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Anordnung zur regelbaren Einstellung der Steilheit der Spannungsänderung
eines Leonardgenerators Bei einem in einer Ward-Leonard-Schaltung angeordneten Motor
wird bekanntlich die Richtung und Drehzahl des Motors durch Regelung der Erregung
und damit der Spannung des den Motor speisenden Generators gesteuert. Hierbei ist
es oft erwünscht, sowohl die Beschleuizigung als auch ,die Verzögerung des Motors
auf ein höchst zulässiges Maß zu begrenzen. Ferner sollen die zur Erreichung dieses
Ziels verwendeten Mittel so einfach wie möglich sein, so daß sie bei Handsteuerung
durch ein einfaches Steuergerät und bei selbsttätiger Steuerung unter Verwendung
nur weniger Schalteinrichtungen gesteuert werden können.
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Bisher ist bei der Steuerung von Motoren in Schaltungen der obenerwähnten
Art die Steilheit des Anstieges und des Abfalles in der Stärke des magnetischen
Feldes des Generators durch die Induktivität des Generatorfeldstromkreises von selbst
auf ein zulässiges Maß begrenzt worden. Wenn jedoch das Ward-Leonard-System zum
Antrieb von Personenaufzügen u. dgl. dienen soll, werden verhältnismäßig kleine
Maschinen verwendet; und bei einer verhältnismäßig kleinen Maschine ist es schwierig
und oft unwirtschaftlicb, die Induktiv ität des magnetischen Kreises des Generators
so groß zu bemessen, daß sie die Steilheit des Anstieges und des Abfalles des Generatorfeldes
auf das gewünschte Maß begrenzt. Wenn aber sowohl die Beschleunigung des- Aufzuges
als auch seine Verzögerung zu groß sind, wird dies von den mitfahrenden Personen
unangenehm empfunden; ferner sind die mechanischen Einrichtungen dann stärker der
Abnutzung unterworfen. Man könnte nun-daran denken, die zu geringe Induktivität
des magnetischen Kreises des Generators durch Anordnung einer Dämpferwicklung oder
durch Einfügung einer Drosselspule in den Feldstromkreis des Generators zu erhöhen.
Während Dämpferwicklungen eine besondere Bauart .der Maschine bedingen und daher
sowohl die Herstellung als auch die Lagerhaltung verteuern, müßte die -Vorschaltdrossel,
um eine ausreichende Verlängerung der Anfahrzeit des Aufzuges' zu erzielen, sehr
große Werte der Induktivität erhalten und infolgedessen sehr teuer sein. Dies wird
besonders deutlich bei der Betrachtung des Abbremsens desAufzuges aus der vollen
Geschwindigkeit. Es ist klar, daß eine- Drosselspule für einen .derartigen Energieinhalt,
wie er zur Erzielung eines genügend geringen Verzögerungswertes
notwendig
ist, sehr große Abmessungen annehmen würde.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, auf bedeutend billigerem Wege
die Steilheit der Feldänderungskurve und damit des Spannungsverlaufes im Generator
in größerem Maße herabzusetzen, als es allein .durch die Induktanz der Feldwicklung
geschieht. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Feldwicklung des
Generators derart über entsprechend bemessene Widerstände parallel zum Anker des
Generators und zu einer Hilfserregerstromquelle liegt, daß der beim Einschalten
des Feldstromkreises des mit normaler Drehzahl umlaufenden Generators in diesem
Kreise fließende Teilstrom der Hilfsstromquelle zunächst genügend groß ist, um den
Aufbau der Generatorspannung einzuleiten, und dieser Teilstrom danach durch die
in gleicherRichtung wirkende ansteigende Ankerspannung des Generators weiter verstärkt
wird. Beim Anstieg der Generatorspannung nimmt die Stärke .des über den Anker fließenden
Teilstromes allmählich bis auf -Null ab, und danach wird infolge der ansteigenden
Generatorspannung ein zusätzlicher Erregerstrom über die Feldwicklung geschickt.
Bei Annäherung des Sättigungszustandes des magnetischen Kreises des Generators nimmt
die Generatorspannung und damit die Größe des von dem Generator erzeugten zusätzlichen
Erregerstromes nur noch verhältnismäßig langsam zu. Durch Änderung der Widerstandsgrößen
kann die Steilheit des Anstieges und Abfalles der Generatorspannung und damit der
Beschleunigung undVerzögerung des Aufzuges in einem unterhalb der höchst zulässigen
Werte liegenden großen Betriebsbereich regelbar eingestellt werden.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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In Abb. i ist ein grundsätzliches Schaltbild der Erfindung dargestellt.
