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Verfahren zur Geschwindigkeitsregelung eines Induktionsmotors mittels
einer Kommutatormaschine in Kaskadenschaltung. Bei den bekannten Kaskadenschaltunger
eines Induktionsmotors mit einer IIZCFmmtttatormaschine,welche entweder auf der
Achse des Induktionsmotors sitzt oder mit einer anderen _Maschine zu einem sogenannten
Regelsatz verbunden ist, muß die Größe der homtnutatormaschine bzw. des ganzen Regelsatzes
nach dein verlangten Regelbereich bemessen werden. Die Größe und der Preis der Kommutatormaschine
sind ungefähr proportional der verlangten Drehzahlregelung, von der synchronen Drehzahl
des Induktionsinotörs aus gerechnet. Nun kommt es häufig vor, daß für eine solche
Kaskade unter normalen Verhältnissen eine bestimmte Geschwindigkeitsregelung verlangt
wird, daß aber ixt Ausnahanaefällen auch .einte größere Absenkung der Drehzahl möglich
sein muß. Es wäre nun in solchen Fällen unwirtschaftlich, wenn man den Koininutatormotor
für die niedrigste überhaupt vorkommende Geschwindigkeit des Induktionsmotors bemessen
wollte, die unter Umständen ganz beträchtlich tiefer liegen kann, als die tiefste,
unter normalen Verhältnissen vorkommende.
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ach der Erfindung soll deshalb in solchen Fällen der Kommutatormotor
nur für den unter normalen Verhältnissen erforderlichen Geschwindigkeitsregelbereich
bemessen werden, während, wenn die höchst zulässige Spannung der Kommutatormaschine,
also die niedrigste Drehzahl des normalen Regelbereiches erreicht ist, ein Widerstand
in den Rotorstramkr eis des Hauptmotors eingeschaltet wird. Für eine bestimmte Drehzahl
kann dann die Spannung an der Kommutatorniaschine um den Spannungsabfall in diesem
Widerstand kleiner sein, als die Schlupfspannung des Induktionsmotors, oder für
eine hestirnante (z. B. die höchst zulässige) Spannung der Kommutatormaschine wird
die Schleifringspannung des Induktionsmotors um den Spannungsabfall im Widerstand
vergrößert, und die Drehzahl des Induktionsmotors dementsprechend verkleinert. Der
Regelbereich der Kaskade wird also durch diesen Widerstand vergrößert. Natürlich
wird der Wirkungsgrad der Kaskade bei eingeschaltetem Widerstand schlechter sein,
ass wenn die Drehzahlregelung bis zur untersten Grenze allein durch .Spannungserhöhung
an der Kornmutatormaschine, also mit einer größeren Kmtnutatarmaschine ausgeführt
werden würde. Da es sich aber, wie bereits erwähnt, um Drehzahlstufen handelt, die
nur in Ausnahinefällenbenötigt werden, so ist diese Verschlechterung des Wirkungsgrades
von geringer Bedeutung gegenüber der Ersparnis durch die Verwendung eines kleineren
Kominutatormotors.
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Eine nach der Erfindung ausgeführte Schaltung für eine solche Kaskade
zeigt Abb. t ; a ist ein Induktionsmotor, der aus dein Netz h gespeist wird, c sind
die Schleifringe des Rotors des Induktionsmotors, d ist der Anker und e die Erregerwicklung
des Kommutatormotor s. Der Anker kann mittels des Umschalters f unmittelbar oder
in Reihe mit den Widerstünden g an die Scldeifringe c angeschlossen werden. Die
Erregerwicklung e wird durch einen regelbaren Transformator 7r, ebenfalls von den
Schleifringen des Induktionsmotors gespeist. Die Geschwindigkeit wird durch die
Verstellung der beweglichen Kontakte i. am Transformator 7i geregelt, wodurch ein
mehr oder weniger großer Teil der Schleifringspannung der Erregerwicklung e zugeführt
werelen kann. Rückt man diese
Kontakte an den Sternpunkt des Transformators,
so ist die Wicklung e tinerregt, die Kommutatormaschine ist spannungslos und der
Induktionsmotor läuft mit annähernd svnclironer Geschwindigkeit, wenn der Widerstand
g nicht eingeschaltet ist. Rückt man dagegen die Kontakte i an das andere Ende "
der Transformatorwicklung, so ist die Erregerwicklung c° vollständig erregt, der
Anker der Kommutatormaschin.e gibt die höiclistmögliche Spannung, und der Induktionsmotor
a hat die kleinstmögliche Drehzahl. Soll jetzt die Drehzahl ausnahmsweise noch weiter
erniedrigt werden, so wird mittels des Umschalters f der Widerstand g eingeschaltet.
