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Anordnung zum Bremsen von Drehstrom-Induktionsmotoren Zum Antrieb
von Hebezeugen, Haspeln- u. dgl. wird häufig ein Drehstrommotor mit Schleifringläufer
verwendet, der in bekannter Weise durch regelbare Widerstände im Läuferkreis geregelt
wird. Zum Bremsen kann man die Ständerwicklung mit Gleichstrom oder niederfrequentem
Drehstrom speisen, wenn die mit großen zusätzlichen Verlusten behaftete Gegenstrombremsung
vermieden werden soll. Bei diesem generatorischen Bremsbetrieb ist eine Regelung
der im Läuferkreis eingeschalteten Widerstände erforderlich, um einen günstigen
Verlauf des Drehmomentes über der Drehzahl zu erreichen. Die Regelung dieser Widerstände
mit offenen Kontakten ist nun häufig unerwünscht oder überhaupt nicht möglich, wie
z. B. in explosionsgefährdeten Betrieben. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung
zum Bremsen von Drehstrom-Induktionsmotoren mit Schleifringläufer, deren Erststromkreis
für den Bremsbetrieb mit Niederfrequenz oder Gleichstrom gespeist wird, bei der
diese Schwierigkeiten vermieden sind, Gemäß der Erfindung ist an den Zweitstromkreis
eine Belastungsimpedanz angeschlossen, deren Wirkwiderstand mit abnehmender Frequenz
abnimmt. Dadurch erreicht man, daß das Bremsmoment bis in die Nähe der durch die
Niederfrequenzerregung bedingten geringen synchronen Drehzahl oder bei Gleichstromerregung
bis in die Nähe der Drehzahl Null nahezu konstant bleibt, um dann bei Annäherung
an den Synchronismus oder bei Annäherung an den Stillstand des Motors auf Null zurückzugehen.
Ein Motor mit einer derartigen
Kennlinie weist daher beim Stillsetzen
eine nahezu gleichbleibende Verzögerung auf Zur Durchführung der Erfindung kann
man an den Schleifringläufer des Motors beim Bremsen eine Belastungsimpedanz anschließen,
die aus einem konstanten ohmschen Widerstand und einer dazu .parälltl geschalteten
Drosselspule besteht. Bei kleinein Schlupf stellt die Drosselspule nur einen sehr
kleinen Widerstand dar, der den parallel geschalteten Schlupfwiderstand nahezu kurzschließt.
Bei großem Schlupf kommt dagegen der induktive Widerstand der Drosselspule mehr
und mehr zur Geltung, wodurch der Läuferstrom in zunehmendem Maße in den ohmschen
Widerstand gedrängt wird und dadurch die Drehzahl des Motors abnimmt. Je nach der
Bemessung von Drosselspüle und ohmschem Schlupfwiderstand bleibt das Bremsdrehmoment
nach Erreichen eines bestimmten Wertes mehr oder weniger konstant. Die ganze Bremswärme
kann aus dem Läufer nach außen geleitet und leicht abgeführt werden.
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An sich ist es bereits bekannt, Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringläufer
für das Anlaufen an eine Parallelschaltung von ohmschen Widerständen und Drosselspulen
anzuschließen. Die Erfindung besteht demgegenüber in der Verwendung einer derartigen
Schaltung für das generatorische Abbremsen von Drehstrom-Induktionsmotoren (wie
sie insbesondere für Hebezeuge, Haspel usw. verwendet werden), wobei der Motor für
den generatorischen Abbremsbetrieb mit Niederfrequenz oder mit Gleichstrom gespeist
wird. Die parallel geschalteten ohmschen Widerstände und Drosselspulen im Läuferkreis
erweisen sich gerade für diesen generatorischen Betrieb mit Niederfrequenz oder
Gleichstrom als besonders zweckmäßig, da sie ein Abbremsen des Motors von der vollen
Betriebsdrehzahl bis fast auf Null herab mit konstantem Strom bzw. mit konstantem
Bremsmoment ermöglichen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
-In Fig. 1 ist mit i ein Asynchronmotor mit Schleifringläufer bezeichnet. An die
Schleifringe ist der Schlupfwiderstand z (ohmscher Widerstand) und parallel dazu
die Drosselspule 3 angeschlossen. Mit Hilfe eines Umschalters 4 kann der Motor entweder
an das normale Drehstromnetz 5 oder an das Niederfrequenznetz 6 finit einer Frequenz
von z. B. etwa 5 Hz angeschlossen werden. Das Niederfrequenznetz wird in- bekannter
Weise von dem frei laufenden asynchronen Einankerumformer 7, der als Kommutatorfrequenzwandler"
wirkt, gespeist. Durch den Einstellregler 8 kann die Drehzahl des Frequenzwandlers-und
damit die Frequenz geregelt werden werden.
