-
Verfahren zur Inbetriebnahme von elektrischen Verbrauchern (z. B.
Gleichstrommotoren) durch Zuführung einer von einer elektrischen Maschine (insbesondere
Gleichstrommaschine) gelieferten, stetig ansteigenden Spannung Es ist in vielen
Fällen erwünscht, einem elektrischen Verbraucher (z. B. Gleichstrommotor) bei Inbetriebnahme
eine elektrische Spannung zuzuführen, die von Null nach einer bestimmten einstellbaren
Zeitkonstante ansteigt, um schließlich einen gewünschten, ebenfalls einstellbaren
Endwert zu erreichen. Beispielsweise ist eine solche Spannung für den Schiffsmodellschleppantrieb
in Versuchsanlagen erwünscht, um das Schiffsmodell mit konstantem Drehmoment auf
die Endgeschwindigkeit zu bringen. Es werden dabei die Motoren des Modellschleppwagens
über Schleifkontakte von einem Umformer gespeist. Dessen Generator ist über einen
großen Spannungsbereich regelbar, so daß sich jede gewünschte Fährspannung und damit
jede gewünschte Motordrehzahl einstellen läßt. Die jeweils eingestellte Fahrspannung
bzw. Umlaufszahl soll im weiteren Verlauf konstant gehalten werden.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme
von elektrischen Verbrauchern (z. B. von Gleichstrommotoren) durch Zuführung einer
von einer elektrischen Maschine (insbesondere Gleichstrommaschine) gelieferten,
stetig ansteigenden Spannung, welches die geschilderten Bedingungen in besonders
zuverlässiger Weise einzuhalten gestattet. Die elektrische Maschine wird dabei in
an sich bekannter Weise in ihrem Erregerkreis über ein elektrisches Entladungsgefäß
mit stetiger Steuerung geregelt. Erfindungsgemäß wird dem Gitterkreis des Entladungsgefäßes
über eine Kombination von Kapazität und Ohmschem Widerstand oder Kapazität und Selbstinduktion
oder Kapazität, Selbstinduktion und Ohmschem Widerstand eine plötzlich ansteigende
Gleichspannung zugeführt, die infolge der Aufladung der Kapazität am Steuergitter
als eine allmählich und stetig ansteigende Spannung auftritt. Diese Verzögerung
in der übertragung der Steuerspannung, die an der Kondensatorkombination eingestellt
werden kann, überträgt sich dann auch auf den Anodenstrom des Entladungsgefäßes
bzw. auf die von der elektrischen Maschine zu liefernde Spannung. Man kann also
durch plötzliches Anlegen einer Gleichspannung an das Steuergitter des Entladungsgefäßes
einen allmählichen und regelbaren Anstieg der von der elektrischen Maschine zu liefernden
Spannung erzielen, wobei der Spannungsanstieg schließlich einem ebenfalls einstellbaren
Endwert der Spannung zusteuert.
An sich ist es bereits bekannt,
dem Steuerbitter von Entladungsgefäßen die steuernde Spannung über eine Kombination
von Kapazität und Ohmschem Widerstand ode Kapazität und Selbstinduktion oder I£wpazität,
Selbstinduktion und Ohmschem Widerstand zuzuführen. Es handelt sieh dabei aber um
sog. unstetig besteuerte Gasentladungsgefähe, bei denen durch Verlegung des Zündzeitpunktes
innerhalb einer Halbwelle der speisenden Anodenwechselspannung die Stärke des Stromes
im Entladungsgefäß gesteuert wird. Als Steuergitterspannung wird dabei ebenfalls
eine Wechselspannung benutzt, und die geschilderten Kombinationen sollen dazu dienen,
den Zeitpunkt der Zündung innerhalb einer halben Periode der Anodenwechselspannung
zu verändern. Der durch die geschilderten Kombinationen herbeigeführte Anstieg der
Spannung am Steuergitter verläuft dabei innerhalb einer halben Periode der Wechselspannung,
während er beim Erfindungsgegenstand sich über wesentlich größere Zeiträume erstreckt.
Außerdem wird bei der bekannten Anordnung der Effekt der Erfindung nicht erreicht,
da das Entladungsgefäß trotz des Vorhandenseins vonKapazitätundOhrnschern Widerstand
oder Selbstinduktion nur einen konstanten Strom bzw. konstante Spannung liefert,
während beim Erfindungsgegenstand eine allmählich ansteigende Spannung geliefert
wird, wobei der Zeitraum, innerhalb dessen die Spannung ansteigt, ein weitaus größerer
ist als eine halbe Periode von Wechselstrom üblicher Frequenz.
