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Regeleinrichtung für Gleichstrommotoren, insbesondere für Mehrmotorenantriebe
Bei elektrischen Antrieben mittels Gleichstrommotoren ist es häufig erwünscht, die
Drehzahl unabhängig von Belastungsänderungen nföglichst gleichzuhalten. Bei Einzelantrieben
geschieht dies beispielsweise durch an sich bekannte Regler (Schnellregler) oder
durch Vergleich mit einer konstanten Geschwindigkeit (Leitgeschwindigkeit). Eine
etwa entstehende Drehzahldifferenz bzw. Winkelabweichung beeinflußt dann über ein
Differentialgetriebe den Feldregler des Motors. Dieses Verfahren wird bei Mehrmotorenantrieben
benutzt, um den Gleichlauf der verschiedenen Antriebsmotoren zu erzwingen.
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Die Methode. den Gleichlauf bei Laständerungen durch Feldregelung
der Antriebsmotoren aufrechtzuerhalten, ist gut zu verwenden, solange der Ohmsche
Spannungsabfall in den Anker-. Hilfs-, ReihengchlußundWendepolwicklungen derAntriebsmotoren
nur einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil der variablen Steuerspannung (Leonardspannung)
ausmacht. Mit abnehmender Größe der Steuerspannung (beispielsweise bei abnehmender
Papiergeschwindigkeit bei Papiermaschinenantrieben) wird die zur Ausgleichung einer
bestimmten Lastmomentschwankung erforderliche Feldänderung ständig größer, bis schließlich
bei einem Verhältnis zwischen Ohmschem Spannungsabfall bei Vollast und der Klemmenspannung
von 1:5 eine Aufrechterhaltung des Gleichlaufes durch Feldregelung des Antriebsmotors
unmöglich wird.
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Aus diesem Grunde ist bereits vorgeschlagen worden, die Differentialregelvorrichtungen
nicht auf die Feldregler der Antriebsmotoren, sondern auf Feldregler von kleinen
Zu- und Gegenschaltungsnebenschlußgeneratoren arbeiten zu lassen, die den einzelnen
Antriebsmotoren zugeordnet sind, wobei die Felderregung der Motoren unverändert
bleibt. E s ist aber auch schon eine Regelvorrichtung für Gleichstrommehrmotorenantriebe
vorgeschlagen worden, bei der die -Motoren durch auf den Feldregler des einzelnen
Gleichstrommotors arbeitende Regelvorrichtungen in Abhängigkeit von einer beliebigen
Leitgeschwindigkeit in Gleichlauf gehalten werden, wobei mit allen der die Arbeitsmaschinen
antreibenden Elektromotoren je eine zusätzliche, Sp.innungsduelle in Reihe geschaltet
ist. Diese Hilfsmaschinen sind dabei, als reine Reihenschlußmaschinen ausgebildet.
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Die Regelung der Motoren mittels Zusatzgeneratoren wird nun gemäß
der vorliegenden Erfindung dadurch erheblich verbessert, daß die mit annähernd konstanter
Drehzahl angetriebene Hilfsmaschine als Reihenschlußmaschine mit einer der Reihenschlußerregerwicklung
entgegenwirkenden fremdgespeisten Erregerwicklung ausgebildet und ihre EMK bei jeder
Strombelastung gleich dem Ohmschen
Spannungsabfall. des zugehörigen
Antriebsmotors ist. Diese Anordnung bietet für den Papiermaschinenantrieb erhebliche
Vorteile. da nämlich dadurch eine bedeutend leichtere Anpassung der Charakteristik
der Hilfsmaschine an die Erfordernisse des Papiermaschinenantriebes möglich ist.
Bei einer reinen Reihenschlußmaschine ist eine derartige Anpassung bedeutend schwieriger.