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Die-Wirkungsweise ist folgende: Durch die Parallelschaltung vom ohmschen
Widerstand 2 und der Drosselspule 3 werden Drehmoment-Drehzahlkennlinien erzielt,
wie sie in Fig. 2 durch die Kennlinien a und b dargestellt sind. Wird der
Motor 1 durch, den Schalter.4 in bekannter Weise auf das normale Netz 5 von z. B.
5o Hz geschaltet, so fährt er nach der Kennlinie a mit ungefähr gleichbleibendem
Drehmoment hoch und läuft dann mit seiner normalen asynchronen Drehzahl weiter.
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Wird zum Bremsen der Umschalter 4 auf das Niederfreqenznetz 6 umgelegt,
so herrscht nunmehr im Ständer die kleine Frequenz des Niederfrequenznetzes. Die
Frequenz im Läufer entspricht dagegen der Umdrehungsfrequenz des Läufers ± Ständerfrequenz.
Da die Umdrehungsfrequenz des Läufers nach dem Umschalten zunächst noch gleichbleibt,
so herrscht im ersten Augenblick nach der -Umschaltung im Läuferstromkreis eine
Frequenz, die etwa der Frequenz des Netzes 5 entspricht. Es gilt daher die Kurve
b. Das Bremsmoment springt sofort auf den durch diese Kurve gegebenen Wert, und
es tritt eine sehr wirksame Bremsung ein. Das Drehmoment bleibt nahezu konstant
bis zu der durch die kleine Speisefrequenz gegebenen Beharrungsdrehzahl in der Nähe
des Stillstandes. Auch bei der Bremsung wandert, ähnlich wie beim Anfahren, die
der großen Umdrehungsfrequenz (nahezu 50 Hz) des Läufers entsprechende Bremsenergie
in den ohmschen Widerstand, dieser nimmt daher beim Bremsen eine der Verzögerung
entsprechende Arbeit auf.
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Bei gegebenen Werten für Motorgröße, Spannung und ohmschen Schlupfwiderstand
ist auch die Höhe des Bremsdrehmomentes vorgeschrieben. Es besteht dabei die Möglichkeit,
das Bremsdrehmoment durch die zugeführte Erregerspannung zu regeln. Da das Moment
quadratisch von der Spannung abhängig ist, genügen schon verhältnismäßig kleine
Spannungsänderungen, z. B. mit Hilfe des Umspanners ro in Fig. 1, der als Doppeldrehtransformator
ausgebildet sein, kann. Beim Bremsen kann man das Drehmoment ferner in einfacher
Weise durch Änderung der Niederfrequenz mittels des Einstellreglers .8 beeinflussen,
der nur einen geringen Strom zu ändern braucht. Außerdem kann, wie bereits bemerkt,
noch eine zusätzliche Beeinflussung- der Niederfrequenzspannung durch den Umspanner
ro erfolgen. Ein besonderer Vorteil der Speisung mit kleiner Frequenz besteht darin,
daß nach Erreichen des Stillstandes die Last unter Strom gehalten werden kann, wenn
die Frequenz entsprechend eingeregelt wird.
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Zum Bremsen kann man statt niederfrequenten Strom . auch Gleichstrom
verwenden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schaltung des Läuferkreises mit
ohmschem Schlup"fwiderstand 2 und dazu parallel geschalteter Drosselspule 3 bleibt
hierbei bestehen. Beim Umschalten von Motor- auf Generatorbetrieb durch Umlegen
des Schalters 4 nach rechts wird die Ständerwicklung mit Gleichstrom aus dem Gleichstromnetz
16 gespeist. Durch die Parallelschaltung des ohmschen Widerstandes mit der Drosselspule
nimmt auch hier der wirksame Wirkwiderstand im Läuferkreis mit abnehmender Umdrehungsfrequenz
ab, und man kann daher den Ständer mit konstantem Strom erregen. Wegen des kleinen
Luftspaltes weisen Asynchronmaschinen ein kleines Kurzschlußverhältnis auf, d. h.
der für die Feldbildung benötigte Anteil im Ständerstrom tritt
gegenüber
dem für Ankerrückwirkung benötigten Anteil stark zurück, und der Ankerstrom ist
im wesentlichen durch die Größe des Ständerstromes vorgeschrieben, wenn dafür gesorgt
ist, daß im ganzen Drehzahlbereich für die Feldbildung kein unverhältnismäßig großer
Anteil benötigt wird. Dies ist aber der Fall, wenn mit abnehmender Drehzahl der
Wirkwiderstand des Läuferkreises abnimmt, wie es durch die Parallelschaltung von
ohmschem Widerstand und Drosselspule gewährleistet ist. Der Motor entwickelt daher
auch beim Bremsen mit gleichbleibender Erregung ein nahezu gleichbleibendes Bremsmoment
im Gegensatz zu den Anordnungen, die mit konstanter Erregung und konstantem ohmschem
Widerstand bremsen.