-
Steuereinrichtung für elektromotorische Antriebe Die Erfindung betrifft
eine Steuereinrichtung für elektromotorische Antriebe, bei denen die Gleichstromantriebsmotoren
über Stromrichter aus einem Wechselstromnetz gespeist werden. Die Erfindung ist
von besonderer Bedeutung für Arbeitsmaschinen mit großen Schwungmassen, wie z. B.
Walzenstraßen. Gemäß der Erfindung wird durch eine Nachlaufsteuerung, welche die
Stellung eines Steuerhebels auf die Stellung der im Steuerkreis des Stromrichters
liegenden Regelorgane überträgt, die Höchstgeschwindigkeit, mit ,der diese Regelorgane
verstellt werden können, auf einen gegebenen, von der Verstellgeschwindigkeit des
Steuerhebels unabhängigen Wert begrenzt. Die Erfindung hat den Vorteil, daß die
angesichts der Trägheit der Arbeitsmaschine gegebene Gefahr der überlastung der
Stromrichter und der Motoren durch zu rasches Bewegen des Steuerhebels vermieden
wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Aussteuerung es Stromrichters und damit die
den Gleichstrommotoren zugeführte Spannung geändert wird, ist der Willkür des Bedienungsmannes
entzogen und kann durch entsprechende Einstellung der Nachlaufsteuerung auf einen
unschädlichen Höchstwert begrenzt werden. Die Erfindung bietet
weiterhin
die Möglichkeit. auf sehr einfache Weise durch Sperrung der Nachlaufsteuerung auch
unvorhergesehene Betriebszustände, die eine vorübergehende Steigerung der Stromaufnahme
bedingen, zu erfassen.
-
Es ist eine Anordnung zur Steuerung von Stromrichtern bekanntgeworden,
bei der der Stromrichter in der Weise selbsttätig angelassen wird, daß beim Schließen
eines Steuerschalters der Aussteuerungsgrad des Stromrichters von einem gewissen
Mindestwert beginnend allmählich bis zu der betriebsmäßigen Aussteuerung gesteigert
wird. Der freien Willkür unterliegt hier nur noch das Schließen des Steuerschalters,
während der ganze übrige Vorgang sich vollkommen selbsttätig und von außen her unbeeinflußbar
abspielt. Zum stetigen willkürlichen Regeln der Stromrichterspannung, wie es beispielsweise
beim Betrieb von Walzenstraßen erforderlich ist, kann eine derartige Einrichtung
nicht verwendet werden. Die Erfindung setzt demgegenüber voraus, daß ein Steuerhebel
vorhanden ist, dessen jeweilige Stellung die Geschwindigkeit bestimmt, auf die sich
der von dem Stromrichter gespeiste Antrieb einstellt. Es handelt sich bei der Erfindung
nicht darum, ein völlig selbsttätiges Anlassen des Stromrichters zu erzielen; die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht vielmehr darin, Überlastungen der
Stromrichter und des Antriebes zu verhindern, wenn der Bedienungsmann den Steuerhebel
zu schnell in die angestrebte neue Lage bringt. Das wird erfindungsgemäß auf äußerst
einfache Weise dadurch erreicht, daß die Geschwindigkeit, mit der sich das eigentliche
Regelorgan im Steuerkreis des Stromrichters bewegt, bis zu einem gewissen Grad von
der Geschwindigkeit, mit der der Steuerhebel verstellt wird, unabhängig gemacht
wird.
-
Es ist weiterhin eine Anordnung zur Steuerung von Stromrichtern. bekanntgeworden.,
bei der die Verstellgeschwindigkeit der im Gitterkreis der Entladungsgefäße liegenden
Regelorgane begrenzt ist. Zu diesem Zweck ist zwischen einem von Hand betätigten
Steuerglied und den Regelorganen im Gitterkreis ein Schneckentrieb vorgesehen. Die
Begrenzung der Verstellgeschwindigkeit wird also durch eine: künstliche Erhöhung
des Weges, welchen das von Hand betätigte Steuerglied für eine bestimmte Verstellung
des Gitterreglers zurücklegen muß, erreicht. Eine derartige Kupplung zwischen Regelorgan
und Steuerglied hat den Nachteil einer unerwünschten Belastung des Bedienungsmannes
bei Antrieben, die ständig geregelt werden müssen. Es ist bei Walzwerks- und Förderantrieben
und bei vielen anderen Antrieben wünschenswert, den seit langer Zeit gebräuchlichen,
in einer vertikalen Ebene um einen Winkel von -,etwa iao° schwenkbaren Steuerhebel
beizubehalten, um das Bedienungspersonal nicht umgewöhnen zu müssen und weil erfahrungsgemäß
eine derartige Ausbildung des Steuerorgans dem Bedienungspersonal am besten ein
sicheres Gefühl für die durchzuführenden Steuermaßnahmen vermittelt. Die Erfindung
kann für mit einem solchen Steuerhebel ausgerüstete Antriebe ohne weiteres angewendet
werden und erfordert keine längeren Steuerwege als bei unmittelbarer Kupplung des
Steuergliedes mit dem Regelorgan.
