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Einrichtung zum stufenlosen Anlassen, Regeln und Bremsen von Elektromotoren
mit Belastungsbremse Die Aufgabe der stufenlosen Drehzahlregelung ist für Gleichstrommotoren
im Bereiche der Feldschwächung durch die Dämpfungsmaschine gelöst, die parallel
zu dem Felde liegend die durch das Zu- oder Abschalten von Widerstandsstufen auftretenden
Stromstöße vom Felde fernhält. Im Bereich des vollen Feldes und der Regelung mittels
Ankervorschaltwiderständen sowie bei Drehstrommotoren ist diese Aufgabe noch ungelöst.
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Die Erfindung bringt nun eine Einrichtung zum stufenlosen Anlassen,
Regeln und Bremsen von Eelektromotoren und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Maß
der Lüftung einer Belastungsbremse dem Verhältnis der Dreh= zahländerung des Antriebsmotors
zu der eingestellten Drehzahländerung eines Hilfsmaschinensatzes angepaßt ist.
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In den Zeichnungen sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar in Abb. i in Anwendung auf einen Drehstromkurzschlußläufermotor, in Abb.2
für einen Drehstromschleifringläufermotor mit Widerstandsregelung im Läufer und
in Abb. 3 für einen Gleichstrommotor.
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In Abb. i wird der Antriebsmotor A über den Hauptschalter H aus dem
Drehstromnetz RST gespeist. Auf der Welle von A sitzt einmal die Bremse B, die von
einem elektrohydraulischen Gerät E betätigt wird, und zum andern der Frequenzwandler
F, der mit der Dämpfungsmaschine D elektrisch in Reihe liegt. D ist mit dem Motor
M gekuppelt und mit zusätzlichen Schwungmassen, z. B. in der Kupplung K, ausgerüstet.
Zur Einschaltung von M dient der Schalter.S. Nach Einlegen der Schalter H und S
ergeben sich folgende Verhältnisse: Der aus M, K und D bestehende Hilfsmaschinensatz
wird sich nach Maßgabe der vorhandenen Schwungmassen bis auf die asynchrone Motordrehzahl
beschleunigen. Da in D das Feld im umgekehrten Sinne umläuft als in M, steigert
sich während des Hochlaufes die Läuferfrequenz in D von 50 Hertz auf ioo
Hertz. Der Frequenzwandler F erhält also primär eine von 5o auf ioo ansteigende
Frequenz. Sein Sekundärteil weist, sofern der Antriebsmotor A im genau gleichen
Zeitmaß hochläuft, die stets gleichbleibende Frequenz 5o auf, da dann der Frequenzanstieg
im Primärteil und der Frequenzabfall im Sekundärteil sich ausgleichen. Das Bremslüftgerät
erhält also stets eine zur vollen Lüftung der Bremse ausreichende Spannung.
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Es leuchtet ein, daß der Antriebsmotor A nicht von sich aus seinen
Hochlauf dem des
Hilfsmaschinensatzes M, K, D anpaßt, sondern
nur unter dem Einfluß der Belastungsregeleinrichtung. Über diese Vorgänge geben
die Kennlinien in Abb. q. Auskunft, die über der Drehzahl des Antriebsmotors A aufgetragen
sind. Im Augenblick der Einschaltung erhält der Bremslüftmotor E volle Frequenz
und lüftet die Bremse B vollständig; der Antriebsmotor A kann sich also frei beschleunigen
und läuft auf etwa zo °/o seiner synchronen Drehzahl hoch, bevor der Hilfsmaschinensatz
K, D,111 sich hat beschleunigen können. Hierdurch. sinkt die Frequenz an
E auf q.o Hertz, wodurch die Lüftkraft von E erheblich sinkt und der Motor ' durch
Schleifen der Bremse B belastet wird. Während also die Frequenz an E von 5o auf
q.o sinkt, bleibt die Frequenz an der Dämpfungsmaschine D praktisch konstant. Würde
sich jetzt A weiter beschleunigen, während der Hilfsmaschinensatz noch praktisch
in Ruhe blieb, so würde die Frequenzkennlinie von E weiter geradlinig- bis auf Null
bei der synchronen Drehzahl abfallen. Durch den Hochlauf von M, K, D wird
dies aber verhindert; die mit dem Hochlauf steigende Frequenz an Dämpfungsmaschine
D und Frequenzwandler F bringt E wieder mehr zum Lüften, so daß der Antriebsmotor
A unter der Schleifbremse langsam, weiter hochlaufen kann. Jedesmal, wenn @er voreilen
will, kommt infolge Absinkens der Frequenz in F und daher der Lüftkraft in E die
Bremse mehr zum Anliegen und zwingt durch.-diese 'zusätzliche Belastung- den Antriebsmotor
A zum langsameren Lauf bzw. zum langsameren Hochlauf. Da erfahrungsgemäß die Lüftkraft
des Bfemslüftgerätes E innerhalb eines sehr kleinen Drehzahlbereiches seines Motors
von Ntill auf den vollen Wert _ansteigt, so erfolgt 'auch bereits bei sehr kleinen
Drehzahl-bzw. Frequenzänderungen .eine genügende Belastungsänderung des Antriebsmotors,
so daß sich ein praktisch gleichmäßiger Hochlauf ergibt, wie er durch die Kennlinie
n dargestellt ist.
