-
Einrichtung zur Regelung von motorisch, insbesondere elektromotorisch
angetriebenen Maschinenaggregaten. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur Regelung von motorisch angetriebenen Maschinenag regaten, beispielseg weise
Papiermaschinen. Der Zweck der Erfindung ist, die Geschwindigkeit einer Anzahl von
Teilen einer Maschine zu regeln, die in einem festen und bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis
laufen müssen, und die durch besondere Motore angetrieben werden. Für jeden Motor
ist ein Geschwindigkeitsregler oder Kontroller vorgesehen, der so zu steue--rn ist,
daß ein bestimmtes Gesch,windigkeitsverhältnis zwischen den verschiedenen Teilen
aufrechterhalten wird. Es ist bekannt, zum Antrieb jedes einzelnen Geschwind-iAeitsereglers
einen Motor zu verwenden, dessen einer Teil durch den entsprechenden Papiermaschinenantrieb
in Umdrehung versetzt wird, während der andere Teil beweglich angeordnet ist und
den entsprechenden Regler in Bewegung setzt. Erfindungsgemäß ergibt sich eine äußerst
einfache Konstruktion, wenn als Regglerorgan synchronmotorühnlich wirkende Maschinen
verwendet werden, deren Feldmagneten unveränderliche Pole besitzen, und deren Rotoren
von einer gemeinsamen Wechselstromquelle gespeist werden. Durch diese unmittelbare
Kupplung der aufeinander wirkenden Kraftfelder in einer synchronmotorartig wirkenden
Vorrichtung wird eine schnellere und exaktere Regelung der Felder der Arbeits# motoren
erreicht, als bei einer bekannten Anordnung, bei der erst über das Drehfeld eines
Dreiphasengenerators 'auf die Steuervorrichtung eingewirkt wird. Man kann dann den
zu verstellenden Reglerwiderstand für den Papiennaschinenantrieb unmittelbar oder
mittelbar beeinflussen lassen. Vorteilhafter ist auch hier die unmittelbareBeeinflussung.
Die
Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Abb. i
das Schaltungsschema der Einrichtung gemäß der Erfindung, Abb. 2 ist eine Aufsicht
des reibungslos arbeitenden Rheostaten, Abb. 3 ist eine Seitenansicht in
teilweisem Schnitt der Abb. 2, Abb. 4 ist eine besondere Ausfüh.rungsform der Erfindung.
-
Mit Bezug auf die Abb. i sind mit 1, 2 und 3 die Elemente
einer Maschine bezeichnet, die geregelt werden sollen. jedes Ele,-ment wird von
einem Motor 4 angetrieben., der in diesem Falle als Gleichstrommotor mit den Hauptleitungen
5 und 6 verbunden ist, die ihrerseits vom Generator 7 aus durch
einen Schalter 7' gespeist werden. Ein Anlaßwiderstand 8 ist, für
jeden Motor vorgesehen. Der Generator 7 ist mit einer Feldwicklung
9
versehen, die von einem Erreger io und über einen einstellbaren Widerstand
i i gespeist wird, der im Stromkreis der Generatorfeldwicklung 9 liegt, uni
die Spannung de-, Generators einzustellen. Der Erreger i o ist mi4 einer Serienfeldwicklung
12 ausgerüstet und init einer Nebenschlußfeldwicklung 13. Im Strornkreis desselben
lie igt ein einstellbarer Widerstand 14. Die durch den Generator an die Leitungen
5 und 6 abgegebene Spannung wird durch Einstellen des Widerstandes
ii im Stromkreis der Feldwicklung 9 verändert. Diese Anordnung stellt eine
Ausführungs# form des bekannten Ward-Leonard-Systems dar zur Regelung der Spannung,
mit welcher verschiedene Motore gespeist werden., jeder Motor -1 ist mit einer Feldwicklung
15 versehen. Die eine Klemme einer jedenFeldwicklung 15 ist mit der Erregerhauptleitung
