DE417831C

DE417831C - Elektrische Zwangssteuerung

Info

Publication number: DE417831C
Application number: DEG61437D
Authority: DE
Original assignee: Compagnie des Forges et Acieries de la Marine et dHomecourt
Current assignee: Compagnie des Forges et Acieries de la Marine et dHomecourt
Publication date: 1925-08-19

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Zwangssteuerung, bei welcher der drehbare Teil des Empfängers mit dem drehbaren Teil des Senders zwangläufig derart verbunden ist, daß, wenn ersterer auf irgendeine der vorher festgesetzten Stellungen eingestellt wird, der drehbare Teil des Empfängers sich ebenfalls auf die entsprechende Stellung einstellt, wobei die Anzahl der verschiedenen Stellungen des Empfängers gleichfalls wie die des Senders vorher festgelegt worden sind.

Gemäß einer vorgeschlagenen elektrischen Zwangssteuerung bestehen die elektrischen kontinuierlichen Fernsteuerungen aus einem Sender und aus einem Empfänger, die unter sich durch Leitungen in Verbindung stehen. Der Sender ist ein Gleichstrommotor mit Kollektoranker. Auf dem Kollektor schleifen Stromabnehmer, die auf einem drehbaren Gestell aufmontiert sind und einen Mehrphasenstrom kontinuierlich abnehmen und in die Leitungen abgeben, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit der Abnehmerbürsten entspricht. Der Empfänger ist ein Synchronmotor, dessen feststehender Teil, der Ständer, durch die Leitungen mit Mehrphasenstrom versorgt wird, während dessen drehbarer Teil, der Läufer, Gleichstrom erhält oder umgekehrt. Bei Fernsteuerungen dieser Art dreht sich der Empfänger kontinuierlich, wenn die Bewegung des Senders ebenfalls eine ununterbrochene ist.

Bei der elektrischen Fernsteuerung gemäß vorliegender Erfindung ist dagegen eine bestimmte Anzahl von Stellungen bei jeder Umdrehung des Empfängers von vornherein festgelegt. Sie weist eine gewisse Ähnlichkeit mit den Steuerungen auf, bei denen die Kontakte des Verteilers, um den ein drehbarer Bürstenhalter umläuft, mit den Enden einer gewissen Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen verbunden sind, deren Potentiale nach einem linearen Gesetz wechseln. Gemäß vorliegender Anordnung ergibt aber der Verteiler ohne Erwärmung und ohne Energieverlust, welche bei der mit Widerständen ausgerüsteten Anordnung auftreten, eine Reihe von Potentialen, die bei allen Anwendungsverhältnissen einen sinusartigen Verlauf besitzen.

Entsprechend der Erfindung besteht die elektrische Steuerung ebenso wie die vorher erwähnte aus einem mit Gleichstrom gespeisten Elektromotor mit Kollektoranker als Sender und aus einem Synchronmotor als Empfänger, dessen Ständer mit Leitungsdrähten des Senders verbunden ist und dessen Läufer Gleichstrom erhält (oder umgekehrt), aber statt unmittelbar Mehrphasenstrom für die Fernsteuerung mittels Bürsten abzunehmen, die sich in einem Gestell um den Kollektor ^Ro des Ankers des Senders drehen, sind eine Reihe feststehender Bürsten angeordnet, die sich gegen den Kollektor anlegen. Infolgedessen erreicht das Potential in jeder der Bürsten einen genau bestimmten Wert. Diese Potentiale werden übertragen auf im Kreise angeordnete Kontakte eines Stromverteilers, um welchen sich bewegliche Stromabnehmer drehen, die mit den Leitungsdrähten des Empfängers verbunden sind. Als Empfänger wird in an sich bekannter Weise ein Synchronmotor verwendet, dessen Feldmagnet Gleichstrom erhält, während ein Mehrphasenanker (der beliebig feststehend oder drehbar angeordnet werden kann) Strom durch die Drähte erhält, die mit den beweglichen Kontakten des Senders verbunden sind.

Entsprechend einer besonderen Ausführungsform des Empfängers kann man auch den Rotor und den Stator mit Mehrphasenwicklungen versehen und ihnen! Strom durch die Fernleitungen zuführen, wobei ihre Drehfelder sich in gleichem oder umgekehrtem Sinne drehen.

