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Geschwindigkeitsregler für Elektromotoren mit schwingenden Kontakten
Die Erfindung betrifft einen elektrische Geschwindigkeitsregler, der die Möglichkeit
einer sehr genauen Regelung gibt und sich besonders für solche Fälle eignet, wo
ein elektrischer Motor mit einer die normale Geschwindigkeit wesentlich unterschreitenden
Geschwindigkeit laufen soll, was z. B. für die Einregelung oder den Kontrollauf
der angetriebenen Maschine vorkommen kann.
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Die Erfindung gründet sich auf die Anwendung mindestens einer schwingenden
Kontaktvorrichtung, deren einer Kontakt zum Schwingen mit einer gewissen Amplitude
und einer gewissen Frequenz gebracht wird, während der andere Kontaktteil gegen
den ersten mit einer Kraft bestimmter mittlerer Größe gedrückt wird. Solange die
aus dieser Kraft herrührende Beschleunigung der diesen Kontakt tragenden Masse den
Höchstwert der Verzögerung des anderen schwingenden Kontaktorganes übersteigt, wird
die Berührung der beiden Kontakte nicht unterbrochen, wenn aber die letztgenannte
Verzögerung überwiegt, wird eine einmalige Kontaktunterbrechung während jeder ganzen
Schwingungsperiode verursacht. Diese Wirkungsweise wird nun gemäß der Erfindung
so ausgenutzt, daß die Frequenz des einen schwingenden Kontaktteils von der Geschwindigkeit
des zu regelnden Motors abhängig gemacht wird, und daß die Kontaktunterbrechung
regelnd auf die Motorgeschwindigkeit einwirkt.
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Die Abhängigkeit der Frequenz des einen schwingenden Kontaktteils
von der zu regelnden Motorgeschwindigkeit kann in einfachster Weise auf rein mechanischem
Wege erhalten werden, z. B. durch eine Kurvenscheibe, die den Kontaktteil in Schwingung
versetzt und unmittelbar oder mittelbar von der Maschine angetrieben wird, deren
Geschwindigkeit geregelt werden soll. Selbstverständlich kann dasselbe Ergebnis
auch auf andere Weise erhalten werden, beispielsweise dadurch, daß die Maschine
unmittelbar oder mittelbar einen Wechselstrom erzeugt, der den Kontaktteil in Bewegung
hält. Ebenso kann die Kontaktvorrichtung auf die zu regelnde Geschwindigkeit mittelbar
oder unmittelbar auf verschiedene bekannte Weise einwirken.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei oder
mehrere schwingende Kontaktpaare der angegebenen Art in Reihe geschaltet und zur
Schwingung mit einer gewissen gegenseitigen Phasenverschiebung derart gebracht,
daß eine Unterbrechung
stets bei einer der in Reihe geschalteten
Kontaktstellen stattfindet, sobald eine gewisse Frequenz überschritten ist.
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Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist in der Anwendung
auf die Geschwindigkeitsregelung eines leonardgetriebenen Elektromotors in der Zeichnung
dargestellt.
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i ist der Leonarderzeuger und 2 der von ihm angetriebene Motor. Im
Erregerkreis des Erzeugers findet sich sowohl ein gewöhnlicher von Hand regelbarer
Widerstand 3, als in Reihe mit diesem ein Widerstand_q., der durch den Geschwindigkeitsregler
kurzgeschlossen werden kann. Das Antriebsorgan für diesen Regler besteht aus einer
Kurvenscheibe 5, die vom Motor :2 beispielsweise durch ein Riemengetriebe 6 angetrieben
wird. Die Kurvenscheibe hat im Umfang eine ungerade Zahl etwa sinusförmiger Vorsprünge,
gegen welche zwei Stifte 7 unter Einwirkung von Federn 8 anliegen, -die genügend
kräftig sind, um bei den Geschwindigkeiten, für die der Regler dienen soll, die
Stifte in dauerndem Eingriff zu halten. Die Stifte tragen an den entgegengesetzten
Enden Kontakte 9, die miteinander leitend (Leiter io) verbunden sind. Gegebenenfalls
genügt auch die leitende Verbindung über die Stifte 7 und die Kurvenscheibe 5.
