-
Einrichtung zum Überwachen und/oder Beeinflussen der Arbeitsweise
eines Fliehkraftkontaktreglers.für Elektromotoren Um die Umlaufzahl eines Elektromotors
konstant zu halten, kann man Fliehkraftkontaktregler benutzen. Dabei ist mit der
Welle des Motors ein mit einer Masse gekuppeltes Regelglied derart verbunden, daß
es unter dem Einfluß der Fliehkraft bestrebt ist, sich nach außen zu bewegen, während
es zugleich von einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden Federkraft gehalten
wird. Die Masse und die Federkraft sind nun so gewählt, daß bei dem Sollwert der
Umlaufzahl die beiden auf das Regelglied wirkenden Kräfte sich aufheben und das
Regelglied zwischen einem äußeren und einem inneren Anschlage frei spielt. Wenn
nun durch Änderung der Speisespannung, der Belastung oder anderer Einflüsse die
Umlaufzahl die zulässigen Grenzen in der einen oder anderen Richtung überschreitet,
so wird von dem Regelglied ein Schalter (Fliehkraftschalter) betätigt, der in dem
gewünschten Sinne-auf die Schaltung des Motors einwirkt.
-
Zu diesem Zweck wird von dem Fliehkraftschalter vorzugsweise ein zu
der Motorschaltung gehörender Widerstand 'voi:übergehend mehr oder weniger kurzgeschlossen.
Dabei arbeitet der, Schalter in der Regel periodisch im Rhythmusdes Umlaufes. Wenn
das. Regelglied z. B., wie üblich, auf einer Scheibe befestigt ist, die sich um
einewaagerechte Achse dreht, so wirkt auf die Masse des Regelgliedes noch die Schwerkraft
mit einer im Rhythmus des Laufes periodisch wechselnden .Komponente ein. Infolgedessen
wird der Fliehkraftschalter während jeder Umdrehung einmal periodisch geschlossen,
und zwar während eines Winkels (Schließungswinkel), dessen Größe- zwischen o und
36o°
liegt. Ein solcher Regler arbeitet im allgemeinen am günstigsten, wenn der Schließungswinkel
etwa z8o° beträgt, so daß während einer halben Umdrehung der betreffende Widerstand
kurzgeschlossen ist, weil dann, nach beiden Seiten eine gleich gute Ausgleichsmöglichkeit
gegenüber drehzahlandernden Einflüssen besteht.
-
Die Erfindung. betrifft nun eine Einrichtung zum Überwachen und gegebenenfalls
zum Beeinflussender Arbeitsweise eines Fliehkraftkontaktreglers für einen Elektromotor
und besteht in der Benutzung an sich bekannter Meßgeräte, die die Differenz oder
das Verhältnis zweier elektrischer Ströme messen, von denen der eine dem Mittelwert
eines in dem den Fliehkraftschalter enthaltenden Stromzweige fließenden Stromes
oder eines in dem den von dem Fliehkraftschalter periodisch kurzgeschlossenen Widerstand
enthaltenden Stromzweige fließenden Stromes und der andere der Summe dieser beiden
Ströme entspricht.
-
Zum Beeinflussen der Arbeitsweise kann man beliebige an sich bekannte
Mittel benützen, die auf die Umlaufzahl des Motors einwirken. Vorzugsweise wird
bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung die Größe des Schließungswinkels durch
Verändern des von dem Fliehkraftschalter periodi®ch kurzgeschlossenen oder eines
von der Summe der Zweigströme durchflossenen Widerstandes entsprechend beeinflüßt.
-
Die Überwachung der Arbeitsweise hat in erster Linie den Zweck, zu
erkennen, ob der Regler überhaupt in der gewünschten Weise arbeitet, d. h. ob das
Regelglied zwischen den Anschlägen spielt: Dadurch ist man in der Lage, die Regelschaltung
so zu verändern, daß die richtige Arbeitsweise des Reglers wiederhergestellt wird.
