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Drehzahlregelungsvorrichtung für Wechselstrom-Kommutator-Motoren.
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Kommutator-Motoren mit Nebenschlusscharakteristik, insbesondere solcher mit zwei Wicklungen am Ständer, die im Nebenschluss miteinander mit dem Speisestromkeis verbunden sind.
Es wurde bereits vorgeschlagen, einen solchen Motor mit einer Compoundierung zu versehen. durch welche die Felderregung entsprechend dem Belastungsstrom oder dem Ankerstrom des Motors geändert wird. Bei dieser Anordnung wird die eine der beiden Ständerwicklungen von einem Phasenschieber (bestehend aus einem Induktionsmotor mit Käfiganker und zwei um 90 gegeneinander phasenverschobenen Statoriwklungen) gespeist, während die zweite mit dem Speisestromkreis verbunden ist.
Gemäss der Erfindung wird die Hilfsmaschine. welche eine Korrekturerregung des Feldes eines derartigen Motors bewirkt, mit einer von der Motordrehzahl abhängigen Drehzahl angetrieben, so dass sie eine elektromotorische Kraft erzeugt, die von der Abweichung der Drehzahl von einem im Verhältnis zur Frequenz des Speisenetzes vorher bestimmten Wert abhängig ist, um der Drehzahländerung entgegen zu wirken bzw. sie zu korrigieren. Die Hilfsmaschine ist zweckmässig eine Wechselstromdynamomaschine, deren Primärwicklung mit der Feldwicklung des Motors in Serie geschaltet ist. Sie kann eine Synchron-oder eine Asynchronmaschine sein, z.
B. ein Induktionsmotor mit einer kurzgeschlossenen oder Käfigankersekundärwicklung, und auf der Welle des Motors sitzen oder mit dieser gekuppelt sein, so dass sie mit derselben Drehzahl läuft wie der Motor.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch eine Ausführungsform mit einer Hilfsmaschine von der Synchroneinzelpoltype und Fig. : 2 eine solche mit einer Hilfsmaschine von der Asynchronkäfigtype.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist an die Wechselstromquelle 1 ein WechselstromKommutator-Motor 2 angeschlossen. Die Frequenz sei als annähernd konstant mit 60 Perioden pro Sekunde angenommen. Der Rotor 4 der Hilfsmaschine 3 sitzt auf der Welle 5, die auch den Anker 6 des Hauptmotors 2 trägt. Ein Schalter 7 ist so angeordnet, dass bei seiner dar-
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durchflossen ist.
Der Hauptmotor 2 ist ein Vierpol-Nebenschlusswechselstrommotor der Kommutatortype mit der Stator- bzw. Primärwicklung F1, welche an die von der Stromquelle 1 kommenden Leitungen 10 und-1 angeschlossen ist. Von der Primärwicklung J wird in der Wicklung des Ankers 6 eine Spannung induziert. Am Stator des Hauptmotors sind auch Feld-oder Erregerspulen vorgesehen.
Wenn der Schalter 7, wie dargestellt, auf 8 geschaltet ist, geht der Strom der Feldoder Erregerspule F2 vorn Leiter 10 durch die Spulen F2, die Kapazität 12, den Schalter 7 und den variablen Widerstand 13 zum Leiter 11. Die Kapazität 12 ist so bemessen, dass die Erregerspannung gegenüber dem Ankerstrom eine Phasenverschiebung erleidet, dass also der Feld-oder ErregerSux im wesentlichen mit dem Ankerstrom in Phase ist. Mittels des Widerstandes 13 kann die Stärke des Erregerstromes geändert werden.
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Die Hilfsmaschine 3 ist èine sechspolige Synchroneinzelpolmaschine mit der Statorwicklung Fg und dem Rotor 4. Bei der Stellung 9 des Schalters 7 geht der Erregerstrom des Hauptmotors vom Leiter 10 durch die Spulen F2, die Kapazität 12, den Schalter 7, die Primärwicklung jpg der Hilfsmaschine 3 und den Widerstand 14 zur Leitung 11. Der Widerstand 14 ist so bemessen, dass die richtige Stromstärke erhalten wird, wenn die Maschine mit normaler Tourenzahl läuft. In gewissen Fällen kann dieser Wert Null betragen. Die Primär- wicklung Fi uml die Feldwicklungen F2 des Hauptmotors sowie die Primärwicklung-Pg der Hilfsmaschine werden zweckmässig auf demselben feststehenden Ständer angebracht.
