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Anordnung zur übertragung der Bewegung einer Geberwelle auf doppelt
gespeiste Wechselstrommotoren mittels Periodenumformer Der Gegenstand der Erfindung
betrifft Motorrelaisanordnungen mit doppelt gespeisten Drehfeldmotoren, die vollkommen
.synchron von einer leicht beweglichen Geberwelle gesteuert werden. Dabei wird den
Ständer-bzw. Läuferwicklungen dieser Motoren eine Mehrphasenspannung aus einem Netz
mit fester Frequenz zugeführt, während an die Läufer- bzw. Ständerwicklungen eine
Mehrphasenspannung gelegt ist, die in einem am gleichen. Netz liegenden ruhenden
Periodenumformer mit kollektorartigem Teil hervorgebracht wird und deren Phase und
Frequenz durch Stellung und Drehung des beweglichen Bürstenteiles des Umformers
bestimmt ist, der mit der Geberwelle gekuppelt ist. Letztere kann hinsichtlich des
Drehsinnes beliebige und hinsichtlich der Drehzahl in weiten Grenzen veränderliche
Drehung ausführen. Die Wirkungsweise dieser Anordnungen ist bekannt. Der Betrieb
mit diesen hat Mängel insofern ergeben, als das von den gesteuerten Motoren hervorgebrachte
Drehmoment über den gesamten Steuerungsbereich nicht den günstigsten Wert behält.
Dies ergibt sich aus folgender Betrachtung: Liegt beispielsweise am Ständer eines
doppelt gespeisten Drehfeldmotors eine symmetrische Mehrphasenwechselspannüng vom
Betrage Ei und konstanter Periodenzahl f1, so wird, wenn p Polpaare vorhanden sind
und das Übersetzungsverhältnis Läufer : Ständer ü beträgt, bei einer Drehzahl n
des Läufers in der offenen Wicklung des Läufers eine Mehrphasenwechselspannung der
Periodenzahl
und der Größe
induziert. Erzeugt man, von dem den Ständer speisenden Netz ausgehend, durch eine
vom genannten Motor unabhängige Frequenz- und Spannungstransformation ein zweites
Netz mit der Frequenz f2 sowie der Spannung E'2 - E2, das zur gesonderten Speisung
des Läufers herangezogen wird, so erhält bekanntlich der beschriebene Drehfeldmotor
den Charakter einer synchronen Maschine. Seine Drehzahl liegt durch die Beziehung
fest. Er ist übererregt für E'2 größer als E2 und untererregt für E'21cIeiner als
E2. Sein höchstes synchronisierendes Drehmoment, das er gegebenenfalls
aufzubringen
imstande ist, wird am größten, wenn
gewählt wird.
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Ändert man das Frequenzübersetzungsverhältnis f2 : f1, so verändert
sich dementsprechend die Drehzahl n. Diese Tatsache ist an sich bekannt. Will man
jedoch bei beträchtlicher Veränderung von f21f, das größtmögliche Außertrittdrehmoment
beibehalten, so muß gleichzeitig mit dem Frequenzübersetzungsverhältnis f2lfi das
Spannungsübersetzungsverhältnis E'2lE1 verschoben werden.
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Der Erfindungsgedanke befaßt sich nun damit, das größtmöglicheAußertrittdrehmoment
zu gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, daß die dem Läufer oder Ständer zugeführte
Spannung durch zwischengeschaltete Regeltransformatoren in Abhängigkeit von dem
genannten Frequenzübersetzungsverhältnis geändert wird. Anordnungen für eine Spannungsregelung
an den gesteuerten Motoren von Motorrelaissystemen sind bereits bekannt geworden.
