DE4410959C2

DE4410959C2 - Verfahren zum Anlassen eines Schleifringläufermotors

Info

Publication number: DE4410959C2
Application number: DE19944410959
Authority: DE
Inventors: Arnold Axmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: DE4410959A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anlassen eines Schleifringläufermotors, insbesondere eines Fahrantriebs bei einem Kran, wobei ein Anlaßwiderstand im Läuferkreis mit steigender Motordrehzahl stufenweise zurück geschaltet wird.

Aus dem Buch "Elektrische Maschinen" von Rolf Fischer, Han ser-Verlag, 8. Auflage, 1992, Seiten 230 ff, ist es bekannt, zum Anlassen eines Schleifringläufermotors einen Anlaßwider stand im Läuferkreis mit steigender Motordrehzahl stufenweise zurückzuschalten. In demselben Buch sind ferner elektronische Anlasser erwähnt, bei denen es sich um Drehstromsteller handelt, welche die Ständerspannung des Motors von einem Anfangswert innerhalb einer einstellbaren Rampenzeit auf den Nennwert hochfahren. Beim Anlassen des Schleif ringläufermotors durch stufenweises Zurückschalten des An laßwiderstandes im Läuferkreis ergibt sich bei konstantem Gegenmoment eine entsprechend der Stufen höhere Drehzahl. Jedes Rückschalten des Anlaßwiderstandes hat jedoch zunächst zwangsläufig ein höheres Moment zur Folge, das sich ungünstig als Stoßmoment auf den Antrieb auswirkt und unkontrollierte Beschleunigungen verursacht. Dieses Stoßmoment ist insbesondere bei einem Fahrantrieb, beispielsweise eines Kranes störend, wenn der Antrieb im Hinblick auf den größtmöglichen Belastungsfall, z. B. beim Anfahren in Richtung Gegenwind, überdimensioniert ist. Durch die von den Stoßmomenten her vorgerufenen Stoßbelastungen werden insbesondere Lager, Kupplungen und Getriebe einem erhöhten Verschleiß unterwor fen; nicht zuletzt wirken sich die Momentenstöße auch ungün stig auf den Kranführer aus, der ständig mitbeschleunigt wird. Aus der DD 273 537 A1 ist weiterhin ein Fahr- und Hubwerksantrieb für Krane mit einem Asynchron-Schleifring läufermotor bekannt, bei dem im Läuferkreis stufig ange steuerte Widerstände und im Ständerkreis ein stetig ange steuerter, drehzahlregelnder Drehstromsteller vorgesehen sind. Dem Drehzahlregelkreis ist ein Stromregelkreis unter lagert. Beim Anfahrbetrieb unter Verwendung der gestuften Laufwiderstände kann aber der Stromregler erst dann reagie ren, wenn als Folge der Umschaltung der Strom ansteigt. So bald sich dieser Strom im Läuferkreis aufbaut, wird also ein störender Momentstoß auf den Antrieb erzeugt, worauf der Ständerstrom ansteigt, der erst dann vom Stromregler ausge regelt wird. Dies ist jedoch zu spät, um einen Ruck, insbeson dere bei Fahrwerken, zu vermeiden. Ähnliche Funktionen sind in der DD 276 374 A1 und in der JP 3-82381 A angegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ruck freies Anlassen eines Antriebs durch einen Schleifringläufer bei stufenweise erfolgendem Rückschalten des Anlaßwiderstan des im Läuferkreis zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art bei jeder Rück schaltung des Anlaßwiderstands zunächst die Ständerspannung so weit verringert wird, daß der unmittelbar vor dem Rück schalten erreichte Arbeitspunkt des Motors im wesentlichen erhalten bleibt, und daß anschließend die Ständerspannung mit einem vorgegebenen Zeitverhalten auf den ursprünglichen Wert erhöht wird. Dabei ist die Ständerspannung vorzugsweise durch einen Drehstromsteller mit Anschnittsteuerung ein stellbar, wobei die Anschnittsteuerung zur anfänglichen Ver ringerung und anschließenden Erhöhung der Ständerspannung direkt angesteuert wird. Zur Steuerung der Beschleunigung des Antriebs wird der Drehstromsteller mit der Anschnitt steuerung über einen Drehzahlregler mit einem nachgeordneten Stromregler angesteuert, wobei dem Drehzahlregler z. B. über einen Meisterschalter oder bei einer Automatisierung des Antriebs durch einen zentralen Prozessor ein Drehzahlsoll wert vorgegeben wird. Dabei wird durch die erfindungsgemäße Kombination aus einer Rückschaltung des Anlaßwiderstandes und einer Änderung der Ständerspannung jegliches ungewünsch te Ruckmoment vermieden und der Antrieb in einer Weise be schleunigt, wie dies über den Meisterschalter vorgegeben wird.

