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Steuerung für elektromotorische Antriebe, insbesondere für Hebezeuge
Zusatz zum Patent 662 3oo Gegenstand des Hauptpatents ist eine Steuerung
für elektrische Antriebe, .insbesondere für Hebezeuge, bei :denen niedrige Geschwindigkeiten
durch Schleifenlassen einer mechanischen Bremse erzielt werden und zum Steuern,
insbesondere zum Lüften der Bremse eine elektrohydraulische oder elektropneumatische
Vorrichtung vorgesehen ist, deren Antrieb auf den Stellungen des Hauptsteuergerätes
für volle Arbeitsgeschwindigkeit mit voller Drehzahl erfolgt, so daß die Bremse
voll gelüftet wird, während auf den übrigen Stellungen des Steuergerätes, die für
niedere Regeldrehzahlen bestimmt sind, Schaltmittel wirksam sind, mittels .deren
der Antrieb der Lüftvorrichtung selbsttätig oder willkürlich auf kleine Regeldrehzahlen
eingestellt wird.
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Nach einemAusführungsbeispieldesHauptpatents wird der Lüftmotor auf
den Regelstellungen vom Netz getrennt und an eine der Drehzahl des Hauptmotors verhältnisgleiche
Spannung an den Läufer des Hauptmotors oder eines besonderen Spannungs- und Frequenzgebermotors
angeschlossen. Diese Steuerung wirkt hierbei in folgender Weise: Wenn das Steuergerät
bei stillstehendem Motor von der Nullstellung aus auf eine Regelstellung geschaltet
wird, so erhält der Lüftmotor .des Bremslüftgerätes bei unmittelbarem An.schluß
an die Läuferklemmen des Hauptmotors im ersten Augenblick die volle Netzspannung
und -frequenz, da der stillstehende Hauptmotor wie ein ruhender Transformator wirkt.
Die Bremse wird infolgedessen voll gelüftet, und der Hauptmotor läuft an. Hierbei
sinkt seine Läuferspannung und -frequenz, und der Lüftmotor des Bremslüftgerätes
wird mit entsprechend niedriger Drehzahl betrieben. Bei 2o '/,der Betriebsdrehzahl
des Hauptmotors erhält der Bremslüftmotor nur noch 8o"/, der Netzspannung und -frequenz,
und die Bremse beginnt zu schleifen. Wenn infolgedessen die Drehzahl des Hauptmotors
nicht sinkt, erhält der Bremslüftmotor wieder eine höhere Spannung und Frequenz,
und .die Bremse wird wieder etwas gelüftet. Auf diese Weise wird der Hauptmotor
auf eine niedrige Geschwindigkeit von ungefähr 2o % seiner Betriebsdrehzahl
eingeregelt.
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Wenn ,der Bremslüftmotor auf den Regelstellungen
nicht
unmittelbar an die Läuferkletnmen des Hauptmotors angeschlossen -wird, sondern von
einem besonderen Spannungs-undFrequenzgebermotor gespeistwird, cler vom Hauptmotor
im Verhältnis 1:2 ins Schnelle übersetzt angetrieben wird, so ist die auf den Bremslüftmotor
gegebene Läuferspanneng und -frequent des Frequenzgebermotors bereits bei io °/Q
der Betriebsdrehzahl des Hauptmotors auf den Wert gesunken, bei dem die Bremse schleift.
Der Hauptmotor wird also auf eine entsprechend niedrige Geschwindigkeit eingeregelt.
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Bei einem Übersetzungsverhältnis von .a.: i zwischen Hauptmotor und
Frequenzgebermotor wird der Hauptmotor auf 5 °/o seiner Betriebsdrehzahl eingeregelt,
denn bei dieser Drehzahl erhält dann der Bremslüftmotor So o/o der Netzspannung
und -frequent, wie aus Abb. i hervorgeht, in der die Abhängigkeit der dem Bremslüftmotor
zugeführten Frequenz von der Drehzahl n des Hauptantriebsmotors dargestellt ist,
und zwar zeigt die KurveFH den Frequenzverlauf im Läuferkreis des Hauptmotors, die
Kurve FGl den Frequenzverlauf im Sekundärkreis des im Verhältnis von 2 : i angetriebenen
Frequenzgebermotors und die Kurve FG2 den Frequenzverlauf im Sekundarkreis des im
Verhältnis von d. : i angetriebenen Frequenzgebermotors.
