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Einrichtung zur Unterdrückung des Ruhestroms im Ankerkreis einer Leonardschaltung
Bei in Leonardschaltung betriebenen Gleichstrommotoren bleibt der Ankerstromkreis
zwischen Generator und Motor dauernd geschlossen. An einer solchen in Abb. i der
Zeichnung schematisch dargestellten Anlage wird zum Steuern des Arbeitsmotors A
keinerlei Schaltung in diesem Stromkreis vorgenommen. Der Ankerkreis wird auch dann
nicht unterbrochen, wenn der Motor stillgesetzt werden soll. Das Schalten zum Steuern
und Stillsetzen erfolgt allein im Nebenschluß 92 des Leonardgenerators G mit Hilfe
des Reglers R. Soll der Arbeitsmotor A stillgesetzt werden, so wird die Nebenschlußwicklung
g2 des Generators vermittels des Schalters r, ausgeschaltet. Die Regelung der Ankerspannung
des Leonardgener ators erfolgt in bekannter Weise durch Verschieben des Kontaktes
r. auf dem Widerstand r4. Wird der Schalter r,, wie in Abb. i dargestellt, geöffnet
und damit die Erregung g, des Leonardgenerators abgeschaltet, so verliert dieser
seine Ankerspannung nicht vollständig; sondern er behält noch eine gewisse Spannung
zwischen den Bürsten seines Ankers bei, die am Ankerkreis mit A s bezeichnet sei
und dem remanenten Magnetismus seines Feldmagneten entspricht. Daher fließt im Ankerkreis
noch ein Strom, der sogenannte Ruhestrom 0 i, der dem geringen Widerstand dieses
Kreises entsprechend einen erheblichen Wert annehmen und im Anker des Arbeitsmotors
A ein Drehmoment von solcher Größe erzeugen kann, daß der Motor in Steuerlage »Aus«
nicht zur Ruhe kommt, unter Umständen, z. B. bei Hauptschlußwicklungen am Leonardgenerator,
sogar wieder langsam anläuft.
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Um solche die Betriebssicherheit der Anlage beeinträchtigende Nebenerscheinungen
des Ruhestroms, wie unbestimmte Ruhestellung des angetriebenen Gegenstandes, unbestimmte
Drehrichtung beim Umsteuern oder auch eine unzulässige Kabelerwärmung und unnützen
Energieverbrauch, zu verhindern, muß die Remanenz im Leonardgenerator G vollkommen
unterdrückt werden.
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Bekannte Einrichtungen suchen diese Unterdrückung des Ruhestroms nach
Abschaltung des Hauptfeldes durch eine dem Ankerstromkreis des Leonardsatzes entnommene
Gegenerregung des Generatorfeldes zu erreichen. Eine vollkommene und andauernde
Unterdrückung der Remanenz und damit des Ruhestroms ist damit aber nicht erreicht.
Mit dem Abnehmen des Ruhestroms hört nämlich die Wirkung der Gegenerregung auf,
und die nur unterdrückte Remanenz wird wieder wirksam. Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand
ein, bei dem stets ein geringer, im Leonar daggregat sich auswirkender Rest von
Remanenz übrigbleibt. Vor allem ist dadurch
die Nullage des Reglers
nicht genau eindeutig bestimmt, da beim Umsteuern erst die voll wieder erscheinende
Remanenz zu beseitigen ist. Wird aber, so insbesondere beim Antrieb von Geschützrichtwerken,
eine genaue Nulllage des Reglers und ein völlig gleichmäßiges sanftes Anfahren des
Leonardmotors in beiden Drehrichtungen verlangt, so daß einer bestimmten Reglerstellung
eine bestimmte Drehzahl des Leonardmotors entspricht, so muß die Remanenz nicht
nur zeitweise unterdrückt, sondern dauernd vernichtet werden.
