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Schaltung-zum Belastungsausgleich für mehrere durch je einen Generator
gespeiste und nur durch das Arbeitsgut gekuppelte Elektromotoren Bei Walzwerken
ist es vielfach üblich, die einzelnen Walzen durch einen gemeinsamen Motor anzutreiben,
der auf die Walzen über Getriebe arbeitet. Die Kosten des zwischen den einzelnen
Walzen liegenden Getriebes sind erheblich, außerdem verursacht es Verluste und verschlechtert
den Wirkungsgrad der Anlage.
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Ferner ist es bekannt, die einzelnen Walzen eines Walzwerkes durch
una'b'hängige Motoren anzutreiben:.
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Tritt aus irgendwelchen walztechnischen Gründen eine verschiedene
Belastung der Motoren auf, so wird bei den Walzwerken der ersteren Art eine starre
Einhaltung des Drehzahlverhältnisses der Motoren durch das zwischen den einzelnen
Walzen vorhandene Getriebe gesichert. Im letzteren Falle dagegen reicht das nachgiebige
Walzgut zur Angleichung der Umfangsgeschwindigkeit der Walzrollen nicht aus.
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Erfindungsgemäß wird der Ausgleich der Belastungen der Motoren durch
folgende Schaltung bewirkt: Jeder Motor wird von je einem unabhängigen Generator
gespeist und alle Motoren mit ihren zugeordneten Generatoren in einem gemeinsamen
geschlossenen Ankerstromkreis unter Verwendung elektrischer Äquipotentialverbindungen
so in Reihe geschaltet, daß die Motoren und Generatoren in dem gemeinsamen Ankerstromkreis
abwechselnd in Reihe und die Äquipotentialverbirndungen derart geschaltet sind,
daß jeder Motor unmittelbar an mindestens zwei Generatoren angeschlossen ist.
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In Abb. 1 ist die Schaltung eines Walzwerkes mit einem Antrieb nach
der Erfindung dargestellt.
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Die Motoren 13 und 14 zum Antrieb der beiden Walzen eines Walzwerkes
erhalten ihre Spannung von unabhängigen Generatoren 21 und 22. Die Generatoren werden
gemeinsam durch den Motor 26 angetrieben.
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Die Motoren 13 und 14 liegen in Reihe mit den Ankern der Generatoren
21 und 22 in einem geschlossenen Schaltungskreislauf, verbunden durch die Leitungen:
27 bis 30 und die Schalter 31 und 32. Die Walzmotoren besitzen Nebenschlußerregerwicklungen
33 und 34 und Kompounderregerwicklungen 35 und 36. Die Nebenschlußerregerwicklungen
der Motoren sowie die Nebenschlußerregerwicklungen 23 und 24 der Generatoren werden
aus den Hilfsschienen 37 und 38 gespeist.
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Die Kompounderregerwicklungen 3 5 und 3 6 der Walzmotoren sind an
die mit konstanter
Drehzahl umlaufende, von dem Motor 43 getriebene
Erregermaschine 39 angeschlossen. Die Erregermaschine 39 besitzt eine Erregerwicklung
42, die in den, Hauptstromkreis der Walzmotoren und Generatoren eingeschaltet ist.
Die Spannung,der Maschine 39 ist daher proportional dem Belastungsstrom der Motoren.
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Die Drehrichtung der Walzmotoren wird durch. Umsteuerung der Erregerwicklungen
23 und 24 geändert. Gleichzeitig wird die Stromrichtung in den Kompounderregerwicklungen
durch Schützen 44 bis. 47 umgekehrt. Die Schützen 48 bis 5 i dienen zur Umsteuerung
des Feldes der Generatoren.
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Die Umsteuerung selbst wird mit Hilfe der Meisterwalze 52 vorgenommen,
die Kontaktsegmente 53 und 54 sowie Schleifkontakte 55 biss 59 besitzt.
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Die Wirkungsweise. der Erfindung sei durch Beschreibung der Ingangsetzung
des Walzwerkes geschildert. Zum Anlauf im Vorwärtssinn wird die Hauptschaltwalze
.derart gedreht, daß zunächst die Kontakte 55, 58 und 59 das Schaltwalzensegment
53 berühren.. Durch den Kontaktfinger 55 erhalten die Schützen 51 und 49 Spannung,
die die Erregerwicklungen 23 und 24 der Generatoren an die Hilfsschienen legen.
