-
Selbsttätige Regeleinrichtung für Elektromotoren mit einem zur Verstellung
des Anlassers dienenden Gleichstromhilfsmotor Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen
zum Betrieb von Elektromotoren mit einem zur Regelung des Widerstandes im Ankerstromkreis
dienenden Anlasser und einem zur Verstellung des Anlassers vorgesehenen, in Leonardschaltung
an einen Steuergenerator angeschlossenen Gleichstromhilfsmotor, bei denen der Steuergenerator
mit zwei einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen versehen ist, von denen die
eine an eine Gleichstromspannung angeschlossen ist und zur Erzeugung einer Spannung
dient, bei der der Hilfsmotor im Sinne einer Verldeinerung des Widerstandes im Ankerstromkreis
wirkt, während die andere Erregerwick= lung an eine Spannung angeschlossen ist,
die sich selbsttätig entsprechend dem jeweiligen Drehmoment des Hauptmotors ändert.
Die Anordnungen dieser Art dienen dazu, den Anlasser selbsttätig so zu steuern,
daß der Motor während der ganzen Anlaufzeit ein hinreichend hohes Drehmoment von
möglichst gleichbleibender Größe entwickelt, während nach dem Anlauf der Hilfsmotor
vom Steuergenerator wieder abgeschaltet wird. Die Erfindung bezweckt nun, den Hilfsmotor
selbsttätig an dem Steuergenerator wieder anzuschließen, wenn nach Erreichen des
Beharrungszustandes eine Erhöhung des Drehmomentes eintritt, wie es beispielsweise
bei Lokomotiven der Fall ist, wenn der Zug bei der Fahrt auf freier Strecke auf
eine Steigung gelangt. Durch den Hilfsmotor soll auch in diesem Falle der Anlasser
immer so verstellt werden, daß der Hauptmotor wieder ein hinreichend großes Drehmoment
von möglichst gleichbleibender Größe entwickelt.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert,
bei dem angenommen ist, daß es sich um einen zum Antrieb einer Lokomotive dienenden
Einphaseninduktionsmotor von der Bauart Krupp-Schön handelt.
-
Es bezeichnet i die in bekannter Weise dreiphasig gewickelte Ständerwicklung
des Induktionsmotors, die durch eine Leitung :2 an das Fahrdrahtnetz angeschlossen
und durch eine Leitung 3 geerdet ist. Der Motor ist mit einem Zwischenläufer versehen,
der eine Dreiphasenwicklung 4 trägt, die in bekannter Weise an` eine Gleichstromspannung
angeschlossen ist und auch als Kurzschlußwicklung dient. Der Hauptläufer des Motors
trägt eine Dreiphasenwicklung 5, die in bekannter Weise über Schleifringe mit einem
zur Regelung des Widerstandes im Ankerstromkreis dienenden Flüssigkeitsanlasser
in Verbindung steht.
-
Der Anlasser wird durch einen fremderregten Gleichstromhilfsmotor
6 verstellt, der
durch zwei einen Schalter 7 enthaltende Leitungen
8 und 9 an einen Leonard-Steuergenerator io angeschlossen ist. Durch Umlegen des
Schalters 7 kann der Hilfsmotor 6 auch, wie strichpunktiert eingezeichnet ist, über
zwei Leitungen i i und 1-2 an eine Gleichstromquelle 13 von unveränderlicher Spannung
angeschlossen werden. Die Verhältnisse sind hierbei so gewählt, daß der Flüssigkeitsanlasser
durch den -Motor ti im Sinne des Austauchens der Elektroden verstellt wird, wenn
er durch f_'mlegen des Schalters 7 in die strichpunktierte Stellung über die Leitungen
i i und 12 an die Stromquelle 13 angeschlossen ist. Die Leitung 1a kann mittels
eines unter Federwirkung stehenden Schalters 14 von der Stromquelle 13 abgeschaltet
und gleichzeitig durch eine Kurzschlußleitung 15 für den -Motoranker mit der Leitung
i i verbunden werden. Der Schalter 14, den die Federwirkung in der Stellung festzuhalten
sucht, bei der er die Leitung iz geschlossen hält, steht mit der für den Anlasser
vorgesehenen Stellvorrichtung derart in Verbindung, daß er, wenn die Elektroden
des Anlassers in die Austauchstellung gelangt sind, die Kurzschlußleitung 15 schließt.
Der Hilfsmotor 6 wird also, sobald er von der Stromquelle 13 angeschaltet ist, gleichzeitig
kurzgeschlossen.