Im folgenden und in den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt, welche die Erfindung nicht erschöpfen, sondern lediglich erläutern.

Abb. ι zeigt schemalisch ein Ausführungsbeispiel der Übertragung, der zufolge die Magnete des Empfängers mit Gleichstrom, der

Anker mit Dreiphasenstrom versorgt werden.

Abb. 2 ist ein Schema des Stromverteilers in Gestalt eines Kontrollapparates.
Abb. 3 ist ein Empfänger, bei dem Rotor und Stator Mehrphasenstrom erhalten, wobei die magnetischen Felder beider die gleiche Anzahl Pole besitzen und in entgegengesetztem Sinne sich drehen.

ίο Abb. 4 ist das entsprechende Schema.

Abb. S ist eine weitere Ausführungsform des Empfängers, bei welcher Magnet und Anker mit Mehrphasenstrom gespeist werden, der zufolge aber beide eine ungleiche Anzahl Pole besitzen und in gleichem Sinne sich drehen.
Abb. 6 ist das entsprechende Schema.
In der Abb. 1 bezeichnen A den Sender, B den Empfänger, D den Stromverteiler und C die Stromleitungen.

Als Sender A dient eine Dynamomaschine oder ein Elektromotor. Man gibt dem Motor den Vorzug, weil der Mehrphasensender in der nachbeschriebenen Bauart lediglich als Polwechsler veränderlicher Frequenz zu arbeiten bestimmt ist und außerdem gegenüber der Dynamomaschine Vorzüge besitzt (höhere Leistungsfähigkeit, geringere Erhitzung). Der Stator des Motors trägt die Wicklungen 1, 2, welche von der Elektrizitätsquelle 3 mit Gleichstrom versehen werden. Der drehbare Anker 4 ist mit einem Kollektor 5 ausgestattet, der ebenfalls durch die Elektrizitätsquelle 3 mit Gleichstrom unter Vermittlung der Bürsten 6 versorgt wird. Der Kollektor wird von einem Kranz 7 umschlossen, der eine Reihe Bürsten (zwölf bei dem gewählten Beispiel) 8], 80... S₁₂ trägt, die auf dem Kollektor schleifen und feststehend angeordnet sind.
Der Stromverteiler D bildet einen Kranz mit einer Anzahl Kontakten g_v g₂ ■ ■ ■ 9i2· die unter sich isoliert sind, aber einzeln mit den Bürsten S₁, 8₂ . . . 8₁₂ verbunden sind.

Es ist leicht verständlich, daß, wenn die feststehenden Bürsten 8_1; S₂ ... S₁₃ durch ; gleichmäßige Abstände voneinander getrennt sind und symmetrisch zu den Hauptbürsten 6 des Elektromotors angeordnet sind, die Spannungswerte der Bürsten je paarweise gleich sind. Somit kann man statt zwölf Leitungen zur Verbindung der Bürsten mit den Kontakten deren Zahl auf sechs oder sieben herabsetzen. Im allgemeinen gesagt, wenn /2 Bürsten vorhanden sind, =0geniigen— oder— -J- 1

Leitungen.

Um und auf dem Verteiler drehen sich drei bewegliche Stromabnehmer 10, 11, 12, die mit den Leitungsdrähten C₁, C₂, C₃ verbunden sind. Diese Stromabnehmer bewegen sich über den Kontakten und leiten die von diesen abgenommenen Potentiale zu dem Empfänger.

Der Empfänger B ist ein Synchronmotor. Die Magnetwicklungen 13, 14 werden durch eine Elektrizitätsquelle 15 mit Gleichstrom versorgt. Der Anker trägt eine Dreiphasenwicklung 17, 18, 19, die mit den Kollektorringen 20, 21, 22 und durch, die Bürsten 23, 24 und 25 mit den Leitungen C₁, C₂, C₃ verbunden sind.

Die Arbeitsweise der Übertragungsvorrichtung ist folgende:

Wenn der Sender in Gang gesetzt ist, so steigen die Potentiale in den feststehenden Bürsten 8_1; 8₂ . . . 8₁₂ bis auf einen bestimmten festen Wert und gehen auf die entsprechenden Kontakte g_t, 9» ... 9₁₂ des Stromverteilers über.

