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Einrichtung zur Regelung des relativen Gleichlaufes eines Mehrmotorenantriebes
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung des relativen Gleichlaufes
eines Mehrmotorenantriebes, bei dem die Drehzahlen der Teilmotoren durch Wechselstrom-Tachodynamos,
als Spannungen abgebildet, mit der Drehzahl eines Leitgenerators verglichen und
die Differenzen auf die Steuereinrichtungen der zugehörigen Motoren übertragen werden.
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Die bekannten Einrichtungen dieser Art können nur dann ohne Kegelräder-
oder Reibradgetriebe ausgeführt werden, wenn ein Gleichlauf der Teilmotoren von
10011 ;'o verlangt wird. Bei Mehrmotorenantrieben von Walzwerken einiger gebräuchlicher
Ausführungsformen, Papiermaschinen, Maschinen für Gummifabrikation oder zum Walzen
von Kunstmassen od. dgl. tritt aber häufig die Aufgabe auf, einen »relativen« Gleichlauf
aufrechtzuerhalten, d. h. die Motoren zwar mit unterschiedlichen, aber in einem
sehr genau einzuhaltenden Verhältnis zueinander stehenden Drehzahlen laufen zu lassen.
Der Genauigkeitsgrad für die Einhaltung der Drehzahlverhältnisse muß besser als
0,201o sein. Für relativen Gleichlauf kommen die gebräuchlichen Frequenzregulierungen
nicht ohne mechanische Getriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis aus. Abgesehen
davon, daß dadurch die Einrichtung sehr kompliziert und störungsanfällig wird, läßt
sich bei Verwendung von Reibradgetrieben der geforderte Genauigkeitsgrad nicht entfernt
einhalten, da Reibradgetriebe, die zwar den Vorteil haben, daß sie stufenlos regelbar
sind, je nach ihrem Zustand einen mehr oder weniger großen Schlupf haben, so daß
das Übersetzungsverhältnis unkontrollierbar schwankt, und die Gefahr vorliegt, daß
dabei die geforderten engen Toleranzen überschritten werden. Getriebe, bei denen
das übersetzungsverhältnis stufenweise regelbar ist, scheiden aus, da eine Feinregulierung
nicht möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Mängel
auszuschalten. Sie hat eine Lösung gefunden, bei der auch bei relativem Gleichlauf
die Verwendung von Getrieben zur Veränderung der Übersetzungsverhältnisse überflüssig
ist, gleichgültig, ob vom vollkommenen Gleichlauf auf relativen Gleichlauf oder
ob von relativem Gleichlauf eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses auf relativen
Gleichlauf eines anderen flbersetzungsverhältnisses übergegangen wird. Zu diesem
Zweck werden Tachodynamos besonderer Art verwendet, die erfindungsgemäß eine ein
Drehfeld erzeugende, von der Leitfrequenz gespeiste Statorwicklung und einen Rotor
besitzen, der mit einer Gleichstromwicklung und einem Kommutator mit festen Bürsten
versehen ist, an dem eine der Drehzahl proportionale Spannung entnommen wird, welche
mit einer über einen Transformator aus der Leitspannung gewonnenen Spannung an einem
einstellbaren Widerstand verglichen wird.
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Bei dieser Ausführung der Tachodynamos nebst zugehöriger Vergleichsschaltung
werden Regelgetriebe in beiden Fällen, also sowohl bei vollkommenem als auch bei
relativem Gleichlauf erspart. Die aus den Tachodynamos gemäß der Erfindung gebildete
Einrichtung ermöglicht, wahlweise im Wechselbetrieb einmal im völligen und einmal
im relativen Gleichlauf zu fahren. Man kann endlich auch ohne Getriebeverwendung
von einer Motorgruppe einige Motoren im völligen und andere in relativem Gleichlauf
betreiben.
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Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von zwei Ausführungsbeispielen, den Ansprüchen und den Schaltbildern, von denen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform für drei in Gleichlauf zu haltende Motoren und
Fig. 2 eine zweite, abgewandelte Ausführungsform betrifft.
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Im Schaltbild nach Fig. 1 sind die im Gleichlauf zu haltenden Motoren
mit I, 11 und 111 bezeichnet.
Einer der Motoren, z. B. I,
treibt einen kleinen Drehstromleitgenerator G an. Jeder weitere Motor II, III treibt
seinen eigenen Tachodynamo TDl, TD2 an. Deren Statoren haben eine Dreiphasenwicklung,
so daß sie ein Drehfeld entwickeln. Deren Rotoren haben Gleichstromwicklungen, welche
an Kommutatoren angeschlossen sind. T1 und T2 sind Transformatoren, die eine der
Phasenspannungen des Tachodynamos umwandeln; der abgenommene Wert wird mittels Potentiometer
P1, P2 eingestellt. R1, R2 bedeuten Drehzahlregler, welche auf bekannte Weise die
Drehzahl der Motoren durch Änderung ihrer Erregerspannung ändern. Up ist
ein Hilfsspannungsnetz, Uk das Ankerspannungsnetz und Ur, das Erregerspannungsnetz.
