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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsanordnung zur Lagesteuerung
einer Hebeeinrichtung mit mehreren Gleichstrommotoren gleicher Leistung unter Anwendung
einer gruppenweisen Schaltung der Gleichstrommotoren, die mit Stromquellen abwechselnd
in Reihe geschaltet sind.
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Bei einer Hebeeinrichtung kommt es darauf an, daß sämtliche Trossen
eine annähernd gleiche Zugbelastung aufnehmen. Das bedeutet bei untereinander gleichen
Motoren, daß alle Motoren etwa gleiche Drehmomente entwickeln müssen. Andernfalls
kann leicht eine Trosse reißen, wodurch die Gesamtlast noch ungleichmäßiger verteilt
wird, so daß dann Gefahr besteht, daß sämtliche Trossen nacheinander reißen. Weiter
muß es jedoch auch jederzeit möglich sein, die Lage des gehobenen oder abgesenkten
Gegenstandes zu steuern oder zu regeln, ohne daß die erstgenannte Bedingung verletzt
wird.
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Die Lagesteuerung hat daher die doppelte Aufgabe zu erfüllen, jederzeit
das Moment aller Motoren und bei Lageabweichung zusätzlich das Moment mindestens
eines Motors zu beeinflussen. Die bekannten Steuerungsanordnungen für Hebeeinrichtungen
mit Gleichstrommotoren weisen zu deren Speisung einen Umformersatz oder einen anderen
Gleichspannungsgenerator, beispielsweise in Leonard-Schaltung, auf. Solche Anlagen
sind aufwendig, wartungsbedürftig und hinsichtlich ihres Regelverhaltens träge.
Zudem ist ein einzelner einfacher Lonardkreis nicht geeignet, die genannte doppelte
Aufgabe zu erfüllen. Zur zusätzlichen unabhängigen Verstellung der Momente von einzelnen
Gleichstrommotoren bei Lageabweichung müssen daher mehrere Leonard-Schaltungen vorgesehen
sein, was Aufwand und Regelträgheit weiter erhöht und im Falle einer Störung die
Gefahr der Instabilität mit sich bringt.
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Es ist weiter eine Konstantstromschaltung bekannt, bei der mehrere
in einer Gruppe hintereinandergeschaltete, jeweils aus einem Synchrongenerator und
einem ihm nachgeschalteten Gleichrichter bestehende Generatoren einen Stromkreis
speisen, in dem auch die Motoren als eine Gruppe hintereinandergeschaltet sind.
Dabei werden die Erregerströme der Motoren einzeln dargestellt, um die Momente zu
bestimmen. Eine Lagesteuerung ist bei dieser Schaltung jedoch nicht möglich.
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Schließlich ist es bekannt, Generatoren und Motoren abwechselnd in
Reihe zu schalten und dabei eine Steuerung der Erregerströme aller Motoren und zusätzlich
eine Verstellung des Erregerstromes jedes einzelnen Motors vorzunehmen. Da hierbei
die Motoren mechanisch gekuppelt sind, geht es bei der Einzeleinstellung der Erregerströme
jedoch lediglich um eine gleichmäßige Verteilung der Drehmomente, nicht aber um
eine Lagesteuerung. Dabei liegt der abwechselnden, als »bunte Reihe« bekannten Schaltung
die zusätzliche Aufgabe zugrunde, den in dem Konstantstromkreis auftretenden höchsten
Potentialunterschied gegen Erde klein zu halten, um unnötige Isolation und Erdschlüsse
zu vermeiden.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
bei mechanisch nicht gekuppelten, aber gemeinsam auf einen zu hebenden Gegenstand
wirkenden Antriebsmotor jederzeit eine Steuerung der Lage dieses Gegenstandes vornehmen
zu können und die entsprechende Steuereinrichtung möglichst einfach und schnellwirkend
auszubilden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Steuerungsanordnung der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ankerstromkreise der Gleichstrommotoren
- in an sich bekannter Weise - in Konstantstromschaltung betrieben sind, daß im
Normalbetrieb die Erregerströme aller Gleichstrommotoren gleich sind, daß die Stromquellen
der Ankerstromkreise voneinander potentialgetrennt aus einer gemeinsamen Energiequelle
gespeist sind und daß bei Lageabweichung die Erregerströme der Gleichstrommotoren
einer einzelnen Motorengruppe gemeinsam in Abhängigkeit von mindestens einem Steuersignal
verstellbar sind.