Der Spannungsabfall des Belastungstromes in diesem Widerstand addiert sich jetzt
zur Spannung der Konimutatormaschine, bzw. zu derjenigen Komponente dieser Spannung,
die mit der Schlupfspannung im Rotor des Induktionsmotors phasengleich ist. Die
Schlupfspannung und damit die Schlüpfung des Induktionsinotors «-erden also noch
weiter abnehmen, ohne daß der Kommutatormotor stärker erregt werden müßte.
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In diesem Beispiel ist angenommen, daß die Kommutatormaschine als
\ ebenschlußmotor geschaltet ist, und daß ihre Erregung finit Hilfe eines Stufentransformators
geregelt wird. Die Erfindung läßt sich aber ebenso bei einer anderen Schaltung der
Kommutatorinaschine (Kompound- oder Reillenschl'ußschaltung) wie bei einer anderen
Art der Regelung anwenden. Beispielsweise könnte die Regelung durch Bürstenverschiehung
oder durch Veränderung Ohmscher Wid:ersrände in irgendeinem Hilfstromkreise oder
auf irgendeine andere bekannte Weise erfolgen.
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`'Wenn die Vergrößerung des Regelbereichs, die durch das Einschalten
des Widerstandes im Rotorstronikreis erreicht werden soll, betr:ichtlich ist, dann
würde beim Einschalten des Widerstandes und noch mehr beim Wiederausschalten, wenn
die Drehzahl wieder erhöht werden soll, ein sehr unangenehmer Sprung in der Leistungsaufnahme
aus den. Netz und in der Drehzahl des Induktionsniotors auftreten. -%
.[an hönite diesen Sprung verkleinern durch Unterteilung des Widerstandes
in mehrere Stufen, die nacheinander ein- und ausgeschaltet werden müßten. Dazu würde
inan aber teure Schaltapparate benötigen, denn der Widerstand und der erforderliche
Schalter müssen den vollen Rotorstrom des Induktionsmotors führen. 1\Tach der Erfindung
kann man nun den Widerstand als Ganzes ein- und ausschalten und trotzdem den hierdurch
veranlaßten Sprung inderLeistungsaufnahme der- Kaskade oder der Drehzahl des Induktionsmotors
aufheben oder verkleinern, indem inan gleichzeitig mit denn Ein- und Ausschalten
des Widerstandes im Rotorstroinkreis die Spannung der Komniutatorinasch.ine vermindert
oder vermehrt. Wird Leispielsweise die Spannung des Kominutatorrnotors in n-Stufen
geregelt, und ist die Drehzahl, die man ohne Widerstand im Rotorstromkreis auf der
n-ten, also der letzten Stufe erreicht, gleich derjenigen, die mit eingeschaltetem
Widerstand bei der gerade @ orhandenen Belastung auf der--in-ten Stufc erreicht
wird, so wird man nach dein Einschalten des Widerstandes die Regelvorrichhuig von
der n-ten auf die (in -f- i)-te Stufe zurückschieben und dadurch eine Verringerung
der Drehzahl erreichen, die nur einer ,Stufe entspricht.
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Abb. 2 zeigt beispielsweise den Zusammenhang zwischen der Stellung
der Regelvorrichtung für die Spannung der Kommutatorinaschine und der Drehzahl des
Induktionsmotors, die in Prozent der svichronen angegeben ist. Die Kurve i gilt,
sojange der @Viderstan.d im Ro.torstromkreis nicht eingeschaltet ist, Kurve 2 und
3 dagegen mit eingeschaltetem Widerstand, und zwar Kurve 2 für eine kleinere und
Kurve 3 für eine größere Belastung des Induktionsmotors. Es ist angenommen, dalj
die Kommutatorinaschine für sich "allein einen Regelbereich von 30 Prozent in zwölf
Stufen besitzt, und daß nach dein Einschalten des Widerstandes Inei der kleineren
Belastung auf Stufe .I und bei der größeren Belastung auf Stufe o dieselbe Drehzahl
erreicht wird wie vor dein Einschalten auf .Stufe 12. Man wird dann, wenn man auf
Stufe 12 der Regelvorrichtung den Widerstand eingeschaltet hat, die Regelvorrichtung
bei der kleineren Belastung auf Stufe 5 und bei der größeren Belastung atif Stufe
z zurückführen und erst dann langsam wieder bis auf Stufe 12 vorrücken. Man erreicht
dadurch in dein Beispiel der Abb. 2 eine Erhöhung des gesamten Regelbereiches @-ori
30 Prozent auf 5o und 6o Prozent, wobei man den ganzen Widerstand plötzlich
einschalten und trotzdem einen größeren Sprung in der Drehzahl des Induktionsmotors
vermeiden 'sann.