U,, liefert die dreiphasige Leitspannung aus dem Leitgenerator G mit einer Leitfrequenz
f".
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An den Bürsten der Tachodynamos TD erscheint eine Wechselspannung
mit einer Frequenz, die der Leitfrequenz f" gleich ist. Diese Spannung ist proportional
der Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl des Rotors des Tachodynamos TD
und der Drehzahl des Drehfeldes, das durch die Dreiphasenspannung des Generators
G hervorgerufen wird. Die Phase der Spannung an den Bürsten des Tachodynamos TD
ist einerseits durch die mechanische Einstellung der Bürsten gegeben, andererseits
dadurch, ob die Drehzahl des Rotors niedriger oder größer ist als die Drehzahl des
Drehfeldes im Stator. Zu der Ausgangsspannung des Tachodynamos TD wird im Transformator
T die 'der Leitspannung U" proportionale Spannung addiert. Die Transformatoren
T1, T2 und die Potentiometer P1, P2 ermöglichen die Einstellung der Kompensationsspannung
im erforderlichen Umfang, was die Größe und auch die Phase anbelangt. Die Vektorensumme
aus dieser Kompensationsspannung und der den Bürsten des Tachodynamos entnommenen
Spannung wird dem bekannten Regler R zugeführt, welcher auf bekannte Weise den Erregerstrom
des Antriebmotors, z. B. II, beeinflußt und bestrebt ist, dessen Drehzahl so einzustellen,
daß sich die Eingangsspannung des Reglers der Größe Null nähert oder irgendeiner
im vorhinein gewählten Konstanten bzw. einem eingestellten Wert. Die Energie für
den Verstärker des Reglers wird aus dem Netz der Hilfsspannung U" entnommen.
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Mit der beschriebenen Einrichtung ist es möglich, das konstante Drehzahlverhältnis
zwischen den Elektromotoren I und 1I gegebenenfalls auch weiterer Motoren bei verschieden
eingestellten Grundgeschwindigkeiten der Maschine zu erhalten, die durch die Spannung
der Anker Uk bestimmt sind. Die Genauigkeit, mit welcher die beschriebene Methode
arbeitet, ist groß, schon mit Hinsicht darauf, daß es eine Differentialmethode ist.
Die Spannung des Tachodynamos ist proportional der Differenz zwischen der Drehzahl
des Statordrehfeldes und der tatsächlichen Ankerdrehzahl, so daß bei einer Differenz
z. B. von 5 D/o ein Nennwert erreicht wird. In diesem Falle wird die Genauigkeit
der Regelung gegenüber der Genauigkeit bei Anwendung eines normalen Tachodynamos
mehrfach erhöht.
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Auf ähnliche Weise ist es möglich, auch die Regelung weiterer Antriebsmotoren
auszubilden, wie in der Fig. 1 für drei Maschinen veranschaulicht ist. Diese Anordnung
hat dann die Eigenschaft, daß durch die Änderung des Drehzahlverhältnisses zwischen
der ersten und zweiten Maschine durch Verstellen des Potentiometers P1 auch das
Drehzahlverhältnis zwischen der zweiten und dritten Maschine geändert wird. Das
ergibt sich logischerweise aus der Schaltung gemäß der Erfindung, denn jeder Motor
wird nur mit Hilfe einer Leitspannung gesteuert, d. h. hält das eingestellte Drehzahlverhältnis
gegenüber dem Leitmotor 1.
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In manchen Fällen ist es nötig, daß bei Änderung des Drehzahlverhältnisses
zwischen den nebeneinanderstehenden Motoren die gegenseitigen Drehzahlverhältnisse
der übrigen Motoren unverändert bleiben. Dies wird dadurch erreicht, daß die Steuerspannung
des dritten Motors und der weiteren Motoren nicht bloß von der Leitspannung U" abgeleitet,
sondern von der Summe der Kompensationsspannungen aller vorhergehenden Motoren gebildet
wird, wie in Fig. 1 durch die gestrichelte Verbindungslinie schematisch angedeutet
ist.
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Fig. 2 ist das Schema einer anderen Anordnung, mit welcher gleiche
Resultate erzielt werden. Hier wird die Steuerspannung von der Summe der Kompensationsspannung
und der Spannung an den Bürsten des Tachodynamos TD des vorhergehenden Motors gebildet.
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Es ist auch ein nicht besonders veranschaulichtes System möglich,
wo der Generator G der Dreiphasen-Leitspannung separat angetrieben und der Motor
I in ähnlicher Weise geregelt wird wie die in den Figuren veranschaulichten Motoren
1I und III. Dann werden die Drehzahlen aller Motoren in bezug auf die Drehzahlen
des Generators G der Leitspannung geregelt.
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Gleichfalls ist es möglich, daß die Bürsten der Gleichstromanker der
Tachodynamos TD nicht »fest« sind, sondern mit Rücksicht auf den Stator des Tachodynamos
um einen bestimmten Winkel verdreht werden können, was auf die Phasenlage des Vektors
der vom Tachodynamo gelieferten Spannung einwirkt.