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Anordnung zur selbsttätigen Reglung von Elektromotoren veränderlicher
Spannung bei gleichbleibendem Strom. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbsttätigen
Reglung von Elektromotoren, die unter veränderlicher Spannung gleichbleibenden Strom
aufnehmen sollen. Solche Motoren entwickeln bekanntlich ein konstantes Drehmoment,
und ihre Drehzahl kann bei Belastungsabnahme ein gefährliches Maß erreichen. Diesem
Übelstand begegnet man vielfach dadurch, daß man die Bürsten mehr oder weniger aus
der neutralen Zone verschiebt, doch sind -die Nachteile dieser Art der Drehzahlreglung
bekannt.
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Die Erfindung ermöglicht es nun, die Drehzahl solcher Motoren ohne
Bürstenverschiebung derart zu regeln, daß sich oberhalb der Normalgeschwindigkeit
Zugkraftdrehzahlcharakteristiken ergeben, die je nach Wunsch einem Hauptschluß-,
Nebenschluß- oder Verbundmotor entsprechen. Zu diesem Zwecke wird eine mechanisch
mit dem Motor gekuppelte Hilfsdynamo (im folgenden als »Regler;< bezeichnet)
verwendet.
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Erfindungsgemäß besitzt der Motor Xebenschluß- oder Fremderregung,
während die Hilfsdynamo in Reihe, und zwar in Gegenschaltung zur Erregerwicklung
des Motors, liegt und eine Feldwicklung besitzt, die in Reihe mit dem Motoranker
liegt.
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Zweckmäßigerweise ist der Regleranker auf der Motorwelle angebracht,
so daß er mit ihr zusammen umläuft. Der Strom im Feldkreise des Motors kann vom
Hauptleitungskreise dadurch
at)gez«-eigt werden, claß ei- in @ebeilscl_lluß
zu einernWiderstande in diesem Kreise geschaltet wird, welcher eine geeignete Potentialdifferenz
zwischen seinen Enden aufweist. Das Reglerfehl kann einen Teil des erwähnten Widerstandes
bilden, und es kann ein besonderes Potentiometer als -N ebenschluß in Brücke zu
diesem Widerstand gelegt werden, wobei der abgezweigte Kreis in Brücke zu einem
geeigneten Teil dieses getrennten Potentioineters gelegt wird.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen
dargestellt.
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Abb. i ist ein Schema der Verbindungen eines Motors und der dazugehörigen
Teile. Abb. 2 bis 8 sind abgeänderte Schaltungsschemata.
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In Abb. i weist der Motor die normale Bauart auf; er hat feststehende
Bürsten und kann gegebenenfalls Wendepole haben. Sein Anker i ist in Reihe mit der
Hauptleitung 2, 3 geschaltet und kann durch den Hauptschalter .4 ausgeschaltet werden,
welcher durch den Zweigweg .Ia die Linie durchschaltet, bevor er den Motor von der
Leitung trennt. Auf einem Fortsatz der Motorwelle sitzt der Anker einer kleinen
Dynamomaschine, des sogenannten Reglers. Ein Nullpunktkontaktstück 7 dient dazu,
die Verbindung zwischen den Teilen 2 und 3 der Linie kurzzuschließen. Es wird mechanisch
oder selbsttätig durch oder vom Steuerhebel des noch näher zu beschreibenden Kontrollwiderstandes
oder Potentioineters zur Wirkung gebracht, wenn dieser :Hebel zur Veränderung der
Kontaktstellungen bewegt wird; die Anordnung ist derart, daß bei Einstellung des
Potentiometers auf die neutrale Stellung der Motor kurzgeschlossen ist.
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Der Hauptlinienstrom fließt in Reihe durch den Motoranker i und die
Feldwicklung 16 des Reglers.
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Die Feldwicklung 6 des Motors wird getrennt erregt, und dieser Erregerstrom
kann vom Hauptleitungskreise durch einen Widerstand 5 in diesem Kreise abzweigt
werden. Der Widerstand 5 kann, wie in Abb- i, unmittelbar als Potentionieterregler
benutzt werden. Es kann auch ein fester Widerstand sein oder ein Teil der Hauptleitung,
der einen möglichst hohen Widerstand aufweist, um den notwendigen Spannungsabfall
zu ergeben (z. B. eine Feldwicklung oder eine Bremsmagnetspule) ; dann kann ein
besonderer Potenti,ometerregler als N ebenschluß zu dieseln Teil der Hauptleitung
gelegt werden, welcher den betreffenden Widerstand enthält (s. Abb. 2). Diese Bauart
vermindert den Strom, der beim Anlassen durch die Wicklung i6 fließt, wodurch das
Feld geschwächt wird, in welchem der Anker i i uniiäuft, so daß das Ansteigen der
Gegenspannung verzögert wird, die durch diesen Anker erzeugt wird, bis der Motor
gut angelassen ist.
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Wenn es zweckmäßig erscheint, so kann der Erregungsstrom auch aus
einer gesonderten Quelle gleichbleibender Spannung entnommen werden.
