DE488114C - Elektrolyt-Unterbrecher zur spasmodischen Regelung von Elektromotoren - Google Patents

Elektrolyt-Unterbrecher zur spasmodischen Regelung von Elektromotoren

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DE488114C
DE488114C DEP56213D DEP0056213D DE488114C DE 488114 C DE488114 C DE 488114C DE P56213 D DEP56213 D DE P56213D DE P0056213 D DEP0056213 D DE P0056213D DE 488114 C DE488114 C DE 488114C
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/066Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current using a periodic interrupter, e.g. Tirrill regulator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • Elektrolyt-Unterbrecher zur spasmodischen Regelung von Elektromotoren Es ist bekannt, elektrische Ströme zum Anlassen von Motoren statt durch veränderliche Vorschaltwiderstände dadurch zu regeln, daß der Stromkreis rhythmisch unterbrochen wird. Eine derartige Regelung nennt man eine >>spasmodische«. Hierbei wird der mittlere Energieinhalt dieser pulsierenden Ströme dadurch verändert, daß :das Verhältnis der Zeitdauer des einzelnen Stromimpulses zur Zeitdauer der Unterbrechung verändert wird. Die spasmodische Regelung vermeidet den durch Ohmsche Vorschaltwiderstände eintretenden Verlust. Sie hat sich bisher aber nicht durchsetzen können. Bei schwachen Strömen sind die Stromersparnisse zu gering, als daß: sich die komplizierten Anordnungen wirtschaftlich rentieren würden. Für starke Ströme aber, bei denen der Fortfall der Verluste ausschlaggebend sein würde, konnte sie bisher nicht verwendet werden, weil. die periodische Unterbrechung durch die starke Lichtbogenbildung unmöglich gemacht wurde. Aus diesem Grunde hat sich die spasmodische Regelung trotz ihrer Vorteile nicht einführen können.
  • Andererseits ist durch die deutsche Patentschrift 3'78 22 1 ein Unterbrecher bekannt geworden, der @es gestattet, hohe Ströme bei hoher Spannung in kurzen Perioden zu unterbrechen. Dieser elektrolytische Unterbrecher besteht ,aus einer umlaufenden Elektrode, die durch einen Elektrolyten an einer innerhalb des Elektrolyten vorgesehenen festen Elektrode vorbei hindurchschlägt und jedesmal durch Eintauchen der Elektrode in den Elektrolyten den Stromkreis schließt und beim Austauchen öffnet. Dieser Unterbrecher kann aber für die spasmodische Regelung nicht ohne weiteres verwandt werden, weil er ein konstantes Verhältnis der Dauer des einzelnen Stromimpulses zur Stromunterbrechung aufweist. Dieses Verhältnis wird auch durch eine Änderung der Umlaufzahl der Elektrode nicht beein$ußt, vielmehr bleibt der mittlere Energieinhalt des Stromes innerhalb gewisser Grenzen derselbe. Die bekannten Vorschläge zur Änderung der Stromschlußdauer von Quecksilberstrahlunterbrechern können auf elektrolytische Starkstromunterbrecher nicht ohne weiteres angewendet werden.
  • Die Erfindung betrifft einen regelbaren elektrolytischen Unterbrecher, der die spasmodische Regelung für sehr hohe Energien ermcglicht, ohne daß: beim Unterbrechen ein Lichtbogen auftritt, und ohne daß ein Reststrom dauernd fließt.