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Bei dieser Steuerung hat sich nun die Schwierigkeit herausgestellt,
daß die Bremse gelüftet bleibt, wenn bei hoher Senkgeschwindigkeit des Hauptmotors
das Steuergerät schnell auf eine Regelstellung umgeschaltet wirrt. Wenn beispielsweise
bei Verwendung eines Frequenzgebermotors zur Speisung des Bremslüftmotors auf den
Regelstellungen der Hauptmotor mit seiner synchronen Drehzahl läuft, so wird der
Frequenzgebermotor bei einer Übersetzung von 1:2 ins Schnelle mit der doppelten
synchronen Geschwindigkeit angetrieben, und seine Läuferspannung und -frequent ist
hierbei gleich ioo % der Netz-:pannung und -frequent (siehe Abb. i). Bei einer Übersetzung
von 4:1 zwischen Hauptmotor und Frequenzgebermotor würde der Frequenzgebermotor
bei synchronem Lauf des Hauptantriebsmotors 3009, der Netzspannung und -freqüenz
liefern und sogar bei der halben synchronen Drehzahl des Hauptmotors roch ioo
% der Netzspannung und -frequent abgeben. Beim Zurückdrehen auf die Regelstellung
würde also der Bremslüftmotor von dem Frequenzgeberrnotor eine solche Spannung und
Frequenz erhalten, daß er .die Bremse voll lüftet. Die gewünschte Abbremsung der
Last würde also nicht eintreten. Dabei ist noch ztt berücksichtigen, daß bei Drehstromantrieben
auf den Feinregelstellungen die Läuferwiderstände wieder eingeschaltet sind; es
ergibt sich daher beim Rückschalten nicht nur keine Abbremsung, sondern sogar noch
eine erhebliche und sehr rasche Geschwindigkeitssteigerung.
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Es war daher bisher erforderlich, das Steuergerät von .der Stellung
für hohe Geschwindigkeit zunächst nach der Nullstellung zurückzuschalten, wodurch
die Bremse voll zum Einfallen gebracht und der Hauptmotor stillgesetzt wurde, und
danach durch Einstellung des Steuergerätes auf die Regelstellung erneut anzufahren.
Diese Steuerung ist umständlich und beeinträchtigt die Förderleistung. Sie bietet
außerdem keine Sicherheit dafür, .daß nicht unmittelbar aus der hohen Geschwindigkeit
auf die Regelstellung geschaltet wird.
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Außerdem wird der Frequenzgebermotor mechanisch stark beansprucht,
wenn cr mit einer wesentlich über seiner synchronen Drehzahl liegenden Geschwindigkeit
angetrieben wird.
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Diese Nachteile beseitigt die Erfindung in einfachster Weise dadurch,
daß der Frequenzgebertnotor beim Anfahren bei Erreichung seiner synchronen Drehzahl
durch Öffnen einer lösbaren Kupplung mit Hilfe geschwindigkeitsabhängiger Mittel
vom Hauptmotor selbttätig getrennt wird. ' Es bleiben also Hauptmotor und Frequenzmotor
nur so lange mechanisch miteinander verbunden, als die Geschwindigkeit des Hauptantriebes
nicht höher ist als die synchrone Drehzahl .des Frequenzgebertnotors. Dann erfolgt
selbsttätig durch geschwindigkeitsabhängige Mittel die öffnung der lösbaren Kupplung
zwischen den beiden Motoren, und der Frequenzgebermotor, der an das Netz angeschaltet
bleibt oder wenigstens nur auf den letzten Steuerstellungen vorn Netz abgetrennt
wird, läuft mit seiner synchronen Drehzahl weiter. Wird jetzt beim Rückschatten
auf die Feinregelstellungen der Bremslüftmotor an ihn angeschlossen, so erhii l.t
dieser die Frequenz Null, die Bremse fällt ein und bremst den Antrieb ab. Das g
Y C schiebt also ohne jede Rücksicht auf die jeweilige Drehzahl des Hauptantriebsmotors.
