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Einrichtung zum Konstanthalten der jeweilig eingestellten Gesamtspannung zweier betriebsmässig zu-oder gegeneinander geschalteter elektrischer Maschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Konstanthalten der jeweilig eingestellten
Gesamtspannung zweier hintereinander geschalteter elektrischer Maschinen, die in Zu-und Gegenschaltung benutzt werden. Solche Maschinenaggregate kommen insbesondere für den Antrieb von Papiermaschinen in Betracht, bei denen die Aufgabe dahin geht, eine einmal eingestellte Geschwindigkeit dauernd konstant beizubehalten.
Zum Antrieb solcher Papiermaschinen wurde bisher die Zu-und Gegenschaltung oder die Leonardschaltung verwendet. Hiebei traten die Schwierigkeiten auf, die Frequenzschwankungen des Drehstromantriebmotors vom eigentlichen Antrieb der Papiermaschine fern zu halten, da sich diese nicht nur auf den Gleichstromgenerator, sondern auch auf dessen Erregung fortpflanzen und daher gleichsam in mehrfacher Verstärkung auch auf den eigentlichen Antriebsmotor zur Wirkung gelangen. Ferner müssen die Einflüsse der Belastungsschwankungen auf die Drehzahl ausgeglichen werden ; hiezu wurde eine Kompoundierung vorgesehen, die aber den Nachteil aufweist, dass sie wegen der verschiedenen magnetischen Sättigungen des Feldeisens auch verschiedene Einwirkung auf die Drehzahl ausübt.
Schliesslich haben sich Änderungen in der Temperatur des Raumes, in dem die Aggregate arbeiten, nachteilig bemerkbar gemacht, da sich hiedurch die Widerstandsverhältnisse in den Wicklungen ändern und auch hiedurch die Drehzahl des Antriebsmotors der Papiermaschine Schwankungen aufweist, welche bei diesen hochempfindlichen Antrieben von grösstem Nachteil sind.
Es wurden daher die mannigfachsten Wege eingeschlagen, um den genannten Schwierigkeiten einigermassen Herr zu werden. Bei der Lconardschaltung wurden Schnellreglec, etwa nach dem System Tirill, angewendet. Um dabei die Drehzahl des Antriebsmotors möglichst konstant zu halten, wurde eine besondere Erregermaschine auf der Welle der Anlassmaschine vorgesehen und ausserdem auf die Welle des Papiermaschinenmotors eine Geschwindi,-keitsdynz-Lmo aufgesetzt. Von der letzteren wurde der Tirrillregler beemìlusst und zur möglichst einwandfreien Darstellung der tatsächlichen Geschwindigkeit des Papiermaschinenmotors die Erregung der Geschwindigkeitsdynamo durch einen vorgeschalteten Eisen- drahtwiderstand möglichst konstant gehalten.
Diese bekannte Schaltung mit Schnelhegelung bringt aber die verschiedensten Komplikationen mit sich. Einmal schwankt die Erregung der Erregermaschine mit den Frequenzänderungen des Drehstromantriebsmotors der Anlassmaschine, auf deren Welle sie sitzt.
Ferner kann selbst der vorgeschaltete Eisendrahtwiderstand die Erregung der Geschwindigkeitsdynamo
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Konstanz der Drehzahl des Papiermaschinenmotors unter allen Umständen einzuhalten.
Auch die normale Zu-und Gegenschaltung bedurfte der Verbesserung, da auch die Einschaltung von Eisendrahtwiderständen in die Erregung der konstanten Maschine die Fortpflanzung von Frequenzschwankungen auf den Antriebsmotor nicht vollständig verhindern konnte und vor allem Temperatureinflüsse nicht beseitigt waren. Bei Netzen mit grösseren Frequenzschwankungen musste man daher auch bei der Zu-und Gegenschaltung eine Schnellregelung anwenden, um empfindliche Papiersorten herstellen zu können. Der Schnellregler wurde zur Beeinflussung der konstanten Dynamo verwendet, und es wurde daher auf deren Welle eine Erregermaschine angeordnet, während der Antriebsmotor mit einer Geschwindigkeitsdynamo gekuppelt war.