Bei Kranantrieben können Belastungsfälle auftreten, bei de nen die Vorgabe eines Moments über den Meisterschalter wün schenswert ist, beispielsweise bei Drehwerken, um einer pen delnden Last mit maximalem Moment entgegenzuwirken. Um dies zu ermöglichen, wird der Drehzahlregler wirkungsmäßig über brückt, so daß der Meisterschalter direkt auf den Stromreg ler wirkt und diesem einen Strom- bzw. Momentensollwert vor gibt.

In besonderen Fällen ist es notwendig, das von dem Motor ab zugebende Moment exakt zu regeln. Beispiele hierfür sind der Parallellauf von Maschinen, wenn ein absolut gleiches Moment vorgegeben werden muß, wie z. B. beim Greiferbetrieb, oder wenn ein Antrieb ein definiertes Moment nicht überschreiten soll, wie z. B. bei der Schlaffseilaufnahme bei Hubwerken. Im Rahmen der Erfindung wird eine exakte Momentenregelung dadurch erzielt, daß im Läuferkreis der Läuferstrom gemessen wird und einem weiteren Stromregler zugeführt wird, der aus gangsseitig einen Korrekturwert für den Drehzahlregler oder Stromregler erzeugt. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, daß der Läuferstrom ein exaktes Abbild des von dem Motor abgegebenen Moments ist. Zur Messung des Motorstroms wird vorzugsweise der Spannungsabfall an dem festen üblichen Schlupfwiderstand des Schleifringläufermotors an zwei Phasen abgegriffen. Dieser Wert wird modifiziert und, wenn erfor derlich, über einen Wirkstromregler als Korrekturwert an den Drehzahlregler oder Stromregler abgegeben.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Fi guren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Diagramm mit den Drehzahlkennlinien eines Schleifringläufermotors zur Erläuterung des erfin dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den erforderlichen Schal tungsmittels zum Ansteuern des Schleifringläufermo tors entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1 zeigt die Drehzahl-Drehmomentkennlinien n = f(M) eines Schleifringläufermotors für unterschiedliche Anlaßwider standswerte R im Läuferkreis und unterschiedliche Ständer spannungen U des Motors. Mit zunehmendem Anlaßwiderstand R bzw. abnehmender Ständerspannung U entstehen immer steilere Kurvenverläufe mit einer entsprechend höheren Lastabhängig keit der Drehzahl n. Um während des Hochlaufs des Motors ein genügend großes Beschleunigungsmoment zu erhalten, wird beim Anlassen des Motors der Anlaßwiderstand R mit steigender Drehzahl n stufenweise zurückgeschaltet. Bei dem herkömmli chen Anlaßverfahren, dessen Verlauf hier gestrichelt darge stellt ist und bei dem die Ständerspannung U unverändert bleibt, entsteht bei jedem Zurückschalten des Anlaßwider stands R ein Stoßmoment M_a-M_b, das zu unkontrollierten Be schleunigungen des Antriebs führt. Dieses Stoßmoment wirkt sich insbesondere bei Fahrantrieben für Krane ungünstig aus, wenn der Antrieb im Hinblick auf den Spitzenbelastungsfall, beispielsweise für das Anfahren in Richtung Gegenwind, über dimensioniert ist und dementsprechend das Moment M_a im Ver gleich zu M_b sehr groß gewählt ist.

Zur Verhinderung von Stoßmomenten beim Rückschalten des An laßwiderstands R wird daher bei jeder Rückschaltung zunächst die Ständerspannung U so weit verringert, daß der unmittel bar vor dem Rückschalten erreichte Arbeitspunkt, z. B. A, des Motors im wesentlichen erhalten bleibt. Anschließend wird die Ständerspannung U mit einem vorgegebenen Zeitver halten auf den ursprünglichen Wert erhöht. Beim Rückschalten des Anlaßwiderstands R erfolgt also bei dem betrachteten Fall ein Übergang von der Kennlinie K₁ auf die Kennlinie K₂. Gleichzeitig wird aber durch die Verringerung der Ständer spannung U die Kennlinie K₂ nach unten auf die Kennlinie K₁ geklappt, so daß der Arbeitspunkt A erhalten bleibt. An schließend wird die Ständerspannung U beispielsweise mit rampenförmigem Anstieg innerhalb einer vorgegebenen Zeit er höht, bis die Kennlinie K₂ wieder die in Fig. 1 gezeigte Lage einnimmt, wobei sich der Arbeitspunkt A entlang der ausgezo genen Linie bei unverändertem Moment M_b bewegt.

