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Fliehkraftregler für elektrische Motoren. Für gewisse Anwendungen,
z. B. zum Antrieb von Hochfrequenzwechselstrommaschinen, ist es erforderlich, die
elektrischen Motoren mit Reglern zu versehen, welche eine genügend@e Konstanz der
Umlaufgeschwindigkeit gewährleisten.
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Zu diesem Zweck sind schon sogenannte isochrone Fliehkraftregler vorgeschlagen
worden, welche auf die Stabilitätsgrenze eingestellt sind. Bekanntlich beeinflußt
ein derartiger Regler einen Unterbrecher, welcher nach dem gewünschten Rhythmus
Widerstände bzw. Impedanzen beeinflußt, die in den Stromkreis des zu regelnden Motors
eingeschaltet sind. In dieser Weise kann man. fast eine vollkommene Konstanz der
mittleren Geschwindigkeit erreichen, doch gibt die Verwendung derartiger Anordnungen
gegebenenfalls zu langperiodigen Geschwindigkeitsänderungen Veranlassung auf beiden
Seiten der Normalgeschwindigkeit.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, jede Möglichkeit derartiger
anormaler Zustände zu vermeiden, ohne daß es dazu erforderlich wäre, irgendwelche
Opfer, soweit die Genauigkeit, die Empfindlichkeit des Reglers in Betracht kommt,
in Kauf zu nehmen.
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Die dem Erfindungsgegenstand im wesentlichen zugrunde liegenden Aufgaben
sind folgende t. Die Arbeit des Fliehkraftreglers, welcher auf die Stabilitätsgrenze
eingestellt ist, soll vermindert werden, indem eine möglichst genaue Kompensation
der Belastungsänderungen verwirklicht wird.
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z. Dem Regler werden Einrichtungen zugeordnet, welche dazu dienen,
die Amplitüden der Eigenschwingungen -des umlaufenden Systems mit Einbegriff des
Reglers zu begrenzen, indem notw endigerweise die Frequenz erhöht wird, jedoch ohne
Verminderung der Regelungsgenauigkeit.
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Um den Effekt der Belastungsänderung zu begrenzen, ist .es schon bekannt,
Mittel zu verwenden, welche selbsttätig die normale Betriebsweise des elektrischen
Motors in Abhängigkeit von diesen Wechseln selbst abändern. So kann man z. B. bei,
einem von einem Fliehkraftregler beeinflußten Elektromotor, welcher einen Hochfrequenzwechselstromgenerator
antreibt, mittels des Steuerhebels, durch den die Belastung des Wechselstrommotors
erfolgt, einen in den Ankerstromkreis eingeschalteten Ohmschen Widerstand während
des Leerlaufes oder in den Pausen zwischen zwei Signalen (z. B. in der Anwendung
bei der drahtlosen Telegraphie) kurzschließen und auf diese Weise gewissermaßen
den Wirkungen des Widerstandsmomentes vorbeugen durch möglichst identische Änderungen
des Antriebsmomentes. Unter diesen Bedingungen ist natürlich die von dem Regler
zu erfüllende Rolle bedeutend erleichtert, da derselbe nur leichten Unregelmäßigkeiten,
die verschiedene Ursprünge haben mögen, vorzubeugen hat (mitinbegriffen ist hier
die ungenügende Kompensation der Belastungsänderungen). Wenn jetzt, um bei dem gegebenen
Beispiel zu bleiben, der Regler auf einen Unterbrecher einwirkt, welcher an den
Klemmren .eines zweiten Rheostaten vorgesehen ist, welcher sich gleichfalls in dem
Ankerstromkreis befindet, dann ist es klar, daß dieser letztere Rheostat nicht dieselbe
Reglung beibehalten kann, wenn der Motor belastet oder nicht belastet ist. Nimmt
man z. B. an, d.aß der betreffende Rheostat, welcher nach dem gewünschten Rhythmus
durch den Fliehkraftregler kurzgeschlossen ist, derart eingestellt ist, daß er in
den erforderlichen Grenzen die Klemmspannung des Ankers während des Leerlaufes ändern
kann, so würde das für den Betrieb des Motors bei Belastung nicht genügen, denn
unter diesen Bedingungen wird der Strom des Ankers viel höher sein, und die Grenzen,
zwischen denen sich die Spannung an den Klemmen des Ankers ändern kann, würden zu
weit auseinanderliegen.
Der Motor würde demnach die Neigung zu allzu
starken Geschwindigl1-eitsänderungen haben.
