-
Thomaregler für Leonard-Umkehrantriebe, insbesondere in Walzwerken
In letzter Zeit ist man insbesondere in Walzwerken mehr und mehr zur Fernsteuerung
übergegangen. Gleichzeitig sind die Leistungen für Walzwerkhilfsantriebe so gestiegen,
daß auch bei diesen Antrieben Leonard-Stenerungen große Energieersparnis mit sich
bringen und ihre Anschaffung sich lohnt. Bei der großen Zahl der stündlichen Schaltungen
muß dem Wärter die Möglichkeit einer willkürlichen Steuerung, d. h. des Fahrens
mit willkürlicher Belastung der Umformer, genommen werden, außerdem muß man ihm
das Steuern erleichtern, indem man seine Aufmerksamkeit nicht durch die sonst erforderliche
Beobachtung von Meßgeräten in Anspruch nimmt.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Leonard-Steuerung, welche den erwähnten
im Betrieb gestellten Forderungen nachkommt. Nach der Erfindung wird der Regler
des Generators durch einen Thomaregler angetrieben, dessen Schieber durch zwei von
Steuerstrom und Belastungstrom beeinflußte Magnetsysteme gesteuert und durch Kraftspeicher,
beispielsweise Federn, in seiner Mittelstellung gehalten wird, sobald beide Magnetsysteme
gleiche Kräfte ausüben.
-
Gegenüber der neuen Steuereinrichtung hat die bekannte rein elektrische
Steuerung des Feldmagnetreglers der Steuerdynamo mittels eines Elektromotors, der
seinerseits wieder durch Relais gesteuert wird, folgende Nachteile: Es sind eine
Reihe -Relais erforderlich, deren Kontakte der Abnutzung durch Kontaktabbrand unterworfen
sind. Da es sich zum Teil um das Schalten von Steuerströmen handelt, ist die Gefahr
sehr groß, daß die Kontakte nach kurzer Zeit versagen.
-
Der Regler mit rein elektrischer Steuerung arbeitet schlecht, da alle
Regelimpulse mit erheblicher Verzögerung auf das Regelsystem übertragen werden,
denn jeder Regelimpuls hat zur Voraussetzung, daß ein Relais anzieht bzw. abfällt
und ein Lichtbogen unterbrochen wird, und daß der Elektromotor, der praktisch verhältnismäßig
hochtourig ausgeführt werden muß oder aber sehr große Schwungmassen besitzt, anläuft
oder zum Stillstand kommt. Das Stillsetzen des Motors könnte man zwar durch eine
zusätzliche Bremse beschleunigen. Hierdurch tritt aber eine weitere Erschwerung
ein, und außerdem braucht auch diese Bremse zurr Einfallen Zeit. Die Antriebe, für
welche die vorliegende Steuerung bestimmt ist, . müssen aber sehr schnell arbeiten.-
Der Antriebsmotor einer Walzenanstellung muß beispielsweise seine Höchstdrehzahl
in zwei Sekunden erreichen. Soll der Regler überhaupt wirken und den Anlauf überwachen
können, so müssen sämtliche Regelwirkungen sich in Bruchteilen von Sekunden auswirken
können. Dies ist aber nur bei Verwendung einer hydraulischen Steuerung möglich.
Hierbei führt der unmittelbar mit dem Feldregler gekuppelte hydraulische
Antrieb
nur dieselben kleinen Bewegungen aus -wie der- Feldregler; infolgedessen werden
die Beschleunigungs- und Bremskräfte so weit verringert, daß sie praktisch vernachlässigt
werden können. Die hydraulische Steuerung hat außerdem den Vorteil, daß beim Schließen
eines Ventils die Bewegung sofort abgestoppt wird, da mit praktisch unkomprimierbaren
Flüssigkeiten gearbeitet wird. Durch die Anordnung der Steuer- und Stromspulen nach
der Erfindung auf dem Magnetsystem der Steuereinrichtung des Thomareglers ist ferner
die Verwendung von Relais erspart worden; die Steuerung ist einfach und übersichtlich
geworden.
