-
Einrichtung zur Schnellregelung der Drehzahl von Maschinen In neuerer
Zeit sind Regelvorrichtungen zur Konstanthaltung der Drehzahl von Maschinen, insbesondere
elektrischer Maschinen, bekannt geworden, d:e eine äußerste Genauigkeit der Drehzahlkonstanz
gewährleisten und daher auf verschiedenen Anwendungsgebieten, beispielsweise .der
Konstanthaltung der Drehzahl von Hochfrequenzma.schinen zur Erzielung einer möglichst
konstanten Frequenz der erzeugten Hochfrequenzströme, bedeutende Fortschritte mit
sich gebracht haben. Einer der bekanntesten dieser Regler ist der Drehzahlregler
nach Schmidt. Das Wesentliche aller diIese.r als Schnellregler zu bezeichnenden
Regler besteht darin, daß eine dauernde Regelung auch dann, wenn däe zu beeinflussende
Größe, im vorliegenden Falle also die Drehzahl, ihren normalen gewünschten Wert
besitzt, stattfindet, so daß schon bei der genngsten Abweichung vom Normalzustande
die Reglerwirkung nicht erst in Tätigkeit zu treten braucht, sondern bereits in
voller Höhe vorhanden. ist und daher eine der entstehenden Änderung augenblicklich
entgegenwirkende Kraft auslösen kann, wodurch insbesondere der EInfluß von Trägh
@eitserscheinungen, die sich bei den in Frage kommenden äußerst empfindlichen Regelverfahren
störend bemerkbar machen, praktisch ausgeschaltet ist. Beispielsweise beruht die
Wirkung des ob,enerwähnten bekannten Reglers grundsätzlich darin, daß ,ein mit der
Geschwindigkeit der zu regelnden Maschine oder proportional damit umlaufendes, schwingendes
Kontaktorgan möglichst an der Stelle seiner ,größten S.cliwvngungsrveite ein Kontaltgewicht
trägt, d:eim gegenüber ein, relativ zu dem schwingenden Organ fest angeordneter
Gegenkontakt sich befindet. Unter dem gleschzeiti@gen Einfluß der auf das Kontaktgewicht
wirkenden, von der Umdrehungsgeschwiazdigkeit abhängenden und im wesentlichen konstanten
Wert besitzenden Fliehkraft und der periodisch auf das Kontaktgewicht weiterhin
einwirkenden Schwerkraft wird bei richtiger Bemessung der Konstanten des schwingenden
Organs erreicht, daß während Jeder Umdrehung, und zwar immer dann, wenn die beiden
zur Einwirkung gelangenden Kräfte in der gleichen Richtung wirken, ein Kontaktschluß
stattfindet, ganz gleich, welche Geschwindigkeit gerade in dem betreffenden Augenblick
Herrscht. Durch dieses zwangsläufige Öffnen und Schließen der Kontakte kann beispielsweise
ein elektrischer Stromkreis des Antriebsmotors durch Öffnen oder Kurzschließen eines
in demselben eingeschalteten Regelw@dersta:ndes derart beeinflußt werden, daß die
Drehzahl. praktisch äußerst genau konstant gehalten wird.
-
Aus der Abb. i s ;nd diese Verhältnisse noch- näher zu .erkennen.
