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Abwickelvorrichtung, bei welcher eine Drehstrom-Asynchronmaschine
zum Bremsen mit Drehstrom verwendet wird Es ist bekannt, zum elektrischen Bremsen
von Maschinen, beispielsweise bei Hebezeugen, Drehstrom-Asynchronmaschinen als Bremsmaschinen
zu verwenden. Bei diesen Bremsmaschinen steigt das Bremsmoment mit der Umlaufzahl
an, und infolgedessen sind derartige Bremsmaschinen zum Abbremsen von Abwickelvorrichtungen
nicht ohne weiteres geeignet; denn bei Abwickelvorrichtungen nimmt während des Abwickelns
der Wickeldurchmesser ab und dementsprechend die Umlaufzahl zu und wenn der Zug
am Wickelgut, wie es gefordert wird, konstant bleiben soll, so muB das Bremsmoment
dem Wickeldurchmesser entsprechend kleiner werden, bei steigender Umlaufzahl also
abnehmen. Bekannt sind elektrische Bremsen, welche dies selbsttätig durch besondere
Regeleinrichtungen bewirken.
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Die Erfindung bezweckt, eine elektrische Bremsung zu schaffen, welche
Ähnliches ohne besondere Regeleinrichtungen leistet. Die Erfindung verwendet hierzu
eine mit der Abwickelvorrichtung unmittelbar oder über ein Getriebe gekuppelte Drehstrom-Asynchronmaschine,
die an eine konstante Spannung in der Weise angeschlossen
ist,
daß ihr Drehfeld entgegen dem Sinne des Abwickelns umläuft, und die Erfindung besteht
nun darin, diese aus dem obendargelegten Grunde nicht ohne weiteres für Abwickelvorrichtungen
brauchbare Bremsmaschine so auszulegen, daß sie den bei Abwickelvorrichtungen vorliegenden
Betriebsbedingungen genügt. Erfindungsgemäß wird die Asynchronmaschine zwecks Erzielung
eines konstanten Zuges des Wickelgutes durch Wahl der Polzahl und ihrer Induktivität
so ausgelegt, daß ihr Bremsmoment bei der betriebsmäßigen Geschwindigkeit des Wickelgutes
ihrer jeweiligen Drehzahl ungefähr umgekehrt verhältnisgleich ist. Da die Winkelgeschwindigkeit
der Abwickelvorrichtung bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Wickelgutes dem
V4Tickeldurch-Messer umgekehrt verhältnisgleich ist, wird durch die erfindungsgemäße
Anordnung das Bremsmoment bei der betriebsmäßigen Geschwindigkeit des Wickelgutes
dem Wickeldurchmesser ungefähr verhältnisgleich, wie es für die Konstanthaltung
des Zuges der Ab;vickelvorrichtung am Wickelgut erforderlich ist.
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Die Indukti v ität kann entweder durch entsprechende Bemessung der
Asynchronmaschine selbst oder durch Drosselspulen auf die erforderliche Größe gebracht
werden. Die zusätzliche Induktivität kann in den an das Netz angeschlossenen oder
in den kurzgeschlossenen Kreis der Asvnchronmaschine gelegt werden. Die Verlegung
der zusätzlichen Induktivität in den kurzgeschlossenen Kreis ist im allgemeinen
vorzuziehen, weil hierbei die Asynchronmaschine kleiner wird.
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Das Bremsmoment kann, da das Drehmoment eiHer Asynchronmaschine ihrer
Leistungsaufnahme aus dem Netz ungefähr verhältnisgleich ist, durch einen in den
Netzanschluß geschalteten Leistungsmesser angezeigt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. z der Zeichnung
dargestellt. Fig. 2 ist ein zur ErläutertMg der Erfindung dienendes Diagramm.
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z ist die mit der Abwickelvorrichtung gekuppelte Asynchronmaschine.
Die Asynchronmaschine ist über den 'Netzschalter 2 an das Drehstromnetz RST in der
`-'eise angeschlossen, daß ihr Drehfeld entgegen dem Sinne des Abwickeins umläuft.
Im kurzgeschlossenen Kreis liegen die Drosselspule 3 und der einstellbare Widerstand
.I. 5 ist ein Leistungsmesser zur Anzeige des Bremsmomentes.
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Bei der nachfolgenden näheren Erläuterung der Erfindung wird Konstanz
der '\Tetzfrequenz und der Netzspannung vorausgesetzt, und -,vie es bei den für
den Erfindungszweck in Frage kommenden Maschinen zulässig und üblich ist, die Abweichung
des Drehfeldes von der Sinusform, der Wirkwiderstand der an das Netz angeschlossenen
-Wicklung, die durch Wirbelstrom-! bildung etwa verursachte Frequenzabhängigkeit
des Ankerkreiswirkwiderstandes und der mechanische und elektrische Drehmomentverlust
vernachlässigt.