-
Der Steuergenerator io ist, wie bereits bekannt, mit zwei einander
entgegenwirkenden Erregerwicklungen 16 und 17 versehen. Die Wicklung 16 ist an ihrem
einen Ende durch eine Leitung 18 unmittelbar und an ihrem anderen Ende durch eine
Leitung i9 über einen Regelwiderstand 20 mit einer Gleichstromquelle 21 verbunden,
die einen den kegelwiderstand enthaltenden Stromkreis speist. Die Erregerwicklung
16 liegt also an einer einstellbaren Gleichstromspannung, deren Größe im vorliegenden
Fall beispielsweise dem Drehmoment entsprechend gewählt werden kann, das der Hauptmotor
1, d, 5 beim Anfahren entwickeln soll. Wenn der Regelwiderstand 2o abgeschaltet
ist, besteht an den Enden der Wicklung 16 die Spannung 1\7u11. Die zur Ständerwicklung
i des Hauptmotors führende Anschlußleitung 2 ist durch einen Stromwandler 22 hindurchgeführt,
der mit einer Trockengleichrichterschaltung 23 in Verbindung steht. An diese ist
die zweite Erregerwicklung 17 durch Leitungen 2.M und 25 angeschlossen. Der Gleichrichter
23 liefert eine Gleichstromspannung, die dem die Leitung a durchfließenden, den
Ständer des Hauptmotors i speisenden einphasigen Wechselstrom verhältnisgleich ist,
sich also selbsttätig im gleichen Sinne wie das jeweilige Drehmoment des Hauptmotors
ändert. Die Leitungen 24. und 25 sind noch zwischen der Erregerwicklung 1 7 und
dem Gleichrichter 23 durch einen Schutzwiderstand 26 und zwischen diesem und dem
Gleichrichter durch eine einen Schalter 27 enthaltende Kurzsclilußleitung 28 verbunden.
Der Schalter 27 steht unter der Wirkung einer Feder, die ihn in der Ofenstellung
zu halten sucht, und ist mit der Anlasserstellvorrichtung derart in Verbindung.gebracht,
daß er von dieser in der Schlußstellung gehalten wird, wenn sich der Anlaßwiderstand
in der Offenstellung befindet. Je nachdem die Erregerwirkung der Wicklung 16 oder
die Erregerwirkung der `N icklung 17 überwiegt, haben die Klemmen des mit gleichförmiger
Geschwindigkeit angetriebenen Steuergenerators io i-erschiedene Polarität, und zwar
sind die Verhältnisse so gewählt, daß in dem Falle, wo die Erregerwirkung der Wicklung
16 überwiegt, die Klemme, an welche die Leitung 8 angeschlossen ist, positiv ist,
während in dem Falle, wo die Erregerwicklung 17 überwiegt, die andere an die Leitung
9 angeschlossene Klemme positiv wird. Im ersten Falle verstellt der durch die Leitungen
8 und 9 mit dem Steuergenerator io in Leonardschaltung verbundene Hilfsmotor 6 den
Anlasser im Simse der Eintauchbewegung der Elektroden, also im Sinne der Verkleinerung
des Widerstandes im Ankerstromkreis des Hauptmotors, im zweiten Falle, in dem sich
die Spannung des Steuergenerators io umgekehrt hat, wird demnach der Hilfsmotor
6 im entgegengesetzten Sinne angetrieben, so daß der Anlasser jetzt im Sinne der
Austauchbewegung der Elektroden oder im Sinne der Vergrößerung des Widerstandes
des Ankerstromkreises verstellt wird.
-
Die Leitung 8 enthält nun nach der Erfindung einen elektromagnetisch
mit Hilfe einer Erregerwicklung 29 verstellbaren Stromschalter 3o, den eine Feder
ständig in der Stellung zu halten sucht, bei der er die Leitung 8 schließt. Die
Erregerwicklung 29 ist durch zwei Leitungen 31 und 32 an eine Gleichstromquelle
33 angeschlossen. In der Leitung 31 sind zwei Stromschalter 34. und 35 vorgesehen.
