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Regel- und Gleichlaufvorrichtung für Mehrmotorenantriebe, insbesondere
für Papiermaschinen Bei Regelung der Geschwindigkeit einer Anzahl elektrischer Motoren,
beispielsweise für Mehrmotorenantriebe von Papiermaschinen, im Verhältnis zu einer
Leitgeschwindigkeit wurde bisher vorgeschlagen, zwischen jedem Motor und der Leitmaschine
ein elektrisches Differentialgetriebe in Gestalt einer doppelt gespeisten asynchronen
Wechselstrommaschine. einzuschalten, deren Ständer und Läufer mit Frequenzen entsprechend
der Ist- und Sollgeschwindigkeit gespeist werden, wobei der Läufer bei normaler
Geschwindigkeit des geregelten Motors stillsteht. Diese theoretisch richtige Anordnung
ist in der Praxis kaum verwendbar infolge der sog. Totpunkte im Drehmoment einer
doppelt gespeisten Asynchronmaschine, die auf Nuten-und Wicklungsoberwellen beruhen
und die bedeuten, daß das Drehmoment beim Stillstand in unregelmäßiger Weise mit
der Lage des Läufers im Verhältnis zum Ständer schwankt und in gewissen Punkten
sogar in entgegengesetztem Sinne wie das normale wirken kann.
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Gemäß der Erfindung, bei der auch zur Aufrechterhaltung des Gleichlaufes
die Geschwindigkeit der einzelnen Teilmotoren mit einer Leitfrequenz mittels einer
als Differenzgetriebe arbeitenden doppelt gespeisten Asynchronmaschine verglichen
wird, von der beide Teile drehbar gelagert sind und ein Teil mit dem Regler des
Teilmotors verbunden ist, läßt 'man den zu regelnden Teilmotor gleichzeitig beide
Teile der Asynchronmaschine steuern, indem dem einen Teil der Asynchronmaschine
eine dem Teilmotoranker entnommene Frequenz und dem anderen Teil eine Leitfrequenz
zugeführt wird, während gleichzeitig der Teilmotor den einen oder anderen Teil über
ein veränderliches Übersetzungsgetriebe antreibt.
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Die Geschwindigkeit des umlaufenden Teils der Asynchronmaschine soll
im Verhältnis zu der der Leitfrequenz entsprechenden synchronen Feldgeschwindigkeit
der Maschine jedenfalls größer als der größte zwischen den verschiedenen Maschinen
vorkommende prozentuale Geschwindigkeitsunterschied sein, so daß die Geschwindigkeit
des umlaufenden äußeren Teiles des Rotors unter keinen Verhältnissen sich dem Nullwert
nähern oder ihn erreichen kann, wodurch sich die Totpunkte geltend machen würden.
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Die Erfindung ist deshalb von solchen Anordnungen zur Geschwindigkeitsregelung
genau zu unterscheiden, bei denen das eine Glied einer als Differentialgetriebe
wirkenden Asynchronmaschine mit niedriger Geschwindigkeit als Ersatz für die sonst
erforderliche veränderliche Übersetzung angetrieben wird, um einen genau regelbaren
Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebsmotoren zu
schaffen.
Das Verhältnis zwischen der letzterwähnten Geschwindigkeit und der der Leitfrequenz
entsprechenden synchronen Geschwindigkeit muß dann genau gleich dem prozentualen
Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem betreffenden Antriebsmotor und der Leitmaschine
sein. Dieser Geschwindigkeitsunterschied beträgt bei Papiermaschinen im allgemeinen
höchstens einige Prozent und soll jedenfalls bis auf Null oder bis zu einem Wert
umgekehrten Vorzeichens stetig regelbar sein. Er ist deshalb für den Zweck der Erfindung,
die Totpunkte auszugleichen, unverwendbar.
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Die Geschwindigkeit des umlaufenden äußeren Teils der Asynchronmaschine
muß deshalb in einem Verhältnis zu der der Leitfrequenz entsprechenden Feldgeschwindigkeit
der Maschine stehen, das proportional der gewünschten prozentualen Geschwindigkeitsschwankung
und sogar größer als rler höchste vorkommende Wert dieser Schwankung ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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i ist der Antriebsmotor für einen Abschnitt einer Papiermaschine o.
.d91. Der Motor ist als ein Gleichstrommotor mit Geschwindigkeitsregelung durch
Änderung des Erregerstromes mittels eines Widerstandes 2 dargestellt, kann aber
auch anderer Art sein, z. B. ein Drehstromkollektormotor mit . Geschwindigkeitsregelung
durch Bürstenverschiebung (Schragemotor). Er ist mit Schleifringen 3 zur Entnahme
eines Wechselstromes mit einer seiner Geschwindigkeit genau proportionalen Frequenz
versehen. Gegebenenfalls können diese Schleifringe .durch einen kleinen besonderen,
mit der Maschine fest gekuppelten Wechselstromgenerator ersetzt werden. Die Schleifringe
sind mit entsprechenden Schleifringen des innenliegenden Stators 41 einer Asynchronmaschine
4 verbunden. Außerdem ist der Motor i durch eine innerhalb gewisser Grenzen verstellbare
Übersetzung 6 mit dem außenliegenden Rotor 42 der Maschine 4 mechanisch verbunden.
Die beiden Glieder 41, 42 sind willkürlich mit Ständer oder Läufer bezeichnet worden,
obwohl beide drehbar sind. Keines der Glieder könnte auch mit Recht als primär oder
sekundär bezeichnet werden, da die elektrische Energie abwechselnd von beiden Seiten
zügefiihrt werden kann. Der Rotor 42 ist an eine Stromquelle 5 konstanter Frequenz
angeschlossen, die im Verhältnis zur Frequenz auf den Schleifringen 3 einen Wert
besitzt, der sich aus der Geschwindigkeit und Drehrichtung des Rotors im Verhältnis
zur Phasenfolge der Rotorwicklung ergibt. Der Stator 4.i wird dann normal stillstehen
uni sich nur dann verdrehen, wenn der Motor i eine Neigung zur Änderung seiner Geschwindigkeit
bekommt, die dann sofort durch Drehung und Verstellung des Regelwiderstandes 2 ausgeglichen
wird.