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Bei der Erfindung wird die-Maschine entgegen ihrem Drehfeld angetrieben,
so daß die Schlüpfung größer als z ist und mit dem Absolutwert der Umlaufzahl steigt.
rt sei die entgegen dem Drehfeld positiv gerechnete Umlaufzahl, n, die absolute
Umlaufzahl des Drehfeldes, s die Schlüpfung. Dann ist
Das Drehmoment hängt außer von der Schlüpfung und damit der Umlaufzahl, vom resultierenden
Blindwiderstand und vom Wirk-' widerstand des Ankerkreises ab. Der resultierende
Blindwiderstand setzt sich in einer hier nicht zu erörternden Weise aus an das Netz
angeschlossenen und der Ankerwicklung etwa vor-; geschalteten und etwa in den Ankerkreis
geschalteten Blindwiderständen zusammen. Der f Wirkwiderstand des Ankerkreises ist
die Summe des -Wirkwiderstandes der Anke rwicklung und eines etwa zusätzlich in
den Ankerkreis geschalteten Wirkwiderstandes.
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Die Abhängigkeit des Drehmomentes von der Umlaufzahl wird dadurch
bestimmt, daß das Drehmoment einen Größtwert, das sogenannte Kippmoment hat und
daß das Verhältnis des Drehmomentes zum Kippmoment eine eindeutige Funktion des
Verhältnisses der Schlüpf fung zum Verhältnis des Ankerkreiswirkwider-Standes zum
resultierenden Blindwiderstand ist. Das Kippmoment tritt bei einer Schlüpfung, der
sogenannten Kippschlüpfung, ein, welche gleich dem Verhältnis des Ankerkreiswirkwiderstandes
zum resultierenden Blindwiderstand bei der Netzfrequenz ist, ist dem resultierenden
Blindwiderstand umgekehrt verhältnisgleich und hängt vom Wirkwiderstand des Ankerkreises
nicht ab. Das Drehmoment steht zum Kipp-Moment in folgendem Verhältnis:
wobei lI das Drehmoment, h das Kippmoment, k das Verhältnis des Ankerkreiswirkwiderstandes
zum resultierenden Blindwiderstand bei der Netzfrequenz ist.
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Diese Gleichung ist in der Fig. 2 dargestellt. llan erkennt folgendes:
Wie das Drehmoment von der Schlüpfung und damit von der Umlaufzahl abhängt, insbesondere
ob es steigt oder sinkt, wenn die Schlüpfung steigt, hängt vom Verhältnis des Ankerlkreis«irkwiderstandes
zum resultierenden Blindwiderstand bei der Netzfrequenz ab. Ist die Schlüpfung kleiner
als dies
Verhältnis, so steigt, ist die Schlüpfung größer, so sinkt
das Drehmoment, wenn die Schlüpfung steigt.
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Nach der Erfindung soll das Drehmoment der Umlaufzahl ungefähr umgekehrt
verhältnisgleich sein. Aus den Gleichungen i und 2 folgt,. daß dies Verhalten erreicht
wird, wenn n. im Vergleich mit n und k im Vergleich mit s genügend klein gemacht
wird. n. ist aber gleich der Netzfrequenz geteilt durch die halbe Anzahl der Pole.
k, das Verhältnis des Ankerkreiswirkwiderstandes zum resultierenden Blindwiderstand;
wird um so kleiner, je größer die Induktivität ist. Hieraus folgt, daß man der Forderung,
daß das Bremsmoment der Bremsmaschine ihrer Winkelgeschwindigkeit umgekehrt proportional
ist, um so näherkommt, je größer man die Anzahl der Pole und je größer man die Induktivität
macht.
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Beispielsweise werde eine Bremsmaschine für eine Netzfrequenz von
5o Hz und einen Umlaufzahlbereich von i5oo bis
2500 U/min verlangt. Hierfür
werde beispielsweise die Bremsmaschine =2polig ausgeführt, was einem n, von
500 U/min entspricht, und k gleich i gemacht. Dann berechnet man die folLyende
Tafel:
| n in U/min .. = 1500 2000 2500 |
| n/no ........ = 3 4 5 (3) |
| s (Gleichung 1) - 4 5 6 |
| s/k ......... = 4,00 5,00 6,oo |
| klS ......... - 0,25 0,20 0,17 |
| s/k -1- k/s .... = 4,25 5,20 6,17 |
| M/K (Gleich. 2) = 0,471 0,385 0,324 |
| 0505 0404 0303 |
Die in der vorletzten Zeile angegebenen, aus der Gleichung 2 errechneten Werte entsprechen
nicht ganz der Forderung, daß sie umgekehrt verhältnisgleich den zugehörigen Umlaufzahlen
sind. In der letzten Zeile ist nun eine rechnerisch oder graphisch ermittelte Zahlenreihe
angegeben, deren Glieder genau umgekehrt verhältnisgleich den Umlaufzahlen sind,
sich also wie 5 : 4 : 3 verhalten und deren absoluten Werten sich die Verhältnisse
M/K möglichst eng anschmiegen.
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Die Zahlenreihe zeigt, daß die Bremsmaschine so bemessen werden muß,
daß ihr Kippmoment gleich dem durch 0,404 geteilten Sollmoment bei 2ooo U/min ist,
und daß sich dann die Abweichung des Drehmomentes der Bremsmaschine vom Sollmoment
in den Grenzen ± 7 °/o hält.