DE641003C - Regeleinrichtung fuer ueber gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeiste Elektromotoren - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Motoren über gesteuerte Ventile zu speisen und entsprechend den in Frage kommenden natürlichen Betriebsgrößen willkürlich oder selbsttätig zu regeln. Die Ausbildung des Motors erfolgt normalerweise entsprechend der Betriebscharakteristik, d. h. es wird ein Nebenschlußmotor für eine Nebenschlußcharakteristik und ein Reihenschlußmotor für eine Reihenschlußcharakteristik verwendet. Dabei besteht bekanntlich die Möglichkeit, daß Anker und Feld getrennt jeweils über gesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeist und geregelt werden. Es ist ferner bekannt, daß durch die Gittersteuerung der vorgeschalteten Entladungsstrecken eine Drehzahlregelung von Nebenschlußmotoren erfolgen kann, wobei die tatsächliche, Drehzahlcharakteristik durch entsprechende Steuerung beliebig von der durch den Aufbau des Motors bedingten natürlichen Drehzahlcharakteristik abweicht, ja sogar, daß durch eine derartige Steuerung ein Reihenschlußverhalten eines derartigen Motors erzwungen werden kann.

Vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Vereinfachung der Schaltung und des Aufbaues von Motoren, welche zur Erzielung einer vorbestimmten Betriebscharakteristik dienen sollen und bei denen insbesondere die zugeführte Leistung oder die Drehzahl bei schwankendem Drehmoment konstant gehalten werden soll. Bei den für diesen Zweck bekannten Nebenschlußmotoren ist eine getrennte Speisung des Ankers und des Feldes über besondere Gruppen von Entladungsstrecken notwendig und ebenso eine getrennte, im Einzelfall oft recht komplizierte Regelung sowohl im Anker- wie im Feldkreis. Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeiste Elektromotoren, deren natürliche Charakteristik in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Elektromotors durch Beeinflussung der Gittersteuerung abgeändert und den jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen selbsttätig angepaßt wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptstrommotor verwendet wird, dessen in Reihe geschaltete Anker- und Erregerwicklung über eine gemeinsame Gruppe von Entladungsstrecken gespeist werden. Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist die Beeinflussung der Gittersteuerung über eine in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Motors, beispielsweise der Drehzahl oder der Leistung, arbeitende selbsttätige Regelvorrichtung, und zwar in der Weise, daß eine Nebenschlußcharakteristik des Motors erzielt wird. Hierdurch wird ein Motor geschaffen, dessen Durchbildung in den Hauptstromkrei-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Max Stöhr in Berlin-Tegel.

sen so einfach wie nur möglich ist. Insbesondere erlaubt die vorgeschlagene Einrichtung die Ersparnis eines vollständigen"· Gleichrichters einschließlich Drosselspule, da_: die in Reihe zum Anker geschaltete erregerwicklung zur Glättung des Gleichstromes mit herangezogen werden kaiffl? Besondere Vorteile ergeben sich für die Anwendung des Erfindungsgedankens, wenn man ίο die Regeleinrichtung mit den bekannten Regelungen von Gleichstromnebenschlußmotoren vergleicht, da im vorliegenden Falle nur eine einzige Regeleinrichtung und Regelabhängigkeit zur Bewältigung der Regelaufgäbe genügt. Dies ist gerade für die Durchführung einer selbsttätigen Regelung und ihren einfachen Aufbau von ausschlaggebender Bedeutung.

Die Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung nur schematisch dargestellt sind, beziehen sich sämtlich auf die Regelung von Gleichstrommotoren; es sei jedoch ausdrücklich betont, daß die Erfindung auch auf Wechselstromkollektormotoren, welche über gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße gespeist werden, angewendet werden kann.

