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Gleichlaufanordnung für Asynchronmotoren Es ist bekannt, den Gleichlauf
zweier Asynchronmotoren, die vom gleichen Netz gespeist werden, dadurch zu erzwingen,
daß man ihre Sekundärwicklungen über Schleifringe in Reihe schaltet. Bei einer derartigen
Schaltung macht aber das Anlassen Schwierigkeiten, wenn die Anker der beiden Maschinen
im Moment des Einschaltens eine verschiedene Phasenlage besitzen. Dieser Fall kann
selbst dann eintreten, wenn die Motoren bei einem Arbeitsgang bereits in gleicher
Phasenlage laufen, da beim Stillsetzen (ler Anlage die gleiche Phasenlage der Motoren
infolge der verschiedenen Schwungmomente und Belastungen im allgemeinen wieder aufgehoben
wird. Es ist dann erforderlich, daß die Motoren, bevor sie in Synchronismus laufen
können, in phasengleiche Lage gebracht «-erden. Das ist aber nicht in allen Fällen
ohne weiteres möglich. Ist beispielsweise der eine Motor gegenüber dem anderen so
verschoben, daß sein für <lie Gleichstellung verfügbares Moment v erhuiltnismäßig
groß ist, so wird er eine Beschleunigung erfahren, die ihn über die synchrone Lage
hinausschnellen läßt. Hierdurch ergeben sich aber starke Pendelungen um die synchrone
Lage. Besonders ungünstig liegen die Verhältnisse, wenn hei Antrieben, bei denen
mit den Antriebsmotoren besonders Asynchromnotoren als Synchronisiermaschinen gekuppelt
sind, die Antriebsmaschinen gleichzeitig mit den Synchronisiermotoren eingeschaltet
werden. In diesem Falle kann die in ihrer Phasenstellung nacheilende Synchronisiermaschine
noch eine zusätzliche Beschleunigung durch die Antriebsmaschinen erfahren, so daß
die Gleichstellung noch mehr erschwert wird.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn man die Antriebsmotoren bei
abgeschaltetem Läuferwiderstand in Synchronisierschaltung auslaufen läßt. Da sie
in dieser Schaltung ein Drehmoment nicht abgeben können, so kann der Antrieb nur
noch auslaufen. Geringe Belastungsunterschiede an den einzelnen Antrieben beim Auslaufen
ergeben Läuferverschiebungen und damit starke Ausgleichsmomente, die in gleicher
Weise, wie bereits beschrieben, zu Pendelungen und Außertrittfallen führen können.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Gleichlaufanordnung
für Asynchronmotoren, bei welcher bei noch am Netz liegenden Ständern und in Synchronisierschaltung
verbundenen Läufern beim Einschalten die Bremsen der verschiedenen Motoren nacheinander
gelüftet,
beim Ausschalten aber gleichzeitig zum Einfallen. gebracht werden. Hierdurch wird
beim Einschalten erreicht, daß die nicht festgebremsten Motoren sich zu den festgebremsten
in Phasengleichheit einstellen können, bevor zum Zwecke des Anlassens der Anlaßwiderstand
angeschlossen bzw. mit dem Anlassen begonnen wird. Beim Auslaufen wird infolge der
zusätzlichen Belastung durch die Bremsen der prozentuale Anteil der Lastungleichheiten
so herabgesetzt, daß ein synchroner Auslauf gewährleistet und dadurch wiederum die
Verhältnisse beim Anfahren verbessert werden.
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Immerhin muß aber trotzdem mit den ungünstigsten Anlaufverhältnissen,
z. B. nach einer Störung, gerechnet werden; das Betriebspersonal muß aber in der
Lage sein, ohne besondere Kenntnisse einen einwandfreien Anlauf zu erzielen. Zu
diesem Zweck sind die Vorstellungen im Anlaßgerät, auf denen die erwähnten Steuerungen
der Bremsen vorgenommen werden, so ausgebildet, daß auf ihnen einige alle kritischen
Phasenstellungen beim Anlauf berücksichtigende Schaltungen hergestellt werden. Erst
wenn auf diesen Vorstellungen die Gleichstellung erfolgt ist, wird der Läuferwiderstand
an die Schleifringe angeschlossen, so daß der Anlaßvorgang eingeleitet wird.
