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Widetstandsregelung.
Bei dem Anlassen von Elektromotoren mit Vorschaltwiderstand ist es seit langem bekannt, dass für eine möglichst grosse Anfahrbeschleunigung eine möglichst kontinuierliche Widerstandsver- änderung wünschenswert ist. Aus diesem Grunde sind Versuche mit Flüssigkeitswiderständen gemacht worden, die eine vollständig stufenlose Änderung zulassen. Diese Art von Widerständen hat sich jedoch insbesondere bei ortsbeweglichen Anlagen nicht bewährt. Man hat daher versucht, mit einzelnen Widerständen abgestufte Widerstandsänderungen vorzunehmen, wobei eine möglichst grosse Stufenzahl mit einer geringen Anzahl von Elementen erreicht werden sollte.
So sind beispielsweise mit einzelnen Grobstufenwiderständen der Reihe nach Feinstufenwiderstände in Reihe geschaltet worden, wobei nach Erschöpfung des Regelbereiches des Feinwiderstandes an dessen Stelle ein annähernd gleichwertiger Grobwiderstand eingeschaltet wurde. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass sich verhältnismässig komplizierte Schalteinrichtungen ergeben sowie dass in den meisten Fällen vorübergehende Unterbrechungen des Stromkreises und unerwünschte Sprünge insbesondere beim Übergang von Fein-auf Grobwiderstand nicht zu vermeiden sind.
In vorteilhafter Weise kann, wie bereits bekannt ist, mit einer geringen Anzahl von Grob-und Feinwiderständen eine sehr günstige Regelung dadurch erzielt werden, dass ein und derselbe Feinwiderstand der Reihe nach verschiedenen Grobstufenwiderständen parallel geschaltet wird, wobei das Zu-und Abschalten immer bei annähernd unendlich grossen bzw. unendlich kleinen Widerstandswerten erfolgt. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Hiebei sind mit 1, 2 und 3 drei Grobwiderstände bezeichnet, zu denen mit Hilfe zweier Umschalter 5 und 6 ein abgestufter Feinwiderstand 4 parallel geschaltet werden kann.
Beim Anfahren des Motors, wobei es sieh also darum handelt, den Widerstand möglichst fein abgestuft zu verkleinern, wird der Widerstand 4 in offener Stellung, also mit unendlich grossem Widerstandswert, zunächst dem Widerstand 1 parallel geschaltet und sodann dieser Widerstand stufenweise verringert, bis endlich als letzte Stufe ein Kurzschluss des Widerstandes 1 etwa an einem diesem parallel geschalteten Schalter 7 erfolgt. Infolge dieser Überbrückung kann der Widerstand 4 nunmehr ohne jede Unterbrechung des Stromkreises wieder geöffnet und dem Widerstand 2 parallel geschaltet werden, worauf in gleicher Weise eine stufenweise Verkleinerung des Widerstandes 4 erfolgt. Dasselbe wiederholt sich beim Widerstand') sowie bei einer beliebigen Anzahl etwa vorhandener Widerstände.
In der angegebenen Weise kann mit einer geringen Anzahl von Schaltelementen eine feinstufige Widerstandsänderung durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der im vorstehenden beschriebenen Anordnung. Gemäss der Erfindung werden die einzelnen Grobwiderstandsstufen mit verschiedenen Widerstandswerten ausgeführt und so abgestuft, dass die gesamte Widerstandsveränderung der Masehineneharakteristik angepasst ist.
Gemäss der weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die einzelnen Widerstandsstufen des Feinwiderstandes ebenfalls so bemessen, dass sie der geforderten Charakteristik der anzulassenden Maschine angepasst sind. Durch die Ausbildung der Widerstandsregelung gemäss der Erfindung wird ein sehr bedeutender technischer Fortschritt erzielt. Dieser Fortschritt besteht darin, dass bei Regelung bzw. beim Anlassen der Maschinen keine übermässig grossen Stromspitzen auftreten. Infolge der weitgehenden Anpassung der Widerstände an die Maschinencharakteristik kann auch eine erhebliche Verringerung der Schaltstufen erzielt werden.
