DE958034C - Einrichtung zur UEberwachung des Ankerstromes und der Drehzahl einer Gleichstrommaschine - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Überwachung des Ankerstromes und der Drehzahl einer Gleichstrommaschine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Ankerstromes und der Drehzahl einer Gleichstrommaschine.
• Die neue Einrichtung unterscheidet sich von dem Bekannten dadurch, daß zwei je in einem vom Ankerstrom der Maschine herrührenden Feld angeordnete Hallgeneratoren vorgesehen sind, deren Erregerkreise gemeinsam an einen Verstärker und/oder Relais für die Beeinflussung der Maschine angeschlossen sind, von denen der Primärstromkreis des einen Hallgenerators an eine konstante Spannungsquelle und der Primärstromkreis des anderen Hallgenerators über eine Gleichrichterürücke mit angelegter konstanter Gegenspannung an eine von der Drehzahl der Maschine abhängige Spannungsquelle angeschlossen ist.
• Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise als Überstromschutz angewendet werden, indem eine magnetische Summenbildung der Hallspannungen beider Hallgeneratoren in Relais mit getrennten Wicklungen erfolgt, die also in beiden Stromrichtungen betätigt werden. Hierzu kann z. B. ein einziges polarisiertes Relais mit zwei Wicklungen oder aber es können zwei Drehspulrelais mit je zwei Wicklungen vorgesehen werden, die so erregt werden, daß bei Erreichen einer bestimmten, durch eine oder beide Hallströme hervorgerufene magnetische Kraft eine Auslösung des Relais und dadurch eine Abschaltung der Maschine erfolgt.
• Diese ist insbesondere bei umkehrbaren Gleichstrommotoren zum Antrieb schwerer Walzenstraßen wichtig, da diese im allgemeinen im Feldschwächbereich eine Drehzahl aufweisen, bis zu der der zulässige maximale Ankerstrom, der sogenannte Ausschaltstrom, konstant bleibt, bei Überschreiten dieser Drehzahl jedoch bei weiterer Feldschwächung der Ausschaltstrom mit zunehmender Drehzahl so herabgesetzt werden muß, daß das Produkt aus Ankerstrom und Drehzahl konstant bleibt. Dies ist bekanntlich aus Kommutierungsgründen notwendig. Die Ausschaltstromcharakteristik stellt sich in Abhängigkeit von der Drehzahl somit als eine geknickte Kennlinie mit einem waagerechten geradlinigen ersten und einem nach einer Hyperbel abfallenden zweiten Teil dar. Die Nachbildung dieser Charakteristik kann auf sehr einfache Weise durch Anwendung von Haugeneratoren erzielt werden.
• Weiterhin kann eine nach der Erfindung gestaltete Einrichtung auch zur Strombegrenzung von Gleichstrommaschinen verwendet -,werden, indem an*Stelle von Relaiseinrichtungen zum Ausschalten der Maschine Verstärker vorgesehen sind, die von den Hallkreisen beider Hallgeneratoren gespeist werden und ausgangsseitig die Erregung einer zusätzlichen Erregermaschine oder der Maschine selbst beeinflussen. Als Hallgenerato#:en eignen sich besonders Halbleiter mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6ooo cm2/Vs. Sie haben gegenüber den bekannten Hallgeneratoren mit geringerer Trägerbeweglichkeit den Vorteil erheblich größerer Empfindlichkeit und können auch mit größeren Ausgangsleistungen belastet werden. Die betreffenden Halbleiter können z. B. von der Form Alr1Bv sein, d. h. also Verbindungen eines Elementes A der III. Gruppe mit einem Element B der V. Gruppe des Periodischen Systems.
• An Hand der Zeichnung sind je ein Ausführungsbeispiel für beide Anwendungsmöglichkeiten näher beschrieben.
• Zur Überwachung des Ankerstromes einer Gleichstrommaschine WM, im Falle der Fig. z eines umkehrharen Gleichstrommotors, beispielsweise zum Antrieb einer Walzenstraße, dienen zwei Haugeneratoren Hgl, Hg2. Diese Hallgeneratoren liegen jeweils im Feld einer vom Ankerstrom der Maschine WM durchflossenen Wicklung F1 bzw. F2. An die Primärelektroden des Hallgenerators Hgl ist eine konstante Gleichspannung U1 angelegt, an die Primärelektrode des Hallgenerators H92 ist über eine Gleichrichterbrücke GR eine ebenfalls konstante Gleichspannung U2 gelegt, die einer über die Gleichrichterbrücke GR' zugeführten, von einem Tachodynamo TD herrührenden drehzahlabhängigen Spannung entgegenwirkt. Dieser Tachodvnamo TD wird von der Maschine WM angetrieben. Die an die Hallelektroden der beiden Hallgeneratoren Hgl und H92 angeschlossenen Hallstromkreise enthalten die in Reihe liegenden Wicklungen srl Q und srl b bzw. sr2 a und sy2 b zweier Drehspulrelais SR" und SRb. Der Hallgenerator Hgl liefert in seinem Hallkreis eine dem Strom der Maschine WM proportionale Spannung, da der Primärstromkreis, wie bereits erwähnt, an die konstante Spannung Ui gelegt ist. Der Hallgenerator Hgl hat also die Funktion eines Gleichstromwandlers.
