DE1126007B

DE1126007B - Elektrischer Antrieb zur Steuerung grosser Drehzahlbereiche mit konstanter Leistung

Info

Publication number: DE1126007B
Application number: DESCH20973A
Authority: DE
Inventors: Heinz Brungsberg
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1956-10-20
Filing date: 1956-10-20
Publication date: 1962-03-22

Description

Elektrischer Antrieb zur Steuerung großer Drehzahlbereiche mit konstanter Leistung Elektrische Antriebe mit stetig veränderbaren Drehzahlen können mit Gleichstrommotoren ausgeführt werden. Der Bereich der Drehzahländerungen bei konstanter Leistung beträgt bei normal ausgelegten Maschinen 1: 3, in Sonderfällen 1:5.
Für manche Anwendungsgebiete wird ein größerer Drehzahlsteuerbereich bei konstanter Leistung gewünscht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Antrieb, bei dem der Drehzahlsteuerbereich beliebig groß gemacht werden kann. Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist es nachteilig, daß jeweils zwei Motoren für die volle Leistung vorgesehen sind, von denen jeweils immer nur einer Leistung abgibt, während der andere leer läuft. Bei einer anderen bekannten Einrichtung sind für den Antrieb und die Leistungsverzweigung ein mit konstanter Drehzahl laufender Drehstrommotor und zwei mechanische Differentialgetriebe vorgesehen. Demgegenüber werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung hierzu nur zwei normale Drehstrommotoren benötigt, was eine Einsparung an technischen Mitteln darstellt. Außerdem ist bei Differentialgetrieben eine laufende Wartung erforderlich, wenn man einer verminderten Lebensdauer derselben vorbeugen will. Schließlich zeigt eine solche Einrichtung nicht die Laufruhe und den hohen Wirkungsgrad, die dem Erfindungsgegenstand eigen sind.
Alle diese Nachteile werden erfindungsgemäß vermieden, daß über zwei zwangläufig gesteuerte Drehstrommotoren die dem Drehstromnetz entnommene Leistung im Verhältnis der Drehzahlen auf zwei Zweigstellen verteilt wird und daß die Zwangssteuerung durch zwei in Leonardschaltung verbundene Gleichstrommaschinen erfolgt, wobei durch die Umkehr des motorischen oder generatorischen Getriebes der Gleichstrommaschinen die Leistung entweder von den Antriebswellen 1 oder 2 abgenommen wird.
Die Abb. 1 und 2 enthalten vereinfachte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei der Ausführung nach Abb. 1 besteht das Leistungsverzweigungsteil aus einem Drehstrom-Schleifringläufer-Motor a und einem gleichen, b. Die Läuferkreise beider Motoren sind verbunden. Die Ständerwicklung von Maschine b ist betriebsmäßig kurzgeschlossen. Die dem Netz entnommene Leistung verteilt sich auf die beiden Motoren a und b entsprechend ihren jeweiligen Drehzahlen. Die Summe der Drehzahlen bleibt dabei konstant und ist etwa gleich der synchronen Drehzahl eines Motors.
Die zwangläufige Steuerung der Zweigwellen erfolgt über zwei mit den Drehstrommotoren gekuppelten Gleichstrommaschinen in Leonardschaltung, von denen jeweils eine als Motor und die zweite als Generator arbeitet. Die Spannung beider Maschinen bleibt im gesamten Steuerbereich gleich. Das mechanische Schaltgetriebe ist mit den beiden Zweigwellen 1, 2 verbunden.
Bei der Ausführung nach Abb. 2 bleibt das Leistungsverzweigungsteil a, b unverändert. Die zwangläufige Steuerung der beiden Zweigwellen erfolgt jedoch über ein in der Drehzahl stetig veränderbares mechanisches Getriebe (z. B. PIV-Getriebe).
Die Wirkungsweise des Antriebes soll an einem Beispiel mit den Bezeichnungen nach Abb. 1 erläutert werden. Die Verluste in den Maschinen wie auch die Spannungsabfälle im Leonardsatz bleiben für prinzipielle Betrachtung unberücksichtigt.
Der Motor a nimmt bei der Frequenz f s vom Netz die Leistung N auf. Bei dem Schlupf s wird ein Teil der Leistung (1 - s) N mit der Drehzahl n1 = (1 - s) - n, an die Welle 1 abgegeben. Der restliche Anteil der Leistung s - N wird mit der Frequenz f, an die Maschine b und von dort mit der Drehzahl n" = s - n, an die Zweigwelle 2 weitergegeben. Die Leistung der Maschine verteilt sich im Verhältnis der Drehzahlen.
Die beiden Maschinen für die zwangläufige Steuerung der Drehzahlen c und d sind Gleichstrommaschinen in Leonardschaltung. Für die Klemmenspannungen gilt