Auch hier erforderte der Tirrilhegler vier Regelungswiderstände, wie
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bei der Leonardschaltung auseinandergesetzt, und es ergab sich die weitere Schwierigkeit, dass die vom Tirrillregler beherrschte konstante Dynamo sämtliche Drehzahländerungen infolge der verschiedenen Einflüsse sowohl der Gegensehaltungsmasehine als auch des eigentlichen Antriebsmotors ausgleichen musste und der Schnellregler daher einen ausserordentlich grossen Regelbereich besitzen musste.
Dieser wurde noch dadurch bedeutend erweitert, als bei der Zu-und Gegenschaltung besondere Schwierigkeiten dadurch auftreten, dass die Erregungsverhältnisse bei Erhöhung der Spannung gänzlich verschieden sind von jenen beim Erniedrigen der Spannung am Gleichstrommotor, da sich die Remanenz an der Zu-und Gegenschaltungsmaschine, die bei Erregung umgepolt werden muss, geltend macht. Diese Unterschiede betragen bei einer mittleren Spannung von 220 Volt erfahrungsgemäss 50-60 Volt und müssen daher durch die konstante Maschine ausgeglichen werden.
Denn der Tirrillregler sucht für eine bestinimte Reglerstellung die Drehzahl des Gleichstromantriebsmotors, der durch die beiden zu-oder gegengeschalteten Dynamos gespeist wird, konstant zu halten, und infolgedessen muss die Spannung der konstanten Dynamo bei einer mittleren Spannung von 220 Volt einmal auf 250 Volt, das andere Mal auf 190 Volt durch den Regler
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gleichen, so ist es klar, dass sein einwandfreies Arbeiten den grössten Schwierigkeiten begegnet.
Die Erfindung sucht diese Schwierigkeiten für die Zu-und Gegenschaltung zu beseitigen. Sie besteht darin, dass nicht nur die konstante Dynamo, sondern auch die Zu-und Gegensehaltungsmasehine durch einen selbsttätigen Regler (Schnellregler, träger Regler) beeinflusst wird, wobei vorteilhaft die beiden Regler zu einem einzigen vereint werden können. Hiedurch wird erreicht, dass die einmal eingestellte Gesamtspannung im Gleichstromantriebsmotor konstant gehalten wird, da sowohl die Spannung an der konstanten Dynamo als auch diejenige an der Zu-und Gegenschaltungsmaschine entsprechend der eingestellten Erregung der letzteren konstant gehalten wird und damit auch der Gleichstromantriebsmotor für die Papiermaschine infolge der an ihm liegenden konstanten Spannung konstante Drehzahl aufweist.
Frequenzschwankungen und Temperatureinflüsse auf die beiden speisenden Dynamos können sich daher nicht auf den Antriebsmotor fortpflanzen. Die Temperatureinflüsse auf die Erregerwicklung des Antriebsmotors können etwa durch einen vorgeschalteten Eisendrahtwiderstand wirksam beseitigt werden.
Natürlich könnte aber auch hiezu ein besonderer Schnellregler verwendet werden, dem dann aber nicht in gleicher Weise wie bisher die Aufgabe zufiele, die schädlichen Einflüsse der Frequenz-und Temperaturschwankun- kungen auf die konstante, die Zu-und Gegenschaltungsmaschine und den Antriebsmotor auszugleiehen, sondern nur den Antriebsmotor als solchen zu beherrschen hätte und dessen Arbeiten dadurch bedeutend gesichert und vereinfacht würden, dass die den Motor speisenden beiden Maschinen filr sieh durch die ihnen zugeordneten selbsttätigen Regler in ihrer Spannung unabhängig von den Frequenz-und Temperaturschwankungen gemacht sind.