Dabei. ist angenommen,
daß es sich um einen normalen Gleichstromnebenschlußmotor
als Antriebsmaschine, z. B. für eine Hochfrequenzmaschine, handelt. Im Fesderregerkrels
des Motors befindet sich. außer einem bekannten Feldregelwiderstän.d ein weiterer
geeignet zu wählender fester Regelwiderstand. Wird nun das Feld des Motors an Spannung
gelegt, so bildet sich in der Feldwicklung ein Erregerstrom aus, dessen Stromstärke
abhängig ist vom gesamten Widerstand des Felderregerkreises und der vom Augenblick
des Einschaltens an zeitlich nach einer Exponentialkwrve (Kurven in. der Abb. i)
allmählich auf seinen Endwert a, anwächst. Wird umgekehrt der Felderregerkreis der
Maschine wieder geöffnet, dann dauert es ebenfalls eine bestimmte Zeit, bis der
Strom wieder auf seinen; Wert o herabgesunken ist, was in der Abb. i durch die Kurve
b, die das Spiegelbild der Kurve a ist, dargestellt wird. Es sei nun, angenommen,
der Strom sei im Zeitpunkte i nach der Kurven auf einen: bestimmten Wert gestiegen,
bei denn der Motor eine derartige Drehzahl erreicht hat, daß das obenerwähnte periodische
Schließen und Öffnen der Reglerkontakte in, Tätigkeit tritt, und zwar sei, wie in
der Abb. i veranschaulicht, die öffnungsdauer genau gleich der Schließungsdauer
innerhalb einer während je einer Umdrehung stattfindenden Regelperiode p. Der Erregerstrom
nimmt daher, wie aus der Abbildung ersichtlich, gar nicht erst seinen Endwertae
an, sondern pendelt, da der in den Erregerkreis eingeschaltete Regelwiderstand dauernd
kurzgeschlossen und wieder geöffnet wird, mvischen zwei Werten zickzackfönnig hin
und her, welche Pendelwagen jedoch praktisch infolge der verhältnismäßig schnellen
Öffnungs-und Schließungsfrequenz verschwindend gering sind und überdies in ihrer
Einivirkunauf die Drehzahl, die ja erst indirekt vom Erregerstrom bestsmmt wird,
ül)erhaupt nicht mehr erkennbar auftreten, so daß ein mittlerer, in der Abb. i durch
die punktierte Kurve e angedeuteter Erregerstrom für dsie praktischen Verhältnesse
in die Erscheinung tritt. Die öffnungs- und Schließungszeiten sind in der Abb. i
unterhalb des Schaubildes durch schraffierte bzw. weiße Rechtecke angedeutet.
-
Läuft nun be@1spielsweise die Maschine schneller (Zeitpunkt 2 in Abb-
i ), so nimmt die Fliehkraft zu und die Zeit innerhalb einer Umdrehung des Reglers,
während der eine Berührung der Kontakte stattfindet, wird größer, die Zeit der Kontaktöffnungen
daher entsprechend kleiner, mit anderen Worten, das Verhältnis Kontaktschluß zu
Kontaktöffnung wird größer, und der mittlere Strom c nimmt praktisch momentan einen
höheren Wert an. Durch d:,esen erhöhten Magnetstrom nimmt jedoch die Drehzahl wieder
ab, so daß praktisch eine Beibehaltung der einmal herrschenden Drehzahl erzielt
wird. Bei Unterschreiten der normalen Drehzahl treten genau die gleichen Verhältnisse
auf.
-
Wesentlich bei dem Regelverfahren ist, daß dauernd, auch im Normalzustande,
die Kontakte periodisch geschlossen und geöffnet werden, im wesentlichen unabhängig
von der gerade herrschenden Geschwindigkeit, während bei, älteren- bekannten Fliehkraftregleranordnungen
ein Schließen bzw. Öffnen der Kontakte erst beim Überschreiten oder Unterschreiten
einer bestimmten, von der normalen Tourenzahl sich unterscheidenden Grenztourenzahl
stattfindet, wodurch nur eine stoßartige; zwischen zwei Grenzwerten willkürlich
hin und her pendelnde Re gelung;erzieit wurde (Grobregelung). Der vorbeschnebene
Vibrationsschnellregler kann nun seinerseits ebenfalls eine derartige Grübregelung
ausführen, wenn auftretende Belastungen oder Netzspannungsstöße so stark smd, daß
das erwähnte periodische Öffnen und Schließen der Reglerkontakte innerhalb einer
Umdrehung verschwindet und die Kontakte entweder dauernd sich berühren, oder überhaupt
nicht mehr zur Berührung gelangen. Diese beiden Grenzdrehz.ahlen stellen den Bereich
dar, innerhalb dessen überhaupt eine Regelung der beschriebenen Art stattf.ndet.