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Gemäß der Erfindung wird dieser übelstand beseitigt, indem selbsttätig
in Abhängigkeit von der Belastung der Wert des durch den Regler zur rechten Zeit
kurzgeschlossenen Widerstandes geändert wird. Dieses kann in der verschiedensten
Weise erfolgen. Die zunächstliegende Art besteht in der Verwendung einer elektromagnetischen
Kontakteinrichtung, deren Erregerwicklung durch den von dem Antriebsmotor verbrauchten
Ström beeinflußt wird oder besser noch durch den von dein Hochfrequenzwechselstromgenerator
ausgehenden Strom (unter eventueller Zwischenschaltung des Quecksilbergleichrichter:
o. dgl.). Trotzdem, insbesondere in oft vorkommenden Fällen, bei welchen von den
obererwähnten Kompensationen der Belastungsänderung Gebrauch gemacht wird, kann
man gleichfalls durch Betätigung des Tasters den Wert des durch den Regler beeinflußten
Rheostaten überwachen. In dieser Richtung sind zahlreiche Varianten möglich, und
unter Beibehaltung desselben Anwendungsbeispieles zeigt die beiliegende Abb. t,
wie man in einfacher Weise das erstrebte Ziel erreicht. Zwischen den Leitern 1,
2, welch;: zu dem Ankerstromkreis des einen Hochfrequenzgen.erator antreibenden
Motors gchören, ist ein Rheostat 3, 4 eingeschaltet, der gegebenenfalls ,aus einer
beliebigen Anzahl verschiedener Elemente besteht. Mittels des Läufers 5 und des
Kontaktes 1o kann der Wert des Widerstandes 5, 1o selbsttätig geregelt werden während
des Leerlaufs öder während der Pausen zwischen den Signälen oder mit Hilfe einer
Kontäktanordnung 7,-8, die durch den Taster '-gesteuert wird, wie oben angegeben.
Der Fliehkraftregler wirkt durch einen geeigneten Mechanismus auf einen Unterbrecher
t t, welcher zwischen der Abzapfstelle io und einem Läufer 12 angeordnet ist. Hat
die Leerlaufgeschwindigkeit das Bestreben, über eine gewisse annehmbare Grenze zu
steigen, so wird in t t ein Hilfswiderstand to, 12 eingeschaltet, und zwar nach
Maßgabe der Einstellung des Läufers 12.
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@Vährerid der Belastung ist jedoch ein Teil des regelbaren Widerstandes
kurzgeschlossen mittels der die Kontakte 8, 9 überbrückenden Kontakteinrichtung
7, welche die Widerstandspartie 5, 6 bei Kontaktschl-iß kurzschließt. Der Regler
wirkt dann nur auf die Widerstandspartie 6, 12. Die gestellte Aufgabe wird in dieser
Art auf die einfachste Weise gelöst.
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Selbstverständlich sind viele Variationen möglich, und eine der Abb.
t gleichwertig; Anordnung kann beispielsweise #_o vorgesehen werden, daß diese beispielsweise
auf den Er. reg:erstromkreis eines Gleichstrommotors einwirkt oder auch auf die
Stromkreise von Wechselstromm@otoren beliebiger Art (mit evtl. Benutzung von Selbstinduktionsspulen
mit veränderlicher Reaktanz infolge der Sättigung des Eisens oder mittels eines
Hilfsstromes usw.). In allen Fällen wird man bei Belastungsänderungen des Motors
einen selbsttätigen Wechsel des Widerstandes erzielen, welcher von dem Fliehkraftregler
gesteuert wird, und zwar nach einem allgemeinen Grundsatz, der eines der Merkmale
der vorliegenden Erfindung bildet.
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Nach einem zweiten Grundsatz, der auch die Merkmale der Erfindung
bildet, werden dem Regler Anordnungen zugefügt, welche dazu dienen, -in geeignetem
Maße die Eige-nschwingungen des ganzen drehenden Systems zu begrenzen. Ein isochroner
Regler oder ein auf die Grenze der Stabilität eingestellter Regler besitzt selbstverständlich
eine außerordentfich genaue Empfindlichkeit und darf nach der ersten Überlegung
einen in der Praxis vernachlässigten Geschwindigkeitswechsel zwischen dem Leerlauf
und dem Umlauf gestatten. In Wirklichkeit besteht aber infolge mechanischer oder
elektrischer Trägheitsmomente von verschiedenem Ursprung eine sehr starke Verzögerung
zwischen dem Augenblick, in welchem der Regler eine in dem gewünschten Sinne erfolgte
Verstellung bewirkt, und dem Augenblick, wo der entsprechende Effekt sich bemerkbar
macht am Kraftmoment des elektrischen Motors, und diese Abweichung kann so groß
sein, daß eine urigedämpfte Schwingungsperiode sich einstellt mit verhältnismäßig
langen Perioden, selbst bei konstanter Belastung, und Geschwindigkeitspulsationen
veranlaßt, die in der Praxis nicht annehmbar sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diesem Übelstand abgeholfen,
indem dem Fliehkraftregler eine elektromagnetische Einrichtung zugeordnet wird,
welche durch die Verstellung 'des Index des Reglers selbst betätigt wird und die
bestrebt ist, den Index immer an seine ursprüngliche Stellung zurückzuführen. Auf
diese Weise wird die Möglichkeit von langperiodischen urgedämpften Schwingungen
vermieden, und die Einrichtung gestattet dem Regler nur, äußerst begrenzte Verstellungen
auszuführen.