Die Feldwicklung ii liegt parallel zu dem Anker io des Generators und dem diesem
vorgeschalteten Widerstand 12 und ist über einen Widerstand 13 und einen Schalter
14 mit den von einer Gleichstromquelle von annähernd konstanter Spannung kommenden
Speiseleitungen 15 und 16 verbunden. Die Hilfsstromquelle kann beispielsweise eine
Erregermaschine 17 in Verbundschaltung sein. Die Größe der Widerstände 12 und 13
bestimmt die Steilheit der Zu- und Abnahme des magnetischen Feldes des Generators
io. Um dies näher zu erläutern, sei angenommen, daß der Anker io bei geschlossenem
Schalter 14. sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht. Dann fließt von der Speiseleitung
15 über den Schalter 1q. ein Strom, der sich über die Feldwicklung ii und den Anker
io des Generators und den mit ihm in Reihe liegenden Widerstand i2 verzweigt und
dann über den Widerstand 13 zur anderen Speiseleitung 16 verläuft. Der den Leitungen
15 und 16 entnommene Gesamtstrom wird vorwiegend durch die Größe des Widerstandes
13 bestimmt; die Größe des über den Anker io und den Widerstand 12 parallel zur
Wicklung i i fließenden Teilstromes kann durch Veränderung des Widerstandes 12 geregelt
werden.
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Wie bereits erwähnt, fließt beim Schließen des Schalters 1:4 Erregerstrom
über.die Wicklung i i, wodurch der Aufbau der Generatorspannung eingeleitet wird.
Infolge der ansteigenden Spannung des Generators io wird zunächst der über den Anker
fließende Strom auf Null herabgesetzt und dadurch ein verstärkter Erregerstrom über
die Wicklung i i geschickt. Es ist also ersichtlich, daß, falls beide Widerstände
12 und vor allem aber i3 klein sind, der Anstieg der Generatorspannung steil ist.
Wenn j edoch der Widerstand 12 dem Strom einen kleineren Widerstand biete als der
Widerstand der Feldwicklung i i, dann wird der Teil des Erregerstromes, der über
die Wicklung I1 fließt, herabgesetzt, und ein größerer Anteil des Gesamtstromes
fließt über den vom Anker io gebildeten Nebenschluß. Die Folge ist ein bedeutend
langsamerer Anstieg des magnetischen Feldes des Generators.
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Wenn angenommen wird, daß der Schalter 14 offen ist und die Summe
der Widerstände der Feldwicklung i i und des Widerstandes 12 kleiner ist als ein
kritischer Wert, dann genügt bekanntlich der remanente Magnetismus, um eine Spannungserzeugung
einzuleiten.
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In Abb. 2 ist 18 die Sättigungskurve des unbelasteten Generators,
welche den Anstieg der Spannung E9 des Generators bei ansteigendem Feldstrom It
darstellt. Da der Widerstand derFeldwicklungii und der desWi.derstandes iz gleich
der an sie angelegten Spannung dividiert durch den sie durchfließenden Strom ist,
kann ein Widerstandswert durch eine gerade Linie, beispielsweise die Linie i9 in
Abb. -, dargestellt werden, während höhere Werte des Widerstandes für diesen Strom
durch die Linien 2o, 21 und 22 dargestellt sind. Bekanntlich bedeutet das Schneiden
der Sättigungskurve 18 durch die Widerstandslinie i9, daß der remanenteMagnetismus
eine Spannungserzeugung einleitet und die Generatorspannung bis zum Schnittpunkt
ansteigen kann. Wenn jedoch' der Widerstand des Stromkreises durch Vergrößerung
des Widerstandes i2 bis zu dem durch die Linie 2i dargestellten Wert vergrößert
wird, so kann
der remanenteMagnetismus keineSpannungserzeugunb des
Generators einleiten. Wenn der Widerstand des Feldstromkreises auf seinen kritischen
Werteingestellt wird, welcher sich als Tangente 2o an dem unteren Teil der Kurve
i8 darstellt, dann befindet sich der Generator im labilen Gleichgewicht. Der Anstieg
der Generatorspannung ist dann unbestimmt, und die Größe der Spannung, welche bei
diesem Widerstandswert innerhalb einer bestimmten Zeit erzeugt wird, kann nicht
ohne weiteres vorher bestimmt werden. Vorteilhaft wird der Widerstand 12 so eingestellt,
daß sich ein Widerstand des Stromkreises ergibt, der der Linie2i entspricht und
der größer ist als, der durch die Linie 2o dargestellte kritische Wert des Widerstandes,
so daß eine Selbsterregung nicht eintreten kann.