Um daher der Regelung einen möglichst weiten Spielraum zu geben, ist es, wie man
leicht einsieht, gemäß der Erfindung vorteilhaft, im normalen Zustande so, zu arbeiten,
daß öffnungs- und Schlußzeit der Kontakte nahezu oder vollständig gleich sind, so
daß man von beiden Grenzwerten der Regelung möglichst gleich weit entfernt ist.
Ein solcher Zustand ist auch in Abb. i zunächst angenommen worden .(Regelung von
Zeitpunkt i bis z). Findet jedoch, wie dies beispielsweise nach dem Zeitpunkt 2
angenommen wurde, eine Belastungsänderung der Maschine _ oder eine Änderung der
zur Energielieferung dienenden Netzspannung statt, so. ergmbt sich sofort infolge
der dadurch bedingten Drehzahländerung ein neues Verhältnis von Schluß- und Öffnungsdauer
der Reglerkontakte, und der Regler kann in dem neuen Zustande sehr nahe an einem
der Grenzwerte des Regelbereichs arbeiten (beispielsweise zwischen Zeitpunkt z und
3 der Abb. i), so daß jetzt schon verhältnismäßig geringe neue Störungen genügen
würden, um den Regler aus dem Regelbereich herausfallen und die erwähnte Feinregelung
außer Wirkung kommen zu lassen. Derartige Schwankungen treten im Betrieb besonders
dann auf, wenn man Antriebsmaschinen verwendet, die vorn einer -stark schwankenden
Netzspannung gespeist werden, oder wenn
es sich, wie es z. $. in
der drahtlosen Schnelltelegraphie der Fall ist, um verhältnismäß'_g starke und schnelle
Belastungsänderungen einer von der Maschine angetriebenen Hochfrequenzmaschine,
deren Frequenz auf äußerst genauer Konstanz gehalten werden muß, handelt.
-
Durch die Erfindung wird nun eine Einrichtung angegeben, die den Regler
dauernd im günstigsten Punkte des Regelbereichs arbeiten läßt und die Gefahr des
Herausfallens aus demselben verhindert, und zwar arbeitet die Einrichtung selbsttätig,
so daß selbst Belastungsstöße verhältnismäßig großer Stärke einwandfrei und sicher
ausgeglichen werden.
-
Das Wesen der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß durch eine
in Abhängigkeit von. der Feinregelung gesteuerte Grobregelung der Regelbereich der
ersteren derart geändert wird, daß einerseits die Wirkung der Feinregelung bei allen
Belastungszuständsn gesichert ist, andererseits dieselbe stets im günstigsten Punkt
des gerade gültigen Regelbereichs arbeitet. Dies veranschaulichen gemäß Abb. i die
Verhältnisse nach dem Zeitpunkt 3. Hier ist angenommen, daß der in dem Felderregerkreis
des Antriebsmotors eingeschaltete Widerstand verkleinert wurde, so daß, wenn man
jetzt die Kurve des Stromanstiegs- und -abfalls ermittelx, ein Verlauf sich ergibt,
wie er durch die beiden strichpunktierten Kurven a', b' dargestellt ist.
Man erkennt leicht, daß man durch Wahl der Anderung des Regelwiderstandes es erreichen
kann, da.ß wieder genau gleiche öffnungs- und Schließungsdauer der Kontakte erzielt
wird, und da.ß der Regler im günstigsten Punkte des jetzt gültigen Regelbereiches
arbeitet. Die Steuerung des zusätzlichen Feldwiderstandes muß dabei geschehen in
Abhängigkeit von der Verschiebung des Regelpunktes vom günstigsten Noianalzustand,
oder mit anderen Warten, vom Wert des Verhältni,sses von Sch.ließungs- zu Öffnungsdauer
der Reglerkontakte.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung wird z. B. durch die Abb. 2 dargestellt.