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Dies wird nach der Erfindung .dadurch erreicht, daß mit dem Leonardgenerator
G ein besonderer Erregergenerator E gekuppelt ist, der von der Klemmenspannung des
Generators G erregt wird und dessen Klemmenspannung beim Abschalten der Haupterregung
des Leonardgenerators G an eine dieser entgegenwirkende Nebenerregung g.. angeschlossen
wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
im Schaltbild nach Abb. z dargestellt. .Die Abb.2 und 3 veranschaulichen in Spannung-Zeitdiagrammen
die Spannungsverhältnisse der beiden Generatoren G und E nach Abb. z.
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Von der Welle g, des Leonardgenerators G (Abb. r) wird, gegebenenfalls
unter Vermittlung einer hier nicht gezeichneten Übersetzung, der kleine Erregergenerator
E angetrieben. Seine Nebenschlußwicklung e1 wird von den Bürsten des Leonardgenerators
G gespeist. Demnach ändert sich die Spannung zwischen seinen Bürsten entsprechend
derjenigen des Leonardgenerators G. Die Bürstenspannun1- des Generators E wirkt
auf die N ebenschlußerregungswicklung g, des Leonardgenerators G. Die Wicklung g3
kann durch den Schalter r2 des Reglers E aus- und eingeschaltet werden. Der Regler
R ist so ausgebildet, daß bei Steuerstellung »Aus« (wie gezeichnet) die Haupterregung
g. des Leonardgenerators G aus- und die N ebenerregung g3 eingeschaltet ist. Wird
der Motor A angelassen, so unterbricht der Schalter r. den Stromkreis der Nebenerregung
g" und der Schalter r,. schaltet die Haupterregung g2 ein, die nun weiterhin vermittels
r3 geregelt werden kann. Die Nebenerregung g3 ist der Haupterregung g2 entgegengerichtet
geschaltet, wie durch die eingezeichneten Pfeile erkennbar gemacht ist. Sie wirkt
demnach auf den Leonardankerkreis spannungsvernichtend und dient dazu, die Remanenzspannung
des Leonardgenerators und den Ruhestrom A i zu unterdrücken. Die Größe der Remanenz
schwankt je nach der vorausgegangenen Erregung der Hauptwicklung gz. Die Vernichtungsspannung
hat diesem Umstand Rechnung zu tragen, da sonst ein positiver Remanenzr estwert
verbleibt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung gründet auf der Tatsache, daß sowohl
der Leonardgenerator G als auch der Erregergenerator E, also beide Maschinen, naturgemäß
den Erscheinungen der Remanenz in verhältnisgleichem Maße unterliegen. Da nun, -wie
Oben erläutert, die Erregungen beider Maschinen, d. h. ihre Magnetisierungen, betriebsmäßig
übereinstimmend schwanken, so werden sich auch, abgesehen von denAnkerreaktionen,
die aber die bezweckte Wirkung nicht ungünstig beeinflussen und deshalb vernachlässigt
werden können, die Remanenzbeträge der beiden Generatoren G und E jeweils verhältnisgleich
einstellen. Die Maschine E mißt gewissermaßen die Reinanenz des Leonardgenerators
G und stellt sich hiernach auf deren Momentanwert ein.
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Deshalb ist die vom Erregergenerator E an die Gegenerregung g3 des
Leonardgenerators"G abgegebene Spannung in ihrer Größe der augenblicklich im Leonardgenerator
G herrschenden Remanenzspannung angemessen und besitzt das zu deren Unterdrückung
jeweils richtige Maß.
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Die Vorgänge spielen sich praktisch wie folgt ab: z. Steuerschalter
R wird auf »Aus« gelegt: a) dann wird die Erregung g. gleich Null, und b) die Gegenerregung
g.. wird eingeschaltet; sie steigt an, da sie einmal durch die Remanenzspannung
des Leonardgenerators e1 erregt wird, zum andern, da E selbst Remanenzspannung besitzt.