-
EinAusführungsbeispiel derErfindungist in der Abbildung dargestellt.
i, 2 ist der Generätor, 3, 4 der Motor, 3o eine von der als Drehstrommotorausgebildeten
Antriebsmaschine 5a betriebene Erregermaschine, welche die ganze Anlage auch mit
Steuerstrom versorgt, und 31 der Feldregler der Erregermaschine. Das Feld des Leonard-Generators
wird durch den Feldregler 16 gesteuert und durch die Feldumkehrschütze 25, 26 reserviert.
Der Feldreglerarm wird durch Teil 39 des Thomareglers angetrieben.
-
ig und 2o sind vom Fahrschalter 42 und vom Ankerstrom über den Meßwiderstand
15 beeinflußte Magneten, welche den Steuerschieber 38 des Thomareglers bewegen.
Die Magnete wirken über einen an sich bekannten Waagebalken 32 auf den Steuerschieber
38; der Waagebalken wird durch zwei Federn 35, 36, welche sich nicht über die Mittellage
hinaus bewegen können, in der Nullage gehalten. Die Spulen 23 und 24 der Magnete
i9 und 2o sind abwechselnd vom Steuerstrom erregt und wirken einander entgegen,
d. h. die Spule 24 mit dem Kern 34 bewegt bei Erregung den Waagebalken 32 entgegen
dem Uhrzeigersinn, so daß. der Steuerschieber 38 des Steuerventils 37 nach unten
bewegt wird. Die von dem Motor 41 angetriebene Ölpumpe 4o fördert also Öl über das
Steuerventil und die Leitung 44 in die rechte Hälfte des Hilfsmotors 39,
während das Druckmittel links über die Leitung 43 aus dem Motor entweicht. Der Motor
bewegt sich daher im Uhrzeigersinn und treibt den Reglerarm i6 nach rechts. In der
umgekehrten Richtung wirkt, wie sich aus der Zeichnung ohne weiteres ersehen läßt,
die Steuerspule 23 des Magnets ig.
-
Die Regelspulen 21 und 22 werden von den Belastungsgrößen, im vorliegenden
Fall vom Ankerstrom, über denWiderstand 15 gespeist. Diese beiden Spulen sind hintereinander
geschaltet und so gewickelt, daß sie das von den Steuerspulen 23 und 24 gelieferte
Feld schwächen. Wenn beispielsweise die Spule 23 des Magnets ig erregt ist und normaler
Betrieb herrscht, bei dem die Stromrichtung im Anker der betreffenden Steuerstellung
entspricht, dann schwächt die Stromspule 21 die Wirkung der Steuerspule 23, d. h.
die auf den Waagebalken 32 im Uhrzeigersinne ausgeübte Kraft wird kleiner. Bei zu
hohem Strom wird also die Steuerwirkung der Spule 23 aufgehoben. Die Regelwirkung
kann durch regelbare Vorschaltwiderstände 54 bzw. 55 eingestellt werden. Dabei ist
noch zu beachten, daß die vom Ankerstrom durchflossene Spule 22 des Gegenmagnets
2o ebenfalls eine Zugwirkung auf den Magnetanker 34 ausführt und bestrebt ist, den
Waagebalken 32 entgegen dem Uhrzeigersinn zu bewegen. Die Spule 22 unterstützt also
die Wirkung der Spule 21, welche, wie beschrieben, eine Bewegung im Uhrzeigersinn
zu unterdrücken versucht.
-
Bei zu starkem Anwachsen des Stromes wird der Waagebalken über die
Mittellage hinaus entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt und stellt den Steuerschieber
um, so daß die Drehrichtung des Hilfsmotors 39 umgekehrt und die Spannung am Leonard-Generator
herabgesetzt wird. Dieser Betriebsfall tritt dann ein, wenn die um die Gegenwirkung
der Spule 21 geschwächte Anzugskraft der Spule 23 kleiner wird als die Zugkraft
der Spule 22 am Magnet 2o.
