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Schaltung zur Regelung eines in Leonardsteuerung betriebenen Gleichstrommotors
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Regeln eines in Leonardsteuerung betriebenen
Gleichstrommotors durch Regeln der Spannung einer mit der fremdgespeisten Erregerwicklung
des Leonardgenerators in Reihe geschalteten, besonders angetriebenen elektrischen
Dämpfungsmaschine nach Patent 599397.
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Beim Gegenstand des Hauptpatents erfolgt die Regelung der Spannung
der Dämpfungsmaschine durch Änderung ihrer -Erregung mittels eines einer einfachen
Erregerwicklung vorgeschalteten Regelwiderstandes. Demgegenüber ist nach der Erfindung
die Dämpfungsmaschine mit einer Differentialerregung ausgerüstet; es liegen zwei
gegeneinanderwirkende Wicklungen parallel im Erregerstromkreis. Die einen Enden
dieser beiden Wicklungen sind durch einen Regelwiderstand miteinander verbunden,
auf dessen Lamellenbahn ein an diel Erregerstromquelle angeschlossener Regelkontakt
schleift. Der Regelkontakt bildet zusammen mit dem Regelwiderstand einen Spannungs-
und Stromteiler. Beim Durchgang des Regelkontaktes durch die Mittelstellung findet
eine Umpolung der Erregung statt. Dann kehrt sich auch die anfänglich der Erregerspannung
entgegengerichtete Spannung der Dämpfungsmaschine um, verläuft ihr gleichgerichtet
und erhöht nunmehr die an der Erregerwicklung des Leonardgenerators wirksam werdende
Spannung. Damit ist der Regelbereich des Dämpfungsaggregats und zugleich der Arbeitsmaschine
wesentlich vergrößert.
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Die Lamellenbahn des Regelwiderstandes und der Regelkontakt der Differentialerregung
des Dämpfungsankers sind nach einer vorteilhaften Ausführung so eingerichtet, daß
der Kontakt beim Übergang von einer Lamelle zur nächsten vorerst beide zugleich
berührt. Dann ist eine Stufe des Widerstandes aus dem Stromzweig, dem sie vorher
zugehörte, herausgenommen und kurz geschlossen. Erst nach völligem Übergang auf
die zweite Lamelle wird diese Regelstufe der anderen Erregerwicklung der Differentialerregung
vorgeschaltet. Das ergibt doppelt soviel Steuerstufen, als Lamellen und Widerstandstufen
vorhanden sind.
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Der Regelwiderstand für die Erregung des Dämpfungsankers kann auch
zugleich dem Anker selbst und der Erregerwicklung des Leonardgenerators in der Weise
vorgeschaltet sein, daß beim Einregeln der niedrigsten Geschwindigkeitsstufe der
gesamte Regelwiderstand mit dem Dämpfungsanker und der Erregerwicklung des Leonardgenerators
in Reihe liegt, beim Übergang auf höhere Geschwindigkeitsstufen jedoch allmählich
ausgeschaltet wird. Es ergibt sich dann der Vorteil, daß bei den niedrigeren Geschwindigkeitsstufen
der
Erregerstrom des Leonardgenerators schon durch den Regelwiderstand stark gedrosselt
ist und mit der im Dämpfungsanker erzeugten Gegenspannung nicht so dicht an die
Größe der Erregerspannung herangegangen zu werden braucht. Damit ist bei Erregerspannungs-
oder Lastschwankungen den mißlichen Umpolungen des Leonardgenerators und des Arbeitsmotors
begegnet, -wie sie sich bei den bisherigen Einrichtungen dieser Art einzustellen
pflegen.
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Die Zeichnung veranschaulicht in den Fig. i bis 3 die Schaltbilder
von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Gemäß Fig. i wird der Anker R des Leonardmotors, dessen Feld durch
die dauernd an der Erregerstromquelle liegende Magnetwicklung r, fremderregt. wird,
durch den Anker L des Leonardgenerators gespeist, dessen Feld vermittels der Erregerwicklung
1l erregt wird.
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Das Dämpfungsaggregat besteht aus zwei Nebenschlußmaschinen, deren
beide Anker D und A miteinander gekuppelt sind. Das Feld des Ankers D wird durch
die beiden gegeneinanderwirkenden Wicklungen dl, d2 erregt, die über den Regelwiderstand
s und den Regelkontakt S3 dauernd an die Erregerstromquelle angeschlossen sind.
