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Bremsschaltung für Wechselstrommotoren Die Erfindung betrifft eine
Bremsschaltung für Wechselstrommotoren, welche eine über einen Netzschalter mit
einer Wechselstromquelle verbindbare Statorwicklung aufweisen, wobei die Bremsschaltung
beim Abtrennen der Statorwicklung von der Wechselstromquelle den Motor abbremst.
Das elektrische odeVauch dynamische Bremsen elektrischer Motoren zur Verlangsamung
ihres Laufes und zum Anhalten ist dem Fachmann bekannt. Hierbei wird die Wechselstromquelle
vom Motor getrennt und eine bezüglich ihrer Amplitude und ihrer zeitlichen Länge
vorgegebene Gleichspannung an die Statorwicklung angelegt. Damit wird ein statisches
Feld im Stator erzeugt, das im Rotor des Motors eine Gegenkraft erzeugt. Diese verzögert
zusammen mit dem statischen Feld den Rotor so lange, bis dieser bezüglich des statischen
Feldes keine Relativgeschwindigkeit mehr aufweist.
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Zum dynamischen Bremsen sind nur elektrische Einrichtungen notwendig,
eine Abänderung der mechanischen Teile schon vorhandener Motoren oder schon vorhandener
Ausrüstungsgegenstände ist nicht erforderlich.
Damit läßt sich das
dynamische Bremsen bei jedem Wechselstrominduktionsmotor verwenden. Es dient dazu,
den Motor anzuhalten, nicht jedoch als Feststellbremse. Das dynamische Bremsen kann
zusammen mit der Betätigung elektromechanischer Bremseinrichtungen erfolgen. Hierdurch
wird die zu erwartende Lebensdauer der letzteren erhöht und zugleich wird der Aufwand
zur Wartung der mechanischen Bremsvorrichtungen wesentlich vermindert.
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In der Vergangenheit sind verschiedene Verfahren zum dynamischen Bremsen
vorgeschlagen worden, bei denen Transformatorbremsen, Widerstandsbremsen und Kapazitätsbremsen
verwendet wurden. Alle Verfahren haben nur begrenzt Verwendung gefunden, da die
erforderlichen Anordnungen sehr groß waren, teuer waren und sehr viel Wärme entwickelten.
Die Anwendungsmöglichkeiten und das Arbeiten der bisher verwendeten dynamischen
Bremsen vom kapazitiven Typ waren ferner noch dadurch begrenzt, daß die Bremsdauer
und der Bremsstrom der Schaltvorrichtungen nicht eingestellt werden konnten, welche
zur Weitergabe des von der Bremsschaltung erzeugten Gleichstromes verwendet wurden,
was zur Bogenbildung und Abnützung der Kontakte der Schaltvorrichtungen führte.
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Durch die Erfindung soll daher eine verbesserte Bremsschaltung zur
dynamischen Bremsung von Motoren geschaffen werden, bei der Festkörperbauelemente
verwendet werden.
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Durch die Erfindung soll ferner eine Bremsschaltung geschaffen werden,
bei der der Bremsstrom und die Zeit, während der dieser fließt,
beide
durch Einstellung vorgegeben werden können.
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Durch die Erfindung soll ferner eine Bremsschaltung zur dynamischen
Bremsung von Motoren geschaffen werden, die verhältnismäßig billig ist, leicht zu
installieren ist und weniger Kosten zur Unterhaltung erfordert.
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Diese Aufgabe ist durch eine Bremsschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Bremsschaltung zur dynamischen Bremsung eines Motors bewerkstelligt
eine Strombegrenzung und eine genaue zeitliche Steuerung der Zufuhr des Bremsstromes,
so daß die Bremsdauer von maximaler Drehzahl bis zu Drehzahlnull so eingestellt
werden kann, daß sie proportional zur Anlaufzeit ist, und daß die beim Anhalten
entwickelte Leistung nicht die beim Anlaufen aufgenommene Leistung überschreitet,
wodurch die elektrische Beanspruchung der Feldwicklung des Motors sehr klein gehalten
wird. Darüber hinaus wird der Eemsstrom unmittelbar nachdem der Motor zum Stillstand
gekommen ist, abgeschaltet, wodurch eine unerwünscht starke Erhitzung der Wicklungen
des Motors vermieden wird. Bei der erfindungsgemäßen Bremsschaltung wird ein Festkörpergleichrichter
verwendet, der nach Abtrennen der Wechselstromquelle von der Feldwicklung bzw. der
Statorwicklung in die Schaltung geschaltet wird und eine pulsierende Gleichspannung
erzeugt, die einstellbar ist. Dabei wird diese pulsierende Gleichspannung erst dann
bereitgestellt, wenn der zum Bremsen erforderliche Leiterkreis hergestellt worden
ist. Die Länge der Zeit, während der die einstellbare Gleichspannung auf die Statorwicklung
gegeben
wird, wird genau eingestellt, so daß der Motor bis zum Stillstand abgebremst werden
kann und so-bald der Rotor zum Stillstand gebracht ist von der Bremsschaltung getrennt
wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bremsschaltung
einen den Bremsstrom begrenzenden Kreis aufweist, durch welchen beim dynamischen
Bremsen ein Arbeitsbereich eingestellt wird, der bezüglich der WärmeentwicklungmLt
der Anlaßphase des Motors vergleichbar ist; d.h. der Bremsstrom wird im Hinblick
auf den zulässigen Anlaßstrom gewählt. Damit ist sichergestellt, daß in der Bremsvorrichtung
keine zu starken Ströme fließen, so daß diese geschützt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Bremsschaltung wird ein schnelles Abbremsen
bzw. ein schnelles Anhalten des Motors unmittelbar nach seiner Trennung vom Wechselstromnetz
erhalten. Dabei werden einfache und preiswerte Festkörperbau-elemente verwendet.
