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Verfahren zur Erzielung eines synchronen Anlaufes mehrerer
Antriebsmotoren von Geräten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum synchronen Anlauf mehrerer Antriebsmotore von Geräten, insbesondere Filmlaufwerken, durch eine läufergespeiste Kommutatormaschine als Drehstromfrequenz- umformer.
Es ist aus der schweizerischen Patentschrift Nr. 237862 bekannt, Synchronmotoren dadurch anzu- lassen, dass sie sekundärseitig an eine leerlaufende Schleifringläufermaschine angeschlossen werden, welche allmählich bis zum Stillstand abgebremst wird und dabei eine zum Anlassen geeignete Wechsel- spannung, deren Frequenz entsprechend der Abbremsung bis zur Netzfrequenz ansteigt, liefert. Es treten jedoch besonders bei grossen Maschinen Schwierigkeiten auf, den Synchronmotor beim Anlaufen in Tritt zu bringen. Beim synchronen Anlauf von mehreren Motoren besteht zusätzlich die Schwierigkeit, zu erreichen, dass die Motoren sich nicht gegeneinander verdrehen.
Für den synchronen Antrieb mehrerer Antriebsmotoren ist daher gewöhnlich ein erheblicher Aufwand erforderlich. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art werden sogenannte Gleichhaltemotoren verwendet, um z. B. mehrere Filmlaufwerke, wie Projektoren und Bandspieler, vom Stillstand ausgehend synchron laufen zu lassen. Auch die Verwendung eines Frequenzumformers, der als Einanker-Umformer mit einem besonderen Antriebsmotor ausgebildet ist, bedingt in vielen Fällen z. B. bei der Vorführung in einem Kinotheater einen zu hohen Aufwand.
Mit der Erfindung wird erreicht, eine nur geringen Aufwand erfordernde wirtschaftliche Einrichtung zu erstellen, die für den synchronen Antrieb insbesondere von Filmlaufwerken währenddes Anlaufens geeignet ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass nach dem drehstromseitigen selbsttätigen Leeraiilauf der Kommutatormaschine die Motoren an die unverkettete und an drei Kollektorbürsten angeschlossene Ständerwicklung angeschlossen werden und ihr Anlauf durch Abbremsen-der Kommutatormaschine bis zum Stillstand erfolgt. Die Kommutatormaschine hat eine normale offene Ständerwicklung und zwei getrennte Läuferwicklungen. Derartige Maschinen sind als sogenannte kompensierte Frequenzwandler in dem Buch Richter "Elektrische Maschinen" 5. Band 1950, Seiten 514- 515 beschrieben.
Eine der beiden Läuferwicklungen wird als Drehstromwicklung über drei Schleifringe vom Ortsnetz gespeist, während die andere Läuferwicklung als Gleichstromwicklung ausgebildet ist, die zu einem Kommutator geführt ist, auf dem drei Bürsten schleifen. Jede dieser Bürsten ist in Serie mit einer Phase der Ständerwicklung geschaltet. Zum selbständigen Anlauf des Einanker-Umformers ist die Ständerwicklung z. B. über Anlasswiderstände kurzgeschlossen. Die im Läufer vom Netz gespeiste Maschine läuft dann wie ein Drehstrommotor hoch.
Wenn in der Ständerwicklung des Drehstrom-Einankerumformers Belastungswiderstände zum selbständigen Anlauf geschaltet sind, läuft der Umformer als Drehstromnebenschlusskommutatormotor hoch und kann durch geeignete Bürstenverstellung genau auf die synchrone Drehzahl gebracht werden. Durch die Widerstände fliesst in diesem Falle Gleichstrom, der die Erregung der Ständerwicklung bewirkt, so dass die Maschine in die synchrone Drehzahl kommt. Damit die Synchronisierung belastungsunabhängig erfolgt, kann eine Gleichstromeinspeisung im Ständer des Einankerumformers vorgenommen werden. Diese Gleichstromeinspeisung soll insbesondere in der Nähe der synchronen Drehzahl wirksam werden. Dabei erfolgt die Gleichstromeinspeisung in eine Ständerwicklung über eine Reihenschaltung aus einer Drossel
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und einem Widerstand.
Diese Gleichspannung wird direkt dem Kollektor des Einankerumformers entnom- men. Die Reihenschaltung aus Drossel und Widerstand wird deshalb zweckmässig Anwendung finden, da- mit bei Stillstand des Umformers das Fliessen von unzulässig hohem Wechselstrom verhindert wird, wäh- rend der Widerstand es gestatten soll, die Gleichstromeinspeisung zu regeln.
