DE1946585A1

DE1946585A1 - Elektrische Motorsteuerschaltung

Info

Publication number: DE1946585A1
Application number: DE19691946585
Authority: DE
Inventors: Knott Alfred Thomas
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-15
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1278589A; FR2018378A1; US3612950A

Description

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Augsburg, den 12. September I969

The British Oxygen Company Limited, Hammersmith House,

London W.6, England

Elektrische Motorsteuerschaltung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Motorsteuerschaltung, insbesondere zur Steuerung eines Motors, welcher zum Antrieb einer Pumpe zur Förderung verflüssigter Gase dient. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen besonderen Anwendungsfall beschränkt.

Verflüssigte Gase werden im allgemeinen mittels

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Tankfahrzeugen befördert, von wo aus sie von an den Tankfahrzeugen angeordneten Pumpen zu Speicherbehältern umgepumpt werden. Die Pumpen werden dabei mittelbar durch die Antriebsmaschine des Tankfahrzeuges angetrieben. Handelt es sich bei dem verflüssigten Gas um flüssigen Sauerstoff, so ist es besonders wichtig, daß die elektrische Schaltung des Pumpensteuersystems beim Betrieb nicht zur Funkenbildung führt, die in erster Linie dann zu erwarten ist, wenn Schalter unter Last geöffnet oder geschlossen werden. Eine Funkenbildung muß vermieden werden, da Räume oder Volumen von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft, welche durch gelegentliches überlaufen oder durch Undichtigkeiten verursacht werden können, zu einer Entzündung von Isolationswerkstoff oder anderem brennbaren Material in unmittelbarer Nähe führen, so daß die Gefahr einer Explosion der übrigen Menge verflüssigten Sauerstoffes in dem betreffenden Tankfahrzeug besteht.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine elektrische Motorsteuerschaltung zu schaffen, welche bei allen in Betracht zu ziehenden Betriebsstörungen eine ihr eigentümliche Sicherheit besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, ' *

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daß die Stromspeisung eines Elektromotors von einem mittels einer Kraftmaschine angetriebenen Generator erfolgt, dessen Feldwicklung von einem Strom durchflossen ist, welcher eine Funktion des von dem Generator zum Motor fließenden Laststromes ist, und daß der genannten Feldwicklung über einen Startschalter ein Anlaufstrom zuführbar ist, welcher von einer Niederspannungs-Gleichstromquelle abgeleitet ist.

Im übrigen bilden zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung Gegenstand der anliegenden Unteransprüche.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, welche ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Motor-Steuerschaltung wiedergibt.

Bei der in der Zeichnung gezeigten Schaltung ist die Antriebsmaschine A des betreffenden Tankfahrzeuges über eine Welle 2 unmittelbar mit einem Generator B gekuppelt. Der Generator erzeugt einen Dreiphasenstrom, wobei sämtliche drei Phasen über einen Trennschalter IS geführt sind und dann über drei abgeglichene Pehiernachweistransformatoren Tl

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verlaufen, bevor zwei Phasen unmittelbar an einen Motor M angeschlossen sind, welcher mit einer zugehörigen, in.der Zeichnung nicht dargestellten Pumpe zur Förderung verflüssigter Grase gekuppelt ist. Bevor die dritte Phase zu dem Motor M gelangt, ist sie über einen Stromwandler T2 geführt, dessen Zweck nachfolgend angegeben wird.

Zu dem Generator B gehört eine B'eldwicklung i', zu welcher ein Schwellenwert-Schutzgerät SP parallel.liegt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, liegt parallel zur Sekundärwicklung des erwähnten Stromwandlers T2 ein normalerweise geschlossener Ruhekontakt RZl eines Relais RZ und außerdem ist parallel zu der Sekundärwicklung eine Leitung k geführt, wobei ein Kurzschluß der Sekundärwxcklung des Stromwandlers T2 durch diese Leitung vermittels zweier Gleichrichter Zl und Z2 verhindert wird. Der Gleichrichter Z2 ist über einen gegensinnig gepolten Gleichrichter Z3 sowie über einen Widerstand Rl an Erde oder Masse gelegt.