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Bei der erfindungsgemäßen Bremsschaltung wird der Motor durch eine
halbwellengleichgerichtete Wechselspannung abgebremst. Diese wird von einem Thyristor
bereitgestellt, der so angesteuert wird, daß Teilen er während/der betrachteten
Halbwellen leitet. Hierdurch läßt sich der durch die Statorwicklung geschickte Bremsstrom
einstellen. Ein Relais zur Erregung der ßremsschaltung und der Thyristor werden
über eine Zeitsteuerschaltung gesteuert, welche die Abfolge der Zufuhr der gleichgerichteten
Wechselspannung an den Motor und die Begrenzung derselben gemäß ihrer Einstellung
steuert. Die erfindungsgemäße
Bremsschaltung weist ferner eine
Einrichtung zur Kopplung der Feldwicklungen an die Zeitsteuerschaltung auf. Hiermit
wird das Anliegen einer Wechselspannung an den Statorwicklungen angezeigt, um die
Bremsschaltung in betriebsbereiten Zustand zu versetzen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiebs
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es stellt dar: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Bremsschaltung für einen Wechselstrommotor, welche an die Netzversorgung des Motors
angeschlossen ist; Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen
Bremsschaltung.
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In dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist dargestellt, wie eine erfindungsgemässe
Bremsschaltung mit einem Mehrphasenwechselstrommotor verbunden wird. Die erfindungsgemäße
Bremsschaltung läßt sich jedoch gleichermaßen bei Einphasenwechselstrommotoren verwenden.
Sie kann auch für jeden beliebigen Einsatz von Motoren ohne Rücksicht auf die Belastung
verwendet werden, wobei nur ein Minimum an Änderungen der Installationen oder der
elektrischen Verdrahtung erforderlich ist. Eine mechanische Abänderung des Motors
oder der angetriebenen Einheit ist nicht erforderlich.
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In Fig. 1 ist ein Motor insgesamt mit to bezeichnet. Der Motor ist
vorzugsweise ein Wecnselstrominduktionsmotor mit einer Statorwicklung 12 und einem
Rotor 14. Der Motor ist über Leitungen 15 mit Klemmen L1, L2 und L3 des Wechselstromnetzes
verbunden. Das Anhalten und Anlassen des Motors wird primär durch ein Netzrelais
20 bewerkstelligt, das eine Erregerspule 22 und Schaltkontakte 25 aufweist. Die
Statorwicklung 1 2 ist ihrer die Schaltkontakte 25 mit dem Wechselstromnetz verbindbar,
wobei die Schaltkontakte durch Erregung der Erregerspule 22 geöffnet und geschlossen
erden. Der artige Netzrelais weisen normalerweise einen ESilfskontas;t 26 auf, über
den ein Haltekreis hergestellt wird. Sie haben ferner einen Ein-Aus-Schalter 30,
31. Bei den meisten Anwendungsfcllen wird verlangt, daß die Bedienung des Netzrelais
wit niederen Spannungen auf der Bedienungsseite, d.h. beim UirL-Aus-Schalter erfolgt.
Hierzu ist ein Transformator 35 vorgesehen, der die Netzspannung auf eine Steuerspannung
herabtransformiert, durch welche die Erregerspule 22 des Netzrelais 20 erregt wird.
In Fig. 1 umfaßt der Niederspannungsteil somit den Erregerkreis der Erregerspule
22 und den Ein-Aus-Schalter 30, 31, welche in Reihe mit der Sekundärwicklung des
Transformators 35 geschaltet sind. Der Hilfskontakt 26 überbrückt den Einschaltkontakt
31 als üblicher Haltekreis.
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Eine erfindungsgemäße Bremsschaltung ist in Fig. 1 insgesant mt 40
bezeichnet. Diese stellt eine getrennte und unabhängige Einheit dar, die in der
dargestellten Weise elektrisch mit dem Netrelais 20 verbunden ist. Dies stellt die
einzige an der vorgefundenen Verdrahtung vorzunehmende Änderung dar. Die Bremsschaltung
weist zwei
Eingangsklemmen 41 und 42 auf, über die sie mit den Versorgungsleitungen
des Mehrphasenwechselstromnetzes verbunden ist. Die Bremsschaltung 40 wird somit
über die Klemmen 41 und 42 mit Energie versorgt. Zwei weitere Klemmen 43 und 44
sind mit den beiden selben Leitern 15, jedoch hinter den Schaltkontakten 25 des
Netzrelais 20 verbunden. Damit kann ein Bremsstrom etwa in Form eines durch Gleichrichtung
erhaltenen Gleichstromes direkt der einen Phase der Motorwicklung zugeführt werden,
wenn die Schaltkontakte zum Bremsen geöffnet sind. Darüber hinaus weist die Bremsschaltung
Klemmen 46 und 47 auf, wobei die Primärwicklung des Transformators 35 und die Eingangsklemmen
41 und 42 zusammen mit der Bremsschaltung einen Serienschaltkreis darstellen. Hierdurch
wird eine gegenseitige elektrische Verriegelung zwischen der Bremsschaltung 40 und
dem Netzrelais 20 erhalten (über Kontakt 48 von Fig. 2).
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In Fig. 2 sind die elektrischen Bauelemente der erfindungsgemäßen
Bremsschaltung 40 in einem schematischen Schaltplan dargestellt.