Zur Abbremsung des Drehstromumformers eignet sich ein besonderer Bremsmotor, z. B. ein Dreh- strom-Schleifring-Läufer. Aber auch die Verwendung von elektromagnetisch wirkenden Bremsen ist möglich, wobei sowohl eine Ruhestrombremse als auch eine Arbeitsstrombremse geeignet sein kann.
Der Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung zum synchronen Antrieb von Geräten geht folgen- dermassen vor sich :
1. Das Anlassen des Frequenzumformers erfolgt im Leerlauf, also wie oben geschildert entweder bei kurzgeschlossener Ständerwicklung (Anlauf als Drehstrommotor) oder mit Belastungswiderständen im
Ständer (Anlauf als Drehstrom-Nebenschluss-Kommutatormotor).
2. Die im Gleichlauf zu haltenden Motoren liegen nach Art der sogenannten elektrischen Welle parallel an dem zunächst noch spannungslosen Frequenzumformernetz. Durch Anschliessen des Netzes an den laufenden Umformer und gleichzeitiges Ausschalten der Anlasswiderstände wird in das Umformernetz ein Gleichstrom fliessen, der die angeschlossenen synchronen Motoren in einer bestimmten Lage hält. Dadurch ist die elektrische Welle geschlossen. Der fliessende Gleichstrom hält gleichzeitig den Umformer in seinem synchronen Lauf.
3. Zum synchronen Hochlauf der Motoren wird lediglich der Umformer mittels einer elektromagnetischen Bremse oder aber durch einen selbständigen Bremsmotor bis zum Stillstand abgebremst. Wenn das Umformernetz, eine gleiche Frequenz voraussetzt, in der Phase mit dem Ortsnetz übereinstimmt, ist es zweckmässig, während des Laufes der Verbraucher diese auf das Ortsnetz umzuschalten und den stillstehenden Umformer spannungslos zu machen.
Zur Wirkungsweise der genannten Magnetbremse wird ausgeführt, dass die Ruhestrombremse während des Stromdurchganges lüftet und bei Stromlosigkeit eine starke Feder die Bremskraft auslöst. Dabei muss die Feder für das maximal auftretende Drehmoment des Umformers bemessen sein. Bei der Arbeitsstrombremse ist die Bremskraft durch die magnetische Zugkraft bedingt, so dass es möglich ist, die Bremswirkung durch Stromveränderungen zu beeinflussen. Der als Bremsmotor ausgebildete selbständige Drehstrommotor muss ebenfalls so ausgelegt sein, dass er dem maximal auftretenden Drehmoment des Umformers entgegenwirken kann.
Zur Steuerung der beschriebenen Arbeitsvorgänge der Anlage ist ein Schaltschrank vorgesehen, der an sich bekannte Schaltgeräte, wie Relais-Schalter u. dgl., enthält. Dieser Schaltschrank hat aber nichts mit der Erfindung an sich zu tun und wird deshalb nicht näher beschrieben, zumal er nur bekannte Dinge enthält.
Die Erfindung und. dazugehörige Einzelheiten werden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben, u. zw. zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zum synchronen Antrieb von Geräten, Fig. 2 die Schaltung einer Ruhestrombremse, Fig. 3 die Schaltung einer Arbeitsstrombremse, Fig. 4 ein Bremsdiagramm.
Im Prinzipschaltbild der Fig. 1 gelangt beim Anlassen des Frequenzumformers 5 vom Ortsnetz 1 über den Schalter 2 und die Anlasserwiderstände 3 die Netzspannung an die Schleifringe 4. Die Ständerwicklung 6 des Umformers 5 ist über die Zuleitungen 7 mit den Bürsten 8 des Kommutators 9 verbunden. Vom Kommutator 9 erfolgt über den Widerstand 10 und die Drossel 11 eine Gleichstromeinspeisung in eine der Ständerwicklungen. Die Ständerwicklungen sind über die Verbindungen 12 und den Schalter 13 mit den Widerständen 14 verbunden, die zum selbständigen Anlauf des Umformers eingeschaltet werden. Über den Schalter 15 kann das Umformernetz 16 an den Umformer 5 geschaltet werden, sobald dieser seine synchrone Drehzahl erreicht hat. Hiebei wird jedoch zunächst nur eine Gleichspannung an das Umformernetz 16 abgegeben.
Beim Abbremsen des Umformers 5 wird das Umformernetz 16 mit einer Wechselspannung gespeist, deren Frequenz der Umformerdrehzahl umgekehrt proportional ist und bei Stillstand des Umformers 5 z. B. 50 Hz beträgt.