Das Feld des Ankers A wird durch die Magnetwicklung a1 erregt, die ebenfalls dauernd
an der Erregerstromquelle liegt. Der Anker A einerseits und der Anker D mit der
Erregerwicklung il des Leonardgenerators andererseits -werden durch Schließen der
beiden miteinandergekuppelten Schalter St, S2 gleichzeitig an die Erregerstromquelle
gelegt.
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Beim Einschalten des Leonardantriebes ruht zunächst das Dämpfungsaggregat.
Der Dämpfungsanker D erzeugt daher zunächst keine Gegenspannung. Es liegt daher
(auch beim Einschalten der untersten Geschwindigkeitsstufe) zunächst nahezu die
volle Erregerspannung an der Erregerwicklung des Leonardgenerators, so daß eine
kräftige Schnellerregung des Generators und ein kräftiges Anziehen des Leonardmotors
sichergestellt ist. Erst nachdem die Dämpfungsmaschine mit der sie antreibenden
Nebenschlußmaschine ihre volle Drehzahl erreicht hat, stellt sich die für die niedrigste
Geschwindigkeitsstufe erforderliche geringe Erregung ein.
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Steht der Regelkontakt S3 in der in Fig. i und 2 gezeichneten Stellung,
so ist fast der ganze Regelwiderstand s der Erregerwicklung d2 des Ankers
D vorgeschaltet, der Wicklung dl ist fast kein Widerstand vorgeschaltet.
Am Regelkontakt S3 wird daher eine Stromverzweigung in der Weise stattfinden, daß
der Strom fast ganz über die Erreger-Wicklung dl fließt, die Wicklung d2 wird nur
von einem sehr geringen Strom durchflossen sein. Die Erregung der Wicklung dl überwiegt
daher die entgegengesetzte Erregung der Wicklung d2 bei weitem. Bei dieser Stellung
des Kontaktes S3 tritt am Anker D die größtmögliche Erregung ein. Beim Überwiegen
der Erregung der Wicklung dl ist die im Anker D erzeugte Spannung der Erregerspannung
entgegengerichtet.
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Schiebt man den Regelkontakt S3 allmählich nach links hin, so wird
der Widerstands nach und nach aus dem Stromkreis der Erregerwicklung d2 herausgenommen
und der Wicklung dl vorgeschaltet. Sobald der Regelkontakt S3 die Mitte des Regelwiderstandes
s erreicht hat, ist beiden Wicklungen dl und d2 ein gleich großer Widerstand vorgeschaltet,
die Erregung der Wicklungen di und d2 wird damit entgegengesetzt gleich und die
resultierende Erregung gleich Null. Das Feld des Dämpfungsmotors ist also (abgesehen
von der Remanenz) ünerregt. In diesem Falle wirkt der Dämpfungsanker lediglich als
Ohmscher -Widerstand. Wird der Regelkontakt S3 über die Mitte des Regelwiderstands
s hinaus noch weiter nach links geschoben, so überwiegt die Erregung der Wicklung
d2 und die resultierende Erregung der beiden Wicklungen steigt mit umgekehrter Richtung
allmählich wieder bis zum Höchstwert an. Die im Dämpfungsanker D erzeugte Spannung
kehrt dadurch auch ihre Richtung um und steigt allmählich wieder auf ihren Höchstwert
an. Die Dämpfungsmaschine D arbeitet dabei als vom Nebenschlußmotor A angetriebener
Generator. Der Spannung der Erregerstromquelle wird die gleichgerichtete Spannung
der Dämpfungsmaschine überlagert. Die an der Erregerwicklung il des Leonardgenerators
L wirksame-Spannung wird somit gleich der Erregerspannung plus der Spannung der
Dämpfungsmaschine. Damit ist gegenüber der Einrichtung nach dem Hauptpatent, in
der die 1 Dämpfungsspannung .stets der Erregerspannung entgegenwirkt, der durch
die Dämpfungsmaschine -erzielbare Regelbereich verdoppelt worden, was einen nicht
zu unterschätzenden Vorteil bedeutet, der nur dadurch erreichbar ist, daß, Wie im
Hauptpatent erstmalig vorgeschlagen, die Dämpfungsmaschine durch eine unmittelbar
an die Erregerstromquelle gelegte Nebenschlußmaschine angetrieben wird, denn, bei
Benutzung der bekannten belasteten Dämpfungsmaschinen, das sind Dämpfungsmaschinen,
die durch eine Zentrifugalpumpe, einen Zentrifugalventilator, einen Generator oder
eine Bremse belastet sind, ist as unmöglich, durch die den Anker belasten-3eri Maschinen
die Dämpfungsmaschine als senerator anzutreiben,
Die bekannten belasteten
