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Einrichtung zur Anlauf- und Drehzahlregelung eines in Leonard-Steuerung
betriebenen Gleichstrommotors Die Erfindung betrifft eine Anlaß- und Regelvorrichtung
eines in Leonard-Schaltung betriebenen Gleichstrommotors und bezweckt, den Motor
für Betriebsverhältnisse geeignet zu machen, die bei außergewöhnlich weiter Regelung
der Drehzahl .des Arbeitsmotors ein äußerst exaktes Steuern verlangen. Im besonderen
soll der Arbeitsmotor bei jedem vorkommenden Drehmoment auf der ersten Steuerstufe
sicher, aber stoßfrei anspringen und hernach mit langsamster Gangart gleichmäßig
durchziehen. Da das zur Beschleunigung der Massen aus der Ruhelage erforderliche
Anlaufdrehmoment größer ist als das Drehmoment der Beharrungsleistung, so muß dem
Motor auf der ersten Steuerstufe zunächst eine höhere Spannung zugeführt werden,
die sodann nach dem Anlaufen auf das für die langsamste Gangart des Motors erforderliche
Maß wieder herabgemindert werden muß, da sonst der Motor auf der ersten Steuerstufe
zu rasch laufen würde. Die erste Steuerstufe kann daher nicht ohne weiteres sowohl
dem Anlauf als auch der langsamsten Gangart dienen. Vielmehr müßte der Steuerschalter
je nach der Größe des Anlaufdrehmomentes und der Feinheit der Abstufung des Reglers
so weit über die erste Stufe hinaus verstellt werden, bis der Motor anspringt, und
dann wieder auf die erste Stufe zurückverstellt werden.
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Die Erfindung bezweckt, die für den Anlauf des Motors erforderliche
Übererregung des Leonard-Generators während der Beschleunigungsperiode und in Abhängigkeit
von dieser selbsttätig so zu regeln, daß der Arbeitsmotor unter allen Umständen
auf der ersten Steuerstufe sicher, aber stoßfrei anläuft, nach Beendigung der Beschleunigungsperiode
die der ersten Steuerstufe entsprechende langsamste Gangart .annimmt und diese weiterhin
auch bei wechselnder Belastung auf der ersten Steuerstufe beibehält. Dies wird dadurch
erreicht, daß von der Welle des Arbeitsmotors zwei Zusatzgeneratoren angetrieben
werden, von denen der eine Zusatzgenerator, vorn Ankerstrom des Arbeitsmotors erregt,
seinerseits eine Erregerwicklung des zweiten Zusatzgenerators speist, welche einer
an die konstante Netzspannung angeschlossenen Erregung entgegenarbeitet, während
der Anker des zweiten Generators der Fremderregung des Leonard-Generators entgegengeschaltet
ist.
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Es sei noch erwähnt, daß man zur Konstanthaltung der Leistung eines
Stromerzeugers schon die Klemmenspannung einer ein Maß für die abgegebene Leistung
bildenden
Dynamo der konstanten Fremderregung des Stromerzeugers
entgegengescbaltet hat. Diese Einrichtung vermag jedoch nur in einer einzigen Drehrichtung
auf die Leistung des Stromerzeugers richtig regelnd zu wirken, während dies die
Einrichtung nach der Erfindung für beide Drehrichtungen tut.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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G ist der Leönard-Generator, der auf seinem Magnetgestell nur die
Nebenschlußwicklung g1 trägt (Hauptschluß,wicklungen sind mit Rücksicht auf stoßfreien
Gang vermieden). R ist der Regler für die Fremderregung der Nebenschlußwicklung
g1 mit den Steuerstufen 0 - Aus, l - erste Steuerstufe für langsamste Gangart usw.
bis za - letzte Steuerstufe für volle Drehzahl. A ist der Arbeitsmotor, ein gewöhnlicher
Nebenschlußmotor. mit der Fremderregung dl. Von der Welle a., des Antriebsmotors
A werden die beiden Generatoren E und D entweder unmittelbar, wie gezeichnet,
oder über Rädervorgelege angetrieben.
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Der Generator E dient zur Erregung des Dämpfungsgenerators D. E besitzt
als Magnetwicklung eine aus wenigen starken Windungen bestehende Erregerwicklung
e1, durch die der Ankerstrom des Arbeitsmotors A fließt. Die Spannung des Erregergenerators
E ändert sich mithin nach Maßgabe des vom ArbeitsmotorA aufgenommenen Stromes bzw.
seines abgegebenen Drehmomentes. Der Dämpfungsgenerator D besitzt auf den Magnetschenkeln
eine Fremderregung dl, die an die konstante Netzspannung angeschlossen ist. Außer
dieser ist er noch mit einer der Wicklung dl entgegenwirkenden Fremderregung d.
versehen, die von dem Erregergenerator E nach Maßgabe der Stromaufnahme des Arbeitsmotors
A veränderlich gespeist wird.