Wenn nun die drehbaren Stromabnehmer 10, ri, 12 nacheinander mit den verschiedenen Kombinationen von je drei Kontakten in Berührung treten, so kombinieren sich diese Potentialwerte und fließen in die Wicklungen des Ankers des Empfängers, wo sie jedesmal ganz bestimmte Ströme veranlassen. Diese Ströme erzeugen drei KraftfLüsse, deren Resultante in dem Rotor einer ganz bestimmten Einstellung und den in die Leitung gesandten Potentialwerten entspricht. Demnach dreht sich der Rotor, bis diese Resultante zu dem· gleichmäßigen Kraftfluß aus den Polen des Stators parallel und entgegengesetzt gerichtet ist. Falls ein zweipoliger Stator verwendet wird, ist nur eine einzige Gleichgewichtslage des Rotors vorhanden, und diese Gleichgewichtslage ist eine stabile, so daß jeder Stellung der drei beweglichen Stromabnehmer 10, 11, 12, welche in ihrer Gesamtheit das Steuerorgan bilden, eine genau bestimmte Einstellung des Empfängers entspricht.

Die Anzahl der Einstellungen des Empfängers bei einer einmaligen Umdrehung des Verteilers kann erheblich vermehrt werden, wenn man nicht nur die vollen Stellungen der Stromabnehmer 10, 11, 12 auf dem Verteiler benutzt, d. h. diejenigen, wo jeder Stromabnehmer nur auf einem einzigen Kontakt aufliegt, sondern außerdem noch die Zwischenstellungen, wo ein Stromabnehmer gleichzeitig zwei benachbarte Kontakte berührt.

Zum Übertritt des Verteilers von einer Stellung in eine andere kann man ohne Nachteil den Strom unterbrechen, weil jeder Einstellung desselben nur eine einzige Einstellung des Empfängers entspricht. Wenn man die Zwischenstellungen benutzen will, so ist es unbedingt erforderlich, die Stärke des Stromes herabzusetzen, um eine Erhitzung des Verteilers und eine Beschädigung der Kontakte zu vermeiden. Dies kann man auf folgende Weise erreichen:

a) durch Zwischenschaltung von Hilfswiderständen in den Stromkreis, der die fest- _#

stehenden Abnehmer S₁, 8₂ . . . S₁₂ mit den Kontakten g_u g₂ · · · 9i2 des Verteilers ein schließt,

b) dadurch, daß man als drehbare Stromabnehmer zwei Kupferbürsten verwende^ die durch einen Widerstand verbunden sind, an dem die Leitungsdrähte befestigt werden, oder

c) dadurch, daß man die drehbaren Stromabnehmer io, ii, 12 durch zwei isolierte

ίο Kupferbürsten ersetzt, wovon jede durch einen Leitungsdraht mit dem Empfänger verbunden ist. In diesem Falle würde die Leitung sechs Drähte erfordern, und jeder Rotor des Empfängers besäße zwei Dreiphasenwicklungen. Man könnte, wie ohne weiteres verständlich ist, die Anzahl der Einstellungen des Empfängers dadurch vermehren, daß man die Kollektoren mehrerer unter sich gleicher Sender A benutzte, deren Stromabnehmer 8_1: S₂ ... 8₁₂ von einem Kollektor zum andern eine regelmäßige Verschiebung aufweisen, oder auch durch die Anordnung mehrerer Reihen von feststehenden Stromabnehmern in verschiedenen zueinander versetzten Abschnitten auf einem und demselben Kollektor.

Man könnte andererseits vier oder sechs bewegliche Stromabnehmer auf dem Verteiler D anbringen und als Empfänger Dreioder Sechsphasensynchronmotoren verwenden. Dagegen könnte man, wenn es sich um die Übermittlung von einer nur beschränkten Anzahl Anzeigen handelt, die Einrichtung sehr wesentlich vereinfachen.