Dämpfungsmaschinen nehmen dauernd die zum Antrieb der Arbeitsmaschine erforderliche
ziemlich große Leistung auf, sie lassen daher auch nach beendetem Anlauf noch immer
einen recht kräftigen Strom durch. Diese belasteten Dämpfungsmaschinen sind für
ein Leonardaggregat, bei dem die unterste Geschwindigkeitsgrenze des Leonardmotors
soweit wie möglich heruntergesetzt sein muß, unbrauchbar; denn für eine sehr geringe
Geschwindigkeit des Leonardmotors ist eine sehr geringere Erregung des Leonardgenerators
erforderlich. Die für geringste Geschwindigkeit des Leonardmotors am Leonardgenerator
erforderliche Erregerstromstärke ist so gering, daß der von einer belasteten Dämpfungsmaschine,
ja selbst der von einer leer laufenden Dämpfungsmaschine durchgelassene Strom noch
immer einen viel zu starken Erregerstrom ergeben würde. Aus diesem Grunde wird gemäß
dem Hauptpatent der Dämpfungsanker zusätzlich angetrieben und auf einer Drehzahl
gehalten, die über seiner Leerlaufdrehzahl liegt, und zwar ist die Antriebsdrehzahl
so gewählt, daß die vom Dämpfungsanker erzeugte Gegenspannung dicht unter der Netzspannung
liegt. Die an der Erregerwicklung des Leonardgenerators wirksame Spannung, die sich
ergibt als Spannung der Erregerstromquelle, vermindert um die Gegenspannung des
Dämpfungsankers, ist deshalb äußerst gering, so daß auch der Erregerstrom sehr gering
ist, wie das zur Erlangung einer sehr niedrigen Drehzahl des Leonardmotors erforderlich
ist.
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Nach Vorstehendem ergibt die angetriebene Dämpfungsmaschine den Vorteil,
daß durch sie der Regelbereich sowohl nach unten als nach oben bedeutend erweitert
wird.
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Falls die Dämpfungsmaschine D nur zur Einregelung der verschiedenen
Geschwindigkeitsstufen dienen sollte, könnte man sie durch eine beliebige Kraftmaschine
antreiben. Damit aber die Dämpfungsmaschine zugleich zum Regeln der Schnellerregung
des Leonardgenerators geeignet ist, muß sie durch eine elektrische Maschine, die
genau gleichzeitig mit der Erregung r1 des Leonardgenerators L eingeschaltet wird
und deren Anlaufeigenschaften passend gewählt sind, angetrieben sein. ' In Fig.
2 ist die Lamellenbahn des Regelwiderstandes s und der Regelkontakt S3 so ausgebildet,
daß beim übergang des Kontaktes S3 von der Lamelle z (Stellung I) zur Lamelle 2
(Stellung III) er in einer Mittelstellung (Stellung II) beide Lamellen berührt.
Beim Verschieben des Kontaktes S3 von der einen Lamelle zur andern wird also die
Stufe a des Regelwiderstandes s zunächst nur aus dem Stromkreis der Erregerwicklung
d.. herausgenommen und kurzgeschlossen (im Stromkreis der Wicklung_dz liegt also
nach wie vor kein Widerstand). Erst wenn der Kontakt S, in die'Stellung III gelangt,
wird die Widerstandsstufe a in den Stromkreis der Wicklung dl eingeschaltet. Bei
jeder Verschiebung des Kontaktes S3 von einer Lamelle zur andern tritt "also -eine
zweistufige Änderung der resultierenden Erregung der beiden Wicklungen dl, d2 ein.
Es ergeben sich dadurch doppelt soviel Regelstufen, als Lamellen und Widerstandsstufen
vorhanden sind.
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In Fig. 3 liegt der Regelwiderstand s der Wicklungen d1, d. zugleich
im Stromkreis des Dämpfungsankers D und der Erregerwicklung il des Leonardgenerators
L. Beim Ein-. schalten der niedrigsten Geschwindigkeitsstufe liegt der Regelkontakt
S3 in der in Fig.3 gezeichneten Stellung, dabei liegt der gesamte Widerstand vor
dem DämpfungsankerD und der Erregerwicklung il des Leonardgenerators, beim Schalten
auf höhere Geschwindigkeitsstufen wird der Regelkontakt S3 nach links geschoben,
dadurch wird der Widerstands nach und nach aus dem Erregerstromkreis des Leonardgenerators
herausgenommen.
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Die in den Figuren im Stromkreis des Dämpfungsankers D eingezeichneten,
gegeneinandergericUteten Pfeile sollen andeuten, daß sich in diesem Stromkreis die
Erregerspannung-und die Spannung des Dämpfungsankers einander überlagern.