Sobald der Hauptantrieb auf die synchrone Drehzahl des Hilfsmotors abgebremst ist,
wird die lösebare Kupplung von selbst wieder geschlossen, und bei weiterer Verminderung
der Drehzahl des Hauptantriebes wird nun auch die Drehzahl des Hilfsmotors vermindert.
Dadurch steigt dessen Läuferfrequenz und damit die Lüftkraft des elektrohydraulischen
Gerätes. Bei der aus den gewählten Antriebsverhältnissen usw. sich ergebenden RegelcIrehzaltl
hält dann die Bremskraft der Anti iebskraft das Gleichgewicht.
In
Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar ist hierbei
angenommen, daß der Frequenzgebermotor F über ein Übersetzungsgetriebe U, und »die
Kupplung I( im Verhältnis von 2 : i, ins Schnelle übersetzt, vom Hauptmotor M angetrieben
wird.
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Der Motor des elektrohy.draulischenBremslüftgerätes E, das eine auf
der Welle des Hauptmotors t19 sitzende nicht dargestellte Bremse steuert, liegt
über die Ruhekontakte des Schützes ES an den Läuferklemmen des Frequenzgebermotors
F und wird beim Erregen des Schützes ES unmittelbar mit dem Netz RST verbunden.
Zur Steuerung des Schützes ES und .der Ständerschütze für den Hauptmotor und den
Frequenzgebermotor F dient das Steuergerät St, das auch mit nicht dargestellten
Segmenten zur aufeinanderfolgenden Kurzschließung der Teile des Läuferwiderstandes
W des Hauptmotors M versehen ist.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Steuerung sei angenommen, daß
.das Steuergerät St auf die Stellung i Senken eingestellt wird. Über die
Kontaktfinger I und III wird dann das Senkschütz S eingeschaltet, das den Hauptmotor
NI im Senksinne an das Netz legt. Gleichzeitig erhält das Schütz R über die Kontaktfinger
IV und VI Spannung und schaltet den Ständer des Frequenzgebers F mit solcher Phasenfolge
an das Netz RST an, daß das Drehfeld im Ständer des Frequenzgebermotors F im gleichen
Sinne umläuft, wie sein Läufer vom Hauptmotor wird. Solange .das Steuergerät St
auf Stellung i steht, ist der Motor E des Bremslüftgerätes mit den Läuferklemmen
des Frequenzgebermotors F gekuppelt, da das Schütz ES nicht erregt ist. Im Augenblick
des Einschalteis des Hauptmotors M erhält der Bremslüftmotor E die volle Netzspannung
und -frequenz, und die Bremse wird infolgedessen voll gelüftet, so daß der Hauptmotor
anfahren kann. Mit ansteigender Drehzahl des Hauptmotors und damit auch des Frequenzgebermotors
sinkt dessen Spannung und Frequenz immer mehr ab, bis bei io % der synchronen
Drehzahl des Hauptantriebsmotors die Bremse zu schleifen beginnt und der Hauptmotor
in ,der eingangs beschriebenen Weise auf diese Drehzahl eingeregelt wird. Die Kupplung
K ist während dieser Zeit durch eine nicht dargestellte Feder geschlossen. Der Stromkreis
für den AusrückmagnetenILM ist zwar durchdieKontakteVII und VIII des Steuergerätes
St vorbereitet, aber der Magnet KM kann erst anziehen, wenn der Drehwächter
DW seinen Kontakt schließt. Dieser Drehwächter ist jedoch so eingestellt, daß er
seinen Kontakt erst schließt, wenn .der Frequenzgebermotor F mit seiner synchronen
Drehzahl betrieben wird, also bei 5o % der Betriebsdrehzahl des Hauptmotors.