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2. Infolge der Gegenerregung g, sinkt die Remanenzspannung des Leonardgenerators
auf Null; daraus folgt: a) die Erregung von e1 wird gleichfalls gleich Null, b)
die Bürstenspannung des Generators E würde hiernach auch gleich Null, wenn dieser
keine Remanenz besäße.
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3. Der Generator E erregt kraft seiner Remanenz die Gegenerregung
g3 -weiter, und zwar in solchem Maße, daß die Remanenzspannung des Leonardgenerators
unterdrückt wird, A s und A i daher gleich Null sind und bleiben.
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Es herrscht demnach Gleichgewicht, wenn die Spannung an den Bürsten
des Leonardgenerators gleich Null ist; ein Ruhestrom kann dann nicht fließen.
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Im Spannungs-Zeitdiagramm nach Abb. 2 ist K (G) die Kurve der Klemmenspannung
des Leonardgenerators G, die zunächst von Null (oder irgendeinem Remanenzwert) auf
roo°/o ansteige und hernach infolge Regelns mittels
r;;, r-., und
öffnen von r, (Abb. r) wieder auf den Remanenzwert (G), der sich aus zoo °/o Erregung
ergibt, herabsinkt. Wird nicht bis auf roo °/o erregt, so ändert das am ganzen Verlauf
nur den Wert der Remanenz. Der Remanenzwert (G) bleibt bestehen, solange der Übergang
vom öffnen des Schalters r, bis zum Schließen von r. andauert. Sobald r, geschlossen
ist, wirkt g3, da die Klemmenspannung K (E) des Generators E, die in ihrer Wirkung
gegen K (G) gerichtet ist, ansteigt. Im gleichen Maße des Ansteigens der Wirkung
gegen K (E) fällt K (G) ab bis auf Null. In diesem Augenblick hört die Erregung
von e1 auf, und es wirkt weiter konstant die Remanenzspannung von E, die K (G) auf
Null erhält.
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Die elektrischen Verhältnisse können nun so gewählt werden, daß der
Generator E bei Erregung über e1 durch die Remanenz der Klemmenspannung des Leonardgener
ators G (etwa 3 Volt) eine Spannung von etwa dem 2- bis 3fachen Wert dieser Remanenz
abgibt. Dann erhält bei Reglerstellung »Aus« der Leonar dgenerator G durch Umpolung
eine schlagartige Entmagnetisierung, und es kann mehr von Remanenzvernichtung als
nur von Unterdrückung gesprochen werden. Durch Rückwirkung der Umpolung infolge
der schlagartigen Gegenerregung von G auf die Maschine E wird auch deren Remanenz
zum Teil vernichtet. Dieser Vorgang ist im Diagramm nach Abb.3 dargestellt. Trotz
der Umpolung vollzieht sich der Vorgang zeitlich verzögert, also ohne merkbaren
Stoß in den Antriebsorganen, die mit dein Arbeitsmotor gekuppelt sind, da keine
Hauptstromwicklungen, sondern durchweg Nebenschluß-Wicklungen von hoher Windungszahl
und entsprechend hoher Zeitkonstante in Wirkung sind.
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Die Haupterregung g2 des Leonardgenerators G könnte natürlich anstatt,
wie gezeichnet, von einem konstanten Netz über einen Reglerwiderstand r3, r4 auch
von einer anderen Stromquelle, z. B. einem besonderen Erregergenerator, gespeist
werden, wie auch die Ausbildung und Steuerung des Schalters r1, r, eine andere sein
kann, beispielsweise derart, daß er mittelbar durch andere Organe, wie Relais u.
dgl., gesteuert wird.
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Der Vorteil der Erfindung gegenüber anderen Schaltungen besteht also
hauptsächlich in der tatsächlichen vollständigen und dauernden Unterdrückung der
Remanenz im Leonardgenerator, so daß die Nullstellung des Reglers genau eindeutig
festgelegt ist und das Anfahren des Leonardmotors in beiden Drehrichtungen absolut
gleichmäßig vor sich geht.