Der Schalter 34 steht unter der U'irkung einer Feder, die ihn in der Offenstellung
zu halten sucht, und ist mit der Anlasserstellvorrichtung derart in Verbindung gebracht,
daß er, sobald die Elektroden nahezu ihre tiefste Eintauchstellung oder die Kurzschlußstellung
erreicht haben, mitgenominen wird und in die Schließstellung gelangt, wenn die Elektroden
ihre tiefste Stellung erreicht haben. Der Schalter 35, der in der Leitung 31 zwischen
dem Schalter 34 und der Erregerwicklung 29 angeordnet ist, steht unter der Wirkung
einer Feder, die ihn in der Schließstellung festzuhalten sucht. Außerdem
steht
der Schalter 35 unter der Wirkung einer elektromagnetischen Steuervorrichtung mit
einem zwischen zwei Grenzstellungen drehbaren Anker 36, der eine Erregerwicklung
trägt, die einerseits durch eine Leitung- 37 über die Leitung 8, andererseits durch
eine Leitung 38 über die Leitung 9 an die Klemme des Steuergenerators io angeschlossen
ist. Der Anker 36 befindet sich in einem durch eine fremderregte Erregerwicklung
39 erzeugten Magnetfeld von unveränderlicher Richtung und Stärke. Je nachdem die
Erregerwicklung des Ankers 36 von dem Steuergenerator io mit einem den Stromkreis
io, 8, 37, 38, 9 in dem einen oder dem anderen Sinne durchfließenden Gleichstrom
gespeist wird, wird auf den Anker 36 ein Drehmoment ausgeübt, das diesen und damit
auch den Schalter 35 in dem einen oder dem anderen Sinne zu verstellen sucht. Wenn
die Erregerwicklung 16 überwiegt und demgemäß die mit der Leitung 8 in Verbindung
stehende Klemme des Steuergenerators io positiv ist, wird die Erregerwicklung des
Ankers 36 in solchem Sinne von Strom durchflossen, daß ein im Sinne der Schließbewegung
auf den Schalter 35 wirkendes Drehmoment entsteht, so daß der Schalter 35 durch
das Drehmoment im Verein mit der Federwirkung in der Schließstellung gehalten wird.
Wenn dagegen die Erregerwirkung der Wicklung 17 überwiegt und demgemäß die mit der
Leitung 9 in Verbindung stehende Klemme des Steuergenerators positiv ist, wird die
Erregerwicklung des Ankers 36 im umgekehrten Sinne von Strom durchflossen, und es
entsteht bei einer bestimmten Größe des Stromes ein Drehmoment, unter dessen Wirkung
der Schalter 35 entgegen der Federwirkung geöffnet wird. Wenn der die Erregerwicklung
z9 enthaltende Stromkreis 33, 32, 31 durch die beiden Schalter 34 und 35 geschlossen
ist, wird auf den Schalter 3o eine Kraft ausgeübt, die den Schalter 7o entgegen
der Wirkung der zugehörigen Feder in eine Lage verstellt, bei der er eine Kurzschlußleitung
4o schließt, die einen zwischen den Schaltern 7 und 3o liegenden Punkt der Leitung
8 mit einem zwischen dem Schalter 7 und dem Steuergenerator io liegenden Punkt der
Leitung 9 verbindet. Wenn also der Schalter 7 die Leitungen 8 und 9 und der Schalter
30 die Leitung 4o geschlossen hält, ist der Hilfsmotor 6 kurzgeschlossen.
-
Im Ruhezustand befinden sich die Elektroden des Anlassers in der Austauch-
oder Ofenstellung. Der Schalter 14 wird dann durch die *Stellvorrichtung des Anlassers
in der Stellung gehalten, bei der die Leitung 12 von der Stromquelle 13 abgeschaltet
und die die Leitungen 12 und i i verbindende Kurzschlußleitung 15 geschlossen
ist. Der Anker des Hilfsmotors 6 ist dann, auch wenn er, wie zunächst angenommen
werden soll, durch den in die strichpunktiert gezeichnete Lage umgelegten Schalter
7 mit den Leitungen ii und 12 in Verbindung steht, von der Stromquelle 13 abgeschaltet
und auf dem Wege 8, 7, 12, 15, 14, 11, 7, 9 kurzgeschlossen.
