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Verfahren zum schnellen Steuern von Hauptstromantrieben, bestehend
aus Generatoren, die im Einzelantrieb Motoren speisen. Für manche Antriebsarten
ist der Gleichstromantrieb mit Hauptstromschaltung der Generatoren und Motoren infolge
seiner großen Betriebssicherheit besonders geeignet. Die üblichen Schaltungen haben
jedoch den Nachteil, daß sich die Regelverfahren, wie sie bei Nebenschluß- oder
fremd erregten Maschinen im Leonardantrieb .möglich sind, nicht ausführen lassen,
insbesondere ein schneller Übergang von Motorschaltung auf Generatorschaltun.
g
zur Nutzbremsung beim Übergang' von einer Drehrichtung auf die andere nicht möglich
ist. Man könnte .daran denken, den Strom des Systems durch einen Schalter zii unterbrechen.
Dieses Verfahren erfordert aber große Schalter und besondere Schutzmaßnahmen gegen
Überspannung, außerdem würde die Regelung auch hierbei noch verhältnismäßig viel
Zeit in Anspruch nehmen.
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Die Erfindung hat nun ein neues Verfahren zum schnellen Steuern von
Gleichstromhauptmotoren zum Gegenstand, durch das es möglich ist, der Hauptstromkraftübertragung
die Eigenschaften des Drehstroni-I_eonardantriebes, insbesondere in bezug auf Steuerfähigkeit
zu verleihen. Der Erfindung gemäli soll eine Eigenschaft nutzbar gemacht werden,
die darin besteht, .daß hei Nichtübereinstimmung der beiden Maschinencharakteristiken
das Ubertragungssystem stromlos wird.
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Zur Veranschaulichtung der Verhältnisse diene die Zeichnung. In Abb.
i sind die Charakteristiken des Generators und des Motors veranschaulicht, indem
in Abhängigkeit von der Stromstärke die elektromotorischen Kräfte aufgetragen sind.
Die Kurve Eg stellt die Generatorcharakteristik, Ein die Motorcharakteristik dar.
Die beiden Charakteristiken unterscheiden sich lediglich durch den Ohmschen. Abfall
voneinander, sind also gewissermaßen aufeinander abgestimmt. Wird eine der Charakteristiken
in ihrem Verlauf geändert, die Abstimmung also mit der anderen gestört, so daß sie
nicht mehr mit der anderen lediglich durch Berücksichtigung des Ohinsclien Abfalles
in Übereinstimmung zu bringen ist, so verliert der Generator die Spannung, das Kraftiibertragungssystern
wird stromlos.
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Diese Erscheinung soll nun zur Beschleunigung der Steuervorgänge nutzbar
verwendet werden. Nach der Erfindung wird der Antrieb durch kurzzeitige Vergrößerung
der Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen bzw. elektrischen Größen gegenüber
der Änderungsgeschwindigkeit dieser Größen, die der mechanischen Trägheit der Kraftübertragung
entspricht, plötzlich stromlos gemacht, und an diese wird sofort die gewünschte
neue Schaltung angeschlossen.. Während man also sonst die Durchführung des Arbeitsvorganges.
Abbremsen auf Stillstand, Umkehr der Geschwindigkeit und Beschleunigung, zunächst
durch die Regelvorrichtungen allmählich bewirkte, beispielsweise indem man durch
Änderung der Generatorfeldstärke den Motor zunächst verzögerte, auf Stillstand brachte
oder durch Änderung im Arbeitsstromkreis und Umschaltung des Motorfeldes den Motor
auf Bremswiderstände schaltete, dann wiederum das Motorfeld für die andere Drehrichtung
umschaltete, können jetzt alle diese Steuervorgänge unmittelbar bei Einleitung de>
Gesamtregelvorganges vorgenommen werden.
