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Einrichtung zur selbsttätigen Gleichlaufregelung einer Mehrzahl von
Elektromotoren Die Erfindung betrifft eine elektrische Regeleinrichtung zur Aufrechterhaltung
gleicher Drehzahlen mehrerer Elektromotoren.
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Es sind Einrichtungen bekannt, bei welchen ein Leitmotor, der die
Leitgeschwindigkeit angibt, und mehrere andere Motoren vorhanden sind, deren Geschwindigkeit
sich selbsttätig nach der des Leitmotors einstellt.
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Man kennt insbesondere Einrichtungen, bei denen ein Hilfswechselstromgenerator
mit dem Leitmotor gekuppelt ist, und der von diesem Generator gelieferte Strom die
Regelung der einzelnen Motoren dadurch bewirkt, daß die Bürsten der Motoren mit
Hilfe eines elektromechanischen Relais verstellt werden. Eine solche Einrichtung
hat aber den Nachteil, daß für die Regelung die elektrische Energie in mechanische
umgesetzt werden muß, wodurch der Regelvorgang verzögert wird.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung geht die Regelung der verschiedenen
Motoren ganz besonders schnell vor sich, weil der von dem Wechselstromgenerator
gelieferte elektrische Strom nach seiner Gleichrichtung unmittelbar die Regelung
der verschiedenen Motoren bewirkt, indem er beispielsweise eine Hilfserregerwicklung
der betreffenden Motoren durchläuft. Die zwischen jeden einzelnen der zu regelnden
Motoren und den Wechselstromerzeuger geschalteten Gleichrichter, welche sämtlich
zueinander parallel geschaltet sind, werden nach der Erfindung mit einer Vorrichtung
kombiniert, welche es ermöglicht, die Stärke des gleichgerichteten Stromes von dem
jeweiligen Drehzahlunterschied zwischen der Leitmaschine und dem zu regelnden Motor
abhängig zu machen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Gleichrichter
aus Lichtbogenrelais (Gleichrichtergitterröhren), in denen die Zündung des Lichtbogens
in Abhängigkeit von der Drehzahl des zu regelnden Motors beschleunigt oder verzögert
wird, indem ein mit dem betreffenden Motor gekuppelter, umlaufender Kommutator ein
zwischen Anode und Kathode des betreffenden Gleichrichters eingeschaltetes Gitter
abwechselnd positiv oder negativ auflädt.
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Bei einer anderen Ausführungsform -%v erden an sich bekannte Drehfeldgleichrichter
verwendet, welche von dem Motor angetrieben und mit dem Hilfstrom aus dem Wechselstromgenerator
gespeist werden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
Abb.
i zeigt die Verwendung eines Lichtbogenrelais.
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Abb. 2 zeigt die Verwendung eines besonderen Drehfeldgleichrichters.
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Im besonderen sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang
mit Papiermaschinen dargestellt, deren einzelne Teile durch getrennte Motoren angetrieben
werden, die mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Der Gegenstand der Erfindung beschränkt
sich aber nicht auf dieses Verwendungsgebiet.
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Die verschiedenen Pressen i, i', i ", i` werden durch je einen Gleichstrommotor
angetrieben. :2,:2', 2", 2"' . . . sind Motoranker, 3, 3', 3", 3... sind Anlaßwiderstände
und 4., 4', 4", 4"' sind die Widerstände im Erregerstromkreis. -Um die Motoren mit
veränderlicher Drehzahl umlaufen lassen zu können, speist man sie in bekannter Weise
durch eine Ward-Leonard-Gruppe.
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Der Gleichstromgenerator ist bei 5 angedeutet und wird durch einen
Motor 6 angetrieben. Die Erregerdynamo 7 liefert eine konstante Erregerspannung
an alle Motoren und speist über einen nach Art einer Kompensationsbrücke geschalteten
Regelwiderstand 8 die Erregung des Leonard-Generators. Der Widerstand g dient zur
Einstellung der Erregung des Generators 7. Die verschiedenen Motoren 2', 2", 2"'
werden nun so geregelt, daß sie der Drehzahl des Hauptmotors 2 folgen, der durch
bekannte, weiter nicht beschriebene Einrichtungen ungefähr auf konstanter Drehzahl
gehalten wird. Mit der Welle des Motors 2 ist der Anker io einer kleinen Wechselstrommaschine
gekuppelt. Die Erregung dieser Maschine liegt bei i i und der Regelwiderstand bei
13. Diese Wechselstrommaschine speist die verschiedenen Lichtbogenrelais 14', 14",
14"'.