Bei Einstellung des Schalters 7 auf 8 fliesst Strom aus dem Leiter 10 durch die Primärwicklung Fi zum Leiter 11 und drückt der Wicklung Fi eine Spannung auf, deren Frequenz auf 60 Perioden pro Sekunde konstant erhalten wird. Wenn sich der Rotor 6 des Hauptmotors 2 dreht, wird in den auf dem Rotor sitzenden Ankerwicklungen eine Spannung transformatorisch induziert. Diese Ankerwicklung ist die bei Gleichstrommotoren übliche.
Der durch die Primärwicklung Fi hervorgerufene Flux bleibt hinter der elektromotorischen Kraft um ungefähr 900 zurück, während der Ankerstrom im wesentlichen mit dem Flux in Phase ist. Um den von der Wicklung F2 hervorgerufenen Feldflux mit dem Ankerstrom in Phase zu bringen, ist es notwendig, das Feld durch eine elektromotorische Kraft zu erregen. die der auf den Anker wirkenden um 900 vorauseilt. Dies wird durch einen Kondensator bewerkstelligt, der mit den Feldspulen F2 in Reihe geschaltet ist. Vom Leiter 10 geht Strom durch die Feldspulen F2, die Kapazität 12, den Schalter 7 und den variablen Widerstand 13 zum Leiter 11.
Die Kapazität 12 ist so bemessen, dass der durch die Spulen-Fg fliessende Strom gegenüber dem durch die Ankerwicklung des Motors 2 gehenden Strom eine Phasenverschiebung erleidet. Hiedurch wird eine elektromotorische Kraft in den Feldspulen Fg hervor- gerufen, welche der auf den Anker wirkenden um 900 voreilt und ein Feld erzeugt, das im wesentlichen in Phase mit dem Ankerstrom ist. Unter diesen Bedingungen weist dann der Hauptmotor 2 eine Betriebscharakteristik auf, die ähnlich ist jener eines Gleichstromnebenschlussmotors, dies insofern, als die Tourenzahl des Motors steigt, wenn das Feld durch Erhöhung der Impedanz im Feldstrom geschwächt wird und sich vermindert, wenn das Feld durch Verminderung der Impedanz im Feldstrom gestärkt wird.
Der variable Widerstand 13 reguliert den Wert der Impedanz des Feldstromes.
Eine konstante Tourenzahl wird durch Einstellen des Schalters 7 auf 9 erzielt. Bei dieser verbindet er die Primärwicklung. Fg der Synchroneinzelpohnaschine 3 in Reihe mit den Feld-
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der Motor 2 als Vierpol-Kommutatorwecliselstrommaschine. Bei einer Frequenz von 60 Perioden pro Sekunde erreicht die Sechspolmaschine ihre synchrone Geschwindigkeit bei 1200 Umdrehungen pro Minute. Bei dieser Geschwindigkeit arbeitet sie entweder als Generator oder als Motor je nach ihrer Phaseneinstellung gegenüber dem Feldstrom. Bei Umlaufgeschwindigkeiten, die von der Synchronen abweichen, ist sie im Prinzip eine mit Erregerspulen F2 in Reihe geschaltete Impedanz.
Der Widerstand 14 ist mit den Feldspulen F2 des Hauptmotors und mit den Primärwindungen jpg der Hilfsmaschine 3 in Reihe geschaltet, so dass der durch diese Spulen gehende Strom auf seinen richtigen Wert reguliert werden kann, wenn der Motor 2 mit der normalen Tourenzahl läuft. Es ist klar, dass, wenn die Impedanz der Feldspulen F2 und der Primärwicklung Fg einen solchen Wert aufweist, dass der richtige Strom erhalten wird, der Widerstand 14 weggelassen werden kann.
Wenn die Tourenzahl des Motors infolge Steigerung der Belastung oder Sinken der Spannung des Speisestromes die Tendenz hat, unter die normale zu sinken, hat auch der Rotor 4 der Hilfsmaschine 3 die Tendenz, seine Geschwindigkeit zu verringern. Das oben erwähnte Phasenverhältnis wird sich daher ändern, und die Hilfsmaschine wird als Motor arbeiten, eine der Leitungsspannung entgegengesetzte elektromotorische Kraft entwickeln und den durch das Motorfeld F2 gehenden Strom, also auch dieses Feld schwächen und dadurch den Motor auf seiner normalen Tourenzahl erhalten.
