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Bremsschaltung für
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Drehstrommotore Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsschaltung
für einen Drehstrommotor, Z .B Kurzschlußläufermotor, insbesondere mit 2,8 - 4 KW
Leistungsabgabe, welche dem Stator des Motors nach Abschalten einer Motorversorguiigspannung
mittels eines Hauptsehalters über einen Gleichrichter für eine durch ein Zeitwerk
vorbestimmte Zeit Bremsgleichstrom zuführt.
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Maschinen, welche von einem Elektromotor angetrieben werden und dabei
mit hohen Drehzahlen laufen, wie z.B. Holzfräsmaschinen, Sägemaschinen etc, die
sich mit etwa 3000 bis 9ooo Ulmin drehen, benötigen nach Abstellen des Elektromotors
eine recht lange Zeit, um zum Stillstand zu gelangen. Dies liegt daran, dass die
Antriebswelle und das auf der Welle sitzende Bearbeitungswerzeug ein hohes Tragt
heitsmoment besitzen und daher als Schwungrad wirken. So wiegt zB. ein Fräskopf
für eine Holzfräsmaschine 15 kp.
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Da als bremsende Kraft auf die Welle lediglich die Reibung in den
Lagern wirkt, läuft eine solche Maschine extrem langsam a:æs. Dies ist aus vielerlei
Gründen nachteilig. Daher hat man schon frühzeitig versucht, Bremseinrichtungen
zu schaffen, welche die Maschinen in relativ kurzer Zeit zum Stillstand bringen.
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Es gibt nun Bremseinrichtungen zweierlei Art. Die eine wirkt mechanisch
auf die Antriebswelle ein, wobei der Antrieb der Bremse hydraulisch, mechanisch
oder mittels einer elektromechanischen Einrichtung erfolgen kann. Diese Bremseinrichtungen
haben aber den Nachteil, dass Bremsbeläge und Bremsflächen vorgesehen werden müssen,
was einerseits aufwendig ist und anderseits ein häufiges Auswechseln der Bremsbeläge
bzt. Nachdrehen der Bremsfläche, beispielsweise an Bremstrommeln oder Bremsscheiben,
erforderlich macht. Jedenfalls sind solche mechanischen oder elektromechanischen
Bremseinrichtungen nicht wartungsfrei. DaruMerhinaus sind gerade bei hohen Drehzahlen
mechanische Bremsen wegen der hohen Reibungshitze und der damit verbundenen notwendigen
Kiihlung äusserst proble -matisch, sodass sie bei Maschinen mit hoher Drehzahl praktisch
nicht eingesetzt werden.
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Es sind zur Überwindung dieser Schwierigkeiten Bremseinrichtungen
einer zweiten Art bekannt geworden, welche rein elektrisch wirken. Dazu wird die
Statorwicklung des Motors nach dem Abschalten der Netzspannung mit Gleichstrom beaufschlagt,
wobei letsters eine gewisse Zeit nach Abschalten ebenfalls abgeschaltet wird. Die
Zeitdauer, mit der dem Elektromotor ein Bremsgleichstrom zugeführt wird, richtet
sich nach der für die Stillsetzung erforderlichen Zeit.
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Es ist eine Bremsschaltung bekannt geworden (OS 23 19 317), welche
zur Zuführung von Gleichstrom zum Motor einen sog.
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Lade- und einen sog. Erregerkreis besitzt. Über den Ladekreis wird
bei Betrieb des Motors ein Kondensator aufgeladen, welcher sich nach Abschalten
der Netzspannung in einen Erregerkreis entlädt und dadurch ein Relais erregt, welches
einen im Wechselstromkreis eines aus Netz- und lnduktionsgleichrichter bestehenden
Gleichrichters liegenden
Schalter einschaltet, sodass dem Motor
gleichgerichteter Netzstrom zugeführt wird, welcher den Motor abbremst. Die Zeitdauer,
innerhalb der dies geschieht, wird durch die Ausführung des Yondensators, eines
mit diesem in Reihe liegenden Ladewiderstandes und ggfls eines verstellbaren Xtladewiderstandes
bestimmt.
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Es erst weiterhin eine Bremsschaltung bekannt geworden (OS 14 63 145),
welche einen netzgespeisten Gleichrichter und ein Zeitglied aufweist. Im Gleichstrompfad
des Gleichrichters befindet sich ein vom Motorschalter betätigter Zuschalter für
den Gleichstrom zum MOtor, ebenso wird auch das Zeitglied gleichzeitig mit dem Motor
schalter anOeschaltet bzw. mit Strom versorgt. Dieses Zeitglied wirkt auf einen
im Wechselstrompfad des Gleichrichters befindlichen Schalter und hält diesen sol-ange
geschlossen, bis der Motor stillsteht.
