DE966727C - Regelsteuerung mit Asynchronmotoren, insbesondere fuer Krantriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelsteuerung mit Asynchronmotoren, insbesondere für Krantriebwerke. Krantriebwerke stellen an Antriebsmaschinen hinsichtlich der Drehzahl und des Drehzahlverhaltens in Abhängigkeit von der Belastung besondere Anforderungen. Diese sind

1. die Antriebsmaschine muß im treibenden und im angetriebenen Zustand, also sowohl im Motorais auch im Generatorbetrieb, die angesteuerte Drehzahl unabhängig von der Belastung möglichst beibehalten;

2. als kleinste Drehzahl ist hierbei im allgemeinen eine solche von etwa io bis 20°/o der Nenndrehzahl erwünscht;

3. als Höchstdrehzahl werden bei Kranhubwerken beim Senken von Lasten Drehzahlen von etwa 150 bis 200% der Nenndrehzahl angestrebt; beim Senken des leeren Kranhakens sollen die genannten Höchstdrehzahlen kaum tiefer liegen, und

4. die Steuerung muß die Einstellung kleinster, mittlerer und höchster Drehzahlen ermöglichen, derart, daß der Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb und umgekehrt vom Generator- zum Motorbetrieb in ein und derselben Schaltstellung kontinuierlich und der Übergang von der einen Schaltstellung in die andere ohne betriebsgefährdende Unterbrechtung des Motorstromkreises erfolgt.

Diese Bedingungen lassen sich in idealer Weise mit Hilfe der Leonardsteuerung erfüllen; ferner sind auch für Gleichstrom-Reihenschlußmotoren und andere Gleichstrommotoren in jeder Hinsicht

709 672/82

brauchbare Regelsteuerungen entwickelt und in großer Anzahl angewendet worden.

Wesentlich schwieriger ist es jedoch, vorstehend angegebene oder ähnliche Regelbedingungen bei Verwendung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Schleifringläufer als Antriebsmaschine zu erfüllen. Beim Drehstrom-Asynchronmotor ist zwar im motorischen Betrieb unter Last jede Drehzahl unterhalb der synchronen durch Widerstandsregelung im Läufer einstellbar; bei Entlastung strebt jedoch der Motor dem Synchronismus zu, um ihn bei Generatorbetrieb je nach Größe des eingeschalteten Läuferwiderstandes noch zu übersteigen. Nach dem Verhalten des Asynchronmotors ist also 1-5 weder ein Abbremsen des Fahrwerkes auf eine kleine untersynchrone Geschwindigkeit möglich, noch kann der Motor beim Senken von Lasten auf eine brauchbare Absetzgeschwindigkeit abgebremst bzw. herabgeregelt werden.
Durch verschiedene Kunstschaltungen, wie Gegenstrombremsung, untersynchrone Bremsung bei einphasigem Netzanschluß der Ständerwicklung, durch Gegenschaltung zweier Motoren usw., hat man zwar versucht, dem Asynchronmotor ein für Kranbetriebe günstigeres Verhalten aufzuzwingen. Derartige im Laufe der Jahre entwickelte Bremsschaltungen haben sich dabei teilweise auch ganz gut bewährt; die regeltechnische Vollkommenheit der Regelsteuerung mit Gleichstrommotoren wird dabei jedoch nicht erreicht. So ist beispielsweise die Gegenstrombremsschaltung zu lastabhängig, um allgemein befriedigen zu können. Mit der untersynchronen Bremsung bei einphasigem Netzanschluß der Ständerwicklung lassen sich zwar verhältnismäßig leicht mittlere untersynchrone Senkdrehzahlen für Halblast bis Volllast, jedoch keine Absetzgeschwindigkeiten in der erforderlichen Größe bei Vollast erreichen.

Um unter synchrone Drehzahlen bei einem unbelasteten bzw. angetriebenen widerstandsgesteuerten Schleifringläufer zu erreichen, sind auch mechanische Vorkehrungen bekanntgeworden. Meist werden hierzu Schleifbremsen verwendet, mit deren Hilfe der Motor belastet und auf bestimmte untersynchrone Drehzahlen geregelt wird. Es ist ferner bekannt, die Schleifbremse mit einem Bremslüfter zu betätigen, der an den Läufer des Triebwerkmotors geschaltet wird und den Bremsdruck in Abhängigkeit von der Läuferspannung bzw. Läuferfrequenz selbsttätig regelt. Derartige Steuerungen unter Verwendung von Schleifbremsen ermöglichen zwar im Gegensatz zu den bekannten Kunstschaltungen die Einstellung brauchbarer Absetzgeschwindigkeiten. Bei Schleif bremsen tritt jedoch bekanntlich ein erheblicher Verschleiß der Bremsbacken auf, so daß die allgemeine Anwendung derartiger Steuerungen Schwierigkeiten bereitet. Insbesondere bei stark beanspruchten Kranbetrieben mit großer Schalthäufigkeit kann von solchen Steuerungen kaum Gebrauch gemacht werden.

