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Überwachungseinrichtung für elektrische Maschinen mittels Vergleichsmaschine.
Steuermaschinen für elektrische Antriebe, wie Fördermaschinen, Aufzüge, Walzenstraßen
u. dgl., werden häufig aus Netzen erregt, deren Spannung in ziemlich weiten Grenzen
schwankt, da diese Netze in der Mehrzahl der Fälle Kraftnetze sind. Außerdem schwankt
die Tourenzahl der Steuermaschinen, besonders dann, wenn sie mit Schwungrädern gekuppelt
sind und zur Ausnutzung der Schwungmassen künstlicher Schlupf erzeugt wird. Die
Folge dieser beiden Arten von Schwankungen ist, daß die Erregung der Steuermaschine
so bemessen werden muß, daß selbst im ungünstigsten Falle, d. h. bei geringster
Erregerspannung und geringster Tourenzahl noch die maximale Betriebsspannung der
Steuermaschine erzeugt werden kann. Dementsprechend ist auch der Nebenschlußregler
der Steuermaschine zu bemessen. Der Maschinist, der diesen Neben=" schlußregler
mit dem Steuerhebel bedient, wird nicht gehindert sein, den Steuerhebel auch dann
ganz auszulegen, wenn zufällig Erregerspannung und Tourenzahl der Steuermaschine
oder eine von ihnen den höchsten Wert haben. In diesem Falle findet eine erhebliche
Überschreitung des höchstzulässigen Spannungswertes der Steuermaschine statt, besonders
wenn noch gleichzeitig die Belastung des von ihr gespeisten Motors gering ist. Diese
Spannungserhöhung kann bis zu dem Doppelten der normalen Betriebsspannung oder noch
höher gehen. Bei voll ausgenutzten Maschinen liegt hierin eine große Gefahr, da
hierbei die zulässige Segmentspannung für den Kollektor der Maschine überschritten
wird und leicht Überschlag am Kollektor stattfindet, der erhebliche Störungen verursacht.
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Durch die Erfindung soll diese Gefahr vermieden werden. Sie läßt sich
aber nicht etwa dadurch vermeiden, daß erst im Augenblick der Erreichung oder Überschreitung
des höchstzulässigen Spannungswertes Mittel zur Verringerung dieser Spannung eingeschaltet
werden; denn bei der Schnelligkeit dieser Vorgänge tritt die Wirkung dieser Mittel
zu spät ein und der Überschlag am Kollektor wird nicht verhindert. Der neue Grundgedanke
der Erfindung besteht darin, eine Vergleichsmaschine so anzuordnen, daß Hauptmaschine
und Vergleichsmaschine von den den Betriebszustand vorschreibenden Betriebsgrößen
(z. B. beim Generator Feld und Drehzahl) gleich abhängig sind und daß die Vergleichsmaschine
unter dem Einfluß eines unabhängigen Kontrollorganes gleichartige, eine oder beide
Betriebsgrößen beeinflussende Regelorgane sowohl für die Vergleichsmaschine als
auch für die Hauptmaschine betätigt. Die Einstellung der Regelvorrichtungen im Hauptstromkreis
geschieht dabei gleichzeitig mit der Einstellung derjenigen für den Hilfsstromkreis
und ist unabhängig von allen sonstigen Veränderungen im Hauptstromkreis, so daß
stets in ihm die Regeleinrichtungen in der notwendigen Stellung vorbereitend eingestellt
sind und ohne Zeitverlust zur Wirkung kommen, wenn die Gefahr der Überschreitung
der Grenzwerte eintritt.
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Die Erfindung kann nicht nur auf die im vor--angehenden und im folgenden
angegebenen Maschinenschaltungen angewendet werden, sondern ist auch für andere
Schaltungen und Apparate beliebiger Art ausführbar.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb die Einrichtung so getroffen, daß
in Abhängigkeit von der Erregerspannung und der Tourenzahl der Maschine das Mittel
für die Überwachung und Begrenzung der Maschinenspannung eingestellt und in dem
Erregerstromkreis bereit gehalten wird, so daß es augenblicklich und ohne weiteres
einer Überschreitung der zulässigen Spannungsgrenze der Maschine entgegenwirken
kann.
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Für die Leonardschaltungen kann die Erfindung so ausgeführt werden,
daß mit der Steuermaschine eine fremderregte Hilfsdynamo gekuppelt wird, die aus
derselben Erregerstromquelle wie die Steuermaschine erregt wird, oder aus einer
Stromquelle, die mindestens die gleichen Schwankungen aufweist wie die Erregerstromquelle
der Steuermaschine. Diese Hilfsdynamo wird mit einem Relais o. dgl. versehen, das
sie selbsttätig auf konstante Spannung reguliert. In Abhängigkeit von dieser Regulierung
werden nun Regelvorrichtungen zur Begrenzung des Erregerstromes der Steuerdynamo
beeinflußt, derart, daß selbst bei höchster Tourenzahl und höchster Erregerspannung
und trotz vollständigerAuslegung des Steuerhebels die zulässige Spannung der Steuermaschine
nicht überschritten wird.