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Die Motorfeldwicklung 6 ist als Nebenschluß zu dem Widerstand 5 (Abb.
i) oder dein Potentiorneter 5a (Abb. 2) geschaltet. Der Anker i i des Reglers liegt
in Reihe mit diesem abgezweigten Strom und ist so verbunden, daß seine Spannung
entgegengesetzt der Spannung gerichtet ist, die den Erregerstromkreis speist. Der
L inienstrorn verzweigt sich an einer Klemme des Widerstandes auf die beiden Kreise
und vereinigt sich wieder an der zweiten Klemme. Bei der Geschwindigkeit Null wird
sich der Strom im Verhiiltnis zür Leitfähigkeit der beiden Kreise verzweigen, und
unter diesen Verhältnissen wird bei voller Erregung der Motorwicklung 6 und vollem
Linienstrom durch den Anker i die :Motorzugkraft ein Maximum sein.
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Wenn der Motor im Lauf ist, so wird der Regleranker i i eine EMK erzeugen,
die der entgegengesetzt gerichtet ist, welche an den Klemmen des Potentiometers
erscheint, und infolgedessen wird das Magnetfeld des Motors i mehr und mehr geschwächt
werden, und entsprechend wird die Zugkraft mehr und mehr mit steigender Geschwindigkeit
abnehmen, bis die Gegenspannung, welche der Regler erzeugt, fast zu dem gleichen
Wert ansteigt, wie der Spannungswert an den Kleniinen des Potentiometers; dann ist
die Geschwindigkeit ein Maximum und die Zugkraft ein Minimum, und es wird ein Ergebnis
erzeugt, ähnlich dem, welches ein an ein Parallelsystem angeschlossener Hauptschlußmotor
liefert. Die Zugkraftgeschwindigkeitskurve kann nach dem Grade der Sättigung verändert
werden, die bei der Motortype zur Anwendung gelangt.
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Bis zu diesem Punkt haben Motor und Regler beide als Motoren gearbeitet
und, während eine kleine Energiemenge in Form von Wärme am Widerstand oder Potentiometer
verlorengeht, wird ein Teil Energie im abgezweigten Kreise als Zugkraft aus dein
Regler wiedergewonnen. Sollte der Motor, etwa bei fallender Belastung, von außen
angetrieben werden, so daß die umgekehrte Spannung des Reglerankers i i sich über
die Spannung an den Potentiometerklemmen erhebt, dann wird der Motorfeldstrom und
damit die Polarität des Motors umgekehrt. Er wird zu einem Generator und speist
in die Linie hinein. In gleicher Weise wirkt der Regler als Generator, erhöht die
Spannung in Brücke zu dem Teil des Potentiometers, der im Stromkreis mit
seinem
Anker liegt und erhöht den durch diesen Teil fließenden Strom.
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Wenn es gewünscht wird, eine höhere Normalmotorgeschwindigkeit zuzulassen
als die, welche unter den eben beschriebenen Verhältnissen erzielt werden kann,
jedoch mit gleichartigen Zugkraftgeschwindigkeitscharakteristiken, so läßt sich
das auf zwei Wegen erreichen i. dadurch, daß man etwas Strom von der Reglerfeldwieklung
16 durch einen einstellbaren Nebenweg 2i ablenkt: dies verschwächt (las Magnetfeld
des Reglers und infolgedessen die Reglerspannung. Es wird deshalb entsprechend mehr
Strom von dem Potentiometer oder der sonstigen Zufuhrcluelle aus in (las Motorfeld
fließen. Der Ntillzugkraftztistan(1 wird dann bei einer höheren Geschwindigkeit
erreicht; 2. dadurch, daß man den Widerstand des Potentioineters erhöht, was die
gleiche Wirkung hat wie eine Verstärkung des Kraftlinienfeldes des Motors und damit
der Zugkraft. Dieses Verfahren ist zweckmüßig geeignet zur Erhöhung der Anlaßzugkraft.
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Bei der Schaltung nach Abb. 3 können Zugkraft und Geschwindigkeit-
des Motors statt dessen durch einen kleinen einstellbaren Widerstand 7a geregelt
werden, welcher in den abgezweigten Kreis gelegt ist.
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Bei der Anordnung nach Abb. .4 ist das Potentiometer 25 in den Hauptliriiienkreis
gelegt und ist an den Klemmen 26, 27 so angeschaltet, daß es in zwei Parallelteile
zerlegt wird. Die Kontaktbürsten 28, 29 verbinden die Ringe 30, 3
1 mit den Kontaktknöpfen des Potentiometers. Diese Ringe 30, 3 i sind an den Anker
i i des Reglers und an die Feldwicklung E, des Motors angeschlossen, derart, daß
Anker i i und Wicklung 6 in Hintereinanderschaltung die beiden Ringe überbrücken.