-
Der Schalter 27 wird durch die Stellvorrichtung des Anlassers (abweichend
von der Zeichnung) in der Lage gehalten, bei der er die Kurzschlußleitung 28 schließt,
so daß die Wicklung 17, auch wenn in der Anschlußleitung 2 des Ständers des Hauptmotors
ein Leerlaufstrom fließt, praktisch stromlos ist. Die Erregerwicklung 16 ist durch
die Leitung ig so an den Regelwiderstand 2o angeschlossen, daß im Erregerstromkreis
die Spannung Null besteht, die Wicklung 16 demgemäß ebenso wie die Wicklung 17 stromlos
ist. Der Schalter 35 wird durch die zugehörige Feder in der Schließstellung gehalten,
während der mit ihm in der Leitung 31 in Reihe liegende Schalter 34 sich
in der Offenstellung befindet. Der die Erregerwicklung 29 enthaltende Erregerstromkreis
33, 32, 29, 34 35 ist also am Schalter 34 geöffnet, die Erregerwicklung 29 daher
stromlos. Infolgedessen wird der Schalter 3o durch die zugehörige Feder in der Stellung
gehalten, bei der die Leitung 8 geschlossen und die Leitung 40 geöffnet ist.
-
Zum Anlassen des Hauptmotors i, 4, 5 wird zunächst der Schalter 7
in die mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage umgelegt, wodurch der Hilfsmotor
6 über die Leitungen 8 und 9 mit dem Steuergenerator io verbunden wird. Ferner wird
die Leitung ig an einen Punkt des Regelwiderstandes 2o angeschlossen, der dem Drehmoment
entspricht, das der Hauptmotor beim Anfahren entwikkeln soll. Der Steuergenerator
io erhält jetzt unter der Wirkung der nunmehr aus der Stromquelle 2i gespeisten
Erregerwicklung 16 eine Spannung, die eine Drehung des Hilfsmotors im Sinne der
Eintauchbewegung der Elektroden oder der Verminderung des Widerstandes imAnkerstromkreis
des Hauptmotors erzeugt. Durch die Verstellung der Elektroden werden die Schalter
14 und 27 freigegeben. Der Schalter 14 gelangt jetzt in die auf der Zeichnung dargestellte
Lage, bei der die Leitung 12- geschlossen und die Leitung 15 geöffnet ist. Hierdurch
wird an dem elektrischen Zustand nichts geändert, da die Leitungen ii und 12 infolge
der Umlegung des Schalters 7 außer Verbindung mit dem Hilfsmotor 6 stehen. Der Schalter
27 gelangt jetzt in die (auf der Zeichnung dargestellte) Offenstellung, so daß die
Wicklung 17 Strom aus dem Gleichrichter 23 erhält. Dieser Gleichstrom ist ständig
dem Effektivwert des
in der Ständerleitung 2 des Hauptmotors fließenden
Einphasenwechselstroms verhältnisgleich. Er steigt daher beim Anlauf im ersten Augenblick
auf einen ziemlich hohen Betrag und fällt entsprechend dem Anwachsen der Geschwindigkeit
oder der Abnahme der Schlüpfung allmählich ab. Da der Strom in der Wicklung 17 die
Erregung des Steuergenerators im entgegengesetzten Sinne beeinflußt wie der Strom
in der Wicklung 16, so tritt, nachdem der Hilfsmotor 6 den Anlaß-,viderstand um
einen bestimmten Betrag vermindert hat, ein Zustand ein, bei dem die Spannung des
Steuergenerators gleich Null ist und der Anlasser demgemäß zum Stillstand kommt.
Wenn jetzt der Erregerstrom in der Wicklung 17 weiter 'sinken würde, so würde der
Strom in der Wicklung 16 das Übergewicht erlangen, so daß der Anlasser durch den
Hilfsmotor 6 weiter im Sinne der Verminderung des Widerstandes im Ankerstromkreis
des Hauptmotors verstellt werden würde. Mit der Verminderung des Widerstandes wird
aber, da der Schlupf im ersten Augenblick praktisch noch unverändert bleibt, vorübergehend
wieder eine Erhöhung des Ständerstromes in der Leitung 2 und damit auch des Erregerstromes
in der `'Wicklung 17 eintreten, worauf dann nach entsprechender Verminderung des
Schlupfes von neuem der Zustand eintreten würde, daldie Spannung am Steuergenerator
und daher auch das Drehmoment des Hilfsmotors 6 gleich Null wird. Es ergibt sich
so praktisch eine Regelung, bei der der Effektivwert des Ständerstroms in der Leitung
2 und daher auch das Drehmoment des Hauptmotors in geringem :Maße um einen Mittelwert
schwankt, der dem unveränderlich bleibenden Erregerstrom in der Wicklung 16 entspricht,
wobei der Anlaßwiderstand allmählich durch den Hilfsmotor 6 ausgeschaltet wird.