Man kann aber die Motorschaltung auch so regeln, däß der Schließungswinkel eine
gewünschte Größe, z. B. den Betrag von Co', möglichst genau innehält. Dadurch'erreicht
man eine wesentliche Verfeinerung der Regelung.
-
Wenn die Differenz der beiden Ströme gemessen werden soll, kamt man
ein Differentialgalvanometer benutzen. Einfacher ist aber im allgemeinen die Verwendung
einer Differenz- oder Brückenschaltung, wobei der von dem Fliehkraftschalter periodisch
kurzgeschlossene Widerstand den einen Brückenzweig einer Brückenschaltung bildet,
in deren Meßdiagonale ein zum überwachen des Schließungswinkels dienendes elektrisches
Meßgerät angeordnet ist. -Die Differenz der beiden Ströme liefert aber nur in" einem
Punkte der Skala, nämlich dem Abgleichpunkt, ein eindeutiges Maß für den Schließungswinkel,
während außerhalb dieses Punktes Spannungs- und Laständerun gen oder andere äußere
Einflüsse sich in ge@ wissem Grade störend bemerkbar machen Dieser Nachteil kann
dadurch vermieden wer. den, daß das Verhältnis ü/1 oder i2/1 der bei. den
Ströme mittels eines elektrischen Quo. tientenmeßwerks gemessen wird. Statt dessen
könnte natürlich auch das Verhältnis 11/1. gemessen werden.
-
Im allgemeinen kann man die elektrische Meßeinrichtung unmittelbar
an die Motorschaltung anschließen. In manchen Fällen, insbesondere bei der Regelung
eines Wechselstrommotors; ist es aber zu empfehlen, mit dem Regelglied einen Hilfschalter
zu kuppeln, der einen in einem von einer Hilfströmqüelle gespeisten Gleichstromkreis
liegenden Widerstand periodisch kurzschließt, und die Differenz oder das Verhältnis
zweier elektrischer Ströme zu messen, von denen der eine in dem den Hufschalter
oder den von ihm periodisch kurzgeschlossenen Widerstand enthaltenden Stromzweige
fließt und der andere von der Hilfstromqüelle abhängig ist. .
-
Wenn die eine Veränderung der Umlaufzahl bewirkenden Spannungs- oder
Belastungsänderungen oder andere im gleichen Sinne wirkende äußere Einflüsse sich
nur langsam auswirken, so genügt eine Nachstellung von Hand. Bei schnellen Änderungen
ist aber eine selbsttätige Nachstellung erwünscht, wobei das zum Überwachen der
Arbeitsweise des Reglers dienende elektrische Meßwerk eine an sich bekannte Anordnung
zum Verändern eines in der Regelschaltung liegenden Widerstands so steuert, daß
der Schließungswinkel eine gewünschte Größe innerhalb gewisser Grenzen innehält.
Zu diesem Zweck kann in an sich bekannter Weise z. B. ein an eine Wechselstromquelle
angeschlossenes Induktionszählermeßwerk benutzt werden, dessen Triebwerk mit dem
Abgriffköntakt eines in .der MotorsVltaltung liegenden regelbaren Widerstandes gekuppelt
ist.
-
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. Dabei ist Fig. i das Schaltbild eines Fliehkraftreglers für einen
Nebenschlußmotor mit Überwachung durch ein Differentialmeßgerät, Fig: i- ein Schaltbild
für die Überwachung des Fliehkraftreglers mittels einer Brückenschaltung und Fig.3
mittels eines Quotientenmeßgeräts. Fig. q. "betrifft die Regelung eines Wechselstromkommutatormotors
und zeigt eine überwachung mittels eines in einer Hilfschaltung liegenden Quötientenmeßgeräts.
-
Fig.5 zeigt eine selbsttätige Beeinflussung des Fliehkraftreglers
für einen Nebenschlußmotor
mittels eines ein Induktionszählermeßwerk
steuernden Quotientenmeßgeräts.