Die Erfindung schreitet auch dahin weiter, dass sie sich die Erkenntnis zunutze macht, dass die konstante und die Zu- und Gegenschaltungsmaschine bei) 1nmittelbarer Kupplung sowohl den Frequenzschwankungen des Drehstromantriebsmotors als auch den Temperaturschwankungen in gleicher Weise unterworfen sind. Sofern diese Maschinen ungefähr gleich gross ausgelegt sind, wie es der Fall ist, sobald lediglich der Papiermaschinenmotor an die beiden Maschinen angeschlossen ist, ist es ohne weiteres möglich, beide Maschinen durch den gleichen Regler beeinflussen zu lassen, indem dieser mit zwei Kontaktbahnen für jede der Maschinen ausgerüstet wird, oder ein gewöhnlicher Regler unter entsprechender Schaltung der'Widerstände in den Erregungen der beiden Maschinen für beide Maschinen zugleich verwendet wird.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Erfindung mit Rücksicht auf die Konstanz der Spannung der konstanten Dynamo auch bei ungleicher Grösse beider Maschinen verwendet werden kann ; dies tritt beispielsweise ein, wenn an die konstante Dynimo für den Papiermotorenantrieb gleichzeitig die Motoren der Umroller und Rollenschneidemasohinen angeschlossen sind und hat hier den Vorteil, dass es möglich ist, statt vieler kleiner Maschinen, eine einzige grosse zu verwenden. Man kann weiterhin den oder die zur Beeinflussung der Spannung dienenden Regler noch von der Drehzahl des Antriebsmotors oder dessen Belastung abhängig machen.
Ferner ist es möglich, den oder die Regler statt an die Spannung der einzelnen Maschinen gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines verstellbaren Widerstandes an die Gesamtspannung der beiden Maschinen anzuschliessen.
Einige Ausbildungen der Erfindung seien an Hand der Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 ist eine Schaltung dargestellt, bei der zunächst je ein Regler für jede'der beiden speisenden Maschinen des Antriebsmotors vorgesehen ist. d ist ein Drehstromantriebsmotor, auf dessen Welle der Generator konstanter Spannunggund die Zu- und Gegenschaltungsmaschine z sitzt. a ist der mit konstanter Geschwindigkeit anzutreibende Papiermaschinenmotor, e dessen Feldwicklung.
Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen ist hier nicht eine besondere Erregermaschine zur Speisung der beiden Feldwicklungen j und h der konstanten und der Zu-und Gegensehaltungsmasehine, sondern Selbsterregung beider Wick-
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in bekannter Weise als Unischaltregler ausgebildet, so dass in der Mittelstellung des Kontakthebels die Erregung der Maschine gleich Null ist, während beim Verstellen desselben nach der einen oder andern Seite die Erregung der Maschine im Sinne der Zu-oder Gegenschaltung eingeschaltet und beliebig ver- ändert werden kann.
Die beiden Widerstände M, sind gekuppelt, da sich die Erregerstromstärke der Zu- und Gegenschaltungsmaschine zwischen einem bestimmten Plus-und Minuswert ändern muss und daher auch der Kurzschlusswiderstand des Tirrillreglers mit dem Regelwiderstand ? 3 in gleicher Weise verstellt werden muss.
Diese Anordnung kann dadurch vereinfacht werden, dass an Stelle des zweiten Tirrillreglers der für die konstante Maschine vorgesehene Tirrillregler tl auch zur Beeinflussung der Zu-und Gegenschaltungsmaschine verwendet wird. Es kann dies in einfacher Weise geschehen, indem die gestrichelt eingezeichneten Leitungen I vorgesehen werden und damit der Widerstand m ; ebenfalls an die Kontakte des Reglers t1 gelegt wird, so dass der Regler t2 fortfallen kann. Der Stromverlauf ist für diesen Fall durch die gestrichelt eingezeichneten Pfeile dargestellt.