Ec=K.0c.(1-S)ns#

E

Ed=K.Od.S.ris #= Es.

Es ist somit

s _

1-s

Setzt man

Oc_

so wird

s @. 1 -f- .

Im gezeichneten Beispiel sind die beiden Zweigwellen 1 und 2 mit einem mechanischen Stufengetriebe verbunden, das aus vier Zahnrädern und vier Magnetkupplungen besteht. Die Kupplungen I und 1I sind zu einer Doppelkupplung vereinigt. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder AIB und CID ist gleich dem Steuerverhältnis der Gleichstrommaschine und des Leonardsatzes und betrage 1:3. Welle 3 kann durch die Bremskupplung IV abgebremst werden.
Die kleinste Lastdrehzahl des steuerbaren Bereiches erhält man, wenn die Magnetkupplung II eingeschaltet und das Verhältnis der Erregungen der Gleichstrommaschinen 0 = 3, d. h. 0,, = 3 (P,. ist.
Für dieses Verhältnis wird s=0,25, also n2=s*n,. Für einen zweipoligen Drehstrommotor bei einer Frequenz von 50 Hz wird die Drehzahl rat somit 0,25 - 3000 U/min = 750 U/min und n1 = ns -- n.= = 3000 - 750 = 2250 U/min.
Es gilt ferner, wenn das Drehzahl-übersetzungsverhältnis der Zahnräder A/B und CID ist: n1 = 2250 U/min n2 = 750 U/min n2 = 250 U/min n4 = 83,3 U/min.
Von der dem Motor a zugeführten Leistung N wird 0,75 - N mechanisch über die Welle 1 mit der Drehzahl n, = 2250 U/min an die Gleichstrommaschine c abgegeben. Die Maschine c wirkt als Generator und gibt diesen Leistungsanteil elektrisch an den Gleichstrommotor d weiter. Die Zweigwelle 2 erhält also von der Gleichstrommaschine d die Leistung 0,75 N. Die vom Läufer der Maschine a elektrisch an die Maschine b abgegebene Leistung von 0,25 - N wird von dieser mit der Drehzahl n2 = 750 U/min ebenfalls mechanisch an die Zweigwelle 2 abgegeben. Die Zweigwelle 2 führt also die volle Netzleistung als mechanische Leistung mit einer Drehzahl n2 = 750 U/min über das Getriebe.
Durch Änderung der Erregung beider Gleichstrommaschinen kann nun 0 verändert werden. Damit ändern sich gleichzeitig auch die Drehzahlen n i und n.,. Bei e =1/s, d. h. Od =1/s 0, beträgt die Drehzähl n2 2250 U/min, die Antriebsdrehzahl rr4 250 U/min, n1 = n3, so daß die Kupplung I ohne Wirkung geschlossen werden kann. Öffnet man nun die Kupplung II, so geht der Kraftfluß von Welle 1 unmittelbar auf Welle 3. Durch Veränderung der Erregung wird nun die Gleichstrommaschine d in den generatorischen und die Gleichstrommaschine c in den motorischen Betrieb übergeführt. Bei weiterer Änderung. der Erregung ändern sich die Drehzahlen beider Maschinen wieder, bis bei 0 = 3 die Drehzahl von Welle 1 wieder auf 2250 U/min angestiegen und die von Welle 2 auf 750 U/min gefallen ist. Die Antriebsdrehzahl von Welle 4 hat sich auf 750 U/min erhöht. Nun wird die Kupplung 111 eingeschaltet und die Kupplung I geöffnet. Der Kraftfluß geht jetzt wieder über die Abtriebswelle 2. Durch erneute Erregungsänderung wird die Maschine c in den generatorischen und die Maschine d in den motorischen Betrieb übergeführt. Bei dem Wert $ = 1/9 erreicht Welle 4 = die maximale Drehzahl von 2250 U/min. Die der Abtriebswelle 4 zugeführte Leistung bleibt im Bereich von 83,3 bis 2250 U/min konstant.
