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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.
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Zum Antrieb solcher Papiermaschinen wurde bisher die Zu- - und Gegenschaltung
oder die Leonardschaltung - verwendet. Hierbei traten die Schwierigkeiten auf, die
Frequenzschwänkungen des Drehstromantriebmotors vom eigentlichen Antrieb der Papiermaschine
fernzuhalten, da sich diese nicht nur auf den Gleichstrom-#generator, sondern auch
auf dessen Erregung fortpflänzen und daher gleichsam in mehrfacher Verstärkung auch
auf den eigentlichenAntriebsix%otor zur Wirkung gelangen. Ferner müssen die Einflüsse
der Belastungsschwankungen auf die Drehzahl ausgeglichen werden; hierzu 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 hierdurch die Widerstandsverhältnisse
in den Wicklungen ändern und auch hierdurch die Drehzahl des Antriebsmotors der
Papiermaschine Schwankungen aufweist, welche bei diesen hochempfindlichen Antrieben
von größtem Nachteil sind.
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Es würden daher die mannigfachsten Wege eingeschlagen, um der auseinandergesetzten
Schwierigkeiten einigermaßen Herr zu werden. Bei der Leonardschaltung wurden Schnellregler,
etwa -nach dem System Tirrill, angewendet. Um dabei die Drehzahl des Antriebsmotors
möglichst konstant zu halten, wurde- eine besondere Erregermaschine auf der Welle
der Anfaßmaschirre vorgesehen, und außerdem auf die Welle des Papiermaschinenmotors
eine Geschwindigkeitsdynamo aufgesetzt. Von der letzteren wurde der Tirrill beeinflußt-
und zur möglichst einwandfreien' Darstellung der tatsächlichen Geschwindigkeit des
Papiermaschinenmotors die Erregung der Geschwindigkeitsdynamo durch einen vorgeschalteten
Eisendrahtwiderstand möglichst konstant gehalten. Diese bekannte Schaltung mit Schnellregelung
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 nicht dauernd konstant halten. Es ist daher
auch bei dieser Antriebsart nicht möglich, - die erforderliche Konstanz der Drehzahl
des Papiermaschinen-_motors unter allen Umständen einzuhalten.
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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 von 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 Erregerniaschine angeordnet,
während der Antriebsmotor mit einer Geschwindigkeitsdynamo gekuppelt war. Auch hier
erforderte der Tirrill vier Regelungswiderstände, wie bei der Leonardschaltung auseinandergesetzt,
und es ergab sich die weitere Schwierigkeit, daß die vom TirrM beherrschte konstante
Dynamo sämtliche Drehzahländerungen infolge der verschiedenen Einflüsse sowohl der
Gegenschaltungsmaschine als auch des eigentlichen Antriebsmotors ausgleichen mußte
und der Schnellregler daher ein außerordentlich großes Regelbereich besitzen mußte.
Dieses 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 22o Volt erfahrungsgemäß 5o bis 6o Volt und müssen
daher durch die konstante Maschine ausgeglichen werden. Denn der Tirrill sucht für
eine bestimmte 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 22o Volt einmal auf 250 Volt, das andere Mal auf xgo Volt durch den Regler
konstant gehalten werden: Hat er dann noch größere Frequenz- oder Temperaturschwankungen
auszugleichen, so ist es klar, daß sein einwandfreies Arbeiten den größten Schwierigkeiten
begegnet.
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Die Erfindung sucht die auseinandergesetzten Schwierigkeiten für die
Zu- und Gegenschaltung zu beseitigen. Sie besteht darin, daß nicht nur die konstante
Dynamo, sondern auch die Zueund Gegenschaltungsmaschine durch einen selbsttätigen
Regler (Schnellregler, Träger-Regler) beeinflußt wird, wobei vorteilhaft die beiden
Regler zu einem einzigen vereint werden können. Hierdurch wird erreicht, daß die
einmal eingestellte - Gesamtspannung am Gleichstromantriebsmotor konstant gehalten
wird, da sowohl die eingestellte Spannung an der konstanten Dynamo als auch diej
enige 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
Drhzahl 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 be-,seitigt werden. Natürlich könnte aber auch hierzu
ein besonderer Schnellregler verwendet werden, dem dann aber nicht in gleicher Weise
wie bisher die Aufgabe zufiele, die schädlichen Einflüsse der Frequenz- und Temperaturschwankungen
auf die konstante, die Zu- und Gegenschaltungsmaschine und den Antriebsmotor auszugleichen,
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 für sich durch die ihnen zugeordneten selbsttätigen Regler in ihrer
Spannung unabhängig von den Frequenz- und Temperaturschwankungen gemacht sind.