Der Hauptmotor liefert also beim Anfahren ein praktisch gleichbleibendes Drehmoment,
dessen Größe am Regelwiderstand 2o nach Wunsch eingestellt werden kann.
-
Sobald der Anlaßwiderstand vollständig ausgeschaltet ist, die Elektroden
des Anlassers also in die Kurzschlußstellung gelangt sind, wird der Schalter 34
durch die Stellvorrichtung des Anlassers in die Stellung gebracht, bei der die Leitung
31 zwischen der Stromquelle 33 und dem durch seine Feder in die Schließstellung
gehaltenen Schalter 35 geschlossen wird. Es fließt daher jetzt ein Strom durch die
Erregerwicklung 29, der den Schalter 30 so umstellt, daß die Leitung 8 geöffnet
und die Leitung 40 geschlossen wird. Der Anker des Hilfsmotors 6 ist dann vom Steuergenerator
abgeschaltet und gleichzeitig auf dem Wege 8, 7, 8, 40, 30, q0, 9, 7, 9 kurzgeschlossen,
womit der Zustand für die Fahrt im Beharrungszustand hergestellt ist.
-
Durch die Anordnung nach der Erfindung ist der Hauptmotor auch selbsttätig
dagegen gesichert, daß er bei der Fahrt auf freier Strecke bei erhöhtem Drehmoment,
z. B. auf einer Steigung, durch einen unzulässig hohen Dauerstrom belastet wird.
Wird nämlich der Strom in der Ständerleitung 2 und damit auch der ihm entsprechende
Gleichstrom in der Wicklung 17 so groß, daß die Erregerwirkung der Wicklung 17 die
der Wicklung 16 übersteigt, so kehrt sich die Spannung des Steuergenerators io um,
so daß seine mit der Leitung 9 in Verbindung stehende Klemme positiv wird. Der Steuergenerator
io entsendet daher auf dem Wege 9, 38, 36, 37, 8 einen Strom durch den Anker 36,
unter dessen Wirkung der Schalter 35 entgegen der Wirkung der zugehörigen Feder
in die Offenstellung gelangt und daher der Erregerstromkreis der Wicklung 29 geöffnet
wird. Der Schalter 30 gelangt daher unter der Wirkung seiner Feder wieder in die
(auf der Zeichnung veranschaulichte) Stellung, bei der er die Leitung 8 schließt:
Der Hilfsmotor 6 ist daher jetzt wieder an den Steuergenerator 1o angeschlossen;
da sich die Spannung des Steuergenerators umgekehrt hat, bewirkt er aber jetzt eine
rückläufige Verstellung des Anlassers, also eine Verstellung im Sinne einer Vergrößerung
des Widerstandes im Ankerstromkreis des Hauptmotors. Hierdurch wird der Ständerstrom
in der Erregerwicklung 17 so weit vermindert, daß wieder die Erregerwirkung der
Wicklung 16 das Übergewicht erhält, so daß nun wieder das für den Anlaßvorgang geschilderte
Wechselspiel auftritt, bei dem der Effektivwert des Ständerstroms in der Leitung
2 um einen Mittelwert schwankt, der dem unveränderlich bleibenden, am Regelwiderstand
20 passend eingestellten Erregerstrom in der Wicklung 16 entspricht.
-
Zum Abschalten des Hauptmotors wird der Regelwiderstand 2o ausgeschaltet,
d. h. die Wicklung 16 kurzgeschlossen und damit stromlos gemacht. Es ist dann nur
die Wicklung 17 wirksam, unter deren Wirkung der Hilfsmotor 6 im Sinne der Austauchbewegung
der Elektroden angetrieben wird, bis diese in die Offenstellung gelangt sind und
damit die Erregerwicklung 17 durch den Schalter 27 kurzgeschlossen wird, wodurch
der Steuergenerator spannungslos wird.
-
Der Hauptmotor könnte auch durch Umlegen des Schalters 7 in die strichpunktiert
gezeichnete Stellung stillgesetzt werden, bei der die Leitungen 8 und 9 mit den
Leitungen 12 und i i in Verbindung stehen. In diesem Falle wird der Anlasser durch
den an die' Stromquelle 13 angeschlossenen Hilfsmotor 6
ebenfalls
im Sinne der Austauchbewegung verstellt, bis bei Erreichen der Offenstellung der
Schalter 14 in die Stellung verschoben wird, bei der die Leitung 12 geöffnet und
der Anker des dadurch zum Stillstand kommen- . den Hilfsmotors 6 durch die Leitung
15 kurzgeschlossen wird.