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Selbsteinstellende Motorbremsschaltung
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Steuereinrichtung ist durch
die DE-OS 31 41 282 bekannt.
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Mit einer solchen elektrischen Bremseinrichtung lassen sich Wechselstrommotoren
in allen gebräuchlichen Schaltungen (z. B. Y, 8, Dälander o.ä.) verschleißfrei beim
Auslaufen, also nach Abschalten des Antriebstin kurzer Zeit abbremsen. Die Motorbremssschaltung
ist besonders wirksam überall dort einsetzbar, wo Antriebe ständig gestoppt oder
umgepolt werden, wo schnelle Werkzeug-Umrüstzeiten erreicht werden müssen oder wo
hinsichtlich der Bremszeit Sicherheitsauflagen einzuhalten sind.
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Die Abmessungen des vom Wechselstrommotor angetriebenen Werkzeugs,
also z. B. Drehbänke, Sägen, Zentrifugen, Hobel maschinen, Bohrmaschinen usw., sind
sehr unterschiedlich. Somit unterscheiden sich auch die Trägheitsmomente der von
der Bremseinrichtung abzubremsenden Massen (d h. bewegter Werkzeugteil einschließlich
Rotor des Motors mit Welle und gegebenenfalls Übersetzung). Dementsprechend ist
es nötig, den Bremsstrom nach den Anlagedaten einzustellen.
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In der eingangs erwähnten DE-OS 31 41 282 ist eine Bremseinrichtung
beschrieben,
bei der der Effektivwert des Bremsstromes über einen veränderbaren Widerstand stufenlos
von Hand einstellbar ist. Diese Handeinstellung des Bremsstromes ist vor allem bei
niederohmigen Motoren problematisch. Zum einen muß nämlich der Wicklungswiderstand
des Wechselstrom motors und zum anderen muß der Formfaktor, d. h. das infolge der
Phasenanschnittsteuerung nicht lineare Verhältnis des Effektivwerts zum arithmetischen
Mittelwert des Bremsstromes berücksichtigt werden. Der Bremsstrom kann also bisher
nur mit Hilfe besonderer Messung relativ umständlich für den einzelnen Wechselstrommotor
eingestellt werden. Dabei ist zusätzlich noch zu berücksichtigen, daß der Nennstrom
der Bremsschaltung nicht überschritten werden darf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der
eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß sich der Bremsstrom unter Berücksichtigung
des Wicklungswide rstands des Wechselstrom motors und des Formfaktors von selbst
einstellt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
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Somit entfällt die kei der Handeinstellung des Bremsstromes auftretende
zuvor geschilderte Problematik, wobei sichergestellt ist, daß der Bremsstrom nicht
unbeabsichtigterweise unzulässig hoch gewählt werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Steuereinrichtung nach der
Erfindung mit Potentialtrennung bei der Bremsspannungserfassung und Fig. 2 eine
Steuereinrichtung nach der Erfindung, bei der die Bremsspannungserfassung ohne einen
Trennwandler vorgenommen wird.
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In Fig. 1 ist mit 11 eine Wicklung eines Wechselstrommotors gezeigt,
dessen übliche Netzanschlüsse für den treibenden Betrieb aus Übersichtlichkeitsgründen
fortgelassen worden sind. Vielmehr ist lediglich der Bremsstromkreis dargestellt,
bei dem die Motorwicklung 11 durch Schließen eines Kontakts 12 einphasig an das
Wechselspannungsnetz gelegt wird. Der Bremsstromkreis weist in bekannter Weise einen
über eine Steuereinrichtung gesteuerten Thyristor 9 in Reihe mit einer Sicherung
13 sowie eine Freilaufdiode 10 auf, über die der Bremsstrom fließt, solange der
Thyristor 9 gesperrt ist.
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Zur Phasenanschnittsteuerung des Thyristors 9 ist eine Zündstufe 1
vorgesehen. Der Phasenanschnitt wird durch die Zündstufe 1 während einer durch eine
Zeitstufe 7 vorgegebenen Bremszeit entsprechend ihrem, dem gewünschten Effektivwert
des Bremsstromes entsprechenden Eingangssignal vorgenommen. Um keine ruckartige
Bremsung auftreten zu lassen, ist der Zündstufe 1 eine Hochlaufstufe 2 vorgeschaltet,
die einen graduellen Anstieg der Bremsleistung gewährleistet.
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Für eine selbsttätige Einstellung des Bremsstromes bzw. einer entsprechenden
Vorgabe des Eingangssignals für die Zündstufe 1 über die Hochlaufstufe 2 sind gemäßder
Erfindung ein Stromerfassungsglied 8 zur Erfassung des arithmetischen Mittelwerts
des durch den Wechselstrom motor fließenden Bremsstromes in Form eines Shunts sowie
ein Spannungserfassungsglied 3 zur Erfassung der am Wechselstrommotor anliegenden
Bremsspannung vorgesehen. Das Spannungserfassungsglied 3 besteht, wie in Fig. 1
angedeutet, aus einem potentialtrennenden Spannungswandler, durch den die Bremsspannung
auf das Kathodenpotential des Thyristors 9 als Bezugsspannung gelegt wird. Um einer
einseitigen Magnetisierung des Wandlers abzuhelfen, ist ein Entmagnetisierungskreis
vorgesehen, der hier lediglich durch eine Entmagnetisierungsdiode angedeutet wird.