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Der Betrieb der gruppenweise geschalteten Gleichstrommotoren ermöglicht
es in einfacher Weise, das Moment aller Motoren zu verstellen, indem die im Normalbetrieb
untereinander gleichen Erregerströme aller Motoren verändert werden. Je nachdem,
ob dabei die Summe der Momente das Stillstandsmoment über- oder unterschreitet,
kann so ein Hebe- oder Senkvorgang gesteuert werden. Zusätzlich bleibt die Möglichkeit
offen, durch Verändern des Stromes im Konstantstromkreis ebenfalls sämtliche Momente
gleichzeitig zu beeinflussen. Dabei bleiben die Vorteile der »bunten Reihe« erhalten.
Andererseits wird jedoch der sonstige Nachteil dieser Schaltung, daß mehrere, voneinander
unabhängige, aber gemeinsam steuerbare Stromquellen samt Energiequellen vorhanden
sind, jetzt dadurch umgangen, daß die Stromquellen aus einer gemeinsamen Energiequelle
gespeist sind. Schließlich bietet die so geschaffene Schaltungsanordnung die Voraussetzung
für eine einfache Steuerung bei Lageabweichung, indem dann zusätzlich die Erregerströme
der Motoren einer einzelnen Motorengruppe gemeinsam verstellt werden, ohne daß dabei
die Momente dieser Motoren unzulässig von denen der übrigen Motoren abweichen und
ohne daß die Verstellung mit Rückwirkung auf diese übrigen Motoren verbunden ist.
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Als eine mögliche Ausführungsform der potentialgetrennten, aus einer
gemeinsamen Energiequelle gespeisten Stromquellen ist vorgesehen, daß diese Stromquellen
getrennte Statorwicklungen eines Synchrongenerators mit nachgeschalteten Gleichrichtern
sind. Dabei ist eine Verstellung der Drehmomente aller Gleichstrommotoren in der
Weise möglich, daß eine Veränderunig des den Gleichstrommotoren gemeinsamen Ankerstromes
durch die Verstellung der Erregung des Synchrongenerators herbeigeführt wird, während
weiterhin die Beeinflussung des Momentanteils eines einzelnen Gleichstrommotors
über dessen Erregung vorgenommen wird. Eine solche Speisung der Motoren ist beispielsweise
an Bord eines Hebeschiffes vorteilhaft, wo ohnehin eine besondere Energiequelle
für die leistungsstarken Hebeeinrichtungen vorgesehen ist.
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Ein weiterer Vorschlag zum Aufbau der Stromquellen geht aus von der
bekannten Eigenschaft einer Boucherot-Schaltung, bei Speisung unter konstanter Spannung
einen konstanten Strom abzugeben. Die Anwendung eines solchen Reihenschwingkreises
geschieht bei der vorliegenden Erfindung derart, daß als Stromquellen an sich bekannte
Boucherot-Schaltungen mit jeweils nachgeschaltetem Gleichrichter verwendet sind.
Durch die in den Boucherot-Schaltungen enthaltenen Kondensatoren kann dabei in einfacher
Weise eine galvanische Trennung der einzelnen Stromquellen erreicht werden. Wegen
ihres einfachen Aufbaues und ihrer Wartungsfreiheit werden
sie immer
dann den nicht verschleißlosen Synchrongeneratoren vorzuziehen sein, wenn zu ihrer
gemeinsamen Energieversorgung ein genügend großes starres Netz zur Verfügung steht,
also insbesondere bei Lendanlagen und landnahen Hebeeinrichtungen.
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Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen seien im folgenden an Hand
der Zeichnungen beschrieben. F i g. 1 zeigt eine Gleichstrom-Antriebsanlage, bei
,der die Steuerung nach der Erfindung angewendet ist. Hier bilden die leistungsgleichen
Gleichstrommotoren 10 bis 15 drei Gruppen von jeweils zwei Motoren.