Natürlich könnte der gleiche Zweck erreicht werden, wenn der Widerstand w2 nicht an das gleiche Kontaktpaar wie der Widerstand M ; i, sondern an ein besonderes
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Anordnung so getroffen werden, dass die beiden Regler tl und parallel geschaltet sind, so dass jeder Regler beide Maschinen gleichzeitig überwacht. Durch diese Anordnung wird die jeweilig eingestellte Gesamtspannung der beiden Generatoren g, z praktisch unabhängig von Frequenz, Belastung und Temperatur.
Die Schaltung ist bereits bedeutend einfacher als alle bekannten Schaltungen ; dennoch sind noch die beiden Widerstände w2, w3 abzugleichen.
Eine Betrachtung der Schaltung gemäss Fig. 1 ergibt, dass bei geschlossenen Kontakten des oder der Tirrillregler die gleiche Spannung an derFeldwicklung f uhd an derFeldwicklung h samt dem der letzteren vorgeschalteten Reglerwiderstand ? 3 liegt. Anderseits muss der Kurzschlusswiderstand ? 3 so gewählt sein, dass bei offenen Kontakten der selbsttätigen Regler die Spannung an den Klemmen der Erreger-
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liegt, damit die gleiche Beeinflussung beider Maschinen bei Temperatur-, Frequenzänderung usw. erreicht wird. Dies ist erforderlich, damit die beiden Erregungen f, h überhaupt parallel geschaltet werden können und ein gemeinsamer Tirrilregler vorgesehen werden kann.
Hieraus ergibt sich, dass der Kurzsehlusswiderstand ohne weiteres weggelassen werden kann, wenn ein gemeinsamer selbsttätiger Regler für beide Maschinen verwendet wird. Damit aber dann der Erregerstrom für beide Wicklungen über den Widerstand W1 fliesst, müsste dessen Ohmzahl entsprechend verkleinert werden, damit der Spannungsabfall in ihm den gleichen Betrag annimmt wie bei zwei gesonderten Kurzschlusswiderständen. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass der Erregerstrom der Zu-und Gegen- schaltungsmasehine stark schwankt.
Nimmt man aber an, dass im Kurzschlusswiderstand W1 50% der Spannung der konstanten Erregung der Maschine g vernichtet werden, so würde die Erregerstromstärke im FJde f, wie eine einfache Rechnung unter der Annahme zeigt, dass die Maschinen g und z vorher den gleichen Erregerstrom aufgenommen haben, um etwa 33% erhöht werden, wenn die Erregung der regelbaren Dynamo z durch den Regler ? 3 auf Null gebracht würde. Diesen im äusseisten Fall auftretenden Unterschied kann jedoch der Tirrillregler ohne weiteres durch entsprechende Änderung seines Taktverhältnisses ausgleichen, da er Regelungen selbst im Verhältnis von 1 : 3 noch gut zu beherrschen vermag.
Von diesen Erwägungen ausgehend, kann die vereinfachte Schaltung nach Fig. 2 entwickelt werden, die ohne weiteres verständlich ist. Der Kurzschlusswiderstand ist dort bei offenem Tirrillregler t, wie die eingezeichneten, die Stromrichtung angebenden Pfeile erkennen lassen, beiden Feldwicklungen vorgeschaltet. Ist er kurzgeschlossen, so werden ebenfalls beideFeldwicklungen parallel über die Kontakte des Tirrills gespeist. In beiden Figuren bedeutet a den Gleichstromantriebsmotor etwa für eine Papiermaschine, e dessen Feldwicklung, s die Spannungsspule des Tirrilreglers, die beispielsweise an die Klemmen der konstanten Dynamo g angeschlossen sein kann.
Die Spule s kann aber auch an die Klemmen der Arbeitsmaschine a angeschlossen werden, so dass der oder die Regler von der Gesamtspannung der Maschinen beeinflusst werden. In der Fig. 2 ist noch ein Eisendrahtwiderstand i dem Felde des Antriebsmotors vorgeschaltet, um dessen Erregung von Temperaturschwankungen unabhängig zu machen. Ferner ist dort eine Zusatzspule k für den Tirrillregler dargestellt, die entweder von dem dem Motor a zugeführten Arbeitsstrom, also von dessen Belastung, durch eine Shuntschaltung beeinflusst wird, oder an die Klemmen einer auf der Welle des Motors a sitzenden Tourendynamomaschine angeschlossen ist, so dass sie von der Drehzahl des Antriebsmotors beeinflusst wird. Diese Zusatzspule dient dazu, um auch Belastungsschwankungen oder Drehzahländerungen zu kompensieren.
Weiterhin ist es noch notwendig, eine Einrichtung zu treffen, durch welche es möglich ist, eine eindeutig festgelegte Mittelstellung für den Regler ? 3 der Zu- und Gegenschaltungsmaschine zu schaffen. Zu diesem Zwecke ist ein kleiner Ausgleichswiderstand r angeordnet, der in der Nähe der Mittelstellung des Widerstandes Wus zugleich mit diesem bewegt wird und mit seinem freien Ende etwa in der Mitte des Widerstandes W1 angeschlossen ist. Die Anordnung dieses Widerstandes wird dadurch bedingt, dass, wie
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E@egungher sich der Mitt lstcllung nähert, in welcher die Spannung der Zu-und Gegensehaltungsmaschine verschwinden soll.
Der Widerstand r wird beispielsweise durch eine schleppschalterähnliche Konstruktion durch die Kurbel des Widerstandes 103 verstellt, sobald sich der letztere in der einen oder andern Richtung der Nullstellung nähert. Der Widerstand r kann aber auch in Abhängigkeit von der Magnetspannung bzw. der Erregerstromstärke der regelbaren Maschine, etwa durch Relais od. dgl., gesteuert werden. Anstatt besondere Widerstände für den Zusatzregler r vorzusehen, kann auch auf dem Widerstande M'i ein Kontakt schleifen, der den einen Endpunkt des Reglers an verschiedene Stellen des Widerstandes M'i anschliesst.
Durch Verstellen dieses Schleifkontaktes bzw. durch Verstellen der Kurbel des Widerstandes r werden durch den in der Fig. 2 gestrichelt dargestellten Stromkreis Ausgleichsströme durch die Feldspule h fliessen, welche so bemessen sein müssen, dass sie die durch den remanenten Magnetismus hervorgerufenen Erscheinungen kompensieren können.
Durch die Einrichtung nach der Erfindung werden also insbesondere die Vorteile erzielt, dass Schnellregler ohne besondere Vorschaltwiderstände in normaler Ausfühlung verwendet werden können, da komplizierte und schwereinregelbare besondere Einstellwiderstände für ihn fortfallen und trotzdem eine erheblichere Drehzahlkonstanz erreicht wird als bisher. Insbesondere kann ein Schnellregler in der Schaltung nach der Erfindung ohne weiteres auch bei vorhandenen Antrieben nachträglich eingebaut werden.
Betont mag noch werden, dass durch die Erfindung nicht etwa eine Eindeutigkeitssteuerung erreicht wird, bei der jeder Stellung des Steuerhebels eine bestimmte Geschwindigkeit des Antiebsmotors entspricht, sondern dass die einer Steuerhebelstellung entsprechende Geschwindigkeit des Antriebsmotors entsprechend der Belastung im Augenblick der Einstellung, den magnetischen Verhältnissen der regelbaren Maschine usw. jeweils verschieden sein kann, dass dann aber durch die Schaltung nach der Erfindung die einmal vorhandene Geschwindigkeit dauernd konstant beibehalten wird. Konstante Geschwindigkeit ist Alleinerfordernis bei Papiermaschinen, während es nicht darauf ankommt, dass stets eine ganz bestimmte Geschwindigkeit auch konstant beibehalten werde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Konstanthalten der jeweilig eingestellten Gesamtspannung zweier betriebsmässig zu-oder gegeneinander geschalteter elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetwicklung jeder Maschine durch einen selbsttätigen Regler (Sehnellregler, träger Regler) beein- flusst wird.