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Verfahren zur Erzielung eines synchronen Anlaufes mehrerer Antriebsmotoren von Geräten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum synchronen Anlauf mehrerer Antriebsmotoren von Geräten, insbesondere Filmlaufwerken, mit Hilfe einer läufergespeisten Kommutatormaschine als Drehstromfrequenzumformer.
Es ist aus der schweizerischen Patentschrift Nr.237862 bekannt, Synchronmotoren dadurch anzulassen, dass sie sekundärseitig an eine leerlaufende Schleifringläufermaschine angeschlossen werden, welche allmählich bis zum Stillstand abgebremst wird und dabei eine zum Anlassen geeignete Wechselspannung, deren Frequenz entsprechend der Abbremsung bis zur Netzfrequenz ansteigt, liefert. Es treten jedoch besonders bei grossen Maschinen Schwierigkeiten auf, den Synchronmotor beim Anlaufen in Tritt zu bringen. Beim synchronen Anlauf von mehreren Motoren besteht zusätzlich die Schwierigkeit, zu erreichen, dass die Motoren sich nicht gegeneinander verdrehen.
Für den synchronen Antrieb mehrerer Antriebsmotoren ist daher gewöhnlich ein erheblicher Aufwand erforderlich. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art werden sogenannte Gleichhaltemotoren verwendet, um zum Beispiel mehrere Filmlaufwerke, wie Projektoren und Bandspieler, vom Stillstand ausgehend, synchron laufen zu lassen Auch die Verwendung eines Frequenzumformers, der als Einanker- Umformer mit einem besonderen Antriebsmotor ausgebildet ist, bedingt in vielen Fällen, z. B. bei der Vorführung in einem Kinotheater, einen zu hohen Aufwand.
Mit der Erfindung wird erreicht, eine nur geringen Aufwand erfordernde wirtschaftliche Einrichtung zu erstellen, die für den synchronen Antrieb insbesondere von Filmlaufwerken während des Anlaufens geeignet ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch, dass nach erfolgtem drehstromseitigem selbsttätigem Leeranlauf des Umformers die Motoren an die offene, an drei Kollektorbürsten angeschlossene Ständerwicklung angeschlossen werden und ihr Hochlaufen durch anschliessendes Abbremsen des Umformers bis zum Stillstand erfolgt. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung hat der Umformer eine offene Ständerwick- lung und zwei getrennte Läuferwicklungen.
Derartige Maschinen sind als sogenannte kompensierte Fre- quenzwandler in dem Buch Richter Elektrische Maschinen , 5. Band, 1950, Seiten 514-5l5, beschrieben. Eine der beiden Läuferwicklungen wird als Drehstromwicklung über drei Schleifringe vom Ortsnetz gespeist, während die andere Läuferwicklung mit einem Kommutator verbunden ist, auf dem drei Bürsten schleifen.
Zur Abbremsung des Umformers eignet sich ein besonderer Bremsmotor, z. B. ein Drehstrom-Schleif- rinbLäufer. Aber auch die Verwendung von elektromagnetisch wirkenden Bremsen ist möglich, wobei sowohl eine Ruhestrombremse als auch eine Arbeits- strombremse geeignet sein kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, und zwar zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zum synchronen Antrieb von Geräten, Fig. 2 die Schaltung einer Ruhestrombremse, Fig. 3 die Schaltung einer Arbeitsstrombremse, Fig. 4 ein Bremsdiagramm.
Im Prinzipschaltbild der Fig. 1 gelangt beim Anlassen des Frequenzumformers 5, der als läufergespeiste Drehstromkommutatormaschine ausgebildet ist, vom Ortsnetz 1 über den Schalter 2 und die Anlasswiderstände 3 die Netzspannung an die Schleifringe 4. Die Ständerwicklung 6 des Umformers 5 ist über die Zuleitungen 7 mit den Bürsten 8 des Kommutators 9 verbunden. Die Ständerwicklungen sind über die Ver-
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bindungen 12 und den Schalter 13 mit den Widerständen 14 verbunden, die zum selbständigen Anlauf des Umformers eingeschaltet werden.
Der Umformer 5 läuft bei eingeschalteten Belastungswiderständen 14 als Drehstromnebenschlusskommutator hoch und kann durch geeignete Bürstenverstellung genau auf die synchrone Drehzahl gebracht werden. Durch die Widerstände fliesst in letzterem 1¯alle Gleichstrom. Damit die Synchronisierung belastungsunabhängig erfolgt, sind zwischen einer Bürste 8 des Kommuta- tors 9 und einer der Ständerwicklungen 6 ein regelbarer Widerstand 10 und eine Drossel 11 in Reihe angeordnet, so dass beim synchronen Lauf des Umformers über die Ständerwicklung ein Gleichstrom fliesst. Diese Gleichspannung wird direkt dem Kom- mutator 9 des Umformers 5 entnommen.