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Die Bremsschaltung weist ein Bremsrelais auf, das Bremskontakte 50
und eine Erregerspule 51 hat, welche den die Bremskontakte 50 öffnenden und schließenden
magnetischen Kreis steuert. Die Bremskontakte So des Bremsreais dienen dazu, den
von den Leitern 15 bereitgestellten Einphasenwechselstrom an eine einzige Phase
der Statorwicklung 12 weiterzugeben, wobei der letzteren eine gleichgerichtete Wechselspannung
oder ein Gleichstrom zugeführt wird, der das zum Verlangsamen und Anhalten des Rotors
15 des Motors verwendete statische Feld erzeugt. Die Bremsschaltung weist einen
durch einen Thyristor 60 gebildeten Gleichrichter auf; die Anode 61 des Thyristors
ist
mit einem der Schaltkontakte 25 verbunden, während die Kathode 62 des Thyristors
mit der mit Netzspannung beaufschlagten Eingangsklemme 42 verbunden ist. Der Stromkreis
wird durch die Statorwicklung 12 und den anderen Bremskontakt 50 des Bremsrelas
geschlossen, welcher eine Verbindung zu der ebenfalls mit herstellt.
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Netz verbundenen Eingangsklemme 41 1 Der Thyristor 60 hat eine Torklemme
64, die bei Anlegen einer geeigneten Spannung den Thyristor bei jeder zweiten Halbwelle
des zugeführten Wechselstromes in den leitenden Zustand bringt. Durch Anderung der
Vorspannung der Torklemme kann das Durchsteuern des Thyristors bei jeder zweiten
Halbwelle auf einen Teil der Halbwelle eingestellt werden, so daß der Betrag des
gleichgerichteten und durch die Statorwicklung fließenden Stromes eingestellt werden
kann. Bei den dazwischenliegenden Halbwellen sperrt der Thyristor, so daß der Statorwicklung
zum Bremsen eine pulsierende Gleichspannung zugeführt wird. Solange die Bremskontakte
50 geschlossen sind, überbrückt eine Diode 70 die Statorwicklung. Die Diode 70 ist
entgegengesetzt gepolt wie derthyristor 60 und vernichtet die in der Statorwicklung
induzierte Spannung, wenn der Rotor in ein statisches Feld gebracht wird und in
seinen kurzgeschlossenen Leitern ein Strom erzeugt wird. Ein Metalloxid-Varistor-Kondensator
71 ist zum Schutz der Diode 70 parallel über diese geschaltet. Zum Schutz des Thyristors
60 während jeder zweiten der Halbwellen, in der dieser leitet, sind ein Kondensator
73 und ein in Reihe geschalteter Widerstand 74 über die Anode und die Kathode des
Thyristors geschaltet.
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Hierdurch werden Ströme aufgefangen, die infolge der Induktivität
der Statorwicklung dort erzeugt werden, wenn der Thyristor bei
jeder
zweiten Halbwelle in den leitenden Zustand übergeht. Hierdurch wird der Thyristor
geschützt.
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Ober die Statorwicklung bzw. über die Klemmen 43 und 44 ist ferner
eine als Neonleuchte 75 dargestellte Lichtquelle geschaltet. Mit dieser sind Schutzwiderstände
76 und 77 in Reihe geschaltet. Die Neonleuchte gibt immer dann Licht ab, wenn bei
normalen Betriebsbedingungen eine Wechselspannung an die Statorwicklung angelegt
wird. Wie später noch genauer dargelegt werden wird, ist diese Lichtquelle photoelektrisch
mit einer Photozelle 80 gekoppelt, die in einer Steurschaltung für den Thyristor
60 angeordnet ist, um dort das Anliegen einer Wechselspannung oder einer gleichgerichteten
Wechselspannung an der Statorwicklung anzuzeigen.
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Die Steuerschaltung zur Ansteuerung des zum Bremsen verwendeten Thyristors
60 wird durch einen Netztransformator 9o mit Energie versorgt. Die Primärwicklungen
91 dieses Netztransformators sind parallel über die Eingangsklemmen 41 und 42 geschaltet.
Damit sind sie auch mit dem Wechselstromnetz verbunden, so daß die Primärwindungen
mit Wechselstrom von einer Einphasenwechselstromquelle wicklung versorgt werden.
Eine Sekundär- / 92 des Netztransformators 9o stellt über Leiter 93 und 94 eine
herabtransformierte Spannung zur Verwendung in der Steuerschaltung bereit. Dabei
ist der Leiter 94 mit der Eingangsklemme 42 verbunden, die auf dem Bezugspotential
liegt. Die Erregerspule 51 des Bremsrelais ist über die Sekundärwicklung 92 des
Netztransformators 9o und in Reihe mit einem Thyristor
100 geschaltet.
Die Anode des letzteren ist mit einer Seite der Erregerspule 51 verbunden, während
seine Kathode mit dem Leiter 94 verbunden ist. Eine Torklemme lol ist über einen
strombegrenzenden Widerstand 1o2 und einen Diac mit einer Diode 1o6 und dem Leiter
94 verbunden. Zwischen die Torklemme 101 und den Leiter 94 ist ein geeigneter Vorspannwiderstand
107 geschaltet. Ein Kondensator 108 ist einerseits mit der Kathode der Diode 106
und andererseits mit dem auf Bezugspotential liegendem Leiter 94 verbunden. Ein
Widerstand 110, der mit der Anode des Thyristors 100 und mit der damit verbundenen
Klemme der Erregerspule 51 verbunden ist, stellt einen Ladekreis für den Kondensator
1o8 dar. Damit wird der Kondensator 108 über die Erregerspule 51 und den Widerstand
11o über die Sekundärwicklung 92 aufgeladen, wodurch eine Ladung auf dem Kondensator
und ein Spannungspegel erhalten wird, der auf eine Klemme des Diac 105 gegeben wird.
