-
Elektrischer Antrieb mit einem Induktionsmotor Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf einen elektrischen Antrieb für Maschinen, welche einen vorbestimmten
Arbeitskreislauf ausführen uni mit einem zwangsläufigen Halt zur Ruhe kommen.
-
Bei Antrieben dieser Art ist es bisher bekannt gewesen, die Geschwindigkeit
der Maschine vor dem Anhalten zu verringern, um so den Stoß möglichst klein zu machen.
Jedoch wurde zufolge der verwendeten zusammengesetzten mechanischenEinrichtungen
zum Verändern der Geschwindigkeit ,die mögliche Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine
unzweckmäßig begrenzt.
-
Diese Schwierigkeit wird gemäß der vorliegenden Erfindung mittels
elektrischer Bremsung weitestgehend beseitigt.
-
Nach der Erfindung geht dem Anhaltevorgang eine Verkleinerung der
Motorengeschwindigkeit auf einen Zwischenwert voraus, indem dieser Motor bei übersynchronen
Geschwindigkeiten arbeitet, um durch die Vernichtung der Umlaufenergie als Induktionsgenerator
ein Bremsen zu bewirken. Der Arbeitskreislauf einschließlich Beschleunigung, Verzögerung
und zwangsläufigen Anhaltens der angetriebenen Maschine an einer vorbestimmten Stelle
wird ohne die Verwendung von Kupplungen durchlaufen.
-
Dabei wird ein Induktionsmotor mit Käiganker bzw. Kurzschlußanker
verwendet, der aus einer hohen Geschwindigkeit auf eine kleine Geschwindigkeit schnell
gebremst werden kann, wobei die Verbindung für kleine Geschwindigkeit bei Stillstand
ein Bremsmoment im Stillstand hervorruft. Zum Anhalten des Motors, der eine Schwungmasse
antreibt, wird dieser Motor auf eine Zwischen
gesahwindigkeit elektrisch
gebremst und nachfolgend bei geringer Geschwindigkeit zum Stillstand gebracht.
-
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung zur Darstellung
gebracht.
-
Fig. 1 zeigt ein Schaltschema des Antriebs nach der Erfindung ; .
-
Fig.2 zeigt die zugehörigen Drebmoment-:;esaliw indigdceitkennlinien.
-
In der Fig. i ist ein Motor i vorzugsweise ein Induktionsmotor mit
Käfigankerdargestellt, der im Ständer eine NIelirpliasenwicklung 2 und eiere besondere
Finl>liasenwicklung 3 enthält. Die Ein-1>liasenw-icklung hat mehr Pole als die Mehrphasenw
icl;lting und schafft daher ein Ständerfeld von kleinerer Synchrongeschwindigkeit,
Vorzugsweise, aber nicht unbedingt, hat die Einphasenw-icsklt,lig 3 doppelt soviel
Pole wie die Mehrphasenwicklung 2. Eine von dem Motor i angetriebene Maschine 39
soll bei Vollendung eines bestimmten Arbeitskreislaufes zwangsläufig angehalten
werden. Maschinen dieser Art sind allgemein bekannt.
-
Ein dreipoliger Schalter 5, welcher Kontakte 6, 7, 8 und eine Arbeitsspule
9 aufweist, verbindet die Afehrphasenw icklung 2 mit einer Stromquelle
1. 1, 1. 2, L 3 über einen Trennschalter io.
-
Ein Schalter i i, welcher Kontakte 12, 13, 14, 15 und eine Arbeitsspule
16 aufweist, verbindet die Einpliasenwicklung 3 mit der Stromquelle L 2. L 3 ,iil>er
den Trennschalter to. Ein einpoliger Zw-eiw-egscllalter 17 weist Kontakte 18 und
ig auf. Er wird von einem Nocken 20 gesteuert, der von dem Motor i vermittels eines
Geschw indigkeitsverminderers 21 angetrieben' wird. Es ist einleuchtend, daß normalerweise
die Kontakte ig geschlossen sind, während ein Stift 22 auf dem zylindrischen Teil
der Scheibe 20 entsprechend dem Druck einer Feder 24 gleitet. Wenn jedoch der Nocken
23 von (lein Stift erreicht wird, öffnen sich die Kontakte ig und die Kontakte i8
schließen sich.