-
Die Erfindung sei an Hand eines :@usführungsbeispiels im folgenden
näher erläutert.
-
Der Stromrichter l' wird über einen zugehörigen Transformator vom
Drehstromnetz gespeist und arbeitet über einen Schnellschalter S und über @ den
Umschalter U auf den Gleichstrommotor ?61. Die Spannungsregelung und damit die Drehzahlregelung
des Motors 31 erfolgt durch Gittersteuerung mit Hilfe der Gittersteuereinrichtung
G. Bei Gleichrichterbetrieb wird die Gittersteuereinrichtung G durch die Regeleinrichtung
R" und bei Wechselrichterbetrieb des Stromrichters, also beim Bremsen durch die
Regeleinrichtung Rb betätigt. Beide Regeleinrichtungen sind gekuppelt und werden
gemeinsam so verstellt. daß zu jeder Ankerspannung des Gleichstrommotors 1L1 die
richtige Spannung sowohl im Wechselrichterbetrieb als auch im Gleichrichterbetrieb
des Stromrichters V vorhanden ist. Die beiden Regeleinrichtungen sind so eingestellt,
daß bei einer Verdrehung eine gegenläufige Gitterbeeinflussung erfolgt, ähnlich
wie bei der Kreuzschaltung. Es kann immer nur eine der beiden Regeleinrichtungen
wirksam sein, je nachdem ob das Relais GR angezogen oder abgefallen ist.
-
Die Steuerung und die Drehzahlregelung erfolgen mit Hilfe des Steuerhebels
H. Durch den Steuerhebel H wird die Gittersteuerung nicht direkt betätigt, sondern
über einen Servomotor Th. dessen Laufzeit einstellbar ist. Dieser Servomotor kann
z. B. ein öldruckregler nach dem Prinzip des Thomareglers sein. Dieser Servomotor
müßte zwei Spulen besitzen, eine Einstellspule ES, die der Federzugkraft
das Gleichgewicht hält, so daß sich der Servomotor in Ruhe befindet, wenn in der
Betriebsspule RS kein Strom fließt, und die Betriebsspule BS. die im Mittelzweig
einer Wheatstoneschen Brücke eingeschaltet ist, die durch die Widerstände W und
Z gebildet wird. Der Widerstand 1l' wird durch den Steuerhebel H verstellt und liegt
an einerGleichstromhilfsspannung, der Widerstand Z liegt an der gleichen Hilfsspannung
und
wird vom Servomotor Th verstellt. Wenn der Steuerhebel H eine andere Stellung hat
als die Kurbel im Widerstand Z, tritt in der Betriebsspule BS ein Strom auf, das
Gleichgewicht zwischen Feder und Zugkraft wird gestört und der Servomotor arbeitet
so lange, bis der Strom in der Betriebsspule BS Null geworden ist, wenn also. die
Kurbelstellung des Widerstandes Z der Steuerhebelstellung entspricht.
-
Durch den Servomotor Th werden die Regeleinrichtungen Ra und Rb gemeinsam
verstellt. Wenn bei voller Aussteuerung des Stromrichters V die Grunddrehzahl des
Motors M erreicht ist, tritt keine weitere Verstellung der Regeleinrichtungen RQ
und Rb ein; denn, wie im Bild dargestellt ist, kommt das Zahnsegment, das vom Servomotor
verstellt ist, mit dem zugehörigen Zahnrad Ra und Rb außer Eingriff. Bei Weiterverstellung
des Steuerhebels H wird das Zahnsegment durch den Servomotor weiter gedreht und
kommt mit einem zweiten Zahnrad in Eingriff, das den Erregerstromregeler ER verstellt.
Durch Verdrehen dieses Erregerstromreglers tritt Feldschwächung ein, und der Motor
wird weiter in seiner Drehzahl hochgeregelt.