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Die Erfindung schreitet auch dahin weiter, daß sie sich -- die Erkenntnis
zunutze macht, daß die konstante und die Zu- und Gegenschaltungsmaschine bei unmittelbarer
Kupplung sowohl den Frequenzschwankungen des Drehstromantriebsmotors als auch den
Temperaturschwankungen -in gleicher Weise unterworfen sind. Da ferner diese Maschinen
ungefähr gleich groß ausgelegt sein müssen, ist es möglich, beide Maschinen gleichzeitig
durch den 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.
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Weitere Ausbildungen der Erfindung seien an Hand der Zeichnung näher
erläutert. In Fig. r ist eine Schaltung dargestellt, bei der zunächst j e ein Regler
für jede der beiden speisenden Maschinen des Antriebsmotors vorgesehen ist. d ist
ein Drehstromantriebsmotor; auf dessen Welle der Generator konstanter Spannung g
und: die Zu-und Gegensehaltungsmaschine z sitzt. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen
ist hier nicht eine besondere Erregermaschine zur Speisung . der beiden Feldwicklungen
f und 1a der .konstanten und der Zu- und Gegenschaltungsmaschine, sondern
Selbsterregung beider Wicklungen von der konstant Dynamo g aus vorgesehen. w, ist
der Widerstand parallel zum
Felde f, der durch' den Tirrillregler
t, abwechselnd kurzgeschlossen und eingeschaltet wird, w2 ist der Widerstand
gleicher Funktion im Stromkreis der Wicklung lt, während der Widerstand w3
den Einstellwiderstand für die Spannung der Zu- und Gegenschaltungsmäscbine darstellt.
Der Widerstand w2 wird durch die Zitterkontakte des Reglers t2 in bekannter Weise
beherrscht: Die beiden Widerstände w2, w3 sind gekuppelt, da sich die Erreger= stromstarke
der Zu- und Gegenschaltungsmaschine- zwischen einem bestimmten Plus- und Minuswert
ändern muß und daher auch der. Kurzschlußwiderstand des Tirrills w2 mit dem Regelwiderstand
w3 in gleicher Weise verstellt werden muß.
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Diese Anordnung kann .dadurch vereinfacht werden, daß an Stelle des
zweiten Tirrills t2 der für die konstante Maschine vorgesehene Tirrill t1 auch zur
Beeinflussung der Zu- und Gegenschaltungsmaschine'verwendet wird. Es kann dies in
einfacher Weise geschehen, indem die gestrichelt eingezeichneten Leitungen L vorgesehen
werden -und damit der Widerstand w2 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, indem der Widerstand w2 nicht an das gleiche Kontaktpaar
wie der Widerstand w1, sondern ein besonderes Kontaktpaar im Tirrill t1, das von
dem ersten elektrisch getrennt ist, geführt wird. Ferner. könnte eine solche Abhängigkeit
zwischen den Reglern t1 und t2 . geschaffen werden, daß der Regler t2 in gleicher
Weise die zugeordnete Maschine beeinflußt wie der Regler t, Durch diese Anordnung
wird die jeweilig eingestellte Gesamtspannung der beiden Generatoren g, x 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.
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Eine nähere Betrachtung der Schaltung gemäß Fig. z ergibt, daß bei
geschlossenen Kontakten des oder der Tirrillregler die gleiche Spannung an der Feldwicklung
f und an der Feldwicklung h samt dem der letzteren 'vorgeschalteten Regelwiderstand
w3 liegt. Anderseits muß der Kurzschlußwiderstand w2 so gewählt sein, daß bei offenen
Kontakten der selbsttätigen Regler die Spannung an den. Klemmen der Erregerwicklung
f gleich derjenigen sein kann, die an der Erregerwicklung k samt vorgeschaltetem
Re&elwiderstand w3 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 Tirrill vorgesehen werden kann.
