DE25001C - Verfahren und Apparate zum Reguliren der elektrischen Kraftübertragung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Apparate zum Reguliren der elektrischen Kraftübertragung.

Bei der elektrischen Uebertragung von Kraft durch Elektromotoren im Kreise mit einem oder mehreren Generatoren, welche den Strom zum Bewegen der Motoren liefern, wechselt die Geschwindigkeit des Elektromotors bei jeder Aenderung der Belastung bezw. der Arbeit, welche dieselbe zu leisten hat. Wird z. B. der Elektromotor angewendet, um eine Wellenleitung zu treiben, an welche verschiedene Maschinen angehängt werden, und wird eine dieser Maschinen ausgeschaltet, so wird die Belastung des Elektromotors verringert und besitzt derselbe die Neigung, seine Drehgeschwindigkeit dementsprechend zu erhöhen. Eine Vermehrung der Drehgeschwindigkeit des Motors bedingt selbstverständlich eine verhältnifsmäfsig erhöhte Drehgeschwindigkeit der vom Motor getriebenen Wellenleitung. Es ist bisher versucht worden, die Vermehrung der Drehgeschwindigkeit durch Reguliren der Geschwindigkeit des Motors selbstthätig zu verhindern, was durch Einschalten von Widerstand oder dessen Aequivalent in dem Haupt - oder Erregungskreise des Erzeugers, welcher den Strom zum Bewegen des Motors liefert, versucht wurde, sobald der Motor von einem Theile seiner Belastung befreit wird.

Es ist auch vorgeschlagen, den Kreis automatisch zu öffnen, falls die Geschwindigkeit des Motors sich über einen vorher bestimmten Punkt hebt oder senkt. Da diese beiden Einrichtungen die Anwendung elektrischer Vorrichtungen bedingen, die im Verhältnifs zu ihrer Wirksamkeit mehr oder weniger kostspielig und complicirt sind, bieten dieselben viele Nachtheile und Schwierigkeiten. Wird ein elektromagnetischer Motor in einem Kreise mit einem dynamoelektrischen Erzeugungsapparat eingeschaltet, so entwickelt der Motor im Kreise eine Elektromotivkraft, entgegengesetzt zu der des Erzeugers; nimmt man z. B. an, dafs der Erzeuger und der Motor gleiche Eigenschaft und Leistungsfähigkeit besitzen, ohne die verlangsamende Wirkung der Reibung, den Widerstand der Leiter, durch welche die beiden Maschinen verbunden sind, und den inneren Widerstand der Maschinen selbst zu berücksichtigen, so ist ersichtlich, dafs, so lange die Elektromotivkraft des Erzeugers die entgegengesetzte Elektromotivkraft des Motors überwiegt, das Quantum Kraft, welches durch den Unterschied zwischen den beiden Elektromotivkräften repräsentirt wird, in Arbeitskraft zum Drehen der Armatur des Motors verwandelt wird. Die Geschwindigkeit der getriebenen Maschine bezw. des Motors wird demzufolge vermehrt, da die Neigung vorhanden ist, eine solche Geschwindigkeit anzunehmen, dafs die Elektromotivkraft des Motors sich mit der des Erzeugers gleichstellt. AVird der Motor nun auf Arbeitsleistung beansprucht, wie z. B. zum Betreiben einer anderen Maschine, so wird seine Drehgeschwindigkeit und seine Elektromotivwirkung dem Erzeuger gegenüber vermindert, worauf eine Vermehrung des Quantums der Stromenergie erzeugt wird, und erhöht sich letztere im Verhältnifs zu der zu leistenden Arbeit. Die störenden Elemente der Reibung und des Widerstandes beeinflussen in gröfserem oder geringerem Umfange dies Gesetz der Bewegung, ohne jedoch die allgemeinen Resultate

im wesentlichen zu ändern; es ist daher ersichtlich, dafs, wenn der Motor seine Drehgeschwindigkeit je nach der zu leistenden Arbeit variiren kann, er selbstthätig das Quantum des Stromes bezw. das Quantum der in Arbeit übersetzten Energie regulirt. Durch vorliegende Erfindung wird diese Eigenschaft des Motors angewendet, um das Quantum der verbrauchten Energie selbstthätig zu reguliren. Dieses Resultat erreicht man durch Einwirkung auf die Vorrichtung zum Uebertragen der Bewegung, vermittelst welcher der Motor mit der durch denselben getriebenen Maschine oder Welle' verbunden ist, und man ändert die Einwirkung der Vorrichtung auf solche Weise, dafs die Geschwindigkeit der getriebenen Maschine constant bleibt, während der Motor sich mit abwechselnder Geschwindigknit, der Belastung entsprechend, dreht. Bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung verbindet man einen Regulirmechanismus mit den Vorrichtungen zur Uebertragung der Bewegung, derart, dafs die Wirkung des Regulirmechanismus direct oder indirect von der Geschwindigkeit des Motors abhängt.