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In den Abb. i bis 4 sind Beispiele der Erfindung
dargestellt.
Es wird angenommen, daß die Steuermaschine x, deren Spannung zu begrenzen ist, in
Leonardschaltung einen Fördermotor 2 antreibt. Der Antriebsmotor der Steuermaschine
ist mit 3 bezeichnet. Dieser Motor kann, wie gezeichnet ist, ein Drehstrommotor
sein oder jede beliebige andere Antriebsmaschine. ¢ ist ein mit ihm gekuppeltes
Schwungrad. Die Drehzahl des Steuermaschinensatzes schwankt zur Ausnutzung dieser
Schwungmassen in ziemlich weiten Grenzen, z. B. um 2o Prozent der mittleren Tourenzahl.
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In Abb. = ist angenommen, daß die Steuermaschine aus einem Netz 5
erregt wird. Es möge dies das allgemeine Kraftnetz des Bergwerks sein, das ziemlich
erhebliche und unregelmäßige Spannungsschwankungen aufweist. An seine Stelle kann
natürlich jede andere Gleichstromerregerquelle treten. 6 ist der Steuerapparat im
Nebenschlußkreis der Steuermaschine, deren Erregerwicklung mit 7 bezeichnet ist.
8 ist die mit der Steuermaschine unmittelbar gekuppelte Hilfsdynamo, deren Erregerwicklung
g ebenfalls aus dem Netz 5 gespeist wird. An die Klemmen der Hilfsdynamo ist die
Spule ro eines Spannungsrelais angeschlossen, dessen Anker einer Feder 1r entgegenwirkt.
Je nachdem das Spannungsrelais die oberen oder unteren Kontakte 12 und 13 berührt,
wird der Verstelbnotor 1q. auf Linksgang oder Rechtsgang eingeschaltet. In der Nullstellung
des Spannungsrelais steht der Regelmotor 1q. still. Er verstellt einen Regelwiderstand
15 im Erregerstromkreis der Hilfsdynamo. Da die Relaisspule io auf konstante Spannung
der Hilfsdynamo reguliert, regelt sie den Widerstand 15 derart, daß bei niedriger
Tourenzahl der Steuermaschine i wenig, bei hoher Tourenzahl viel Widerstand in den
Erregerstromkreis g eingeschaltet ist. In gleicher Weise berücksichtigt die Relaisspule
io eine Änderung der Erregerspannung 5 ; einem Sinken der Erregerspannung entspricht
eine Verringerung des Widerstandes 15 und einer Erhöhung eine Vergrößerung dieses
Widerstandes. Es werden also die Tourenschwankungen und die Spannungsschwankungen
durch die Relaisspule io gleichmäßig berücksichtigt und dementsprechend der Wert
des Widerstandes 15 eingestellt. Dieser Wert ist ohne weiteres ein Maß für die Spannungsbegrenzung,
die im Erregerstromkreis der Steuerdynamo i selbst stattzufinden hat. Es ist deshalb
in diesen Erregerstromkreis ein weiterer Regulierwiderstand 16 eingeschaltet in
Hintereinanderschaltung mit- dem Steuerapparat 6. Der Kontaktarm des Widerstandes
16 ist mit dem des Widerstandes 15 gekuppelt und macht die gleichen Verstellbewegungen.
So wird erreicht, daß stets im Erregerwiderstand der Steuermaschine ein Sicherheitswiderstand
von einer solchen Größe eingeschaltet ist, daßbei jeder TourenzahI-und bei jedem
Spannungswert der Erregerquelle 5 die Spannung der Maschine x den zulässigen Höchstwert
nicht überschreiten kann, selbst bei völliger Auslegung des Steuerapparates 6.
