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Anordnung zur Regelung des Stromes in einem Gleiehstromverbraucher.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur stetigen Regelung von Widerständen und findet überall dort Anwendung, wo eine gleichmässige Veränderung des Widerstandes nötig ist. wie z. B. bei der Steuerung von Gleichstrommaschinen, insbesondere Gleichstromgeneratoren, die in der bekannten Leonardschaltung betrieben werden. Zur Regelung von Gleichstrom, beispielsweise zur Einstellung des Feldes von Leonardgeneratoren werden meist Widerstände benutzt. Sieht man für die Feldregelung eines Leonardgenerators nur wenige Schaltstufen vor, so machen sich die starken Wechsel der Erregung und damit des Momentes des Arbeitsmotors sehr unangenehm bemerkbar.
Man ist daher gezwungen, feinstufige Schaltgeräte zu verwenden, die kompliziert und entsprechend teurer sind und durch welche oft, beispielsweise, wenn der Führer das Schaltgerät rasch durchkreist, der erstrebte Zweck nicht erreicht werden kann. Diese unsachgemässe Behandlung führt besonders bei schwerem Anlauf zu grossen Nachteilen, da dem Generator dann aussergewöhnlich hohe Ströme entnommen werden, die leicht zu Beschädigungen der Maschinen führen können.
Bei selbsttätigen Steuerungen, welche durch Drücken eines Druckknopfes in Betrieb gesetzt werden, sind verwickelte und teure Anlassgeräte erforderlich, die die Veränderung des Feldwiderstandes durch verzögert arbeitenden Abschalteinrichtungen mit sehr grosser Kontaktzahl bewirken.
Durch die Erfindung wird eine Schaltanordnung geschaffen, die bei Verwendung eines grobstufigen Schaltgerätes - auch bei selbsttätiger Steuerung-ein gleichmässiges Wachsen der Felderregung zu erreichen gestattet. die unempfindlich gegen unsachgemässe Behandlung ist, einen Anlauf bzw. Auslauf unabhängig von der Belastung ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass in dem Stromkreis, der den Verbraucher und einen grobstufigen Regelwiderstand enthält, eine mechanisch nicht angetriebene Gleichstromhilfsmaschine eingeschaltet ist, durch deren Gegen-EMK die durch den Stufenwiderstand bewirkte grobstufige Regelung des Stromes in eine stetige umgewandelt wird.
Diese Zusatzmaschine stellt im Stillstand wegen der geringen Grösse ihres Ankerwiderstandes praktisch einen Kurzschluss für das Generatorfeld dar ; das Feld erhält also nur einen ganz kleinen Strom, die Maschine gibt nur eine kleine Spannung ab und der Antriebsmotor fährt mit niedriger Geschwindigkeit an. In dem Masse, in dem der Hilfsmotor beim Hoehlaufen Gegen-EMK entwickelt, wächst gleichzeitig sein wirksamer Widerstand. Der Anteil des durch die Hilfsmaschine fliessenden Stromes wird sich stetig verringern und der Anteil des das Generatorfeld durchfliessenden Stromes wird sich ebenso vergrössern. Innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches ergibt diese Anordnung also eine stetige Änderung des Erregerstromes und aller von diesem abhängigen Grössen.
Die Zeichnung zeigt das Schema einer Anordnung nach der Erfindung in Anwendung auf eine Leonardsteuerung. In Fig. 1 besteht das Leonardaggregat aus dem Motor !, dem Generator g und der
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liegen in Reihe mit dem grobstufigen Regulierwiderstand w an den Klemmen der selbsterregten Erregermaschine e. Der Regulierwiderstand besitzt vier Schaltstufen ; ausserdem ist eine Ausschaltstellung vorhanden. Das Feld v der Zusatzmasehine liegt direkt an der Erregerspannung. In Reihe mit dem Anker der Zusatzmaschine ist ein Widerstand d geschaltet ; dieser ist aber nicht unbedingt erforderlich. Ausser dem fremderregten Feld v besitzt die Hilfsmasehine noch ein Nebenschlussfeld u. Der Anker der Zusatzmaschine ist mit einer Schwungmasse m gekuppelt.