An den Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Stromwandlers T2 ist eine Leitung 6 angeschlossen, welche über einen normalerweise geöffneten Arbeitskontakt RZ2 und einen normalerweise geöffneten Kontakt Sl eines Startschalters S geführt ist und dann über eine Schmelzsicherung C mit einem Akkumulator oder

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einer Batterie E Verbindung hat, deren positive Klemme an Erde oder Masse angeschlossen ist.

Der Startschalter S besitzt außerdem einen normalerweise geöffneten Kontakt S2, der zu einem Kontakt Ri3 des Relais RZ parallel geschaltet ist, wobei der zuletztgenannte Relaiskontakt als Selbsthaltekontakt dient. Diese Parallelschaltung von Kontakten ist wiederum mit vier parallelliegenden Auslöseschaltern TRl bis TR4 verbunden und ist außerdem an eine Serienschaltung angeschlossen, welche einen Stopschalter ST, einen in größerer Entfernung angeordneten Druckschalter P, einen Widerstand R2 und schließlich die Erregerspule des Relais R5f enthält, deren andere Klemme mit Erde oder Masse verbunden ist.

Jeder der Auslöseschalter TRl bis TR4 enthält ein steuerbares Halbleiterventil TH oder irgendeine andere Jj'orm eines steuerbaren Gleichrichters. Eine Klemme jedes der steuerbaren Halbleiterventile TH ist an Erde oder Masse angeschlossen und die jeweils andere Klemme ist mit dem negativen Anschluß des Relais R? zwischen diesem und dem · Widerstand R2 verbunden.

Jeder der Auslöseschalter TRl bis TR4 ist an eine

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jeweils zugehörige Spannungsquelle angeschlossen, so daß bei Ansteigen der betreffenden Spannung der Spannungsquellen über einen bestimmten Pegel ein entsprechendes Signal zu dem zugehörigen steuerbaren Haltleiterventil TH gelangt, so daß dieses ganz leitend wird, wodurch irgendwelche zu diesem Zeitpunkt an dem Relais R? anliegende Spannungen kurzgeschlossen werden und das Relais entregt wird.

An den Auslöseschalter TRl ist ein temperaturabhängiger Leiter Dl angeschlossen, der in inniger thermischer Berührung mit den Wicklungen des Generators B steht, so daß beim Anstieg der Wicklungstemperatur über einen zulässigen Wert die Schaltung abgeschaltet wird.

In ähnlicher Weise ist der Auslöseschalter TR2 über Leitungen 8 an einen mit den Wicklungen des Motors M thermisch gekoppelten, temperaturabhängigen Leiter D2 angeschlossen.

Der Auslöseschalter-TR3 ist über Leitungen 14 mit den fehlernachweistransformatoren Tl verbunden. Diese haben mehrere Aufgaben. Einmal betätigen sie den Auslöseschalter TR3, sobald ein übergroßer Stromanstieg auftritt. Ferner erfolgt eine Betätigung, wenn der Strom einen bestimmten

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Wert übersteigt. Weiter wird eine Auslösung verursacht, wenn die Ströme oder Spannungen zwischen den Phasen zu stark unsymmetrisch werden, und schließlich erfolgt eine Auslösung auch dann, wenn ein f'ehlerstrom zur Erde festgestellt wird.

Der Motor M ist über eine Welle 10 mit einem Tachogenerator G gekuppelt, der sowohl an einen Drehzahlmesser T als auch an den Auslöseschalter TR4 angeschlossen ist. Steigen die Drehzahl des Motors"M und damit die Drehzahl der von diesem angetriebenen Pumpe über einen zulässigen Wert an, so wird Jäher der Auslöseschalter TR4 betätigt.

In der Zeichnung ist der Sehaltungszustand bei unerregter Schaltung wiedergegeben. Selbst wenn der Generator B von der Antriebsmaschine A angetrieben wird, verhindert daher das fehlen eines Erregungsstromes in der Erregerwicklung P, daß der Generator einen Ausgang abgibt, so daß die Pumpe von dem Motor M nicht angetrieben wird.