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Die Lichtbogenrelais bestehen aus einem Gleichrichter, z. B. einem
solchen mit Ouecksilberdampf mit einer dauernd eregten Kathode, bei dem zwischen
Kathode und Anode eine Steuerelektrode, entweder ein inneres Gitter oder eine Mantelelektrode
(Außenbelag), angeordnet ist, deren Potential imVerhältnis zur Kathode positiv oder
negativ sein kann. Die durch dieses Relais gelieferten gleichgerichteten Ströme
speisen die Ausgleichs- oder Hilfswicklungen 15', 15", I511'. Die durch die normalen
und die Hilfserregerwicklungen geleiteten Ströme addieren sich in ihrer Wirkung,
wodurch die gewünschte Gleichlaufregelung erzielt wird. Bei 16 ist ein Autotransformator
angedeutet, dessen einziger Zweck ist, den erforderlichen neutralen Punkt zu schaffen,
wenn man die Lichtbogenrelais verwendet. Der Strom für die Speisung der Erregerelektroden
der verschiedenen Lichtbogenrelais wird durch kleine Transformatoren 17', il-",
17"' geliefert, die ihrerseits entweder durch die Wechselstrommaschine oder durch
ein besonderes Wechselstromnetz gespeist werden. Die selbsttätige Zündung der Lichtbogenrelais
erfolgt durch eine bekannte Vorrichtung mit Doppellamellen, die der Einfachheit
halber nicht dargestellt ist. Jedes Relais hat zwei Gitter oder Steuerelektroden
18', zg', i8", 1911, 18"', ig"'. Jedes Gitterpaar ist mit je einem umlaufenden'
Kommutator 20', 20", 2o11' verbunden, der sie abwechselnd positiv oder negativ lädt.
Jedes Gitter ist dauernd mit der entsprechenden Anode über einen großen Widerstand
verbunden. Diese Widerstände sind bei 21', 21", 2i11', 22' 22", 22"' angedeutet.
Der umlaufende Komm utator legt jedes der beiden Gitter, mit denen er verbunden
ist, nacheinander an den negativen Pol des Erregernetzes. Der positive Pol dieses
Netzes ist mit dem neutralen Punkt des Wechselstromgenerators io verbunden.
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Jeder Kommutator wird durch den zugehörigen Motor über eine stufenlos
veränderliche Übersetzung, z. B. durch Reibradgetriebe 25', 25", 25"' angetrieben.
Die Glimmlampen 24, 2q.11, 2q.11' zeigen an, wann der Gleichlauf der verschiedenen
Motoren erreicht ist.
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Jedem Motor ist eine Vorrichtung zugeordnet, die mit Sicherheit für
volle Erregung beim Anlassen sorgt und die Gleichlaufregeleinrichtung nur dann arbeiten
läßt, wenn der Anlaßwiderstand ausgeschaltet ist. Zu diesem Zweck sind die Leitungen,
die die Gitter negativ laden, durch kleine Trennschalter 23', 23", 23"' unterbrochen,
die nur dann überbrückt sind, wenn die Anlaßwiderstände 3', 3", 3... kurzgeschlossen
sind.
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Das Anlassen geht folgendermaßen vor sich: Die Leonard-Gruppe wird
auf die gewünschte Spannung eingestellt, der Leitmotor angelassen und durch seinen
Drehzahlregler auf die entsprechende Drehzahl gebracht. Die Klemmenspannung an dem
Wechselstromgenerator io muß auf einer nahezu konstanten Höhe gehalten werden, unabhängig
von den Drehzahlers der übrigen Maschinen, um eine konstante Ausgleichserregung
an den Motoren zu erhalten. Um die Zahl der Einstellungen zu verringern, wird man
den Widerstand der Kompensationsbrücke 8 für die Erregung des Leonard-Generators
mit dem Widerstand 13 der Erregung i i der Wechselstrommaschine io mechanisch kuppeln.
Tatsächlich hängt die Drehzahl dieser Wechselstrommaschine von der Klemmenspannung
der Motoren und damit von der Erregung des Leonard-Generators ab. Man kann also
in sehr weitem
Maße durch Erhöhung der Erregung den Abfall der Wechselstromspannung
an den Klemmen der Wechselstrommaschine io ausgleichen, da dieser Spannungsabfall
nur bei Nachlassen der Drehzahl eintritt. Man v eranlaßt die Zündung des Lichtbogenrelais,
worauf zunächst der maximale Erregerstrom in jedem Motor wirksam wird. Das Anlassen
der Motoren erfolgt durch die Widerstände 3,, 3`1, 3111, die in die verschiedenen
Ankerkreise eingeschaltet sind. Sind diese Widerstände kurzgeschlossen, dann sind
die Trennschalter z3', 23", a3"' überbrückt, und die Gitter können durch
die umlaufenden Kommutatoren negativ geladen werden, so daß die Gleichlaufregelung
in der weiter unten dargelegten Weise vor sich gehen kann.