-
Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Regelung der Spannung
von Synchronmaschinen dient eine Kombination von Kondensator und Ohmschem Widerstand
im Gitterkreis von Entladungsgefäßen dazu, das Pendeln beim Regeln infolge der magnetischen
Trägheit der Erregermaschine zu vermeiden.
-
Die Erfindung ist in folgendem an Hand der Abb. i bis 3 der Zeichnung
näher erläutert. In Abb. i ist i ein Schiffsmodell, das von einem Antriebswagen
2 geschleppt werden soll. Der Motor des Antriebswagens bezieht über die Schienen
3 und q, seine Spannung vorn Gleichstromgenerator 5. Diese Spannung soll nun bei
der Beschleunigung des Schiffsmodells einen bestimmten zeitlichen Verlauf nehmen,
und zwar etwa derart, daß das Schiffsmodell bei der Beschleunigung eine konstante
Zugkraft erhält. Der Erregerkreis der Gleichstrommaschine wird von einer Erregermaschine
6 gespeist, die Erregerwicklung 7 dieser Erregermaschine ist mit einem elektrischen
Entladungsgefäß 8 in Reihe geschaltet. Die Anodenspannung für das Gefäß 8 bzw. den
Erregerstrom für die Erreger@%-icklung ; liefert die Gleichstromquelle y. Das Steuergitter
des Entladungs-. gefäßes ist über eine Kompensationsbatterie eo an den Spannungsteiler
i i angeschlossen. a-4it Hilfe des Umschalters 12 können die Spannung der Kompensationsbatterie
io und die am Spannungsteiler abgegriffene Spannung wahlweise gleichsinnig oder
gegensinnig in Reihe geschaltet werden, und dementsprechend kann dem Steuergitter
nach Wunsch eine positive oder negative Vorspannung zugeführt werden. Der Spannungsteiler
i i ist an die von der Maschine 5 gelieferte Spannung angeschlossen, so daß je nach
der Stellung des Regelkontaktes am Spannungsteiler ein mehr oder weniger großer
Betrag der Spannung von 5 mit der Spannung der Kompensationsbatterie io in Reihe
geschaltet ist. Der Erregungsvorgang beim Anlaufen des Schiffsmodells i bzw. die
Steigerung der Spannung an der Maschine 5 von Null an verläuft nun folgendermaßen:
Zunächst ist der Umschalter 12 so gestellt, daß das Steuergitter der Röhre 8 ein
starkes negatives Potential besitzt; dadurch ist der Anodenstrom und damit der Erregerstrom
für 6 gleich Null. Die Ankerspannung der Maschine 5 ist dabei ebenfalls gleich Null
und der Spannungsteiler i i spannungslos. Stellt man nun den Abgriff am Spannungsteiler
so ein, daß die ganze Spannung, die an ihm auftreten kann, wenn der Generator 5
voll erregt ist, abgegriffen wird, und schaltet man dann den Polwender 12 so um,
daß das Steuergitter plötzlich stark positiv wird, so steigt der Erregerstrom für
6 sehr schnell an. Die Spannung am Generator 5 verläuft nach einer der Maschinenzeitkonstante
entsprechenden Kurve sofort hoch, bis die Spannung der Maschine 5 die Spannung der
Kompensationsbatterie io erreicht hat. Dann wird die Spannung des Gitters gegen
die Kathode klein, und der Ruhepunkt ist erreicht, wenn die Batteriespannung i o
die Maschinenspannung um einige Volt überschreitet. Es wird von nun an der Erregerstrom
nur bei Abweichung der Generatorsollspannung durch Last- oder Umdrehungsänderung
so verändert, daß die Maschinenspannung konstant bleibt. Dieser durch die Zeitkonstante
des Generators 5 bedingte Spannungsanstieg ist nun in den meisten Fällen, wo es
sich um Beschleunigung großer Massen und starker Drehmomente handelt, viel zu kurz,
so daß ohne weitere Vorrichtungen Belastungen auftreten würden, welche die Adhäsionskräfte
für die Vorwärtsbewegung weit überschreiten würden und außerdem viel zu hohe Wärmebelastungen
in den Motoren und Generatoren zur Folge hätte. Um den Spannungsanstieg in gewünschter
Weise
zu erniedrigen und regelbar zu machen, wird gemäß der Erfindung dem Steuergitter
des Entladungsgefäßes 8 die Gitterspannung über eine Kombination von einer Kapazität
13 und von Widerständen' 14 und i5 zugeführt. Die Widerstände können Ohmscher oder
induktiver Natur sein, man könnte aber auch sowohl Ohmsche als auch induktive Widerstände
verwenden.