Demgegenüber zeichnet sich die Regelsteuerung nach der Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß die Steuerung aus mindestens drei Grundschaltungen zusammengesetzt ist, derart, daß den Steuerstellungen für kleinste Drehzahlen die Grundschaltung mit Schleifbremsung mit oder ohne selbsttätige Einstellung des Bremsdruckes, den Steuerstellungen für mittlere Drehzahlen die Grundschaltung für Einphasennetzanschluß der Ständerwicklung oder eine im Drehzahlverhalten gleichwertige Schaltung und den Steuerstellungen für höchste Drehzahlen die einfache Widerstandsanlaßschaltung zugeordnet ist. Die Erfindung liegt somit in der Kombination von mindestens drei Regelschaltungen zu einer Steuerung mit einer sich daraus ergebenden Regelcharakteristik. Hierdurch wird erreicht, daß von jeder Grundschaltung das ihr bei gewissen Drehzahlen eigene günstigste Verhalten zur Anwendung gelangt. Die Erfindung gestattet dabei insbesondere, die Abbremsung der Krantriebwerke von höchster Geschwindigkeit z. B. auf mittlere untersynchrone Geschwindigkeit rein elektrisch mit Hilfe des Asynchronmotors zu erreichen, während die weitere Abbremsung auf kleinste untersynchrone Geschwindigkeiten von der Schleifbremse übernommen wird. Auf diese Weise braucht die Schleifbremse nur noch eine sehr geringe Bremsarbeit zu leisten, so daß der Verschleiß der Bremsbacken auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die Charakteristik der Regelsteuerung für ein Hubwerk nach der Erfindung ist der Zeichnung zu entnehmen, in der als Abszisse die Drehmomente an der Motorwelle in Prozent und als Ordinaten die Drehzahlen in Prozent aufgetragen sind.

Mit A ist im Koordinatensystem der Quadrant für Heben bei Kraftbetrieb, mit B der Quadrant für Heben beim Bremsen der beweglichen Massen, mit C der Quadrant für Senken beim Bremsen der eingehängten Last und mit D der Quadrant für Senken beim Kraftbetrieb bezeichnet. Es gelten ferner die Kennlinien 1 und I für die Schaltung mit Schleifbremse, die Kennlinien 2 bis 6 und IV und V für die einfache Widerstandsanlaßschaltung und die Kennlinien 1', II und III für die einphasige Netzanschlußschaltung der Ständerwicklung oder für eine gleichwertige Schaltung. Die Schaltstellung gemäß der Kennlinie i' wird zur Vermeidung einer falschen Lastbewegung so eingefügt, daß sie erst beim Rückschalten des Steuergerätes wirksam wird, und zwar nur so lange, bis das Triebwerk eine mittlere Geschwindigkeit erreicht hat. Sodann schaltet sich selbsttätig, und zwar in Abhängigkeit von der Zeit, Spannung oder Frequenz die Regelstellung 1 mit Schleifbremse ein. Die Regelcharakteristik zeigt die gute Lage der erforderlichen Regelgeschwindigkeiten. Insbesondere ist ersichtlich, daß beim Abbremsen des Triebwerkes infolge der Zwischenfügung der einphasi-

en Bremsung (Regelstellung 1' beim Heben und Regelstellung II und III beim Senken) eine ausreichende Verminderung der Drehzahlen eintritt, so daß beim Weiterschalten auf den Regelstellen 1 und I nur noch geringe Bremsarbeit zu leisten ist. Der Zweck der Schaltungskombination, eine gün-

stige Lage der Drehzahllinien bei einer Verminderung des Bremsverschleißes der Schleifbremse zu erreichen, wird also vollkommen erfüllt. Auch als Fahrbremsschaltung für Fahrwerke ergeben sich die gleichen günstigen Regeleigenschaften bei geringstem Bremsverschleiß. Die Regelschaltung ist hierbei nach beiden Motordrehrichtungen symmetrisch. Für beide Drehrichtungen gelten die in den Quadranten A und B aufgenommenen Regelkennlinien.

Für die Lüftung der Bremse kann erfindungsgemäß mit Vorteil ein Zentrifugalbremslüfter mit Motorantrieb verwendet werden. Die Anwendung des Zentrifugalbremslüfters erstreckt sich erfindungsgemäß insbesondere auf die Erreichung der Steuerstellungen für kleinste Drehzahlen.