In gleicher Weise wird, wenn die Tourenzahl eine steigende Tendenz hat, die Hilfsmaschine als Generator wirken, eine unterstützende elektromotorische Kraft entwickeln, welche sich zur Leitungsspannung hinzufügt und den durch das Feld F2 des Motors 2 gehenden Strom, also auch dieses Feld stärkt und den die Motorgeschwindigkeit normal erhält.
Das System nach Fig. 2 ist im grossen und ganzen ähnlich dem nach Fig. 1, jedoch ist hier anstatt der Synchronhilfsmaschine eine Asynchronkäfigankermaschine 3'mit einem Rotor 4'und einer Primärwicklung Fa'verwendet. Die Primärwicklung Fa'ist an den übrigen Stromkreis in derselben Weise angeschlossen wie die Primärwicklung F3 bei der Anordnung nach Fig. 1.
Bei der Einstellung des Schalters 7 auf 8 arbeitet das System so wie das nach Fig. 1.
Um eine konstante Tourenzahl des Motors zu sichern, wird der Schalter auf 9 eingestellt. Er
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verbindet dann die Primärwicklung der Asynchronhilfsmaschine 3 in Reihe mit den Feldoder Erregerspulen F2 des Hauptmotors. Die Hilfsmaschine ist als Sechspolkäfigmaschine und der Hauptmotor als Vierpol-Kommutatorwechselstrommaschine dargestellt. Bei 60 Perioden erreicht die Hilfsmaschine ihre synchrone Umlaufgeschwindigkeit mit 1200 Touren pro Minute. Wenn sie mit dieser Tourenzahl vom Hauptmotor getrieben wird, arbeitet sie weder als Generator noch als Motor, sondern als Impedanz, die mit den Feld- oder Erregerspulen F2 des Hauptmotors, 2 in Reihe geschaltet ist.
Diese Tourenzahl ist die normale des Motors und entspricht einer durchschnittlichen Leitungsspannung und einer durchschnittlichen Belastung. Der Widerstand 14 ist mit den Feldspulen F2 und der Primärwicklung /In Reihe geschaltet, so dass der durch diese Spulen gehende Strom auf seinen richtigen Wert gebracht werden kann, wenn der Motor 2 mit normaler Tourenzahl läuft. Wenn die Impedanz der Primärwicklung F3 und die Feldspulen F2 solche Werte haben, dass der richtige Strom erhalten wird. kann natürlich der Widerstand 14 in Wegfall kommen.
Wenn infolge einer geringen Änderung der Belastung oder der Spannung des Speisestromes die Tourenzahl des Motors unter die normale sinkt, so dreht sich der Rotor mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als seine synchrone, und die IIilfsmaschine 8'wirkt als Motor und entwickelt eine elektromotorische Kraft, die der Leitungsspannung entgegenwirkt und den durch die Feldspulen F2 gehenden Strom und somit auch dieses Feld schwächt, so dass der Motor auf einer Tourenzahl erhalten wird, die nur ganz wenig geringer ist als die normale.
Steigt die Tourenzahl des Motors um ein weniges über die normale, so arbeitet die Hilfsmaschine 3'als Generator, entwickelt eine die Leitungsspannung unterstützende elektromotorische Kraft und stärkt den durch die Feldwicklung F2 des Motors 2 gehenden Strom. Das Feld wird dadurch gestärkt und der Motor auf einer Tourenzahl erhalten, die nur nm ein weniges höher ist als die normale.
Eine praktische Erprobung der Einrichtung nach Fig. 2 hat gezeigt, dass die Tourenzahl bei normalen Schwankungen der Belastung und der Speiseleitungsspannung innerhalb Grenzen gehalten wird, die höchstens V/o von der normalen Tourenzahl abweichen.
Die Erfindung erstreckt sich selbstverständlich nicht nur auf die beiden dargestellten Ausführungsformen, sondern gestattet innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Ansprüche zahlreiche Abänderungen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Drehzahlregelungsvorrichtung für Wechselstrom-Kommutator-Motoren mit Nebenschluss- charakteristik, vorzugsweise solcher mit zwei Wicklungen am Ständer, die im Nebenschluss miteinander mit dem Speisestromkreis verbunden sind, wobei dem Feld des Motors durch eine Hilfsmaschine eine Korrekturerregung zugeführt wird. dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmaschine mit einer von der Motordrehzahl abhängigen Drehzahl angetrieben wird, so dass sie eine elektromotorische Kraft erzeugt, die von der Abweichung der Drehzahl von einem vorher bestimmten Wert abhängig ist, um der Drehzahländerung entgegen zu wirken bzw. sie zu korrigieren.
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