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Beide bekannten. Schaltungen besitzen ein Zeitwerk, welches dafür
sorgt, dass der Motor eine gewünschte, vorbestinte Zeit mit Bremsgleichstrom beaufschlagt
wird.
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Bei Motoren bestimmter Grösse besteht aber die Gefahr, dass der Gleichrichter
durch einen nach Abschalten des Motors entstehenden Strom zerstört oder zumindest
beschädigt wird. Es hat sich nämlich bei Untersuchungen (Messungen) herausgestellt,
dass bei Elektromotoren, z.B.
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Asynchronmaschinen beim Abschalten ein sog. Abschaltfeld entsteht,
welches bei einer Motorleistung von etwa zwischen 2,8 - 4 XW einen Strom von 8 -
10 A und eine Spannung von etwa loo V erzeugt. Wenn der Anker kurzgeschlossen ist,
bremst dieses Abschaltfeld zusätzlich mit ab, sofern der Motor leerläuft. Es kann
aber auch den Gleichrichter innerhalb einer Bremsschaltung zerstören, wenn, wie
bei Verwendung des Motors zum Antrieb einer Holzbearbeitungsmaschine, der Motor
durch die Schwungkraft
von Welle und Fräskopf angetrieben wird.
Es wird angenormen, dass dieses Abschaltfeld dadurch erzeugt wird, dass im Moment
des Abschaltens eine Gegen - Elektromotorische - Kraft (Gegen B«.R) entsteht. Dieses
Abschaltfeld baut sich, wie aus Messungen hervorgeht, in einer Zeit von 1/2 - 3/4
sec. über die Spulen des Motors ab.
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Die bekannten Schaltungen berücksichtigen nun dieses Abschaltfeld
nicht.
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Darüberhinaus besteht bei beiden Schaltungen noch folgendes Problem:
Bei Holzbearbeitungsmaschinen, z.B. Holzfräsmaschinen, sieht die Praxis folgendermassen
aus:FEr die Bearbeitung einer ersten Art Material muss die Fräsmaschine mit einer
Drehzahl von z.B. 3 Q00 U/min (bei einer Frequenz der Versorgungsspannung von 50
IIZ)laufen. Soll ein anderes, zweites Material bearbeitet werden, muss die Maschine
mit 6 ooo U/min (bei einer Frequenz der Versorgungsspannung von loo HZ) laufen,
wobei die Maschine von 3ooo Ulmin auf 6 ooo U/min und die Frequenz von 50 HZ auf
loo HZ umgeschaltet wird. Während die Maschine bei 3 ooo Ulmin in Sternschaltung
betrieben wird, läuft die Maschine bei 6 ooo U/min in Dreiecksehaltung. Bei den
bekannten Schaltungen wirkt der Bremsgleichstro-z auf zwei Wicklungen, da wegen
der Sternschaltung zwischen den Netzleitern R und S oder S und T auch zwei Motorwicklungen
liegen.
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Bei Umschaltung auf Dreieckschaltung wirkt der gesamte Bremsgleichstrom
nur noch auf eine Wicklung. Das aber hat zur Folge, dass die Bremsschaltung geändert
werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bremsschaltung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei aer die Nachteile bekannter Schaltungen vermieden sind. Insbesondere
soll sie dem Entstehen des Abschaltfeldes Rechnung tragen, sodass der Gleichrichter
weder beschädigt noch zerstört wird.
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Darüberhinaus soll die gleiche Bremsschaltung ohne Änderung sowohl
für Stern- als auch Dreieckschaltung verwendbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sich im Gleichstrompfad
des Gleichrichters ein Bremsschalter befindet, dessen Auslöserelais in einem irregerkreis
liegt, welcher selbst wiederum einen vom Zeitwerk abfa'lverzögert betätigbaren Schalterkontakt
aufweist, und dass in Reihe mit dem Schalterkontakt ein Starter geschaltet ist,
welcher nach Einschalten des Schalterkontaktes zeitverzögert den Erregerkreis schliesst.
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Dadurch, dass der Starter vorgesehen wird, welcher für eine zeitverzögerte
Zuschaltung des Bremsgleichstromes zum Motor sorgt, wird der Gleichrichter vom Motor
nicht mit einer ihn zerstörenden Spannung beaufschlagt, welche nach dem Abschalten
von dem Abschaltfeld erzeugt wird.