16 verbunden, die direkt zu einer Klemme des Erregers führt. Die andere Klemme einer
jeden Feldwicklung 15 ist durch einen einstellbaren Widerstand
17 mit der Erregerhauptleitung 18 verbunden, die zur anderen Klemme des Erregers
io führt über die Hauptleitung ig und die Erreggerfeldwicklung 12. Ein einstellbarer
Widerstand 2o ist in der Verbindung zwischen der Leitun- ig und der Leitung ig vorgesehen.,
wodurch die Spannung der Erregerleitungen 16 und 18 verändert werden kann und gleichzeitig
die Stärke der verschiedenen Feldwicklungen 15 einzustellen ', ohne die Spannung
zwischen den Leitungen 16 und ig verändern zu brauchen. Zur Regelung der beiden
Widerstände ii und 2o ist ein einzelner Arm 21 angeordnet, der in der Stromoffenstellung
in der Abb. i dargestellt ist und sich gegen den -!£nscl-dag 22 legt. Bei dieser
Stellung des Armes sind der Stronikreis der Generatorfeldwicklung 9 und der
Stromkreis, der die Motorfeldwicklungen 15 speist, unterbrochen. Wenn der
Arm 2 1 im Sinne des Uhrzeigers gedreht wird, dann werden die Stromkreise des Generators
und der Motorfeldwicklungen geschlossen, worauf dann der Widerstand i i aus der
Generatorfeld-,vicklung 9 abgeschaltet wird, um den Generator auf seine volle
Spannung zu bringen. Nachdem kann mehr oder weniger Widerstand 2o in den Stromkreis
einges-chaltet werden, um die Federstärke und die Gesch:-windigkeit der Motgren
4 zu regeln. Die Erfindung wird jedoch. nicht auf irgend eine besondere Anordnung
begrenzt, bei welcber Stromkreise zum Antrieb von Motoren mit besonderen SAaltungsarten
vorgesehen sind.
-
Um die verschiedenen Elemente der Maschine in einem absolut festen
Geschwindigkeitsverhältnis, zu halten, ist in der in der Zeichnung dargestellten
Anordnung eine kleine, zum Regulieren dienende elektrische Maschine vorgesehen,
deren beide Glieder für jedes Element der Maschine beweglich sind init Ausnahme
des einen, welches so angeordnet ist, daß es einen Synchronwechselstromgenerator
antreibt. Diese zum Reg-ulieren dienenden dynamoelektriscben Ntla ' -schinen
inüssen so gebaut sein, daß sie synchron laufen -, d.h.so, um eine Rotationsgeschwindigkeit
aufrecbtzuerlialten, die in einem festen Verhältnis zur Frequenz des zur Maschine
zugeführten Wechselstromes steht.
-
Die Anordnung besteht aus dem Element das mit einem Synchronwechselstromgenerator
25 verbunden ist, der aus einer Wechselstromankerwicklung 26 besteht,
die durch den Schalter 27 mit den Wechselstrombauptleitungen 28, 29,
3o verbunden werden kann. Ferner ist eine Feldwicklung 31 vorgesehen, die über einen
einstellbaren Widerstand 32 mit den Erregerleitungen 16, 18 verbunden ist. Während
in der Zeichnung ein Mehr-,ph'a;seng.erierator dargestellt ist, so ist verständlich,
daß - auch ein WechselstroM-generator für eine bestimmte Anzahl Phasen Verwendung
finden kann. Die Elem*ente i und 2 sind mit je einer Synchronanaschine verbunden,
die aus einem Rotor 35 und einem Stator 36 besteht. jeder Rotor
35
wird durch einen entsprechenden Motor mittels konischer Riemenscheiben
-37 und 38
und der Zahnradübersetzung 39 angetrieben, wodurch
die Geschwindigkeit des Rotors größer ist als die entsprechende Geschwindigkeit
des Motors. Ein einstellbarer Riemen 4o ist auf jedem konischen Riemenscheibenpaar
angeordnet, um die Geschwindigkeit eines jeden anzutreibenden Elementes der Maschine
für sich niit Bezug zu den Geschwindigkeiten der übrigen Elemente regeln zu können.