-
Man kann auch die Regelwiderstände 54, 55 so einstellen, daß die Regelwirkung
der Spulen 21, 22 bei verschiedenen Arbeitsrichtungen des Antriebes verschieden
groß ist. Dies ist z. B. bei der Walzenanstellung von Bedeutung, bei der man zum
Heben der Walzen erheblich größere Kräfte braucht als zum Senken, während die Beschleunigungszeiten
in beiden Richtungen die gleichen sein sollen. Man kann dabei den Motor besser ausnutzen,
wenn er während des Hebens überlastet, beim Senken aber unterbelastet ist.
-
Entspricht nun die Stromrichtung in den Ankern i und 3 nicht der Steuerschalterauslage,
d. h. wird der Fahrschalter 42 in die Gegenstellung bewegt, während der Motorstrom
noch in der vorher eingestellten Richtung fließt, dann verstärkt die Spule 22, wie
ohne weiteres ersichtlich, die Wirkung der nunmehr wirksamen Steuerspule 24. Da
die Stromspule 21 jedenfalls der Steuerspule 24 entgegenwirkt, heben sich die Wirkungen
der Stromspulen 21 und 22 auf. Die Steuerung folgt in diesem Falle lediglich der
Einwirkung der Steuerspule-:24.
-
-Angenommen, der Fahrschalter 42 nehme die in der Zeichnung dargestellte
Lage ein und der Motor 3, 4 befinde sich in Ruhe. Ent- , steht nun infolge von Undichtigkeiten
im Steuerventil eineBewegung des Hilfsmotors 39,
beispielsweise
im Uhrzeigersinn, dann: bewegt der Motor 39 den Reglerarm :des Reglers 16 nach rechts.
Dies ist ohne Einfluß, solange der Reglerarm nicht auf dem Schleifkontakt 52 aufgelaufen
ist. Sowie aber der - Reglerarm mit dem Schleifkontakt 52 in Berührung kommt, wird
folgender Stromkreis geschlossen: Von der Netzleitung N über den Reglerarm und den
Schleifkontakt 52 des Fahrreglers 16, den in ,der Nullstellung wirksamen Belag 45
-des Steuerschaltes 42, den Regelwiderstand 54, die Spule 23 des Magnets i9 zur
Leitung P. Die Magnetspule 23 ist also erregt und bewegt den Waagebalken 32 im Uhrzeigersinn,,
so daß der Steuerschieber 38 angehoben wird. Die Ölpumpe 40 fördert daher das Druckmittel
über ,die Leitung 43 in den linken Raum des Hilfsmotors 39, welcher sich daher entgegen
dem Uhrzeigersinn bewegt und den Reglerarm in die Nulllage zurückführt. Sobald der
Reglerarm den Schleifkontakt 52 verlassen hat, hört die Regelwirkung wieder auf.
Eine entsprechende Wirkung tritt ein, wenn der Fahrregler unbeabsichtigterweise
entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Nullstellung bewegt wird. In diesem Fall ist
der Schleifkontakt 53, der Belag 46 und die Spule 24 des Magnets 2o wirksam.
-
Soll die Anlage nun in Betrieb genommen werden, so wird der Steuerschalter
42 beispielsweise nach links bewegt. Vor Erreichen der Stellung i kommen der zweite
und der unterste Kontakt des Belages 5o auf dem Fahrschalter 42 mit den Kontaktfingern
N und 48 in Berührung. Dadurch wird die Spule des Schützes 29 auf --folgendem Wege
erregt: Von dem Pluspol P der Erregermaschine über die Klemme P der Spule 48 des
Schützes 29 zum Kontaktfinger 48 des Steuerschalters 42 und über den Belag
50 zu den an den Minuspol der Steuerstromquelle angeschlossenen Kontaktfinger
N. Das Schütz 29 schließt seinen Kontakt und damit einen Vorschaltwiderstand 28
des Motorfeldes 4 kurz. Das Motorfeld 4 ist nunmehr voll erregt. Kurz vor Erreichen
der Stellung i kommt der dritte Kontakt des Belages 50 mit dem Finger 47
in Berührung, so daß folgender Stromkreis für die Spule des Schützes 26 geschlossen
ist: Von der Klemme P der Erregermaschine über die Klemme P an den Schützen 25,
26, die Spule des Schützes 26, den rechten Hilfskontakt (Sperrkontakt) des Schützes
25, den Kontaktfinger 47 und den Belag 5o des Fahrschalters 42 zum Kontaktfinger
N (Minuspol) des Fahrschalters. Das Schütz 26 zieht nunmehr an, so daß das Feld
2 des Leonard-Generators erregt ist. Der dritte Kontakt des Belages 5o ist deswegen
gegenüber den beiden anderen auf der Stellung i wirksamen Kontakten verkürzt, damit
zuerst der Motor 3, 4 erregt ist, bevor er durch Erregung des Generators 1, 3 Spannung
erhält.