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Damit aber erhöht sich die Lebensdauer der erfindungsgew mässen Bremsschaltung
erheblich. Die Zeitverzögerung des Starters ist so einzustellen, dass Gleichstrom
erst dann zgescha)tet wird, wenn das Abschaltfeld sicher abgebaut ist. Man wählt
daher bei Motoren mit o.g. Leistungen eine Zeitverzögerung von 1 - 1,5 sec.
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Die erfindungsgemässe Bremsschaltung hat noch einen weiteren, wesentlichen
Vorteil. Wie sich bei Versuchen herausgestellt hat, kann sie ohne weiteres auf nur
eine Motorwicklung aufgeschaltet werden. Damit kann aber die gleiche Schaltung ohne
Änderung ohne weiteres für Maschinen eingesetzt werden, welche wahlweise mit zwei
Drehzahlen, z.B.
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mit 3 ooo U/min und 6 ooo U/min, d.h. in zwei Betriebsarten - Stern
- Dreieckschaltung, laufen.
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Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
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An Hand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt, sollen die Erfindung, weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen,
Verbesserungen und Vorteile der Erfindung erläutert und näher beschrieben werden.
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Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemsse Bremsschaltung. Ein
Elektromotor 1, dessen Wicklungen la, Ib, 1c in Sternschaltung angeordnet sind und
jeweils zwischen den Anschlüssen U - X (Wicklung 1a) V - Y (Wicklung 1b) und W -
Z (Wicklung 1c) liegen, erhält seine Versorgungsspannung über Netzleiter R,S,2.
Innerhalb der Netzleiter R,S,T befindet sich, vor den Motoranschlußklemmen 2, 3
und 4(entspricht U,V,W) ein dreipoliger Schalter 5, der als Hauptschalter für den
Motor 1 fungiert. Dieser Schalter 5 wird von einer BetStigungseinrichtung 6, z.B.
einem Schaltwerk mit Handknebel, geschaltet, wobei diese Betätigungseinrichtung
6 gleichzeitig einen Umschalter 7 mit zwei Kontakten 7a und 7b betätigt.
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Die Doppellinien 6a und 6t stellen dar, dass die Betäti gungseinrichtung
6 sowohl auf den Schalter 5 als auch den Umschalter 7 einwirkt.
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Mit dem Netzleiter R verbunden ist eine Leitung 8, in deren Pfad eine
Sicherung 9 und ein Transformator 10 liegt und welche an dem Mittelpunktsleiter
Mp angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 1o, mit loa bezeichnet,
ist auf einen Gleichrichter 11 geschaltet,' der aus in Gräetzschaltung geschalteten
Dioden aufgebaut ist. Den Klemmen 111 und 112 des Gleichrichters 11 wird Wechselstrom
zugeführt, die Klemmen 113 und 114 geben Gleichstrom ab. Die Höhe der Spannung,
die von der Sekundärwicklung ioa des Transformators 1o abgegeben wird, richtet sich
nach der erforderlichen Bremsspannung bzw.
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dem erforderlichen Bremsgleichstrom für den Motor 1.
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Die Klemmen 113 und 114 sind über Leitungen 12 und 13 mit den Klemmen
U - X der Wicklung 1a im Motor 1 verbunden.
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Innerhalb der Leitungen 12 und 13 befindet sich ein Bremsschalter
14, welcher den Bremsgleichstrom dem Motor 1 zuschaltet und von einem Premsrelais
15, kurz Relais 15 genannt, betätigt wird (dargestellt durch die Doppellinien 15a).
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Die Versorgungsspannung für das Relais 15 wird der Netz -leitung R
entnommen, und zwar über die Leitung 16, welche sich an einem Verzweigungspunkt
17 in einen Leitungszug 161 und einen Leitungszug 162 teilt, die wiederum auf den
Mp-Leiter geschaltet sind. Im Leitungszug 162 befindet sich ein Zeitwerk 18, welches
z<B. ein sog. atfallverzögertes Zeitwerk ist und ggfls. einen einen Kondensator
(nicht gezeichnet) aufweisenden Ladekreis und einen ein Relais aufweisenden Erregerkreis
(ebenfalls nicht gezeichnet) besitzt. Jedenfalls wirkt das Zeitwerk 18 über ein
Relais auf einen Schalter 19 im Leitungszug 161 ein.
