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Schaltungsanordnung für einen mittels eines Drehstrom-Kurzschlußläufermotors
erfolgenden Antrieb Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen mittels
eines Drehstrom-Kurzschlußläufermotors erfolgenden Antrieb eines Gerätes, insbesondere
eines Fahrantriebes für einen Pfannen-Gießwagen.
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Es ist bekannt, Drehstrommotoren mit möglichst hohen Läuferwiderständen
auszurüsten, um ein hohes Anzugsmoment zu erhalten, welches gegebenenfalls gleich
dem Kippmoment des Motors ist, also einen Kippschlupf von 100°/o- aufweist. Weiterhin
ist es bekannt, Drehstrommotoren zwecks Erreichens verschiedener Drehmomente wahlweise
im offenen oder geschlossenen Dreieck zu schalten oder eine Drehmomentänderung durch
Verlustschaltung über Vorschaltwiderstände, durch Einphasenbetrieb oder mittels
Polumschaltung mehrerer voneinander unabhängiger Ankerwicklungen hervorzubringen.
Während bei Widerstandsvorschaltung sehr hohe Stromverluste auftreten und bei Einphasenschaltung
komplizierte Anlaßeinrichtung erforderlich sind, sind wahlweise in offenem oder
geschlossenem Dreieck schaltbare Drehstrom-Kurzschlußläufer-Motoren zum Antrieb
eines Fahrantriebes nicht verwendet worden, weil eine Steuerschaltungsanordnung
für einen verlustfreien Betrieb von Schwerlastmotoren in mehreren Drehmomentbereichen
nicht vorhanden ist. Daher werden in der Regel als Fahrantriebsmotoren Drehstrom-Schleifringläufermotoren
mit regelbaren Widerständen im Läuferkreis oder auch regelbare Gleichstrommotoren
verwendet.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung,
welche es ermöglicht, für den Antrieb eines Gerätes, insbesondere eines Fahrwerks,
einen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor zu verwenden.
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Dies wird gemäß der Erfindung in erster Linie dadurch erreicht, daß
der in an sich bekannter Weise für etwa 100 v. H. Kippschlupf ausgelegte Motor nach
dem Anschalten der Steuervorrichtung an das Stromnetz, wie ebenfalls an sich- bekannt,
wahlweise in offener oder geschlossener Dreieckschaltung, unter Einhaltung der folgenden
Schaltschrittstufenfolge zu schalten ist: a) Vorwählen der Motordrehrichtung von
Hand, b) selbsttätige Erregung der Ständerwicklung im offenen Dreieck und Herstellung
des Kraftschlusses zwischen Motor und Übertragungselementen bei kleinem Motordrehmoment,
c) zeitlich nachfolgende, ebenfalls selbsttätige Erregung der Ständerwicklung im
geschlossenen Dreieck und Lastanlauf des Motors mit großem Drehmoment, d) selbsttätige
Umschaltung vom Geschlossendreieck auf Offendreieck nach Überwindung des Beharrungszustandes
und gleichmäßige Beschleunigung im offenen Dreieck bei kleinem Drehmoment, e) selbsttätiges
Abtrennen des Motors vom Netz und Bereitstellung des Motors für die entgegengesetzte
Bewegungsrichtung.
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Um mit einer solchen Schaltungsanordnung auch ein stoßfreies Abbremsen
des Antriebs sicherzustellen, wird in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens
vorgeschlagen, den Drehstrom-Kurzschlußläufermotor so auszulegen, daß seine Momentkurven
je für offenes und geschlossenes Dreieck unsymmetrisch in bezug auf die Drehzahl
Null ausgebildet sind, und zwar derart, daß das bei einem bestimmten Betriebspunkt
für geschlossenes Dreieck vorhandene Antriebsmoment etwa gleich dem zugehörigen
Bremsmoment für offenes Dreieck ist.
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In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens wird außerdem noch vorgeschlagen,
daß die in Dreieckschaltung im Drehstrom-Kurzschlußläufermotor vorgesehenen Ständerwicklungen
an einem Dreieckspunkt je an zwei Anschlüssen geführt sind, von denen der eine dauernd
unmittelbar oder über einen Schalter, der beispielsweise für die Drehrichtungsumkehr
vorgesehen ist, an eine Netzphase angeschlossen wird, während der andere Anschluß
wahlweise über einen Schalter mit dem ersten Anschluß zu verbinden ist. Dabei ist
es noch von besonderem Vorteil, die nur einseitig dauernd an der Netzphase liegende
Ständerwicklung über einen weiteren Schalter neben- oder kurzzuschließen, wobei
der Neben- oder Kurzschlußkreis
einen Gleichrichter und einen Regelwiderstand
aufweisen kann.
