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Schalteinrichtung zur selbsttätigen Feldregelung von Gleichstrom-Nebenschluß-oder
Verbundmotoren Es sind Schaltungen zur selbsttätigen Feldregelung von Gleichstrom-Nebenschluß-
oder Verbundmotoren, insbesondere für Hebezeuge, bekannt, bei denen ein elektromagnetischer
Schalter, der eine beliebige Anzahl von die Feldregelung vornehmenden Schaltkontakten
besitzt, angeordnet ist. Durch diesen Schalter wird in Abhängigkeit von dem seine
Spule durchfließenden Ankerstrom sowohl beim Motor- als auch beim Generatorbetrieb
das Feld vollkommen selbsttätig eingestellt. Es ist nun bei den bekannten Schaltungen
der Nachteil vorhanden, daß in dem dem Anker vorgeschalteten Regelwiderstand große
Verluste auftreten.
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Wesentlich vorteilhafter arbeitet ein Motor mit Nebenschluß- oder
Kompoundcharakteristik, dessen,Anker abgesehen von den Anlaßstufen stets an der
vollen Netzspannung liegt und dessen Feld selbsttätig durch eine mit Spannungs-
und Stromspule versehene Regeleinrichtung geregelt wird, bei der gemäß der Erfindung
die Spannungsspule über einen vom Hauptstrom nicht durchflossenen, kurzschließbaren
Widerstand oder über einen Ausschalter direkt an der Netzspannung liegt. Die Spannungsspule
der Regeleinrichtung kann entweder von Hand, beispielsweise durch Kontrollerkontakte
o. dgl., oder selbsttätig abhängig von irgendwelchen Betriebsgrößen geschaltet werden.
Die selbsttätige Schaltung kann man beim Heben beispielsweise von der Belastung
des Hebezeugmotors abhängig machen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. Abb. i zeigt eine Motorsenkschaltung mit im Nebenschluß liegendem
-Motorfeld, Abb. z und 3 Diagramme, welche die Wirkungsweise der in Abb. i dargestellten
Anordnung veranschaulichen. Abb. q: zeigt ein Ausführungsbeispiel mit den für Heben
und Senken erforderlichen Schalteinrichtungen, bei der die Spannungsspule gemäß
der Erfindung beim Heben Verwendung findet. Abb. 5 zeigt ein Diagramm, aus dem die
Vorteile der in Abb. 4 dargestellten Einrichtung ersichtlich sind.
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In Abb. i bezeichnet a den Anker, b das Feld des Motors,
c die Feldregelwiderstände, d die Stromspule und e die Spannungsspule
der Regeleinrichtung, feinen Widerstand im Stromkreis der Spannungsspule, g einen
zum Kurzschließen des Widerstandes f dienenden
Schalter, h den Regelhebel,
der die Feldregelwiderstände c der Reihe nach kurzschließt. In der Ruhelage der
Regeleinrichtung, bei der der Regelhebel von der Feder i in der dargestellten Lage
gehalten wird, ist der gesamte Widerstand c der Feldwicklung b vorgeschaltet. Die
Abbildung läßt erkennen, daß die Spannungswicklung e.bei geschlossenem Schalter
g unmittelbar an der vollen Netzspannung liegt.
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In den Abb. 2 und 3 sind als Abszissen die Zeit t, als Ordinaten die
Amperewindungen des Regelmagneten nach der Abb. i aufgetragen, und zwar in Abb.
a getrennt für die Stromspule (Kurve J) und die Spannungsspule (Kurve E) und in
Abb. 3 als resultierende Amperewindungen. -Die Kurven gelten etwa für mittlere Lasten.
Im Senkbetrieb wird zunächst im Zeitpunkt i durch Einschalten der Spannungsspule
bei geschlossenem Schalter g und demgemäß kurzgeschlossenem Widerstand feine Verstärkung
des Motorfeldes eingeleitet, so daß im Zeitpunkt 2 beim Einschalten des Anläß-Ankerstromes
J im Motorsinn bereits ein möglichst volles Motorfeld vorhanden ist oder durch die
summierende Wirkung von Spannungs- und Strom-Amperewindungen im Regler schnell entsteht.