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Es muß also eine Hilfserregerstromquelle vorgesehen sein, um den Aufbau
der Generatorspannung einzuleiten. Wenn die Hilfsstromquelle abgeschaltet wird,
wird dadurch, daß - der Widerstand des Feldstromkreises oberhalb-des kritischen
Wertes liegt, das Absinken der Generatorspannung sichergestellt, mit anderen Worten
verhindert, daß der Generator sich selbst erregt und so eine konstante Spannung
über seinen Anker aufrechterhält. Dabei geht der Abfall der Spannung bedeutend langsamer
vor sich, als es durch die Induktanz der Feldwicklung i i allein erfolgen würde,
da nach dem Öffnen des Schalters 14 der Generatorio zunächst noch weiter Erregerstrom
über die Feldwicklung ii schickt.
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Bei der Anwendung der Erfindung auf die regelbare Einstellung der
Beschleunigung und Verzögerung eines Aufzuges wird der Antriebsmotor des Aufzuges
an die Ankerklemmen des den Strom liefernden Generators geschaltet. Da die Spannungsverluste
im Generatoranker und Motoranker eine beträchtlicheGeschwindigkeitsabnahme desAufzuges
bei schwererer Belastung hervorrufen, wird zweckmäßig ein Geschwindigkeitsregler
in Gestalt einer Erregermaschine vorgesehen, der in Abhängigkeit von dem zwischen
dem Leonardgenerator und dem Motor fließenden Bielastungsstrom erregt wird undmittelscines
Spannungsteilers mit der Feldwicklung des Generators verbunden ist. Um .die Beschleunigung
und Verzögerung des Aufzuges zu steuern, wird die Feldwicklung des Generators, wie
oben beschrieben, über einen Widerstand an die Ankerklemmen des Generators gelegt.
Zum Stromkreis über den Anker des Generators wird ein weiterer Parallelstromkreis
für den Erregerstrom, der von der zur Geschwindigkeitsregelung vorgesehenen Errrgerniaschine
geliefert wird, vorgesehen. Durch Veränderung der Einstellung des Spannungsteilers
in Verbindung mit der Änderung des Widerstandes (z2 in Abb. z) im Ankerstromkreis
des Generätors kann die von der Erregermaschine erzeugte Komponente der Erregung
°eingestellt werden, ohne daß die verschiedenen Grundgeschwindigkeiten, mit denen
der Aufzug betrieben werden kann, hierdurch beeinflußt werden. Die Größe der Grundgeschwindigkeit
des Aufzuges wird durch einen bestimmten Widerstandswert in Reihe mit dem Spannungsteiler
der Feldwicklung und einer Hilfsstromquelle bestimmt.
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In Abb. 3 ist die Erfindung in Anwendung auf die Steuerung eines durch
einen Motor 24 betriebenen Aufzuges 23 dargestellt. Der Motor 24 ist in Ward-Leonard-Schaltung
mit einem von einem geeigneten Wechselstrornmotor 27 angetriebenen Generator 26
verbunden. Die Geschwindigkeit des Antriebsmotors wird durch Veränderung- der Erregung
der Feldwicklung 28 des Generators 26 gesteuert. Eine durch die Speiseleitungen
29 und 3o angedeutete Hilfserregerstromquelle ist mit der Feldwicklung 28 über einen
Widerstand 31 und einen zwecks Einstellung verschiedener Betriebsgeschwindigkeiten
kurzschließbaren Widerstand 32 sowie über die Umkehrschütze 33 und 3.4 und von dort
über einen Parallelstromkreis verbunden, wovon der eine Zweig einen einstellbaren
Widerstand35, eine als Geschwindigkeitsregler dienende Erregermaschine36 und einen
für gewöhnlich offenen Schalter37 enthält, während der ändereZweig einen einstellbaren
Widerstand 38 enthält. Die Erregermaschine 36 ist mit einer Feldwicklung 39 versehen,
die in Reihe mit dem Anker des Generators 26 liegt und dazu dient, die Erregermaschine
in Abhängigkeit von dem zwischen dem Generator 26 . und dem Antriebsmotor 24 fließenden
Belastungsstrom zu erregen. Die Größe des von der Erregermaschine 36 über die Feldwicklung
28 geschickten Anteils des Erregerstromes kann durch Vergrößerung oder Verkleinerung
der Widerstände 35 und 38 verändert werden.