-
In Fig. i ist an die mit + und - bezeichneten Klemmen eines Gleichstromnetzes
der Anker i eines Nebenschlußmotors angeschlossen. Auf der Welle -des Motors ist
eine Scheibe befestigt, auf der ein Hebel2 um eine Achse 3 drehbar angeordnet ist,
der eine Masse q. trägt. Durch eine Feder 5 wird der als Regelglied wirkende Hebel
2 gegen einen inneren Anschlag 6 gedrückt. Andererseits ist die Fliehkraft beim
Umlaufen des Ankers i bestrebt, den Hebel 2 gegen einen zugleich als äußeren Anschlag
wirkenden Kontakt 7 zu drücken. Durch Verschieben der Masse q: oder Nachstellen
der Feder 5 kann erreicht werden, daß die Federkraft -der Fliehkraft beider Sollumlaufzahl
das Gleichgewicht hält. Dann wird die an dem Schwerpunkt des Hebels 2 einschließlich
der Masse q. angreifende Schwerkraft den Hebel 2 in der gezeichneten Stellung' gegen
den Anschlag 6, in der um i8o° gedrehten Lage dagegen an den Kontakt 7 anlegen.
Der aus dem Hebel 2 und dem Kontakt 7 bestehende Regelschalter wird also während
jeder Umdrehung der Motorwelle periodisch geschlossen.
-
Im Nebenschluß zu dem Anker liegt nun ein Stromkreis, der in Reihenschaltung
einen Vorwiderstand 8, einen weiteren Ohmschen Widerstand 9 und die Feldwicklung
i o des Motors enthält. Der Widerstand 9 wird nun, wenn der Hebel 2 den Kontakt
7 berührt, über einen mit dem Hebel 2 verbundenen Schleifring io, einen mit dem
Kontakt 7 verbundenen Schleifring i i und die eine Wicklung 12 eines Differentialmeßgeräts
13 geschlossen. Die andere Wicklung 14 des Differentialmeßgeräts i 3 liegt in Reihe
mit den Widerständen 8 und 9 und der Feldwicklung i o.
-
Bezeichnet man mit il den Mittelwert des über den Kontakt 7 fließenden
Stromes und mit 12 den Mittelwert des in dem durch den Regelschalter. periodisch
über die Wicklung i 2'kurzgeschlossenen Widerstand 9 fließenden Stromes, so fließt
in der Feldwicklung i o ein Strom, dessen Mittelwert i = il -i- i2 ist. Ist nun
U die Speisespannung und R der Gesamtbetrag, .der Widerstände 8 und i o, so ist
der Strom in der Wicklung 12 bei geschlossenem Regelschalter, wenn man den Widerstand
der Wicklung 12 und der - Einfachheit wegen auch die Wirkung der Induktivität der
Feldwicklung vernachlässigt, U/R und bei geöffnetem Regelschalter o. Wenn nun, wie
im allgemeinen anzustreben, der Schließungswinkel 18o° beträgt, so ist der Mittelwert
i1=1/2 U/R.
-
Wenn man mit R2 den Betrag des von dem Regelschalter periodisch kurzgeschlossenen
Widerstandes 9 bezeichnet, so schwankt die Stromstärke in der Feldwicklung-io beim.
Öffnen und Schließen des Regelschalters zwischen den Werten U/ (R -f - R2) und U/R.
Der Mittelwert der Feldstromstärke . nimmt also mit zunehmendem Schließungswinkel
zu. Wenn nun die Umlaufzahl der Ankerwelle z. B. abnimmt, so überwiegt die Kraft
der Feder 5 und bewirkt eine Verkleinerung des Schließungswinkels und somit eine
Feldschwächung,. wodurch der. Abfall der Umlaufzahl wieder ausgeglichen ' wird.
