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Verfahren zum Betrieb von Asynchronmotoren, die zur Verhinderung unzulässiger
Tourensteigerungen bei negativer Belastung mittels Gleichstroms im Rotor erregt
werden. Die Sicherheitsschaltung soll eine unzulässige Tourensteigerung von Asynchronmotoren,
die mit negativer Belastung arbeiten, verhindern. Insbesondere soll das Überschreiten
der synchronen Tourenzahl unmöglich gemacht werden. Derartige Belastungsverhältnisse
kommen in erster Linie bei Fördermaschinen oder sonstigen Hebezeugen vor, wenn Last
eingehängt wird. - Die Schaltung ist aber auch bei allen anderen Betrieben verwendbar,
in denen durch die Last der Motor angetrieben werden kann, z. B. im Bahnbetrieb
auf Strecken mit Gefälle oder beim Antrieb einer Arbeitsmaschine irgendwelcher Art,
die unter Umständen selbst mechanische Arbeiten an der Welle leistet.
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FürAsynchronmotoren, insbesondere wenn sie mit negativer Belastung
arbeiten, sind bisher folgende Verfahren bekanntgeworden.
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_. Die Stator-Gegenstromschaltung, bei der das Statorfeld entgegengesetzt
rotiert wie der Rotor, z. Das Kurzschließen des induzierten Teiles des Rotors, gemäß
Patent 303675.
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3. Erregung des Rotors durch Gleichstrom und Schaltung des Stators
auf Bremswiderstände entsprechend dem Patent z99477# Diese bekannten Schaltungen
gestatten zwar den Motor bei allen Lastverhältnissen zu beherrschen, sie haben aber
ganz erhebliche Nachteile.
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In dein ersten Fall muß auch beim Bremsen die gleiche Energie vernichtet
werden, wie beim Heben. Diese Energie belastet das. Netz, ünd zwar mitreinem ungünstigen
Leistungsfaktor,und außerdem ist die Geschwindigkeit des Motors in hohem Maße von
der Größe des Lastmoments abhängig.
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Im zweiten Fall wird zwar keine Energie verschwendet, da der Motor
bei Stromrückgabe als Asynchrongenerator arbeitet. Aber wie bekannt, ist bei dieser
Arbeitsweise der Leistungsfaktor ebenfalls sehr ungünstig, da nach wie vor der Magnetisierungsstrom
aus dem Netz entnommen wird. Arbeiten aber in einer Anlage mehrere große Motoren,
wie Fördermaschinen in dieser Weise, so ist sehr bald die Leistungsfähigkeit des
Netzes erreicht, da sehr hohe wattlose Ströme aufgenommen werden.
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Im dritten Fall sind besondere Vorkehrungen< zu treffen, um beim
Umschalten vom Netzbetrieb zum Bremsbetrieb eine Unterbrechung des Drehmomentes
zu verhindern. Zu diesem Zweck ist eine sehr komplizierte Schaltung mit doppelten
Wicklungen auf Stator-- und Rotor erforderlich, die aber als eine allgemein anwendbare
Lösung nicht betrachtet werden kann.
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Das neue Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet alle
diese Nachteile.
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Zur Verhinderung der Tourenüberschreitungen wird erfindungsgemäß der
induzierte Teil des Motors, im folgenden kurz Rotor genannt, vor oder bei Erreichung
der synchronen Tourenzahl, mit Gleichstrom erregt, so daß er infolge dieser Erregung
gebremst wird oder als Synchrongenerator mit der synchronen Tourenzahl weiterläuft.
Solange die Last des Motors negativ bleibt, wird also Energie vernichtet oder in
das Netz zurückgeliefert.