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Durch die Erregermaschine 36 sowie den Schalter 37 und einen verhältnismäßig
hochohmigen Widerstand 40 wird ferner eine sogenannte Selbstmordschaltung zur Vernichtung
des durch den remanenten Magnetismus erzeugten Generatorrestfeldes gebildet. Zur
Steuerung der Umkehrschütze 33 und 3,4 und zur Betätigung eines den Widerstand 32
kurzschließenden Schalters 43 dient der Kabinenschalter 4a.
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Wie bei Erläuterung der Abb. i beschrieben wurde, wird die Steilheit
des Anstieges und Abfalles der Generatorspannung dadurch auf das gewünschte Maß
herabgesetzt, daß
die Generatorfeldwicklung 28 in einem Parallelstromkreis
zum Generatoranker liegt, wobei der Stromkreis mehr Widerstand enthält, als dem
kritischen Wert entspricht. Wie dargestellt, wird dieser Widerstand durch einen
Teil 38a dies Widerstandes 38 und einen zusätzlichen Widerstand 44 gebildet.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb.3 ist nun wie folgt: Es sei
angenommen, daß der Anker des Generators 26 und der Anker der Erregermaschine 36,
der auf der Welle des Generators 26 sitzt, durch den Wechselstrominotor 27 angetrieben
werden und daß der Stromkreis über die fremderregte Feldwicklung 45 .des Antriebsmotors
24 geschlossen ist. Um den Aufzug 23 nach oben zu bewegen, wird der Fahrschalter
41 aus seiner Ruhestellung im Uhrzeigersinn auf die erste Betriebsstellung gedreht,
in der er mit dem festen Kontakt 46 in Eingriff kommt und einen Stromkreis schließt,
der von der Speiseleitung 29 über das Segment 42, den Kontakt 46 und die Leitung
47, die Erregerspule 48 des Umkehrschützes 34, -die Leitung 49 zur Erregerspule
5o des Schützes 37 und zu der anderen Speiseleitung 30 verläuft. Das Umkehrschütz
34 und das Schütz 37 schließen darauf einen Erregerstromkreis für die Feldwicklung
28 des Generators 26, der von der Speiseleitung 29 über den festen Widerstand 3
z, den Widerstand 32, die Leitung 51, den oberen Kontakt des Schützes 34, die Leitung
52 und von dort über zwei parallele Stromkreise, von denen der eine den Widerstand
35, den Anker 36 der Erregermaschine und den Schützkontakt 37, der andere den Widerstand
38 und'die Leitung 28a enthält, und dann weiter über die Feldwicklung 28, die Leitung
53 und den unteren Kontakt des Schützes 34 zu der andern Speiseleitung
30 verläuft. Da die Feldwicklung 28 über die Leitung 28a, den Widerstandsabschnitt
38a und den Widerstand 44 parallel zum Anker des Generators 26 liegt, fließt im
ersten Augenblick nach dem Schließen des Stromkreises ein Teil des Stromes aus der
Hilfsstromquelle über den Anker des Generators. Der Verlauf der Beschleunigung und
Verzögerung des Aufzuges 23 ist im wesentlichen bestimmt durch die Größe des Widerstandes
44, der, um einen Abfall der Generatorspannung nach Abschalten der Hilfs-Stromduelle
sicherzustellen, so groß zu wählen ist, daß die Summe der Widerstandswerte des Widerstandsabschnittes
38a, des Widerstandes 44 und der Feldwicklung 28 größer ist als der kritische Ziert.
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Die Erregermaschine 36 ist so geschaltet, daß sie den von der Hilfsstromquelle
.und dem Generatoranker 26 gelieferten Erreger-Strom unterstützt. Der von der Erregermaschine
36 erzeugte Teil des Erregerstromes wird durch die Hilfsgleichstromquelle und auch
über den Anker des Generators 26 in die Feldwicklung 28 geschickt. Dadurch, daß
diese beiden Parallelstromkreise für den von der Erregermaschine 36 erzeugten Erregerstrom
und ferner ein Stromkreis über den Widerstand 38 vorgesehen sind, kann die von der
Erregermaschine 36 erzeugteKomponente des Erregerstromes so bemessen werden, daß
sie die Spannungsabfälle bei allen Geschwindigkeiten und voller Belastung des Aufzuges
ausgleicht, ohne die eingestellte Grundgeschwindigkeit des Aufzuges zu beeinflussen.