Im Zeitpunlct 3 wird der Motoranlasser ;kurzgeschlossen. Während der ganzen Zeitperiode
i ;bis 4, entsprechend langsamem Senkbetrieb; hält die stark überwiegende Wirkung
der Spannungsspule das Motorfeld voll erregt, selbst wenn bei schwerer Last bereits,
wie in Abb. 2 dargestellt, Generatorstrom fließt.
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Im Zeitpunkt q. wird der Schalter g geöffnet und außerdem die Spannungsspule
umgeschaltet, was z. B. beides durch Kontrollerkontakte geschehen kann, so daß nunmehr
die höhere Senkgeschwindigkeit. erreicht wird. Infolge der Schwächung der Spannungsspule
wird die Feder i den Regler h verstellen, das Motorfeld schwächen
und den Motor beschleunigen. Mit zunehmender Geschwindigkeit erreicht der Motorstrom
im Zeitpunkt 5 seinen Höchstwert und geht im Zeitpunkt 6 in Generatorstrom über.
Die resultierenden Amperewindungen im -Regelapparat werden, da der Strom seine Richtung
verändert hat, negativ, dagegen bleibt ihre Zugkraft bei einem lÄTeichei,senmagneten
p,osit;.v (punktierte Kurve z). Es hat sich als besonderer Vorteil herausgestellt,
wenn beim Übergang von motorischer in generatorische Last (Punkt 6) die Zugkraft
des Regelapparates und damit die Motorerregung bereits auf einen gewissen Wert angestiegen
ist, weil sonst das Motorbremsmoment schwere Lasten nicht schnell genug abfangen
kann.
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Die Anordnung läßt sich, entgegen der den Abb. a und 3 entsprechenden
Ausführung, auch so treffen, daß die Spannungsspule umgekehrt wie die Stromspule
geschaltet ist, so daß sich die Wirkungen von Spannungs- und Strom - Amperewindungen
voneinander abziehen. Durch eine stark überwiegende Wirkung der Spannungsspule wird
dann eine geiügende Zugkraft des Regelmagneten erreicht, während bei schweren Lasten
und dabei nach kurzer Zeit sich einstellendem Generatorstrom eine Summierung der
Amperewindungen eintritt. Bei dieser zweiten Anordnung kann auch die Stromspule
zur weitergehenden Verringerung der Anzugskraft der Regeleinrichtung überbrückt
oder durch Einschalten eines Parallelwiderstandes geschwächt werden. Im Zeitpunkt
q., in welchem der Schalter g geöffnet ist, und damit auf höhere Geschwindigkeit
übergegangen wird, braucht in diesem Falle die Spannungsspule nicht umgeschaltet
zu werden.
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In Abb. q. bezeichnen wiederum a den Anker, b die Feldwicklung des
Motors, c deren Regelwiderstände, e die Spannungsspule und d die Stromspule der
Feldregeleinrichtung, h den Regelhebel, der die Feldregelwiderstände c beim Ansprechen
der Regeleinrichtung der Reihe nach kurzschließt, m das Hub- und n das Senkschütz.