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Die Lampen :24', z4", 24"' dürfen nicht flimmern. Sind die Motoren
unbelastet, so muß in jedem Lichtbogenrelais der maximale Strom fließen. Sind diese
Ströme zu schwach. so verringert. man die normale Erregung durch die Widerstände
4', 4", 4"'.
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Die Maschine ist nun betriebsbereit. Mittels der veränderlichen Geschwindigkeitsübersetzung
(Friktionsscheiben a5', 25", 25 "') stellt man das gewünschte Verhältnis
der Drehzahlen der Pressen i', i", i"' zu der Umlaufzahl der Hauptpresse i her.
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Die Gleichlaufregelung erfolgt auf Gründ der folgenden Eigenschaften
der Lichtbogenrelais: Ist eines der Relaisgitter im Verhältnis zur Kathode negativ,
so ist es unmöglich, daß der Lichtbogen zwischen der Kathode und Anode zündet, selbst
wenn diese ein positives Potential aufweist, das an sich eine Zündung zuließe. Wenn
aber das Gitter während eines kurzen Augenblickes positiv wird, so zündet der Lichtbogen
und reißt auch dann nicht ab, wenn das Gitter wieder negativ wird. Macht man das
Gitter nur eine Zeitspanne später positiv, als die Anode selbst positiv geworden
ist, dann zündet der Lichtbogen zwischen der Kathode und der Anode mit einer gewissen
Verzögerung. Die mittlere Spannung des in diesem Falle in den betreffenden Erregerstromkreis
fließenden Stromes ist niedriger als die, welche man erhalten würde, wenn keine
Verzögerung der Zündung einträte. Das Sinken der Spannung ist eine Funktion des
Betrages dieser Verzögerung.
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So erklärt es sich, daß ein Drehzahlunterschied zwischen den zu regelnden
Motoren, die mit den die Gleichrichtergitter speisenden Kommutatoren gekuppelt sind,
und dem Leitmotor, der mit dem die Gleichrichter speisenden Wechselstromgenerator
gekuppelt ist, eine Änderung der Spannung des gleichgerichteten Stromes hervorruft.
Gerade diese Änderung ist es, die zur selbsttätigen Aufrechterhaltung des Gleichlaufs
verwendet wird.
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Steigt die Belastung eines :Motors an, so fällt er gegenüber dem Leitmotor
in der Drehzahl ein wenig ab. Der Kommutator, der dann langsamer läuft, bringt die
betreffenden Gitter gegenüber der Anodenspannung etwas verzögert auf ein positives
Potential. Der Lichtbogen zündet ebenfalls mit Verzögerung, -der Mittelwert des
gleichgerichteten Stromes fällt ab, und die Summe der Erregerströme in den Spulen
des betreffenden Motors vermindert sich. Der Motor ist dann bestrebt, schneller
zu laufen, und erreicht wieder die Drehzahl des Leitmotors. Wenn er aber aus irgendeinem
Grunde schneller als der Leitmotor zu laufen sucht, dann nimmt der Mittelwert des
gleichgerichteten Stromes zu. Es steigt dann auch die Summe der Erregerströme, und
der betreffende Motor verlangsamt seinen Lauf.
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Man kann auch andere Vorrichtungen als die Lichtbogenrelais für den
gewünschten Zweck verwenden. Man kann z. B. das Lichtbogenrelais durch einen Drehfeldgleichrichter
ersetzen. Ein solcher an sich bekannter Gleichrichter sieht folgendermaßen aus:
Macht man bei einer Gleichstromdynamo den Anker ortsfest und läßt das Induktionsfeld
und die Bürsten mit gleicher Drehzahl umlaufen, so nehmen die letzteren eine gleichbleibende
Spannung (Gleichstrom) ab. Das Drehfeld kann durch mehrphasigen Wechselstrom. erzeugt
werden. Diese letztere Anordnung, Drehfeldgleichrichter genannt, wird für den vorliegenden
Zweck verwendet.
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In Abb. a ist ein Schaltschema für diesen Fall dargestellt.