Es bedeutet i eme auf konstanter Drehzahl. zu haltende Maschine, beispielsweise
die Hochfrequenzmaschine einer drahtlosen Anlage, a deren Antriebsmotor, im gezeichneten
Falle einen Gleichstromnebenschlußmotor, der aus dem Gleichstromnetz 3 gespeist
wird, a ist die Felderregung, des Motors, 5 ein zur Schnellregelung und Steuerung
durch die Reglerkontakte dienender Regelwiderstand und 6 der weiterhin erfindungsgemäß
im Erregerkreis liegende, zur Einstellung des günstigsten Regelbereichs in Abhängigkeit
von der Feinregelumg selbsttätig gesteuerte zusätzliche Regelwiderstand. 7 bedeutet
eine auf der Achse der Antriebsmaschine sitzende Scl-eibe, auf der die den Regler
bildeaclen Teile angeordnet sind, die aber beispielsweise auch am Rotor der Hochfrequenzmaschine
selbst angeordnet sein können. 8 ist eine an der Scheibe befestigte, einseitig eingespannte
Feder, die an ihrem freien Ende ein Kontaktgewicht 9 trägt; der Gegenkontakt i o
ist fest auf der Scheibe angeordnet. Die Feder und der Gegenkontakt s'_nd an Schleifringe
i i geführt, die über Bürsten, an die Endpunkte des Regelwiderstandes 5 im Nebervschlußkreis
des Antriebsmotors angeschlossen sind. Bei jeder Umdrehung der Scheibe 7 entsteht,
bei richtiger Bemessung der Konstanten der Feder, und zwar immer dann, wenn das
auf der Feder angeordnete Kontaktgewicht g in den Bereich seiner tiefsten Lage gelangt
und die beiden. auf das. Gewicht einwirkenden Kräfte, nämlich die dauernd wirkende
Zentrifugalkraft und periodisch innerhalb einer Umdrehung je einmal im gleichen
Sinne wirkende Schwerkraftein von der Drehzahl abhängiges, kürzeres oder stärkeres
Schließen der Kontakte, wo= durch in der oben. erläuterten Weise eine Feinregelung
der Drehzahl des Antriebsmotors z zustande kommt. An den Klemmen der Kontakte 9
und io bzw. den Bürsten der Schleifringe i i liegt nun noch, gegebenenfalls unter
Zwischenschaltung einer Stromquelle, die Wicklung eines Relais 12, dessen Anker
beim Öffnen und Schließen je einen Gegenkontakt i:1 bzw. 15 schließt und
somit die eine oder andere Hälfte eines Potentiometers 16 mit den Ankerklemmen eines
Servomotors 17 verbindet, dessen Feld an einer konstanten Spannung, im gezeichneten
Beispiel der Netzspanirnung 3 liegt. Die Mitte dies Potentiometers 16, das ebenfalls
an der Netzspannung liegt, ist mit der ,einen Ankerklemme des Servomotors verbunden,
dessen andere Ankerklemme nach dem Anker 13 des Relais i z führt. je nachdem also
der Kontakt 14 oder 15 geschlossen ist, d. h. je nachdem die Kontakte 9 und io geschlossen
oder geöffnet sind, hat der Motor das Bestreben, nach der einen oder nach der anderen
Richtung anzulaufen und hierdurch unter Zwischenschaltung gee',gneter Übersetzungsmittel
den zusätzlichen veränderlichen Regelwiderstand 6 im Nebenschlußkre-s dies Antriebsmotors
zu verändern. Ist nun die öffnungs- und Schließungsdauer der Kontakte 9 und i o
bzw. die entsprechende Schheßunng der Kontakte i q. und 15 gleich, so ist das Bestreben
des Motors, nach der einen und anderen Seite anzulaufen, gleich groß, so daß er
still stehen. bleibt oder nur eine schwach vibrierende Bewegung ausfuhrt. Letzteres
ist also immer dann der Fall, wenn der Regler in, seinem günstigsten Punkte arbe_tet,
d. h. wenn Ofnungs- und Schließungsdauer
nahezu gleich sind. Sobald
jedoch infolge irgendeiner Drehzahländerung, sei es hervorgerufen durch Netzspannungschwankungen
oder durch Belastungschwankungen, dieser Punkt nach der Richtung des einen oder
anderen Grenzwertes. des Regelb.erei:chs verschoben wird, beispielsweise in Abb.
i nach dem Zeltpunkt -> zu, dann sind Kontaktöffnungsdauer und KontaktschEeßungsdauer
nicht mehr gleich, folglich auch die Zeitdauern der Schließungen der Kontakte 1q.
und 15 verschleiden , so@ daß der Servomotor nach der einen Seite zu laufen
anfängt und den Widerstand 6 im oben erläuterten Sinne so- weit verändert, bis die
Regelung wA@ederum derart arbeitet, daß öffnungs- und Schließungsdauer glemch geworden
sind, der Servomotor :also wieder von selbst zur Ruhe kommt- (s. Abb. i nach Zeitpunkt
3).