Die Abb. 1 zeigt eine Einrichtung, mit deren Hilfe die Drehzahl eines Gleichstrommotors über den ganzen Belastungsbereich konstant gehalten werden kann. Es bedeutet 10 die Anker-, 11 die Erregerwicklung des Motors. Ein Eisengleichrichtergefäß ist mit 12 bezeichnet, der Transformator mit 13. Die zwei Anoden des Gleichrichters sind je mit Steuergittern 14, 15 ausgerüstet, welche an die beiden Klemmen der Sekundärwicklung eines Gittertransformators 16 angeschlossen sind. Die Mitte dieser Sekundärwicklung ist mit der Kathode des Gleichrichtergefäßes 12 \^rerbunden. Die Primärwicklung des Gittertransformators 16 wird von dem Läufer eines Drehtransformators 17 gespeist, dessen Ständer ein dreiphasiger Wechselstrom zugeführt wird. Die Frequenz dieses Wechselstromes stimmt mit der Frequenz des Stromes im Transformator 13 überein. Auf der Achse des Ankers 10 befindet sich ein Fliehkraftkontaktapparat 18, der zwei Kontakte 19 und 20 besitzen möge, welche bei Überschreitung bzw. bei Unterschreitung der Solldrehzahl mit dem Kontakthebel 21 in Berührung kommen. Die Kontakte 19 und 20 sowie der Kontakthebel 21 sind in der Abb. 1 neben dem Fliehkraftkontaktapparat schematisch angedeutet.

Diese Einrichtung arbeitet in folgender

Weise: Es sei angenommen, daß der Läufer des Drehtransformators 17 gegenüber seiner Ständerwicklung derart verdreht sei, daß die Spannung, welche zwischen den Steuergittern 14, 15 und der Quecksilberkathode des Gleichrichtergefäßes liegt, die Zündkennlinie ^jeweils im Abstand von 30 elektrischen Gra- ;;-den, vom Beginn der positiven Anodenspan-. ^Ungshalbwelle an gerechnet, schneiden möge. Die Entladung zwischen der Quecksilberkathode und einer der Anoden des Gleichrichtergefäßes setzt dann jeweils mit diesem Zeitpunkt ein. Der Mittelwert des die Erregerwicklung 11 und den Anker 10 des Motors durchfließenden Stromes sei dabei so groß, daß gerade die gewünschte Drehzahl aufrechterhalten werde, daß also von dem Kontakthebel 21 weder der Kontakt 19 noch der Kontakt 20 berührt werde. Wenn die Drehzahl nun unter ihren Sollbetrag sinkt, kommt der eine der Kontakte 19 oder 20 mit dem Hebel 21 in Berührung, und es wird hierdurch der Stromkreis eines in der Abb. 1 der Einfachheit halber nicht mit dargestellten Verstellmotors für den Drehtransformator 17 geschlossen, so daß sich dessen Läufer gegenüber seinem Ständer verdreht. Diese Verdrehung soll in dem Sinne stattfinden, daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen der an den Gittern und der an den Anoden des Gleichrichtergefäßes liegenden Spannung verkleinert wird. Die Entladung setzt dann innerhalb jeder positiven Anodenspannungshalbwelle schon früher als im Abstand von 30 elektrischen Graden, vom Halbwellenbeginn an gerechnet, ein, und der Mittelwert des den Anker 10 und die Erregerwicklung 11 des Motors durchfließenden Stromes steigt also an. Hierdurch erhöht sich die Drehzahl, und die Verbindung zwischen dem Hebel 21 und dem Kontakt 19 oder 20, welche zur Verstellung des Drehtransformators 17 geführt hat, wird wieder aufgehoben. Findet eine Abweichung der Drehzahl vom Sollwert nach oben statt, so wird der andere der Kon · takte 19 und 20 berührt, der Läufer des Drehtransformators 17 wird in umgekehrter Richtung, wie eben beschrieben, verstellt und der Phasenwinkel zwischen der Gitterspannung und der Anodenspannung des Gleichrichtergefäßes 12 vergrößert. Hierdurch wird eine Verminderung des Motorstromes hervorgerufen, welche eine Absenkung der Drehzahl zur Folge hat, so daß die Abweichung vom Sollwert wieder verschwindet. Diese Ausführungsform läßt bereits den Fortschritt gegenüber den bekannten Motorschaltungen mit gittergesteuerten Gleichrichtern erkennen. Wenn man nämlich die Aufgabe, eine Drehzahl über den ganzen Belastungsbereich konstant zu halten, mit einem Gleichstromnebenschlußmotor lösen will und für die Energielieferung ebenso wie im vorliegenden Falle nur eine Wechselstromquelle zur Verfügung steht, so ist zunächst ein besonderes Gleich-

richtergefäß für die Erregerwicklung notwendig, und es kann außerdem im Ankerkreis eine Drosselspule erheblicher Abmessungen nicht entbehrt werden. Diese Drosselspule bringt dann die erforderliche Glättung des Gleichstromes hervor, ohne welche die Kommutierung am Kollektor des Ankers io außerordentlich unvollkommen vor sich gehen würde. Wenn man jedoch, wie dies durch die Erfindung vorgesehlagen wird, die Ankerund die Erregerwicklung in Reihe schaltet, wird einerseits das besondere Gleichrichtergefäß für die Erregerwicklung erspart, anderseits die Induktivität der Erregerwicklung für die Glättung des Ankerstromes mit angenutzt.