Dieser gibt über den strombegrenzenden Widerstand 102 und den Vorspannwiderstand
107 einen Spannungsimpuls auf die Torklemme 101 des Thyristors loo, so daß der letztere
gezündet wird, wenn die auf dem Kondensator 1o8 befindliche Ladung einen vorgegebenen
Wert erreicht. Durch die parallel zum Kondensator 108 geschaltete Diode 106 wird
nur eine positive Ladung auf den Kondensator 108 gegeben. Zum Schutze des Thyristors
loo ist eine Diode 115 vorgesehen, die parallel über die Erregerspule 51 geschaltet
ist. Eine Anzeigeleuchte 116 mit einem hierzu in Reihe geschalparallel - -teten
Widerstand 117 ist ebenfalls/zur Erregerspule 51 geschaltet, um anzuzeigen, daß
das Bremsrelais erregt wird. Ferner ist ein Kondensator 118 parallel über die Erregerspule
51 geschaltet, der zum Filtern verwendet wird, um den Unterhalt der Erregerspule
51 zu sichern.
Durch einen Kondensator 120 und einen in Reihe hierzu
geschalteten Widerstand 121, welche über die Anode und Kathode des Thyristors loo
geschaltet sind, wird der letztere während jeder zweiten Halbwelle geschützt, wenn
dieser leitet. Hierdurch wird der induktive Effekt bei der Erregung der Erregerspule
51 aufgefangen.
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Neben dem Bremsrelais weist die Steuerschaltung mehrere Kondensatorladekreise
auf, die Schaltvorgänge beeinflussen. Dies wird nachstehend näher erläutert.
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Die Photozelle Bo ist in einem Kondensatorladekreis für einen Kondensator
130 angeordnet. Der Kondensator 1 30 ist einerseits mit der Eingangsklemme 42, d.h.
einem Pol der Wechselstromquelle verbunden. Andererseits ist der Kondensator 130
mit zwei mit entgegengesetzter Polarität ladenden Ladekreisen verbunden, von denen
der erste eine Diode 131 aufweist, die mit ihrer anderen Klemme mit dem einen Ausgang
der Sekundärwicklung 92 darstellenden Leiter 93 verbunden ist. Der zweite Ladekreis
weist eine im ungekehrter Richtung wie die Diode 131 gepolte Diode 132 auf, die
in Serie mit der Photozelle 80 zwischen den Kondensator 130 und den Leiter 93 geschaltet
wird. Durch diese Ladekreise wird das Vorliegen oder das Nichtvorliegen eines Stromes
zum Erregen der Statorwicklung festgestellt und die Arbeitsweise der Steuerschaltung
wird in der nachstehend erläuterten Art und Weise eingestellt.
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Die Photozelle 80 weist einen niederen Widerstand auf, wenn von
der
Neonleuchte 75 ausgesandtes Licht auf sie auffällt, welches anzeigt, daß die Statorwicklung
des Motors erregt wird. Steht der Motor still, so bleibt die Neonleuchte 75 dunkel,
und die Photozelle weist hohen Widerstand auf. Die Ladekreise für den Kondensator
130 arbeiten bei jeder Halbwelle der auf die Sekundärwicklung 92 (über diese sind
die Ladekreise und der Kondensator geschaltet) einwirkenden Wechselspannung, da
der Leiter 94 und die Eingangsklemme 42 miteinander verbunden sind. Bei einer Halbwelle
wird der Kondensator 130 daher in einer Richtung über die Diode 131 auf einen bestimmten
Spannungspegel aufgeladen, während bei der entgegengesetzten Halbwelle der zugeführten
Wechselspannung der Kondensator 130 über die Diode 132 in entgegengesetzter Richtung
aufgeladen wird. Dieses letztere Aufladen erfolgt gemäß dem in der Statorwicklung
fließenden Strom und wird durch den Widerstand der Photozelle 80 bestimmt. Ist das
Netzrelais 20 geschlossen und wird die Statorwicklung mit Energie versorgt, so weist
die optisch an die Neonleuchte 75 gekoppelte Photozelle 80 somit einen niederen
Widerstand auf. Damit kann ein positiver Ladestrom auf die Klemmen des Kondensators
130 gegeben werden, so daß an dem zwischen den Ladekreisen und. dem Kondensator
1 30 liegenden Knoten 1 35 eine hohe positive Spannung erhalten wird.
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Nimmt der Widerstand der Photozelle 80 wegen der Abwesenheit von Licht
zu, so wird infolge des verminderten Stromes durch diesen Ladekreis eine negative
Ladung auf dem Kondensator 130 erhalten, wodurch der Knoten 135 auf einen negativen
Spannungspegel kommt.
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Der Knoten 135 ist über eine Diode 138 und über einen strombegrenzenden
Widerstand 139 mit der Basis 140 eines Schalttransistors 145 verbunden,welcher einen
ersten steuerbaren Schalter der Steuerschaltung darstellt. Die an einem Widerstand
141 gegen das Potential der Eingangsklemme 42 abfallende Spannung stellt eine Spannung
zum Vorspannen der Basis des Schalttransistors 145 dar. Hierdurch wird der Spannungspegel
an der Kollektorklemme 146 des Schalttransistors 145 beeinflußt, so daß ein Strompfad
durch den Schalttransistor 145 erhalten wird, dessen Emitter mit der auf Bezugspotential
liegenden Eingangsklemme 42 verbunden ist. Gemäß dem Vorzeichen der auf dem Kondensator
130 befindlichen Ladung und gemäß der sich hieraus ergebenden Vorspannung der Diode
1 38 befindet sich somit die Basis 140 des Schalttransistors 145 entweder auf hohem
oder niederem Potential, so daß der Schalttransistor 145 abgeschaltet wird oder
in den leitenden Zustand gebracht wird.