NN sind zwei Nullknöpfe; wenn sich die Kontaktbürsten 28, 29 auf diesen Knöpfen
befinden, so ist kein Spannungsunterschied zwischen den beiden Ringen vorhanden,
und infolgedessen wird kein Strom in dem Zweigkreise fließen, der Motor also auch
keine Zugkraft aufweisen. Läßt man die Kontaktbürsten in einer Richtung gleiten,
so wird ein Spannungsunterschied zwischen den Ringen erzeugt, und es wird ein entsprechender
Strom und ein entsprechendes Kraftlinienfeld in der Feldwicklung 6 entstehen, t;o
daß der Motor zu laufen beginnt; seine Geschwindigkeit ist durch die Stellung der
Kontaktbürsten bestimmt und wird nach Wunsch (durch Veränderung der Bürstenstellung)
vorn Stillstand bis zu dem Maximum gesteigert, für welches das Potentiometer eingerichtet
ist. Es ergibt sich deutlich, daß, wenn die Kontaktbürsten im entgegengesetzten
Sinne von derMittelstelhing bewegt «-erden, dann die Polarität der Ringe und infolgedessen
der Feldstrom des Motors umgekehrt «erden, so daß demnach auch der Motor im entgegengesetzten
Sinne umläuft.
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Abb.5 zeigt einen Potentioineter ähnlich dem nach Abb. 4, aber in
Nebenschluß zu dem Hauptlinienkreis geschaltet.
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Wenn man einen Motor zu haben wünscht, der volle Zugkraft von der
@Tullgeschwindigkcit aus über einen weiten-- Bereich aufweist oder der irgendwelche
besondere Zugkraftgeschwindigkeitscharakteristiken ergibt, z. B. solche, die dein
des Verbundmotors im Parallelsvstem ähnlich sind, so kann (s.Abb.6) der Regler mit
einer Zusatzfeldwicklung 16a ausgestattet sein, die in Reihe mit dem Regleranker
i i und dem Motorfeld 6 gelegt und so angeschlossen ist, daß sie dem Kraftlinienfluß
entgegenarbeitet, der in der Reglerhauptfeldwicklung 16 erzeugt wird. Wenn infolgedessen
der Motor bei niedriger Geschwindiglceit umläuft und der Strom in dem abgezweigten
Kreise groß ist, so wird der Kraftlin?enfluß des Reglerfeldes auf niedrigem Werte
gehalten und läßt eine starke Zugkraft an der Motorwelle zu und hält diese Zugkraft
aufrecht, bis eine hohe Geschwindigkeit erreicht ist. Wenn sich aber der Strom im
abgezweigten Kreise bei wachsender Geschwindigkeit zu ändern beginnt, so tritt eine
zweifache Wirkung auf, die die Geschwindigkeit begrenzt: a) Diie Spannung des Reglers,
welche der des Potentiometers entgegenwirkt, steigt infolge der wachsenden Geschwindigkeit
des Regleranker s.
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b) Der Kraftlinienflug des Reglerfeldes wächst, da der entgegenarbeitende
Strom in der Hilfsfeld"vicklung 16a abnimmt, wenn die vorn Regieranker erzeugte
ENIK infolge von dessen erhöhter Geschwindigkeit anwächst.
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Die Zugkraftgeschwindigkeitscharakteristik des Motors kann weiter
für beliebige Sonderzwecke dadurch - abgeändert werden, daß nran beliebige bekannte
Erregerschaltungen benutzt, beispielsweise daß man eine Sondererregerwicklung auf
den Motor oder Regler legt, die im Nebenschluß zu dein einen oder andern Anker geschaltet
ist. Eine solche Anordnung ist in Abb. 7 veranschaulicht, wo die Zusatzfeldwicklung
6a dem Motorfelde beigegeben ist; sie ,ist in Nebenschluß zum Motoranker i gelegt
und so angeschlossen, daß sie ; die Wicklung 6 unterstützt.
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Eine weitere Abänderung der Zuleitungen und Verbindungen zeigt Abb.8.
Für die Zwecke dieser besonderen Erfindung ist der Regieranker i i in Reihe sowohl
mit seinem i eignen Felde 16 wie mit dem Motorfelde 6 angeordnet und so angeschlossen,.
daß er den
ihn durchfließenden Linienstrom unterstützt und dem Strom
entgegenwirkt, der natürlich durch die Feldwicklung 6 fließen würde. Wenn also die
Geschwindigkeit steigt, so wird die EMK des Ankers i i zunehmen und auf Verstärkung
des den Anker durchfließenden Stromes gerichtet sein, wodurch der Stromdur chfluß
durch die Ankerwicklung leichter gemacht wird als durch die Feldwicklung 6, so daß
also der Strom vermindert wird, der sonst durch die Feldwicklung 6 fließen würde.
Somit sind Anker i i und Felder 6 und 16 in Reihe miteinander und bilden
einen Ortsstromkreis, der in dem Hauptlinienkreis in Reihe mit dem Motoranker eingeschaltet
ist.
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Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich, daß durch geeignete
Kombinationen, wie sie beispielsweise beschrieben sind, und durch eine geeignete
Einstellung der Werte der Erregung ein Motor hergestellt werden kann, der einen
weiten Bereich von Zugkraftgeschwindigkeitscharakteristiken aufweist, und wenn der
Linienstrom stetig ist, so kann der Motor unter beliebigen Bedingungen eingestellt
werden ohne Gefahr für seine Wicklung.