  • Am einfachsten kann ein elektrolytischer Unterbrecher durch Heben und Senkken des Flüssigkeitsspiegels geregelt werden. Dies hat allerdings den Nachteil, daß der Unterbrecher bei den kürzesten, aber stärksten Stromstößen unter den ungünstigsten Verhältnissen arbeitet. Zweckmäßiger ist es, das Verhältnis der Zeitdauer des Stromimpulses zur Unterbrechung dadurch zu regeln, daß der elektrolytische Unterbrecher mit zwei synchron umlaufenden Elektroden versehen wird. Diese synchron umlaufenden Elektroden können gegeneinander bezüglich der Eintauchphase verschoben werden, so daß dadurch eine einwandfreie spasmodische Regelung bei unveränderlichem Elektrolytspiegel erreicht wird. Durch Reihenschaltung der beiden Elektroden kann das Verhältnis der Stromöffnung zum Stromschluß von o bis i geregelt werden. Durch Parallelschaltung der beiden synchron umlaufenden Elektroden kann dieses Verhältnis von i bis zu c-D geregelt werden.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß sowohl beim Beginn des Anlassens ein völlig funkenfreies Ein- und Austauchen möglich ist, als auch während der gesamten Anlaßperiode jede Energieverschwendung durch Widerstandserwärmung vermieden werden kann. Man kann Starkströme von mehreren tausend Kilowatt durch einen spasmodischen Regler mit elektrolytischen Unterbrechungsstellen funkenlos mit beliebiger Periodizität und bebeliebigen Intervallen unterbrechen, und erst durch die völlige Funkenfreiheit wird das bekannte Verfahren zum Regeln von Strömen insbesondere zum Anlassen und zur Drehzahlregelung von Motoren verwendbar. Es hat, insbesondere in seiner Anwendung zum Anlassen von Elektromotoren, bekanntlich den Vorteil, daß keinerlei Energie vernichtet wird, weil die überschüssige Anlaßenergie nicht in Widerständen verzehrt wird, sondern der Strom in den Strompausen tatsächlich unterbrochen wird.
  • Ferner ermöglicht das Verfahren ein sehr gleichmäßiges, ruckfreies Anlassen, ein sehr schnelles Anfahren und im Zusammenhang damit eine wesentlich dichtere Zugfolge bei der Anwendung auf Bahnmotoren. Ferner ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Schaltung des Kontrollers und dadurch eine höhere Betriebssicherheit. Für die Veränderung der Stromschlußphasen im Verhältnis zu den Strompausen gibt es verschiedene Möglichkeiten.
  • In den Zeichnungen bedeutet Abb. i einen Schnitt parallel zur Achse durch eine Elektrolytzelle, Äbb. z einen Schnitt senkrecht zur Achse. Abb. ;3 zeigt einen Anlasser mit Schaltwalze, Abb. ¢ eine Abwicklung der Schaltwalze. In Abb. i rotiert die Elektrode A um die isolierte Achse B und schlägt durch die im Gehäuse C befindliche Elektrolytflüssigkeit U. Das Gehäuse C kann als Elektrode dienen, oder es kann eine besondere Elektrode D angeordnet sein. Wie Abb. 2 zeigt, taucht in das Elektrolytbad ein Hohlkörper G, durch den die Höhenlage des Flüssigkeitspiegels U (Abb. i) zwischen U' und U" (Abb. 2) verändert werden kann. Bei U', U" ist der Strom vollkommen unterbrochen, die Stromschlußperiode nimmt bei umlaufender Elektrode A in dem Maße zu, als U', U' bis zu U", U" ansteigt. Durch Verändern der Höhenlage des Elektrolytflüssigkeitspiegels kann also der Rhythmus zwischen Stromschluß und Stromöffnung beliebig verändert werden, gleichgültig, ob die Höhenlage durch Eintauchkörper, Absaugen des Elektrolythades, Verdrängen der Flüssigkeit, Höherlegen der Achse B o. dgl. bewirkt wird. Man könnte auch. mittels eines beliebigen Vorgeleges, das nicht dargestellt ist, die Elektrode A mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit umlaufen lassen oder die Eintauehflächen der Elektrode A während der Regelung fächerförmig spreizen oder vermindern. Der Apparat wird eingeschaltet, indem das Gehäuse C oder die Elektrode D an den einen Pol des zu unterbrechenden Stromkreises und die Elektrode A an dem anderen Pol mittels eines Schleifrings und Bürste angeschlossen ist.