Ist nun ein Pumpenantrieb erwünscht, so wird der Startschalter S durch Niederdrücken eines Betätigungsknopfes geschlossen. Nimmt man an, daß die Pumpe unter Druck steht, so daß der Druck-am Pumpenauslaß über einem bestimmten

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Minimalwert liegt, wodurch folglich der Druckschalter P geschlossen bleibt, so wird das Relais R? durch die Batterie E erregt, wobei ein Stromkreis zustandekommt, der über die Schmelzsicherung C₉ den Kontakt S2, den Stoppschalter ST, den Druckschalter P, den Widerstand R2 und das Relais RZ verläuft und sich über Erde oder Masse schließt. Die Erregung des Relais Ri bewirkt, daß der Kontakt RiI geöffnet, der Kontakt RZ2 geschlossen und der Kontakt RZ3 ebenfalls geschlossen wird. Der Kontakt RiJ wirkt als Haltekontakt, so· daß der zur Erregung des Relais RZ erforderliche Reihenschaltungs-Stromkreis auch dann geschlossen bleibt, wenn der Kontakt S2 durch Loslassen des Betätigungsknopfes des Startschalters geöffnet wird. Das Schließen des Ruhekontaktes RZ2 bewirkt, daß ein Anlaufstrom von der Batterie E über die Schmelzsicherung C, den Kontakt S, den Kontakt RZ2 zur Erregerwicklung P und zurück über die Leitung ¹J, den Gleichrichter Z3, den Widerstand Rl und schließlich über Erde oder Masse zurück zur Batterie fließt.

Die Zuführung eines Anlaufstromes zur Erregerwicklung des Generators hat die Wirkung, daß dieser nun eine Ausgangsspannung darbietet, welche an den drei Phasenleitungen erscheint. Wenn der Trennschalter IS geschlossen ist, so fließt über die Transformatoren Tl ein Strom zum Motor M,

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wobei der Strom in einer der Phasenleitungen'auch durch die Primärwicklung des Stromwandlers T2 fließt. Dieser Strom induziert in der Sekundärwicklung des Stromwandlers T2 eine Wechselspannung, welche durch das Zusammenwirken der Gleichrichter Zl und Z2 eine Vollwellengleichrichtung erfährt und der von den Gleichrichtern gleichgerichtete Strom fließt über die Leitung 4, die Feldwicklung F, die Leitung 12 und die Leitung 6, welche zu der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators T2 zurückführt.

Beim Anlauf zieht der Motor M einen hohen Strom, welcher über den Stromwandler T2 fließt und einen entsprechend höheren Erregerstrom für die Feldwicklung F verursacht, so daß wiederum ein entsprechend erhöhter Ausgang des Generators B erzeugt wird und sich eine Rückkoppelungswirkung einstellt, Ist der Motor M hochgelaufen, so nimmt er weniger Strom auf und diese Verminderung des Strombedarfes wirkt im Sinne einer Erniedrigung des Stromes durch die Feldwicklung F, so daß auch der Ausgang des Generators B entsprechend vermindert wird und das System gegebenenfalls einen Gleichgewichtszustand erreicht, bei welchem der Generator den Motor mit der normalen Arbeitsdrehzahl antreibt.

Der Tachometer T liefert eine Anzeige für die Drehzahl

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der Pumpe und er kann so geeicht werden, daß er die Förderleistung der Pumpe oder aber die Drehzahl der Welle des Motors M angibt.

Wie bereits oben in Verbindung mit der Beschreibung der Auslöseschalter TRl bis TR4 erwähnt wurde, erfolgt eine Entregung des Relais RZ immer dann, wenn eine Erregung irgendeines der Auslöseschalter durch einen Spannungsanstieg am zugehörigen Steuerelement erfolgt, welcher über einem Sicherheitswert liegt. Wenn dies geschieht, so bewirkt eine Schließung des Relaiskontaktes RiI einen Kurzschluß der Sekundärwicklung des Transformators T2, so daß die Rückkopplungsschleife unterbrochen wird. Das öffnen des Kontaktes RY2 verhindert, daß zu der Feldwicklung F von irgendeinem Teil der mit der Batterie und mit den Auslöseschaltern verbundenen Schaltung ein Anlaufstrom zufließt. Hierdurch wird erreicht, daß der Ausgang des Generators zu Null wird, so daß der Motor und die Pumpe'stillgesetzt werden.

