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Einricht1mg zur Regelung - der Drehzahl von Maschinen.
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maschinen, deren beide Teile beweglich sind, müssen Synchronmotoren sein, d. h. sie müssen eine Drehzahl aufrechtzuerhalten suchen, die in einem bestimmten Verhältnis zur Frequenz des ihnen zugeführten Wechselstromes steht. Das Element 3 ist mit einem Wechselstromgenerator 25 verbunden, der aus einem mittels Schalter 27 an die Wechselstromleitungen 28, 29, 30 anzuschliessenden Anker 26 und aus einer über einen regelbaren Widerstand 32 mit den Erregerleitungen 16, 18 verbundenen Feldwicklung. 31 besteht. In der Zeichnung ist ein Drehstromgenerator dargestellt, doch kann auch ein Generator für einfachen Wechselstrom benutzt werden.
Jedes der Elemente 1, 2 ist mit einem aus dem Läufer 35 und dem
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die Drehzahl des Läufers grösser wird als die des zugehörigen Motors. Mittels des stellbaren Riemens 40 der konischen Riemenscheiben kann die Drehzahl jedes einzelnen Elementes der Maschine gegenüber jener der übrigen Elemente geregelt werden. Doch ist die Erfindung auf eine besondere Ausführung der Vor- gelege zur Änderung dieser Drehzahlverhältnisse nicht beschränkt. Der Läufer 35 jedes Sycnhronmotors ist nach der Zeichnung mit einer Gleichstromwicklung 43 versehen, die in ihm unveränderliche Magnetpole hervorruft und durch Schleifringe 44 mit den Erregungsleitungen 16 und 19 verbunden ist.
Statt eines derartigen Läufers von unveränderlicher Polarität könnte auch ein aus einem permanenten Magneten bestehender Läufer 63 mit Ausschnitten verwendet werden, wobei die zwischen letzteren verbleibenden
Teile die unveränderlichen Pole bilden, wie Fig. 4 zeigt. Der Ständer jedes Synchronmotor ist mit einer
Wechselstromwicklung ausgestattet, die mittels Schalter 46 mit den Wechselstromleitungen 28, 29, 30 verbunden werden kann, die mit Wechselstrom von einer Frequenz gespeist werden, welche durch die
Drehzahl des vom Motor 4 des Elementes 3 getriebenen Wechselstromgenerators 25 bestimmt wird. Der
Ständer 36 jedes Synchronmotor ist unabhängig vom Läufer 35 in beiden Richtungen um letzteren frei drehbar und ist in allen Stellungen ausbalanziert, so dass er in jeder Stellung, in die er gelangt, verbleiben kann.
Jeder Ständer betätigt gemäss der Erfindung eine geeignete Regelungsvorrichtung für den Trieb- motor des zugehörigen Elementes der Maschine. Nach der Zeichnung besteht diese Regelungsvorrichtung aus einem Widerstand, der die Erregung des Triebmotors regelt und unmittelbar vom Ständer betätigt wird. Gemäss der Erfindung hat der Ständer keine Normalstellung, welche er aus was immer für Gründen einzunehmen strebt, und deshalb bleiben der Ständer und der Widerstand in jeder Einstellung stehen, welche ihnen bei einer Belastungsänderung, die eine Änderung des Widerstandes erfordert, erteilt wird.
Hiedurch wird eine sehr rasche und empfindliche Regelung gesichert. Indessen soll die Erfindung nicht auf eine besondere Vorrichtung zur Regelung der Motordrehzahl beschränkt sein und, wenn gewünscht, kann die Reguliermaschine als Kontakte herstellendes Dynamometer ausgeführt sein, wie Fig. 4 zeigt, das einen Hilfsmotor 61 überwacht, um einen Widerstand 58 in der Feldwicklung des Triebmotors zu betätigen ; in diesem Falle wäre es nötig, der Drehung des Ständers Federn 64 oder andere Stellmittel entgegenwirken zu lassen, um die Kontakte für gewöhnlich offenzuhalten.