Gleichzeitig schließen, überLeitung 62 gespeist, dieSchützen 45 und 47 den. Stromkreis
der Kompounddynamo 39. Durch die Köntaktfinger 58 und 59 werden von dem Schaltwalzsegment
53 die Schützen 78 und 79 gespeist, die denn Widerstand 75 im Stromkreis der Kompounderregung
der Motoren kurzschließen.
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In .der ersten Stellung der Meisterwalze laufen die Motoren also mit
voller Erregung und Kompoundierung an. In- der zweiten Stellung der Meisterwalze
erhält Kontaktfinger 57 Spannung, so daß der Schützen 83 denWiderstand 65 im Stromkreis
der Erregung der Generatoren kurzschließt. Die Spannung der Generatoren und damit
die Drehzahl der Walzmotoren 13 und 14 steigt an. In der dritten und vierten Stellung
der Meisterwalze werden die, Kontaktfinger 58 und 59 und mit ihnen die Schütze 79
und 78 der Reihe nach wieder spannungslos, so daß zunächst der Widerstand 81 in
der Nebenschlußerregung, dann der Widerstand 75 in der Kompoundierung der Walzmotoren
eingeschaltet wird und die Drehzahl. der Walzmotoren den Normalwert schließlich
erreicht.
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Bei Leerlauf des Walzwerkes ist,das Verhältnis der Drehzahlen der
Motoren 13 und 14 festgelegt, da es von deren Erregung durch die Nebenschlußerregerwicklungen.
abhängt und die Wirkung der Kompounderregung zu vernachlässigen ist. Die Erregerwicklungen
33 und 34 können daher in Reihe miteinander geschaltet werden. Nach dem das Walzgut
die Walze erreicht hat, tritt nun leicht eine verschieden Belastung der Walzmotoren
ein, da sich das Walzgut beim Walzen staucht und wirft. Die Motoren 13 und 14 'haben
daher das Bestreben, mit verschiedener Drehzahl: zu laufen. Der Ausgleich der Belastungen
der Motoren wird nun durch die erfindungsgemäße Reihenschaltung .der Motoren und
Generatoren bewirkt. In der Reihenschaltung bilden sich die Äquipotentialpunkte
A und C bzw. B und D heraus. Bei Belastung beispielsweise des Motors,
14 sinkt dessen Drehzahl und Gegen-EMh. Gleichzeitig sinkt auch die Spannung des
Generators 22 mit dem Steigen seiner Belastung. Das Potential des Punktes B wird
nun kleiner als das Potential des Punktes D; entsprechend. wird bei einer Überlastung
des Motors 13 das Potential des Punktes A kleiner als das Potential des Punktes
C.
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Die ungleiche Lastverteidung würde bei Fehlen der Äquipotentialveribindungen
bewirken, daß der schwerer belastete Motor seine Drehzahl verringert und schließlich
die ganze Last übernimmt, so daß die Reihenschaltung an sich unstabil arbeitet.
Ein stabiles Arbeiten wird erst ermöglicht durch die Äquipotentialverbindungen der
Punkte A und C über den Widerstand 85 und .der Punkte B und D
über
den Widerstand 86. Tritt nun wieder eine Überlastung des Motors i q. und ein Sinken
seiner Klemmenspannung ein., so fließt, wenn Punkt B ein geringeres Potential als
Punkt D hat, ein Ausgleichsstrom durch den Widerstand 86 und den Motor 14, der vom
Generator 21 geliefert wird. Der Motor 14 erhält dadurch ein erhöhtes Drehmoment,
und seine Drehzahl steigt wieder an, i so lange, bis die Gegen-EMK des Motors z
q. ausreicht, um .das Potential des Punktes B auf .das Potential des Punktes. D
zu heben. Die Drehzahlabsenkung des Motors 14, bei der der Ausgleich zur Wirksamkeit
kommt, hängt vom Widerstand 86 ab und läßt sich durch ihn regeln. Der Widerstand
86 muß größer sein als der gemeinsame Widerstand des Motors 13 und des Generators
22, da in bezug auf den Generator 2r der Widerstand 86 dem Motor 13 und dem Generator
22 parall-el liegt. Das gleiche gilt für den Widerstand 85, da dieser eine Speisung
aus dem Generator 22 dem Motor 14 und dem Generator 21 parallel liegt.