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Die Einstellung der Änderungsgeschwindigkeit kann auf verschiedene
Weise bewirkt werden. Man kann zunächst die Steuervorrichtunm schneller betätigen
als der durch die 1=igenscliaften .des Motors bedingten natürlichen Geschwindigkeitsänderung
des 1Iotors entspricht. Dies geschieht beispielsweise Dadurch, daß man einen leicht
beweglichen Schalthebel des zur Regelung dienenden Stufenschalters von verhältnismäßig
geringer Reichweite und ziemlich großem Widerstandssprung schnell so weit verschiebt,
daß der Strom in (lern Antrieb verschwindet. Unmittelbar im An.schluß hieran wird
mit Hilfe einer zweckmäßig an die Kontaktbrücke des Stufenschalters angebauten Hilfsschaltvorriclitung
die erforderliche Unischaltung der Felder vorgenommen. Zur I?rläuterung der Verhältnisse
möge Abb. a der Zeichnung dienen. Hierin bedeutet g :den Generator, der in Hauptstromschaltung
über d'ie Feldumschalter -tr, v mit dem Motor in verbunden ist. Die Felder h,
i, sind durch besondere Regeleinrichtungen k, 1, z. B. Parallelwiderstände,
regelbar. In dem Ausführungsbeispiel der Abb. a und 3 ist eine elektrische Betätigung
der Umschalter vorgesehen, die insbesondere mit Rücksicht darauf wertvoll ist, daß
sich erforderlichenfalls mit einfach und sicher wirkenden Mitteln eine geeignete
Verblockung der Schalteinrichtung vornehmen läßt. Von der Batterie n werden die
Betätigungsspulen 0h 0z, p1X pz für die Feldumschalter über Schienen der Kontaktvorrichtung
des Steuerapparates gespeist. Die oberste Reihe i der Kontaktvorrichtung besteht
aus Einzelkontakten, die zur Schaltung der Parallelwiderstände k, 1 der Felder
.dienen. Wird beispielsweise die Kontaktbrücke a von der Mitte aus nach rechts bewegt,
so werde der Motor in, in der Pfeilrichtung angetrieben. Bei der Bewegung des Kontaktstückes
b nach rechts werden zunächst die neben dem Generatorfeld liegenden Widerstände
vergrößert, so daß .die Generatorspannung und, damit die Drehzahl des Motors allmählich
gesteigert wird. Schließlich werden am rechten. Ende der Kontaktbahn Regelwiderstände
abnehmender Größe dem Motorfeld parallel geschaltet, so daß die Motorgeschwindigkeit
durch Feldschwächung weiter gesteigert wird. Wird nun .die Kontaktbrücke allmählich
nach links geführt, so wird die Geschwindigkeit des Motors durch Verstärkung seines
Feldes und Schwächung des Generatorfeldes verlangsamt, schließlich in der Mittellage
wird das Generatorfeld durch Kurzschließen der Erregerwicklung ausgeschaltet, beim
Übergang nach der linken Seite der Kontakthälfte wird,das Generatorfeld über die
Schienen
3 und 4 im ursprünglichen Sinne wieder eingeschaltet, das Motorfeld. :dagegen über
die Schienen 6 und 8 aber umgeschaltet.
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Um zu verhindern, daß beim Übergang von der einen Drehrichtung auf
die andere oder durch sonstige Einflüsse die Remanenz der Maschinen verschwindet,
sind auf den Feldpolen kleine Hilfswicklungen r, s angeordnet, die über die Hilfskontakte
el, f 1, e2, f 2 mit Strom aus der Batterie gespeist werden. Es ist somit
ohne weiteres möglich, den für die Selbsterregung .erforderlichen geringen Anfangsmagnetismus
zu erzeugen, indem im Bedarfsfalle die Kontaktbrücke auf die Mittellage gebracht
und dann Hilfsschalter t nach abwärts gedreht wird (Abt. 3).
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Handelt es sich nun darum, :das Steuerverfahren gemäß der Erfindung
vorzunehmen, also den Motor durch Rückstrom zur Ruhe zu bringen bzw. umzusteuern,
so wird man auf folgende Weise vorgehen: Man verschiebt -die Kontaktbrücke a ruckweise
um .ein kleines Stück des Steuerweges, so daß die beiden Maschinencharakteristiken
nicht mehr in Übereinstimmung sind. Die Kraftübertragung wird dann stromlos und
würde ohne besondere Maßnahmen allmählich auslaufen. Man kann nun das Auslaufen
des Motors erheblich beschleunigen, indem man jetzt .den mit der Kontaktbrücke verbundenen
Hilfsschalter t (Abt. 3) nach unten legt. Hierdurch wird sowohl dias Motorfeld als
auch .das Generatorfeld umgeschaltet, der Motor arbeitet nunmehr als .Generator
auf seinen. als Motor arbeitenden Generator zurück und wird schnell abgebremst.
Um die lebendige Kraft des Motors für die Nutzbremsung möglichst intensiv auszunutzen,
wird die Kontaktbrücke nach links hin bewegt. In. der Mittellage, in der sich der
Motor abgebremst hat, kann der Hilfsschalter t wieder in die ursprüngliche Lage,
beispielsweise selbsttätig mittels der Feder w gebracht werden.
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Man kann auch die Anordnung so treffen, daß die Kontaktbrücke a, nachdem
sie ruckweise um ein geringes Maß verstellt worden ist, in ihrer Lage stehentleibt
und man zunächst ,beide Umschalter t, t2 des Hilfsschalters t umlegt und, nachdem
die Bremswirkung eingesetzt hat, den Hilfsschalter wieder in die ursprüngliche Lage
bringend Der Motor nimmt dann nach kurzer Zeit die Geschwindigkeit an, die der Stellung
der Kontaktbrücke a entspricht, jedoch im anderen Drehsinne.