Die Stromwicklung d besitzt eine Anzapfung z, an welche die Stromspule eines Stromwächters
v über die Kontakte des Hubschützes in derart angeschlossen ist, daß beim Heben
nur ein Teil der Wicklung d wirksam ist. Beim Senken dagegen ist die gesamte Stromwicklung
d der Regeleinrichtung eingeschaltet, so daß eine größere Empfindlichkeit erreicht
wird. Der Stromwächter v, der beim Ansprechen die Spannungswicklung e einschaltet,
besitzt in ähnlicher Weise wie die Regeleinrichtung außer der Stromwicklung noch
eine Spannungswicklung e'. Die Spannungswicklungen e und e' der Regeleinrichtung
und des Stromwächters sind in Serie geschaltet und erhalten über die Kontakte des
Stromwächters v, die bei angezogenem Anker geschlossen sind, Strom. Die Feldvorschaltwiderstände
c sind in der höchsten Stellung der Regeleinrichtung kurzgeschlossen, um die Vollast
mit starkem Motorfeld zu heben. In der tiefsten Stellung des Reglers ist dagegen
das Motorfeld geschwächt, damit der leere Haken mit großer Geschwindigkeit gehoben
wird. Diese Anordnung wirkt beim Heben wie folgt: Durch Einlegen des Schützes m
wird der Motor a eingeschaltet. Der in der Stromwicklung des Stromwächters v auftretende
Schaltstromstoß hebt den Anker des Stromwächters an, so daß die Spannungswicklungen
e, e' eingeschaltet werden. Nachdem der Motor und die Last beschleunigt sind,
sinkt
der Strom, da die zum Heben des leeren Hakens oder der Last
nötige Beschleunigungsarbeit fortfällt. Ist die Last z. B. über 30 0l0 der Vollast,
so bleibt der Anker des Stromwächters v angezogen und damit die Spannungswicklung
e der Regeleinrichtung eingeschaltet. Beträgt die Last am Haken weniger als z. B.
30 °/o der Vollast, so genügt die Summe der Felder in dem Stromwächter v nach Abklingen
des Beschleunigungsstromes nicht, den Anker festzuhalten, so daß dieser abfällt
und dadurch die Spannungsspule e abschaltet. Der Regler sinkt und schaltet Feldwiderstände
c vor, schwächt also das Motorfeld und steigert dadurch die Geschwindigkeit des
Motors.
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Bei einem raschen Sinken des Reglers entsteht nun ein ziemlich starleer
Beschleunigungsstromstoß. Infolgedessen zieht der Stromwächter v an °und schaltet
seine Spannungswicklung und diejenige der Regeleinrichtung wieder ein, so daß diese
ihren Anker hebt und die Feldwiderstände c kurzschließt. Nunmehr sinkt der die Stromspule
des Stromwächters v durchfließende Strom wieder, worauf sich das Arbeitsspiel wiederholt.
Da hierdurch der Betrieb etwas unruhig werden würde, ist an der Regeleinrichtung
eine Dämpfung k vorgesehen, die die Abfallgeschwindigkeit des Ankers der Regeleinrichtung
dämpft. Infolgedessen treten beim Sinken des Regelankers keine Stromstöße auf, so
daß der Stromwächter v abgefallen bleibt. Die Stromwicklung des Stromwächters ist
so ausgelegt, daß sie bis zu ioo olo Vollaststrom ohne die Mithilfe der Spannungswicklung
e' den Anker des Stromwächters nicht anziehen kann. Da nun bei abgefallenem Stromwächter
auch die Spannungswicklung e der Regeleinrichtung abgeschaltet ist, kann der Regler
nicht in seine obere Stellung gelangen, in welcher die Feldwiderstände c kurzgeschlossen
sind, so daß das Motorfeld trotz Vollaststrom nicht voll erregt ist. Erst wenn der
Strom auf beispielsweise i io olo des Vollaststromes angewachsen ist, reicht die
von der Stromwicklung des Stromwächtersv erzeugte elektromagnetische Kraft aus,
um ohne Mitwirken der Spannungsspule e' den Anker des Wächters anzuziehen. Hierdurch
wird die Spannungswicklung e der Regeleinrichtung zugeschaltet, so daß der Regler
nunmehr die Feldwiderstände kurzschließen und das Motorfeld voll erregen kann.
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Beim Senken wird das Schützin geöffnet und das Schütz y1. geschlossen.