Es ergibt sich aus der dar- gestellten Anordnung, dass die Verzögerung der Wirkung die durch Verwendung einer Regelungsvorrich- tung für den Hilfsmotor anscheinend veranlasst würde, tatsächlich vermieden wird, weil jede Bewegung des Ständers von einer sofortigen Änderung der Feldstärke des entsprechenden Triebmotors begleitet ist. Damit die Regelungsvonichtung so klein und empfindlich wie möglich ausfällt, ist es wünschenswert, dass die Reibung im Rheostaten vernachlässigt werden kann. Ein reibungsfreier Rheostat 50 besteht nach der Zeichnung aus einem drehbaren Arm 51, von dem ein Ende mit Stiften 52, 5.'3 am Ständer 36 erfasst werden kann.
Das andere Ende des Armes trägt einen Sektor 5 ; dieser und der Arm 51 ruhen in Kugellagern 55, 56 und sind so angeordnet, dass, wenn der Arm 51 vom Läufer 36 bewegt wird, der Sektor sich über die Kontakte 57 wälzt, mit denen die Teile des Widerstandes 58 durch irgendwelche geeignete Mittel, etwa die Klemmen 60, verbunden sind. Arbeitet der Rheostat in der eben beschriebenen Weise, so sind Anschläge 61 und 62 vorgesehen, um die Bewegung des Sektors 54 zu begrenzen.
Wenngleich vorstehend eine besondere Konstruktion eines reibungsfreien Rheostaten und eine besondere Anordnung zur Übertragung der Bewegung vom Ständer der Reguliermaschine auf diesen Rheostaten dargestellt wurde, so ist doch die Erfindung nicht auf eine besondere Art von Rheostaten oder eine besondere Art der Übertragung der Bewegung vom beweglichen Ständer auf den Rheostaten beschränkt.
Um die Beschreibung der Wirkungsweise der Einrichtung zu vereinfachen, soll zunächst die normale Wirkungsweise der Vorrichtung und dann das Anlassen der Maschine beschrieben werden. Bei einer gegebenen Frequenz des Stromes in den Leitern 28, 29, 30 ist die Drehrichtung und Drehzahl der magnetischen Felder der Ständer 36 dieselbe wie die Drehrichtung und Drehzahl der Läufer 35, die von den verschiedenen Elementen 1, 2 der Maschine angetrieben werden.
Zufolge der bekannten Eigenschaften der Synchronmotoren suchen die Magnetpole des Läufers in einer bestimmten Lage gegenüber den Magnetpolen des Ständers zu verharren ; da die Bewicklungen aller Ständer 36 Strom von derselben Frequenz erhalten, so werden die magnetischen Felder aller Ständer dieselbe Drehzahl aufweisen und gemäss der Erfindung hat jedes Bestreben irgendeines Läufers, von dieser Drehzahl abzuweichen, zur Folge, dass der zugehörige Ständer den entsprechenden Rheostaten 50 betätigt, um dieses Bestreben aufzuheben. Wenn z.
B. eine Vergrösserung der Belastung bei irgendeiner der Maschinen eintritt, so dass die Drehzahl ihres Motors 4 sinkt, so wird der zu dieser Maschine gehörige Läufer 35 gegenüber dem in seinem Ständer 36
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erzeugten Drehfeld zurückbleiben, wodurch der Läufer 35 gegenüber dem Ständer 36 verstellt wird.
Wäre der Ständer 36 starr festgehalten, so würde der aus dem Ständer und Läufer bestehende Synchronmotor Energie aus den Leitungen 28, 29, 30 entnehmen und ein Drehmoment zur Unterstützung des Motors 4 erzeugen. Gemäss der Erfindung sind jedoch die Ständer 36 frei drehbar, so dass der Ständer 36 der betrachtetenMaschine bloss zurückzulaufenbeginnt, um seine Pole in der bestimmten Stellung gegenüber den Läuferpolen zu erhalten.
