DE274257C

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Publication number: DE274257C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVe 274257 KLASSE 21 d. GRUPPE

ausgerüstet ist.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. März 1912 ab.

Bei Antrieben mit stark schwankendem Kraftbedarf werden die Elektromotoren häufig mit Schwungmassen ausgerüstet, um die Belastungsschwankungen mehr oder weniger vom Netz fernzuhalten. Als Anwendungsgebiet sind insbesondere die Schwungradumformer bekannt, namentlich die Ilgnerumformer zum Anlassen und Umkehren von Fördermotoren, Walzwerksmotoren usw. Hierbei wird der mit Schwungmasse ausgerüstete Motor, gewöhnlich ein Drehstrommotor, mit einer selbsttätigen Schlupf regelungsvorrichturig versehen, durch welche sein Schlupf selbsttätig in Abhängigkeit von der Stromstärke bzw. Leistung geregelt wird. Zu diesem Zwecke wird beispielsweise ein auf den Regelungswiderstand des Motors einwirkender Reglermotor in die Zuleitung zum Motor unmittelbar bzw. unter Vermittlung eines Stromwandlers geschaltet.

Sind zwei oder mehrere derartige Schwungradmotoren mit selbsttätiger Schlupfregelung parallel an ein Netz angeschlossen, dann soll gemäß der Erfindung die Schlupfregelung jedes Motors ausschließlich oder wenigstens teilweise in Abhängigkeit . von dem gemeinsamen Strom der Motoren erfolgen.

Die Zeichnungen zeigen in den Fig. 1 bis 3 drei Ausführungsbeispiele und in Fig. 4 bis 11 Diagramme, die zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung dienen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bezieht sich auf den Fall zweier Schwungradumformer, deren Motoren m_x bzw. m₂ parallel an ein Netz angeschlossen sind. g_x bzw. g₂ sind die von ihnen angetriebenen Gleichstromerzeuger und S₁ bzw. s., die mit ihnen verbundenen Schwungmassen. W₁ bzw. W₂ bedeutet je einen Schlupfwiderstand, welcher durch je einen Reglermotor r_± bzw. r₂ gesteuert wird. Diese beiden Reglermotoren sind gemäß der Erfindung in den Sekundärkreis eines Stromwandlers (Serientransformators) t geschaltet, welcher primär in der gemeinsamen Stromzuführung für beide Motoren Wi₁ bzw. Wi₂ liegt. Die beiden Reglermotoren sind beispielsweise in Reihe geschaltet. Das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers t kann im Bedarfsfalle durch einen Schalter u eingestellt bzw. verändert werden. Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der bekannten Anordnung, bei welcher für jeden Reglermotor ein besonderer Stromwandler vorgesehen ist, welcher primär nur vom Strom desjenigen Motors durchflossen wird, zu dem der Reglermotor gehört, liegt, ganz abgesehen von der Ersparnis eines Stromwandlers, im folgenden:

Ist jeder der beiden Motoren nur mit einer verhältnismäßig geringen Schwungmasse ausgerüstet, dann treten im Netz, wie die Diagramme Fig. 4 bis 7 zeigen, bei der bisherigen Anordnung Belastungsstöße auf, gleichgültig, ob die beiden Motoren gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten das Maximum an Arbeit abzugeben haben. Die Diagramme beziehen sich beispielsweise auf einen Ilgnerumformer

zum Antrieb eines Fördermotors, bei welchem jeder Zug 90 Sekunden dauert, wovon etwa 70 Sekunden auf die gesamte Fahrzeit und die restlichen 20 Sekunden auf die Sturzpause entfallen.