Diese Systeme sind jedoch anderer Art und haben sowohl zur Erzeugung des steuernden
Wechselstromes für die Nachlaufmotoren als auch für die Spannungsregelung eine Gleichspannungsquelle
zur Voraussetzung. Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um Anordnungen,
die von Gleichstrom unabhängig sind. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Spannungsregelung auf folgende Weise erreicht: In der Zeichnung ist mit
F ein Periodenumformer bezeichnet, dessen eine geschlossene Wicklung mit Anzapfungen
und einer kollektorartigen Kontakteinrichtung q versehen ist. Der Umformer ähnelt
so in seinem Aufbau einem Mehrphasenkollektormotor mit feststehendem Läufer und
kleinem oder verschwindendem Luftspalt, bei dem die Bürsten umlaufen können. Wenn
diesen Bürsten a, b, c Wechselstrom aus dem gleichen Netz N wie für die Motoren
Mt, M2 zugeführt wird, so wirkt, solange die Bürsten stillstehen, F als einfacher
Transformator, sobald die Bürsten gedreht werden, als Frequenztransformator. Die
Läufer y1, r2 der Motoren 1111, 1V12 erhalten bei Stillstand der Bürsten a,
b, c
Wechselstrom der Frequenz fi. Wenn die Bürsten im Sinne der Drehfeldumlaufrichtung
gedreht werden, nimmt die Frequenz ab; wenn sie im entgegengesetzten Sinne gedreht
werden, nimmt die Frequenz zu. Es gilt f2 = f1 - n* p*16o, wenn p*
die Polpaarzahl von F und n* die Drehzahl der Bürsten bedeuten. Entsprechend dem
oben Gesagten ändert sich damit bekanntlich für die Motoren l111 und M2 die Drehrichtung
und Drehzahl entsprechend der Drehrichtung und Drehzahl der Bürsten, und zwar vollkommen
synchron mit deren Drehung, wobei der Synchronismus bei Drehfeldmotoren so weit
geht, daß sogar die Verstellung der Bürsten a, b, c um
einen bestimmten Winkel
eine Verstellung der Läufer der Motoren M1 und N12 um einen entsprechenden Winkel
zur Folge hat. Unter Zuhilfenahme von früheren Ergebnissen erhält man
und für das günstigste Spannungsverhältnis
Man sieht, daß sowohl die Drehzahl n der Motoren 1111 und 1112 als auch das günstigste
Spannungsübersetzungsverhältnis eindeutig durch die Drehzahl n* der Bürsten gegeben
sind.
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Die Änderung der Spannung wird nun erreicht mittels eines Stufentransformators
St mit Kontakteinrichtung K, deren Kontaktabnehmer t entsprechend der- Stellung
des Tachometers T, das einen Kontaktarm p über eine Kontaktreihe bewegt,
in an sich bekannter Weise durch einen kleinen aus einer in der Abbildung nicht
bezeichneten Hilfsstromquelle gespeisten Hilfsmotor H verschoben werden, der durch
Relais R1 und R2 gesteuert wird. Das Tachometer T muß so eingerichtet sein, _ daß
der Kontaktarm p bei Stillstand in der Mitte der Kontaktreihe steht und bei Drehung
in einem Sinne nach der einen Seite der Kontaktreihe, z. B. nach rechts (- n), bei
Drehung im anderen Sinne nach links (+ n) ausschlägt. Nötigenfalls müssen zwei Tachometer,
ein rechts und ein links aus- i schlagendes, verwendet werden, die auf denselben
Kontaktarm wirken.
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U ist ein Motor kleiner Type mit der Geberwelle, der zum Drehen der
Bürsten a, b, c ausreicht, der für das ganze System als Taktgeber dient und
mit dem die großen MotorenMi und M2 bezüglich ihres Drehsinnes und ihrerDrehzahl
synchron laufen, letzteres natürlich immer entsprechend der Polzahl der Motoren.
Wenn mehrere solcher Anordnungen in Kas- i kade verwendet werden, d. h. wenn schon
der zum Drehen der Bürsten des Periodenumformers erforderliche Motor eine beträchtliche
Größe erhalten muß und selbst schon mittels eines kleineren Taktgebers gesteuert
wird, ist i die beschriebene Einrichtung zur Spannungsregulierung, Tachometer, Stufentransformator
und
die Vorrichtung zum Verschieben seiner Bürsten nur einmal erforderlich.
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Um die für das Drehen des Geberbürstensystems erforderliche Leistung
auf ein Minimum zu beschränken, werden die Kollektoren der ersten Periodenumformer
als Innenkollektoren und die Bürsten als Rollen ausgebaut. Der Durchmesser der Rollen
wird dabei -wenig kleiner als der Durchmesser des Innenkollektors gewählt, um dadurch
die Massenträgheit soweit wie möglich herabzusetzen.