Laufen die Maschinen in einer der Pfeilrichtung in den Läufern (Fig. 1) entsprechenden Richtung, so bringt die Rückwärtsdrehung des Ständers 36 den Stift 52 an den Arm 51 des Rheostaten 50, so dass dieser einen Teil des Widerstandes 58 in die Feldwicklung 15 einschaltet, um die Drehzahl des Motors auf der normalen Höhe zu halten. Ist hinreichend viel Widerstand in die Feldwicklungsleitung eingeschaltet, so hat der Läufer 35 kein Bestreben mehr, hinter dem Drehfeld des Ständers 36 zurückzubleiben, und die Rückwärtsbewegung des Ständers hört auf, wobei der Ständer in solcher Lage zur Ruhe kommt, dass der der Feldwicklung vorgeschaltete Widerstand 58 gerade ausreicht, um den Motor unter der neuen Belastung mit der normalen Geschwindigkeit laufen zu lassen.
Das Bestreben irgendeines Elementes, seine Drehzahl zu ändern, wird demnach schon im Beginn aufgehoben und es wird keine tatsächliche Änderung der Drehzahl eintreten können. Wenn einer der Motoren 4 seine Drehzahl zu vergrössern sucht, so zieht der Läufer 35 seinen Ständer 36 in der am Läufer angedeuteten Pfeilrichtung nach, wodurch der Stift 53 mit dem Arm 51 des Rheostaten in Eingriff tritt, so dass Widerstände 58 aus der Leitung der Feldwicklung 15 ausgeschaltet werden, um den Motor 4 auf der normalen Drehzahl zu erhalten. Auf diese Weise wird ein bestimmtes Verhältnis der Drehzahlen der Teile der Maschine aufrechterhalten.
Um das Pendeln des Reglers zu verhüten, ist die Verbindung zwischen jedem Ständer und dem zugehörigen Arm 51 eine lose. Bei der dargestellten Anordnung sind die Stifte 52 und 53 etwas voneinander entfernt, so dass eine kleine Drehung des Ständers 36 stattfinden kann, bevor der zugehörige Rheostat 50
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kleine Leistung aufweisen. Durch Verwendung des Vorgeleges 39, welches dem Läufer 35 eine beträchtlich grössere Drehzahl erteilt als der betrachtete Maschinenteil aufweist, wird eine sehr geringe Drehung dieser Welle gegenüber ihrer richtigen Winkelstellung sich im Läufer 35 stark vergrössert bemerkbar machen. Macht man den regelnden Synchronmotor vielpolig, so wird die Empfindlichkeit der Regelung noch weiter vergrössert, weil die regelnde Maschine dann ihr volles regelndes Drehmoment bei einer kleineren Winkelverstellung äussert.
Die in der Zeichnung dargestellte Maschine kann durch Anlassen der Motoren 4-einzeln oder zusammen-in Betrieb gesetzt werden. Sollen die Motoren gleichzeitig in Gang gesetzt werden, so werden zuerst die Anker der Erregermaschine und des Generators auf volle Drehzahl und die Erregermaschinenspannung auf den Vollwert gebracht. Es werden dann die Leitungen 16 und 19 an Spannung gelegt, so dass die Feldwicklungen 43 der Synchronmotoren erregt werden. Der Schalter 7'wird geöffnet und die Feldwicklung des Generators entweder völlig stromlos gemacht oder der Strom in ihr auf einen sehr kleinen Wert gebracht, was von der Stellung des Armes 21 des Widerstandes 11 abhängt, Der Anlasswiderstand 8 wird ausgeschaltet und die Schalter 27 und 46 werden geöffnet.
Sodann wird der Schalter 7'geschlossen und die Spannung des Generators 7 allmählich gesteigert, indem man die Stromstärke in seiner Feldwicklung durch Verringerung des Widerstandes 11 allmählich steigert. Da jeder Motor 4 an den Leitungen 5, 6 liegt, bewirkt die allmähliche Spannungssteigerung in denselben eine allmähliche Steigerung der Drehzahl der Motoren. Da die Wicklungen der Läufer 25 der Synchronmotoren Strom erhalten, während die Motoren auf volle Drehzahl gebracht werden, so rufen die Läufer 35 Wirbelströme in den Ständern 36 hervor, wodurch letztere gedreht werden und die Rheostaten 50 betätigen, um die Widerstände 58 auszuschalten und dadurch den Triebmotoren ein starkes Anlassdrehmoment zu erteilen.