Die Einrichtung des Verteilers richtet sich nach seiner jeweiligen besonderen Verwendung. Seine Kontakte können in einer Ebene oder auf einem Zylindermantel angeordnet werden. Er kann die Gestalt eines sogenannten Kontrollapparates annehmen, entsprechend der in Abb. 2 dargestellten Ausführungsform. Bei der elektrischen Übertragung mit Sender A und den auf dem Kollektor ihres Ankers schleifenden drei Bürsten 8_U 8₂, 83 besitzen die an die Bürsten angeschlossenen Drähte entsprechend Abb. 2 die Spannungswerte V₁, V₂, V₃. Der Kontrollapparat besteht aus einer Trommel 26, die mittels eines Handrades gedreht werden kann. An ihrem oberen Ende sind drei Ringe 27, 27', 27" angebracht, auf welchen Stromabnehmer schleifen, welche mit den Drähten C₁, C₂, C₃ verbunden sind und die Mehrphasenwicklung des Empfängers mit Strom versorgen. Auf dem Trommelumfang sind schraubenförmig zu Gruppen von je drei vereinigte Kontakte 28 aufgesetzt. In gleicher Höhe mit jeder Gruppe 28 befinden sich entsprechende Gruppen von je drei Stromabnehmern 29, die sämtlich in derselben Senkrechten liegen. Die drei Stromabnehmer jeder Gruppe sind an die entsprechenden Drähte V₁, Vo, V₃ des Mehrphasenverteilers des Empfängers angeschlossen. Die Verbindungen sind so getroffen, daß man in Hinsicht auf die_ Gesamtheit der Gruppen 28, 29 und die Potentiale V₁, V₂, V₃ sämtliche möglichen, in Abb. 2 eingetragenen Kombinationen erhält.

Es ist ohne weiteres verständlich, daß Ständer oder Läufer mit mehreren Polpaären und auch permanenten Magneten benutzt werden j können. Andererseits könnte man sich auf ^! einen passenden Läufer aus Weicheisen beschränken.

In den Abb. 3, 4, 5, 6 sind zwei Ausführungsbeispiele von Empfängern dargestellt, bei denen die örtliche Stromversorgung des Feldmagneten in Fortfall kommt. Rotor und Stator des Empfängers nach Abb. 3 erhalten beide eine Dreiphasenwicklung 31 bzw. 32. Der im Dreieck bewickelte Läufer steht mit den drei Schleifringen 33, 34, 35 durch die Schleifkontakte mit feststehenden Klemmen 36, 37, 38 in Verbindung. Die Ständerwicklung ist mit den Klemmen 46, 47, 48 verbunden. Die drei Leitungsdrähte des Verteilers C₁, C₂, C₃ sind an die Klemmen 56, 57, 58 angeschlossen und diese mit den Klemmen 36, 37, 38 und 46, 47, 48 so verbunden, daß die im Stator und im Rotor entstehenden Drehfelder sich in umgekehrtem Sinne drehen.

Die Arbeitsweise dieses Empfängers ist sehematisch in der Abb. 4 dargestellt. Nimmt man an, daß bei einer gegebenen Stellung des Verteilers der Empfänger sich im Gleichgewicht befindet, so haben z. B. die beiden tnagettschen Felder des Rotors und des Stators die gleiche Richtung O X. Verstellt man den Verteiler um einen Winkelausschlag α, so dreht sich auch das Feld des Rotors um denselben Wert und nimmt die Richtung O R an. Das Feld des Stators nimmt dann eine zu O X symmetrische Stellung ein und stellt sich in die Richtung OS. Damit nun OR sich auf 0 5 legt, muß der Rotor einen Winkelausschlag 2 α ausführen. Es führt also in diesem Falle der Empfänger einen doppelt so großen Winkelausschlag aus wie der Verteiler.

Diese Lösung kann zuweilen für manche Verwendungsarten von Nachteil sein, weil der Empfänger zweimal rascher sich dreht als der Verteiler und infolgedessen die gesteuerten Organe nicht mehr gezwungen werden können, um den entsprechenden Winkel des Verteilers sich zu drehen, es sei denn, daß man ein Zahngetriebe einschaltet.

Eine sehr vorteilhafte Lösung ist durch die Anordnung entsprechend Abb. 5 und 6 verwirklicht. Die magnetischen Felder drehen sich hier nicht mehr entgegengesetzt, sondern in demselben Sinne, wobei die Dreiphasenwicklungen des Stators und des Rotors eine ungleiche Anzahl Pole besitzen. Nimmt man für die Wicklung des Stators 2 p Pole und

Claims

für das Feld des Rotors 2 (p-\- 1) Pole bei einer Drehung α des Feldes durch die Stellungsänderung des Verteilers an., so wird das

_ Feld des Stators sich um — und das des ρ

Rotors um ——— drehen.