Die in Fig. 4 strichpunktiert gezeichnete Kurve 0 stellt den Kraftbedarf der Anlaßmaschinc dar, welcher vom Drehstrommotor und den Schwungmassen zu decken ist, und läßt die einzelnen Arbeitsperioden des Fördermotors erkennen. (Beschleunigung während t_x", Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit während £,", Verzögerungsperiode während t₃".) Es sei nun beispielsweise angenommen, daß das Schwungrad bei der durch die .Schlupfreglerkonstruktion bedingten Tourenschwankung nur ausreicht, die der schraffierten Fläche entsprechende Leistung zu liefern, also ungefähr zwei Drittel derjenigenSchwungmasse betrage, die bei dem gleichen Schlupf zum vollständigen Ausgleich erforderlich wäre. Dann stellt die Schaulinie 1 den stark veränderlichen Strom, welchen der Ilgnerumformer unter diesen Umständen aus dem Netz aufnimmt, dar. Sind an das Netz zwei derartige Ilgnerumformer angeschlossen und sind die beiden Umformer, wie wir der Einfachheit halber annehmen wollen, gleich beschaffen, und gilt dies auch für die Schwungmassen, für die Fördermotoren und deren Arbeitsschlupf, so wird der dem Netz zu entnehmende Strom beim gleichzeitigen Betrieb beider Umformer durch die Schaulinie 2 dargestellt sein, während der mittlere Strombedarf durch die Parallele 3 zur Abszissenachse dargestellt ist. Wie der Vergleich der vier Diagramme Fig. 4 bis 7 zeigt, hängt der Verlauf der Stromschaulinie für beide Umformer zusammen in hohem Maße davon ab, ob bei beiden Fördermotoren der Zugbeginn zusammenfällt oder nicht. Bei Fig. 4 ist angenommen, daß der Zugbeginn bei beiden Fördermotoren zusammenfällt ; man erhält in diesem Falle die Schaulinie 2, indem man die Ordinaten der Schaulinie 1 verdoppelt. Bei Fig. 5 bis 7 ist angenommen, daß der Zugbeginn beim zweiten Fördermotor um 15 bzw. 30 bzw. 45 Sekunden später fällt als beim ersten Motor. Man erhält für diese Fälle die Schaulinie 2, indem man zu jeder Ordinate der Schaulinie 1 die um das angegebene Intervall verschobene Ordinate der Schaulinie 1 addiert. Der Fall der Fig. 7 ist für den Belastungsausgleich ungefähr der günstigste, aber auch hier ergeben sich noch starke Abweichungen des wirklichen, durch die Schaulinie 2 veranschaulichten Strombedarfes von dem mittleren, durch die Schaulinie 3 dargestellten Strombedarf.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden im Gegensatz zur bekannten Anordnung die beiden Reglermotoren T₁ und r₂ vom gleichen Strom durchflossen, unabhängig davon, ob die Motoren In₁ und m, selbst gleich oder ungleich belastet sind.

Daher sind auch die von den Reglermotoren ausgeübten Drehmomente und somit die Stellungen der beiden Regelungswiderstände W_n und Zu₂ für beide Motoren die nämlichen. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel, bei welchem als Motoren Drehstrommotoren angenommen sind und die Regelungswiderstände im Läuferkreis der Motoren liegen, also von einem Strom durchflossen werden, welcher von der Belastung des betreffenden Motors abhängt, wird bei ungleicher Belastung der beiden Motoren der gleichen Stellung der Schlupfwiderstände W₁ bzw. zv₂ eine ungleiche · Schlüpfung der beiden Motoren entsprechen, immerhin wird aber der schwächer belastete Motor stärker schlüpfen, als der Fall wäre. wenn seine Schlupfregelung in der bekannten Weise nur von seinem eigenen Strom abhängig gemacht wäre. Es wird daher die Schwungmasse des schwächer belasteten Motors in höherem Maße entladen, als bei der bekannten Anordnung der Fall wäre.

Infolgedessen gestaltet sich der Belastungsausgleich jetzt unter gleichen Umständen günstiger, was an Hand der Fig. 8 bis 11 erläutert werde. In diesen Figuren stellen die Linienzüge ι und 2 den Kraftbedarf der Anlaßmaschinen If₁ bzw. g₂ dar (entsprechen also der strichpunktierten Kurve 0 der Fig. 4). Im Falle der Fig. 8 ist wieder angenommen, daß mit beiden Maschinen gleichzeitig angefahren wird; in Fig. 9 sind die Anfahrzeiten um 15", in Fig. 10 um 30" und in Fig. 11 um 45" verschoben. Durch Addition der Ordinaten von Diagramm 1 und 2 erhält man Linienzug 4. der dem Verlauf des Netzstromes entsprechen würde, wenn keine Schwungmassen vorhanden wären, während Linie 3 dem durchschnittlichen Kraftbedarf entspricht. Man ersieht aus den Figuren, daß die über Linie 3 liegende Fläche des Diagrammes 4 um so kleiner wird, je größer die Zeitdifferenz im Anfahren beider Maschinen ist.