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Die Ausgleichsschaltung nach der Erfindung verhindert, daß einer der
Motoren bei plötzlichem Absinken der Belastung, beispielsweise wenn eine .der Walzenwellen
im Betriebe bricht, oder auch bei mangelnder Belastung durchgeht. Um dieses grundsätzlich
andersartige `% erhalten .der gemäß der Erfindung
geschalteten
Motoren im Vergleich zu Einzelmotoren, die je für sich an Spannung gelegt sind;
näher zu erläutern, sei bespielsweise angenommen, daß .die Anstellung eines Walzgerüstes,
dessen Walzen nicht mechanisch gekuppelt sind und von unabhängigen Einzelmotoren
angetrieben werden, nicht der Dicke des zu bearbeitenden Walzgutes entspricht, so
daß das Walzgut nur von einer der beiden Walzen erfaßt werden kann. Steigert man
die Spannung, welche den beiden in Reihe geschalteten Motoren zugeführt wird, allmählich
von Null ausgehend, so wird, konstante Erregung beider Motoren vorausgesetzt, derjenige
Motor, welcher die obere Walze antreibt, früher zu laufen anfangen als der andere
Motor. Denn, das Gegendrehmoment bei dem oberen Motor, d. h. bei der leer laufenden
Walze, ist wesentlich kleiner als bei dem unteren Motor. Infolge der beim Laufen
des oberen Motors auftretenden induzierten Spannung desi Ankers reißt :dieser Motor
fast .den ganzem Betrag der zur Verfügung stehenden Gesamtspannung an sich, und
auf den anderen Motor entfällt nur der zur Deckung des Ankerspannungsabfalles notwendige
Anteil. Dasi hat zur Folge, daß der obere Motor fast an der doppelten Spannung liegt
und daher auch mit der doppelten Drehzahl läuft, während der untere Motor sehr wenig
Spannung erhält und unter Umständen gar nicht zum Anlaufen kommt. Diese für einen
ordnungsmäßigen Walzbetrieb außerordentlich unerwünschte Erscheinung wird aber nach
der erfindungsgemäßen Schaltung wirksam verhindert, da .die steigende Gegen-EMK
des leer laufenden Motors über die Äquipotentialverbindungen Ausgleichsströme hervorruft,
die den schwerbelasteten Motor speisen.
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Es ist bekannt, zur Sicherung des Belastungsgleichgewichts von mechanisch
nicht zwangsläufig gekuppelten, jedoch auf das gleiche Arbeitsgut einwirkenden Motoren,
denen je ein. Generator zugeordnet ist, die Motoren und Generatoren abwechselnd
in ein und demselben Stromkreis in Reihe zu schalten. Da sich diese Schaltung jedoch
nicht als zufriedens.tellend erwiesen hat, ist bei der Weiterentwicklung solcher
Antriebe vorgeschlagen worden, diese abwechiselnde Reihenschaltung aufzugeben und
dafür jeden der beispielsweise zwei Motoren durch den ihm zugeordneten Generator
in einer gesonderten Leonard-Schaltung zu speisen, wobei außerdem Ausgleichsverbindungen
zwischen Punkten gleichen Potentials vorgesehen sind. Die beiden Generatoren sind
bei dieser Anordnung mit je zwei einander entgegengeschalteten Feldwicklungen versehen,
die es ermöglichen, bei einer auftretenden Belastungsverschiedenheit die Erregung
und 'hiermit die Spannung der Generatoren im Sinne eines Ausgleichs der Belastung
zu beeinflussen. Erst mit dieser neuen Schaltung, so heißt es in, dem Vorschlag,
kann die Aufgabe des Belastungsausgleichs zufriedenstellend gelöst werden. Diese
letztgenannte Lösung, die als die brauchbarere hingestellt wird, weicht absichtlich
von der zuerst genannten abwechselnden Reihenschaltung von Motor und Generator ab,
verwendet aber Ausgleichsverbindungen zwischen Punkten gleichen Potentials. Der
Urheber dieses Vorschlages hat somit offensichtlich nicht erkannt, daß sich die
Aufgabe des Belastungsausgleichs unter Verwendung von Ausgleichsverbindungen auch
bei der von ihm für ungünstig erachteten Schaltung lösen läßt, wenn nämlich die
vorliegend vorgeschlagene besondere Schaltung der Ausgleichsverbindungen verwendet
-wird: Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird gegenüber dem vorgenannten Vorschlag
ferner der Vorteil erzielt, daß jeder Motor über Ausgleichsverbindungen an die Klemmen
von mindestens zwei Generatoren angeschlossen ist bzw. daß jeder Generator über
Ausgleichsverbindungen mit mindestens zwei Generatoren einen Leonard-Kreis bildet.