Es
kann jedoch auch irgendeine andere Regelung der Geschwindigkeit stattfinden. Der
Rotor 35 jeder Syncbxonmaschine ist mit einer Gleichstromwicklung
33 ausgerüstet, die so angeordnet ist, daß der Rotor Magnetpole mit feststehender
oder- nicht wechselnder Polarität erhält. jede Wicklung 43 ist mittels der Schleifringe
44 mit den Erregerleitungen 16 und ig verbunden. Anstatt einen Rotor mit feststehender
Polarität zu verwenden, kann auch ein Stahlrotor verwendet werden, der so ausgeschnitten.
ist, daß perma.uente Magnetpole entstehen, ohne daß es notwendig ist, elektroma,-netisclie
Wicklungen zu verwenden. Ein derartiger Rotor ist mit 63 in der Abb.4 dargestellt.
Der Stator einer jeden Synchronmaschine ist mit einer Wechselstromwicklung versehen,
die durch einen Schalter 46 mit den Wechselstroinleitungen 28, 29, ,
r, jo
verbunden ist, welche mit Wechselstrom von einer Frequenz ', die durch die Geschwindigkeit
des Wechselstroingenerators 25 bedingt wird, gespeist werden, wobei der Wechselstroingenerator
durch den Motor 4 angetrieben wird, der zum Antrieb des Eleinentes 3 dient.
-
Der Stator .,6 - einer jeden Synelironmasc-bine ist so ##e.la,-ert,
daß er sich unab,-Z, e# li:ingig voni Rotor 35 in beiden Richtun-,gen um
den Rotor her-um bewegen kann. Ferner ist die Anordnung so getroffen,
Z, 11 -ich der Stator im indifferenten Gleich-ewicht befindet, so daß er
in irgendeiner Stellung stehen bleibt, in welche er bewegt worden ist. jeder Stator
der Einrichtung ist ge.-in U) ä der Erfindung so angeordnet, daß er eine geeignete
Reguliervorrichtung für den Antriebsmotor des entsprechenden Maschinenelementes
betätigen kann. Bei der dargestellten Anordnung besteht die Reguliervorrichtung
aus einem Rheostaten, der so gebaut ist, daß die Erregung des Antriebsmotors #,
bl reguliert werden kann. Dieser Rheostat wird direkt durch den Stator beeinflußt.
Der Stator befindet sieh, wie bereits oben erwähnt, ini indifferenten Gleichgewicht,
nimmt also keine La 'ge ein, die man mit Normalstellung bezeichnen kann, so daß
der Stator und der zuin Re-ulieren dienende Rheostat in irgendeiner Stellung bleiben
werden, in welche die Teile entsprechend der Belastungsveränderung bewegt worden
sind, wodurch eine Stellun- des Rheostaten notwendig ist, um das Abfallen der Umdrebungsgeschwindigkeit
entsprechend der größeren Belastung zu kompensieren. Durch diese Anordnung wird
eine äußerst schnelle - und empfindliche Regulierung gewährleistet. Es kann
jedoch auch eine andere Anordnung zur Einstellung der Motorgeschwindigkeit benutzt
werden, beispielsweise kann die zum Regulieren dienende Maschine als Kontakt gebendes
Dynamometer eingerichtet sein, wie es in der Abb. 4 darge'-stellt ist, welches einen
Hilfssteuen-notor 61 rege't, der den Widerstand 58 in dem Antriebsmotorfeld
steuert. In diesem Falle ist es notwendig, um den Stator in eine gewisse Normallage
zurückzudrehen, Federn 62 anzubringen, die in der Normallage den Stromkreis für
den Hilfsmotor unterbrechen. Es ist ersichtlien, daß ein Leerlauf oder eine plötzliche
Verzögerung bei Verwendung eines Hilfsmotors zur Regulierung der Einrichtung vermieden
wird, da ir-endeine Bewegung des Stators einen unmittelbaren Wechsel in der Feldstärke
des entsprechenden Antriebsmotors hervorruft. Damit der Regulierapparat möglichst
klein und empfindlich wird, ist es wünschenswert, die Reibung des Rheostaten so
klein als möglich zu machen. Ein reibungsloser Rheostat 5o ist in der Zeichnung
dargestellt und besteht aus einem angelenkten Arm 5 1, dessen eines Ende
mit Stiften 52 und 53 des Stators 36
in Eingriff kommt. Ein
Sektor 54 ist drehbar am anderen Ende des angelenktenArmes angebracht. Der Arm 51
und der Sektor 5-1
ruhen in den Kugellagern 55 und 56, und ist
die Einrichtung so getroffen, daf,), wenn der Arm Si durch den entsprechenden Stator
36 bewegt wird, der Sektor 54 über die Kontakte 5" rollt, die mit
den einzelnen --'£bschnitten des Widerstandes 58 mittels der Klemmen 6o verbunden
sind. Anschläge 61 und 62 sind vorgesehen, um die Bewegung des Sektors 54
zu begrenzen.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf den oben beschriebenen Rheostaten,
es kann vielmehr auch irgend ein anderer Rheostat Verwendung finden, so daß der
Rlieostax durch den Stator mit derselben Wirkung wie oben beschrieben bewegt werden
kann.