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Erfindungsgemäß wird außerdem noch vorgeschlagen, den Schalter zum
Kurzschließen der beiden Anschlüsse des offenen Dreieckspunktes als Zeitrelais oder
als von diesem gesteuertes Hilfsrelais auszubilden. Das Relais für die Einschaltung
des Kurzschlußkreises für die einseitig offene Ständerwicklung kann über einen Ruhekontakt
des Zeitrelais oder des zugehörigen Hilfsrelais geführt werden und seinerseits einen
Ruhekontakt aufweisen, der im Stromkreis für das Zeitrelais oder Hilfsrelais vorgesehen
wird. Schließlich wird noch ein zweites Zeitrelais in Vorschlag gebracht, welches
bei seiner Betätigung das erste Zeitrelais abschaltet.
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Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise
wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung für den Antrieb eines Gießpfannenwagens, Fig. 2 eine gegenüber
derjenigen nach Fig. 1 abgeänderte Schaltungsanordnung, Fig. 3 in schaubildlicher
Darstellung den Antrieb, für dessen Steuerung sich die Schaltungsanordnungen nach
den Fig. 1 und 2 eignen, Fig.4 ein Schaubild für die beiden Drehmomentkurven, und
zwar bei offenem und geschlossenem Dreieck des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Antriebsmotors,
während Fig. 5 ein Schaubild wiedergibt, das die Drehmomentkurve des Motors gemäß
den Fig. 1 bis 4 mit derjenigen eines normalen Drehstrom-Kurzschlußläufermotors
in Vergleich setzt.
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Wie sich aus Fig. 3 ergibt, dient ein Motor M dazu, über eine Welle
1, welche gegebenenfalls über ein Übersetzungsgetriebe 2 mit dem Motor 1l7 in Verbindung
steht, eine Schnecke 3 anzutreiben, deren zugehöriges Schneckenrad 4 eine Seiltrommel
5 antreibt, welche das Seil 6 in der einen oder anderen Richtung bewegt. Das Seil
6 führt über Umlenkrollen 7, 8 und sitzt mit seinen Enden an- einem Wagen 9 für
die Gießpfanne 10, so daß der Wagen durch den Motor M nach links oder rechts bewegt
werden kann.
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Der Antrieb vom Motor M her muß folgenden Betriebsbedingungen in weitgehendem
Maße genügen können: Zunächst muß zwecks Straffens des Seiles 6 ein verhältnismäßig
niedriger Momentenbereich beim Motor M vorhanden sein. Sobald sich dann das "Seil
6 gestrafft hat, muß ein großes Drehmoment vom Motor M her zur Verfügung gestellt
werden können, um sicher aber möglichst ruckfrei die ruhende Reibung des Wagens
9 zu überwinden. Nachdem der Wagen 9 sich in Bewegung gesetzt hat, muß ein regelbarer
kleinerer Momentenbereich vom Motor M her verfügbar sein, um die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit
und -bewegung bei den verschiedenen Betriebszuständen, bedingt z. B. durch Gewicht
der Charge, Neigung der Wagenlaufbahn, Reibungskoeffizient zwischen Wagen und Laufbahn,
sicherzustellen. Der Wagen 9 muß dann an der gewünschten Stelle zum Stillstand kommen,
wozu wiederum ein bestimmter Bremsmomentbereich beim Motor M benötigt wird, und
schließlich muß der Wagen 9 wieder in umgekehrter Richtung an den Ausgangspunkt
zurückgebracht werden, wodurch ein Arbeitskreislauf der Antriebsanlage sein Ende
gefunden hat.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, kann die dort gezeigte Ständerwicklung
des Motors M wahlweise in geschlossener und in offener Dreieckschaltung an das Netz
RST angeschaltet werden: Die Ständerwicklungen M1 und M2 liegen beidseitig am Netz,
während die dritte Ständerwicklung M3 nur einseitig fest am Netz liegt. Der Dreieckspunkt
11 zwischen M1 und M3 weist zwei Anschlüsse 11 a und 11 b auf.