-
Der Erregerstromkreis für das Feld 2 verläuft wie folgt: Von der Klemme
P an den Schützen 25, 26, den linken Hauptkontakt des Schützes 26, den Schnellerregungswiderstand
27, die Feldwicklung 2, den rechten Hauptkontakt des Schützes 26, durch den Widerstand.des
Fahrreglers 16 zur Klemme N. Auf Stellung i des Steuerschalters wird der Regler
16 noch zwangläufig in seiner Ruhelage gehalten, da die beschriebene Haltewirkung
der Belege 45 und 46 sowie der Schleifkontakte 52 und 53 noch besteht; die Belege
45 und 46 des Fahrschalters sind nämlich, wie aus der Zeichnung zu ,ersehen, über
die Stellung i hinausgeführt.
-
Auf der Stellung 2 des Fahrschalters 42 sind 1, 2 und 3, 4 im wesentlichen
genau so erregt wie auf Stellung i; nur kann nunmehr der Arm des Fahrreglers 16
bei etwaigen Undichtigkeiten im Steuerventil in die eine oder andere Richtung sich
bewegen und dabei durch teilweises Kurzschließen des Regelwiderstandes eine geringe
Änderung der Generatorerregung bewirken.
-
Die ersten beiden Stellungen werden beim Anlassen betriebsmäßig überschaltet
und der Steuerschalter so schnell wir möglich in die eigentliche Anfahrstellung
3 bewegt. Bei dieser Stellung ist ,der oberste Kontakt des Belages 5o mit dem Kontaktfinger
56 verbunden. Dadurch ist folgender Stromkreis für die Spule 23 des Magnets
1,9 geschlossen: Von ,der Leitung P über die Spule 23, den Reglerwiderstand 54,
den Kontaktfinger 56 und den Belag 5o des Steuerschalters 42 zum Kontaktfinger N
bzw. den Minuspol. Nunmehr tritt die beschriebene Steuerwirkung des Magnetsystems
ein. Der Steuerschieber wird nach oben bewegt, so daß der Hilfsmotor 39 den Regler
16 entgegen dem Uhrzeigersinn (nach links) bewegt. Der Regler schließt nunmehr allmählich
den Vorschaltwiderstand kurz. Die Spannung am Generator wird also erhöht und der
Motor beschleunigt. Bei überschreitung einer bestimmten Stromstärke tritt - die
bereits geschilderte Regelwirkung der Stromspule 2i und 22 ein, so daß der Hilfsmotor
39 verzögert bzw: stillgesetzt wird. Die Spannung steigt nicht weiter, und die Beschleunigung
des Motors 3 hört auf. Steigt der Strom in den Ankern auf einen noch höheren Wert
an, so überwiegt die Regelwirkung der Spule 22 die Kraft des Magneten i g; der Steuerschieber
wird nach unten bewegt, und der Hilfsmotor dreht nun= mehr den Regler 16 im Uhrzeigersinn
_und ruft dadurch eine Spannungsverminderung und Herabsetzung der Motorgeschwindigkeit
hervor.
Hat der Reglerarm des Reglers 16 eine Lage erreicht, in welcher der Ansprechstrom
des Reglers unterschritten wird, dann kehrt der Hilfsmotor 39 seine Drehrichtung
um und wirkt-wieder im Sinne der Steuerschalterauslage.