Der Umformer 5 ist durch die Kupplung 17 mit dem Bremsmotor 18 mechanisch verbunden. Die Ständerwicklung 19 des Bremsmotors 18 ist über die Leitungen 20 und die Widerstände 21 sowie den Schalter 22 an das Ortsnetz 1 anschaltbar. Über die Leitungsverbindung 23 und den Schalter 24 sowie den Transformator 25 gelangt eine Wechselspannung an die Gleichrichterschaltungen 26 und 27. Die der Graetz-Gleichrichterschaltung 27 entnommene Gleichspannung kann über den Schalter 30 in zwei Ständerwicklungen zum Abbremsen eingespeist werden. An den Schleifringen 29 liegen Widerstände 31. Die Widerstände 31 dienen beim Bremsen als Belastungswiderstände. Die Gleichspannung, die der Gleichrichterschaltung 26 entnommen wird, kann zur Verstärkung der Bremswirkung über den Schalter
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28 an die Schleifringe 29 des Bremsmotors 18 gelegt werden.
Über die Schalter 32,33, 34 kann das Umformernetz 16 mit dem Ortsnetz 1 verbunden werden.
Der Anschluss des Schaltschrankes erfolgt über die Klemmen 35.
Gemäss Fig. 2 ist der Umformer 5 statt mit dem oben erwähnten Bremsmotor durch die Kupplung 36 mit der Ruhestrombremse 37 verbunden. Der Gleichrichter 38 erhält über den Schalter 39 und den Trans- formator 40 eine Wechselspannung aus dem Netz, die nach Gleichrichtung zur Erregung der Magnet- spule 41 der Ruhestrombremse 37 dient. Ferner wird aus einer Ständerwicklung des Umformers 5 über den Transformator 42 eine Wechselspannung entnommen, die nach Gleichrichtung im Gleichrichter 43 ebenfalls in die Erregerwicklung 41 gelangt, um der ersten Gleichspannung entgegenzuwirken. Diese
Spannung ist bei voller Drehzahl des Umformers 5 etwa gleich null und steigt mit sinkender Drehzahl an, wobei sie ein Nachlassen der Bremswirkung und damit ein sanftes Anhalten bewirkt. In den Zuführungen zur Erregerwicklung 41 liegen noch Widerstände 44 und 45.
Während des Stromdurchganges ist die Ruhestrombremse gelüftet. Die Bremswirkung erfolgt mechanisch über die Feder 46 bei Stromlosigkeit, also wenn der Schalter 39 geöffnet ist.
In Fig. 3 ist der Umformer 5 über die Kupplung 36 mit der Arbeitsstrombremse 47 verbunden. Die Erregerwicklung 48 liegt an den beiden Gleichrichtern 38 und 43 sowie mit einer Mittelanzapfung 49 zwischen den beiden Widerständen 44 und 45, die andererseits mit den Gleichrichtern 38 und 43 verbunden sind. Der Gleichrichter 38 erhält vom Netz über den Schalter 39 und den Übertrager 40 eine Wechselspannung, während der Gleichrichter 43 über den Kontakt 50 und den Übertrager 42 eine Wechselspannung aus der Ständerwicklung des Umformers 5 erhält. Die Bremse ist während des Stromdurchganges durch die Erregerwicklung 48 in Betrieb. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, sind die beiden Teile der Wicklung 48 gegeneinander geschaltet.
Die Bremswirkung wird bei abnehmender Drehzahl ebenfalls abnehmen, da die vom Umformer 5 über den Gleichrichter 43 bewirkte Erregung der Erregung aus dem Netz über den Gleichrichter 38 entgegenwirkt.
In Fig. 4 ist der Frequenzanstieg in Hertz über der Abbremszeit aufgetragen. Es geht daraus hervor, dass der Kurvenzug 51, der die konstante Bremsung andeutet, sehr viel rascher ansteigt und damit eine härtere Bremsung ergibt als der Kurvenzug 52, der infolge der Gegenstromeinspeisung aus einer Ständerwicklung des Umformers 5, wie sie mit Hilfe der Gleichrichter 43 (nach Fig. 2 und 3) erfolgt, eine viel flachere Anstiegstendenz zeigt und damit eine weiche Bremsung ergibt. Die Gegenstromeinspeisung ist deshalb einer konstanten Bremsung überlegen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzielung eines synchronen Anlaufes mehrerer Antriebsmotore von Geräten, insbesondere von Filmlaufwerken, mit Hilfe einer läufergespeisten Drehstrom-Kommutatormaschine, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem drehstromseitigen selbsttätigen Leeranlauf der Kommutatormaschine die Motoren an die offene an drei Kollektorbürsten angeschlossene Ständerwicklung angeschlossen werden und ihr Hochlaufen durch anschliessendes Abbremsen der Kommutatormaschine bis zum Stillstand erfolgt.