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Wenn nun das Steuergerät auf die Stellung z weitergeschaltet wird,
kommt über die Kontakte IX und X das Schütz ES zum Ansprechen, das den Bremslüftmotor
E von den Läuferklemmen des Frequenzgebermotors F abschaltet und unmittelbar mit
dem Netz RST verbindet, so .daß ,die Bremse voll gelüftet wird. Durch Weiterschalten
auf die Stellungen 3 bis 5. wird der Läuferwiderstand W des Hauptmotors vollständig
kurzgeschlossen. Dadurch wird der Hauptmotor M auf seine höchste Betriebsdrehzahl
beschleunigt. Sobald der Hauptmotor M auf 5o % seiner Betriebsdrehzahl beschleunigt
ist, wird .durch Ansprechen des Drehwächters DW der Kupplungsmagnet KM erregt und
der Frequenzgebermotor F vom Hauptmotor M abgekuppelt. Da im Stromkreis des Frequenzgebermotors
der Widerstand TV, eingeschaltet ist, läuft der Frequenzgebermotor zunächst als
selbständigerMotor weiter, bis beimÜbergang von der Stellung 3 des Steuergerätes
auf die Stellung q. das Schütz R abgeschaltet und damit der Ständerstromkreis des
Frequenzgebermotors unterbrochen wird. Wenn es sich um einen Antrieb handelt, bei
dem der Hauptmotor in kurzen Zwischenräumen angelassen und wieder stillgesetzt werden
soll, kann der F requenzgebermotor auch auf den Stellungen d. und 5 dauernd eingeschaltet
bleiben. Es wäre hierzu nur erforderlich, die zu den Schützen L und R gehörigen
Segmente der Steuerwalze entsprechend zu verlängern.
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Wenn das Steuergerät von der Stellung 5 in die Stellung i zurückgeschaltet
wird, wird auf Stellung 3 das Schütz I? wieder erregt, und der Frequenzgebermotor
läuft, da er un-.belastet ist, schnell auf seine Betriebsdrehzahl als Motor hoch.
Beim Rückgang von der Stellung 2 auf die Stellung i wird das Schütz ES aberregt
und hierdurch der Bretnslüftmotor E an die Läuferklemmen des Frequenzgebermotors
F angeschlossen. Solange nun der Hauptmotor noch mit einer höheren als der halben
synchronen Drehzahl läuft, ist der Ausrückmagnet KM erregt und der Frequenzgebermotor
vom Hauplmotor abgekuppelt. Er läuft infolgedessen als selbständiger Motor mit seiner
synchronen Drehzahl und speist den Bremslüftmotör E mit ganz niedriger Frequenz,
so daß .die Bremse voll aufgelegt -und hierdurch auf jeden Fall der Hauptmotor abgebremst
wird. Wenn die Drehzahl des Hauptmotors unter die halbe Synchrondrehzahl sinkt,
öffnet der Drehwächter DW seinen Kontakt, und die Kupplung K wird infolgedessen
wieder eingerückt. Hierdurch ändert sich zunächst
nichts an den
Verhältnissen des Bremslüftmotors E, denn der Läufer des Frequenzgebermotors wird
im Augenblick des Wiederkuppelns vom Hauptmotor M ebenso wie vorher beim Betrieb
des Frequenzgebermotors als selbständiger Motor mit der synchronen Drehzahl angetrieben.
Die Bremse bleibt also geschlossen, und der Hauptmotor wird weiter abgebremst. Wenn
die Drehzahl des Hauptmotors bis auf io % seiner synchronen Drehzahl abgebremst
ist, wird der Läufer des Frequenzgebermotors F mit 2o °/o seiner Synchrondrehzahl
angetrieben. Er liefert infolgedessen .dein Bremslüftmotor E 8o °/o .der Netzspannung
und -frequent. Infolgedessen beginnt jetzt die Bremse durch allmähliches Lüften
zu schleifen, und der Hauptantriebsmotor wird in der eingangs beschriebenen Weise
auf diese kleine Regelgeschwindigkeit eingeregelt.
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Beim Zurückschalten in die Nullstellung werden das Senkschütz S und
das Schütz R ..um Abfallen gebracht und die Verbindung des Hauptmotors 1.1 und des
Frequenzgebers F mit dein Netz aufgehoben, so,daß der Bremslüftmotor E spannungslos
wird. Die Bremse fällt infolgedessen voll ein, und der Motor wird stillgesetzt.
Bei der Einstellung des Steuergerätes auf die Stellung Heben spielen sich entsprechend
dieselben Vorgänge ab.