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Ist das Netzrelais 20 in der Offenstellung und befindet sich auf dem
Kondensator 130 eine negative Ladung, so befindet sich der Kollektor 146 auf hohem
Potential und die Basis des Schalttransistors 145 auf niederem Potential, so daß
dieser nicht leitet. hierdurch wird ein Zeitglied betriebsbereit gemacht und eine
zweite Schaltfunktion in einem zweiten Steuerkreis erhalten, die nachstehend erläutert
wird.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist der Kollektor 146 des Schalttransistors 145
über eine Diode 150 mit dem Kollektor 152 eines Transistors 156 verbunden, dessen
Emitter mit der auf Bezugspotential liegenden Eingangsklemme 42 verbunden ist und
damit mit einer Seite der Sekundärwicklung 92 verbunden ist. Die Basisklemme 157
des Transistors
156 ist mit einem Vorspannetzwerk verbunden, das
einen Widerstand 158 und eine Zenerdiode 159 aufweist. Die letztere ist über einen
in Reihe geschalteten Widerstand 160 mit einem Bezugsknoten 165 eines zweiten Ladekreises
verbunden, der den Zeitraum vorgibt, währenddessen der Statorwicklung ein Bremsstrom
zugeführt wird.
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Das entsprechende Zeitglied weist eine Diode 170 einen strombegrenzenden
Widerstand 174 und einen einstellbaren Widerstand 13 auf.
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Die Diode 170 ist an ihrem einen Ende mit dem zur Sekundärwicklung
führenden Leiter 93 verbunden. Das andere Ende der Diode 170 ist über den Widerstand
174 mit dem einstellbaren Widerstand 175 verbunden, dessen Schleifer eine Verbindung
zu dem Bezugsknoten 165 und zu einer Klemme eines Ladekondensabrs 180 herstellt.
Die andere Klemme des Ladekondensators 180 ist mit dem auf Bezugspotential liegenden
Leiter 94 und der Eingangsklemme 42 verbunden. Der einstellbare Widerstand 175 dient
zur Einstellung des Ladestromes für den Kondensator 180, der bei Erreichen eines
vorgegebenen Spannungspegels das Fließen eines Stromes durch die Zenerdiode 159
zuläßt.
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Damit erhält die Basisklemme 157 des Transistors 156 ein Spannungssignal,
durch welches der Transistor 156 geschaltet wiri.Der Kollektor 146 des Schalttransistors
145 ist über eine Diode 177 mit dem Bezugsknoten 165 verbunden, um den Ladekondensator
180 zu entladen, wenn der Schalttransistor 145 leitet. Der Transistor 156 bestimmt
die Entladewege für zwei weitere Kondensatorladekreise. Von diesen weist einer eine
Diode 190 auf, die mit einer Klemme eines Kondensators 195 verbunden istt dessen
andere Klemme mit dem auf Bezugspdential liegenden Leiter 94 und der Eingangsklemme
42 verbunden ist. Dabei führt die Diode 19o zum Ladekreis für den Kondensator
108,
wo sie mit dem zwischen dem Widerstand 110 und dem Kondensator to8 liegenden Knoten
verbunden ist. Die auf dem Kondensator 195 befindliche Ladung hebt den Spannungspegel
an einem Meßknoten 200 an, so daß die auf dem Kondensator 1o8 befindliche Ladung
erhalten bleibt und der Thyristor 100 weiterhin gezündet wird und die Erregung der
Erregerspule 51 des Bremsrelais erhalten bleibt.
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Leitet der Transistor 156, so werden die Kondensatoren 195 und 1o8
über den Transistor 156 entladen, so daß die Erregung des Bremsrelais aufgehoben
wird.
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Auch der durch den Thyristor 60 gebildete steuerbare Gleichrichter
wird vorgebbar über einen Ladekreis erregt, der einen Leiter 210, einen mit diesem
verbundenen variabel einstellbaren Widerstand 212, einen Widerstand 214 mit festem
Wert und einen Kondensator 216 aufweist, wobei ein Schleifer des einstellbaren Widerstands
212 über den unveränderlichen Widerstand 214 mit einer Klemme des Kondensators 216
verbunden ist, während die andere Klemme desselben mit dem auf Bezugspotential liegenden
Leiter 94 verbunden ist. Die auf dem Kondensator 216 befindliche Ladung wird über
einen Diac 220 und einen strombegrenzenden Widerstand 222 auf die Torklemme 64 des
Thyristors 6o gegeben, der zündet, wenn die auf dem Kondensator 216 befindliche
Ladung einen vorgebenen Wert erreicht. Ein zur Vorspannung der Torklemme vorgesehener
Widerstand 224 ist zwischen die Torklemme 64 und den auf Bezugspotential liegenden
Leiter 94 geschaltet. An diesem Widerstand fällt die Zündspannung für den Thyristor
60 ab. Ober den Kondensator 216 ist eine Diode 225 geschaltet,
durch
welche jede zweite Halbwelle des von der Eingangsklemme 42 gelieferten Stromes um
den Kondensator 216 herum geführt wird, so daß dieser durch die Widerstände 212
und 214 und die Statorwicklung des Motors zurück zur Eingangsklemme 41 fließt. Der
dem Kondensator 216 und dem Diac 220 sowie dem unveränderlichen Widerstand 214 gemeinsame
Knotenpunkt ist ferner über eine Diode 230 mit dem Meßknoten 200 verbunden, so daß
er auch mit dem Kollektor 152 des Transistors 156 verbunden ist. Damit wird ein
Entladeweg für den Kondensator 216 bereitgestellt, wenn der Transistor 156 im leitenden
Zustand ist. Wird der Transistor 156 durchgesteuert, so ergibt sich eine Änderung
der Entladewege der Kondensatoren 108, 195 und 216 und zwar derart, daß diese im
ungeladenen Zustand gehalten werden.