P + ι

Die Abb. 6 zeigt schematisch die Stellungsänderung der beiden Drehfelder, ausgehend von der Gleichgewichtslage O X. Der Vektor des Statorfeldes geht in der Richtung O S, der des Rotorfeldes in der Richtung O R, so daß die Verschiebung beider Felder

P p+i P P+ι

beträgt.

Diese Einrichtung bildet also gewissermaßen einen elektrischen Nonius.

Bei der Einrichtung nach Abb. 5 z. B. ist die Wicklung 61 des Rotors eine sechspölige, die Statorwicklung 62 eine vierpolige. Eine Verstellung des Drehfeldes des Verteilers um α entspricht somit einer Verstellung des

Empfängers um - -_v—- = -=■. ^v ^ö 2X3 6

Wie bei der Anordnung von Abb. 3 ist die Wicklung des Rotors bei Abb. 5 mit den Ringen 63, 64, 65 verbunden, die ihrerseits an die Klemmen 76, 77, 78 angeschlossen sind. Die Wicklung des Stators geht zu den drei Klemmen 86, 87, 88; die Leitungsdrähte C₁, Co, C₂ zu den Klemmen 96, 97, 98. Diese Klemmen 96, 97, 98 sind mit den Klemmen 76, 77, 78 und den Klemmen 86, 87, 88 so verbunden, daß die magnetischen Felder des Stators und des Rotors sich in demselben Sinne drehen. Beispielsweise werden 96 mit 76 und 86, 97 mit jy und 87, 98 mit 78 und 88 verbunden.

Die Übertragung gemäß der Erfindung entspricht allen Anforderungen der Zwangsfernsteuerung von der Weichenstellung· bis zur Bedienung von Rangierapparaten. Es genügt, vorher in geeigneter Weise die Empfängermotoren für die jeweiligen Verwendungszwecke zu berechnen. Sie sichert ein konstantes Drehmoment für alle Stellungen des Empfängers und enthält keine Widerstände, deren Erhitzung einen großen Teil der verfügbaren Energie nutzlos verzehren würde.

Paten τ-Ansprüche:

i. Elektrische Zwang/Steuerung, deren Verteiler mit auf einer Anzahl Kontakten schleifenden Bürsten versehen ist, gekennzeichnet durch die Verbindung jedes dieser Kontakte mit einer entsprechenden Lamelle des Kollektorankers einer in Tätigkeit befindlichen, als Sender dienenden Maschine, so daß die Potentiale der erwähnten Kontakte gemäß dem Sinusgesetz um den Verteiler sich verändern und der Strom- durch die schleifenden Bürsten in bekannter Weise die Mehrphasenwicklung eines aus einem Synchronmotor bestehenden Empfängers speist.
2. Elektrische Zwangssteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine als Sender dienende elektrische Maschine, auf deren Kollektor eine Reihe Abnehmerbürsten fest angeordnet sind, so daß jede derselben ein festbestimmtes Potential annimmt und deren Bürsten mit entsprechenden Kontakten des Verteilers verbunden sind.
3. Elektrische Zwangssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler nicht ausschließlich die vollen Stellungen der Bürsten auf den Kontakten, sondern auch deren Zwischenstellungen, bei denen die Bürste gleichzeitig mit zwei Kontakten in Berührung kommt, verwertet, wobei geeignete Mittel vorgesehen sind, um im letzteren Fall die Intensität des Stromes in den Bürsten herabzusetzen.
4. Elektrische Zwangssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängermotor eine größere Anzahl Pole besitzt als der Sendermotor, zum Zwecke der Herabsetzung der Bewegung des Empfängers, indem das Übersetzungsverhältnis gleich ist dem Verhältnis der halben Anzahl der Pole des Empfängers zur halben Anzahl der Pole des Senders.
5. Elektrische Zwangssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Motor des Empfängers das Ankerfeld und das Magnetfeld zwei Drehfelder bilden, welche durch die Verbindungsdrähte mit dem Verteiler gespeist werden, wobei Stator und Rotor mit je einer Mehrphasen wicklung versehen sind und die Felder in entgegengesetztem Sinne sich drehen.
6. Elektrische Zwangssteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen des Stators und des Rotors des Empfängers eine ungleiche Anzahl von Polen besitzen und die Felder sich im gleichen Sinne drehen, so daß die Übertragung einen elektrischen Nonius bildet und eine sehr große Anzahl verschiedener Einstellungen des Empfängers ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.