Die Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform, welche sich ebenfalls auf die Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstrommotors bezieht und welche ganz ohne mechanische Kontakte arbeitet. Die Schaltungsanordnung ist dabei nur insoweit dargestellt, als sie sich von derjenigen nach Abb. 1 unterscheidet. Auf der Achse des Ankers 10 ist eine Tourendynamomaschine 22 angebracht, welche einen permanenten Erregermagneten N, S besitzen möge. Die Ankerklemmen dieser Tourendynamomaschine -sind an zwei einander gegenüberliegende Punkte P₁ und P₂ einer Brückenschaltung geführt, welche aus stromabhängigen und stromunabhängigen Widerständen 23 und 24 besteht. Die beiden anderen einander gegenüberliegenden Punkte P₃ und Pi, die im folgenden Äquipotentialpunkte genannt werden sollen, sind über einen in der Abb. 2 nur schematisch angedeuteten Röhrenverstärker 25 an eine Gleichstromvormagnetisierungswicklung 26, welche zu einer Drosselspule 27 gehört, angeschlossen. Diese Drosseispule bildet zusammen mit einem konstanten Widerstand 28 eine Spannungsteilerschaltung und ist an eine Wechselstromquelle angeschlossen, welche zu derjenigen, die den Transformator 13 in Abb. I speist, eine unveränderliche Phasenlage besitzt. Zweckmäßig kann die Spannungsteilerschaltung an den Transformator selbst angeschlossen werden, wie dies in Abb. 2 dargestellt ist. Die Leitungen 29, welche zum Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 13 und zu dem gemeinsamen Pol des Widerstandes 28 und der Drosselspule 27 führen, sind an die Primärwicklung des Gittertransformators 16 in Abb. 1 angeschlossen zu denken.

Diese Einrichtung· arbeitet in folgender Weise: Bei der Solldrehzahl sei die Widerstandsbrücke 23, 24 so abgeglichen, daß zwischen ihren Äquipotentialpunkten P₃ und P₄ eine Spannung bestimmter Größe und Polarität auftritt. Diese ruft einen bestimmten Gleichstrom in der Vormagnetisierungswicklung 26 hervor und bestimmt somit gleichzeitig den Blindwiderstand der Drosselspule 27. Hierdurch ist wiederum die Phasenlage der über die Leitungen 29 und den Gittertransformator 16 den Steuergittern 14, 15 des Entladungsgefäßes aufgedrückten Gitterspannungen bestimmt und damit der Einsatzpunkt der Entladung innerhalb jeder positiven Anodenspannungshalbwelle. Wenn ,die Drehzahl des Motors abnimmt, vermindert sich die Gleichspannung, welche den Punkten P₁ und P₂ der Brückenschaltung 23, 24· zugeführt wird, und es soll auch die zwisehen den Äquipotentialpunkten P₃, P₄ auf- tretende Spannung sinken, ohne jedoch ihre Polarität zu wechseln. Dies bedeutet eine Verminderung des Gleichstromes in der Wicklung 26 und infolgedessen eine Erhöhung des Blindwiderstandes der Drosselspule 27. Der Vektor der an den Leitungen 29 liegenden Spannung ändert nun seine Phasenlage gegenüber der von der Sekundärwicklung des Transformators 13 gelieferten, und zwar möge diese Änderung in einem solchen 'Sinne stattfinden, daß der Phasenwinkel zwischen der Gitterspannung und der Anodenspannung des Gleichrichtergefäßes 12 sich vermindert. Hierdurch wird, wie bereits an Hand der Abb. 1 beschrieben, eine Erhöhung des den Motor durchfließenden Stromes hervorgerufen und somit die Drehzahlabweichung wieder zum Verschwinden gebracht. Wenn sich eine Drehzahlabweichung nach oben einstellt, steigt die Spannung, welche von der Tourendynamomaschine 22 geliefert wird, und daher auch die zwischen den Äquipotentialpunkten der Widerstandsbrücke 23, 24 auftretende Spannung. Der Strom durch die Gleichstromvormagnetisieirungswicklung 26 nimmt zu, der Blindwiderstand der Drosselspule 27 nimmt ab. Dies hat eine Änderung der Phasenlage der an den Leitungen 29 liegenden Spannung im umge- 105= kehrten Sinne wie bei der vorher beschriebenen Drehzahlabsenkung zur Folge, so daß sich der Phasenwinkel zwischen der Gitterspannung und der Anodenspannung des Gleichrichtergefäßes 12 vergrößert und daher der Strom durch den Motor abnimmt. Es ■ wird somit die Drehzahl wieder auf ihren Sollwert gesenkt.