Ausgangsseitig ist das Spannungserfassungsglied 3 mit dem Eingang einer Formfaktorstufe
4 verbunden. An den anderen Eingang der Formfaktorstufe 4 ist ein invertierender
Verstärker 5 gelegt, der eingangsseitig mit der vom Stromerfassungsglied 8 geliefertendem
arithmetischen Mittelwert des durch den Wechselstrommotor fließenden Bremsst romes
entsprechenden
Größe beaufschlagt wird. Der Ausgang der Formfaktorstufe
4 ist mit dem Istwerteingang eines Reglers 6 verbunden, der die Hochlaufstufe 2
und damit die Zündstufe 1 mit dem dem gewünschten Bremsstrom entsprechenden Signal
versorgt.
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Die beschriebene Steuereinrichtung arbeitet wie folgt: Nach Schließen
des Schalters 12 wird die Zündstufe 1 zunächst von der Hochlaufstufe 2 langsam steigend
mit der der Schaltung zugrundeliegenden Sollwertvorgabe beaufschlagt. Die Bremsspannung
wird im Spannungserfassungsglied 3 erfaßt und - auf Kathodenpotential des Thyristors
9 bezogen - der Formfaktorstufe 4 zugeführt.
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Die Formfaktorstufe 4 ist als Multiplizierer ausgebildet, die das
vom Stromerfassungsglied 8 gelieferte, über den Verstärker 5 verstärkte Signal entsprechend
dem arithmetischen Mittelwert des durch den Wechselstrommotor fließenden Stromes
mit dem Formfaktor multipliziert.
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Der Formfaktor als das Verhältnis des Effektivwerts zum arithmetischen
Mittelwert des Stromes ist abhängig vom Steuerwinkel oC des phasenanschnittgesteuerten
T,hyriseors 9. Der Formfaktor liegt in der Regel zwischen 1,1 und 2 und kann z.
B. durch Messung in Abhängigkeit vom Steuerwinkel N bestimmt werden. Diese Abhängigkeit
ist in der Formfaktorstufe 4 vorgegeben.
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Das Ausgangssignal des Spannungserfassungsglieds 3 liefert eine Größe,
| die entsprechend der Beziehung U ff 1T 1 |
| = = arc cos UNenn U |
dem momentanen SteuerwinkelO&beim entsprechenden Bremsstrom entspricht, wobei
U Br den arithmetischen Mittelwert der Bremsspannung und UN enn die Nennspannung
bedeuten. Da die Formfaktorstufe 4 entsprechend der vom Spannungserfassungsglied
3 gelieferten, dem Steuerwinkel 0 entsprechenden Größe den Formfaktor auswählt und
diesen mit der vom Verstärker 5 gelieferten, dem arithmetischen Mittelwert des
Bremsstromes
entsprechenden Größe multipliziert, liegt am Ausgang der Formfaktorstufe 4 eine
Größe, die dem Istwert des Effektivwerts des Bremsstromes entspricht. Dieser Istwert
wird dem Regler 6 eingegeben, wobei der Sollwert über ein Potentiometer 14 kleiner
oder gleich dem Nennstrom der Bremsschaltung eingestellt werden kann. Das Ausgangssignal
des Reglers 6 ist die gewünschte, sich selbst einstellende Größe, die die Zündstufe
1 über die Hochlaufstufe 2 für den Phasenanschnitt entsprechend dem notwendigen
Bremsstrom beaufschlagt.
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In Fig. 2 ist eine abgewandelte Schaltung nach der Fig. 1 dargestellt.
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Infolge der anderen Polung des Thyristors 9 und der Freilaufdiode
10 ist es möglich, den mit seinem einen Anschluß ohnehin an die Kathode des Thyristors
9 gelegten Shunt des Stromerfassungsglieds 8 mit seinem anderen Anschluß über den
Schalter 12 direkt an die Wicklung 11 des Wechselstrommotors zu legen. Das hat den
Vorteil, daß das Spannungserfassungsglied 3 lediglich als Spannungsteiler, jedoch
ohne Potentialtrennung aufgebaut werden kann. Da anders als bei der Schaltung nach
Fig. 1 der gesamte Bremsstrom, also auch der über die Diode 10 fliessende Anteil
,durch den Shunt fließt, liegt hier eine genaue Erfassung des arithmetischen Mittelwerts
des Bremsstromes vor. In der Schaltung nach Fig. 1 muß dagegen beim Shunt-Signal
ein prozentualer Zuschlag für den Diodenanteil des Bremsstromes erfolgen, der jedoch
aus Erfahrung recht genau gewählt werden kann. Der Nachteil der Schaltung nach Fig.
2 liegt darin, daß die Stromversorgung, insbesondere für den Verstärker 5, aufwendiger
ist.
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In der Fig. 2 ist das Potentiometer 14 zur Verringerung des Nennstrom-Sollwerts
nicht gezeigt. Es kann jedoch jederzeit beim Regler 6 eingesetzt werden.
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