-
Ein Klinkenschalter 25, -der gewöhnlich offene Kontakte 26 aufweist,
ist so angeordnet, daß, wenn ein Druckknopf 27 gedrückt wird, um die Kontakte 26
entgegen der Kraft einer Feder 28 zu schließen, wie in ausgezogenen Linien der Fig.
i dargestellt ist, eine Klinke 29 dahin arbeitet, die Kontakte 26 geschlossen zu
halten, bis siQ später durch einen Schlagnocken 30 freigegeben werden, welcher
von (lern @lotor i durch den GeschNvindigkeitsverminderer --i angetrieben wird.
-
Es ist einleuchtend, daß die Winkelstellungen der Nocken 20 und
30 entsprechend den Erfordernisseil <per 'Maschine 39 eingestellt werden
können, so claß die Bedienungsperson nur nötig hat, jeden einzelnen Arbeitskreislauf
durch Schließen des Schalters 25 von Hand einzuleiten, und das gesamt"-System schließlich
zu einem zwangsläufigen Halt der h-laschine 39 bei abgeschalteter Energie und, für
den nächsten Arbeitskreislauf bereit, zur Ruhe kommt.
-
Es sei zum Arbeiten angenommen, daß der Leitungsschalter geschlossen
ist und ein Schließen des Schalters 25 von Hand den Stromkreis von.L 2 über die
Spule g die geschlossenen Kontakte 15, 19 und 26 zu L 3 schließt. Dadurch wird Spannung
an die Spule 9 gelegt, und der Schalter 5 schließt die Kontakte 6, 7, und 8 und
verbindet die Wicklung 2 mit den Speiseleitungen I. r, I_ 2. I_3. Der Motor 1 'kommt
daher auf Touren uiid läuft als Mehrp'haseninduktionsinotc»- mit einer Geschwindigkeit,
welche durch die Anzahl der Pole der Wicklung 2 bestimmt ist. Daher kann der bei
voller Geschwindigkeit abzuwickelnde _Arheitsgang der Maschine 39 stattfinden. Unmittelbar
vor dein Anhalten der Maschine wird der Stift 22 durch den Nocken 23 verschoben.
Die Kontakte i< öffnen sich, und die Kontakte 18 schließen sich. Das Offnen der
Kontakte 19 öffnet den Stromkreis von L 2, L 3 durch die Spule 9 hindurch, und'
der Schalter 5 kehrt in seine Offenstellung zurück und trennt daher die iMehrpliasenwicklung
2 von der Leitung L i, L 2 und L 3. Ein Schließen der Kontakte 18 schließt einen
Stromkreis von L 2 durch die Spule 16, die Kontakte 18 und 26 nach I_ 3. Dadurch
wird Spannung an die Spule 16 gelegt, und der Schalter 11 schließt die Kontakte
12, 13 und 14 und öffnet,die Kontakte 15. Die Kontakte 14 sind Sel-bsthaltekontakte,
um den Strom-kreis geschlossen zuhalten, nachdem sich die Kontakte i8 als Folge
der Verdrehung des Nockens 20 wieder öffnen.
-
Beim Schließen des Schalters i i wird eine Einphasenspannung von
L 2, L 3 an die Wicklung 3 gelegt. Da diese Wicklung eine größere Anzahl
von Polen als die Wicklung 2 hat, läuft der Rotor oberhalb der synchronen Geschwindigkeit,
welche durch ,die Wicklung 3 bestimmt ist, wenn die Wicklungsumschaltung durchgeführt
ist. Der Motor läuft also als Induktionsgenerator, und die aufgespeicherte Umlaufenergie
des Systems wird bei Riickgew,iiinung elektrischer Energie zur Stromquelle L 2,
L 3 geliefert, 'dabei wird der '-Motor rasch abgebremst, bis er die Last wieder
antreibt, nun jedoch mit geringerer Geschwindigkeit, welche durch die Wicklung 3
mit größerer Polzahl bestimmt ist.