Die Geschwindigkeit des Aufzuges 23 ist bestimmt durch die Spannung, die von dem
Generator 26 an den Motor 24 angelegt wird, und diese Spannung wieder hängt von
dem Wert des der Erregerwicklung 28 aufgedrückten Erregerstromes ab. Unter den oben
betrachteten Verhältnissen ist der Anteil des Erregerstromes; der den Speiseleitungen
entnommen wird, abhängig von der Summe der Widerstände 31 und 32, dem durch die
beiden parallel liegenden Widerstände 35 und 38 gebildeten Widerstandswert !und
dem Widerstand der Feldwicklung 28. Wenn daher der resultierende Wert der Widerstände
35 und 38 konstant gehalten wird, bleibt der der Hilfsstromquelle entnommene Erregerstrom
konstant, auch wenn die Komponente des durch die Erregermaschine 36 über die Feldwicklung
geschickten Erregerstromes bei einem bestimmten Betriebszustand geändert wird.
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Um den Aufzug mit voller Geschwindigkeit zu heben, wird- der Fahrschalter
41 im Uhrzeigersinn weitergedreht, bis das leitende Segment 42 den Kontakt 54 berührt,
worauf ein Stromkreis von der Speiseleitung29 durch die Erregerspule 55 des Schützes
43 und die Leitung 57 nach der anderen Speiseleitung 3o geschlossen wird. Das Schütz
43 schließt hierauf den Widerstand 32 kurz, wodurch die Erregung und .damit die
Spannung des Generators 26 vergrößert wird. Der Verlauf des Anstieges der Generatorspannung
und damit der Verlauf der Beschleunigung des Aufzuges 23 geht wieder allmählich
vor sich, da der von dem Anker 26 gelieferte Anteil des Erregerstromes im ersten
Augenblick klein gehalten wird und - dann die ansteigende Spannung des Generators
eine Vergrößerung des Erregerstromes verursacht. Es ist also ersichtlich, - daß
nicht nur die Beschleunigung des Antriebsmotors aus der Ruhe, sondern auch die Beschleunigung
von der niedrigen Geschwindigkeit auf die volle Geschwindigkeit sanft gestaltet
wird.
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Es ist ferner ersichtlich, daß die Erregermaschine36 nun die über
dieHilfsstromquelle
der Feldwicklung 28 aufgedrückte Komponente
des Erregerstromes vergrößert, da der Widerstand 32 kurzgeschlossen worden ist und
damit ein Stromkreis geringeren Widerstandes als der Stromkreis über den Anker des
Generators z6 hergestellt ist. Eine weitere Folge der Erhöhung der Spannung zwischen
den Leitungen 5z und 53 ist eine Vergrößerung des Spannungsabfalles am Widerstand
38, -wodurch der Strom aus der Erregermaschine36, der über den Widerstand 38 fließt
und damit der Feldwicklung entzogen wird, kleiner wird. Die Erregermaschine 36 ist
also derart geschaltet, daß sie bei allen Geschwindigkeiten und voller Belastung
des Aufzuges die geeignete Erregerstromkomponente für die Feldwicklung 28 liefert.
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Zum Stillsetzen des Aufzuges an einer Haltestelle wird der Fahrschalter
41 in die dargestellte Ruhestellung zurückgeführt. Hierdurch werden die Spulen 48,
50 und 55 stromlos. Infolgedessen wird der Widerstand 3z wieder eingeschaltet,
die Feldwicklung 28 von den Speiseleitungen :29 und 30 abgetrennt und die Schaltung
zur Vernichtung des remanenten Magnetismus des Generators hergestellt. Gleichzeitig
mit der Abschaltung der Spule 50 wird auch die mechanische Bremse angelegt.
Der Generator 26 bleibt aber mit der Feldwicklung 28 verbunden, so daß er Erregerstrom
über die Feldwicklung schicken kann über einen Stromkreis, .der von der einen Klemme
des Generatorankers über die Wicklung 39, den Widerstand qq., den Widerstand
38a, die Feldwicklung 28 nach der anderen Klemme des Generatorankers verläuft.
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Durch Öffnen des Schützkontaktes 37 wird ein Stromkreis hergestellt,
der von der einen Klemme des Ankers 36 der Erregermaschine über den Widerstand4o,
die Feldwicklung28, die Leitung a8; den Widerstand 38 und den Widerstand 35 zu der
anderen Klemme des Ankers 36 verläuft. Dieser Strom über die Feldwicklung 28 ist
also entgegengesetzt seinem früheren Verlauf. Da zwischen dem Generator 26 und dem
Motor 24 ein Strom fließt, wird die Erregermaschine 36 erregt und schickt über die
Feldwicklung 28 Strom in einer Richtung, durch die der remanente Magnetismus geschwächt
oder ganz beseitigt wird.
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Bei der Einschaltung des Fahrschalters in der entgegengesetzten Richtung
spielen sich ent#prechend dieselben Vorgänge ab.