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Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, daß die synchronisierende
Kraft zweier Motoren, deren L äuferschleifringe entsprechend miteinander verbunden
und die mit einem - gemeinsamen Anlaßwiderstand gesteuert werden, um so größer ist,
je größer dieser Widerstand ist. Es wird daher auf den beiden der Nullstellung der
Steuerwalze zunächstliegenden Stellungen, auf denen die Ständer der Motoren noch
bzw. bereits erregt sind, der Anlaßwiderstand von den zusammengeschalteten Läufern
getrennt, sein Wert also unendlich groß gemacht. Durch die Abtrennung des Läuferwiderstandes
auf den Vorstellungen wird die Gleichstellkraft der .Motoren auf ihren größten Wert
gebracht und dadurch der Gleichlauf mit Sicherheit erreicht. Gleichzeitig mit dem
Abtrennen des Widerstandes werden die Bremslüfter zum Einfallen gebracht. Die Motoren,
die nunmehr kein Drehmoment mehr entwickeln, solange ihre Läufer genau die gleiche
Phasenstellung haben, wohl aber ein sehr starkes Ausgleichsmoment entwickeln, wenn
infolge ungleicher Belastung sich eine Phasenverschiebung zwischen ihren Läufern
einstellt, laufen jetzt unter den eingefallenen Bremsen synchron aus.
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Die Vorgänge sind im einzelnen folgende: Beim Einschalten der Steuerwalze
auf die erste Vorstellung werden gleichzeitig mit dem Einschalten der Ständer auch
die Bremsen bis auf eine gelüftet, so daß ein Motor festgebremst bleibt und der
oder die anderen die Möglichkeit haben, sich zu dem festgebremsten in Phasengleichheit
einzustellen. Dann werden einige Schaltungen hergestellt, die den Zweck haben, die
ungünstige Wirkung einiger kritischer Phasenstellungen aufzuheben. Durch einen gemeinsamen
Ständervorschaltwiderstand oder einen in den Läuferverbindungen in Reihe mit den
Phasenwicklungen liegenden Widerstand wird beispielsweise das Moment des freien
Motors so weit gedämpft, daß dieser selbst bei ungünstiger Phasenstellung nur so
viel Drehmoment hat, daß er sich in Bewegung setzt und mit dem festgehaltenen Motor
in phasengleiche Lage einstellt, ohne über diese Lage hinwegzuschnellen. Das Verringern
bzw. Kurzschließen dieses Widerstandes dient für den Fall, daß das Gleichstellmoment
zufällig gering ist. Die Überwindung der Totpunktlage, bei der das Drehmoment des
freien Motors trotz vorhandener Phasenverschiebung gleich Null ist, wird durch Vorschalten
eines besonderen phasenverschiebenden Widerstandes vor dem Ständer des einzustellenden
Motors erreicht. Der Ablauf dieser verschiedenen Schaltungsänderungen erfolgt nacheinander,
so daß alle den verschiedenen Phasenstellungen entsprechenden Gleichstellmomente
erfaßt «erden können.
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Die beschriebenen Schaltvorgänge können auf verschiedenen vor den
eigentlichen Anlaßstellungen des Anlassers angeordneten Vorstufen erfolgen. Zweckmäßig
ist es jedoch, die erwähnten Schaltungsänderungen in Selbstanlasserschaltung in
Abhängigkeit von der Zeit vorzunehmen, damit die zwischen den einzelnen Schaltvorgängen
liegende Zeitdauer so bemessen werden kann, daß die Gleichstellung der Läufer auch
tatsächlich stattfinden kann.
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Die Schaltungsänderungen können aber auch in Abhängigkeit von solchen
elektrischen Betriebsgrößen erfolgen, die ein Maß für die verschiedenen Phasenstellungen
geben. Als Mittel hierfür kann ein in den Ständerzuleitungen des freien Motors oder
in den Verbindungsleitungen der beiden Läufer liegender Stromwächter dienen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. z dargestellt. a
und b sind die Synchronisiermotoren der beiden Antriebe; c und d sind die
mechanischen Bremsen mit den Bremslüftern e und f. g ist die Steuerwalze, von der
nur die Kontaktanordnung einer Seite dargestellt ist; h ist ein Netzschütz, i. der
gemeinsame Ständervorschaltwiderstand, der durch das Schütz l gesteuert wird.
n ist die Stromspule eines Stromwächters und o eine Spannungsspule, die auf Stellung
I erregt wird und den Stromwächter, der sonst infolge
:einer Trägheit
zu spät zur Wirkung kommen würde, sofort zum Anspringen bringt; p und
q
sind die Schütze für die Bremslüfter e bzw. j; r ist ein Netzschalter.
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Die Wirkungsweise der Steuerung ist folgende: Nach Einlegen des Netzschalters
r wird die Steuerwalze g auf Stellung I eingeschaltet. Durch den Kontaktfinger o
und R' wird die Spannungsspule o des Stromwächters erregt, so daß dieser sofort
anspringt und den Stromkreis für das Schütz I unterbricht. Der gemeinsame Widerstand
i. ist dann den Ständern der beiden Motoren a und b vorgeschaltet. Gleichzeitig
springt auf Stellung I ,las Ständerschütz 1a an und legt die Ständer aller Motoren
an Spannung. Durch den Flügelkontakt q, der bekanntlich mir beim Einschalten Kontakt
gibt, beim Zurückschalten aber wirkungslos bleibt, wird das Schütz q an die
Netzphasen R und T gelegt, so claß es schließt.