-
Die Wirkungsweise der Einrichtung beim Z, Z,
Anlassen ist -folgende:
In den Leitungen 28,
29,30 fließt ein Wechselstrom von gegebener Frequenz,
durch welche die Geschwindigkeit und die Drehrichtung der Magnetfelder in den Windungen
der Statorelemente 36 bedingt ist. Die Geschwindi--keit wird dieselbe sein
als die Geschwindigkeit und die Drehrichtung der Rotorelemente -
t' "5, welche
von den verschiedenen Maschineneleinenten aus angetrieben werden. Es ist nun bei
synchrondviiamoelektrischen Maschinen bekannt, daß die Pole Uestrebt sind, in einem
festliegen,-den Raumverhältnis zu den Magnetpolen des Stators zurückzubleiben. Da
dieWicklungen auf sämtlichen Statorelementen 36 mit Strom derselben Frequenz
gespeist werden -, dreh,en sich die magnetischen Felder, die durch die verschiedenen
Statorwicklungen induziert werden, mit derselben Geschwindigkeit, und gemäß
der
Erfindung verursacht das Bestreben irgendeines Motors, von dieser Geschwindigkeit
abzuweichen, daß sich der entsprechendd Stator so bewegt, daß der dazugehörige Rheostat
dieses Bestreben, die Geschwindigkeit zu wechseln, wieder richtigstellt. Wenn beispielsweise
in irgendeinem Element der Maschine ein Anwachsen der Belastung eintritt, so daß
der Antriebsmotor 4 bestrebt ist, langsamer zu laufen, dann bleibt auch der Rotor
35 hinter dem magnetischen Feld zurück, das in dem entsprechenden Stator
36
erzeugt wird, wodurch eine Veränderung in der Lage des Rotors
35 mit Bezug zum Stator 36 eintritt. Wenn der Stator 36 festgehalten
werden würde, dann würde die Maschine, aus dem Stator und Rotor bestehend, bestrebt
sein, als Synchronmotor zu arbeiten, d.h.höhere Stromstärken aus den Leitungen
28, 29 uhd 30 zu entnehmen und ein größeres Drehmoment zu erzeugen,
um den Motor zu unterstützen. Gemäß der Erfindung jedoch sind die Statorelemente
36 frei drehbar angeordnet., so daß der Stator 36 einer Maschine unter
obigen Verhältnissen beginnt, sich rückwärts zu bewegen, um zu versuchen, die Magnetpole
in dem Stator Nvieder inidas bestimmte Raumverhältnisl den Pol in den Rotor zu bringen.
