h miteinander wird ein im Stromkreis der Erregerwicklung Gf
liegender Widerstand y1 kurzgeschlossen, die Erregung des Leonardgenerators somit
verstärkt. Zur Vermeidung von Schaltfunken dienen die Kondensatoren Cl und C2. '
Die Widerstände r5 und y1 sind relativ zu der Induktivität der Erregerwicklung Gf
so zu bemessen, daß durch das Schwingrelais g eine möglichst große Änderungsgeschwindigkeit
der Generatorerregung erzielt werden kann.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist folgende.
Läuft die Antriebsmaschine DM mit der Nenndrehzahl, so besteht zwischen den
Leitungen 2 und 3 eine bestimmte konstante Gleichspannung. Die Erregerwicklungen
des Leonardgenerators und des Steuergenerators 8 sind noch ausgeschaltet, solange
der Steuerhebel des Steuerschalters io in der gezeichneten Mittellage liegt. Bewegt
man diesen Steuerhebel nach links, so wird durch die Kontaktschiene ios eine Verbindung
zwischen den Kontakten iod und iob hergestellt. Dadurch werden die Schütze 4 und
6 erregt und
verbinden die beiden Erregerwicklungen Gf des Leonardgenerators
und 8f des Steuergenerators 8 einerseits mit der Leitung 2 und andererseits über
die Regelwiderstände y, und y3 mit der Leitung 3.
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Durch die Einschaltung der Erregerwicklung des Leonardgenerators beginnt
die dem Motor M zugeführte Spannung und damit dessen Drehzahl zu steigen. Dem von
dem Motor aufgenommenen Belastungsstrom entsprechend erzeugt der Hilfsgenerator
i eine Spannung, die dem Ohmschen Spannungsabfall des .Motors proportional ist.
Wie oben erläutert, wirkt diese Spannung auf das Steuerrelais g stets so ein, daß
bei einer bestimmten, von dem Hilfsgenerator 8 erzeugten Steuerspannung sich eine
bestimmte Drehzahl des Motors einstellt. Da die beiden Spulen d und j des Steuerrelais
g in Reihe mit den Hilfsgeneratoren i und 8 an der Klemmenspannung des Motors liegen,
ist die auf das Steuerrelais einwirkende Spannung stets gleich der algebraischen
Summe aus der Steuerspannung des Generators 8, der Spannung des Generators i und
der Klemmenspannung des Motors M. Steigt die Steuerspannung bis zu einem solchen
Werte an, daß die auf die Spule d ausgeübte Kraft die Federkraft der Feder i überwindet,
so bewegt sich der Schwinghebel c nach rechts und verbindet die Kontakte f und k
miteinander. Dadurch wird der zu der Erregerwicklung Gf des Leonardgenerators parallel
geschaltete Widerstand y5 abgeschaltet, die Spannung des Leonardgenerators steigt,
und damit steigt auch die Drehzahl des Motors M. Durch die Steigerung der Motordrehzahl
wird nun aber die Differenz zwischen der induzierten Spannung des Motors und der
Steuerspannung des Hilfsgenerators 8 kleiner, so daß der in den Spulen d und i des
Steuerrelais g fließende Strom abnimmt. Dies dauert so lange, bis die Federkraft
der Feder i= wieder die von- der Spule d ausgeübte Kraft überwindet, so daß der
Schwinghebel c nach links ausschlägt und die Kontakte g und f miteinander verbindet.
Dadurch wird der Widerstand r5 wieder eingeschaltet, die Erregung des Leonardgenerators
sinkt, Motorspannung und Motordrehzahl nehmen ab. Mit abnehmender Motordrehzahl
steigt wieder die auf das Steuerrelais g einwirkende Spannungsdifferenz. Der Schwinghebel
1o wird also in Schwingungen versetzt und regelt die Erregung des Generators g und
damit die Drehzahl des Motors M auf einen bestimmten Wert ein, der konstant bleibt;
solange die von dem Hilfsgenerator 8 erzeugte Hilfsspannung sich nicht ändert. Änderungen
in der Belastung des Motors werden durch den Hilfsgenerator i aus geglichen.