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Für diese letztbeschriebene Anordnung genügt die .eine Hälfte der
in der Zeichnung veranschaulichten Schaltvorrichtung. Will man jedoch die Schaltbewegung
sympathisch mit der Motordrehrichtung ausführen, so empfiehlt sich, .die Anordnung
der Kontaktschienen, wie in der Zeichnung veranschaulicht, doppelt aüszuführ.en
und dieHebel ti, t2 d.es Hilfsnebels t starr miteinander zu verbinden. -Eine weitere
Möglichkeit, zum schnellen Steuern von Hauptstromantrieben die Änderungsgeschwindigkeit
der magnetischen bzw. elektrischen Größen schneller einzustellen als die ist, die
der mechanischen Trägheit der Kraftübertragung entspricht, besteht darin, daß man
die magnetische Zeitkonstante des Stromkreises beeinflußt, so duß sie gegenüber
der mechanischen Zeitkonstante -des Kraftübertragungssystems verkleinert wird. Legt
man an eine Spule mit dem Widerstand r und der Selbstinduktion L eine konstante
Spannung E, dann wird -bekanntlich der Endwert der Stromstärke I erst allmählich
erreicht, in einer Zeit, :die durch die Größen r und L bestimmt ist. Für .den Augenblickswert
des Stromes i .ergibt -sich, wie bekannt, der Ausdruck:
worin e die Basis -der natürlichen Logarithmen bezeichnet. Hierin bedeutet die Größe
die Zeitkonstante. Man hat es nunmehr in der Hand, durch Verkleinerung von L oder
durch Vergrößerung , von r !die Konstante nach Wunsch herabzusetzen. Dies kann mit
bekannten Mitteln erfolgen, indem man beispielsweise während der Schaltvorgänge
einen O.hrnschen Widerstand in den Stromkreis der Magnete in Reihe mit der Erregerwicklung
einschaltet oder indem man die Selbstinduktion des Stromkreises in bekannter Weise,
beispielsweise,durch Drosselspulen mit verschiebbarem Kern, veränderliche Magnetisierung
usw., vorübergehend vermindert.
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Eine besonders günstige @Anordnung, um die Charakteristiken beider
Maschinen aus der Abstimmung zu bringen, besteht darin, daß man in den Stromkreis
der Hauptstromkraftübertragung eine Störung elektrischer Natur einführt. Es geschieht
dies zweckmäßigerweise ,da-durch"d@aß eine Zusatzspannung, kurzzeitig eingeführt
»eingesprijtzt« wird: Ausführungsbeispiele dieser Anordnung sind in den Abb. q.
und 5 dargestellt. In Abb. 4 bedeutet g wiederum den Generator rüit deinem Felde
lb, in, den Motor mit dem Felde i. In den Stromkreis ist nun die Sekundärwicklung
eines Transformators x eingeschaltet. Die Primärwicklung ist über einen Umschalter
y sowie eine Regelvorrichtung z an eine Hilfsbatterien angeschlossen. Wird nun der
Umschalter ein-oder umgeschaltet, so erhält der Stromkreis der Kraftübertragung
einen kurzzeitigen Stromstoß, der das Abfallen des Stromes zur Folge- hat.
Bei
sehr großen Maschinen wird man unter Umständen das Maschinenfeld nicht in den Hauptstromkreis
legen, sondern, wie in Abb. dargestellt ist, die Felder h und i aus einer besonderen
Hilfserregerinaschine q speisen. deren Feldwicklung im Hauptstromkreis direkt oder
indirekt angeordnet ist. Da es sich bei dieser Anordnung im Erregerstromkreis nur
um verhältnismäßig schwache Ströme handelt, kann man die einzuspritzende Zusatzspannung
unmittelbar in den Erregerstromkreis einführen, indem beispielsweise ein Schalter
i i geöffnet wird, der sonst einen Stromkreis, bestehend aus einer Batterie 12,
einen Umschalter 13 und einen Belastungswiderstand 1q. überbrückt. Da die Schalter
für das Einspritzen der Spannung nur kurzzeitig betätigt «-erden, können sie als
Druckknopfschalter ausgeführt werden, wodurch sich insbesondere bei schwachen Strömen
kleine leicht unterbringbare und bequem zii handhabende Apparate ergeben.
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Will man die Zusatzspannungen nicht in besonderen Hilfsbatterien oder
Hilfsmaschinen erzeugen, so kann man auch die Hauptmaschinen dazu verwenden. Man
könnte beispielsweise bei Anordnungen, bei denen das Gehäuse an sich aus Revisions-
oder sonstigen Gründen drehbar angeordnet sein muß, dein Gehäuse einen kleinen Ruck
geben oder bei Maschinen mit verschiebbaren Bürsten die Bürsten kurzzeitig um ein
geringes Maß verstellen.