-
Statt dile beiden Widerstände 5 und 6 (fester ZV,#derstand für die
Feinregelung und veränderlicher Widerstand für die Grobregelung) In den Nebenschluß
eines Gleichstrommotors, w:.ie beschrieben, zu schalten., können s'_@e in irgendeinen
Regelkreis eingeschältet werden, be?.spielsweise in den Stromkreis einer besonderen,
für -die Regelung vorgesehenen elektrischen Bremse (Wirbelstrombremse), die auf
der Achse der zu regelnden Maschine angeordnet ist und so im Zusammenhang mit dem
Regler e'-,ne BremsregeleWrichtung darstellt. In diesem Falle kann auch die Antrebsmaschine
irgendeine beliebige Kraftmaschine sein. Auch ist ,es nicht unbedingt erforderEch,
ein und denselben Regler zur Steuerung sowohl der Fein- als auch der Grobregelung
zu verwenden, sondern für beide Zwecke kann je e'_n getrennter Regler vorgesehen
sein. Handelt es sich um die Verwendung von Maschlrien verhältnismäßig kleiner Leistungen,
so, kann man unter Umständen e#n besonderes Relais 1a zwischen Regler und Servomotor
entbehren und dem schwingenden Kontaktgewicht 9 einen weiteren, dem Kontakt io gegenüberliegenden
Gegenkontakt zuordnen, der ebenfalls über Schleifringe nach außen geführt ist. Die
beiden: Gegenkontakte sind dann, wie man leicht einsieht, mit den Endpunkten des
Potentiometers 16 und der ' .auf der schwingenden Kontaktfeder befindliche Kontakt
mit der einen Ankerklemme des Servomotors 17 zu verbinden.
-
D.ie Einwirkung der Fein- und Grobregelung braucht nicht notwendigerweise
auf den gleichen Stromkreis stattzufinden, sondern beide können .auf je einen getrennten
Regelstromkre''s enwirken. -So kann beispielsweise bei der Regelung eines Drehstrommotors
die Febregelung zur Steuerung der Gleichstromerregung in die Ständerwicklung des
Motors emgeschalteter,- gleichstromgesättigter Eisendrosseln dienen, während der
die Grobregelung bewirkende Servomotor einen veränderlichen, im Rotorkres des Motors
angeordneten Widerstand steuert. Um ein Zuweitlaufen des Servomotors zu verhindern,
kann derselbe weiterhin erfindungsgemäß in seinen Endstellungen mechanisch oder
elektrisch blocEert werden, was beispielsweise durch di:e Abb.3 veranschaulicht
wird, deren Bezugszeichen, soweit sie sich auf gleiche Teile beziehen, mit denen
der Abb. z übereinstimmen. i9 und 2o s'nd darin zwei Kontaktschienen, über die durch
die Welle des Servomotors bewegte Kontaktarme gleiten und die in ihren Endstellungen
die durch die Kontakte i q. und 15 geschlossenen Stromkreäse des Motorankerkreises
unterbrechen und so den Servomotor nach Anlangen in seinen Endstellungen selbsttätig
abschalten. Die gleiche Wirkung könnte jedoch auch durch eine ausrückbare Kupplung
erzielt werden.
-
Um den Motor ohne Rücksicht auf die Stellung .des Widerstandes 6 in
einfacher Wese anlassen zu können, kann .parallel zu diesem ein besonderer Anlaßwiderstand
geschaltet werden, der groß gegenüber dem W--derstand 6 ist und. der bei angelassenen
und auf _ Touren befindlichem Motor ausgeschaltet- i,st.