Erst durch die Ausbildung des Zusatzgenerators als Verbundmaschine kann die Hilfsmaschine
die ihr obliegende Aufgabe in allen Feinheiten erfüllen.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in Anwendung
auf einen Mehrmotorenantrieb für Papiermaschinen ist i die Leonardd_vnamo, welche
von einem Drehstrommotor 2 beliebiger Art angetrieben wird. Das Feld 3 der Leonarddvnamo
wird von der auf der gleichen Welle sitzenden Erregermaschine 4 gespeist. 5 ist
der Regler, welcher das Feld der Leonarddvnamo verändert und durch welchen die verschiedenen
Papiergeschwindigkeiten eingestellt werden. An die Leonarddynamo sind die -Netzleitungen
P, .'V angeschlossen, von welchen die Einzelmotoren gespeist werden. Die Erregermaschine
speist die Netzleitung ,en Pf, Ni, welche zur Erregung der Teilantriebsmotoren dienen.
Die Antriebsmotoren sind mit io, ii und 12 bezeichn,@t. Jeder -Motor besitzt eine
Nebenschlußerregung 13 bz-%v. 14 und 1s. Die mit den Teilantriebsmotoren in Reihe
geschalteten Reihenschlußmaschinen 16, 17, 18 werden gemeinsam von einem Drehstrommotor
i9 angetrieben. Jeder Motor treibt über einen Kegelscheibentrieb 6 den Rotor ; eines
elektrischen Differentiales. Der drehbar gelagerte Stator 3 des elektrischen Differentiales
wird mit einer vom Leitgenerator g erzeugten Leitfrequenz gespeist. Der Leitgenerator
9, welcher von einem von der Leonarddynamo i gespeisten Motor 2o angetrieben wird,
speist das Leitnetz 21. Stimmt die Drehzahl des von der Leitfrequenz erzeugten Drehfeldes
mit der Drehzahl des Rotors 7 überein, dann übt das elektrische Differential ;,
8 kein Drehmoment aus. Bei einer Abweichung der Geschwindigkeit bewegt sich der
Ständer S des Differentiales und verstellt dabei den Regler 23 bzW. 24, 25-des entsprechenden
Feldes 13 bzw. 1.1; 1s.
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Die Wirkungsweise der Anordnung sei im nachstehenden für den Einzelmotor
io näher erläutert. Es sei angenommen, der Antrieb befinde sich bei einer beliebigen
durch den Regler 5 eingestellten Drehzahl im Dauerbetriebszustand. Die Belastung
jedes Einzelmotors sei zunächst konstant. Die Zusatzmaschine 16 liefert eine Zusatzspannung
zu der an den Netzleitungen P, N liegenden Leonardspannung. Die Zusatzmaschine 16
ist nun so bemessen, daß ihre Spannung gleich dem Ohrnschen Spannungsabfall im Antriebsmotorio
ist. Solange die Last konstant ist, steht bekanntlich der Regler 23 still. Tritt
nun eine Änderung, beispielsweise eine Belastungszunahme, auf, so genügt das durch
die Stro:naufnahme und die Feldstärke bedingte Moment nicht mehr und der Anker des
Antriebsmotors versucht, hinter der durch die Leitfrequenz bestimmten Drehzahl zurückzubleiben.
Gleichzeitig mit diesem Zurückbleiben bewegt sich aber der Ständer 8 des elektrischen
Differentiales, so daß der Regler 23 im Sinne einer Feldschlvächung verstellt wird.
Diese Feldschwächung hat zur -Folge, daß der Motor. io mehr Strom aufnimmt, so daß
gleichzeitig durch die größere Erregung des Hauptschlußfeldes der Zusatzdynamo 16
die Zusatzspannung-wächst, welche bei gleichbleibender Stellung des Feldreglers
23 eine weitere Stromzunahme zur Folge hat. Diese erhöhte Stromaufnahme bedeutet
eine entsprechende Erhöhung des Drehmomentes; so daß der Anker des Antriebsmotors
nunmehr trotz des erhöhten Lastmomentes das Bestreben hat, gegenüber der Leitfrequenz
vorzueilen. Hierdurch wird wiederum der Feldregler 23 in Richtung Feldverstärkung
zurückbewegt. Der Feldregler 23 kehrt dann iri seine ursprüngliche Lage zurück,
welche der ursprünglichen Feldstärke entspricht, wenn die Stromaufnahme und das
dadurch bedingte Drehmoment des Antriebsmotors dem neuen Lastzustand genau entspricht.
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Die Zusatzmaschine 17 des Teilantriebsmotors ii besitzt außer der
Hauptschlußwicklung noch eine fremderregte Wicklung 26, welche über einen Justierwiderstand
27 an das Erregernetz Pf, Ni angeschlossen ist. Durch i diese fremderregte Wicklung
wird erreicht, daß die Bemessung der Zusatzmaschine 17 viel kleiner sein kann als
die der Maschine 16. Diese Wicklung ist nun so bemessen, daß die von ihr allein
erzeugte Spannung gleich der Hälfte des Ohmschen Spannungsabfalles ist, welchen
der Antriebsmotor i i bei Vollast aufweist, und zwar ist diese Spannung der durch
die Reihenschlußwicklung hervorgerufenen Spannung entgegengerichtet. Unter dem gemeinsamen
Einfluß der Fremderregung und der Reihenschlußerregung liefert die Zusatzmaschine
also bei - Halblast des Antriebsmotors die Spannung Null und bei Vollast eine Spannung
von der Größe des halben Ohmschen Abfalles im Antriebsmotor. Bei Leerlauf ist dann
die Spannung der Zusatzmaschine ebenfalls gleich dein halben Oltmschen Vollastabfall
des Antriebsmotors, jedoch entgegengesetzt gerichtet als bei Vollast.
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Parallel zu den Feldwiderständen 24, 25 sind zusätzliche Widerstände
28 und 29 geschaltet,
welche in Abhängigkeit von der Stellung des
Leonardreglers 5 verändert werden, und zwar werden die Widerstände 28 und 29 so
gesteuert, daß bei hoher Ankerspannung, d. h. bei hoher Leitgeschwindigkeit, die
Ohmwerte der Widerstände klein und bei niedriger Leitgeschwindigkeit groß sind.
Dadurch wird erreicht, daß der bei einer bestimmten Belastungsänderung eintretendeWinkelausschlag
des Reglers 24., 25 unabhängig von der Größe der Motorgeschwindigkeit ist. Der besondere
Vorteil dieser zusätzlichen Anordnung besteht darin, daß die einmal eingestellte
Verteilung des Regelvorganges auf Nebenschlußregler und die Serienmaschinen über
den ganzen Regelbereich aufrechterhalten wird.
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Durch die Änderung des Ohmwertes des Reglers 28 wird aber in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit der Gesamtwiderstand des Feldkreises geändert. Der durch
die Erreger-Wicklung 14 fließende Strom und daher die Erregung des Antriebsmotors
i i würde demnach ebenfalls mit der Leitgeschwindigkeit des Aggregates wechseln.
Da nun die Hilfsmaschine 17 mit konstantem Feld arbeiten soll, müßte der Regler
24 für jede Leitgeschwindigkeit eine andere Stellung einnehmen. Um dies zu verhindern,
ist den beiden Widerständen 24 und 28 bzw. 25 und 29 ein Widerstand 3o vorgeschaltet,
welcher ebenfalls in Abhängigkeit von der Leitgeschwindigkeit veränderlich ist,
und zwar ist die Anordnung so getroffen, daß der Ohm-Wert des Widerstandes
30 mit wachsender Drehzahl zunimmt.
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Die im vorstehenden beispielsweise für Mehrmotorenantriebe beschriebene
Anordnung läßt sich naturgemäß auch mit genau demselben Erfolg für Einzelantrieb
verwenden, bei welchen eine möglichst konstante Drehzahl erforderlich ist. Bei einem
derartigen Einzelantriebe kann man ebenfalls die Gleichlaufregelung durch Feldregelung
in Abhängigkeit von einer Leitgeschwindigkeit oder auf beliebige andere bekannte
Art vorsehen. Durch die Anordnung einer Zusatzmaschine würde in diesem Falle genau
wie beim beschriebenen Ausführungsbeispiel der Regelbereich des Nebenschlußfeldes
bedeutend verkleinert werden. ",Man kann natürlich auch die Anordnung ohne Feldregelung
ausführen. In diesem Falle würde ebenfalls bei Belastungsänderungen die ursprüngliche
Drehzahl einreguliert werden; man müßte aber mehr oder weniger große vorübergehende
Drehzahländerungen in Kauf nehmen.