In den Abb. i und 2 sind Beispiele der
Erfindung dargestellt unter der Voraussetzung, daß es sich um eine Fördermaschine
handelt, i ist beispielsweise die Trommel, an der die Last 2 hängt, die in Richtung
des Pfeiles gesenkt wird. 3 ist der mit dem Netz q. verbundene Asynchronmotor, 5
sind seine Schleifringe, die mit dem Steuerwiderstand 6 verbunden sind. Zwei weitere
Schleifringe, an welche eine besondere Gleichstromerregerwicklung des Rotors angeschlossen
ist, sind mit 7 bezeichnet. ß ist eine Gleichstromerregermaschine, deren Pluspol
unmittelbar an einen der Gleichstromschleifringe 7 geführt ist, während der Minuspol
über den Schalter g, den Fahrtrichtungszeiger io, einen weiteren Ausschalter ii
und einen Regulierwiderstand 12 mit dem zweiten Schleifring 7 verbunden ist. Der
Schalter ii wird durch ein Nullspannungsrelais 13 eingeschaltet, wenn die Rotorspannung
an den Wechselstromschleifringen 5 Null wird. Dies tritt ein, wenn der Synchronismus
erreicht ist. Es wird also in diesem Augenblick der Gleichstromkreis eingeschaltet
und der Rotor des Asynchronmotors finit Gleichstrom erregt, so daß er als Synchronmotor
ohne weitere Tourensteigung weiterläuft. Die Hilfsschalter 9 und der ihm parallel
geschaltete Schalter g' sowie der Fahrtrichtungszeiger io kommennur für umsteuerbare
Betriebe in Frage. Der Schalter g und g' ist nämlich mit dem Steuerhebel des Asynchronmotors
derart verbunden, daß bei der Auslage des Steuerhebels in der einen Fahrtrichtung
der Schalter g geschlossen, der Schalter g' geöffnet wird, bei der Auslage in die
andere Fahrtrichtung dagegen der Schalter g' geschlossen und der Schalter g geöffnet
wird. Entspricht der Schalter g der durch die Pfeile angegebenen Drehrichtung der
Maschine, so wird er durch den Fahrtrichtungsanzeiger io in den Erregerstromkreis
eingeschaltet, bei der anderen Drehrichtung der Schalter g'. Wird also bei der durch
die Pfeile angegebenen Drehrichtung, nachdem die Maschine mit Gleichstrom erregt
ist, der Steuerschalter in die Steuerlage für entgegengesetzten Drehsinn zurückgezogen,
so wird beim Durchgang durch die Nullstellung der Schalter g geöffnet, und damit
die Gleichstromerregung ausgeschaltet, so daß der Motor von diesem Augenblick an
wieder als Asynchronmotor läuft. Das Wiedereinschalten der Gleichstromerregung mit
f Hilfe des Schalters g' ist dann vor Umkehr der E Drehrichtung des Motors überhaupt
nicht möglich, da der Drehrichtungszeiger erst in die andere punktiert angegebene
Lage umgelegt werden muß. Ist dies nach Umkehr der Bewegungsrichtung des Motors
geschehen, so wird, wenn der Motor in dieser entgegengesetzten Richtung die synchrone
Tourenzahl erreicht, mit Hilfe des Relais 13 der Gleichstromkreis wieder geschlossen.
Besondere Gleichstrom- j Schleifringe 7 sind nicht unbedingt erforderlich, die Gleichstromerregung
kann viehmehr auch über die Wechselstromschleifringe 5 zugeführt werden, entweder
unter Benutzung von nur zweien oder von allen drei Ringen. Es wird hier-' bei zweckmäßig
der Widerstand 6 geöffnet, um unnütze Energieverluste zu vermeiden. Dies I geschieht
am besten ebenfalls selbsttätig in Abhängigkeit von der Einrichtung, die den Gleich-Strom
einschaltet, also z. B. abhängig von dem Relais 13, Der Rotor wird bei dieser Anordnung
ohne besondere Gleichstromerreger-, Wicklung in normaler Weise ausgeführt.
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Die Einschaltung des Gleichstromleises kann j in mannigfaltiger anderer
Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Zentrifugalreglers o. dgl., der den
Schalter ii schließt, wenn die synchrone Tourenzahl erreicht ist. Diese Anordnung
setzt aber voraus, daß die Netzfrequenz unverändert ist, da sonst das Einschalten
der Gleichstromerregung bei zu hoher oder zu tiefer Tourenzahl stattfindet.
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Eine weitere Schalteinrichtung, bei der dieser Übelstand ebenso wie
bei der nach Abb. i vermieden ist, ist in Abb. 2 angedeutet. Hier sind zwei Frequenzmesser
1q. und 15 verwendet, die beispielsweise als Zungenfrequenzmesser ausgebildet sind.