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Vor dem Generatorfeld und dem zu ihm parallel liegenden Anker der Zusatzmaschine (Dämpfungs- masehine) liegt der gesamte Regulierwiderstand. An den Klemmen von Feld und Hilfsanker liegt also nur eine Teilspannung, die zunächst für die Zusatzmaschine die Betriebsspannung darstellt. Bis zu einer dieser entsprechenden Drehzahl wird die Zusatzmasehine hochlaufen ; dabei steigt der Wert ihrer Gegen- EMK von 0 auf einen etwas unter der Klemmenspannung liegenden Wert stetig an. Nun stellt die Gegen- EMK einen Widerstand dar, der bei Stillstand 0, bei vollem, verlustfreiem Lauf unendlich gross ist, welcher also von seinem kleinsten Wert bis zu einem grössten Wert stetig ansteigt. Im Mass dieses
Anstieges wird der im Stillstand fast ganz durch den Anker fliessende Strom durch das Generatorfeld gedrängt.
Wird jetzt auf Stufe 2 weitergeschaltet, so wird in demselben Augenblick an das Generatorfeld t wohl eine grössere Spannung gelegt. Diese tritt aber nicht in einem Stromstoss im Generatorfeld in Er- scheinung, da die vergrösserte Spannung auch an den Ankerklemmen der Zusatzmaschine z liegt. Da die Gegen-EMK ihren Wert nicht geändert hat, so besteht wieder eine Differenz der Spannungen und damit ist der Widerstandswert des Ankers der Zusatzmaschine z kleiner, d. h. endlich geworden. Ein entsprechender Teil des Stromes fliesst jetzt wieder durch den Anker, bis dieser durch Hochlaufen seine Gegen-EMK auf einen der vergrösserten Klemmenspannung entsprechenden Wert gebracht hat ; dann fliesst wieder praktisch aller Strom durch das Generatorfeld f.
Das gleiche Spiel wiederholt sieh auf jeder weiteren Schaltstufe.
In den Fig. 2 und 3 sind Kurven dargestellt, welche für die Hilfsmaschine die Drehzahl i ; in Ab- hängigkeit von der Zeit t darstellen. Für einen Betrieb in der vorstehend beschriebenen Weise, u. zw. mit einer Anordnung ohne das Nebensehlussfeld M und ohne die Schwungmasse m verläuft der Betrieb gemäss der Kurve a beim Anlauf (Fig. 2) bzw. beim Auslauf (Fig. 3). Es ist ohne weiteres verständlich, dass diese Kurven sehr steil verlaufen müssen, da die Zusatzmaschine z ohne jede Belastung betrieben wird. Für den Betrieb des Leonardaggregates ist aber dieser steile Anstieg der Generatorerregung, der Generatorspannung und damit der Drehzahl des Arbeitsmotors oft nicht erwünscht.
Es ist daher für die meisten Fälle zweckmässig, mit der Zusatzmaschine die entsprechend bemessene Schwungmasse 11/. zu kuppeln. Diese sichert einen langsameren Anlauf und Auslauf nach den Kurven b der Fig. : 2 und 3.
Die Vorgänge beim Einschalten und entsprechend auch beim Ausschalten sind die gleichen wie bereits beschrieben, nur vollzieht sich der Anstieg der Gegen-EMK und in deren Folge der Anstieg des Feldstromes, der Generatorspannung und der Motordrehzahl entsprechend langsamer. Dabei ist noch ein
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des Drehmomentes der Zusatzmasehine z beim Hochlaufen stetig ab. Die Beschleunigung wird also vom Zeitpunkt des Einsehaltens ab immer kleiner. Dies kann durch Einschalten der auf der Zusatzmaschine angebrachten Nebenschlusswicklung M vermieden werden. Die Erregung sowie der Ankerstrom sind in Abhängigkeit von der Drehzahl in Fig. 4 dargestellt.