Mit ihnen sind mittels der Schalter 16, 17,
18 überbrückbare Widerstände
19, 20, 21 in Reihe geschaltet, die bei Senkbetrieb und dadurch bedingtem
generatorischem Betrieb der Motoren 10 bis 15 als Bremswiderstände
wirken. Die nicht gezeigten Erregerwicklungen sind in im folgenden noch näher beschriebener
Weise fremdgespeist und gesteuert. Zur Stromversorgung mit konstantem Strom sind
die untereinander gleichen dreiphasigen Boucherot-Schaltungen 23, 24, 25 mit den
nachgeschalteten Gleichrichtern 26, 27, 28 vorgesehen. Sie sind aus einem
starren Netz 22 als gemeinsamer Energiequelle gespeist und sind ausgangsseitig
mit den Gleichstrommotorengruppen abwechselnd in sogenannter »bunter Reihe« geschaltet.
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Die Boucherot-Kreise 23, 24, 25 sind jeweils im Stern geschaltet und
bestehen in jedem ihrer drei untereinander gleichen Phasenzweige aus je einem der
Kondensatoren 29 bis 37 und einer der Induktivitäten 38 bis
46. Dabei sind die Kondensatoren 29
bis 37 zwischen den von dem Netz
22 gespeisten Eingangsklemmen und den die Gleichrichter 26, 27, 28
speisenden
Ausgangsklemmen der Boucherot-Schaltungen 23, 24, 25 geschaltet, so daß eingangsseitig
zwischen den Gleichrichtern 26, 27, 28 keine galvanisch leitende Verbindung
besteht.
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In F i g. 2 ist die Speisung der Erregerwicklungen der in F i g. 1
dargestellten Gleichstrommotoren gezeigt. Dieser Teil der Steuerungsanordnung ist
so ausgeführt, daß sämtliche die Erregerströme jeweils einer Motorengruppe
(10, 11) erzeugenden Erregerstromquellen 47, 48, 49 an eine gemeinsame
Erregerspannungsquelle 50 angeschlossen sind und daß die Verstellung des
von allen Gleichstrommotoren abgegebenen Drehmomentes bei unverändertem Ankerstrom
mittels der Verstellung der Spannung dieser Erregerspannungsquelle 50 erfolgt. Alle
Erregerstromquellen 47, 48, 49 sind untereinander gleich. Die gemeinsame
Erregerspannungsquelle50 ist ein verstellbarer Transformator. Ausgangsseitig sind
die Erregerstromquellen 47, 48, 49 mit den Erregerwicklungen der Gleichstrommotoren
der entsprechenden Gleichstrommotorengruppe, beispielsweise mit den Erregerwicklungen
51, 52 der Gleichstrommotoren 10, 11
(F i g. 1) in Reihe geschaltet.
Daher kann durch Verstellen des Transformators 50 das von allen Gleichstrommotoren
10 bis 15 (F i g. 1) abgegebene Drehmoment unabhängig von deren Ankerstrom
verändert werden.
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Der Aufbau der Erregerstromquellen 47, 48, 49 ist im Falle
der Erregerstromquelle 47 im einzelnen gezeigt. Jede besteht im wesentlichen
aus einer aus einem Kondensator 53 und einer Induktivität 54 aufgebauten Boucherot-Schaltung
und aus einem ihr nachgeschalteten Gleichrichter 55. Zusätzlich sind als Mittel
zur Verstellung des von der Boucherot-Schaltung53, 54 an den Gleichrichter55
abgegebenen Stroms zwei der Boucherot-Schaltung 53, 54 nachgeschaltete Transformatoren
56 vorgesehen, deren hier gemeinsame Primärwicklung 57 in Reihe mit
dem nachgeschalteten Gleichrichter 55 liegt und deren zu einer gemeinsamen
Sekundärwicklung 58 mit Mittelanzapfung vereinigte Sekundärwicklungen in
Abhängigkeit von zwei Steuersignalen a, b mittels der Schalter 59,
60
dem Ausgang des Boucherot-Kreises, d. h. seiner Induktivität 54 paralell
geschaltet werden können. Damit ist es beispielsweise möglich, bei einem Steuersignal
a durch Schließen des Schalters 59 eine Erhöhung, bei einem Steuersignal
b jedoch durch Schließen des Schalters 60 eine Verminderung des von dem Boucherot-Kreis
53, 54 an den Gleichrichter 55 abgegebenen Stroms und damit eine entsprechende
Änderung des Drehmomentes der Gleichstrommotoren 10, 11 (F i g. 1) der zugeordneten
Gleichstrommotorengruppe zu erreichen.