Die Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform, welche dazu bestimmt ist, die vom Motor aufgenommene Leistung bei schwankendem Drehmoment konstant zu halten. Die Einrichtung ist dabei ebenfalls wieder nur insoweit dargestellt, als sie sich von der Einrichtung nach Abb. ι unterscheidet. In den Motorkreis ist die Stromspule eines Kontaktwattmeters 30 eingeschaltet, dessen Spannungsspule parallel

zu dem Gleichstromkreis zu denken ist. Die auf der Skala des Wattmeters befestigten Kontakte und der Zeiger 3es Wattmeters sind ^mit 31. 32 und 33 bezeichnet. Diese Kontakte bzw. dieser Zeiger sind ebenso,, wie es an Hand der Abb. 1 für die Kontakte 19 und 20 und den Kontakthebel 21 beschrieben ist, in den Speisekreis eines Verstellmotors für einen Drehtransformator eingeschaltet zu denken.

Diese Einrichtung arbeitet in der Weise, daß bei unverändertem Moment sowohl die Drehzahl des Motors als auch die vom Motor aufgenommene Leistung konstant" ist. Der Zeiger 33 des Kontaktwattmeters 30 befindet sich zwischen den beiden Kontakten 31 und 32, der Verstellmotor für den Drehtransformator 17 steht still, und der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Gitterspannung ao und der Anoden spannung des Gleichrichtergefäßes 12 ist konstant. Wenn nun der Motor mit einem größeren Moment belastet wird, sinkt zunächst die Drehzahl, und es steigt wegen der Verminderung der Gegen-EMK des Ankers die von dem Motor aufgenommene Leistung. Hierbei kommt der Zeiger 33 des Kontaktwattmeters 30 in Berührung mit dem einen der Kontakte 31, 32, und der Verstellmotor für den Drehtransformator 17 läuft in einer Richtung an, welche eine Vergrößerung des Phasenverschiebungswinkels zwischen den Gitter- und den Anodenspannungen des Gleichrichtergefäßes 12 zur Folge haben möge. Hierdurch vermindert sich der den Motor durchfließende Strom, so daß die Leistung wieder auf ihren Sollbetrag zurückgeht. Sofern der Motor eine plötzliche Entlastung erfährt, sofern also das Moment sich vermindert, steigt die Drehzahl an, und die Vergrößerung der Gegen-EMK bewirkt eine Verkleinerung des den Motor durchfließenden Stromes. Das Kontaktwattmeter 30 stellt dann eine Verbindung zwischen dem Zeiger 33 und dem anderen der Kontakte 31, 32 her, der Verstellmotor für den Drehtransformator 17 läuft in der umgekehrten Richtung an, und der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Gitter- und der Anodenspannung des Gleichrichtergefäßes 12 verkleinert sich, mit dem Ergebnis, daß der Strom durch den Motor ansteigt, die elektrische Leistung also ebenfalls zunimmt und der Kontakt im Wattmeter 30 wieder aufgehoben wird.

Die Abb. 4 zeigt eine Ausführuiigsform, welche ebenso wie die Einrichtung nach Abb. 3 zur Konstanthaltung der Leistung bestimmt ist und welche im übrigen im Zusammenhang mit Abb. 1 und 2 zu verstehen ist. Die Schaltungsanordnung enthält einen Hilfsmotor 34, der nach Art eines Wattstundenzählers geschaltet ist. Sein Anker liegt also mit der Ankerwicklung 10 und der Erregerwicklung 11 des zu regelnden Gleichstrommotors in Reihe, seine Feldwicklung ist parallel zu dem Gleichstromkreise des Gleichrichters geschaltet. Auf der Achse des Ankers dieses Motors 34 ist eine Tourendynamomaschine wie die Maschine 22 in Abb. 2 angebracht zu denken, an welche eine Schaltung ähnlich derjenigen in Abb. 2 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung geht aus den an Hand der Abb. 1 bis 3 gegebenen Erklärungen ohne Schwierigkeit hervor.