Der Strom verläuft dann von der links gezeichneten Netzleitung über die linken Kontakte
des Schützes n., den Motor a, die gesamte Stromwicklung d der Regeleinrichtung und
die rechten Kontakte des Schützes n zu der rechts gezeichneten Netzleitung. Der
Stromkreis für die Stromspule des Stromwächters ist hierbei an den geöffneten Kontakten
des Hubschützes wz unterbrochen.
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Die Vorteile der in Abb.4 dargestellten ,Schaltung sollen an Hand
der Kurven nach Abb. 5 erläutert werden. In dieser Abbildung stellt die Kurve i
die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit und der Last dar unter der Annahme, .
daß das Produkt P # v aus Geschwindigkeit und Lastgröße jeweils konstant
ist. Die Kurve --, zeigt die Charakteristik eines Hauptstrommotors, wie er
bisher in der Regel für Hebezeugmotoren verwendet wurde:, während die Kurve 3 eine
Charakteristik darstellt, die mit Hilfe der Anordnung nach Abb. d. erzielt wird.
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Ein Vergleich der Kurven i und a zeigt, daß mit einem Hauptstrommotor
und den bisher verwendeten Feldreglern z. B. 35 °/o der Vollast nicht mit einer
der Vollastleistung entsprechenden Geschwindigkeit gehoben werden können. Dies ist
besonders nachteilig für solche Winden, die im wesentlichen im Lastbereiche von
Null bis etwa 30 % der Vollast arbeiten, so daß man zur wirtschaftlichen Ausnutzung
der Winde bei kleineren Lasten zur Wahl eines umkuppelbaren, mechanischen Vorgeleges
gezwungen ist. Da es nun bei großer Verschiedenheit des Ladegutes praktisch unmöglich
ist, die Größe der jeweils am Haken hängenden Last genau zu schätzen, wird bei weitgehender
Verwendung des kleinen Vorgeleges häufig infolge Überlastung der Winde der Maximalauslöser
ansprechen. Dies führt im Betriebe meistens dazu, daß das große Vorgelege dauernd
eingerückt bleibt und auf die bessere Aasnutzbarkeit der Winde bei kleineren Lasten
verzichtet wird.
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Verwendet man nun die in Abb. 4 dargestellte Schaltung gemäß der Erfindung,
so kann man den in Abb. 5 durch die Kurven 3, 3u, 3b veranschaulichten Drehzahlverlauf
selbsttätig ohne Umkuppelung eines Vorgeleges erreichen und so die Nachteile --des
Hauptstrommotors bezüglich der Ausnutzung der Winde bei Teillast vermeiden. Die
Kurve 3 läßt z. B. erkennen, daß eine Teillast i von 30 % der Vollast mit der dreifachen
Vollastgeschwindigkeit gehoben werden kann. Beträgt dagegen die Last über 30 % der
Vollast, so wird der Stromwächter v (Abb. d.) angezogen. Infolgedessen wird die
Spannungsspule e des Reglers zugeschaltet, so daß dieser sich in seine obere Stellung
bewegt und infolge Kurzschließens der Feldwiderstände das Motorfeld voll erregt
ist; die Last wird nunmehr mit der aus dem Kurventeil 3b zu entnehmenden
kleineren Geschwindigkeit gehoben. Sobald jedoch die Last unter 30 % der
Vollast
sinkt, fällt der Stromwächter v ab, so daß infolge des hiermit verbundenen Abschaltens
der Spannungswicklung e und des Sinkens des Reglers das Motorfeld geschwächt wird.
Die Last wird infolgedessen mit den in dem Kurventeil 3a entstehenden höheren Geschwindigkeiten
bewegt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt; z. B. braucht der Stromwächter v (Abb. 4) nicht unbedingt mit einer
Spannungswicklung versehen zu sein, sondern das Ansprechen und Abfallen des Wächters
kann auch dadurch erzielt werden, daß der magnetische Kraftfluß im Magnetkern durch
entsprechendes Einstellen des Luftspaltes zwischen dem Magnetkern und seinem Anker
verändert wird.