-
Bei einem 2 : i-Verhältnis der Polzahlen wird diese geringe Geschwindigkeit
etwa die Hälfte der vollen Geschwindigkeit des Systems sein, und daher ist die aufgespeicherte
Umlaufenergie, die nunmehr noch vernichtet werden muß, um die Maschine vollständig
anzuhalten, auf etwa ein Viertel ihres ursprünglichen Wertes reduziert worden. Auf
diese `Veise wird der mechanische Stoß, wenn die :Maschine zu einem zwangsläufigen
Halt kommt, durch die vorgenannte schnelle Geschwindigkeitsverminderung weitestgehend
verkleinert.
-
Unmittelbar vor dem zwangsläufigen Halt gibt der Schlagnocken 3o die
Klinke 29 frei, wie in gestrichelten Linen in Fig, i dargestellt ist, und öffnet
die Kontakte 26 des Schalters 25. Dadurch wird der Stromkreis durch die Spule 16
geöffnet, und der Schalter i i kehrt in seine Normalstellung zurück und trennt die
Wicklung 3 vonL 2, L 3 und schaltet damit den Motor i ab. Schließlich wird ein zwangsläufiger
Halt erreicht, die gesamte
Bewegung hört auf, das System ist in
seine Normallage zurückgekehrt und für einen neuen Arbeitskreislauf bereit.
-
Die Fig.2 zeigt die Kennlinienkurve3i für die angetriebene Maschine
39, die Kurve 32 für den Motor mit der Wicklung 2 und die Kurve 33 für den Motor
mit der Wicklung 3. Vollastlaufgeschwindigkeit tritt am Punkt 34 ein. Wenn die Einphasenwickhin9
3 eingeschaltet wird, übt der Motor ein negatives oder ein Bremsmoment, z.
13.
an der Stelle 35, aus, und der Motor verlangsamt sich schnell zufolge
des Bremsmoments gemäß der schraffierten Fläche .4. Von dem Nulldrehmomentenpunkt
36 ab entwickelt der Motor wiederum ein positives Drehmoment, und der stabile flrbeitsputikt
37 wird erreicht. Nach diesem Punkt wird die Wiclaung 3 von der Stromquelle I_
2, 1. 3
abgeschaltet, und der Motor läuft zum Stillstand aus. Die Einphasemvicklung
3 erzeugt hei Stillstand kein Drehmoment (Punkte 38). S 2 bzw. S 3 deuten die svnchronen
Geschwindigkeiten der NIotorenwickltingen 2 bzw, 3 an.
-
Ein, typisches Anwendungsgebiet für dieses System ist der Antrieb
einer Gruppenstichnä hmaschine, in welcher eine vorbestimmte Zahl von Stichen hergestellt
und die Maschine dann angehalten wird. Es ist einleuchtend, daß, um eine maximale
Nutzarbeitszeit zu schaffen, die Zeiten, welche zur Beschleunigung und Verzögerung
der Maschine benötigt werden, auf ein Geringstmaß zu reduzieren sind, und daß weiterhin
die maximale Geschwindigkeit soweit wie möglich 'konstant sein muß unter Aufrechterhaltung
der Fähigkeit der Maschinenteile, den Haltestoß mit Sicherheit zu absorbieren. Bezüglich
des Wirkungsgrades des Systems der vorliegenden Erfindung bei einer besonderen Gruppenstichnähmaschine
ist festgestellt worden, claß ideal gesehen, falls überhaupt keine Zeit für Beschleunigung
und Verzögerung zugelassen werden würde, 45 Stiche je Arbeitskreislauf genäht werden
können, während tatsächlich 42 Stiche genäht wurden. Dieses ergibt einen Wirkungsgrad
von
oder 93,4°/o.
-
Das System gemäß der Erfindung unterscheidet sich von üblichen polumschaltbaren
Motoren mit Mehrphasenwicklungen verschiedener Polzahlen. In diesen Systemen müssen
beide Wicklungen ein Anlaßdrelimoment schaffen, und infolgedessen kann d-ie I?inlih@aseir@vi@klung,
wie sie hier verwendet wird, nicht benutzt werden. Ein weiterer Unterschied ergibt
sich aus der Tatsache, daß, falls ein üblicher polumschaltbarer Motor bei eingeschalteter
Wicklung stillgesetzt wird, der mechanische Stoß durch das beträchtliche ausgeübte
Stillstandsdrehmoment erhöht wird, welches bei dem System der vorliegenden Erfindung
gleich Null ist.