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Fig. 4 zeigt beispielsweise die beiden Drehmomentenkurven
X, Y des Motors M, wobei X die Drehmomentenkurve bei geschlossenem
Dreieck, Y die Momentenkurve bei offenem Dreieck wiedergibt. Bei A sei der Arbeitspunkt
des Motors angenommen, so daß dort ein Drehmoment Mdx bei geschlossenem Dreiecke
und Mdy bei offenem Dreieck vorhanden ist. Die Punkte B
und C geben die zugehörigen
Bremsmomente jeweils bei geschlossenem und bei offenem Dreieck wieder, wobei zu
ersehen ist, daß das dem Punkt C zugeordnete Bremsmoment Mby gleich Mdx ist.
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Aus Fig. 5 ist wiederum die Momentenkurve h zu ersehen, welche mit
einer Momentenkurve Z eines normalen Drehstrom-Kurzschlußläufermotors in Vergleich
gesetzt ist. Während dort der Moment-Kipppunkt z1 in der Nähe der Größtdrehzahl
liegt, liegt der entsprechende Kippunkt xk etwa bei der Drehzahl Null. Er kann sogar
im negativen Bereich oder auch im Anfangsteil des positiven Bereichs liegen, wie
dies in Fig. 4 für xk und yk angedeutet ist. Der Kippschlupf des Motors muß also
gleich oder größer als 10001o sein. Diese Drehmomentcharakteristik, die etwa derjenigen
von Rollgangsmotoren gleichkommt, die bei bekannten Antrieben mit geschlossenem
Dreieck zur Anwendung kommen, wird durch entsprechende Auslegung des Motors M, z.
B. seines Käfigläufers, erreicht.
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Der in der vorerwähnten Weise geschaltete Motor .,1,1 läuft bei offenem
Dreieck etwa mit der dem Sternmoment des für Dreieck ausgelegten Motors an. Durch
die Spezialauslegung des Motors werden die in diesem Falle sonst üblichen Drehmomentsättel,
die bis in den negativen Drehmornentenbereich hineinragen und bei etwa einem Drittel
der Nenndrehzahl liegen, vermieden. Beim Schließen des offenen Dreiecks, d. h beim
Anschluß des dritten Stän.derstranges bzw. der StänderwicklungM3 an die betreffende
Netzphase, läuft der Motor unter Abgabe des vollen Momentes um. Für den Motor M
werden bei Verwendung als auf dem Fahrzeug 9 sitzender Fahrmotor nur vier Schleifleitungen
benötigt, wenn die Steuerung sich außerhalb des Fahrzeuges befindet, im Gegensatz
zu sechs Schleifleitungen bei Stern-Dreieckschaltung und bei Schleifringläufermaschinen.
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Die Wirkungsweise der Steuerungsschaltungsanordnung nach Fig. 1 ist
wie folgt: Nachdem der Netzschalter N eingelegt worden ist, befindet sich die Steuerung
im betriebsbereiten Schaltzustand. Wird nunmehr der Steuerschalter St nach »links«
(Drehrichtung 1) bewegt, so wird dadurch der Stromkreis für das Ständerschütz S1
geschlossen, und zwar über den geschlossenen Endschalterköntakt e 1 und über den
geschlossenen Ruhekontakt r2 des Ständerschützes S2 für Drehrichtung 2.
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Da der Dreieckspunkt 11 offen ist, wird durch Schließen des Doppelkontaktes
k 1 der Motor M unsymmetrisch an das Netz gelegt, läuft mit verringertem Moment
an und strafft hierbei das Seil.
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Das Ständerschütz S1 schließt bei seinem Ansprechen den Arbeits-Hilfskontakt
a1 und erregt dadurch über den noch geschlossenen Ruhekontakt r3 eines zweiten Zeitrelais
Z2 .das erste Zeitrelais Z1. Das Zeitrelais Z 1 schließt nach Ablauf seiner Anzugsverzögerungszeit,
die beispielsweise zwischen 2 und 20 Sekunden eingeregelt werden kann, seine Kontakte
a4 und a5. Über a5 wird das einpolige Ständerschütz
S angeschaltet,
welches über seinen Kontakt sk die offenen Dreieckspunktanschlüsse 11
a, 11 b miteinander verbindet und dadurch den Motor M symmetrisch
an das Netz -legt. Der Motor vermag nun sein volles Anzugsmoment abzugeben
und den Wägen 9 in Bewegung zu setzen. Selbstverständlich kann bei besonders günstigen
Anzugsbedingungen der Wagen auch bereits durch das für das Seilstraffen anfänglich
vorgesehene Motordrehmoment in Bewegung gesetzt worden sein.