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Die Kontakte g werden von der Kurvenscheibe 5 in Verbindung mit den
Federn 8; welche die Kontaktstifte 7 in stetigem Eingriff mit der Scheibe halten,
in einer praktisch sinusförmig hin und her schwingenden Bewegung gehalten, deren
Frequenz der Geschwindigkeit des zu regelnden Motors proportional ist. Der Höchstwert
der Beschleunigung bzw. Verzögerung dieser schwingenden Bewegung tritt bekanntlich
beim Höchstwert der Ausschwingung ein und ist proportional der Schwingungsamplitude
und dem Quadrat der Frequenz. Mit den Kontaktdn 9 arbeiten nun andere Kontakte i
i zusammen, die von schwingenden Teilen 1a getragen werden, die durch Federn 13
gegen die Kontakte 9 gedrückt werden. Auch eine Komponente der Schwerkraft kann
hierbei mit den Federn 13 zusammenwirken. Diese Kräfte zusammen können jedoch den
Teilen 12 und somit den Kontakten i i: nur eine gewisse Höchstbeschleunigung nach
innen bzw. eine gewisse Höchstverzögerung bei der Bewegung nach außen erteilen.
So lange die oben erläuterte Höchstbeschleunigung der zwangsbewegten Kontakte 9
sich unterhalb dieses Höchstwertes hält, werden die Kontakte miteinander stetig
in `Verbindung bleiben, indem der Gegendruck vom inneren Kontakt auf den äußeren
immer dem Überschußwert der Kraft der Federn 13 das Gleichgewicht hält. Wenn dagegen
die Höchstbeschleunigung der zwangsbewegten Kontakte durch Steigerung der Frequenz
über eine kritische Grenze hinausgeht und den Wert übersteigt, welchen eine Feder
13 und die Schwerkraft zusammen dem Teil 12 erteilen kann, so findet eine Kontaktunterbrechung
statt. Diese Unterbrechung beginnt bei der äußeren Endlage der Kontakte, aber bei
nur - unbedeutender Überschreitung der kritischen Frequenzgrenze wird sie infolge
Resonanz praktisch eine halbe Schwingungsperiode dauern. Da die beiden Kontaktstellen
in Reihe geschaltet und derart angeordnet sind, daß die Unterbrechung mit einer
Phasenverschiebung einer Halbperiode zwischen beiden stattfindet, so tritt vollkommene
Unterbrechung ein, sobald die kritische Frequenz überschritten wird. Die Folge dieser
Unterbrechung ist die Einschaltung des Widerstandes q. in den Erregerkreis des Erzeugers,
also eine Verminderung der Erregung. Sobald die Geschwindigkeit des Motors hierdurch
unbedeutend unter den kritischen Wert gesunken ist, wird der Widerstand q. wieder
kurzgeschlossen. Es hat sich- gezeigt, daß durch dieses aussetzende Kurzschließen
und Einschalten des Widerstandes eine äußerst genaue Regelung der Geschwindigkeit
des Motors 2 -möglich ist.
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Die beschriebene Anordnung kann auch dahin abgeändert werden, daß
die Stifte 7 und die Kurvenscheibe 5 selbst als Kontaktteile wirken, in welchem
Falle die die Stifte gegen die Kurvenscheibe andrückenden Federn derart bemessen
sind,. daß eine Kontaktunterbrechung zwischen den Stiften und der Scheibe bei der
kritischen Geschwindigkeit stattfindet.
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Wie erwähnt, ist die Vorrichtung hauptsächlich für niedrige Geschwindigkeit
des Motors 2 bestimmt. Wenn er innerhalb seines normalen Geschwindigkeitsbereichs
arbeiten soll, setzt man den Regler zweckmäßig außer Wirkung, z. B. dadurch, daß
der Widerstand q. durch ein Relais 14 kurzgeschlossen wird, während gleichzeitig
durch eine nicht dargestellte Vorrichtung die Stifte 7 von der Kurvenscheibe abgehoben
werden, so daß sie nicht schwingen können: Gegebenenfalls kann anstatt dessen die
Kupplung zwischen der Kurvenscheibe und dem Motor aufgehoben werden, so daß die
Kurvenscheibe zum Stillstand kommt.
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Falls die Belastung des Motors 2 sehr niedrig ist, kann es vorkommen,
daß er schon mit dem remanenten Magnetismus des Erzeugers eine größere Geschwindigkeit
als die gewünschte erreicht. In solchem Fall kann man zweckmäßig eine Gegenerregung
des Erzeu-;ers benutzen, entweder indem eine stetig vorhandene Gegenerregerwicklung
mit der dargestellten
positiven und veränderlich wirkenden zusammenarbeitet
oder indem die beschriebene Kontaktvorrichtung mittels Zwischenrelais eine Gegenerregung
während der Zeitabschnitte der Kontaktunterbrechung einschaltet.