Die Ermittlung der Abstufung der einzelnen Widerstände erfolgt hiebei am besten graphisch, da nach der in Fig. 3 gezeichneten Konstruktion eine einfache Bestimmung der für einen gewünschten
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Kombinationswiderstand erforderlichen Widerstandselemente möglich ist. Wenn die beiden rechts und links gezeichneten vertikalen Abschnitte die Grösse der einzelnen Kombinationswiderstände ergeben, so ergibt der in der Mitte bis zum Schnittpunkt der Verbindungslinien gezeichnete Abschnitt die Grösse des wirksamen Kombinationswiderstandes.
Wenn also der rechts gezeichnete Abschnitt als der vorhandene Grobwiderstand 1 angesehen wird und der in der Mitte gezeichnete Abschnitt den beabsichtigten Gesamtwiderstand le1 andeutet, so lässt sieh auf diese Weise konstruktiv der erforderliche
Parallelwiderstand 4 (als der links gezeichnete-Abschnitt) leicht ermitteln.
Die Anwendung dieser Widerstandsermittlung für einen praktischen Fall ist an Hand der Fig. 4 angedeutet. Hierin entspricht die Linie a der Motoreharakteristik, d. h. also demjenigen Verlauf des Widerstandes, der für eine grösstmögliche Anfahrbeschleunigung ohne tberschreitllng bestimmter
Stromwerte erforderlich ist. Diese Charakteristik ist hiebei der Zahl der verwendeten Grobwiderstände entsprechend in mehrere (hier drei) Abschnitte 1, 2,. 3 unterteilt, etwa in der Weise, dass die Abschnitte auf der Abszissenachse 1', 2',. 3' untereinander gleich gross sind.
Für die Bestimmung der Widerstandsabschnitte des Parallelwiderstandes 4 ist hiebei der mittlere Abschnitt b-e der Charakteristik a herausgegriffen, da auf diese Weise der Fehler bei der Anwendung desselben Parallelwiderstandes in den beiden benachbarten Abschnitten möglichst klein bleibt. Der mittlere Teil der Charakteristik wird zur Bestimmung der Widerstandsabschnitte seinerseits in eine Zahl von Teilabschnitten zerlegt, die der Stufenzahl des Parallelwiderstandes 4 entspricht. Hiebei empfiehlt es sich in dem vorliegenden Fall, in dem die Charakteristik ähnlich einer logarithmischen Linie verläuft, die Unterteilung so zu wählen, dass die Ordinatenabschnitte sich wie die Logarithmen der Ordnungszahl der Abschnitte verhalten.
Es entspricht also hiebei die Ordinate des oberen Endpunktes e des Teilabschnittes der Charakteristik dem eingeschalteten Gesamtwiderstand, bestehend aus dem ersten und zweiten Teil, während die Ordinaten der einzelnen herausgegriffenen Punkte der Charakteristik ein Mass für den in den einzelnen Abstufungen erforderlichen wirksamen Gesamtwiderstand darstellen. Da der erste Grobwiderstand 1 hiebei mit der aus den Widerständen 2 und 4 gebildeten Gruppe in Reihe geschaltet ist, entspricht derjenige Teil der Ordinaten oberhalb einer durch den Punkt b gelegten Horizontalen dem erforderlichen Gesamtwiderstand der Gruppe 2 und 4.
Der hiezu erforderliche Wert des Parallelwiderstandes 4 lässt sich nach der in Fig. 3 erläuterten Konstruktion dadurch ermitteln, dass die einzelnen herausgegriffenen Punkte der Charakteristik horizontal auf eine durch die Punkte t, e gezogene gerade Linie g projiziert werden. worauf durch die so entstandenen Schnittpunkt von dem Punkt d aus, das ist dem Schnittpunkt, der durch die beiden Endpunkte des mittleren Abschnittes bund e gelegte Ordinaten und Abszissen, Strahlen bis zum Schnittpunkt mit der durch den Punkt t gelegten Vertikalen gezogen werden. Die einzelnen Abschnitte auf dieser Vertikalen vom Punkt t aufwärts geben die Werte der erforderlichen Parallelwiderstände an.
Wenn man hierauf die wirksamen Widerstände ermittelt, die sich unter Parallelschaltung eines derart abgestuften Widerstandes 4 zu den Abschnitten 1 und 3 ergeben, so zeigt sieh, dass diese nur sehr wenig von der Charakteristik a abweichen. Es kann jedaeh nachträglieh die Abstufung ohne weiteres noch etwas korrigiert werden, so dass in allen drei Abschnitten die mittlere Abweichung von der beabsichtigten Charakteristik möglichst gering ist. Die Steuerung der einzelnen Widerstandsabschnitte kann in beliebiger Weise durch Hebelschalter, Umsehalter, Kurzsehlusssehalter und einen an den Widerstandsanzapfungen entlang geschalteten Widerstandskontakt bewirkt werden, wobei die einzelnen Schaltelemente zweckmässig von einer gemeinsamen Schaltwalze in der erforderlichen Reihenfolge betätigt werden.
In Fig. 2 ist eine schematische Anordnung dargestellt, für eine Ausführung, bei der die Schaltung der Grobwiderstände mit Hilfe einer Schaltwalze erfolgt, während die Feinwiderstände an einem Kollektor geregelt werden, der in der Weise mit der Schaltwalze gekuppelt ist, dass nach jeder Kollektorumdrehung die Schaltwalze um eine Stufe weitergeschaltet wird.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise nicht bloss die Regelung eines Widerstandes für das Anlassen eines Motors, sondern auch eine Widerstandsregelung beim Bremsen, bei der Feldregelung von elektrischen Maschinen sowie bei Messbrücken und ähnlichem in der angegebenen Weise durchgeführt werden.
Ebenso ist die Anwendung der Widerstandsregelung nicht auf Gleiehstromkreise beschränkt, sondern kann auch für Wechselstrom, Drehstrom und auch pulsierenden Strom von Vorteil sein. Je nach der in dem Einzelfall erforderlichen Widerstands charakteristik kann es auch zweckmässig sein, anschliessend an eine Gruppe von Grobwiderständen mit gemeinsamem Feinwiderstand eine weitere Gruppe von Grobwiderständen mit besonderem, diesen angepasstem Feinwiderstand zu verwenden. Unter Umständen wird die beabsichtigte Charakteristik noch besser dadurch eingehalten werden können, dass bei der Parallelschaltung des für eine bestimmte Grobwiderstandsstufe bemessenen Feinwiderstandes zu einem der benachbarten Grobwiderstände zu dem Feinwiderstand noch besondere dem entsprechenden Grobwiderstand zugeordnete Widerstandsteile in Reihe oder parallel geschaltet werden.
Es ist nun allerdings nicht ausgeschlossen, dass bei der Umschaltung zwischen den einzelnen Feinstufen doch noch plötzliche Widerstandsänderungen entstehen, denen jedesmal Stromspitzen entsprechen, die erst allmählich abklingen. Nach der Erfindung können diese Stromspitzen erheblich
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abgedämpft werden, indem in die beiden parallel geschalteten Widerstandskreise eine Doppeldrossel eingeschaltet wird.
Ein Ausführungsbeispiel hiefür ist in Fig. 5 dargestellt. : Mit 1, 2,.) sind wie in Fig. 1 die Grobwiderstände, mit 4 der Feinwiderstand bezeichnet, der durch die Umschalter 5 und 6 zu den einzelnen Grobwiderständen parallel geschaltet werden kann. Parallel zu letzteren liegen Kurzsehlusssehalter 7.
Mit 8 sind Doppeldrosselspulen bezeichnet, deren beide Zweige in die Zuführungsleitung zu den Grobwiderständen einerseits und zum Umschalter 6 anderseits gelegt und deren Mitten an den Umschalter 5 anzuschliessen sind. Die Arbeitsweise entspricht genau derjenigen der Schaltung nach Fig. 1, jedoch ergibt sich jetzt durch die Verkettung der entsprechenden Kreise beim Einschalten eine Drosselwirkung, durch die die Einschaltstösse ganz erheblich gedämpft werden. Es ist also auf diese Weise der Stromverlauf wesentlich gleichmässiger gestaltet, was einer weiteren Verfeinerung in der Abstufung gleichkommt.
Eine Vereinfachung kann noch dadurch erreicht werden, dass für sämtliche Grobwiderstände eine einzige Doppeldrossel verwendet wird. Ein Ausführungsbeispiel hiefiir zeigt Fig. 6. Hiebei ist die Drossel 8 einerseits an den Feinwiderstand 4 angeschlossen, ihre Mittelanzapfung und ihr anderes Ende liegen an zwei Sammelleitungen 9 und 10, die an die verschiedenen Enden der Grobwiderstände 1,
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der Sammelleitung 9 die Schalter , . 3 und 16 verbunden. Die Schalter 12 und 13 sind als Umschalter ausgebildet, durch die es ermöglicht wird, den zugehiirigen Widerstand bzw.- entweder mit der Sammelleitung 10 oder mit dem benachbarten Widerstandsanschluss zu verbinden.
Wenn sämtliche Widerstände eingeschaltet sind und der Widerstandswert stufenweise ver- ringert werden soll, so sind zunächst die Schalter 11 und 14 geschlossen, so dass die beiden Widerstände 1 und 2 miteinander verbunden sind, während die Umschalter und 1 die Verbindung mit dem Wider- stand 3 und der zugehörigen Leitung herstellen. Sodann wird die erste Anzapfung am Widerstand 4 geschlossen und dadurch der Widerstand 1 mit seinem vollen Wert dem Widerstand 1 parallel geschaltet ; hierauf wird stufenweise an dem Widerstand 4 weitergeschaltet, bis der Widerstand 1 an dem zugehörigen Schalter 7 kurzgeschlossen wird. Hierauf wird der Schalter 14 geöffnet, der Schalter 15 ge- schlossen und der Umschalter 12 auf die Sammelleitung 10 umgeschaltet.
Hiedurch ist die Verbindung zwischen den Widerständen'und,, über die eine Hälfte der Doppeldrossel geführt, worauf der Widerstand 4 wieder in gleicher Weise stufenweise verringert wird. Sodann wird der Widerstand 2 an dem entsprechenden Schalter 7 kurzgeschlossen und der Schalter ?. ? geöffnet, der Schalter 16 geschlossen und durch Umlegen des Umschalters-M die Drosselspule auf den Widerstand. 3 umgeschaltet, worauf durch stufenweises Kurzschliessen des Widerstandes 4 auch der Widerstand 3 allmählich überbrückt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Widerstandsregelung für elektrische Maschinen und Apparate, insbesondere für das Anlassen von Elektromotoren, bestehend aus einem Grobwiderstand, zu dem ein Feinwiderstand bei annähernd unendlich grossen bzw. unendlich kleinen Widerstandswerten parallel geschaltet bzw. wieder abgeschaltet und seinerseits während der Parallelschaltung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Grobwiderstandsstufen verschiedene Widerstandswerte haben und so abgestuft sind, dass die gesamte Widerstandsveränderung der Masehineneharakteristik angepasst ist.
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Resistance regulation.
When starting electric motors with a series resistor, it has been known for a long time that a resistance change that is as continuous as possible is desirable for the greatest possible starting acceleration. For this reason, attempts have been made with fluid resistances which allow a completely stepless change. However, this type of resistance has not proven itself particularly in the case of portable systems. Attempts have therefore been made to make graded changes in resistance with individual resistors, the aim being to achieve the greatest possible number of stages with a small number of elements.
For example, fine stage resistors have been connected in series with individual coarse step resistors, with an approximately equivalent coarse resistor being switched on in its place after the control range of the fine resistor has been exhausted. However, these arrangements have the disadvantage that relatively complicated switching devices result and that in most cases temporary interruptions in the circuit and undesired jumps, in particular when changing from fine to coarse resistance, cannot be avoided.
As is already known, a very favorable regulation can be achieved with a small number of coarse and fine resistors in that one and the same fine resistor is connected in parallel in parallel with different coarse step resistors, with the switching on and off always being approximately infinitely large or infinitely small resistance values takes place. Such an arrangement is shown in Fig. 1 of the drawing. Three coarse resistors are designated with 1, 2 and 3, to which a graduated fine resistor 4 can be connected in parallel with the aid of two changeover switches 5 and 6.
When starting the engine, which means reducing the resistance as finely as possible, the resistor 4 in the open position, i.e. with an infinitely large resistance value, is first connected in parallel to the resistor 1 and then this resistance is gradually reduced until finally as last stage, a short circuit of the resistor 1 takes place at a switch 7 connected in parallel to this. As a result of this bridging, the resistor 4 can now be opened again without any interruption of the circuit and connected in parallel with the resistor 2, whereupon the resistor 4 is gradually reduced in size. The same thing is repeated with the resistance ') as well as with any number of possible resistances.
In the manner indicated, a finely graded change in resistance can be carried out with a small number of switching elements. The invention relates to an improvement on the arrangement described above. According to the invention, the individual coarse resistance levels are designed with different resistance values and are graded so that the entire change in resistance is adapted to the machine characteristic.
According to the further embodiment of the invention, the individual resistance levels of the fine resistance are also dimensioned such that they are adapted to the required characteristics of the machine to be started. A very significant technical advance is achieved through the formation of the resistance control according to the invention. This progress consists in the fact that no excessively large current peaks occur when regulating or starting the machines. As a result of the extensive adaptation of the resistors to the machine characteristics, a considerable reduction in the switching stages can also be achieved.
The determination of the gradation of the individual resistances is best done graphically, since according to the construction shown in FIG. 3 a simple determination of the one desired for one
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Combination resistance required resistance elements is possible. If the two vertical sections drawn on the right and left give the size of the individual combination resistances, then the section drawn in the middle up to the intersection of the connecting lines gives the size of the effective combination resistance.
So if the section drawn on the right is viewed as the existing coarse resistance 1 and the section drawn in the middle indicates the intended total resistance le1, then you can construct the required in this way
Easily determine parallel resistance 4 (as the section drawn on the left).
The application of this resistance determination for a practical case is indicated with reference to FIG. Here the line a corresponds to the engine characteristic, i.e. H. that is to say the course of the resistance which is certain for the greatest possible starting acceleration without being exceeded
Current values is required. This characteristic is divided into several (here three) sections 1, 2, according to the number of coarse resistors used. 3 divided, roughly in such a way that the sections on the abscissa axis 1 ', 2',. 3 'are equal to each other.
For the determination of the resistance sections of the parallel resistor 4, the middle section b-e of the characteristic a is selected, since in this way the error when using the same parallel resistor in the two adjacent sections remains as small as possible. In order to determine the resistance sections, the middle part of the characteristic is in turn broken down into a number of sub-sections which corresponds to the number of stages of the parallel resistor 4. In the present case, in which the characteristic is similar to a logarithmic line, it is advisable to choose the subdivision so that the ordinate sections behave like the logarithms of the ordinate number of the sections.
The ordinate of the upper end point e of the partial section of the characteristic corresponds to the switched-on total resistance, consisting of the first and second part, while the ordinate of the individual selected points of the characteristic represent a measure of the effective total resistance required in the individual gradations. Since the first coarse resistor 1 is connected in series with the group formed by the resistors 2 and 4, that part of the ordinate above a horizontal line drawn through point b corresponds to the required total resistance of groups 2 and 4.
The value of the parallel resistor 4 required for this can be determined according to the construction explained in FIG. 3 in that the individual selected points of the characteristic are projected horizontally onto a straight line g drawn through the points t, e. whereupon through the point of intersection created in this way from the point d, that is the point of intersection, the ordinates and abscissas laid through the two end points of the middle section bd e, rays are drawn to the point of intersection with the vertical laid through the point t. The individual sections on this vertical from point t upwards indicate the values of the required parallel resistances.
If one then determines the effective resistances which result from the parallel connection of such a stepped resistor 4 to the sections 1 and 3, it shows that these differ only very little from the characteristic a. However, the gradation can be corrected a little later without further ado, so that the mean deviation from the intended characteristic is as small as possible in all three sections. The control of the individual resistance sections can be effected in any way by lever switches, reversing switches, short-circuit holders and a resistance contact connected along the resistance taps, the individual switching elements being operated by a common switching drum in the required sequence.
In Fig. 2 a schematic arrangement is shown for an embodiment in which the switching of the coarse resistors takes place with the help of a switching drum, while the fine resistors are controlled on a collector that is coupled to the switching drum in such a way that after each collector revolution the Shift drum is shifted one step further.
The application of the inventive concept is not limited to the illustrated embodiment. For example, it is not only possible to regulate a resistor for starting a motor, but also to regulate the resistance during braking, during the field control of electrical machines and measuring bridges and the like in the specified manner.
Likewise, the use of resistance control is not limited to DC circuits, but can also be advantageous for alternating current, three-phase current and pulsating current. Depending on the resistance characteristic required in the individual case, it can also be expedient to use a further group of coarse resistors with a special fine resistance adapted to this after a group of coarse resistors with a common fine resistance. Under certain circumstances, the intended characteristic can be maintained even better if, when the fine resistor dimensioned for a certain coarse resistance level is connected in parallel to one of the adjacent coarse resistors to the fine resistor, special resistor parts assigned to the corresponding coarse resistor are connected in series or in parallel.
However, it cannot be ruled out that when switching between the individual fine levels, sudden changes in resistance may occur, which each time correspond to current peaks that only gradually subside. According to the invention, these current peaks can be considerable
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can be attenuated by switching on a double choke in the two resistor circuits connected in parallel.
An exemplary embodiment for this is shown in FIG. : As in Fig. 1, 1, 2,.) Denotes the coarse resistors, 4 denotes the fine resistance, which can be connected in parallel to the individual coarse resistors by the changeover switches 5 and 6. Short-sleeve holders 7 are parallel to the latter.
With 8 double choke coils are designated, the two branches of which are placed in the supply line to the coarse resistors on the one hand and to the changeover switch 6 on the other hand, and whose centers are to be connected to the changeover switch 5. The mode of operation corresponds exactly to that of the circuit according to FIG. 1, but the chaining of the corresponding circuits now results in a choke effect when switching on, through which the switch-on surges are considerably dampened. In this way, the course of the current is designed to be much more even, which is equivalent to a further refinement in the gradation.
A simplification can be achieved in that a single double choke is used for all coarse resistors. An exemplary embodiment of this is shown in FIG. 6. The choke 8 is connected on the one hand to the fine resistor 4, its center tap and its other end are on two collecting lines 9 and 10 which are connected to the different ends of the coarse resistors 1,
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the bus 9, the switch,. 3 and 16 connected. The switches 12 and 13 are designed as changeover switches, which make it possible to connect the associated resistor or either to the busbar 10 or to the adjacent resistor connection.
When all resistors are switched on and the resistance value is to be reduced in stages, switches 11 and 14 are initially closed so that the two resistors 1 and 2 are connected to one another, while the changeover switches and 1 connect to resistor 3 and the associated cable. The first tap at the resistor 4 is then closed and the resistor 1 is connected in parallel with the resistor 1 with its full value; thereafter, the resistor 4 is switched on in stages until the resistor 1 is short-circuited at the associated switch 7. The switch 14 is then opened, the switch 15 is closed and the changeover switch 12 is switched to the bus 10.
As a result, the connection between the resistors 'and' is passed through one half of the double choke, whereupon the resistor 4 is again gradually reduced in the same way. The resistor 2 is then short-circuited at the corresponding switch 7 and the switch?. ? opened, the switch 16 closed and by moving the switch-M the choke coil on the resistor. 3 is switched, whereupon the resistor 3 is gradually bridged by short-circuiting the resistor 4 in stages.
PATENT CLAIMS:
1. Resistance control for electrical machines and apparatus, in particular for starting electric motors, consisting of a coarse resistor, to which a fine resistor is connected in parallel or switched off again at almost infinitely large or infinitely small resistance values and is in turn changed during the parallel connection, characterized in that that the individual coarse resistance levels have different resistance values and are graded in such a way that the entire change in resistance is adapted to the machine characteristic.