Ein Öffnen des Relaiskontaktes RZ3 verhindert, daß das

Relais RZ unbeabsichtigt wieder erregt wird, da eine ünter-

brechung des Erregerstromkreises unabhängig davon erfolgt, ob der Auslöseschalter, welcher zuvor den EntregungsVorgang

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Al

ausgelöst hatte, nun möglicherweise wieder in Schließstellung zurückkehrt.

Wie zuvor angedeutet, kann das System in entsprechender Weise durch öffnen des Druckschalters P und durch Niederdrücken des Stopschalters ST entregt werden, doch erübrigt sich eine ins einzelne gehende Beschreibung der Wirkungsweise dieser beiden Bauteile, da die Vorgänge in entsprechender Weise wie oben dargelegt ablaufen.

Durch Anordnung des Startschalters im Batteriestromkreis und nicht im drei,.,aasigen Stromkreis höherer Spannung, welcher dem Generator und dem Motor zugeordnet ist, wird die Gefahr einer Funkenerzeugung beim Betätigen des Schalters S auf ein vernachlässigbares Naß verringert und die Sicherheitskapselung des Startschalters wird aufgrund der niedrigeren, zu berücksichtigenden Spannung ebenfalls vereinfacht. Ferner ist bemerkenswert, daß sämtliche Kontakte des Relais Ri in dem Schwachstromteil oder Niederspannungsteil der Schaltung liegen, so daß sich die erwähnten Vorteile auch hierfür ergeben.

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Claims

Patentansprüche

ί1. !Elektrische Motorsteuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspeisung eines Elektromotors (M) von einem mittels einer Kraftmaschine (A) angetriebenen Generator (B) erfolgt, dessen Feldwicklung (F) von einem Strom durchflossen ist, welcher eine Funktion (T2) des von dem Generator zum Motor fließenden Laststromes ist, und daß der genannten Feldwicklung über einen Startschalter (S) ein Anlaufstrom zuführbar ist, welcher von einer Nieder- . spannungs-Gleichstromquelle (E) abgeleitet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Generator (B) und Motor (M) fließende Laststrom die Primärwicklung eines Transformators (T2) durchfließt, dessen Ausgang nach Gleichrichtung (Zl, Z2) parallel zu der Niederspannungs-Gleichstromquelle (E) an die Generator-Feldwicklung (F) gelegt ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Generators (B) ein Dreiphasenstrom erzeugbar ist und daß der erwähnte Transformator (T2) nur mit einer dieser Phasen in Reihe geschaltet ist.

H. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung mit der Niederspannungs-Gleichstromquelle (E) der normalerweise geöffnete Arbeitskontakt (RZ2) eines Relais (R?) liegt, dessen Erregung bei Schließen des Startschalters (S) erfolgt.

5· Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des Relais (Ri) mit Erde oder Masse ver-, bunden ist, während der andere Anschluß des Relais mit einem nichtgeerdeten Anschluß zumindest eines steuerbaren Halbleiterventiles (TH) verbunden ist, dessen jeweils anderer Anschluß mit Erde oder Masse verbunden ist, und daß die Steuerelektrode des betreffenden, steuerbaren Halbleiterventiles jeweils an ein Gerät angeschlossen ist, welches ein das Auftreten von f'ehlerbedingungen anzeigendes Signal abgibt, dessen Stärke zur Leitendschaltung des betreffenden Halbleiterventiles im Sinne einer Entregung des Relais ausreicht.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. mindestens ein zur Signalerzeugung dienendes Gerät einen temperaturabhängigen Leiter (Dl, D2) enthält, · welcher in thermischer Berührung mit oder nahe einem Bauteil der Motorsteuerschaltung angeordnet ist, welches beim Auftreten von Störungen Wärme erzeugt.

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7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (M) neben einer Pumpe zur Förderung verflüssigter Gase auch einen Tachogenerator (Cz) antreibt, welcher ein Störungsmeldesignal abgibt, wenn
die Drehzahl des Motors einen höchstzulässigen Wert überschreitet.

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