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Bewegt man nun den Steuerhebel des Steuerschalters 1o weiter nach
links, so wird auch der Kontakt 1o, mit dem Kontakt ioa verbunden und das Schütz
11 an Spannung gelegt. Nach einer bestimmten Zeit schaltet dieses Schütz ein und
schließt dadurch die erste Stufe der beiden Regelwiderstände x2 und y3 kurz. Die
Erregerwicklungen Gf und 8f erhalten höhere Spannungen, die Spannung des Leonardgenerators
und damit die Drehzahl des Leonardmotors nimmt zu. Die Motordrehzahl stellt sich,
durch das Steuerrelais g in der oben beschriebenen Weise geregelt, auf den durch
den Hilfsgenerator 8 gegebenen höheren Wert ein.
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Beim Einschalten des Schützes 11 wird auch das Schütz 12 an Spannung
gelegt. Dieses schaltet jedoch um eine bestimmte Zeit später ein als das Schütz
11. In gleicher Weise werden die Schütze i3, 14, 15 und 16 in bestimmten Zeitabständen
nacheinander eingeschaltet. Die Widerstände ya, y3 werden dadurch stufenweise kurzgeschlossen,
bis die Erregerwicklungen Gf und 8f an der vollen Spannung der Erregermaschine E
liegen. In dem gleichen Maße wie durch Kurzschließen des Widerstandegy3 die Spannung
des Hilfsgenerators 8 zunimmt, nimmt auch die Drehzahl des Leonardmotors M bis auf
ihren Höchstwert zu.
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Bewegt man den Steuerschalter 1o wieder nach rechts, so wird das Schütz
11 abgeschaltet. Nach einer bestimmten Zeit öffnet dieses Schütz seine Kontakte
und schaltet je einen Teil der Widerstände r2 und y3 wieder ein. Die Spannungen
der Generatoren G, 8 nehmen wieder ab, die Schütze 12 bis 16 werden ähnlich wie
vorher beim Einschalten jeweils durch das benachbarte Schütz abgeschaltet, wobei
der Zeitabstand zwischen dem Schalten zweier Schütze durch die Widerstände y und
die Induktivitäten der Schaltspulen gegeben ist. Sind sämtliche Schütze 11 bis 16
abgefallen, so ist die Drehzahl des Motors IYI auf den niedrigsten Wert heruntergeregelt.
Legt man den Steuerschalter 1o jetzt wieder in die Mittellage, so fallen auch die
Schütze 4 und 6 ab. Die Erregerwicklungen Gf und 8f werden abgeschaltet, der Motor
M steht still.
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In Fig.2 ist entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein Teil der Schaltung nach Fig. i dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
liegt in Reihe mit den Erregerspulen des Steuerrelais g' ein Hilfsgenerator i' zur
Erzeugung einer Hilfsspannung, die dem Ohmschen Spannungsabfall des Leonardgenerators
proportional ist. An die Stelle des Hilfsgenerators 8 der Fig. i tritt in diesem
Fall ein regelbarer Widerstand 2o, der in ähnlicher Weise wie die Widerstände r2
und r3 in Fig. i durch Schütze stufenweise ein- und ausgeschaltet werden kann. Ist
der Widerstand 2o vollständig eingeschaltet, so ist der Spannungsabfall in dem Widerstand
groß, der auf das Steuerrelais einwirkende Spannungsanteil ist entsprechend klein.
Schaltet man einzelne
Stufen des Widerstandes 2o nacheinander'kurz,
so nimmt der auf das Steuerrelais g einwirkende Spannungsanteil zu. Mit dem Widerstand
2o läßt sich somit die Drehzahl des Leonardgenerators in der gleichen Weise steuern
wie durch den Steuergenerator 8 der in Fig. i dargestellten Schaltung.
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Eine Regeleinrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die
Motordrehzahl auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann, unabhängig von
der Belastung des Motors und unabhängig davon, ob der Motor Last aufnimmt oder Last
abgibt. Außerdem gibt die Steuereinrichtung die Möglichkeit, jede gewünschte Zeit-Geschwindigkeit-Charakteristik
und damit jede gewünschte Beschleunigung bzw. Verzögerung der Motorgeschwindigkeit
einzustellen.