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Die Kupplung der beiden Widerstände 15 und 16 ist das einfachste Mittel,
um eine gleichartige Beeinflussung beider Erregerstromkreise, nämlich desjenigen
der Hilfsdynamo 8 und desjenigen der Steuerdynamo i zu erreichen. Wählt man die
Hilfsdynamo 8 so, daß ihre Charakteristik innerhalb des Schwankungsbereiches von
Drehzahl und Erregerspannung der Charakteristik der Steuermaschine i ähnlich ist,
d. h. daß für eine bestimmte Schwankung des Produktes von Drehzahl und Erregerspannung
die gleiche proportionale Veränderung des Erregerstromes bei beiden Maschinen nötig
ist, so können die beiden Erregerwiderstände 15 und 16 in gleicher Weise abgestuft
werden. Die Abhängigkeit der Regulierungen in beiden Erregerstromkreisen kann auch
auf andere Weise -erreicht werden, beispielsweise indem man mit dem Kontaktarm des
Widerstandes 15 einen Übertragungsmechanismus irgendwelcher Art verbindet, der eine
entsprechende Verstellung des Widerstandes 16 regelt.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die sehr große
Steuerdynamo i durch eine besondere Erregermaschine 17 erregt wird. Dies geschieht
zur Verringerung der im Steuerapparat 6 zu schaltenden Energiemenge. In diesem Fall
ist mit der Erregermaschine 17 eine Hilfserregermaschine 18 gekuppelt, die ihrerseits
die Erregung für die Hilfsdynamo 8 liefert. Die Erregerwicklungen 1g und 2o der
beiden Maschinen 17 und 18 sind fremderregt. Der Steuerapparat 6 regelt die Erregung
der Maschine 17. In diesen Erregerstromkreis ist der Widerstand 16 geschaltet, während
im Erregerstromkreis der Hilfserregermaschine der Widerstand 15 liegt. Beide werden
in der schon angegebenen* Weise durch den Regelmotor 1q. gemeinsam verstellt.
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Das Erregernetz 5 wird aus einer Dynamo 21 gespeist. Diese sitzt mit
den Hilfserregermaschinen 17 und 18 auf der gleichen Welle, die von einem Motor
22 angetrieben wird. Die Tourenschwankungen dieses Erregerumformers 22, 21, 18,
17 kommen als Spannungsschwankungen im Erregernetz 5 mit zum Ausdruck neben den
eigenen Spannungsschwankungen der Maschine 21. Die angegebene Schaltung berücksichtigt
also sowohl die Tourenschwankungen des Hauptmaschinensatzes wie die Tourenschwankungen
des Erregermaschinensatzes wie die besonderen Spannungsschwankungen der. Erregermaschine
21.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 unterscheidet sich von dem nach
Abb. 2 dadurch, daß nur ein, Regelwiderstand 15 durch den
Regelmotor
14 verstellt wird. Dieser Regelwiderstand liegt im Nebenschlußstromkreis der Erregermaschine
21. Durch seine Verstellung wird also sowohl die Erregerwicklung ig der Erregermaschine
17 wie die Erregerwicklung 20 der Hilfserregermaschine 18 gleichzeitig beeinflußt.
Die Abbildung zeigt ferner, wie die konstant zu erregende Wicklung 23 des Motors
:z im Leonardstromkre is an die auf gleichbleibende Spannung regelnde Hilfsdynamo
8 angeschlossen werden kann. Es ist dann auch diese Wicklung allen durch die Netz-
oder Tourenzahländerungen hervorgerufenen Spannungsschwankungen entzogen. Alle Stromkreise,
die konstante Spannung verlangen, sind an die Hilfsdynamo 8 angeschlossen.
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Die ähnliche Schaltung für unmittelbare Erregung zeigt Abb. q.. Der
Widerstand 15, der von der Hilfsdynamo über das Relais io und den Regelmotor 14
beeinflußt wird, liegt, wie vorhin, in der Erregung der Erregermaschine 21. Die:
e speist sowohl die Erregerwicklung g der Hilfsdynamo wie über den Steuerapparat
6i die Erregerwicklung 7 der Steuerdynamo i. Auch hier werden sowohl die Spannungsschwankungen
der Erregermaschine 21 als auch die Tourenschwankungen des Steuermaschinensatzes
und die des Erregerumformers 21, 22 berücksichtigt.
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Der Einfluß der Belastung 'des Leonardmotors 2 kann in allen Fällen
gemäß Abb. i bis q. berücksichtigt werden durch Gegenkompoundierung des Spannungsrelais
io in Abhängigkeit vom Strom im Leonardstromkreis. Zn diesem Zweck braucht das Spannungsrelais
nur mit einer zweiten Wicklung versehen zu werden, die bei der angegebenen Schaltung
so an einen Abzweigwiderstand im Leonardstromkreis angeschlossen wird, daß sie bei
positiver Belastung, also bei Energieaufnahme des Motors 2, die Kraftwirkung der
Relaisspule io schwächt.
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Statt der Regulierwiderstände 15 und 16 können auch andere Regelapparate
verwendet werden, z. B. kann in einem oder beiden der Erregerstromkreise die Spannung
verändert werden, beispielsweise mit Hilfe eines Zellenschalters, der Sammlerzellen
ab- oder zuschaltet, je nachdem die Tourenzahl der Steuermaschine und die Spannung
der Erregerstromquelle nach oben oder unten schwankt.