-
Will der Maschinenwärter reit konstanter Geschwindigkeit weiterfahren,
d. h. die Beschleunigung bei irgendeinem Punkt unterbrechen, so schaltet er den
Steuerschalter auf die Stellung 2 zurück. In dieser Stellung wird die Spule 23 stromlos,
während die Kräfte der Stromspulen sich aufheben. Der Steuerschieber 38 wird von
den Federn 35 oder 36 in die Mittellage bewegt. Der Hilfsmofor bleibt dann in der
zuletzt eingenommenen Stellung. In dieser Stellung. ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
die Stromüberwachung wirkungslos. Man kann aber diese Überwachung z. B. durch schwache
Erregung beider Steuerspulen 23 und 24 aufrechterhalten.
-
Bei Rückführung des Umschalters 42 auf Stellung i setzt die Bremsung
des Motors ein, und zwar dadurch, daß in .der beschriebenen Weise der Fahrregler
16 in seine Nullstellung zurückgeführt wird, da die Beläge 45 und 46 wieder mit
ihren Kontaktfingern in Berührung sind. In dieser Stellung ist aber das Feldumkehrschütz
26 noch nicht abgeschaltet. Der Motor läuft also langsam in der bisherigen,Richtung
weiter. Ein vollständiger Stillstand kann erst erreicht werden, wenn der Steuerschalter
42 in die Nullstellung gebracht wird. Die Stellung i wird betriebsmäßig überschaltet.
Wird der Fahrschalter von Stellung 3 oder 2 direkt nach der Nullage gebracht, so
bleiben die Schütze 26 und 29 trotzdem solange eingeschaltet,bisderkeglerarm den
Schleifkontakt 52 verlassen hat, da dieser Schleifkontakt mit dem Reglerarm einen
Selbsthaltestromkreis für das Schütz 26 schließt, welcher über den rechten Hilfskontakt
dieses Schützes verläuft. Das Schütz29 wird durch den mittleren Hilfskontakt des
Schützes 26 gehalten.
-
Zur Beschleunigung des Abklingens des Generatorfeldes 2 kann der Fahrer
beim Bremsen sofort auf die Gegenstellung i übergehen. Geschieht dies,. so wird
zunächst genau wie in Stellung Null der Reglerarm in seine Nullstellung gebracht,
während dieSchütze 26, 29 eingeschaltet bleiben; (Selbstspeisung). Das Einschalten
des Gegenschützes 25 wird durch den linken Sperrkontakt des Schützes 26 verhindert,
da dieser offen bleibt, solange das Schütz26 eingeschaltetist. Wird dasSchütz26
in der Nullstellung des Reglers in der vorgeschriebenen Weise abgeschaltet, so schaltet
dieser Sperrkontakt sofort das Schütz 25 ein. Der Stromverlauf für das Schütz 25
ist jetzt folgender: Von der Schützenklemme P über die Spule des Schützes 25, den
linken-Hilfskontakt (Sperrkontakt) des Schützes 26, den Kontakt 49 am Steuerschalter
42, den Belag 57 des Steuerschalters zum Minuspol N.
-
Durch das Anziehen des Schützes 25 wird das Feld 2 des Leonard-Generators
im Gegensinn erregt, so daß eine starke Bremsung mit schwach erregtem Felde gewährleistet
ist. Der Reglerarm bleibt bei dieser Stellung des Steuerschalters 42 zwangläufig
in der Nullstellung, wie dies oben eingehend beschrieben worden ist.
-
Wird der Fahrschalter 42 bis zur Stellung 3 rechtshin bewegt, dann
wird der Motor in genau entsprechender Weise im Gegensinne angelassen, wie es für
die Bewegung des Steuerschalters Linkshin beschrieben wurde. Bei Durchreißen des
Kontrollers von der einen Endlage 3 in die andere Endlage 3 wird selbstverständlich
der Brems- und Anlaßvorgang durch den Thomaregler überwacht; ,so daß eine Überlastung
des Motors ausgeschlossen ist.
-
Die Steuerung kann auch zur Steuerung der Erregung einer besonderen
Erregermaschine des Leonard-Umformers verwendet werden (Leonard-Quadrat-Steuerung).