  • Eine ,andere Möglichkeit der Stromregelung besteht darin, daß man zwei synchron laufende Unterbrecher mit unveränderlichem Flüssigkeitspiegel hintereinanderschalüet, so daß die Stromunterbrechung an zwei Stellen hintereinander erfolgt (Abb..3). Dann wird das Verhältnis der stromführenden zur stromlosen Zeit dadurch verändert, @daß die Phasen der beiden synchron umlaufenden Elektrodenwellen gegeneinander verändert werden, so daß die Eintauchung der umlaufenden Elektrode des einen Unterbrechers in den Elektrolyten gegen die Eintauchung des anderen Unterbrechers zeitlich verschoben ist. Dann ist der zu regelnde Stromkreis so lange stromführend, als beide umlaufenden Elektroden gleichzeitig in ihre Elektrolyten eintauchen. Taucht die Elektrode des einen Unterbrechers in dem Augenblick ;aus, in dem die des anderen eintaucht, ist die Stromeinschaltungsphase = o. Wird durch gegenseitiges Verdrehen der Elektroden beispielsweise eine Verzögerung des Austauchens einer Elektrode herbeigeführt, so tauchen beide Elektroden eine kurze Zeit gleichzeitig inihreElektrolyten ein, und der Strom beginnt mit einer im Verhältnis zur Stromunterbrechungsphase sehr kleinen Stromführungsperiode zu fließen. Durch weitere Phasenverschiebung des Synchronismus der beiden Elektroden kann die Stromführungsphase gegenüber der Stromunterbrechungsphase in stetem Übergange bis zu dem Werte vergrößert werden, bei welk. chem die Elektroden beider Unterbrecher gleichzeitig ein- und austauchen. Da das Verhältnis der Eintauchung zur Austauchung der rotierenden Elektrode beider Unterbr; -cher = i gewählt ist, so ist das Verhältnis der Stromführungsphase zur Stromunterbrechungsphase bei der hierbei erreichten Elektrodenstellung der beiden Unterbrecher ebenfalls = i. Soll jetzt das Verhältnis der Stromführungsphase zur Stromunterbrechungsphase im Stromkreise noch weiter vergrößert werden, so müssen die beiden Unterbrecher aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung übergeführt werden. Werden jetzt die beiden umlaufenden Elektroden noch weiter gegeneinander verdreht, so wächst das Verhältnis der Stromführungs- zur Stromunterbrechungsphase entsprechend der Verdrehung bis zum Grenzwert unendlich. an.
  • Statt daß die beiden gegeneinander zu verdrehenden Elektroden durch einen gesonderten Elektrolyten schlagen, können auch die beiden Elektroden in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut werden und durch denselben Elektrolyten schlagen. Dann sind die beiden umlaufenden Elektroden sowohl gegeneinander als gegen das Gehäuse gut zu isolieren. Die den umlaufenden Elektroden entsprechend zugeordneten ruhenden Elektroden sind dann miteinander und mit dem gemeinschaftlichen Gehäuse leitend verbunden. Bei der Reihenschaltung dieses Doppelunterbrechers sind die beiden umlaufenden Elektroden an je einen der Pole des zu unterbrechenden Stromkreises zu schalten, während bei der Parallelschaltung die umlaufenden Elektroden an den einen Pol, das Gehäuse an den anderen Pol des zu unterbrechenden Stromkreises gelegt werden.
  • Die umlaufenden Elektroden der beiden synchron laufenden Unterbrecher können durch Planetengetriebe oder sonst in der Technik zu diesen Zweck verwandte Mittel gegeneinander verstellt werden.
  • Die L'berführung der Unterbrecher aus der Reihen- in die Parallelschaltung oder umgekehrt kann selbsttätig dadurch .erfolgen, daß in bekannter Weise eine Schaltwalze zwangsläufig mit der Vorrichtung zur Verdrehung der Elektroden gekuppelt ist.