Die Steuerung der Magnetkupplungen und die Änderung der Erregungen wird vorn gemeinsamen Steuerschalter vorgenommen. Der Kraftschluß bei Umschaltung der einzelnen Getriebestufen wird nicht unterbrochen, so daß ein stoßfreier übergang gewährleistet ist. Bei der Verminderung der Drehzahl durch Verstellen des Steuerhebels in der entgegengesetzten Richtung ist eine elektrische Nutzbremsung in das Drehstromnetz möglich. Eine Umkehr der Drehrichtung des Antriebes wird durch Änderung der Drehrichtung des Drehstrommotors a erreicht.
Eine Ausbildung des Antriebes nach Abb. 2 ermöglicht, das mechanisch oderhydraulisch steuerbare Getriebe kleiner zu halten, als es dem maximalen Antriebsdrehmoment entspricht, weil ein Teil des gesamten Drehmomentes über das Leistungsverzweigungsteil geht und somit das steuerbare Teil entlastet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrischer Zweimotorenantrieb zur Steuerung großer Drehzahlbereiche mit konstanter Leistung, bei dem die Abtriebswellen mit einem mechanischen Stufengetriebe gekuppelt sind. dessen Stufensprung dem Drehzahlverhältnis des gesamten Teiles entspricht, unter Verwendung von Magnetkupplungen, die derart gesteuert werden, daß der Steuerbereich des angetriebenen Teiles bei konstanter Leistung mehrfach so ausgenutzt werden kann, daß eine Vervielfachung des Drehzahlsteuerbereiches erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß über zwei zwangläufig gesteuerte Drehstrommotoren die dem Drehstromnetz entnommene Leistung im Verhältnis der Drehzahlen auf zwei Zweigwellen verteilt wird.
2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangssteuerung durch zwei in Leonardschaltung verbundene Gleichstrommaschinen erfolgt, wobei durch die Umkehr des motorischen oder generatorischen Betriebes der Gleichstrommaschinen die Leistung entweder von Antriebswelle (1 oder 2) abgenommen wird.
3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwangläufige Steuerung der beiden Zweigwellen durch ein mechanisches stufenlos verstellbares Getriebe (e) erfolgt.
4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Drehstrommotoren des Leistungsverzweigungsteiles als Kurzschlußläufer ausgebildet ist, wobei die Ständerwicklung dieses Motors mit dem Läuferkreis des dem Netz verbundenen Drehstrommotors mit Schleifringläufer zusammengeschaltet ist.
5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem mechanischen Schaltgetriebe eine zusätzliche Magnetkupplung (IV) eingebaut wird, die ein Abbremsen der Last unabhängig vom Drehstromnetz ermöglicht.
6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Steuerung der Erregung und der Magnetkupplungen ein gemeinsamer Steuerschalter vorgesehen ist.
7. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Motoren in einem gemeinsamen Gehäuse zu einer Einheit vereinigt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 962 997, 963 449; USA.-Patentschrift Nr. 2 476 266.