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Einrichtung zur Schnellregelung der Drehzahl von Wechselstrommotoren,
insbesondere asynchronen Drehstrommotoren Im Hauptpatent 482 808 ist eine
Einrichtung zur Schnellregelung der Drehzahl von Antriebsmaschinen, insbesondere
elektrischen Maschinen, beschrieben, bei welcher mit diesen ein Fliehkraftkontaktregler
nach dem Tirrillprinzip gekuppelt ist. Durch das periodische Öffnen und Schließen
der Kontakte dieses Reglers findet eine ununterbrochene Regelbeeinflussung der Antriebsmaschine
statt. Der Fliehkraftregler schließt einerseits einen im Erregerkreis der zu regelnden
Maschine liegenden Widerstand periodisch kurz, andererseits steuert er einen Servomotor,
welcher einen zusätzlichen Widerstand im Feldstromkreis des Antriebsmotors verändert,
indem ein von ihm gesteuertes Relais je nach der Öffnungs- bzw. Schließungsdauer
der Reglerkontakte eine positive oder negative Spannung an den Anker des Servomotors
legt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Fliehkraftkontaktregler jederzeit im
günstigsten Punkte des gerade gültigen Regelbereiches arbeitet, da seine Wirkung
durch die Grobregelung des Servomotors dauernd unterstützt wird. Eine weitere Ausführungsform
der im Hauptpatent geschützten Regeleinrichtung besteht darin, daß, anstatt den
Kontaktregler durch den Feinregel- und den Grobregelwiderstand die Antriebsmaschine
unmittelbar beeinflussen zu lassen, die Widerstände in den Erregerkreis einer mit
der Antriebsmaschine gekuppelten elektrischen Bremse (Wirbelstrombremse) eingeschaltet
werden. Eine weitere im Hauptpatent vorgeschlagene Regelungseinrichtung, die sich
für Wechselstrommaschinen eignet, besteht darin, daß der Feinregelwiderstand die
Gleichstromerregung von in den Ständerkreis des Motors eingeschalteten gleichstromgesättigten
Eisendrosseln steuert, während der die Grobregelung bewirkende Servomotor einen
veränderlichen, im Läuferkreis der Maschine angeordneten Widerstand steuert. Sowohl
bei der erwähnten Regelung eines Drehstrommotors mit einer Wirbelstrornbremse als
auch bei der Regelungsanordnung, bei der durch den Fliehkraftregler die Vormagnetisierung
von Eisendrosseln beeinflußt wird, ist die von dem Regler zu steuernde elektrische
Leistung im
Verhältnis . zur gesamten, Regelarbeit sehr groß, so
daß die Reglerkontakte überbeansprucht werden und sich dementsprechend schnell abnutzen.
Da die vom Fliehkraftregler zu steuernde Leistung sich natürlich mit der Größe der
zu regelnden Antriebsmaschine vergrößert, so stellt die Verwendung der im Hauptpatent
beschriebenen Regelungsarten nicht für jede Maschinengröße eine befriedigende Lösung
dar.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, daß nur der zur Feinregelung
dienende, vom Fliehkraftkontaktregler periodisch beeinflußte Widerstand in den Erregerstromkreis
einer mit der zu regelnden Maschine gekuppelten Wirbelstrombremse gelegt wird, während
der Servomotor in an sich bekannter Weise die Grobregelung des Motors übernimmt,
beispielsweise durch Veränderung von in den Ratorstromkreis eingeschalteten Widerständen.
Wirbelstrombremse und Servomotor werden dabei an eine besondere Gleichstromquelle
angeschlossen.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, neben der Grobregelung einer
Maschine durch Veränderung von Widerständen eine von einem Fliebkraftregler gesteuerte
Wirbelstrombremse zur Eilregelung zu verwenden. Da dieser Regler aber nicht nach
dem Tirrillprinzip arbeitet, kann durch diese Regelungsart nicht annähernd die Genauigkeit
erreicht werden, mit -#velcher die erfindungsgemäße Einrichtung die Drehzahl eines
Antriebsmotors konstant hält.
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Bei der neuen Einrichtung übernimmt die Wirbelstrombremse in Verbindung
mit dem Zentrifugalkontaktregler die Feinregelung, während die Grobregelung beispielsweise
durch die Veränderung von in den Läuferkreis der Antriebsmaschine eingeschalteten
SGhlupfwiderständen erzielt wird. Bei größeren Maschinen kann es sogar notwendig
werden, außer .der Wirbelstrombremse noch ein Schwungrad mit dem Antriebsmotor zu
kuppeln, welches bei sinkender Drehzahl als Energiespeicher, bei einer Erhöhung
derselben als Trägheitswiderstand dient und bei kurzzeitigen Belastungsänderungen
geeignet ist; die Drehzahlregelung fast allein zu übernehmen wie auch sonst bei
Drehzahlschwankungen ausgleichend zu wirken.