-
Man kann nun durch passende Bemessung der Wicklungen 12 und -14 oder
durch- geeignete. Nebenschlüsse zu ihnen dafür,-=sorgen, daß die Wicklungen gleich
große; aber gegensinnige Wirkung haben, wenn il/i.= 1/2 ist. Dann entspricht der
Schließungswinkel i8o° der Nullstellung des Differentialmeßwerkes. Die Richtkraft
des Meßwerks kann dann so bemessen werden, daß der Zeiger 15 bei dem Schließungswinkel
o° am Anfang und bei dem Schließungswinkel 36o°. am Ende der Skala steht, die also
die Grenzen des Regelbereichs umfaßt. Wenn. diese. Grenzen erreicht werden, wird
man den Arbeits-Bereich z. B. durch Regeln des -entsprechend durch einen Pfeil gekennzeichneten
Widerstandes 9 wiederherstellen. Statt dessen kann aber .auch der Widerstand .8
regelbar ausge= führt sein.
-
Bei der in Fig. 2- dargestellten Schaltung ist der aus dem Regelglied
2 und dem Kontakt 7 bestehende Regelschalter nur angedeutet. Im übrigen ist auch
hier der Anker i eines Nebenschlußmotors an das mit ± bezeichnete Gleichstromnetz
angeschlossen. Im Nebenschluß liegt die Reihenschaltung eines Vorwiderstandes 8;
eines von dem Regelschalter periodisch kurzgeschlossenen Widerstandes 9- und der
Feldwicklung i o. Die Widerstände.8 und 9 bilden nun zwei Zweige =einer Brückenschaltung,
deren weitere Zweige durch Widerstände 17 und 18 gebildet- werden. Ein in der Meßdiagonale
liegendes Drehspulmeßgerät i 9 kann dann- so abgeglichen werden, daß es S-tromlosigkeit
# anzeigt, wenn ..der Schließungswinkel den Wert i8ö° erreicht, während die Grenzen
o und 36o° wieder durch entsprechende- Ausschläge angezeigt werden. Die Nachstellung
erfolgt an dein Widerstand 8, wie durch einen Pfeil angedeutet ist, oder an dem
Widerstand 9.
-
Die in Fig.3 dargestellte Anordnung der Verhältnismessung mit einem
Quotientemneßgerät hat gegenüber der Differenzmessung den Vorteil, daß die Anzeige
in allen Teilen der Skala dem Schließungswinkel entspricht. Da es sich wieder. um
-die Regelung. eines Nebenschlußmotors handelt, ist die Schaltung des Ankers i und
die Anordnung des Regel-
Schalters die gleiche wie in den Fig. i
und 2. Im Nebenschluß liegt hier die Reihenschaltung eines Vorwiderstandes 8, der
Drehspulen 20 und 21 eines Quotientenmeßgeräts 22, des Widerstandes 9 und der Feldwicklung
i o. An den Verbindungspunkt der beiden Drehspulen 2o und 21 ist das Regelglied
ä und an den Verbindungspunkt des Widerstandes 9 mit der Feldwicklung io der Kontakt
7 angeschlossen.
-
Bezeichnet man wieder mit U die Speisespannung, mit il den Mittelwert
des Stromes in dem Stromkreis des Regelschalters, mit 12 den Mittelwert des Stromes
in dem Widerstand 9 und mit i den Mittelwert des Stromes in der Feldwicklung io,
so fließt in der Drehspule 21 der Strom i2 und in der Drehspule 2o der Strom i =
il -j- 12, Der Ausschlag des Zeigers 23 des Quotientenmeßwerks entspricht
also dem Verhältnis i"'! =1,/(i1 -[- i).
Statt dessen könnte die Schaltung
aber auch so angeordnet werden, daß das Verhältnis 1i; i = il/ (il -;-
i2) gemessen wird.
-
Bezeichnet man die Summe der Widerstände 8 und io einschließlich des
Widerstandes der Drehspule 20 mit R' und den Betrag des Widerstandes 9 einschließlich
des Widerstandes der Drehspule 21 mit R2 , so ist bei offenem Regelschalter il =
o und 12 =1= U/ (R' + R2) und bei geschlossenem Regelschalter il
= i = U/R und i2 = o. Das Verhältnis 12'i schwankt also zwischen den
Werten i und o und nähert sich dem Wert o um so mehr, je größer der Schließungswinkel
ist. Man kann nun mit an sich bekannten Mitteln das Quotientenmeßwerk so bemessen,
daß der Zeiger 23 bei dem Wert i211= i am Anfang, bei dem Wert i2/1= 1/2
in der Mitte und bei dem Wert 12/i= o am Ende der Skala 16 steht, so daß
man an dieser unmittelbar die Größe des Schließungswinkels ablesen kann. Die Nachregelung
kann wieder an einem der Widerstände S oder 9 erfolgen.
-
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen für Nebenschlußmotoren
erfolgte die Regelung durch periodisches Kurzschließen eitles im Feldstromkreis
liegenden Widerstandes. Bei Reihenschlußmotoren kann man, wenn das Feld geregelt
werden soll, die Feldwicklung selbst periodisch über einen Widerstand kurzschließen.
Man kann aber bei beiden Motorarten auch den Ankerstrom durch periodisches Kurzschließen
eines im Ankerstrom liegenden Widerstandes regeln.
-
Wenn ein Wechselstrommotor geregelt werden soll, so ist es nicht ohne
weiteres möglich, die einfachen in den Fig. i und 3 dargestellten Schaltungen anzuwenden.
Man muß dann die Meßschaltung an eine besondere Hilfsgleichstromquelle anschließen.
-
In Fig. q. ist angenommen, daß es sich um einen Reihenschlußmotor
handelt, dessen Ankerwicklung 2q. mit der Feldwicklung 25 und einem regelbaren Widerstand
9 in Reihe an ein Wechselstromnetz 26, 27 angeschlossen ist. Das Regelglied des
Fliehkraftreglers ist wieder mit z, der zugehörige Kontakt, der in diesem Fall als
innerer Anschlag wirken muß, aber mit 28 bezeichnet. Wenn nämlich die Umlaufzahl
z. B. abnimmt, so daß der Kontakt 28 länger geschlossen gehalten wird, so wird in
diesem Falle die Motorspannung erhöht, wodurch der Abfall der Umdrehungszahl ausgeglichen
wird.
-
Mit dem Regelglied 2 ist nun ein Hilfschalter 29 mechanisch oder auf
andere Weise zwangsläufig gekuppelt, der mit einem Kcintakt 3o zusammenarbeitet.
Durch den Hilfsregelschalter 29, 30 wird nun in ähnlicher Weise Wie bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ein Quotientenmeßgerät 22 gesteuert. Zu diesem Zweck
ist an die mit + bezeichnete Gleichstromquelle die Reihenschaltung eines Widerstandes
31, der Drehspulen 21, 20 des Quotientenmeßwerks und ein Widerstand 32 angeschlossen.
-
Wird die Hilfspannung mit UH bezeichnet, so gelten für die Ströme
i.' in dem Stromkreis des Hilfsregelschalters 29, 30, i2 in dem Widerstand 31 und
der Drehspule 2o sowie i' in der Drehspule 21 und dem Widerstand 32 sinngemäß dieselben
Gleichungen wie bei der Schaltung nach Fig.3, und das Quotientenmeßgerät 22 mißt
das Verhältnis der Ströme 12' und i', das wieder ein Maß für den Schließungswinkel
des Regelschalters ist. Bei entsprechender Einstellung und Eichung kann man auch
in diesem Falle an der Stellung des Zeigers 23 den Schließungswinkel gegebenenfalls
unmittelbar ablesen und z. B. den Widerstand 9 entsprechend regeln.