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Die Spannung der Kommutatorniaschine kann auch selbsttätig heispielsweise
in Al)-hängigkeit von der dein Netz entnommenen Leistung geregelt «erden. Man kann
etwa durch solche selbsttätige Regelung die dein Netz entnommene Leistung fast genau
konstant halten. Diese selbsttätige .Spannungsregelung kann uriabhängig sein vom
Widerstand im Rotorstromkreis. Wird dann der Widerstand, nachdem die Regelvorrichttitig
auf ihrer letzten Stufe angekommen ist, etwa von Hand eingeschaltet, so wird die
Regelvorrichtung selbsttätig auf die erforderliche
Stellung zurückgehen,
etwa in der Art, wie es soeben an Hand der Abb. 2 gezeigt wurde.
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Es kann jedoch auch der Widerstand iin Rotorstroinkreis selbsttätig
eingeschaltet, wieder ausgeschaltet oder kurzgeschlossen ,werden. Wird die Spannung
der Kotnniutatormaschine in Abhängigkeit von (ler dem Netz entnommenen Leistung
geregelt, so daß die Drehzahl jeweils um eine Stufe geringer eingestellt wird, wenn
die Leistung z. B. um io Prozent über einen bestimmten Wert steigt, oder um je eine
Stufe höher, wenn die Leistung um i o Prozent unter diesen Wert sinkt, so kann man
das Relais, welches den Widerstand schaltet, ebenfalls von der denn Netz entnommenen
Leistung abhängig machen, so daß es anspricht, wenn die konstant zu haltende Leistung
um einen größeren Betrag, etwa 1s oder 2o Prozent überschritten wird. Das Relais
wird dann erst ansprechen können, wenn die Spannungsregelvorrichtung auf der letzten
Stufe steht, weil diese dann nicht mehr imstande ist, ein Anwachsen der Leistung
durch Abwärtsregelung der Drehzahl zu verhindern. Das Relais, welches das Ausschalten
oder Kurzschließen des Widerstandes bewirkt, könnte etwa von der Drehzahl abhängig
gemacht werden, so daß es anspricht, sobald eine Drehzahl erreicht ist, welche auch
ohne eingeschalteten Widerstand eingestellt werden kann.
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Wenn einer bestimmten Drehzahl des Induktionsmotors stets eine bestimmte
Belastung entspricht, sei es, daß diese durch die Eigenart der angetriebenen Aribeitsinaschine
oder durch die Einstellung einer selbsttätigen Regulierung gegeben ist, so wird
auch bei eingeschaltetem Widerstand jeder Stellung der Regelvorrichtung für die
Spannung der Kommutatorinaschine eine bestimmte Drehzahl entsprechen, etwa die nach
der Kurve 2 in Abb. 2. In diesem Fall kann die Geschwindigkeitsregelung der Kaskade
weiter vereinfacht werden, indem erfindungsgemäß die Regelung der Spannung der Kommutatorniaschine
und die Ein- und Ausschaltung dies Widerstandes im Rotor stromkreis durch die gleiche
Vorrichtung gesteuert wird.
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Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, daß die zum Ein- und Ausschalten
des Widerstandes dienende Vorrichtung derart finit der Regelvorrichtung für die
Spannung der Kommutatormaschine verbunden ist, daß sie auf einer bestimmten Stufe
dieser Regelungsvorrichtung in die Einschaltstellung und auf einer anderen ebenfalls
bestimmten Stufe in die Ausschaltstellung gebracht wird.
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Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in Abb. 3 dargestellt.
Hier ist lt eine Phase der Wicklung des Regeltransformators, der in Abb.
i mit dein gleichen Buchstaben bezeichnet ist, i der bewegliche Kontakt, der auf
der Kontaktbahn 1, schleift. Die KonLaktbahn h enthält zwölf Stufen, wie
in Abb. 2 angenommen ist, die ebenfalls mit o bis 12 bezeichnet sind. Der Kontakt
i m ird durch ein Handrad 1 mit der Spindel in verstellt. Bei Überschreitung der
Stellung 4. oder i:.s stößt der Kon@:akt i auf einen Anschlag n oder o. Diese
beiden Anschläge sitzen an einem uni den -Dr ehpunkt p drehbar en I-1 ebel q, <furch
dessen Bewegung einer der beiden Kontakte r oder s geschlossen wird. Diese beiden
Kontakte können beispielsweise in dein Steuerstromkreis der Relais liegen, welche
den Widerstand im Rotorstromlzrei5 ein- und ausschalten. Hat man mit dieser Vorrichtung
bis auf Stellung 12 reguliert, sc wird bei einer weiteren Bewegung des Handrades
durch einen Anschlag o der Kontakt s geschlossen und dadurch der Widerstand in den
Rotorstromkreis eingeschaltet. Man wird dann auf Stellung 4. zurückgehen müssen,
um wieder dieselbe Drehzahl zu erreichen, wie @,orher auf Stellung 12. Regelt man
noch weiter zurück, so wird durch den Anschlag it der Kontakt r geschlossen und
der Widerstand im Rotorstromkreis wieder ausgeschaltet.