  • In Abb.3 sind P1, P, zwei gleiche elektrolytische Unterbrecher. Die Elektrode Al des Unterbrechers P1 ist auf der massiven Welle BI befestigt, die mittels Kugellagers auf der einen Seite in dem Lager Il gelagert und an den Elektromotor M gekuppelt ist, auf der anderen Seite in ihrer Verlängerung den Schleifring E trägt, auf dem die Bürste F schleift. Die Elektrode des UnterbnechersP, sitzt auf der über die Welle B1 geschobenen Hohlwelle B2 und ist mittels Kugellagers in dem LagerbockJ2 gelagert, wodurch sie gleichzeitig das andere Ende der Welle B, stützt. Die Buchse H ist , in- den Lager lK axial verschiebbar angeordnet. In diese Buchse ist isoliert ein Kugellager einge-: spannt, an dessen inneren umlaufenden Teil. ein Zapfen befestigt ist, der gleichzeitig durch einen in die Welle B2 spiralförmig und einen in die Welle B1 geradlinig geschnittenen Schlitz greift. Die Buchse H trägt außen eine Verzahnung L, in die das auf der Welle R befindliche Zahnrad N greift, durch dessen Beeinflussung die Buchse parallel. zur Achse verschoben und die Verdrehung der Elektroden-l1, A2 gegeneinander bewirkt wird. Die Buchse H ist ferner durch entsprechende Schienen im Lager I( gegen Drehung um die Achse B2 gesichert. Auf der Welle R sitzt die Schaltwalze S, die selbsttätig die Umschaltung der Unterbrecher von der Reihenin die Parallelschaltung und inngekehrt in der entsprechenden Stellung ausführt. Die Unterbrecher P1, P2 sind isoliert auf der Grundplatte V befestigt, ebenso sind die Wellen B1, B2 isoliert in den Lagerböcken J1, J2 gelagert und isoliert mit dem Motor M gekuppelt. Bei der Hintereinanderschaltung der beiden Unterbrecher sind die beiden Gehäuse an je einen Pol des zu regelnden, Stromkreises gelegt. Dann geht der Strom von dem einen Pol dieses Stromkreises über die ruhende Elektrode des Unterbrechers P1 und dessen Flüssigkeit, über die umlaufende Elektrode A1 dieses Unterbrechers, durch die leitende Welle B1, über die dicht auf dieser liegende Hohlwelle B2, über die umlaufende Elektrode A2, durch die Flüssigkeit und die ruhende Elektrode des Unterbrechers P2 an den anderen Pol des zu unterbrechenden Stromkreises. In der Parallelschaltung sind der Schleifring E leitend mit dem einen Pol des zu regelnden Stromkreises, die ruhenden Elektroden der Unterbrecher P1, P2 mit dem anderen Pol des zu regelnden Stromkreises verbunden. Auf der Schaltwalze sind zweckmäßig Kurzschlußkontakte vorzusehen, welche bei unendlich klein werdender Stromunterbrechungsphase die Unterbrecher kurzschließen, so daß dann die Unterbrecher entlastet sind. Abb. q. zeigt den Umfang der Schaltwalze, in eine Ebene abgewickelt. Die Umschaltung der Reihen- in die Parallelschaltung geschieht in der Linie V1. Die jeweilige Schaltung des Reglers geht aus der gezeichneten Stellung der Kontaktfinger W1, W2, W3 usw. hervor. X1, X! ist das Netz, aus dem der zu regelnde Stromkreis gespeist wird, Y der zu regelnde Motor.
  • Für den Betrieb der Gleichstromapparate mittels Wechselstrom oder Drehstrom ändert sich die vorstehende Einrichtung nicht wesentlich. Bei Wechselstrom sind die Elektroden um 18o° gegeneinander versetzt, entsprechend i 36o°, bei Drehstrom um 6o°, entsprechend ± 120'. Selbstverständlich müssen für jede Phase des Drehstroms oder für jeden Pol des Gleichstroms i bzW. 2 voneinander isolierte Elektrolythäder vorgesehen sein, je nachdem, ob die zwei Elektroden einer Phase in ein gemeinschaftliches oder in zwei getrennte Elektrolythädex tauchen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrolyt-Unterbrecher mit abwech. selnd ein- und austauchenden, umlaufenden Elektroden zur spasmodischen Regelung von Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Eintauchzeit (Stromführung) zur Austauchzeit (Stromlosigkeit) regelbar ist.
  2. 2. Unterbrecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,. daß die Höhenlage des Elektrolytspiegels regelbar ist, z. B. durch einen in den Elektrolyten eintauchenden, verstellbaren Verdrlängungskörper.
  3. 3. Unterbrecher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß, mehrere miteinander synchron umlaufende Elektroden gegeneinander in der Eintauchphase verschiebbar sind. q.. Unterbrecher nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die wechselweise Reihen- und Parallelschaltung mehrerer miteinander synchron umlaufender Elektroden.
DEP56213D 1927-10-05 1927-10-05 Elektrolyt-Unterbrecher zur spasmodischen Regelung von Elektromotoren Expired DE488114C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE841772C (de) * 1950-06-22 1952-06-19 Demag Zug Gmbh Regelung der Drehzahl von Drehstrom-Motoren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE841772C (de) * 1950-06-22 1952-06-19 Demag Zug Gmbh Regelung der Drehzahl von Drehstrom-Motoren

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