-
Das in Fig.5 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Einrichtung
zum selbsttätigen Beeinflussen der Arbeitsweise des Fliehkraftreglers eines an ein
mit -;- und -bezeichnetes Gleichstromnetz angeschlossenen Nebenschlußmotors entsprechend
der Schaltung nach Fig.3. Die betreffenden Teile der Schaltung sind deshalb in Fig.5
mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie in Fig.3. Ein Unterschied besteht nur insofern,
als bei der Ausführung nach Fig. 5 nicht der Widerstand 8 regelbar ist, sondern
der Widerstand 9. Dieser ist deshalb als Schleifkontaktwiderstand ausgebildet, wobei
der als Abgriffkontakt dienende Schleifarm 33 bei seiner Drehung einen mehr oder
weniger großen Teil der Drahtlänge des Schleifdrahtwiderstandes 9 kurzschließt.
Mit der Welle 3q. des Schleifarmes 33 ist mechanisch der Rotor 35 eines Induktionszählermeßwerks
gekuppelt, dessen Feldwicklung 36 an ein Wechselstromnetz 37 angeschlossen ist.
Um
den Rotor 35 entsprechend den Bewegungen des Quotientenmeßwerks 2o, ä i zu steuern,
ist .mit dem Meßwerk ein Zeigerarm 38 verbunden, der eine kleine Drahtspule 39 trägt.
Diese bewegt sich beim Ausschlag des Quotientenmeßwerks in der einen oder anderen
Richtung von der Mittelstellung aus in -dem Luftspalt des mittleren Schenkels eines
nach Art eines Manteltransformators gebauten Eisenkerns 40. Der mittlere Schenkel
ist mit einer an die Wechselstromquelle 37 angeschlossenen Wicklung 41 versehen.
Durch bewegliche Zuleitungen ist die Spule 39 über einen Röhrenverstärker 42 mit
der Ankerwicklung 43 des Induktionszählermeßwerks verbunden. Wenn nun der von dem
Quotientenmeßwerk 20, 21 gemessene Schließungswinkel des Regelschalters 2, 7 den
gewünschten Wert hat und dieser der gezeichneten Mittelstellung des Armes 38 entspricht,
so wird in der Spule 39 durch das Feld der Spule q.1 keine elektromotorische Kraft
induziert, so daß in der Ankerwicklung q.3 kein Strom fließt und das Induktionszählermeßwerk
und damit auch der Schleifarm 33- seine Stellung nicht ändert. Sobald aber das Verhältnis
der Ströme in den Drehspulen 20, 21 sich bei Änderungen des Schließungswinkels entsprechend
ändert, so 'verschiebt sich die Spule39 so, daß sie in der einen oder anderen Richtung
von den Kraftlinien der-Wicklung ¢ i durchsetzt wird. Die dadurch induzierte elektromotorische
Kraft erzeugt einen Strom, der über den Verstärker 42 der Wicklung 43 zugeführt
wird. Dadurch wird auf den Rotor 35 in an sich bekannter Weise ein Drehmoment in
dem einen oder anderen Drehsinn ausgeübt, so daß der mechanisch damit gekuppelte
Schleifarm 33 in dem entsprechenden Sinne so lange verstellt wird, bis der Schließungswinkel
wieder den gewünschten Wert erreicht hat und die Spule 39 dementsprechend wieder
in der Mittelstellung steht.
-
An Stelle der in Fig. 5 dargestellten kann auch eine andere an sich
bekannte Anordnung zum selbsttätigen Steuern des Regels'chalters in Abhängigkeit
von einem den Schließungswinkel anzeigenden Meßgerät benutzt werden, z. B. eine
solche, die mit Fotozellen oder Bolometerwiderständen arbeitet.
-
Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil auch dann zu benutzen, wenn
der Regler, z. B, durch Verstellen der Feder 5, für verschiedene Werte der Solldrehzahl
eingestellt werden soll. In diesem Falle müssen aber die in der Motorschaltung liegenden
Widerstände , jeweils entsprechend nachgestellt werden, damit der Regler in dem
betreffenden Bereich arbeiten kann. Diese Nachstellung kann dann ebenfalls an Hand
der Anzeige des elektrischen Meßgeräts vorgenommen werden.