Der Regulirmechanismus bewirkt eine gleichmäfsige Drehgeschwindigkeit der Maschine oder der Welle auf selbsttätigem Wege und läfst eine abwechselnde Drehgeschwindigkeit des Motors zu. Die Vorrichtungen zur Uebertragung der Bewegung können auf verschiedene Weise väriirt werden. Die damit verbundenen Mechanismen sind jedoch in ihrer Wirkungsweise gleich, können aber in zwei Kategorien eingetheilt werden, d- h. diejenigen, welche durch Elektricität allein Wirken, und diejenigen, wobei mechanische und elektrische Vorrichtungen zur Verwendung kommen, wobei die Wirkungen der ersteren von den letzteren abhängig sind bezw. dadurch controlirt werden; die mechanische Construction und die Wirkung der Vorrichtungen geht aus beiliegenden Zeichnungen hervor.

Fig. ι zeigt einen Kreis A A und einen darin eingeschalteten Motor B. Die AVelle C bildet entweder eine Fortsetzung der Motorwelle oder ist mit derselben gekuppelt und trägt eine konische Scheibe D. Die getriebene Welle E trägt eine konische Scheibe F. G ist ein Riemen, welcher über die beiden konischen Riemscheiben läuft, ZT ist ein Elektromagnet, h dessen Armatur oder Kern. Der Kern h ist mit einem Schieber g oder einer anderen einfachen Form eines Riemenverschiebers verbunden. Die justirbare Feder K ist an dem Ende des Schiebers g befestigt und wirkt in entgegengesetzter Richtung zum Magnete. Statt der Feder K kann man ein Gewicht, einen Magnet im Zweigkreise um den Motor herum oder eine andere, entgegengesetzt wirkende Kraft zur Verwendung bringen.

Eine Verminderung der Geschwindigkeit des Motors durch vermehrte Belastung hat eine Erhöhung der entgegengesetzt wirkenden Elektromotivkraft zur Folge, demzufolge eine entsprechende Vermehrung des Stromes oder der verwendeten Energie. Ist dies der Fall, so wird die Anziehungskraft des Magnetes H gröfser beim Vermindern der Geschwindigkeit des Motors und verschiebt daher den Treibriemen nach dem stärkeren Ende der Scheibe D zu, so dafs die Welle E eine gleichmäfsige Geschwindigkeit erhält, trotzdem, dafs die Geschwmdigkeit des Motors abgenommen hat. Vermehrt sich dagegen die Geschwindigkeit und die entgegengesetzte Elektromotivkraft, so wird die Anziehungkraft des Magnetes H vermindert. Die Feder tritt in diesem Falle in Wirkung, um den' Kern h herauszuziehen und den Riemen G auf das dünnere Ende der Scheibe D zu verschieben.

Fig. 2 zeigt eine Modification dieser Idee. Die Vorrichtungen bei dieser Figur sind ähnlich, wie in Fig. ι dargestellt, mit der Ausnahme, dafs der Magnet h in einen Zweigstromkreis eingeschaltet und auf der entgegengesetzten Seite des Riemens angeordnet ist. Die entgegengesetzt wirkende Motivkraft des Motors wirkt in gleicher Weise wie der Widerstand. Je gröfser die entgegengesetzt wirkende Kraft, desto gröfser ist der durch die Schaltvorrichtung A abgeleitete Strom. Die Geschwindigkeit des Motors wird durch die Belastung bestimmt. Die Anziehungskraft des Magnetes H ändert sich im umgekehrten Verhältnifs zur Geschwindigkeit des Motors und verursacht ein Verschieben des Riemens G entweder direct oder durch geeignete Verbindungshebel, und bewirkt auf diese Weise die erforderliche Regulirung. Die gleichen Resultate werden erreicht, gleichviel auf welche Weise die. Anziehungskraft des Magnetes H erreicht wird, vorausgesetzt, dafs derselbe mit den- Abweichungen in der Geschwindigkeit des Motors gleichen Stand hält, z. B. wird der Magnet H, Fig. 3, durch den Strom einer kleinen Dynamomaschine L erregt, welche von der Welle E aus getrieben wird.

Das von der Maschine L entwickelte Stromquantum wird durch die Belastung der Welle E bestimmt, und diese wirkt dahin, die Geschwind digkeit der Welle gleichmäfsig aufrecht 211 erhalten.

Fig. 4 ist eine Darstellung, wobei Elektromagnete mit Vorrichtungen zum Uebertragen der Bewegung zur Verwendung gebracht werden. Die getriebene Welle E wird durch eine Sperrklinke t bewegt, welche auf eine Scheibe t¹ wirkt, die an der Welle E befestigt, wird. Die Klinke t wird durch den Motor B hin- und herbewegt. Die rotirende Bewegung des Motors ist zu diesem Zweck durch die Kurbel R, die Stange R¹ und die schwingende Stange T in eine hin- und hergehende Bewegung verwandelt.

Eine zweite Stange >S ist durch Zapfen mit der Reibungsklinke t und mit dem Schieber M verbunden, wobei der letztere sich vertical in dem Schlitz der Stange T verschiebt. Ein Elektromagnet H ist in den Motorkreis eingeschaltet, dessen Armatur h mit dem Schieber M verbunden ist. Eine Feder K ist mit dem Schieber M verbunden und wirkt in entgegengesetzter ■ Richtung zu der Anziehungskraft des Magnetes. Die verticale Stellung des Schiebers M bestimmt die Länge des Hubes, der Stange 5 und der Reibungsklinke t.