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Hinter die Eingangsklemme 42 ist ein einen kleinen Spannungsabfall
herbeiführender Widerstand 240 geschaltet, über den der auf Bezugspotential liegende
Leiter 94 mit der Eingangsklemme 42 verbunden ist. Der Spannungsabfall am Widerstand
240, der in Reihe zu dem Thyristor 60 geschaltet ist, entspricht der Größe des durch
den Thyristor 60 fließenden Stromes und wird als Oberstromsignal verwendet. Ein
mit der Eingangsklemme 42 verbundener Leiter 245 ist mit einer Klemme einer Zenerdiode
250 verbunden, deren andere Klemme über eine Diode 252 mit einem durch Widerstände
254 und 255 gebildeten Spannungsteiler und mit einem strombegrenzenden Widerstand
256 verbunden ist. Der strombegrenzende Widerstand 256 ist mit der Basis 257 eines
zum Schutz gegen Oberströme vorgesehendn
Transistors 270 verbunden.
Dessen Kollektor ist über einen mit dem zwischen der Diode 170 und dem Widerstand
174 liegenden Knoten verbundenen Widerstand 258 in den Ladekreis für den Kondensator
180 geschaltet. Der Emitter des Transistors 270 ist mit dem auf Bezugspotential
liegenden Leiter 94 verbunden. Über einen Leiter 260 ist der Kollektor des Transistors
270 mit dem Bezugsknoten 165 im Ladekreis für den Ladekondensator 180 verbunden.
Der Transistor 270 befindet sich normalerweise im leitenden Zustand, so daß ein
zweiter Ladekreis für den Ladekondensator 180 umgangen wird. Dieser zweite Ladekreis
wird durch die Diode 259 und den Leiter 260 gebildet.
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Bei Auftreten von Überströmen durch die Statorwicklung ist jedoch
die am Widerstand 240 abfallende Spannung so groß, daß die Zenerdiode 250 durchbricht
und Strom zu dem durch die Widerstände 255 und 254 gebildeten Spannungsteiler fließt.
Hierdurch wird die Vorspannung der Basis 257 des Transistors 270 geändert, wodurch
dieser abgeschaltet wird und ein weiterer Ladekreis für den Ladekondensator 180
aktiviert wird, über den dieser sehr rasch aufgeladen wird.
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Der entsprechende Ladestrom fließt von der Diode 170 über den Widerstand
258, die Diode 259 und den Leiter 260 zum Ladekondensator 180.
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Damit wächst die Spannung an den Klemmen des Ladekondensators 180
rasch so weit an, daß der Transistor 156 entsprechend dem Vorliegen eines Oberstromes
durchgesteuert wird, wobei die durch den ersten Ladekreis normalerweise erhaltene
zeitliche Verzögerung ausgeräumt ist. Dieser erste Ladekreis wird durch die Diode
170, den Widerstand 174 und den veränderlichen Widerstand 175 gebildet.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Bremsschaltung
zur
dynamischen Abbremsung eines Motors beschrieben. Durch die erfindungsgemäße Bremsschaltung
wird eine vorgebbare Gleichstromkomponente durch die Statorwicklung 12 geschickt,
wenn das Netzrelais 20 des Motors bei laufendem Motor ausgeschaltet wird.
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Befindet sich der Motor in Stillstand, d.h. wird das Netzrelais 20
nicht erregt und sind die Schaltkontakte 25 geöffnet, so wird kein Strom in die
Statorwicklung 12 geschickt. Da die Eingangsklemmen 41 und 42 vor dem Netzrelais
mit dem Wechselstromnetz verbunden sind, wird unter diesen Bedingungen der Netztransformator
9o mit Energie versorgt. Damit stellt dessen Sekundärwicklung 92 eine Spannung zur
Versorgung der Steuerschaltung bereit. Sind die Schaltkontakte 25 offen und die
Bremskontakte 50 offen, so fließt kein Strom durch die Statorwicklung und die Neonleuchte
75 wird nicht mit Energie versorgt und gibt kein Licht ab. Die in dem ersten Steuerkreis
angeordnete Photozelle 80, die das Aufladen des Kondensators 130 steuert, hat dann
einen hohen Widerstand, so daß der in Durchlaßrichtung durch die Diode 132 fließende
Strom kleiner ist als der durch den anderen Ladekreis mit der Diode 131 fließende
Ladestrom entgegengesetzten Vorzeichens. Damit weist der Kondensator 130 eine negative
Ladung auf. Hierdurch wird die Diode 138 negativ vorgespannt, und die Basis 140
des Schalttransistors 145 liegt auf niederem Potential. Der Kollektor 146 des Transistors
145 liegt damit auf hohem Potential. Unter diesen Bedingungen wird der Ladekondensator
180 weit aufgeladen, da von der Sekundärwicklung her Strom über den durch die Diode
170, den Widerstand 174 und den einstellbaren Widerstand 175 gebildeten Ladeweg
zum Ladekondensator 180 fließt. Liegt der Kollektor 146 des Schalttransistors
145
auf hohem Potential und seine Basis auf niederem Potential, -so ist der Entladeweg
für den Ladekondensator 180 gesperrt.
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Die Zenerdiode 159 bricht jedoch durch und führt Strom zur Basis 157
des Transistors 156. Hierdurch wird der Transistor 156 in den leitenden Zustand
gebracht und damit werden die Kondensatoren 1o8, 195 und 216 entladen. Unter diesen
Bedingungen wird der Thyristor 100 nicht erregt und der Thyristor 60 leitet nicht.
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Der Motor wird durch Schließen des Einschaltkontaktes 31 in Gang gesetzt.