Die Reihenschaltung aus Drossel und Widerstand wird deshalb zweckmässig Anwendung finden, damit bei Stillstand des Umformers das Fliessen von unzulässig hohem Wechselstrom verhindert wird, während der Widerstand es gestatten soll, die Gleichstromeinspeisung zu regeln.
Über den Schalter 15 kann das Umformernetz 16 an den Umformer 5 geschaltet werden, sobald dieser seine synchrone Drehzahl erreicht hat. Hierbei wird jedoch zunächst nur eine Gleichspannung an das Umformernetz 16 abgegeben. Beim Abbremsen des Umformers 5 wird das Umformernetz 16 mit einer Wechselspannung gespeist, deren Frequenz umgekehrt zur Umformerdrehzahl verläuft und bei Stillstand des Umformers 5 zum Beispiel 50 Hz beträgt.
Der Umformer 5 ist durch die Kupplung 17 mit dem Bremsmotor 18 mechanisch verbunden. Die Ständerwicklung 19 des Bremsmotors 18 ist über die Leitungen 20 und die Widerstände 21 sowie den Schalter 22 an das Ortsnetz 1 anschaltbar. Über die Leitungsverbindung 23 und den Schalter 24 sowie den Transformator 25 gelangt eine Wechselspannung an die Gleichrichterschaltungen 26 und 27. Die der Graetz-Gleichrichterschaltung 27 entnommene Gleichspannung kann über den Schalter 30 in zwei Ständerwicklungen zum Abbremsen eingespeist werden. An den Schleifringen 29 liegen Widerstände 31, die beim Bremsen als Belastungswiderstände dienen.
Die der Gleichrichterschaltung 26 entnommene Gleichspannung kann zur Verstärkung der Bremswirkung über den Schalter 28 an die Schleifringe 29 des Bremsmotors 18 gelegt werden. Der als Bremsmotor ausgebildete selbständige Drehstrommotor muss so ausgelegt sein, dass er dem maximal auftretenden Drehmoment des Umformers 5 entgegenwirken kann.
Über die Schalter 32, 33, 34 kann das Umfor- mernetz 16 mit dem Ortsnetz 1 verbunden werden. Der Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung zum synchronen Antrieb von Geräten geht folgendermassen vor sich: Das Anlassen des Frequenzumfor- mers 5 erfolgt im Leerlauf bis zum Synchronismus.
Hierbei wird die Ständerwicklung 6 über den Schalter 13 mit den Belastungswiderständen 14 verbunden (Anlauf als Drehstrom-Nebenschluss-Kommuta- tor-Motor). Die Widerstände 14 können auch durch eine Kurzschlussbrücke ersetzt werden (Anlauf als Drehstrommotor). Sobald der Umformer 5 die synchrone Drehzahl erreicht hat, wird der Schalter 13 geöffnet. Über den Widerstand 10 und die Drossel 11 fliesst dann ein Gleichstrom. Die im Gleichlauf zu haltenden Motoren, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, liegen nach Art der sog. elektrischen Welle parallel an dem zunächst noch spannungslosen Frequenzumformernetz 16.
Sobald dieses durch Schliessen des Schalters 15 an den laufenden Umformer 5 angeschlossen wird, fliesst ein Gleichstrom durch die angeschlossenen Synchronmotoren und hält sie in einer beliebigen Lage fest. Dieser Gleichstrom hält gleichzeitig den Umformer 5 in seinem synchronen Lauf.
Um nun den synchronen Hochlauf der an das Umformernetz 16 angeschlossenen Motoren zu bewirken, wird der Umformer 5 mittels einer elektromagnetischen Bremse (wie in Fig. 2 und 3 dargestellt) oder aber durch einen selbständigen Bremsmotor 18 (wie in Fig. 1 dargestellt) bis zum Stillstand abgebremst. Hierzu erhält der in Fig. 1 dargestellte Bremsmotor 18 aus dem Gleichrichter 27 über den Schalter 30 eine Gleichstromeinspeisung. Die Schleifringe 29 des Motors 18 sind dabei mit den Belastungswiderständen 31 verbunden. Zusätzlich kann über den Schalter 28 zur Verstärkung der Bremswirkung eine Gleichspannung aus dem Gleichrichter 26 an die Schleifringe 29 gelegt werden.
Ist der Umformer 5 bis zum Stillstand abgebremst, so fliesst in dem Umformernetz 16 ein Strom mit der gleichen Frequenz wie im Ortsnetz 1. Es ist daher zweckmässig, in diesem Fall durch Schliessen des Schalters 32 das Umformernetz 16 mit dem Ortsnetz zu verbinden und Umformer und Bremsmotor durch Öffnen der Schalter 2, 15 und 22 spannungslos zu machen.