Die Motoren können einzeln in Gang gesetzt werden, indem man zuerst die Spannung des Generators 7 auf den normalen Wert bringt und dann jeden Motor durch den zugehörigen Anlasswiderstand 8 in Gang setzt. Wenn die Motoren im wesentlichen die gewünschte Geschwindigkeit erreicht haben, können die Schalter 27 und 46 geschlossen werden, ohne besondere Sorgfalt darauf zu verwenden, die verschiedenen Synchronmotoren in Gleichlauf mit dem Generator 25 zu bringen, da das zur Bewegung jedes Ständers erforderliche Drehmoment so klein ist, dass die Motoren leicht in Tritt fallen.
Will man während des normalen Betriebes der Maschine deren Ganggesehwindigkeit als Ganzes steigern, so kann dies dadurch geschehen, dass man die Drehzahl des den Generator 25 treibenden Motors 4 mittels des regelbaren Widerstandes 17 erhöht, so dass die Frequenz des Stromes in den Leitungen 28, 29,30 vergrössert wird, wodurch die Regelungsvorrichtungen der übrigen Teile der Maschine in Tätigkeit treten, um die Felder der zugehörigen Triebmotoren zu schwächen, die Drehzahl der Läufer zu erhöhen und sie im Tritt mit dem Generator 25 zu halten. Die Geschwindigkeit der Maschine kann deshalb leicht eingestellt werden.
Es werden indessen keine grösseren Änderungen der Drehzahlen durch solche Änderungen der Feldstärke der Motoren zu erreichen versucht werden, denn es ist vorzuziehen, derartige grosse Änderungen durch Einstellung des Widerstandes 20 in den Feldleitungen der Motoren oder durch
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Regelung der Spannung des die Motoren 4 speisenden Generators 7 zu erzielen, indem man den Widerstand 11 in der Speiseleitung der Feldwicklung 9 des Generators ändert. Es geschieht häufig, dass während des Betriebes einer Maschine das Drehzahlverhältnis der Elemente geändert werden soll.
Um dies zwischen irgendwelchen zwei Elementen zu erzielen, ist es bloss nötig, den Riemen 40 auf den konischen Riemenscheiben 37, 38 zu verstellen ; dadurch wird erreicht, dass derselben Drehzahl des von einem Element getriebenen Läufers eine andere Drehzahl des Elementes entspricht.
Im Vorangehenden wurde angenommen, dass Synchronmotoren zur Anwendung kommen, bei welchen durch die Erregung in einem ihrer Teile festliegende Magnetpole hervorgerufen werden. Der Fachmann erkennt jedoch, dass auch andere Arten von Synchronmotoren verwendet werden können ; ein bekanntes Beispiel einer synchronlaufenden Maschine, die hier verwendet werden kann, besteht aus einem als Läufer dienenden Käfiganker mit ausgesprochenen Polen, die durch Wegschneiden von Teilen des Läufereisens entstehen, wie bei 63 in Fig. 4 gezeigt. Es ist auch ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf eine Anordnung beschränkt ist, bei welcher der Synchronmotor von einem zu regelnden Teil der Maschine getrieben wird, weil für jedes Element der Maschine ein Synchronmotor vorgesehen und der Wechselstromgenerator von irgendeinem Motor mit konstanter, aber regelbarer Drehzahl getrieben werden kann.
Sind die Betriebsbedingungen der Maschine solche, dass irgendeines der getriebenen Elemente zeitweilig unbrauchbar werden kann, so ist die letztere Anordnung vorzuziehen.
An dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel können mannigfache Abänderungen getroffen werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von Maschinen, bei welchen mehrere Elemente mit einem bestimmten Drehzahlverhältnis laufen sollen und jedes Element durch einen gesonderten Motor mit Regelungsvorrichtung (in Einzelantrieb) getrieben wird, wobei die Regelungsvorrichtungen einzeln derart betätigt werden, dass irgendein gewünschtes Drehzahlverhältnis zwischen den einzelnen Elementen a ifrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung jeder Regelungsvorrichtung ein Synchronmotor dient, von dem ein Teil durch den zugehörigen Motor angetrieben wird und der andere bewegliche Teil auf die Regelungavonichtung einwirkt, wobei alle Synchronmotoren mit Wechselstrom von einer gemeinsamen Wechselstromquelle gespeist werden.