Diese Stellung kann, wie ersichtlich, je nach der Geschwindigkeit des Motors durch den Magnet H variirt werden, da die Anziehungskraft des Magnetes von der Geschwindigkeit des Motors abhärigt. Diese Anordnung kann man modificiren, indem man einen Magnet zum Heben des Schiebers und eine Feder zum Herunterziehen desselben verwendet. Man kann auch viele Wege einschlagen, um dies zu erreichen, die meisten werden jedoch den vorbeschriebenen Einrichtungen entnommen werden müssen.

Die Vorrichtungen zur Uebertragung der Bewegung können durch einen oder mehrere Elektromagnete variirt werden, um das gewünschte Resultat zu erreichen, d. h. eine gleichmäfsige Geschwindigkeit der getriebenen Welle, während die Geschwindigkeit des Motors sich je nach der Belastung ändert.

Mit Bezug auf die zweite Sorte von Regulirvorrichtungen bei Verwendung zusammenwirkender mechanischer und elektrischer Apparate wird auf den in Fig. 5 gezeigten Apparat verwiesen. A ist die getriebene Welle, B die Motorwelle oder eine Welle, welche direct mit der Motorwelle gekuppelt ist, CC sind die konischen Riemscheiben, D ist der Riemen, welcher über die Riemscheiben läuft, M ist der Motor, M eine dynamo-elektrische Maschine, von welcher der Strom durch die Leitungen e e' nach dem Motor geleitet wird. G ist ein gewöhnlicher Centrifugalregulator, welcher mit der Welle A in Verbindung steht und einen drehbaren Hebel y bewegt, g ist ein Riemenverschieber, welcher sich in passenden Führungen ff bewegt. H ist ein kleiner elektromagnetischer Motor mit verlängerter Schraubenwelle h, welche mit dem Riemenwechsler g verbunden ist. Das Feld des Motors ist mit zwei entgegengesetzt zu einander laufenden Windungen umwickelt; das eine Ende jeder Umwickelung oder Spirale ist mit den Klemmen α zu beiden Seiten des Hebels y verbunden, die anderen Enden sind mit den Drähten e des Hauptkreises verbunden; ein Draht d von dem entgegengesetzten Draht e¹ wird so nach dem Hebely geleitet, dafs, wenn der Hebel y durch den Regulator G um ein vorher bestimmtes Stück bewegt worden ist, der Kreis durch das Feld des Motors geschlossen wird. Die Windungen des Motors sind von sehr hohem Widerstände, so dafs nur ein geringer Strom durch den Zweigkreis, in welchen sie eingeschaltet sind, kreist.

Ein Kreis c c von höherem Widerstände rührt vom Kreise d d her und sind die Armaturwindungen des Motors H in diesen Kreis eingeschaltet. Die Kreise werden geschlossen und die Justirungen anfänglich so hergestellt, dafs eine Vermehrung der Geschwindigkeit über eine bestimmte Grenze hinaus den Hebel y mit der unteren Klemme a in Contact bringt. Dies verursacht, dafs der Riemen auf das kleine Ende der Motorscheibe C gerückt wird.

Im entgegengesetzten Falle, d. h. wenn die Geschwindigkeit des Motors sich zu stark verringert, kommt der Hebel y mit der oberen Klemme α in Contact und verursacht, dafs der Motor H sich in entgegengesetzter Richtung dreht und den Riemen auf das grofse Ende der Motorscheibe hinzieht. Auf diese Weise ändert sich die Geschwindigkeit des Motors, während die Geschwindigkeit der Welle A gleich bleibt.

Claims (4)

P ATENT-An Sprüche: An elektrischen Regulatoren für elektrodynamische Maschinen, von welchen aus die Kraft mittelst zweier konischer Riemscheiben in bekannter Weise auf die Welle übertragen wird:

1. Die Verschiebung des Regulirriemenverschiebers g durch einen Elektromagnet oder ein Solenoid, wobei diese letzteren in den Hauptoder Nebenstrom der Dynamomaschine eingeschaltet sind, deren Kraft übertragen wird, Fig. ι und 2.

2. Die Combination des Regulirriemenverschieber-Elektromagnetes oder Solenoids mit einer von der Arbeitswelle E aus getriebenen kleinen dynamo - elektrischen Maschine Z, Fig· 3·

3. Die in Beschreibung und Zeichnung, Fig. 4, dargestellte elektrische Regulirung der Kraftübertragung durchEinwirkung des Solenoids H auf die Stellung der Stangen S und R¹ zu einander.

4. Die durch Beschreibung und Zeichnung, Fig. 5, dargestellte Verschiebung des Riemenschiebers durch die Umschaltevorrichtung y, welche in dem kleinen Elektromotor die Richtung des Stromes umkehrt und dadurch eine rechts- oder linksläufige Bewegung der Schraubenspindel h hervorruft, welche auf den Riemenschieber g übertragen wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.