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Im letzteren Leitungszug 161 befindet sich ein Starter 20, wie er
z.3. fiir Leuchtstoffröhren verwendet wird, und parallel zu diesem ein Schliesser
21, welcher zur Überbrückung des Starters 20 vorgesehen ist und als Haltekontakt-wirkt'damit
der Starter 20 nicht dauernd startet, und der von dem Relais 15 gleichzeitig mit
dem Bremsschalter 14 betätigt wird (dargestellt durch die Doppellinien 15b).
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Wenn der Motor 1 durch
Offnen des Schalters 5 vom Netz getrennt wird, dann wird der Umschalter 7 aus der
gestrichelt gezeichneten Stellung in die au.ssezogen gezeichnete Stellung gebracht,
wobei der Kontakt 7b geschlossen und der Kontakt 7a geöffnet wird. Nun beginnt das
Zeitwerk 18 zu laufen, d.h. es hält den Schalter 19 solange in geschlossener Stellung,
bis das Zeitwerk 18
abgelaufen ist. Durch Schliessen des Kontaktes
7b fliesst über den Schalter 19 Strom hin zum Starter 20, welcher erst dann schliesst,
wenn eine bestimmte Zeit nach Ausschalten des Hauptschalters 5 bzw. Umschalten des
Anschalters 7 verstrichen ist. Diese Zeitverzögerung, die etwa 1 sec. beträgt, reicht
aus, damit sich das nach Abschalten des Motors 1 vom Netz aufbauende Abschaltfeld
abbaut, welches eine Spannung bzw. einen Strom über die Leitungen 12 und 13 zum
Gleichrichter 11 treibt, der den Gleichrichter 11 zerstören kann, wenn der Bremsschalter
14geschlossen wäre. Nach 1 sec. also schliesst der Starter 20 seinen Kontakt und
lässt einen Strom durch, der das Relais 15 erregt und den Bremsschalter 14 schliesst.
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Zur Überbrückung des Starters 20 schliesst sich gleichzeitig mit dem
Schalter 14 der Schliesser 21, der als Haltekontakt wirkt. Danach öffnet sich der
Starter 20 wieder und der gesamte Erregerstrom für das Relais 15 fliesst von der
Neteleitung R über den geschlossenen Kontakt 7b des Umschalters 7, den geschlossenen
Schalter 19, den Schliesser 21 zur Leitung Mp, solange, wie das abfallverzögerte
Zeitwerk 18 den Schalter 19 geschlossen hält. Damit fliesst aber auch der Bremsgleichstrom
über die Leitungen 12, 13 zum Motor 1, d.h. zu den Klemmen U-X der Wicklung 1a.
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Nachdem das Zeitwerk 18 abgelaufen ist, öffnet sich der Schalter 19
und sperrt den Stromfluss zum Relais 15.
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Dieses fällt ab und der Bremsschalter 14 öffnet sich und sperrt den~Bremsgleichstrom
zum Motor 1.Gleichzeitig öffnet sich, da vom Relais 15 ausgelöst, auch der Schliesser
21.
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Die Dauer bis zum Ablauf des Seitwerks 18 ist so lange gewählt, wie
die Motorwelle (nicht gezeigt) braucht, um zum Stillstand zu gelangen, z.B. ca.
6 - 1o sec.
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Wird nach völligem Stillstand der Welle der Motor 1 wieder an das
Netz geschaltet, so wird der dreipolige Hauptschalter
5 geschlossen;
gleichzeitig schliesst sich der -Kontakt 7a und öffnet sich der Kontakt 7b, sodass
zwar Strom über die Leitung 162, nicht aber die Leitung 161 zum Mp-Leiter fliesst.
Dadurch wird der Schalter 19 geschlossen, da das Relais des Zeitwerkes 18 anzieht.
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Die Bremsschaltung ist abgeschaltet.
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Die in der Zeichnung dargestellte Bremsschaltung wirkt erfindungsfflemäss
nur auf eine Motorwicklung, im gezeichneten Falle auf die Wicklung 1a, wobei der
die Miicklungen 1a - 1c in Sternschaltung geschaltet sind.
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Die gleiche Schaltung kann, so wie sie ist,auch dann benutzt werden,
wenn die Anordnung der Wicklungen 1a -lc dreieckförmig ist. Auch dann ist nur eine
Wicklung vom Bremsstrom beaufschlagt, In der praxis führt dies dazu, dass die Schaltung
an einer Holzbearbeitungsmaschine nicht geändert zu werden braucht, wenn die Maschine
von 3 ooo Ulmin auf 6 ooo U/min umgeschaltet werden muss.