Mit den Maschinenelementen, die für eine Drehrichtung entsprechend der Pfeile an
dem ROtOr 35 an-,geordnet sind, bringt diese Rückwärtsbewegung des Stators
36 den Stift 52 in Eingriff mit dem Arm 51 des Rheostaten 5o, so daß
der Rheostat eingestellt wird, um Teilt des Widerstandes 58 in den Stromkreis
der Feldwicklung 15 einzuschalten, um die Geschwindigkeit des Motors so zu regeln,
daß dieser wieder seine Normalgeschwindigkeit annimmt. Sobald als ein genügender
Widerstand in den Stromkreis der Feldwicklung eingeschaltet worden ist, wird das
Bestreben des Rotors 35 des entsprechenden Motors, hinter dem magnetischen
Feld des Stators 36 zurückzubleiben, aufgehoben, und die Rückwärtsbewegung
des Stators hält an, der Stator kommt in solcher Lage=r Ruhe, daß der Widerstand
58 in dem Stromkreis der Feldwicklung 15 gerade genügt, um zu veranlassen,
daß der Motor mit seiner normalen Geschwindigkeit trotz der minmehr gegebenen #neuen
Belastung läuft. Das Bestreben irgendeines Maschinenelementes, seine Geschwindigkeit
zu wechseln, wird auf diese Weise aufgehoben, so daß ein,Gleichlauf sämtlicher Maschinenteile
gewährleistet ist. Wenn nun einer der Motore 4 bestrebt ist, seine Normalgeschwindigkeit
zu übersteigen, dann zieht der entsprechende Rotor 3 5
seinen dazugehörigen
Stator 36 mit, wodurch der Stift 53 mit dem Arm 51 des: Rheostateti,
in Eingriff kommt. Der Rheostat wird dadurch eingestellt, um Teile des Widerstandes
58 mit Bezug auf den Stromkreis der Feldwicklung 15 auszuschalten, so daß
der Motor 4 wieder mit normaler -Geschwindigkeit läuft, wodurch das bestimmte Geschwindigkeitsverliältnis
der Elemente zueinander aufrechterhalten wird.
-
Um ein Pendeln des Regulators zu verhindern, ist eine lose Verbindung
zwischen jedem Stator und dem entsprechenden Arm 53
vorgeisehen. Bei der in
der Zeichnung dar, gestellten Anordnung befinden sich die Stifte 52, 53 in
einem geringen. Abstand voneinander, so daß eine kleine Winkelbewegung des Stators
36 stattfinden muß, bevor der entsprechende Rheostat 5o eingestellt wird.
-
Es ist ersichtlich, daß die durch den Riemen 40 zu übertragende Kraft
verhältnismäßig klein ist, da kein Drehmoment zu überwinden ist als nur die geringe
Arbeits, leistun.- zur Betätigung des reibungslosen Rheostaten. Die kurzen Riemenscheiben
37
und 38 und der Riemen 40 werden deshalb sa klein und leicht als
möglich gemacht, und die Reguliermaschine selbst ist ebenfalls verhältnismäßig klein.
-
Durch Verwendung eines Zahnradgetriebes _39, durch das der Rotor
35 sich mit beträchtlich höherer -Geschwindigkeit :dreht als das angetriebene
Maschinenelement, igenügt bereits, eine kleine ;Abweichung der Winkelgeschwindigkeit
dieser Welle 'von ihrer bestimmten Winkelgeschwindigkeit, um durch das übertragungsverhältnis
bedingt eine vergrößerte Wirkung auf den Rotor 35 auszuüben. Durch Aufbau
der Synchronreguliermaschine als Mehrfachpolmaschine kann die Enefindlichikeit der
Regulierung noch gesteigert werden.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Ein:-richtung kann durch'-Anlassen
der Motore 4 entweder gleichzeitig oder Jeder für sich in Gang gesetzt werden. Wenn
die Motorengeschwindigkeit angelassen werden soll, dann wird der Erreger 7und die
Anker zuerst -auf die Geschwindigkeit gebracht, bis der Erreger seine normale -Spannung
hat. Alsdann werden die Erregerleitungen 16 und ig unter Spannung gesetzt, so daß
die Feldwicklungen 43 der Synchronmaschine erregt werden. Der SchaJier
7' wird geöffnet und die Feldwicklung des Generators ganz oder bis auf einen
kleinen Teil abgeschaltet je nach der Stellung des Armes 2 1 auf dem Widerstand-
i i. Der Anlaßwiderstand 8 wird ausgeschaltet und die Schalter
27 und 46 geöffnet. Alsdann wird der Schalter 7' geschlossen und die
Spannung des Generators 7 allmählich vergrößert durch Verstärkung der Generatorfeldwicklung
9, indem der Widerstand -i i verringert wird. Da
jeder Motor
quer zu den Leitungen 5 und 6
liegt, verursacht das allmähliche Anwachsen.
der Spannung in diesen Leitungen, daß die Motore allmählich schneller laufen. Da
die Wicklungen des Rotors 35 Ader Synchronmaschine mit Strom gespeist werden,
um die Motore auf :ihre normale Geschwindigkeit zu bringen, werden die Rotorelemente
35
Wirbelströme in den Statorelementen 36 induzieren, um die,Statorelemente
mitzunehmen und die Rheostaten 5o so zu bewegen, daß der Widerstand 58 ausgeschaltet
#wird. Auf diese Weise erhalten die Antriebsmotoren ein kräftiges Anlaßdrehmoment.