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Der Dämpfungsgenerator D gibt eine Ankerspannung ab, die sich aus
der Differenz der beiden Erregerwicklungendl, d" und der Drehzahl des Arbeitsmotors
A ermittelt. Der Anker des Dämpfungsgenerators D liegt im Stromkreis der Fremderregung
g1 des Leonard-Generators G und ist, wie die Pfeile bei i andeuten, gegen die Netzspannung
-j- -geschaltet. An der Erregerwicklung g1 herrscht demnach eine Spannung, die gleich
der Differenz des am Regler R eingestellten vetzspannungswertes und der vom Dämpfungsgenerator
D erzeugten Spannung ist. Daraus ergibt sich, daß im Augenblick des Einschaltens
der ersten Steuerstufe am Regler R, die Erregerwicklung g1 des Leonard-Generators
G eine höhere Spannung erhält als nach erfolgtem Anlauf des Arbeitsmotors A. iLÜthin
hat auch der Arbeitsmotor beim Anlauf eine höhere Klemmenspannung erhalten. die
mit der abnehmenden Beschleunigung bzw. zunehmenden Drehzahl der Motorwelle dz abfällt.
Es ist im Moment des Einschaltens die Drehzahl der Welle a2 - 0, mithin die Gegenspannung
des Dämpfungsgenerators D = 0. demnach die Erregerspannung an g1 - Netzspannung
-Gegenspannung =Netzspannung. Beim Anlauf steigt nun die Gegenspannung allmählich
mit der Beschleunigung, und zwar langsamer oder rascher, j.enach demauftretenden
Drehmoment an und drückt den Netzspannungswert auf das für die langsamste Gangart
des Arbeitsmotors A erforderliche Maß zurück.
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Die elektrischen Verhältnisse sind nun so gewählt, daß auf der ersten
Steuerstufe l des Reglers R die Spannung zur Erregung des Leonard-Generators G für
das maximale auftretende Drehmoment des Arbeitsmotors A zum Anlauf sicher ausreicht,
nachdem Anlauf aber die Gegenspannung des Dämpfungsgenerators D so hoch angestiegen
ist, daß die Ankerspannung des Leonard-Generators G auf den für die langsamste Gangart
des Arbeitsmotors A erforderlichen Wert gesunken ist, die sich aus Stromstärke und
Widerstand des Ankers vom Arbeitsmotor A bestimmt. Schwankt nun die Belastung des
Arbeitsmotors, mithin die Stromstärke in der Wicklung e1, so schwankt in weiterer
Auswirkung auch entsprechend der Differenzwert der Erregerspannung an der Leonard-Generatorwicklung
gl, und zwar so, daß bei zunehmender Belastung des Arbeitsmotors A seine Klemmenspannung
steigt, bei abnehmender dagegen fällt, also seine Drehzahl praktisch konstant gehalten
wird. Die Regelungsvox gänge, sowohl beim Anlauf als auch während des Betriebes
vollziehen sich gedämpft, da, mit Ausnahme am Generator E, nur Erregerwicklungen
von hoher Windungszahl (Nebenschlußerregungen), also Wicklungen, die mit mehr oder
weniger hoher Selbstinduktion behaftet sind und demgemäß entsprechend hohe Zeitkonstanten
besitzen, angeordnet sind. Die einzige Hauptstromwicklung e1 kann einen im Antriebsmechanismus
merkbaren Stoß nicht hervorrufen, da sie auf einem sehr geringen Eisenquerschnitt
liegt (die Maschine E hat eine Leistung von etwa ioo Watt, gegen etwa 30
000 Watt der Maschine G) und der etwaige geringe Stromstoß auf langem Weg
durch die dahinterliegenden Wicklungen hoher Windungszahlen d2 und g1 sowie die
Ankerwicklung der Maschinen E, D und G abgedämpft wird.
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Dagegen würde eine Hauptschlußwicklung (Kompoundwicklung) auf dem
Leonard-Generator G an Stelle der Einrichtung nach der Erfindung eine sehr heftige
Stoßwirkung im
Gang des Arbeitsmotors A hervorrufen, da diese Wicklung
infolge ihrer geringen Windungszahl fast selbstinduktionslos ist, also eine kaum
meßbare Zeitkonstante besitzt, sich ferner ohne Umweg auf den großen Eisenquerschnitt
der Hauptmaschine (Stromquelle), also direkt auf die Ankerspannung des Arbeitsmotors
A, auswirkt. Ein Maß für den Stoß gibt ohne weiteres das Verhältnis der Zeitkonstanten
der Haupt- und Nebenschlußwicklung. Der Stromanstieg würde sich in der Nebenschlußwicklung
etwa in
in der Hauptschlußwicklung in Nebenschlußwicklung zu 4ooo, die Haupt-
Zeiteinheiten vollziehen, wenn die schlußwicklung zu 30 Windungen angenommen
werden.
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Da mit zunehmender Drehzahl der Welle a2 auch die Gegenerregungsspannung
des Dämpfungsgenerators D zunimmt, müssen die Verhältnisse so gewählt werden, daß
die Netzerregungsspannung durch den Regler R ungleich stärker zunimmt als die Gegenspannung,
damit eine positive Erregerspannung als Differenz bleibt, etwa so, daß, wie beim
gezeichneten Ausführungsbeispiel angenommen, bei einer Netzspannung von 220 Volt
und bei voll eingeschaltetem Regler R die Gegenspannung von D - r r o Volt beträgt
und demnach eine positive Erregerspannung von r ro Volt verbleibt, bei der der Leonard-Generator
G seine volle Ankerspannung erzeugt und folglich der Arbeitsmotor A seine volle
Drehzahl besitzt.
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An Stelle des Reglers R und des Netzes + - als Stromquelle
für die Erregung g1 des Leonard-Generators G könnte auch ein besonderer Erregergenerator,
dessen Spannung in irgendeiner Art geregelt wird, treten.