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Das in Abb.2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel gestattet, den Erfindungsgegenstand
genauer festzulegen. Es ist angenommen, daß die Leiter 1, 2 zur Speisung der Magnetwicklungen
3 eines Gleichstrommotors dienen, während der Index 4. des Fliehkraftreglers 5.
welcher durch die Welle des Motors betätigt wird, ,einen Unterbrecher 6 beeinflußt,
der an die Klemmen eines regelbaren
Rheostaten 7 geschaltet ist.
Das Ganze, welches in Reihe mit der Feldwicklung 3 liegt, führt eine ständige Schwingung
der Spannungen an den Klemmen der Wicklung 3 herbei, welche gestattet, die mittlere
Geschwindigkeit des Ankers des Motors zwischen zwei sehr benachbarten Grenzen zuhalten.
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Nach dem vorher Ausgeführten ist zur Begrenzung der augenblicklichen
Geschwindigkeitsschwankungen ein Elektromagnet 8 vorgesehen, dessen Anker 9 an dem
Index q. derart sitzt, daß dieser Elektromagnet umgekehrt wirkt von einer Geschwindigkeitszunahme,
w ohei die Wicklung desselben an den Klemmen von 3 unter eventueller Hinzufügung
eines regelbaren Rheostaten ro derart vorgesehen ist, daß die Zeitkonstante des
in dieser Weise übergeleiteten Stromkreises eingestellt werden kann. Es ist selbstverständlich,
daß der Einfluß des Elektromagneten auf den Anker 9 starkerhöht wird, sobald der
Stromkreis in 6 geschlossen wird, was natürlich zur Folge hat, daß die Amplitude
der Verstellungen des Index 4. begrenzt wird, wobei erforderlichenfalls die Frequenz
erhöht werden kann, ohne daß die Empfindlichkeit des Reglers beeinflußt würde. Es
sind auch hier natürlich viele Varianten möglich; z. B. kann die gewählte Art des
Elektromagneten beliebig sein, und man kann, je nach Bedarf, ein beliebiges elektromagnetisches
System verwenden.
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übrigens -wird es oft von praktischem Wert sein, insbesondere wenn
der zu regelnde Motor einte große Leistungsfähigkeit besitzt, den Unterbrecher 6,
welcher an dem Index q. sitzt, auf den Speisestromkreis der Spule eines Hilfsrelais
einwirken zu lassen, welches seinerseits erst das Kurzschließen. des Widerstandes
7 bewirkt. Auf diese Weise wird das geringste Spiel des Unterbrechers 6 genügen,
um diese Kurzschließung zu verhindern wegen der geringen zur Verfügung stehenden
Kraft. Die Arbeit des Elektromagneten 8 wird dann sehr vereinfacht. Mit .einem derartigen
Zwischenrelais kann man übrigens in bekannter Weise nötigenfalls die Kurzschließung
des Stromkreises von 7 durch Öffnung des Unterbrechers 6 bewirken, indem in geeigneter
Weise die feststehenden und beweglichen Kontakte umgekehrt angeordnet werden.
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Des weiteren kann unter Beibehaltung der direkten Steuerung des Kurzschlusses
des Rheostaten 7 durch den Index 4 gegebenenfalls die Wirkung des Elektromagneten
umgekehrt werden, d. h. man kann ihn derart anordnen, daß @er in .demselben Sinn
wirkt wie eine Geschwindigkeitszunahme. Man muß dann natürlich die Anordnung derart
treffen, daß diese Einwirkung das Maximum erreicht, wenn der Widerstand 7 sich
im
Stromkreis befindet, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß
die Wicklung des Elektromagneten in Reihe mit diesem Widerstand geschaltet ist und
das Ganze von den Klemmen. des Unterbrechers 6 abgezweigt ist, und ein Hilfswiderstand
gegebenenfalls im Nebenschluß vorgesehen ist, um die Stärke des Stromes in der Wicklung
usw. zu beeinflussen. Selbstverständlich ist in diesem Falle auch die mittelbare
Steuerung durch Relais vorteilhaft. Übrigens kann die Inbetriebsetzung des Elektromagneten
8 unabhängig bewirkt werden durch einen Hilfsunterbrecher, welcher durch den Index
q. betätigt wird. Die Wicklung wird in diesem Falle vorteilhafter durch eine unabhängige
geeignete Stromquelle bewirkt. Man kann in diesem Sinne sogar zwei Elektromagneten
vorsehen, welche zu beiden Seiten des Index liegen, und zwei Hilfsunterbrecher,
wobei die schalttechnischen Verbindungen derart hergestellt sind, daß der Stromkreis
des Elektromagneten, von welchem der Anker sich zu entfernen bestrebt ist, geschlossen
wird usw.
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In allen Fällen besteht das Bestreben darin, die Verstellung des Index
eines Fliehkraftreglers, der möglichst nahe an die Unempfindlichkeit eingestellt
ist, mittels einer elektromagnetischen Wirkung zu beeinflussen, welche durch die
Verstellung des Index selbst überwacht wird und auf diesen Index einwirkt. Es ist
daher selbstverständlich, daß diese Einwirkung günstig ist, welches auch das gewählte
Mittel sei, durch welches der Regler auf das Antriebskräftemoment einwirkt, welches
auch das Wesen der für die Regelung verwendeten Stromkreise sei.