Die Zungen sind mit ai, a2, a3 usw. für den einen Frequenzmesser, mit bl, b2, b3
usw. für den anderen Frequenzmesser bezeichnet. Frequenzmesser 1q. liegt am Netz
q., Frequenzmesser i5 zeigt die Tourenzahl des Asynchronmotors an, beispielsweise
indem er aus einer Wechselstromhilfsdynamo gespeist wird, die mit der Welle des
Asynchronmotors verbunden ist. Unterhalb der Zungen sind Schalter 16, 17 usw, für
den einen Frequenzmesser, 26, 27 usw, für den anderen Frequenzmesser angeordnet,
von denen je zwei einander i gegenüberliegende hintereinander in den Gleichstromerregerkreis
des Asynchronmotors eingeschaltet sein. Schlägt beispielsweise die Zunge a1 aus,
so wird der Schalter 2¢ angeschlossen, schlägt gleichzeitig auch die Zunge b1 aus,
so wird gleichzeitig auch der Schalter 26 geschlossen und die Gleichstromerregung
ist eingeschaltet. Es ist nun lediglich die Anordnung so zu treffen, daß die einander
gegenüberliegenden Zungen der beiden Schalter diejenigen Frequenzen anzeigen, die
beim synchronen Lauf einander entsprechen. Da bei jedem Frequenzanzeiger eine Reihe
von Zungen mit den hintereinandergeschalteten Hilfsschaltern ausgerüstet sind, so
kann die Netzfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches schwanken, ohne daß das
richtige Einschalten der Gleichstromerregung beim Erreichen des Synchronismus gehindert
wird.
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Es empfiehlt sich, die Gleichstromerregung allmählich einzuschalten,
um ein sicheres und möglichst stoßfreies Hineingleiten des Motors in den Synchronismus
zu erzielen. Zu diesem
Zweck ist der Regulierwiderstand 12 vorgesehen,
der im Augenblick des Einschaltens voll eingeschaltet ist und nach erfolgtem Einschalten
allmählich ausgeschaltet wird. Dies Ausschalten geschieht zweckmäßigselbsttätig,
beispielsweise, indem durch das Nullspannungsrelais i3 eine Hemmung ausgelöst wird,
so daß nunmehr der Schleifkontakt des Widerstandes 12 durch Gewichts- oder Federwirkung
im richtigen Sinne verschoben werden kann. Der Regulierwiderstand läßt sich vermeiden,
wenn man als Gleichstromerregerquelle eine solche wählt, -die beim Einschalten geringe
Spannung liefert und erst nach dem Einschalten allmählich ihre Spannung steigert.
Zweckmäßig wird hierfür eine Seriengleichstrommaschine gewählt. Im Augenblick des
Einschaltens ist die Spannung Null und erst nachdem der Gleichstromkreis geschlossen
ist, tritt die Selbsterregung der Maschine ein. Diese Serienerregermaschine kann
besonders angetrieben werden, sie kann aber auch, wie in Abb. i gezeigt ist, mit
dem Asynchronmotor selbst verbunden werden.
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Sollen Batterien oder Gleichstrommaschinen vermieden werden, so kann
als Gleichstromquelle auch ein Vakuumgleichrichter, z. B. eine Quecksilber- oder
ein Glühkathodengleichrichter,, gewählt werden.
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Beim Erfindungsgegenstand findet keinerlei Energieverschwendung statt,
da beim Durchziehen der Last die gesamte-freiwerdende Energie nutzbar ins Netz zurückgegeben
wird. Ferner wird mit hohem Leistungsfaktor, evtl. sogar mit voreilendem Strom gearbeitet,
da die gesamte Erregung des Motors vom Rotor durch Gleichstrom erfolgt und also
nicht dem Netz zur Last fällt. Die Folge ist, daß auch mehrere größere Motoren gleichzeitig
auf ein und dasselbe Netz in der neuen Schaltung arbeiten können, ohne durch wattlose
Ströme eineÜberlastung des Netzes herbeizuführen. Ferner sind keinerlei schwierige
Schaltungen erforderlich, die eine Unterbrechung des Motordrehmoments bedingen und
damit, wenn auch nur für kurze Augenblicke, den Motor der Gewalt des Maschinisten
zu entziehen.
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Das neue Verfahren gestattet ganz allgemein, den Leistungsfaktor von-
Zentralen dadurch zu verbessern, daß man die aus der Zentrale gespeisten Drehstrommotoren,
z. B. große Fördermotoren oder Bahnmotoren ganz allgemein so betreibt, daß sie nur
beim Anlassen und wenn die Tourenzahl geregelt wird, als Asynchronmotoren arbeiten,
daß sie aber beim Fahren mit konstanter Tourenzahlals synchroneMotoren laufen und
hierbei infolge der passend eingestellten Gleichstromerregung die günstigste Einwirkung
auf das Netz, insbesondere auf seinen gesamten Leistungsfaktor ausüben. Gleichzeitig
bietet die neue Schaltung eine ganz bedeutende Sicherheit gegen - unzulässige Tourenüberschreitung
des Motors.