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Mit einer solchen Einrichtung wird man beim Einschalten des Widerstandes
einen ziemlich starken Strom- und Drehmomentstoß erhalten, der erst wieder verschwindet,
nachdem man um eine Anzahl Stufen zurückgegangen ist. Geschieht dies nicht in sehr
kurzer Zeit, so wird auch ein Sprung in der Drehzahl des Induktionsmotors auftreten.
Auf jeden Fall ist es wünschenswert, diesen Strom- und Drehmornentstoß zu vermeiden,
und (las kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß die Schaltvorrichtung bei einer
Regelung des Hauptmotors von der höchsten bis auf die niedrigste Drehzahl im gleichen
Sinne bewegt wird, wobei zunächst die Spannung der Kommutatormaschine erhöht, dann
nach Erreichung der höchst zulässigen Spannung durch eine Weiterbewegung um eine
Stufe gleichzeitig der Widerstand in den Rotorstromkreis eingeschaltet und die Spannung
der Kommutator maschine um einen bestimmten Betrag (z. B. um den Spannungsabfall
im eingeschalteten Widerstand) vermindert wird, und :endlich durch die Weiterschaltung
wieder die Spannung der Konnnutatormaschine erhöht wird, wobei der Widerstand eingesiohal-
i tet bleibt.
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Die Kontaktbahn für den regelbaren Transformatör 1i (Abb. i) muß dann
etwa nach ebb. 4. ausgeführt werden. Die Bezeichnungen sind hier dieselben wie in
Abb. 3. Die i Kontaktbahn h hat anstatt zwölf Stufen deren 2,), wobei die Stufe
13 mit 5, 14 mit 6,
I S mit 7 USW. bis 20 mit 12 unmittelbar verbunden
ist. Die Relaiskontakte für das Ein-und Ausschalten des Widerstandes ini Rotorstronikreis
müssen in der Weise mit dieser Schaltvorrichtung verbunden sein, (laß der Widerstand
beim Vorrücken von Stufe 1 2 auf Stufe 13 eingeschaltet und beim Zurückgehen von
Stufe 13 auf Stufe 12 wieder aus. geschaltet wird. Dann ist es möglich, alle Strom-
im(] Drelinioinentstöße auf ein Mindestmaß zu verringern.
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Die beschriebene Geschwindigkeitsregelung eines Induktionsmotors kann
beispielsweise finit Vorteil zur Steuerung von 11gner-Uinformern verwendet werden,
deren Schlupfwiderstand durch den in Kaskade geschalteter. Koninititatormotor ersetzt
ist. Dient ein solcher Umformer etwa zum Betrieb einer Walzenstraße, wo bei jedem
Arbeitsgang das Schwungrad c-ltladen werden soll, jedoch mir Iris zur unteren Grenze
des durch den Kom-Inutatormotor allein gegebenenRegelbereiclies, so wird der bewegliche
Kontakt am Regelungstransformator im Falle der Abb.2, 3 oder 4. bei jedem normalen
Arbeitsgang von Stellung o auf Stellung 12 und zurückgehen müssen. Tritt aber ausnahmsweise
in der Walzenstraße ein höherer Widerstand auf, beispielsweise durch Einführung
eines zu wenig erhitzten Blockes, so wird es nötig sein, dein Schwungrad eine größere
Leistung zu entnehmen, uni eine allzugroße Leistungsentnahme aus dein Netz zu vermeiden.
Die selbsttätige Steuerung des Ilgner-LTmformers wird dann über die Stellung 12
hinaus regeln, hierdurch den Widerstand in clen Rotorstronikreis einschalten und
nun für diesen Ausnaliniefall einen weiteren Regelbereich von acht Stufen zur Verfügung
halben, so (laß ein übermäßiges Ansteigen der aus dem Netz cntnoinnienen Leistung
finit Sicherheit vermieden werden kann.