-
Soll nun die Drehzahl wieder verringert werden, so wird beim Zurücknehmen
des Steuerhebels ein Kontakt b am Steuerhebel H
geschlossen, über den
ein Kommando auf die Umschalteinrichtung gegeben wird. Dies kann z. B. so ausgeführt
werden, daß der Steuerhebel einen Knickpunkt erhält, wie es im Bild dargestellt
ist. Bei Vorwärtsbewegung des Steuerhebels wird der Kontakt a geschlossen, bei Rückwärtsbewegung
der Kontakt b. Über den Kontakt b und die Umsehalteinrichtung B wird
zuerst über die Gittersbeuereinrichtung G der Gleichrichter gesperrt und über das
Relais GR der Vorwärtsregler RA ausgeschaltet und der Bremsregler Rb für Wechselrichterbetrieb
eingeschaltet.. Im Augenblick der Gittersperrung verschwindet der Gleichrichterstrom,
und es wird das Umschaltkommando auf den Umschalter U gegeben, wenn das Überwachungsrelais
URl abgefallen ist, wenn also wirklich kein Strom mehr vorhanden ist. Diese zusätzliche
Überwachung ist zweckmäßig, da der Umschal-ter U immer nur stromlos betätigt
werden soll. Hat der Umschalter U in die Bremslage umgelegt, so wird die Umschalteinrichtung
B über einen Abhängigkeitskontakt abgeschaltet und gleichzeitig die Gittersperrung
aufgehoben. Hat sich der Steuerhebel H beim Übergang auf Bremsung im-Feldschwächungsbere.ich
befunden, so wird nach der Umschaltung der Stromrichter als Wechselrichter über
die Gittersteuereinrichtung G mit höchster Aussteuerung betrieben, da sich der Bremsregler
Rb in seiner äußersten Lage befindet. Durch weitere Zurücknahme des. Steuerhebels
H wird durch den Servomotor Tla der Erregerstromregler ER im Sinne einer
Feldverstärkung zurückgedreht, und damit wird die Spannung am Motor erhöht, bis
sie größer wird als die Spannung am Wechselrichter. Es wird dann Bremsenergie in
das Drehstromnetz zurückgeliefert. Unter Einfluß der Bremsung fällt die Drehzahl
des Motors, und der Bremsstrom wird kleiner. Durch Nachdrehen des Steuerhebels H
wird das Feld weiter verstärkt, bis schließlich beim Erreichen der Grunddrehzahl
volles Feld vorhanden ist. Soll noch weiter abgebremst werden, so wird das Zahnsegment
mit dem Zahnrad für die Verstellung des Bremsreglers Rb in. Eingriff kommen und
die Aussteuerung des Wechselrichters verkleinern. Die weitere Bremsung erfolgt mit
konstantem (vollem) Feld. Soll der Bremsvorgang unterbrochen werden, so wird der
Steuerhebel im Sinne der Vorwärtsbewegung betätigt und damit der Kontakt d geschlossen,
der das Umschaltkomman-do auf die Umschalteinrichtung A gibt. Dieses Umschaltkommando
kommt aber nur durch, wenn das Hilfsrelais ÜR2 nicht angezogen hat, was der Fall
ist, wenn. Steuerhebelstellung und die. Kurbelstellung am Regelwiderstand Z übereinstimmen,
so daß die BetriebsspuleBS keinen Strom hat. Über die Umsteuereinrichtung A wird
die Gitters.teuereinrichtung G gesperrt, das Hilfsrelais GR schaltet diese Steuereinrichtung
G wieder für Gleichrichterbetrieb um, und das Stromrelais UR, gibt Umschaltkommando
auf den Umschalter U, wenn der Stromrichter stromlos geworden ist. Nach erfolgter
Umschaltung wird die Gittersteuerung über einen Abhängigkeitskontakt wieder freigegeben,
und die Maschine ill arbeitet als Motor ,veiter.
-
Um bei Antrieben: mit sehr großen Schwungmassen zu vermeiden, daß
bei zu raschem Betätigen des Steuerungshebels H sowohl beim Hochfahren des Walzmotors
als auch beim Bremsen ein zu großer Stromstoß auftritt, ist ein Hilfsrelais TR vorgesehen,
das die Betriebsspule BS des Servomotors Th kurzschließt, wenn der Stromrichterstrom
einen einstellbaren Höchstwert überschreitet. Durch Kurzschließen der Betriebsspule
BS wird augenblicklich Gleichgewicht zwischen Federzugkraft und Einstellspule
ES hergestellt und damit der Servomotor an seiner weiteren Regelbewegung
verhindert. Wenn die Stromstärke auf einen gewissen Wert abgesunken ist, fällt das
Hilfsrelais TR wieder ab, die Betriebsspule BS erhält wieder Strom, der Servomotor
verdreht weiter, und sollte der
Strom den Höchstwert nochmals erreichen,
zieht das Relais TR wieder an. Das Spiel wiederholt sich so lange, bis die Kurbel
Z und der Ste uerhebel H die gleiche Stellung einnehmen. Der Vorteil dieser Einrichtung
besteht darin, daß sie nur arbeitet, wenn eine unsachgemäße Bedienung des Steuerhebels
stattfindet.