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Der Hilfskontakt a4 des Zeitrelais Z 1 schließt den Stromkreis für
das Zeitrelais Z2. Nach Ablauf seiner Anzugsverzögerungszeit, die beispielsweise
zwischen 1 und 3 Sekunden eingeregelt werden kann, öffnet dieses Zeitrelais den
Kontakt r 3 und unterbricht damit das Zeitrelais Z 1, während der Kontakt ä3 vom
Zeitrelais Z2 sich schließt und einen Haltekreis für dieses Zeitrelais herstellt.
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Wenn das Zeitrelais Z 1 abfällt, öffnen sich die Kontakte a4 und a5.
Das Öffnen des Kontaktes a4 ist wirkungslos, während durch das Öffnen von a5 das
Ständerschütz S abgeworfen und durch Öffnen des Kontaktes sk wieder die unsymmetrische
Schaltung, diejenige des offenen Dreiecks, hergestellt wird. Die Beschleunigung
durch den Motor M erfolgt nunmehr sanft und stoßfrei mit dem erheblich geringeren
unsymmetrischen Moment. Der Endschalterkontakt e 1 schaltet den Motor M nach Erreichen
der Endlage des Wagens 9 selbsttätig ab.
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Um den Wagen 9 zurückzufahren, wird der Steuerschalter St nach rechts
gelegt. Der Steuerungsablauf ist dann etwa der gleiche, mit der Abweichung, daß
das Ständerschütz S2 anspricht und die Drehrichtung durch Schließen des Doppelkontaktes
k 2 umkehrt, so daß die Drehrichtung 2 dann zur Anwendung kommt.
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Ist das Drehmoment für das Straffen des Seiles oder für die Beschleunigung
des Wagens in der unsymmetrischen Schaltung noch zu groß, so kann die Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 Anwendung finden. Diese Schaltungsanordnung ist in analoger Weise zu
derjenigen nach Fig. 1 aufgebaut, wobei für entsprechende Schaltelemente die gleichen
Bezugszeichen zur Anwendung gekommen sind. Die Wirkungsweise der Steuerung ist die
gleiche wie die an Hand von Fig. 1 vorbeschriebene, jedoch mit der Abweichung, daß
ein Zusatzschütz SG vorgesehen ist, welches zwei Kontakte sgl und sg2 aufweist.
Der Ruhekontakt sg 1 liegt im Stromkreis des Ständerschützes S, während sein Erregungskreis
über, einen zusätzlichen Kontakt r4 am Ständerschütz führt.
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Der Arbeitskontakt sg2 liegt in einem Nebenstromkreis für die Wicklung
D13, in dem noch ein Gleichrichter GL und ein Regelwiderstand R vorgesehen sind.
Der im Nebenschlußkreis fließende Bremsstrom setzt dann, wenn der Steuerschalter
St in eine entsprechende Bremsschaltung gebracht worden ist, durch Erregen des Zusatzschützes
SG und Schließen des Kontaktes sg2 das Drehmoment M des Motors entsprechend herab.
Das Zusatzschütz SG ist aus der aus der Schaltungsanordnung ersichtlichen
Weise mit dem Ständerschütz S verriegelt.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können
in verschiedener Weise abgeändert werden, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen
wird. So ist es möglich, an Stelle der beiden Zeitrelais ein einziges Umschaltzeitrelais
mit verzögertem Anzug und Abfall vorzusehen. Die Steuerung kann so eingerichtet
werden, daß kurz vor Erreichen der Endstellung des Wagens 9 der Motor M unsymmetrisch,
also in offener Dreieckschaltung selbsttätig reversiert wird (Fig. 4) und mit dem
niedrigen- Moment bei unsymmetrischer Schaltung sanft abgebremst wird. Das für das
Bremsen zur Verfügung stehende Bremsdrehmoment kann noch mittels Fremdgleichstromerregung
vergrößert oder verringert werden. .