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Die erfindungsgemäße Steuerungsanordnung ist besonders vorteilhaft
auch bei solchen Hebeeinrichtungen anzuwenden, die zum Heben eines waagerecht zu
haltenden Körpers von rechteckigem Grundriß dienen. Solche Körper sind beispielsweise
starre Plattformen zum Heben von Schiffen. Insbesondere für diese Art von Hebeeinrichtungen
wird vorgeschlagen, daß auf zwei gegenüberliegenden Seiten des zu hebenden Körpers
jeweils mindestens zwei mit Winden gekuppelte Gleichstrommotorengruppen vorgesehen
sind und daß die Erregerströme jeweils zweier Gleichstrommotorengruppen in Abhängigkeit
von mindestens einem Steuersignal gleichzeitig verstellbar sind.
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Die Anordnung der Motoren einer solchen Hebeeinrichtung zeigt F i
g. 3. Eine von oben gesehene rechteckige Plattform 61 kann von den Winden
62
bis 73 gehoben und gesenkt werden, denen zum Antrieb je ein Gleichstrommotor
74 bis 85 zugeordnet ist. Die Gleichstrommotoren 74 bis
85 sind in vier entlang den Schmalseiten der Plattform 61 angeordneten Motorgruppen
geschaltet. Ihre Anker sind in der aus F i g. 1 bekannten Art gespeist, was hier
nicht dargestellt ist. Ihre Erregerwicklungen 86 bis 97 sind entsprechend
der Gruppeneinteilung aus vier Erregerstromquellen 98 bis 101 gespeist,
die in ihrem Aufbau und ihrer Speisung aus einer nicht gezeigten Erregerspannungsquelle
der F i g. 2 entsprechen. Heben, Senken und Halten der Plattform 61 werden
über die Verstellung der Erregerspannungsquelle ebenfalls wie in F i g. 2 gesteuert.
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Abweichungen der Plattform 65 von der waagerechten Lage können
durch Verstärken des Drehmomentes der Gleichstrommotoren zweier benachbarter Gleichstrommotorengruppen
oder besser mittels dieser Maßnahme bei gleichzeitiger Verringerung des Drehmomentes
der Gleichstrommotoren der übrigen Gleichstrommotorengruppen korrigiert werden.
Es sei beispielsweise eine Abweichung der Plattform 61 von der Waagerechten
derart angenommen, daß die Plattform 61 auf ihrer linken Seite zu tief liegt.
Dann kann ihre waagerechte Lage wieder hergestellt werden, wenn das Drehmoment der
Gleichstrommotoren 74 bis 79 der von den Erregerstromquellen
98, 99 gesteuerten Motorengruppen mittels der Signale a1, a2 verstärkt und/oder
wenn das Drehmoment der Gleichstrommotoren 80
bis 85 der von den Erregerstromquellen
100, 101 gesteuerten Gleichstrommotorengruppen geschwächt wird. Bei dieser
Art der Steuerung ist mittels nicht
dargestellter Verriegelung dafür
gesorgt, daß das Ausrichten der Plattform 61 in ihrer Längs- und ihrer Querachse
nicht gleichzeitig erfolgt, da beispielsweise bei gleichzeitigem Auftreten der den
Signalen a1 und b1 entsprechenden Signale a und b in F i g. 2 ein Kurzschluß der
dort gezeigten Sekundärwicklung 58 des Transformators 56 auftreten würde.
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Die Erhaltung der waagerechten Lage der Plattform kann automatisch
erfolgen, indem die Signale a1 bis a4 und b1 bis b4 entsprechend dem Gesagten ausgehend
von den Signalen eines Neigungsmessers gewonnen werden, so daß jetzt die Steuerungsanordnung
Teil einer Regelung ist.
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Eine weitere Art der Steuerung kann von der Neigung der Plattform
in Richtung ihrer Diagonalen ausgehen. In diesem Fall muß das Drehmoment der Gleichstrommotoren
jeweils zweier an diagonal gegenüberliegenden Ecken der Plattform vorgesehener Gleichstrommotorgruppen
gleichzeitig gegensinnig verstellt werden, während das Drehmoment der Gleichstrommotoren
der übrigen Gleichstrommotorengruppen unverändert bleibt.