Hierdurch wird ein Erregerkreis für die Erregerspule 22 geschlossen, der nach Loslassen
des kurz betätigten Ein-Aus-Schalters durch den Hilfskontakt 26 aufrecht erhalten
bleibt. Die Schaltkontakte 25 werden geschlossen, und die Statorwicklung 12 wird
mit dem Wechselstromnetz verbunden. Hierdurch wird der Motor auf eine vorgegebene
Cieschwindigkeit beschleunigt. Bei diesen Betriebsbedingungen wird die Neonleuchte
75 erregt und die optisch angekoppelte Photozelle 80 ändert ihren Widerstand von
einem hohen Widerstandswert auf einen niederen Widerstandswert. Diese Widerstandsänderung
in dem einen der Ladewege für den Ladekondensator 130 führt dazu, daß die sich anstellende
Ladung auf dem Kondensator das Vorzeichen von minus nach plus wechselt, wodurch
die Diode 138 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird und de Basis 140 des Schalttransistors
145 auf höheres Potential gelegt wird.Hierdurch wird der Transistor 145 in den leitenden
Zustand gebracht und der über die Diode 177 zu dem auf Bezugspotential liegenden
Leiter führende Entladeweg freigegeben. Die Änderung der Spannung
am
Ladekondensator 180 führt zu einer Absenkung der Spannung am Bezugsknoten 165 unter
die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 159.
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Zugleich wird die Vorspannung der Basis 157 des Transistors 156 geändert.
Dessen Kollektor bleibt auf niederem Potential, und die Kondensatoren 195, 216 und
108 bleiben weiterhin ungeladen. Die Bremsschaltung ist jedoch nun für das dynamische
Bremsen vorbereitet. Da der Kondensator 108 nicht geladen ist, kann die Erregerspule
51 des Bremsrelais nicht über den Thyristor loo erregt werden.
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Der Thyristor 60 kann gleichermaßen nicht erregt werden, da er durch
die offenen Bremskontakte 50 vom Netz getrennt ist.
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Soll der Motor angehalten werden, so wird der Aus-Kontakt 30 des Ein-Aus-Schalters
für den Motor geöffnet. Hierdurch wird der Erregerkreis für die Erregerspule 22
unterbrochen und die Schaltkontakte 25 des Netzrelais 20 werden geöffnet. Sind,die
Schaltkontakte 25 geöffnet, so liegt an der Statorwicklung keine Netzspannung an
und die Neonleuchte 75 geht aus, wodurch der Widerstand der Photozelle 80 im ersten
Steuerkreis angehoben wird und die auf dem Kondensator 130 befindliche Ladung wieder
ihr Vorzeichen wechselt und zwar jetzt von pibs nach minus. Hieilurch wird die Vorspannung
der Basis 140 des Schalttransistors 145 umgekehrt und der Schalttransistor in den
nichtleitenden Zustand gebracht. Dadurch wird der Entladeweg für den Ladekondensator
180 gesperrt, so daß der Ladekondensator wieder über den durch die Diode 170, den
Widerstand 174 und den einstellbaren Widerstand 175 gebildeten ersten Ladeweg normal
aufgeladen wird. Dies stellt den Beginn eines Zeitraumes dar, während dessen eine
durch Gleichrichtung erhaltene Gleichspannung an die
Statorwicklung
angelegt wird. Während des Ladens des Ladekondensators 180 liegt die Spannung am
Bezugsknoten 165 unter der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 159. Daher liegt die
Basis 157 des Transistors 156 auf niederem Potential. Hierdurch wird der durch den
Transistor 156 laufende Entladeweg für sämtliche der Kondensatoren 1o8, 195 und
216 unterbrochen , so daß diese aufladen. Beim Aufladen des Kondensators 195 wächst
das Potential am Knoten 200 an, wodurch der Entladeweg für den Kondensator 108 gesperrt
wird und dieser über den Widerstand 11o und die ErregerspuleS1 aufgeladen wird.
Wird eine vorgegebene Spannung erreicht, so steuert der Diac 1o5 durch und gibt
ein Steuersignal auf die Torklemme 101 des Thyristors 100. Hierdurch wird die Erregerspule
51 des Bremsrelais erregt. Damit werden die Bremskontakte 50 geschlossen und der
Kontakt 48 wird geöffnet. Damit ist die Statorwicklungl2 mit der Eingangsklemme
41 und über den Thyristor 60 mit der Eingangsklemme 42 verbunden. Zugleich mit dem
Aufladen des Kondensators 1o8 wird der Kondensator 216 über die Widerstände 212
und 214 aufgeladen. Erreicht seine Aufladung einen vorgegebenen Wert, so geht der
Diac 220 in den leitenden Zustand über und zündet den Thyristor 60 für jede zweite
Halbwelle der zugeführten Wechselspannung. Bei den dazwischenliegenden Halbwellen
machen die Diode 70 und der Metalloxidvaristor -Kondensator 71 die hohe Spannung
unschädlich, die auf das induktive Ansprechen der Statorwicklung 12 auf die pulsierende
Gleichspannung zurückzuführen ist. Dies erfolgt zum Schutze des Thyristors 60. Der
Thyristor 60 leitet über einen Teil jeder zweiten Halbwelle im Impulsbetrieb. Dies
erfolgt gemäß der Aufladegeschwindigkeit des Ladekreises, der den Kondensator 216
so lange
auflädt, bis seine Spannung zur Durchsteuerung des Diacs
220 ausreicht. In-dem man den Widerstand dieses Ladekreises durch Einstellen des
Schleifers des veränderlichen Widerstandes o2 vermindert, läßt sich die zur Aufladung
erforderliche Zeit verkürzen, so daß der Statorwicklung zum dynamischen Bremsen
ein größerer Strom zugeführt wird. Indem man die Zeit vergrößert, die notwendig
ist, um den Kondensator 216 bis zur Durchsteuerung des Diacs 220 aufzuladen, und
damit das Zünden des Diacs auf einen späteren Bereich der Halbwelle der Wechselspannung
zurücklegt, kann man die Zeit verkürzen, während der sich der Thyristor 60 während
jeder zweiten Halbwelle der zugeführten Wechselspannung im leitenden Zustand befindet
und eine pulsierende Gleichspannung an die Statorwick -lung abgibt. Diese Einstellung
erfolgt wiederum über den einstellbaren Widerstand 212. Durch/eine Vergrößerung
des durch die Statorwicklung fließenden Stromes wird der Motor in kürzerer Zeit
aus dem Lauf bis zum Stillstand abgebremst.