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Wie in Abb. i sind die Anker der zu regelnden Motoren mit a', a",
z"' und der Anker des Leitmotors mit a bezeichnet. Die Anlaß- und Erregerwiderstände
sind mit den Zeichen 3', 3", 3"' bzw. 4', 4", 4"' versehen. Der Leonard-Generator
ist bei 5 und dessen Antriebsmotor bei 7 angedeutet. Der Wechselstromleitgenerator
io speist die Drehfelder der Gleichrichter 30', 30", 30"'. Die umlaufenden Bürsten
eines jeden Gleichrichters werden jeweils von dem zu regelnden Motor über ein stufenlos
veränderliches übersetzungsgetriebe, z. B. durch Friktionsscheiben 3 i', 31", 31"',
angetrieben. Wenn in einer solchen Anordnung die Bürsten genau auf der neutralen
Linie des Drehfeldes liegen, erreicht die gleichgerichtete, elektromotorische Kraft
ein Maximum. Sie vermindert sich jedoch und wechselt das Vorzeichen, wenn man die
Bürsten im Verhältnis zum Drehfeld verschiebt. Die Spannung zwischen den umlaufenden
Bürsten wird durch die Schleifringe abgenommen und mit dem Erregerkreis
in
Reihe gelegt. Es ist ersichtlich, daß je nach der relativen Stellung der Bürsten
die Einrichtung ähnlich wie ein die Spannung hinauf- oder herabsetzender Transformator
wirkt. Im Betrieb arbeitet der Gleichrichter derart, daß im Falle einer Rückwärtsverschiebung
der Bürsten im Verhältnis zu dem Drehfeld infolge Abnahme der Spannung zwischen
den Bürsten des Gleichrichters der Erregerstrom des betreffenden Motors vermindert
wird. Der Motor ist dann bestrebt, rascher zu laufen, und zieht dann die umlaufenden
Bürsten, die mit einem gewissen Schlupf hinter dem Feld zurückgeblieben sind, wieder
nach; hierdurch wird der Gleichlauf wieder erreicht.
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Eine weitere Ausführungsform bedient sich einer Anzahl von Hilfsmotoren.
Die regelnde Wirkung wird dann weniger rasch sein, aber sie wird nichtsdestoweniger
für gewisse Verwendungszwecke genügen.
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In einem solchen Falle liefert der Leitmotor Wechselströme infolge
einer durch einen umlaufenden Kommutator periodisch herbeigeführten Unterbrechung
und Umkehrung des Stromes einer Gleichstromquelle.
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Diese Ströme werden zum Teil durch einen zweiten umlaufenden Kommutator
derart gleichgerichtet, daß die mittlere Stärke des gleichgerichteten Stromes eine
Funktion des Phasenunterschiedes zwischen den beiden Kommutatoren ist. Der Strom
wird dann dem Anker eines Hilfsmotors zugeleitet, der den Erregerwiderstand des
zu regelnden Motors steuert.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt.
Bei Ersatz der umlaufenden Kommutatoren in Abb. i, z. B. durch Wechselstromgeneratoren
o. dgl., welche in der Richtung wechselnde, elektromotorische Kräfte erzeugen, wird
der Rahmen der Erfindung nicht verlassen. Auch die Verwendung von mechanischen oder
elektrischen Relais (Ionenröhren o. dgl.) kann in gleicher Weise vorgesehen werden,
um die durch Phasentransformatoren erzeugte Kraft zu vermehren, wobei diese Transformatoren
zwischen den zu steuernden Maschinen angeordnet sind. Man kann auch den Wechselstromgenerator
io durch einen Abzweig irgendeines Wechselstromnetzes ersetzen. In diesem Falle
würde die Gleichlaufregelung in Abhängigkeit von der Frequenz eines den Takt angebenden
Wechselstromnetzes erfolgen.
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Die Regeleinrichtungen (Lichtbogenrelais, Drehfeldgleichrichter o.
dgl.) können ebenso auf den Anker des Motors einwirken, und die gesamten Einrichtungen
können in gleicher Weise an solchen Wechselstrommotoren oder mechanischen Einrichtungen
angewandt werden, die als Hilfsmotoren verwendet werden, um auf Stellhähne, Wasserschützen
o. dgl. einzuwirken.
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Die Anwendung von Vorrichtungen nach der Erfindung ist in erster Linie
für die Gleichlaufregelung von Papiermaschinen mit mehreren Motoren vorgesehen,
aber auch für jede andere Art Einrichtungen verwendbar, bei denen der Gleichlauf
mehrerer Maschinen erforderlich ist.