• Der zweite Hallgenerator Hg. liegt ebenfalls in einem dem Ankerstrom der Maschine proportionalen Feld. Da aber der im Primärstromkreis fließende Strom proportional der Differenz zwischen der jeweiligen Drehzahl und einer bestimmten Drehzahl ist, nämlich der Drehzahl beim Kommutierungsknick .-- was durch die Gegenschaltung der festen Spannung U2 erreicht wird, wobei die Spannung U2 gleich der Spannung des Tachodynamos TD bei der dem Kommutierungsknick zugeordneten Drehzahl zugeordnet ist -, wird durch die Addition der Ströme im Hallkreis beider Hallgeneratoren in den Drehspulrelais SR" und SRb die in Fig.3 dargestellte Kennlinie nachgebildet. Im Drehzahlbereich von o bis iaK (Drehzahl beim Kommutierungsknick) erregt der Hallgenerator Hg, allein die Relais und löst diese aus, wenn im Ankerstromkreis der Maschine WAI der Auslösestrom fließt. Bei Überschreiten der Drehzahl nK müssen die Relais schon bei einem geringeren Strom als vorher auslösen, und zwar nimmt der hierfür notwendige Auslösestrorn nach einer Hyperbel in Abhängigkeit von der Drehzahl ab.
• Die Nachbildung dieser Hyperbel wird durch das Zusammenarbeiten beider Hallgeneratoren auf die genannten Relais erreicht. Durch die feste Spannung U1 kann der Hallgenerator Hgl hierbei eine dem Produkt aus Ankerstrom und der Drehzahl yag proportionale Spannung liefern, und der Hallgenerator Hg. liefert bei Drehzahlen. über saK eine dem Produkt aus Ankerstrom und Differenz zwischen der jeweiligen Drehzahl n und der Drehzahl sag proportionalen Spannung (wegen der Gegenspannung U2), so daß also bei Überschreiten der Drehzahl nK durch die magnetische Summenbildung eine Auslöseabhängigkeit der Relais vom Produkt des Ankerstromes und der jeweiligen Drehzahl erreicht wird. Wenn der Ansprechwert der Relais mit dem Produkt aus Ankerstrom und ng festgelegt ist, so wird der zulässige Ausschaltstrom bei einer Drehzahl n oberhalb nK im Verhältnis n : ng kleiner.
• Durch die Verwendung von Hallgeneratoren wird der Überwachungsstromkreis galvanisch vom Ankerstromkreis getrennt, so daß die Höhe des Ankerkreispotentials auf den Überwachungskreis keinen Einfluß hat. Dadurch können normale Niederspannungsgeräte verwendet werden.
• An Stelle zweier Drehspulrelais SR" und SRb, die bei umkehrbaren Drehrichtungen des Motors notwendig sind, um unabhängig von der Stromrichtung richtig auszulösen, kann auch ein einziges polarisiertes Relais mit Mittelstellung seiner Kontakte vorgesehen sein. Es ist auch möglich, nicht polarisierte Relais, z. B. Quecksilberrelais, vorzusehen, die bei jeder Stromrichtung ansprechen. Die eigentliche Auslöseeinrichtung, die von den Schutzrelais betätigt wird, kann an sich bekannter Art sein, so daß aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine Darstellung verzichtet ist.
• Durch eine entsprechende Abwandlung der Einrichtung nach Fig. r durch Verwendung z. B. eines Verstärkers an Stelle der Relais kann eine nach Fig.2 aufgebaute Einrichtung zur Strombegrenzung der Maschine erzielt werden. Die mit den in Fig. i übereinstimmenden Teile der Einrichtung weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die Hallgeneratoren Hgi und H92 werden wiederum wie im vorgenannten Ausführungsbeispiel- vom Ankerstrom durch die Wicklungen F1 und F2 erregt. Der Primärstromkreis des Hallgenerators Hgl ist an eine konstante Spannung U1 angeschlossen, wobei die Polarität der Spannung durch eine Polumschalteinrichtung PS vertauscht werden kann. Dem Primärstromkreis des HallgeneratorsHg2 wird eine drehzahlabhängige Spannung eines Tachodynamos TD zugeführt, und dieser Spannung über eine Gleichrichterbrücke GR eine feste Gegenspannung gegengeschaltet, so daß erst bei Überwiegen der Tachodynamospannung ein Stromfluß des Primärstromkreises im Hallgenerator H92 eintreten kann. Die Haukreise beider Hallgeneratoren arbeiten auf einen Verstärker h, dessen Ausgang die Erregung einer Erregermaschine EG für die Gleischstrommaschine WM beeinflußt.
• Bei umkehrbaren Maschinen muß erreicht werden, daß die Stromrichtung im Hallkreis für beide Drehrichtungen gleichbleibt, was dadurch geschieht, daß die Gleichrichferbrücke mit ihren Wechselstrompolen in den Primärstromkreis gelegt ist und die Gleichstrompole an die feste Gegenspannung angeschlossen sind,. während im erstgenannten Ausführungsbeispiel die Gleichspannung an die Reihenschaltung aus Hallgen6rator und Gleichstrompolen der Gleichrichterbrücke angelegt sind. Damit auch der Strom im Hallkreis des anderen Hallgenerators unabhängig von der Ankerstromrichtung stets in einer Richtung fließt, ist die vorgenannte Polumschalteinrichtung vorgesehen.