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Erreicht der Ladekondensator 180 unter diesen Bedingungen seinen voll/geladenen
Zustand, so wird die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 159 überschritten und die
Vorspannung der Basis 157 des Transistors 156 geändert. Hierdurch geht dieser in
den leitenden Zustand über. Damit wird ein Entladeweg für die Kondensatoren 216,
1o8 und 195 freigegeben, wodurch der Thyristor 60 abgeschaltet wird und die Bremskontakte
50 geöffnet werden. Der Thyristor 60 wird vor dem öffnen der Bremskontakte 50 abgeschaltet,
so daß beim Trennen der Bremskontakte kein Strom über diese fließt. Hierdurch wird
die Lebensdauer derselben vergrößert. Die Länge der
Zeitspanne,
während der der Bremsstrom durch die Statorwicklung 12 fließt, wobei das Netzrelais
20 geöffnet ist, ist durdh die Einstellung des einstellbaren Widerstandes 175 vorgegeben.
Durch Verminderung dieses Widerstandes wird die Ladegeschwindigkeit des Ladekondensators
180 vergrößert und die Zeit verkürzt, nach der der Transistor 156 dann eingeschaltet
wird. Damit wird auch die Zeitspanne verkürzt, während der ein Gleichstrom durch
die Statorwicklung geschickt wird. Diese Zeitspanne wird durch Erhöhen des Widerstandes
des einstellbaren Widerstandes 175, d.h. durch Verminderung des Ladestromes zum
Ladekondensator 18o vergrössert. Beim Einstellen der Bremsschaltung wird diese Zeitspanne
so eingestellt, daß die Bremskontakte geöffnet werden, sobald der Motor normalerweise
bei der durch die Einstellung des Widerstandes 212 vorgegebenen Größe des gleichgerichteten
Stromes zum Stillstand kommt. blicherweise ist bei einem herkömmlichen Motor die
zum Anhalten erforderliche Zeit viermal so groß wie die zum Beschleunigen erforderliche
Zeit, wenn man innerhalb der sicheren Betrieb gewährleistenden Grenzen dieses Motors
bleiben will und auf unzulässige Überhitzung zurückzuführende Belastungen desselben
vermeiden will.
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Überschreitet der durch den Thyristor 60 fließende Strom einen vorgegebenen
bzw. einstellbaren Wert, so ist der Spannungsabfall am Widerstand 240 so groß, daß
an der Zenerdiode 250 eine Spannung anliegt, durch die der Transistor 270 aus dem
leitenden in den nicht leitenden Zustand gebracht wird. Der in dem durch dietWiderstände,254,
255 und 256 gebildeten Spannungsteiler fließende Strom ändert die Vorspannung der
Basis des Transistors 270 derart, daß
dieser in den nicht leitenden
Zustand übergeht. hierdurch wird ein zweiter Ladeweg für den Ladekondensator 180
freigegeben, welcher über die Diode 259 und den Leiter 260 verläuft und normalerweise
durch den im leitenden Zustand befindlichen Transistor 270 kurzgeschlossen ist.
Damit wird die Ladegeschwindigkeit des Ladekondensators wesentlic}*rhöht und die
Bremsschaltung abgeschaltet, wenn der durch den Thyristor und die Netzversorgung
fließende Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet. Beim normalen Betrieb bleibt
der Transistor 270 jedoch im leitenden Zustand und der durch Kurzschluß sperrbare
Ladeweg für den Ladekondensator 180 wird gesperrt, so daß der Ladekondensator 180
mit der normalen durch die Widerstände 174 und 175 vorgegebenen Ladegeschwindigkeit
aufgeladen wird.
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Die erfindungsgemäße Bremsschaltung zur dynamischen Abbremsung von
Motoren läßt sich bei allen Einsatzarten für Motoren ungeachtet der mit diesen verbundenen
anzutreibenden Einrichtungen verwenden.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird die zusätzliche elektrische
Schaltung an dem normalen Ein-Aus-Schalter angeschlossen, um die zum Anschluß der
Bremsschaltung erforderlichen elektrischen Verbindungen herzustellen. Dies erfordert
keinerlei mechanische Änderung am Motor oder an der angetriebenen Einrichtung. Die
erfildungsgemäße Bremsschaltung reicht dazu aus, den Motor zum Stillstand zu bringen.
Zusätzlich kann eine mechanische Feststellbremse dazu verwendet werden, den Motor
in der Ruhelage festzuhalten, wenn dies erforderlich ist. Die Bremskraft wird über
die Steuerspannung für den Thyristor 60 eingestellt, der Teilbereiche jeder zweiten
Halbwelle des Wechselstromes verwendet und diesen in einen pulsierenden
Gleichstrom
umwandelt, der zur Erzeugung eines statischen Feldes durch die Statorwicklung des
Motors geschickt wird. Die Größe dieses Stromes wird gemäß der zur Beschleunigung
des Motors erforderlichen Zeit eingestellt. Die durch die Steuerschaltung der Bremsschaltung
bewerkstelligte Zeitsteuerung, gemäß der die Bremskontakte 50 nach dem Ausschalten
des Netzrelais 20 erregt werden, wird durch Einstellung des den einstellbaren Widerstand
175 aufweisenden Verzögerungskreises eingestellt. Normalerweise ist diese Zeit das
Vierfache der zum Beschleunigen des Motors erforderlichen Zeit. Die erfindungsgemäße
Bremsschaltung weist ferner einen Überstromschutzkreis auf, der den Verzögerungskreis
bei Vorliegen eines Überstromes umgeht.