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Hieraus ergibt sich, daß der Kurzschlußwiderstand w2 ohne weiteres
weggelassen werden kann, wenn ein gemeinsamer selbsttätiger Regler für beide Maschinen
verwendet wird. Da 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 Gegenschaltungsmaschine
stark schwankt. Nimmt man aber an, daß im Kurzschlußwiderstand w1 50 Prozent
der Spannung der konstanten Erregung der Maschine g vernichtet werden, so würde
die Erregerstromstärke im Felde f um etwa 33 Prozent erhöht werden, wenn die Erregung
der regelbaren Dynamo h durch den Regler w, auf Null gebracht würde. Diesen im äußersten
Fall . auftretenden Unterschied kann jedoch der Tirrill ohne weiteres durch entsprechende
Änderung seines Taktverhältnisses ausgleichen, da er Regelungen selbst im Verhältnis
von z : 3 noch gut zu beherrschen vermag.
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Von diesen Erwägungen ausgehend, kann die vereinfachte Schaltung nach
Fig. 2 entwickelt werden, die ohne weiteres verständlich sein wird. Der Kurzschlußwiderstand
w1 ist dort bei offenem Tirrill t, wie die eingezeichneten, die Stromrichtung angebenden
Pfeile erkennen lassen, beiden Feldwicklungen vorgeschaltet. Ist er kurzgeschlossen,
so werden ebenfalls beide Feldwicklungen parallel über die Kontakte des-Tirrills
gespeist. - In beiden Figuren bedeutet noch a den Gleichstromantriebsmotor etwa
für eine Papiermaschine, e dessen Feldwicklung, s die Spannungsspule des Tirrills.
In Fig. 2 ist noch ein Eisendrahtwiderstand i dem Feld e des. Antriebsmotors vorgeschaltet,
um dessen Erregung von Temperaturschwankungen unabhängig zu machen Ferner ist dort
gestrichelt eine Kompoundierungseinrichtung k für den Tirrill eingezeichnet, um
auch Belastungsschwankungen zu kompensieren.
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Um Spannungsdifferenzen infolge der verschiedenen magnetischen Verhältnisse
bei Er--höhung und Erniedrigung .der Spannung der Zu- und Gegenschaltungsmaschine
nötigenfalls ,zu kompensieren, kann noch ein kleiner Ausgleichswiderstand y angeordnet
werden, der zugleich mit dem Widerstand w3 bewegt wird und etwa an die Mitte des
Widerstandes w1 angeschlossen ist. Der Widerstand y kann auch in Abhängigkeit von
der Magnetspannung bzw. der Erregerstromstärke der Maschine z etwa durch Relais
o. dgl. gesteuert werden. An Stelle besondere Widerstände für den Zusatzregler y
vorzusehen, kann er. auch mit einer Kontaktbahn
- versehen werden,
die an verschiedene Stellen des Widerstandes w, angeschlossen ist. Notwendig wird
jedoch diese Ausgleichseinrichtung in der Regel nicht sein.
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Durch die Einrichtung nach der Erfindung werden also insbesondere
die Vorteile erzielt, daß Schnellregler ohne besondere Yorschaltwiderstände in normaler
Ausführung verwendet werden können, da komplizierte und schwer einregelbare besondere
Einstellwiderstände für ihn fortfallen und trotzdem eine erheblichere Drehzahlkonstanz
erreicht wird als bisher. Insbesondere kannfein Schnellregler in die Schaltung nach
der Erfindung ohne weiteres auch bei vorhandenen Antrieben nachträglich eingebaut
werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß wegen der Konstanz der Spannung
der konstanten Dynamo an diese fauch die Umroller- und Rollenschneidemaschinenmotoren
gelegt werden können. Betont mag noch werden, daß durch die Erfindung nicht etwa
eine Eindeutigkeitsstenerurig erreicht wird, bei der jede Stellung des Steuerhebels
eine bestimmte Geschwindigkeit des Antriebsmotors entspricht, sondern daß die einer
Steuerhebelstellung entsprechende Geschwindigkeit des Antriebsmotors entsprechend
der Belastung im Augenblick der Einstellung, der magnetischen Verhältnisse 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.