• Die Summenbildung der Hallgeneratorspannung erfolgt in dem Verstärker h. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers kann gegen eine feste über eine Gleichrichterbrücke GRh zugeführte Gegenspannung geschaltet sein, so daß erst bei überschreiten eines bestimmten Ankerstromes, welcher dieser Gegenspannung entspricht, eine Wirkung auf das Erregerfeld der Erregermaschine und damit auf den Ankerstrom der Maschine WM ausgeübt wird. Als Verstärker kann aber auch ein Magnetverstärker mit einer Strombegrenzercharakteristik, d. h. mit einer Laststrom-Steuerstrom-Kennlinie, bei der der Laststrom erst bei Erreichen eines bestimmten einstellbaren Steuerstromes sprungartig von nahezu Null auf den notwendigen Wert ansteigt, verwendet werden, wodurch eine Gegenschaltung einer festen Gegenspannung in Fortfall kommen kann. Hierbei wird somit der Ansprechwert der Einrichtung durch den Verstärker selbst bestimmt. Bei Überschreiten eines bestimmten Stromes, der kleiner als der Auslösestrom sein muß, tritt eine Wirkung auf das Feld der Maschine WM ein, die beim Beschleunigen feldstärkend und beim Bremsen feldschwächend ist.

Claims (9)

1. PATI:NTANSPRLCHE: i. Einrichtung zum Überwachen des Ankerstromes und der Drehzahl einer Gleichstrommaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in einem vom Ankerstrom der Maschine erzeugten Feld angeordnete Haugeneratoren vorgesehen sind, deren Hallkreise gemeinsam an eine Verstärker- und/oder Relaiseinrichtung für die Beeinflussung der Maschine angeschlossen sind, von denen der Primärstromkreis des einen Hallgenerators an eine konstante Spannungsquelle und der Primärstromkreis des anderen Hallgenerators über eine Gleichrichterbrücke mit angelegter konstanter Gegenspannung an eine von der Drehzahl der Maschine abhängige Spannungsquelle angeschlossen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i in Anwendung als überstromschutz, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Summenbildung der Hauspannungen beider Hallgeneratoren vorgenommen wird und hierzu Relais mit zwei getrennten Wicklungen verwendet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines polarisierten Relais. .
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehspulrelais vorgesehen sind, deren erste Wicklungen in Reihe in- dem einen Hallkreis und deren zweite Wicklungen in Reihe in dem zweiten Haukreis angeordnet sind.
5. 5. Einrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch die Bemessung der an den Primärstromkreisen des ersten Hallgenerators angelegten konstanten Spannung, derart, daß bei Überschreiten des Ankerausschaltstromes bei Grunddrehzahl der Maschine der im Hallkreis dieses Haugenerators auftretende und die betreffende Relaiswicklung durchfließende Strom allein zum Betätigen des oder der Relais im Sinne einer Ausschaltung der Maschine ausreicht.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 4., gekennzeichnet durch solche Bemessung der an die Gleichrichterbrücke im Primärstromkreis des zweiten Hallgenerators angelegten Gegenspannung, daß erst bei Überschreiten der KommutierungsdrehzaM der Maschine die der Drehzahl proportionale Spannung größer wird als die konstante Gegenspannung und einen dem Drehzahlunterschied proportionalen Strom durch den Primärstromkreis treibt, der einen auf die zweiten Wicklungen der Relais zusätzlich wirkenden Hallstrom zur Folge hat.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch. i in Anwendung als Strombegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hallkreise einen Verstärker speisen, dessen Ausgang mittel- oder unmittelbar die Erregung einer Erregermaschine oder der zu überwachenden Maschine selbst im Sinne einer Strombegrenzung beeinflußt. B.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis des Verstärkers eine Gleichrichterbrückenschaltung mit angelegter Gegenspannung vorgesehen ist, die zufolge ihrer Größe einen die Erregung beeinflussenden Stromfluß erst bei Überschreiten eines bestimmten Ankerstromes der Maschine zuläßt.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker ein Magnetverstärker mit Strombegrenzercharakteristik vorgesehen ist. io. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärstromkreis des ersten Hallgenerators eine Schalteinrichtung zum Umpolen der angelegten Spannung vorgesehen ist, so daß bei Maschinen mit umkehrbarer Drehrichtung die Hallströme beider Haugeneratoren stets gleich vom Drehsinn unabhängigeRichtung haben. i i. Einrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Schalteinrichtung zum Umpolen der angelegten Spannung zwei parallel geschaltete, nur durch Ströme in der einen oder anderen Richtung abhängige Verstärkereinrichtungen vorgesehen sind. iz. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallgeneratoren aus Halbleitern mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6ooo cm2/Vs, insbesondere in Form von All, BV-Verbindungen, bestehen.