Es ist zwar für die Lüftung der Bremsen bekannt, motorisch angetriebene elektrohydraulische oder elektropneumatische Vorrichtungen vorzusehen. Die Regelung des Bremsdruckes erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Läuferspannung bzw. von der Frequenz des Drehstrommotors oder in Abhängigkeit von einem zusätzlichen Fliehkraftschalter, der indirekt die Drehzahl des Bremslüftmotors regelt. Die Arbeitsweise der elektrohydraulisch bzw. elektropneumatisch betätigten Bremslüfter ist jedoch von den Temperaturunterschieden, denen Flüssigkeiten betriebsmäßig ausgesetzt sind, bzw. von dem Feuchtigkeitsgehalt der verwendeten Preßluft stark abhängig, die für das Arbeiten pneumatisch betätigter Bremslüfter zur Verfügung steht. Der Zentrifugalbremslüfter nach der Erfindung ist dagegen derartigen Einflüssen nicht unterworfen.

An Stelle eines Zentrifugalbremslüfters kann erfindungsgemäß ein Gleichstromsolenoidbremslüfter verwendet werden, der auf den Regelstellungen für kleine Geschwindigkeiten über Gleichrichter direkt oder indirekt vom Läufer und auf den übrigen Steuerstellungen vom Drehstromnetz über Gleichrichter gespeist wird.

Die Regelsteuerung, bei der auf den Steuerstellungen für kleine Geschwindigkeiten der Bremslüfter zur Regelung des Bremsdruckes herangezogen wird, muß auf den übrigen Steuerstellungen unabhängig von der Drehzahl des Läufers voll lüften. Es ist daher erwünscht bzw. notwendig, den Bremslüfter auf den letzten Steuerstellungen an ein Netz mit konstanter Spannung bzw. Frequenz umzuschalten. Um dabei zu verhüten, daß der Bremslüfter beim Umschalten spannungslos wird und einfällt, können erfindungsgemäß besondere Maßnahmen gegen das unerwünschte Einfallen des Bremslüfters getroffen werden. Zu diesem Zweck kann z. B. ein zweiter Bremslüfter oder ein zweiter Motor zum Antrieb des Bremslüfters bzw. eine zweite Wicklung usw. angeordnet werden. Der gleiche Zweck wird auch erfüllt, wenn für die Zwischenstellungen am Bremslüfter Maßnahmen getroffen werden, die ein verzögertes Abfallen des Bremslüfters herbeiführen. In einem solchen Falle wird zwar das Einfallen des Bremslüfters nicht unterbunden; da jedoch das Steuergerät in den Zwischenstellungen, die ungerastet bleiben, nur kurze Zeit verweilt, so wird durch die verzögert abfallende Bremse die Regelsteuerung keineswegs beeinträchtigt.

Die Anwendung der Erfindung ist auf Krantriebwerke nicht beschränkt. So kann die Erfindung beispielsweise für Aufzugssteuerungen verwendet werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Regelsteuerung für Asynchronmotoren, insbesondere für Krantriebwerke, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung aus mindestens drei Grundschaltungen zusammengesetzt ist, derart, daß den Steuerstellungen für kleinste Drehzahlen die Grundschaltung mit Schleifbremse mit oder ohne selbsttätige Einstellung des Bremsdruckes, den Steuerstellungen für mittlere Drehzahlen die Grundschaltung für Einphasennetzanschluß der Ständerwicklung oder eine im Drehzahlverhalten gleichwertige Schaltung und den Steuerstellungen für höchste Drehzahlen die einfache Widerstandsanlaßschaltung zugeordnet ist.

2. Regelsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Schleifbremse ein Zentrifugalbremslüfter vorgesehen ist.

3. Regelsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Schleifbremse ein Gleichstrombremslüfter vorgesehen ist, dessen Erregung über Gleichrichter erfolgt.

4. Regelsteuerung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel, die das Einfallen des Bremslüfters in einer oder mehreren nicht gerasteten Zwischenstellungen zwischen den Steuerstellungen für kleine und mittlere Drehzahlen verhüten bzw. verzögern.

5. Regelsteuerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Vermeiden bzw. Verzögern des Einfallens des Bremslüfters in der Zwischenstellung bzw. den Zwischenstellungen z. B. ein zusätzlicher ^l°5 Bremslüfter, eine zweite Wicklung od. dgl. dienen.

6. Regelsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Steuerstellung mit Schleifbremse und den Steuer- no Stellungen für einfache Widerstandsanlaßschaltung eingefügte Bremsstellung nur beim Rückwärtsschalten des Steuergerätes wirksam wird, derart, daß in Abhängigkeit von der Zeit, Spannung oder Frequenz eine selbsttätige Umschaltung auf die Steuerstellung mit Schleifbremse erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 605503, 710775; »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 60. Jahrgang, 1942, Heftii/12, S. 113.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 672/82 9.