Bei einer aus zwei Motoren und zwei Generatoren bestehenden Schaltung können daher
beide Generatoren gleichzeitig und unmittelbar Energie an ein und denselben Motor
liefern, wenn dieser überlastet ist. Der Ausgleich geschieht hier gewissermaßen
unmittelbar durch zusätzliche Belastung der Generatoren., während bei der Schaltung
nach dem erwähnten Vorschlag erst mittelbar durch den in den Ausgleichsverbindungen
steigenden Strom Erregungsänderungen hervorgerufen werden müssen, durch die der
Ausgleich herbeigeführt wird.
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Es ist keineswegs gleichgültig, ob der Belastungsausgleich, wie vorstehend
auseinandergesetzt, mittelbar oder unmittelbar herbeigeführt wird. Gerade bei Walzenstraßen
mit unabhängig angetriebenen., d. h. mechanisch nicht zwangsläufig miteinander gekuppelten
Walzen ist es wichtig, daß der Belastungsausgleich ,auch bei plötzlichen Belastungsstößen
sicher wirkt. Die Schaltung nach dem erwähnten. Vorschlag beruht, wie bereits bemerkt
wurde, darauf, daß ein Unterschied in der Belastung der beiden Motoren eine Änderung
der Erregung herbeiführt und auf diesem Wege dann eine entsprechende Änderung der
Belastungsverteilung. Es ist somit als notwendiges Glied innerhalb der Steuerungsmaßnahmen
eine Feldänderung eingeschaltet, die bekanntlich stets Zeit braucht und daher verzögernd
wirkt. Bei der Schaltung nach der Erfindung erfolgt der Belastungsausgleich
nicht
auf dem Umwege über geänderte Felder, sondern unmittelbar durch Beeinflussung der
Ankerkreise der beteiligten Maschinen. Dies. hat zur Folge, daß der Ausgleich mit
wesentlich größerer Beschleunigung vor sich gehen: kann. Ein. Vorteil, der gerade
bei Walzenstraßen, die starken Belastungsstößen ausgesetzt sind, unbedingt wichtig
ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber der Schaltung nach dem
erwähnten Vorschlag ergibt sich auch bezüglich der Ausführung der Maschinen. Bei
der Schaltung nach dem Vorschlag wird es sich kaum vermeiden lassen, daß unter besonders
ungünstigen Umständen einer der beiden Motoren eine sehr geringe Drehzahl annimmt
oder gar s'tillste'ht, während dann der andere Motor allein läuft und die doppelte
Spannung an sich reißt. Die Motoren müssen bei dieser Anordnung daher aus Sicherheitsgründen
für die doppelte @u bemessen werden, was bei der Schaltung nach der vorliegenden
Erfindun& nicht notwendig ist.
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Die Schaltung nach der Erfindung ist unabhängig davon anwendbar,
ob die Walzen II und 12 die gleiche Umlaufgeschwindigkeit haben oder nicht.
Eine Änderung des Durchmessers etwa durch Abnutzung läßt sich ohne weiteres durch
die Widerstände 87 und 88, die den Nebenschlußerregerwicklungen 33 und 34 der Walzmotoren
als Shunt parallel liegen, abgleichen. Die Widerstände 89 und 9o dienen zu einer
Regulierung der Kompoundierung.
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Das Arbeiten der Erfindung ist unabhängig von der Zahl der in@ Reihe
liegenden. Generatoren und Motoren. Die Abb. 2 und 3 zeigen. Schaltungen, bei denen
das eine Mal je drei Generatoren und Motoren, d'as andere Mal je vier Generatoren
und Motoren in Reihe geschaltet sind. Sämtliche Äquipotentialpunkte sind hierbei
wieder durch Widerstände miteinander verbünden.
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Die Antriebseinrichtung nach der Erfindung ist nicht nur für Walzwerke,
sondern auch für ähnliche Arbeitsmaschinen brauchbar, bei denen sich,da:s Arbeitsgut
gleichzeitig im Bereich mehrerer Werkzeuge befindet, deren Belastungsverteilung
bei unabhängigem Antriebe zunächst nur durch das zwischen den Werkzeugen befindliche
Arbeitsgut bestimmt wird. Durch die Erfindung ist in. solchen Fällen eine Sicherung
der Belastungsverteilung und damit eine Anwendung unabhängigen -Antriebs in Fällen,
wo diese bisher nicht zulässig war, erreichbar.