Gemäss Fig. 2 ist der Umformer 5 statt mit dem obenerwähnten Bremsmotor durch die Kupplung 36 mit der Ruhestrombremse 37 verbunden. Der Gleichrichter 38 erhält über den Schalter 39 und den Transformator 40 aus dem Netz eine Wechselspannung, die nach Gleichrichtung zur Erregung der Magnetspule 41 der Ruhestrombremse 37 dient. Ferner wird aus einer Ständerwicklung des Umformers 3 über den Transformator 42 eine Wechselspannung entnommen, die nach Gleichrichtung im Gleichrichter 43 ebenfalls in die Erregerwicklung 41 gelangt, um der ersten Gleichspannung entgegenzuwirken. Diese Spannung ist bei voller Drehzahl des Umformers 5 etwa gleich null und steigt mit sinkender Drehzahl an, wobei sie ein Nachlassen der Bremswirkung und damit ein sanftes Anhalten bewirkt.
In den Zuführungen zur Erregerwicklung 41 liegen noch Widerstände 44 und 45. Während des Stromdurchganges ist die Ruhestrombremse gelüftet. Die Bremswirkung erfolgt mechanisch über die Feder 46 bei Stromlosigkeit, also wenn der Schalter 39 geöffnet ist. Dabei muss die Feder für das maximal auftretende Drehmoment des Umformers bemessen sein.
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In Fig. 3 ist der Umformer 5 über die Kupplung 36 mit der Arbeitsstrombremse 47 verbunden. Bei der Arbeitsstrombremse ist die Bremskraft durch die magnetische Zugkraft bedingt, so dass es möglich ist, die Bremswirkung durch Stromveränderungen zu beeinflussen.
Die Erregerwicklung 48 liegt an den beiden Gleichrichtern 38 und 43 sowie mit einer Mittelanzapfung 49 zwischen den beiden Widerständen 44 und 45, die anderseits mit den Gleichrichtern 38 und 43 verbunden sind. Der Gleichrichter 38 erhält vom Netz über den Schalter 39 und den Übertrager 40 eine Wechselspannung, während der Gleichrichter 43 über den Kontakt 50 und den Übertrager 42 eine Wechselspannung aus der Ständerwicklung des Umformers 5 erhält. Dabei dient der Kontakt 50 dazu, das Stillsetzen des Umformers in einer ganz bestimmten Stellung zu ermöglichen. Dieser Kontakt wird durch einen Nocken auf der Umformerwelle bei deren Drehung jeweils kurzzeitig geöffnet.
Dies hat zur Wirkung, dass beim Auslaufen des Umformers, sobald der Kontakt geöffnet wird, die Gegenstrombremse sehr stark bremst, da ja die Kompensationswirkung der von dem Gleichrichter 43 gespeisten Wicklungshälfte fortfällt. Befindet sich der Umformer 5 in raschem Lauf, so ist die den Gleichrichter 43 speisende Spannung gering. Die Bremse wirkt unter der von dem Gleichrichter 38 gelieferten Spannung sehr stark. Bei Absinken der Drehzahl steigt die vom Gleichrichter 43 gelieferte Spannung an, wodurch ein Strom erzeugt wird, der dem Strom aus dem Gleichrichter 38 entgegenwirkt und die Bremswirkung verringert. Ist der Umformer fast zur Ruhe gekommen, so bleibt der Kontakt 50 in einer bestimmten Stellung verhältnismässig lange geöffnet, und die voll zur Wirkung kommende Bremse 36 hält den Umformer 5 in dieser Stellung fest.
Die Bremse ist während des Stromdurchganges durch die Erregerwicklung 48 in Betrieb. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, sind die beiden Teile der Wicklung 48 gegeneinandergeschaltet. Die Bremswirkung wird bei abnehmender Drehzahl ebenfalls abnehmen, da die vom Umformer 5 über den Gleichrichter 43 bewirkte Erregung der Erregung aus dem Netz über den Gleichrichter 38 entgegenwirkt.
In Fig. 4 ist der Frequenzanstieg in Hertz über der Abbremszeit aufgetragen. Es geht daraus hervor, dass der Kurvenzug 51, der die konstante Bremsung andeutet, sehr viel rascher ansteigt und damit eine härtere Bremsung ergibt als der Kurvenzug 52, der infolge der Gegenstromeinspeisung aus einer Ständer- wicklung des Umformers 5, wie sie mit Hilfe der Gleichrichter 43 (nach Fig. 2 und 3) erfolgt, eine viel flachere Anstiegstendenz zeigt und damit eine weiche Bremsung ergibt. Die Gegenstromeinspeisung ist deshalb einer konstanten Bremsung überlegen.