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Von den Bremslüftern erhält also nur f Spannung und lost seine Bremse.
Ein Hilfskontakt des Schützes 1a unterbricht den Stromkreis für die Spannungsspule
o des Wächters, so daß nur dessen Stromspule it in Wirkung bleibt. Das Schütz ist.
ist auf Stellung I über den gleichbezeichneten Kontaktfinger der Steuerwalze g ebenfalls
eingeschaltet, so claß der Verschiebewiderstand k kurzgeschlossen ist, Die Ständer
der beiden Svnchronisiermotoren sind also über den gemeinsamen Widerstand ans Netz
gelegt. Stellt sich nunmehr der Läufer des iXotors b auf Stellung I bereits in die
richtige Phasenlage zum Motor a, so sinkt die Stromaufnahme itii Ständer und der
Stromwächter schließt durch seine Kontakte den Stromkreis für die Schützspule 1,
so daß der gemeinsame Ständervorschaltwiderstand kurzgeschlossen wird.
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Wird jetzt auf Stellung II weitergeschaltet, so fällt das Schütz na
ab, da es auf Stellung I1 durch einen umgekehrten Flügelkontakt (oder in irgendeiner
anderen geeigneten Schaltung) gesteuert- wird, der nur beim Rückschalten Kontakt
gibt. Dadurch wird der Verschiebewiderstand k eingeschaltet. War auf Stellung I
die Gleichstellung bereits erfolgt, so bleibt die Verschiebung des Feldes des Motors
b praktisch ohne Wirkung. Ist dagegen auf Stellung I die Gleichstellung noch nicht
erfolgt, da der Läufer des Motors b in der Totlage steht, in der er trotz Stroinaufnahine
kein Drehmoment erzeugt, so fällt der Stromwächter nicht ab, und der Widerstand
i bleibt vorgeschaltet. Auf Stellung II entwickelt der Motor b durch das Verschieben
seines Drehfelde, wieder ein Drehmoment, so daß er sich, immer noch gedämpft durch
den gemeinsamen Widerstand i, in Phase stellen kann. Der Stromwächter fällt dann
ab und schließt den Widerstand i. kurz. Beim Weiterschalten der Steuerwalze g auf
die Anlaßstellung I wird auch der Verschiebewiderstand k kurzgeschlossen. Gleichzeitig
wird die Bremse c des zweiten Antriebes gelüftet und der Schalter s geschlossen,
so daß der gemeinsame Läuferanlaßwiderstand angeschlossen wird, der auf den folgenden
Stellungen stufenweise kurzgeschlossen wird.
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Beim Ausschalten ist der Ablauf der Schaltvorgänge ein anderer. Beim
Verlassen der Stellung I werden die Schütze p, q und s zum Abfallen gebracht; es
wird also der Anlaßwiderstand abgeschaltet, und alle Bremsen werden eingelegt. Auf
Stellung II ist das Schütz 6z. durch den Flügelkontakt und auf Stellung I durch
das Walzensegment geschlossen. Die Motoren laufen also in reiner Synchronisierschaltung
bei anliegenden Bremsen aus. Auf Stellung I ist bei starken Ständerströmen, also
bei Belastungsunterschieden bzw. Phasenverschiebung, das Schütz l abgefallen.
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Das Schützin kann auch unter die Kontrolle des Stromwächters n oder
eines zweiten Stromwächters gestellt werd,2n. Eine derartige Anordnung stellt Abb.
a dar, in welcher der zweite Stromwächter mit ii bezeichnet ist. Fällt dieser dann
auf der Svnchronisierstellung I bereits ab, nachdem sich die Läufer in Phase gestellt
haben, so schließt er einen zweiten Stromkreis für das Schütz in., der von
dem Walzenfinger R' über die Kontakte des Stromwächters t( und den Haltekontakt
zur Spule verläuft, so daß das Schütz auch auf Stellung 1I nicht abfällt und diese
Stellung überschaltet werden kann, ohne claß das nunmehr überflüssige Einschalten
des Verschiebewiderstandes noch stattfindet. Der timgekehrte Flügelkontakt auf Stellung
11 fällt -dann fort.
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An Stelle des gemeinsamen Widerstandes i kann zur Dämpfung des Einstellmomentes
des freien Motors auch eine mechanische elektrische Dämpfung verwendet werden, die
beispielsweise in einer Schleif- oder Wirbelstrombremse bestehen kann. Diese wird
dann auf den betreffenden Synchroaisierstellungen an Stelle des Widerstandes i zur
Wirkung gebracht.