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Setzt man die Frequenz der Stromquelle 5 = vx und die Frequenz auf
den Schleifringen 3 - v2, das Übersetzungsverhältnis des Kegelriemenbetriebes =
i + s, wo s als eine kleine positive oder negative Zahl angenommen wird, und das
Verhältnis zwischen den Polzahlen der Maschinen 4 und i = ,in, so ist die Bedingung
für Stillstand des Ständers 41 die folgende: v2 - -1- (M (i + E) v2 -f- vil
, in welcher Gleichung das erste Doppelvorzeichen auf der Pkiasenfolge im Ständer
41 im Vergleich zu derjenigen im Anker der Maschine i und das zweite Doppelvorzeichen
auf der Phasenfolge im Läufer 42 im Vergleich zu derjenigen im Ständer 41 beruht.
Nimmt man als Beispiel das obere Zeichen in der ersten und das untere in der zweiten
Stelle an, so erhält man
Setzt man hier beispielsweise m=2 und a = o, so wird v2 = y1, d. h. die Frequenz
im Anker der Maschine i wird gleich der Leitfrequenz bei einer Mittelstellung des
Kegelriemengetriebes. v2 stellt selbstverständlich auch die Geschwindigkeit der
geregelten Maschine i dar.
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Der von den Schleifringen 3 gespeiste Teil der Maschine 4 kann selbstverständlich
ebensowohl der äußere wie der innere Teil der Asynchronmaschine sein. Auch kann
der innenliegende Teil in Umlauf gehalten werden, während die Leitfrequenz dem anderen
normal stillstehenden Teil zugeführt wird. Falls der äußere Teil umläuft und durch
eine Riemenscheibe angetrieben wird, kann er gegebenenfalls in die Riemenscheibe
eingebaut sein.
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An Hand von zwei Zahlenbeispielen sei im folgenden die Arbeitsweise
der Regelvorrichtung gemäß der Erfindung erläutert. -Angenommen,-dieLeitfrequenz
sei So Perioden, die beiden Maschinen i und 4 vierpolig und das Übersetzungsverhältnis
des Riemengetriebes 6 gleich 404. Die Normalgeschwindigkeit der Maschine i sei angenommen
mit 735 und damit die des Teiles 42 gleich 765 Touren. Die Feldgeschwindigkeit im
Raume der Maschine ,4 wird 1500 - 765 = 735 Touren, und da die Frequenz an
den Schleifringen der Maschine i gleich 2.1,5 ist, wird die Geschwindigkeit des
Feldes relativ zum Teil 41 auch 735 Touren, d. h. der Teil
41 bleibt
stillstehend. Wird dagegen die Geschwindigkeit der Maschine i durch einen Belastungsstoß
vorübergehend auf 73oTouren herabgesetzt, so wird der Teil 42 mit 76o Touren umlaufen.
Die Feldgeschwindigkeit im Raume wird dann i 5oö - 76o - 74o Touren, und da die
Geschwindigkeit des Teiles 41 relativ zum Felde 73o Touren beträgt, so wird der
genannte Teil sich im Raume mit io Touren bewegen, bis das Gleichge@vicht wiederhergestellt
ist. Die gegebenen Zahlenwerte sind aus vorstehenden Gleichungen ohne weiteres errechenbar.
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Das nachstehende Zahlenbeispiel erläutert die Wirkungsweise der Regelvorrichtung
gemäß der Erfindung, wenn die Drehrichtung des mechanisch angetriebenen Teiles gleichsinnig
zur Drehrichtung des elektrischen Leitfeldes ist. Die Leitfrequenz sei
50 Perioden, die beiden Maschinen i und 4 sechzehn-bzw. achtpolig und das
Übersetzungsverhältnis des Riemengetriebes 6 gleich i,oa. Die Drehrichtung des Teiles
42- und des Drehfeldes darin mögen sich addieren. Man findet, daß dies einer Normalgeschwindigkeit
der Maschine i von 765 Touren entspricht. Die Geschwindigkeit der Maschine 4 wird
780
Touren. Die Feldgeschwindigkeit im Raume der Maschine 4 wird 750 -i-
780 -153o Touren. Die Frequenz an den Schleifringen der sechzehnpoligen Maschine
i ist bei 765 Touren gleich ioa, und diese Frequenz an den Schleifringen der achtpoligen
Maschine 4 entspricht ebenfalls einer Drehfeldgeschwindigkeit von 153o Touren, also
dem Stillstand des Teiles 4i.
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Sinkt nun die Geschwindigkeit der Maschine i vorübergehend bis auf
75o Touren, so sinkt die der Maschine 4 bis auf 765 Touren. Da die Leitfrequenz
konstant bleibt, so sinkt die Feldgeschwindigkeit im Raume der Maschine 4 bis auf
750 + 765 - 1515 Touren. Die Frequenz auf den Schleifringen 3 ist auf ibo gesunken,
und die Feldgeschwindigkeit, bezogen auf den Maschinenteil 41, ist also i5oo. Dieser
Teil dreht sich deshalb im Raume in demselben Sinne wie der Teil 42 mit einer Geschwindigkeit
von 1515 - 1500 = 15 Touren, und der Widerstand a soll derart eingerichtet sein,
daß eine solche Drehung eine Feldschwächung herbeiführt, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt
ist.