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In der Abbildung ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es bedeutet z die von einem Asynchronmotor 2 angetriebene und auf möglichst
konstanter Drehzahl zu haltende Maschine. 3 ist ein Schwungrad und 4 eine Wirbelstrombremse
mit Erregung 5, welche über den Regelwiderstand 6 und einen weiteren Widerstand
7 von einer besonderen Stromquelle, beispielsweise von einem Gleich-Stromnetz, gespeist
wird. Außer dem Schwungrad 3 und der Wirbelstrombremse 4 ist ein Fliehkraftkontaktregler
8 mit der Antriebsmaschine gekuppelt. Die Kontakte und ro dieses Reglers werden
bei jeder Umdrehung der Reglerscheibe einmal geöffnet und geschlossen und sind über
die Schleifringe r r parallel zu dem Widerstand 7 geschaltet, zu dem ebenfalls parallel
ein Relais 12 liegt.. Dem Anker 13 dieses Relais sind zwei Kontakte 14 und 15 zugeordnet,
welche je nach dem Schließen des einen oder anderen eine +- oder --Spannung an den
Anker eines Servomotors 17 legen, dessen zweite Bürste mit der Mitte eines
an die besondere Stromquelle angeschlossenen Potentiometers 16 verbunden ist. 18
ist die Erregung dieses Steuermotors. Dieser steht durch eine Welle r9 mit einem
Schalter in Verbindung, durch welchen die Größe der an die Schleifringe des Asynchronmotors
angeschlossenen Widerstände 2o verändert werden kann.
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Bei einer plötzlichen Belastungserhöhung des Drehstrommotors oder
bei einem Sinken der Netzfrequenz, d. h. bei einem Fallen der Drehzahl, wird die
in der Schwungscheibe aufgespeicherte Energie zunächst die Drehzahl konstant zu
halten suchen, dann aber wird die Schließungszeit der Kontakte des Fliehkraftreglers,
welche bei normaler Drehzahl gleich der Kontaktöffnungszeit ist, kürzer, und der
Widerstand 7 bleibt kürzere Zeit kurzgeschlossen, so daß die Erregung der Wirbelstrombremse
geringer wird. Die Bremswirkung derselben nimmt also ab, und die Drehzahl der Antriebsmaschine
wird sich wieder auf den normalen Wert einzustellen suchen. Gleichzeitig mit der
Änderung der Kontaktschließungszeit des Fliehkraftreglers ändert sich auch die Schließungsdauer
der Kontakte 14 bzw. 15, da das Relais 12 gleichzeitig mit dem Kurzschließen des
Widerstandes 7 stromlos wird. Der Servomotor, welcher bei normaler Drehzahl, d.
h. wenn die Summe der Schließungszeiten des Kontaktes 1q. gleich der des Kontaktes
15 ist; stillsteht, wird jetzt in dem Sinne anlaufen, daß die in den Läuferkreis
der Antriebsmaschine eingeschalteten Widerstände verkleinert bzw. ausgeschaltet
werden; die Schlupfleistung des Antriebsmotors wird also so weit verkleinert, bis
sich die vorgeschriebene Drehzahl wieder einstellt. Umgekehrt wird, wenn bei einer
Entlastung der Maschine oder Erhöhung der Frequenz die Drehzahl zu steigen bestrebt
ist, das Schwungrad 3 dämpfend wirken; die Kontaktschließungsdauerwird größer werden,
dementsprechend wird sich auch die Bremswirkung der Wirbelstrombremse vergrößern
und gleichzeitig durch den Servomotor mehr Schlupfwider stand eingeschaltet werden.
In
beiden Fällen läuft der Steuermotor so lange, bis der Kontaktregler
wieder im normalen Drehzahlbereich arbeitet.
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Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung, wenn der Kontaktregler
8 und die Wicklung des Relais 1a nicht wie beim Ausführungsbeispiel parallel zu
einem im Erregerkreis der Wirbelstrombremse liegenden Widerstand geschaltet sind,
sondern wenn die Wirbelstrombremserregung 5, die Wicklung des Relais 1a und die
Kontakte 9, io des Fliehkraftreglers in Reihe geschaltet werden.
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Auf gleiche Weise wie Drehstromasynchronmotoren können Einphasenmotoren
geregelt werden, ferner auch Kollektormotoren, da mit Hilfe des Steuermotors nicht
nur wie beim Drehstrommotor im Rotorkreis liegende Widerstände verstellt, sondern
auch andere bekannte Mittel zur Änderung der Drehzahl dieser Maschinen (Bürstenverschiebung
u. dgl.) gesteuert werden können.
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Durch die neue Regeleinrichtung ist eine äußerst hohe Konstanz der
Drehzahl gewährleistet, und sie ist daher auch für jene Fälle geeignet, bei denen
Belastungsänderungen zwischen Vollast und Leerlauf stattfinden und die Frequenz
wie die Spannung des die Antriebsmaschine speisenden Wechselstromes nicht vollkommen
konstant sind.