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Damit der Führer das Anlassen der Motoren nur vornehmen kann, nachdem
die Gleichstellung tatsächlich stattgefunden hat, kann ein Stromwächter v angeordnet
«-erden, dessen Kontakt im Stromkreis des Schlitzes lt beim Übergang von den Synclironisierstellungen
auf die Anlaßstellungen nur geschlossen bleibt, wenn der Stromwächter abgefallen
ist, d. h. wenn die beiden Motoren in Phase . stehen. Auf den Synchronisierstellungen
I und 11 sind die Kontakte des Stromwächters v
durch die
Segmente T, T' in der Steuerwalze überbrückt, so daß auf diesen beiden Stellungen
die Einschaltung des Netzschützes lt unabhängig vom Stromwächter v ist. Diese Anordnung
ist in Abb. 3 dargestellt.
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Die überwachung der Läufereinstellung kann auch von dem bei der Gleichstellung
zurückgelegten Weg des freien Motors abhängig gemacht werden. Zu diesem Zweck wird
mit diesem Motor eine Schleppwalze w (Abb. 3)
gekuppelt, wie sie im Patent
262 ogo beschrieben ist. Diese Schleppwalze wird normalerweise durch ein Gewicht
in ihrer Nullage gehalten, das beim Einschalten des Antriebes durch einen Magneten
gelüftet wird. Der auf der Schleppwalze angeordnete Nocken kann nach beiden Seiten
einen gewissen Winkelausschlag zurücklegen, ehe er einen Schalter X betätigt. Dieser
Winkelausschlag wird nun so bemessen, daß er den größten Winkel mit umfaßt, den
der freie Motor beim Gleichstellen zurücklegen muß, um sich mit dem festgehaltenen
in Phase zu stellen. Der von der Schleppwalze gesteuerte Schalter liegt im Selbstspeisestromkreis
des :Netzschützes h, das also abgeschaltet wird, wenn der freie Motor einen größeren
als den maximalen Eintellweg zurücklegt, wie es vorkommen kann, wenn die Dämpfung
nicht ausreicht und der Motor hochläuft. Nach Abschalten der Anlage wird die Schleppwalze
durch das Gewicht selbsttätig in die Nullage zurückgeführt. In dieser schließt der
Nocken einen Kontakt im Anspringstromkreis des Netzschützes Ir, das dadurch wieder
eingeschaltet wird. Der Einstellvorgang beginnt darauf von neuem. Die Anordnung
eignet sich besonders für Anlagen, bei denen das Gleichstellen in Selbstanlasserschaltung
erfolgt. Andernfalls wird man die Wirkung dieser Einrichtung auf die erste Synchronisierstellung
beschränken, da vor allem das Hochlaufen des freien ?Motors verhindert werden soll.
Beim Beginn- des Anlassens kann die Schleppwalze durch die Schaltung oder durch
Abkuppeln wirkungslos gemacht werden.
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Die Anwendung der Schaltung auf Anlagen mit mehr als zwei Motoren
erfolgt in der Weise, daß zunächst zwei Motoren in der beschriebenen Weise eingestellt
werden. Nach erfolgter Gleichstellung wird auch der zweite Motor festgelegt. Darauf
wird der dritte Motor den beiden ersten gleichgestellt und so fort. Der neu einzustellende
Motor wird dabei immer erst durch Lüften der Bremse freigemacht und durch Anschließen
des Ständers und der Läuferverbindung elektrisch angeschlossen. Durch eine einfache
Schaltung kann der Verschiebewiderstand immer dem neu einzurichtenden Motor zugeordnet
werden, so daß man mit dem gleichen Widerstandsmaterial auskommt wie bei zwei Antrieben.
Will man mehr Widerstandsmaterial aufwenden, so kann man die Einstellung auch paarweise
vornehmen und die Paare nacheinander unter sich gleichrichten.
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Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf
alle Anlagen, bei denen Drehstromasynchronmotoren zur Erzielung des Gleichlaufes
verwendet werden, sei es, daß die Antriebsmotoren selbst Drehstromasynchronmotoren
sind, sei es, daß Motoren beliebiger Stromart mit Drehstromasynchronmotoren als
Synchronisiermotoren gekuppelt sind, sei es, daß zwei Motoren gleicher Größe zur
Erzielung einer Regelschaltung elektrisch gekuppelt sind, von denen der eine als
Geber wirkende Motor durch eine Übersetzung von einem weiteren kleineren Motor angetrieben
wird und der zweite als Empfänger das vom ersten Motor übertragende Drehmoment für
den Antrieb eines Triebwerkes, beispielsweise eines Windwerkes, weitergibt.