Die Erfindung ist nicht auf die Konstanthaltung der Drehzahl oder der Leistung eines Motors beschränkt, sondern soll auch die Beeinflussung der Gitterspannungen in dem Sinne mit umfassen, daß sich die Drehzahl oder die Leistung nach einem vorgeschriebenen Zusammenhang verändert; so kann beispielsweise an Stelle der horizontalen Charakteristik, welche der genauen Konstanthaltung einer Drehzahl über den Belastungs^j bereich entspricht, eine leicht geeignete Charakteristik, wie sie ungeregelten Gleichstromnebenschlußmotoren eigentümlich ist, erreicht werden, und zwar unter Wahrung sämtlicher oben angeführter Vorteile.

Die Erfindung ist ferner nicht auf die Verwendung von Eisengleichrichtergefäßen, wie sie in den beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden, beschränkt, sondern es können gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße beliebiger Art, beispielsweise solche mit Glühkathoden, verwendet werden, auch Eisengleichrichtergefäße einer größeren Anodenzahl als zwei sind unter Umständen von Vorteil. Endlich kann die Steuerung der Entladungsgefäße nicht nur durch Phasenverschiebung einer am Gitterkreis liegenden Wechselspannung gegenüber der Spannung der zugehörigen Anode erfolgen, sondern nach einer beliebigen anderen Methode.

Unter besonderen Umständen wird zweckmäßig ein Motor der beschriebenen Art noch mit einer fremderregten oder selbsterregten Erregerwicklung versehen, welche zusätzlich zu der die Haupterregung nach wie vor liefernden Reihenschlußei-regerwicklung wirkt. Der Strom durch diese Wicklung kann von Hand oder mit Hilfe selbsttätig wirkender Einrichtungen geregelt werden. Diese An-Ordnung kann dann bequem zur Veränderung der durch die übrige Regeleinrichtung aufrechterhaltenen Charakteristik (Einstellung der Grunddrehzahl) dienen oder auch zur Bestimmung des Verlaufes der Charakteristik iao unter besonderen Betriebsverhältnissen heranezogen werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:
   ι. Regeleinrichtung für über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeiste Elektromotoren, deren natürliche Charakteristik in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des Elektromotors durch Beeinflussung der Gittersteuerung abgeändert und den jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen selbsttätig angepaßt

   to wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptstrommotor verwendet wird, dessen in Reihe geschaltete Anker- und Erregerwicklung über eine gemeinsame Gruppe von Entladungsstrecken gespeist werden, deren Gittersteuerung über eine in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße des Motors (z. B. Drehzahl oder Leistung) arbeitende selbsttätige Regelvorrichtung so beeinflußt wird, daß eine Nebenschlußcharakteristik des Motors erzielt wird.
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem Motor gekuppelten Fliehkraftkontaktapparat (18), der bei Schließung bzw. Öffnung der Fliehkraftkontakte (19-21) die Gitterspannung, gegebenenfalls unter Vermittlung eines Hilfsmotors, beeinflußt (Abb. 1).
3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem
4. - Motor (10) gekuppelte Tourendynamomaschine (22) die Gitterspannung, gegebenenfalls über eine Brückenanordnung, beeinflußt (Abb. 2).
   4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in den Motorkreis eingeschaltetes Kontaktwattmeter (30), das bei Öffnung bzw. Schließung seiner Kontakte (31-33) die vom Steuerkreis· abgegebene Gitterspannung ver- ₊₀ ändert (Abb. 3).
5. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tourendynamomaschine mit einem nach Art eines Wattstundenzählers in den Motorkreis geschalteten Hilfsmotor gekuppelt ist (Abb. 4).
6. 6. Regler nach Anspruch 1, 3 und 5i dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis eine Gleichstrombrücke und eine Wechselstrombrücke vorgesehen sind, von denen die erste aus stromabhängigen und stromunabhängigen Widerständen bestehende von der Tourendynamomaschine gespeist wird und gegebenenfalls über einen Verstärker (25) einen Scheinwiderstand (26, 27) der an eine Wechselstromquelle angeschlossenen zweiten Brücke steuert, an deren Ausgangsklemmen die steuernde Gitterspannung abgenommen wird (Abb. 2).
7. 7. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor außer der mit dem Anker in Reihe geschalteten und die Haupterregung liefernden Erregerwicklung (11) noch eine fremderregte oder selbsterregte zusätzliche Erregerwicklung besitzt, deren Erregerstrom von Hand oder selbsttätig eingestellt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen