DE282229C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 282229 KLASSE 21 Λ. GRUPPE 12. '

periodischen Regelungsgesetzen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. November 1913 ab.

Bei der Regelung von elektrischen Maschi- j nen handelt es sich oft um eine gleichzeitige I Regelung nach mehreren periodischen Rege- j lungsgesetzen. Ist nur ein Regelungsgesetz zu beachten, dann ist es leicht, die Maschine von einem entsprechend ausgebildeten Steuerorgan aus zu steuern. Zu diesem Zwecke verbindet man das Steuerorgan mit einem solchen Teil der Maschine, dessen Veränderung

ίο die Regelung bewirkt. Ist die Maschine selbst in mehrfacher Weise regelbar, dann ist es im Grunde gleichgültig, welche Regelungsweise hierbei zur Anwendung gelangt. Sollen nun aber mehrere periodische Regelungsgesetze gleichzeitig beachtet werden, dann ergeben sich für die Regelung der Maschine erhebliche Schwierigkeiten.

Man hat bisher stets dem Steuerorgan selbst eine kombinierte Bewegung gegeben, welche sich aus den den verschiedenen Regelungsgesetzen entsprechenden Einzelbewegungen zusammensetzt. Dadurch erfuhr auch derjenige Teil der Maschine eine kombinierte Beeinflussung, dessen Veränderung die Regelung bewirkt. Nun ist es aber oft der Fall, daß der Empfindlichkeitsgrad der Maschine für die verschiedenen, in der genannten Weise gleichzeitig zur Wirkung kommenden Regelungen verschieden ist, so daß eine genaue Befolgung aller Bedingungen nicht erzielt wird.

Soll z. B. die Drehzahl eines durch Feldänderung regelbaren Motors innerhalb einer langen Zeitperiode gesteigert und wieder vermindert werden, gleichzeitig aber auch periodische Schwankungen in kurzer Zeitperiode erhalten, so kann dies dadurch erreicht werden, daß das den Feldregler beeinflussende Steuerorgan dem verschiebbaren Reglerkontakt eine kombinierte Bewegung gibt, wobei dieser sowohl eine der langsamen Tourenschwankung entsprechende Verstellung erfährt und gleichzeitig auch entsprechend der kurzzeitigen Tourenschwankung hin und her bewegt wird. Nun entspricht aber bei den verschiedenen, durch die langsame Tourenschwankung bedingten Kontaktstellungen der gewünschten kurzzeitigen Tourenänderung nicht immer derselbe Kontaktausschlag um die jeweilige Mittellage, da der Einfluß der Widerstandsänderung auf die Änderung des Feldes von dem absoluten Wert des Widerstandes abhängig ist. Außerdem ändert sich die Zahl der vom Schleifkontakt überbrückten Widerstandskontakte in . den verschiedenen Lagen um einen Kontakt, was bei kleinen Bewegungen des Schleifkontaktes sehr ins Gewicht fällt, so daß eine genaue Befolgung beider Regelungsgesetze in dieser Weise kaum möglich ist.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum gleichzeitigen Regeln einer elektrischen Maschine nach mehreren periodischen Regelungsgesetzen, bei welchem eine genaue

Befolgung der gleichzeitig zu beachtenden Gesetze ermöglicht wird. Zu diesem Zwecke soll die Maschine eine mindestens der Zahl der Regelungsgesetze gleiche Zahl von unabhängig zu betätigenden Regelungseinrichtungen erhalten, und es soll die Regelung nach den einzelnen Gesetzen gleichzeitig, aber an getrennten Regelungseinrichtungen erfolgen. Diese Einrichtungen können hierbei derart , ausgebildet sein, daß der Empfindlichkeitsgrad der Maschine für die verschiedenen gleichzeitigen Regelungen annähernd der gleiche ist.

Die Erfindung soll an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

In Fig. ιa und ib ist .eine Gleichstrommaschine dargestellt, bei der die Änderung der Drehzahl durch Feldänderung nach einer Sinusfunktion und gleichzeitig nach einer dritten harmonischen Oberwelle bewirkt werden soll.

In Fig. 2 a gibt Kurve I die periodische Tourenänderung nach dem Gesetz 1 und Kurve II die periodische Tourenänderung nach dem Gesetz 2 an. Kurve III zeigt die aus beiden Gesetzen resultierende Tourenänderung. Ist in Fig. 2 b N die Grunddrehzahl der Maschine, dann gibt Kurve IV die resultierende Tourenkurve an, die sich bei Befolgung beider Gesetze ergibt.

Fig. ι a zeigt das bisherige Verfahren der Regelung.

Es bedeutet G die Gleichstromnebenschlußmaschine mit dem Anker A und der Feldwicklung F. Diese ist durch den Regelungswiderstand R regelbar, und zwar mit Hilfe des verschiebbaren Kontaktes K. Dieser wird durch den Winkelhebel W bewegt, an dessen einen Hebelarm die mit dem auderen Ende im Punkt O befestigte Schnur L angreift. Die Schnur L ist über die Rolle Z geführt und wird durch die beiden Exzenter E₁ und E₂ gespannt. Das Exzenter E₁ wird mit der Periode gemäß Kurve I (Fig. 2 a) gedreht. Es ist durch zwei Zahnräder mit den Teilkreisen I₁ und t₂ mit dem Exzenter E₂ gekuppelt, und die Zahnradübersetzung ist so_ gewählt, daß das Exzenter E₂ während einer Periode von E₁ drei Umdrehungen gemäß Kurve II (Fig. 2a) macht. Die Bewegung des Winkelhebels W ist demnach eine kombinierte und wird durch beide Exzenter beeinflußt. Dementsprechend ist auch die Bewegung des Kontaktes K derartig, daß die Feldänderung eine Grundwelle und eine dritte harmonische Oberwelle aufweist. Die Amplitude dieser Oberwelle ist jedoch bei dieser Regelungsweise außer von der Größe und Exzentrizität des Exzenters E₂ noch von anderen Umständen abhängig. Die durch das Exzenter E₂ verursachte Kontaktbewegung ist nämlich verhältnismäßig klein, und demselben Ausschlag des Schleifkontaktes K entspricht je nach seiner augenblicklichen Grundstellung die Regelungskontaktzahl m oder m¹. Dadurch wird aber die Amplitude der Oberwelle wesentlich beeinmißt. Ferner aber ergeben sich auch andere Amplitudenwerte bei dem gleichen Schleifkontaktausschlag, wenn die Grundstellung des Schleifkontaktes sich ändert, da der Einfluß der Widerstandsänderung vom absoluten Betrag des Widerstandes abhängt. Da sich nun aber die Grundstellung des Kontaktes K unter dem Einfluß des Exzenters E₁ ständig ändert, so kann naturgemäß bei diesem Regelungsverfahren eine genaue Befolgung beider Regelungsgesetze nicht erzielt werden.

Wenn man nun aber gemäß der Erfindung, wie es Fig. ib zeigt, bei der Maschine G so viel Regelungseinrichtungen vorsieht, als Regelungsgesetze gegeben sind, im vorliegenden Falle also zwei, und beide Regelungen getrennt voneinander bewirkt, dann ist eine genaue Befolgung beider Gesetze möglich.

In Fig. ib bedeutet G die Gleichstromnebenschlußmaschine mit der Feldwicklung F₁ für verhältnismäßig große und der Feldwicklung F₂ für verhältnismäßig geringe Amperewindungszahl. Die Feldwicklung F₁ wird durch den Regler R₁ mit dem verschiebbaren Kontakt K₁, die Feldwicklung F₂ durch den Regler R₁ mit dem verschiebbaren Kontakt K₂ geregelt. Die beiden Kontakte K₁ und K₂ werden nun von je einer Kurbel B₁ und B₂ bewegt, wobei die Kurbel B₁ mit der Periode gemäß Kurve I und Kurbel B₂ mit der Periode gemäß Kurve II umläuft. Die Kurbeln können auch durch Zahnräder mit den Teilkreisen t_x und t₂ miteinander gekuppelt sein. Die Bewegung der Kontakte K₁ und K₂ an sich erfolgt getrennt voneinander, und es kann der Ausschlag von K₁ und K₂ ganz verschieden voneinander sein. Bei diesem Verfahren kann der Ausschlag von K._z durch die Bemessung der Wicklung F₂ beliebig groß gemacht werden, ferner aber ist die Grundstellung des Kontaktes K₂ stets unveränderlich die gleiche. Die Amplitude der dritten Oberwelle ist also, unabhängig von der Stellung des Kontaktes K₁, stets von gleicher Größe, vorausgesetzt, daß man auf dem geraden Teil der Charakteristik der Maschine arbeitet.

Ein anderes Erläuterungs- und Ausführungsbeispiel ist durch Fig. 3 a und 3 b dargestellt. In diesen Figuren handelt es sich um Dreiphasen-Reihenschlußmotoren, welche durch Bürstenverschiebung geregelt werden. Entweder kann man wie bisher in der durch Fig. 3 a dargestellten Weise einem Bürstensatz eine kombinierte Bewegung geben, oder aber man kann gemäß der Erfindung, wie durch Fig. 3 b veranschaulicht, einen Hauptbürstensatz und einen Hilfsbürstensatz vor-

sehen und beide Bürstensätze getrennt voneinander — dem periodischen Regelungsgesetze entsprechend — regeln.

In Fig. 3 a bedeutet M den Dreiphasenreihenschlußmotor, auf dessen Kollektor C die Bürsten b_x, &₂, b₃ eines Bürstensatzes schleifen. Die Bürstenbrille wird durch den Winkelhebel W verschoben, dessen Bewegung eine zusammengesetzte ist, da sie sowohl von der mit der einfachen Periode (Kurve I) umlaufenden Kurbel B₁ als auch von der mit der dreifachen Periode (Kurve II) kreisenden Kurbel B₂ bestimmt wird. Die Übertragung der Kurbelbewegungen auf den Winkelhebel ist aus der Fig. 3 a ersichtlich. Um zu erkennen, daß je nach der augenblicklichen Stellung des Bürstensatzes der durch die Kurbel B₂ bewirkte Ausschlag einen ganz verschiedenen Einfluß auf das Drehmoment des Motors hat, ist im Diagramm der Fig. 4 die Drehmomentsänderung bei gleichem Bürstenausschlag für verschiedene Winkel α zwischen Läufer- und Ständerachse behandelt. Es bedeutet b α den Vektor der Amperewindungen des Ständers, α c den Vektor der Läuferamperewindungen. Dieser soll nacheinander die Lagen a C₁, α c₂ und a C₃ entsprechend den Winkeln U₁, α₂, α₃ einnehmen und um jede dieser Lagen um einen konstanten Winkel 8 herumpendeln. In der Lage a C₁ pendelt dieser Vektor demnach von a C₁ bis a C₁", in der Lage a C₂ von α c₂' bis a C₂", in der Lage a C₃ von a C₃ bis α c₃". Nun ist z. B. bei synchronem Lauf des Motors das Drehmoment direkt proportional der jeweiligen Fläche des Dreiecks abc, und bei der Pendelung des Rotorvektors infolge der Bewegung der Kurbel B₂ schwankt das Drehmoment einmal entsprechend der Flächenschwankung von α b C₁ bis α b C₁" bzw. von a & c₂' bis α b C₂" und von α b C₃ bis a b C₃". Da die Grundlinie a b allen diesen Dreiecken gemeinsam ist, sind die Flächeninhalte der Dreiecke ihren Höhen c d proportional, und die Differenz je zweier zugehöriger Höhen, also C₁" A₁ — g₁d₁= C₁" ^₁ bzw. C₂" d₂ — g₂ d₂ = C₂" g₂ und C₃ a — g₃ a = C₃ g_ä ist ein direktes Maß für die Drehmomentschwankung. Man erkennt aus der Verschiedenheit der Strecken ^ci" Si· ^cz" §2 ^und ^C3 §3 klar, daß der Einfluß der Pendelung des Rotorvektors auf das Drehmoment und demnach auch auf die Drehzahl wesentlich davon abhängt, um welche Bürstenstellung herum die Pendelung vor sich geht. Will man die gleiche Wirkung in allen diesen Ausgangsstellungen erzielen, dann müßte die Größe des durch Kurbel B₂ bewirkten Ausschlages regelbar sein. Aber selbst dann wird eine Pendelung um die Ausgangsstellung a C₃ von anderer Wirkung sein als z. B. um a C₂, weil a C₂ stets > C₃' d₃ und >■ c₃" d_i ist und daher der einfachen Pendelung die doppelte Periode der Drehmomentsänderung entspricht, während dies bei der Pendelung um a C₂ nicht der Fall ist.

Es ist daher zweckmäßig, dieses Regelungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung so zu gestalten, wie es durch Fig. 3 b erläutert ist.

In Fig. 3 b bedeutet M den Dreiphasen-Reihenschlußmotor mit dem Hauptbürstensatz b_x b₂ 5₃ und dem Hilfsbürstensatz O₁' 5₂' b₃. S₁ S₂ S₃ sind die drei Ständerphasen, welche über die Transformatoren . t_t i₂ £₃ mit den Bürstensätzen in Reihe geschaltet sind. Die Übersetzung der Transformatoren ist so gewählt, daß der Ständerstrom sich ungleich auf die beiden Bürstensätze verteilt, und zwar derart, daß die Hilfsbürsten nur einen geringen Bruchteil des Ständerstromes führen. Während nun die Hauptbürsten durch die Kurbel B₁ mit der einfachen Periode (Kurve I, Fig. 2 a) verstellt werden, werden die Hilfsbürsten durch die mit dreifacher Periode umlaufende Kurbel B₂ verstellt, und zwar, da sie einen verhältnismäßig kleinen Strom führen, zur Erzielung der gewünschten Drehmomentschwankung um einen verhältnismäßig großen Winkel. Man kann den Strom der Hilfsbürsten derart bemessen, daß ihr Verstellungswinkel _+. 180° beträgt und dann die Pendelung durch eine Rotation ersetzen. In diesem Falle muß ihnen der Strom jedoch über Schleifringe zugeführt werden.

Die Wirkungsweise dieser Regelung geht aus dem Diagramm der Fig. 5 hervor.

Hier bedeutet wieder b α den Vektor der Ständeramperewindungen, ac den Vektor der Läuferamperewindungen. Dieser setzt sich hier in jedem einzelnen Falle aber aus zwei Vektoren zusammen, und zwar aus a C₁ (bzw. a C₂), dem Vektor der dem Strom des Hauptbürstensatzes entsprechenden Läuferamperewindungen, und aus C₁ C₁ (bzw. c₂ c₂'), dem Vektor der dem Strom des Hilfsbürstensatzes entsprechenden Läuferamperewindungen. Betrachtet man die beiden eingezeichneten Lagen der Vektoren α C₁ und α c₂, welche die Winkel γ_χ und y₂ mit a b bilden, zunächst als fest, dann bewirkt die Bewegung bzw. Drehung des Hilfsbürstensatzes ein Wandern der Punkte C₁' bzw. C₂' auf den Kreisbogen A₁ bzw, k„, und es tritt dadurch eine Änderung des Flächeninhaltes der Dreiecke a C₁ b und α c_a' b ein. Die Flächeninhalte werden ein Maximum, wenn Punkt C₁' den PunktC₁", und wenn Punkte/ den Punkt C₂" erreicht. Die Höhendifferenz zwischen den Dreiecken maximalen und minimalen Inhaltes ist aber in beiden Fällen die gleiche, denn sie entspricht dem Durchmesser der beiden gleichen Kreise A₁ und A₂, so daß also die Drehmomentsschwankung, unabhängig von der Lage des Hauptbürstensatzes, nur von der Größe des durch die Kurbel B₂ bewirkten Ausschlages

Claims (4)

abhängt. Erfolgt nun aber die Bewegung des Hauptbürstensatzes nach dem einen Gesetz, die Bewegung des Hilfsbürstensatzes nach dem anderen Gesetz, so kann gemäß der Erfindung die Maschine für beide Regelungen gleich empfindlich gemacht werden, so daß auf diesem Wege eine größere Genauigkeit in der gleichzeitigen Befolgung mehrerer periodischer Regelungsgesetze erzielt wird. P Λ T E N T - A N S P R Ü C H E:

1. Anordnung zum gleichzeitigen Regeln einer elektrischen Maschine nach mehreren periodischen Regelungsgesetzen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung nach jedem einzelnen Gesetz eine getrennte Regelungseinrichtung vorhanden ist.

2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtungen der Maschine derart ausgebildet sind, daß der Empfmdlichkeitsgrad der Maschine für die verschiedenen gleichzeitigen Regelungen annähernd der gleiche ist. ■-,

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 zur Regelung von Dynamomaschinen durch Bürstenverschiebung gemäß zwei periodischen Gesetzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Bürstensätze vornanden sind, die jeder für sich entsprechend je einem der beiden Regelungsgesetze periodisch verschoben werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Bürstensatz durch geeignete Bemessung des Stromes an Stelle einer pendelnden Bewegung eine umlaufende Bewegung macht, wobei der Strom diesem Bürstensatz über Schleifringe zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.