Fig. 2 zeigt einen Schleifringläufermotor 1, der ständersei tig über einen Drehstromsteller 2 aus einem Drehstromnetz gespeist wird. Der Drehstromsteller 2 wird in Anschnitt steuerung durch ein Steuergerät 3 mit einer nachgeordneten, die Drehrichtung des Motors 1 einstellenden Impulsweiche 4 gesteuert. Zur Steuerung der Drehzahl des Motors 1 wird über einen Meisterschalter 5 mit nachgeordnetem Hochlaufgeber 6 ein Drehzahlsollwert n* vorgegeben, der mit dem von einem an den Motor 1 gekoppelten Tachogenerator 7 gelieferten Dreh zahlistwert n verglichen wird. Die so erhaltene Drehzahlab weichung wird einem Drehzahlregler 8 zugeführt, der aus gangsseitig einen dem Sollmoment des Motors 1 entsprechenden Stromsollwert i* erzeugt. Dieser wird mit dem von einer Strommeßeinrichtung 9 erfaßten Istwert des Ständerstroms i verglichen; das so erhaltene Vergleichsergebnis wird einem Stromregler 10 zugeführt, der ausgangsseitig das Steuergerät 3 steuert.

Wie bereits erwähnt, gibt der Drehzahlregler 8 ausgangssei tig das notwendige Drehmoment des Motors 1 einschließlich der Momentenrichtung vor. Daher wird das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 8 dazu herangezogen, über eine Kommandostufe 11 die Impulsweiche 4 zur Steuerung der Drehrichtung des Mo tors 1 anzusteuern. Für den Fall, daß eine Momentensteuerung des Motors 1 über den Meisterschalter 5 gewünscht wird, wird der Drehzahlregler 8 über ein Überbrückungsglied 12 wirkungsmäßig überbrückt.

Zum Anlassen des Schleifringläufermotors 1 ist in dessen Läuferkreis ein dreiphasiger Anlaßwiderstand 13 angeordnet, dessen wirksamer Widerstandswert R über Läuferschütze 14 stufenweise verringert werden kann. Die Läuferschütze 14 werden drehzahlabhängig über eine Einrichtung 15 zur Läufer schützfortschaltung angesteuert. Gleichzeitig mit der Fort schaltung der Läuferschütze 14 wird auch ein Zeitfunktions glied 16 das Steuergerät 3 in der Weise angesteuert, daß die Ständerspannung des Motors 1 zunächst sprungartig verringert wird und anschließend über eine vorgegebene Zeitfunktion auf den ursprünglichen Wert zurückgeführt wird.

Um in besonderen Anwendungsfällen das von dem Motor 1 abzu gebende Moment exakt regeln zu können, wird der Läuferstrom als exaktes Abbild des abgegebenen Motormoments gemessen und einem weiteren Stromregler 17 zugeführt, der ausgangsseitig einen Korrekturwert n_z*, i_z* erzeugt, der dem Drehzahlregler 8 oder dem Stromregler 10 zugeführt wird. Zur Messung des Läuferstroms wird der Spannungsabfall an dem festen üblichen Schlupfwiderstand zweiphasig abgegriffen.

Claims

1. Verfahren zum Anlassen eines Schleifringläufermotors (1), insbesondere ei nes Fahrantriebs bei einem Kran, durch einen Schleif ringläufermotor (1), wobei ein Anlaßwiderstand (13, R) im Läuferkreis mit steigender Motordrehzahl (n) stufenweise zurückgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem Rückschalten des Anlaßwiderstands (13, R) zunächst die Ständerspannung (U) so weit verringert wird, daß der unmittelbar vor dem Rückschalten erreichte Arbeits punkt (A) des Motors (1) im wesentlichen erhalten bleibt,
und daß anschließend die Ständerspannung (U) mit einem vor gegebenen Zeitverhalten auf den ursprünglichen Wert erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständerspannung (U) durch einen Drehstromsteller (2) mit Anschnittsteuerung (3) einstellbar ist und daß die Anschnittsteuerung (3) zur anfänglichen Verringerung und anschließenden Erhöhung der Ständerspannung (U) direkt an gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstromsteller (2) mit der Anschnittsteuerung (3) über einen Drehzahlregler (8) mit einem nachgeordneten Stromregler (10) angesteuert wird, wobei dem Drehzahlregler (8), z. B. über einen Meisterschalter (5), ein Drehzahl sollwert (n*) vorgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe eines Moments über den Meisterschalter (5) der Drehzahlregler (8) wirkungsmäßig überbrückt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Läuferkreis der Läuferstrom gemessen wird und einem weiteren Stromregler (17) zugeführt wird, der ausgangssei tig einen Korrekturwert (n_z*, i_z*) für den Drehzahlregler (8) oder Stromregler (10) erzeugt.