Die Motore können jeder für 'sich angelassen werden durch Einstellung der Spannung
des Genie-i rators7 auf seinen normalenWert, um dann jeden Motor mittels der entsprechenden
Anlaßwiderstände 8 wieder in Gang zu setzen. Wenn die Motoren die gewünschte
Geschwindigkeit erreicht haben, können die Schalter 27
und 46 geschlossen
werden, ohne daß be-
sondere Sorgfalt ausgeübt werden müßte-, um die entsprechenden
Synchromnaschinen mit dem Generator 25 in Gleichlauf zu bringen
'
da das erforderliche Drehmoment zur Bewegung eines jeden Stators #so klein
ist, daß die Maschinen leicht synchron laufen.
-
Wenn es während des normalen Arbeitsganges der Maschine gewünscht
wird., die Geschwindigkeit, mit welcher die ganze Maschine läuft, zu vergrößern,
so geschieht dies durch Erhöhung der Geschwindigkeit de# Motors -t, der den 'Generator
25 antreibt unter Verwendung eines einstellbaren Widerstandes 17,
sü daß die Frequenz in den Leitungen 28 -, 29 und 3o wächst. Irgend ein Bestreben
dieser Frequenz, sich zu vergrößern, wird die Reguliervorrichtung, die mit den anderen
Elementen der Maschine verbunden ist, in Tätigkeit setzen, um die Felder der entsprechenden
Antriebsmotoren zu schwächen und um die Rotorelemente schneller laufen zu lassen,
wobei sie trotzdem wieder synchron mit dem Generator 25 arbeiten. Auf diese Weise
kann die Getschwindigkeit der Maschine leicht eingestellt werden. Keinerlei große
Veränderungen in der Geschwindigkeit werden durch Veränderung der Feldstärke der
Motore hervorgerufen. Es ist jedoch vorzuziehen, solche Veränderungen zu gewährleisten
durch Einstellung des Widerstandes 20 in den Feldstromkreis,en der Motoren %oder
durch Einstellung der Spannung des Generators 7, der die Motore 4 speist
infolge Veränderung des Widerstandes i i in dem Stromkreis der Generatorfeldwicklung
g. Es kann sich nun während des Betriebes der Maschine- ereignen, daß das feste
Geschwindigkeitsverhältnis der Elemente verändert werden soll. Zu diesem Zwecke
ist es nur notwendig, den Riemen 40 längs der konischen Riemenscheiben
37 und 38 einzustellen. Es ist ersichtlich, daß die Einstellung des
Riemens eine unterschiedliche Geschwindigkeit des Maschinenelementes hervorruft,
die derselben Geschwindigkeit des Rotors entspricht, welcher durch das Element angetrieben
wird. 4
Wenn eine dynamoelektrische . Maschine nach diem Synchrontyp
verwendet wird, bei welch-er eines der Glieder erregt wird, um Magnetpole bestimmter
Polarität zu erzeugen, können auch andere Arten von synchron laufendenMaschinen
Verwendungfinden. Ein bekanntes Beispiel einer derartig synchron laufenden Maschine
ist eine Maschine mit einem Kurzschlußanker, der mit Polvorsprüngen versehen ist,
die durch Ausschneiden W
isser Teile des Rotoreisens erzeugt werden, wo es
bei 63 in der Abb. 4 veranschaulicht ist. Die Erfindung ist jedoch nicht,
auf eine Anordnung begrenzt, bei welcher, der Synchronwechselstromgenerator durch
das eine Element der zu regelnden Maschine an-U -eben wird, da Beine synchron laufende
"etri Maschine für jedes «Maschinen'element vor-#eselien sein kann und der synchron
laufende Wechselstromgenerator durch eine , andere Kraftquelle angetrieben
werden kann, deren Geschwindigkeit eingestellt wird.