Bei der neuen Anordnung nach Fig. 1 wird der Schlupfregulator entsprechend dem durchschnittlichen Kraftbedarf 3 eingestellt, so daß die Umformer erst zu schlüpfen beginnen, sobald der Gesamtkraftbedarf beider Anlaßmaschinen (Linienzug 4) den mittleren (Linie 3) übersteigt. Im Falle der Fig. 8 werden beide Umformer ganz gleichmäßig schlüpfen, denn ^₁ und g., sind in allen Zeitpunkten gleich belastet. Da aber die Schwungmassen zusammen nur für etwa zwei Drittel der in Fig. 8 sich ergebenden Überschußfläche bemessen sind, so wird die untere Schlupftourenzahl erreicht sein, bevor die Überlastung verschwunden ist. Es muß dann der dem Netz

entnommene Strom ansteigen, wie dies durch Linie 5 gekennzeichnet ist. Nachdem die Überlastung verschwunden ist, geht der Strom auf den durch Linie 3 gegebenen Wert zurück und sinkt erst auf den Leerlaufstrom, sobald beide Schwungräder wieder aufgeladen sind und beide Umformer ihre volle Tourenzahl erreicht haben.

Bei diesem ungünstigsten Belastungsfall des gleichzeitigen Anfahrens tritt, wie der Vergleich mit Linienzug 2 in Fig. 4 zeigt, ein größerer Vorteil der Neuerung noch nicht ein.

Im Fall der Fig. 9 wird bei auftretender Überlastung trotz gleich großer Änderung der Widerstände W₁ und tv₂ (Fig. 1) zunächst hauptsächlich das Schwungrad J₁ zur Arbeitsleistung herangezogen, denn W₁ ist zunächst höher belastet als W₂. Im weiteren Arbeitsverlauf wird in,, stärker schlüpfen als Wi₁; je- doch werden schließlich beide Umformer die untere Schlupftourenzahl erreichen und somit beide Schwungräder erschöpft werden, bevor die Überlastung vollständig verschwunden ist. Ein geringes, kurzzeitiges Anwachsen bzw. Sinken des Netzstromes ist bei diesem Be-> lastungsfall die Folge des teilweisen Ausgleiches, während bei getrennter Beeinflussung der Schlupf regler (Fig. 5) das Netz bedeutend ungleichmäßiger belastet wird.

Beim Belastungsfall Fig. 10 wird bei dem ersten Überlastungsstoß besonders Umformer ι schlüpfen, da Umformer 2 gering belastet ist, beim zweiten Überlastungsstoß werden beide Umformer schlüpfen, jedoch Umformer 2 etwas stärker als Umformer 1. Die Überlastung ist verschwunden, bevor beide Schwungmassen erschöpft sind. Linie 5 deckt sich dementsprechend stets mit Linie 3 und wird hier, trotz der geringen Schwungmassen, ein vollständiger Belastungsausgleich erzielt. In Fig. 11 schließlich wird Wi₁ bei dem ersten Überlastungsstoß durch die zugehörigen Schwungmassen S₁ mehr entlastet als m₂, beide Umformer kommen aber wieder auf volle Tourenzahl, bevor der zweite Belastungsstoß auftritt, durch den namentlich S₂ zur Energieabgabe herangezogen wird. Auch im Falle der Fig. 11 bleibt der dem Netz entnommene Strom konstant im Gegensatz zu der bei Fig. 7 betrachteten Arbeitsweise.

Es ergibt sich somit, daß durch die neue Einrichtung ein ähnlicher Erfolg erzielt wird wie durch die bekannte Kupplung der beiden Schwungradumformer, daß nämlich die Schwungmassen kleiner gewählt werden können, und zwar wird hier dieser Erfolg erzielt, obwohl hier jede Schwungmasse nur Belastungsschwankungen desjenigen Umformers ausgleicht, dem sie angehört, und nicht auch zum Ausgleich der Belastungsschwankungen des anderen Umformers dient. Letzteres ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel schon deshalb ausgeschlossen, weil die Motoren W₃ und W₂, wenigstens solange sie untersynchron laufen, nicht elektrische Energie zurückgeben können. Der Vorteil der neuen Anordnung gegenüber der mechanischen Kupplung der Umformer besteht darin, daß hier die beiden Umformer mechanisch voneinander ganz unabhängig sind, daß die Kupplung fortfällt, und daß die Umformer bzw. ,Schwungradmotoren entfernt voneinander stehen können. Gegenüber der elektrischen Kupplung durch 'Synchronmotoren u. dgl. ergibt sich der Vorteil, daß diese teuern Hilfsmaschinen und die starken Verbindungsleitungen zwischen ihnen-fortfallen.

Wenn einer der beiden Umformer längere Zeit außer Betrieb gesetzt und nur mit dem anderen gearbeitet werden soll, dann empfiehlt es sich, den Reglermotor des betreffenden Umformers kurzzuschließen; hierzu dienen die Schalter k_± bzw. Iz₂. Durch den Umschalter u kann hierbei das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers t und dadurch die mittlere, durch die selbsttätige Schlupfregelung einzustellende Netzbelastung geändert werden.

Von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich in mannigfaltiger Weise abgewichen werden. Man kann die Reglermotoren auch unmittelbar in die gemeinsame Stromzuleitung der Schwungradmotoren legen, erforderlichenfalls mit einem Nebenschlußwiderstand. Hiervon wird man bei Gleichstromnetzen Gebrauch machen. Die Reglermotoren können statt in Reihe auch parallel geschaltet sein. Will man in diesem Falle einen Reglermotor abschalten, wenn der zugehörige Schwungradmotor außer Betrieb gesetzt wird, so muß man unter sonst gleichen Umständen das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers t (sekundär zu primär) verdoppeln. Es ist auch zulässig, die Schlupfregelung nur teilweise vom gemeinsamen Strom der Schwungradmotoren abhängig zu machen, dagegen teilweise vom eigenen Strom jedes Motors abhängig zu lassen, wie bei der bisherigen Anordnung. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsbeispiele hierfür. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist für jeden Schlupfwiderstand außer dem bereits erwähnten Reglermotor r_t bzw. r₂ noch je ein zweiter Reglermotor r/ bzw. r./ vorgesehen, welcher von einem im Stromkreis des zugehörigen Motors W₁ bzw. m₂ liegenden Stromwandler ί/ bzw. I₂ gespeist wird und mit einem Kurzschlußschalter k/ bzw. k₂ versehen ist. Bei der Anordnung nach Fig. 3 werden die Reglermotoren T₁ und r₂ von getrennten Stromwandlern t_± bzw. t₂ gespeist, die in der gemeinsamen Zuleitung der Schwungradmotoren liegen, und deren Übersetzungsverhältnis durch

die Schalter M₁ bzw. u₂ eingestellt werden | kann. Zur Sekundärwicklung des Stromwandlers J₁ ist die Sekundärwicklung eines Sfromwandlcrs t/ parallel geschaltet, welcher in der Zuleitung des Motors 7M₁ liegt, und zur Sekundärwicklung des Stromwandlers f₂ die Sekundärwicklung eines Stromwandlers t./, welcher in der Zuleitung des Motors m.₂ liegt. Die Anordnung zweier getrennter statt eines

ίο gemeinsamen Stromwandlers in der gemeinsamen Zuleitung der Schwungradmotoren ist auch bei den früheren Ausführungsbeispielen anwendbar. Andererseits können die beiden Reglermotoren zu einem einzigen vereinigt sein, welcher mit den einzelnen Schlupfwiderständen zweckmäßig durch lösbare Kupplungen verbunden wird, um den nicht gebrauchten Schlupfwiderstand abkuppeln zu können. Sämtliche Anordnungen können ohne weiteres auch bei mehr als zwei Schwungradmotoren angewendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Belastungsausgleich bei parallel an ein Netz angeschlossenen.

mit je einem Schwungrad gekuppelten Motoren, deren jeder mit selbsttätiger Schlupfregelung ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfregelung jedes Motors ausschließlich oder teilweise in Abhängigkeit vom gemeinsamen Strom der Motoren erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß die Schlupfregelungsvorrichtungen (Schlupfreglermotoren) der einzelnen Schwungradmotoren in Reihenschaltung in den Sekundärkreis eines in der gemeinsamen Stromzuleitung der Schwungradmotoren liegenden, gegebenenfalls regelbaren Reihentransfor·' matörs geschaltet und gegebenenfalls mit Schaltern zu ihrer Kurzschließung versehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Schwungradmotor zwei Reglermotoren vorgesehen sind, deren einer vom gemeinsamen Strom der Schwungradmotoren und deren anderer von dem Strom des betreffenden Schwungradmotors abhängig ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reglermotor an die parallel geschalteten Sekundärwicklungen zweier Stromwandler angeschlossen ist, deren einer in der gemeinsamen Stromzuleitung der Scliwungradmotoren und deren anderer in der eigenen Zuleitung des betreffenden Schwungradmotor liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlupfwiderstände der einzelnen Motoren von einem gemeinsamen Reglermotor gesteuert werden, mit dem sie gegebenenfalls durch lösbare Kupplungen verbunden sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.