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Zum Abbremsen des Antriebes wird der Schalter S geöffnet, wodurch'
der Motor 1111 entweder ganz abgeschaltet oder, wie in der Abbildung, durch Vorschaltung
von Widerständen sehr stark geschwächt wird. Die entgegen ihrem Drehfeld durchgezogene
Dämpfungsmascrhine D bremst nun den Hilfsmascbinensatz in einer Zeit ab, die durch
die Schwungmasse K und das Gegenmoment des Motors M bestimmt ist. Die Frequenz von
D sinkt .also von ioo auf zunächst So Hertz ab und entsprechend auch die Frequenz
an E. Sobald aber an diesem die Frequenz um wenige Hertz gesunken ist, läßt die
Luftkraft so weit nach, daß die Bremse B zum Schleifen kommt und durch diese zusätzliche
Belastung den Antriebsmotor A abbremst. Diese Erniedrigung der Drehzahl wirkt aber
am Frequenzwandler F frequenzerhöhend, so daß wiederum bei gleichzeitigem Absinken
der Drehzahl des Antriebsmotors A und des Hilfsmaschinensatzes 1V1, K, D
der Anstieg der Frequenz im Sekundärteil von F und der Abfall der Frequenz in D
und damit im Primärteil von F sich annähernd ausgleichen. Ist die Verzögerung an
A zu groß, so erhöht sich die Frequenz in F; -und das Bretnslüftgerät E lüftet die
Bremse B mehr; ist die Verzögerung dagegen zu klein, so liefert die Därnpfungsmaschine
D eine verhältnismäßig niedrige Frequenz, die die Lüftkraft herabmindert und die
Bremskraft verstärkt. Es erfolgt also eine kräffigere Abbremsung. Die Verzögerung
von A wird daher genau im Zeitmaß des Drehzahlabfalles des Hilfsmaschinensatzes
1V1, K, D erfolgen. Beien Stillstand des Hilfsmaschinensatzes weist der Frequenzwandler
die Primärfrequenz von So Hertz und eine Sekundärfrequenz von 4o Hertz, der Antriebsmotor
A noch eine Drehzahl von etwa 2o % bei starker Schleifivirkung der Bremse
B auf. Nun ist die Dämpfungsmaschine D ein einfacher Asynchronmotor, der sich nunmehr
im Sinne seines Drehfeldes zu beschleunigen versucht und an einem flotten Hochlauf
nur durch die Schwungmassen in I( und das Belastungsmoment des dann im Gegenstromsinne
durchgezogenen Motors M gehindert wird. Die Sekundärfrequenz in D fällt also langsam
weiter von So Hertz ab und damit auch die Primär- und Sekundärfrequenz in F. Die
Lüftkraft von E vermindert sich immer mehr, und die Bremskraft von B steigt weiter
an. Frequenzabfall in D und Frequenzanstieg in F infolge der Drehzahlverminderung
der Welle des Antriebsmotors A gleichen sich wiederum annähernd aus, so daß die
Frequenzkennlinie von E als eine nur flach geneigte Gerade verläuft. - Beide Frequenzkennlinien
von D und von E schneiden sich auf der Ordinatenachse.
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Gegenüber dem beschriebenen Anfahr- und Bremsvorgang stellt ein Regelvorgang
nur eine Beschränkung auf innerhalb des Drehzahlbereiches von o bis synchron liegende
Zwischenwerte dar, die durch Regelung des Motors M, Zwischenschaltung von regelbarem
Getriebe zwischen M und D oder anders leicht zu erreichen ist. Beschleunigungs-und
Verzögerungszeit lassen sich in gewissen Grenzen ebenfalls durch Regelung des Motormomentes
von M und darüber hinaus durch Änderung der Schwungmassen erzielen. Es sei noch
darauf hingewiesen, daß die Leistung des Bremslüftmotors von E nur etwa
kjVmae
beträgt, die Maschinen M, D und F also sehr kleine und daher billige Maschinen sind.
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In Abb. a, in der entsprechende Teile mit den gleichen Bezugzeichen
versehen sind wie in Abb. z, ist lediglich gezeigt, wie die steigende Sekundärfrequenz
von D zur Steuerung der Widerstandsschütze in einfachster Weise benutzt werden kann
und wie einfach die Steuerung einer solchen Anordnung auch bei Anwendung von Endschaltung
wird. In der Verzögerungsstrecke wird durch einen Vorendschalter Z', E, S der Schalter
S abgeschaltet und damit die Verzögerung bewirkt, während durch dieEndschaltung
E,S.derAntriebsmotor vom Netz getrennt wird.
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In Abb. 3 ist die der Drehstromschaltung entsprechende Gleichstromschaltung
dargestellt. Hier stehen nicht der Abstieg und der Anstieg der Frequenz einander
gegenüber, sondern hier sind die Ankerspannungen von Dämpfungsmaschine D und des
Hilfsgenerators G einander entgegengerichtet, und sie gleichen sich aus, solange
der Drehzahlanstieg und -abfall des Arbeitsmotors in gleichem Zeitmaß erfolgt wie
der des Dämpfungsmaschinensatzes. Ist dies nicht der Fall, so erhält der Motor des
Bremslüftgerätes E höhere oder niedere Spannung, und die Bremse wird daher mehr
oder weniger gelüftet.