Bei der Drehzahl 0 ist im wesentlichen nur die fremderregte Wicklung wirksam. Die Gesamterregung ist daher gleich der durch dieses Feld hervorgerufenen Erregung, u. zw. 1.} Mit steigender Drehzahl nimmt die Gegen-EMK mitunter die vom Neben- schlussfeld erzeugte Erregung Ih, zu, während der Ankerstrom Ia abnimmt. Da nun das Drehmoment proportional dem Produkt aus Feld und Ankerstrom ist, bleibt es während der Anlaufzeit konstant. Das bedeutet, dass auch die im Augenblick des Anfahrens vorhandene Beschleunigung während der gesamten Anlaufzeit annähernd konstant erhalten bleibt. Die Zusatzmaschine z fährt also nicht nach der Kurve b, sondern nach der Kurve e (Fig. 2) hoch.
Beim Auslaufen sind die Verhältnisse die gleichen, wie in Fig. 3 dargestellt.
Durch die beschriebene Anordnung wird somit eine ganz gleichmässige Beschleunigung erzielt, die sowohl von der Last als auch von der Handhabung des Steuergerätes unabhängig ist. Sie bietet dar- über hinaus noch den Vorteil, dass für die gleiche Leistung wie bisher kleinere Maschinenmodelle gewählt werden können, da durch die Erfindung eine bessere Ausnutzung der Maschinen insofern möglich geworden ist, als der Anlauf ohne Leistungsverlust erfolgt.
Die während der ganzen Anlaufzeit zur Verfügung stehende Höehstbeschleunigung macht die Anordnung besonders für Sehweranlaufbetriebe geeignet und sichert bei Aufzügen die Ausnutzung der maximal zulässigen Beschleunigung bei äusserst weichem Arbeiten, also ohne unangenehme Wirkungen auf die mitfahrenden Personen.
Die Erfindung kann sinngemäss auch bei Motoren Verwendung finden, die im Nebenschluss durch Feldschwächung reguliert werden. Zu diesem Zweck wird in Reihe mit der Feldwicklung ein Widerstand gelegt, zu dem parallel der Hilfsmotor liegt. Bei Stillstand des Hilfsmotors ist der Wert des Widerstandes praktisch Null, da er kurzgeschlossen ist ; bei vollem Lauf des Hilfsmotors entspricht er dem tatsächlichen Ohmwert, da der Widerstand des Ankerkreises unendlich ist. Ein Motor und Widerstand kurzschliessender Schalter dient zur Ausschaltung des Hilfsmotors bei Betrieb des Motors ohne Regulierung durch Feld- schwächung.
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Will man Widerstandswerte erreichen, die zwischen den durch die Abstufung des Schaltgerätes gegebenen liegen, so kann das in der Weise geschehen, dass man durch künstliche Belastung die Hilfs- maschine zu einer entsprechenden Stromaufnahme zwingt. Die Hilfsmasehine läuft dann nicht bis zu jener Drehzahl hoch, bei der der weitaus grösste Teil des Stromes durch den Widerstand fliesst, sondern bleibt auf einer niederen Drehzahl, die einem mittleren Widerstandswert entspricht, stehen. Die künstliche
Belastung kann mechanisch oder elektiisch erreicht werden ; auch ist es in manchen Fällen empfehlens- wert, die Belastung der Hilfsmaschine z. B. in Abhängigkeit von der Belastung des Arbeitsmotors selbst- tätig erfolgen zu lassen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Regelung des Stromes in einem Gleichstromverbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stromkreis, der den Verbraucher und einen grobstufigen Regelwiderstand enthält, eine mechanisch nicht angetriebene Gleichstromhilfsmaschine eingeschaltet ist, durch deren Gegen-
EMK die durch den Stufenwiderstand bewirkte grobstufige Regelung des Stromes in eine stetige um- gewandelt wird.