-
Bei der Umschaltung des Polwenders 12 auf die am Spannungsteiler i
i abgegriffene Spannung wird dem Kondensator 13 über den Ohmschen Widerstand 15
plötzlich eine positive Spannung bestimmter Größe zugeführt. Der Kondensator nimmt
dabei einen starken Ladestrom auf, der in dem vorgeschalteten Widerstand 15 einen
Spannungsabfall hervorruft. Die Spannung am Kondensator und damit auch am Steuergitter
der Röhre 8 kann daher nicht sofort auf den positiven Wert ansteigen, der durch
den Abgriff am Spannungsteiler 1 i gegeben ist. Diese Spannung steigt vielmehr nach
einer Zeitkonstante an, die durch die Größe des Ohmschen Widerstandes 15 und durch
die Kapazität des Kondensators 13 bedingt ist. Je größer dieser Ohmsche Widerstand
und je größer die Kapazität dieses Kondensators, um so langsamer steigt die Spannung
an. Bildet man entweder den Ohmschen Widerstand 15 oder die Kapazität 13 oder beide
regelbar aus, so kann man durch Verstellung dieser Größen auch das Ansteigen der
Spannung am Steuergitter der Röhre 8 und damit den Stromverlauf im Erregerkreis
des Generators in weiten Grenzen abändern, demnach also auch die Spannung des Generators
5 und damit die Fahrbeschleunigung der das Schiffsmodell ziehenden Motoren.
-
Das Diagramm der Abb.2 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit t an der
Kurve 16 den Verlauf der vom Generator 5 gelieferten Spannung, an der Kurve 17 den
Verlauf des Drehmomentes, wobei aber als Abszissenachse für die Kurve 17 die obere
Horizontale 18 gilt. Man sieht, daß es möglich ist, in der Beschleunigungsperiode
nach der Überwindung des Beharrungszustandes das Drehmoment annähernd konstant zu
halten, während im Anfahrzustand Drehmoment und Strom so hoch, wie die technische
Ausführung der Anlage es erlaubt, getrieben werden kann. Man bekommt damit mit äußerst
:einfachen Mitteln die schnellstmögliche Erreichung des Endzustandes.
-
Stellt man den Spannungsteiler i i so ein, daß nur beispielsweise
ein Fünftel der Gesamtspannung der Maschine 5 abgenommen werden kann, so steigt
der Erregerstrom diesmal beim Einschaltvorgang so weit an, daß die Generatorspannung
rund fünfmal größer ist als die Spannung der Batterie io; denn die Arbeitspunktspannung
wird jetzt erst erreicht, wenn auf einem Fünftel der Spannungsteilerstrecke die
Spannung herrscht, die im ersten Fall am ganzen Spannungsteiler lag. Die Einstellung
am Spannungsteiler i i gestattet also, die vom Generator 5 zu liefernde Endspannung
bzw. die Endfahrgeschwindigkeit des Modells i in weiten Grenzen zu regeln Nach dem
Erreichen des Endwertes der Spannung des Generators 5 ist es erwünscht, die Verzögerungseinrichtungen
13, 14 und 15 außer Tätigkeit zu setzen. Dies ist erforderlich, damit bei Erreichung
des Endzustandes derReglerträgheitslos alle vorkommendenunbeabsichtigten Änderungen
ausregulierenkann. Das Abtrennen der Verzögerungseinrichtung 13, 14, 15 kann durch
ein Spannungsrelais vorgenommen werden, das vom Generator 5 gespeist oder auch in
Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der das Modell 1 schleppenden Motoren oder
von der örtlichen Lage des Schleppwagens gesteuert wird. Man kann auch eine selbsttätige
Vorrichtung vorsehen, welche mit Hilfe eines besonderen Motors mit vorgeschriebener
Anfahrzeit Kontaktwalzen in festgelegter Gesetzmäßigkeit antreibt und so die Schalthandlungen
dem gewünschten Betriebszustand anpaßt.
-
Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei der die Anordnung der Abb. i durch
eine solche selbsttätige Steuervorrichtung ergänzt ist. Die Anordnung befindet sich
in Anfahrbereitschaft. Am Spannungsteiler i i ist die gewünschte Fahrspannung eingestellt.
Die gekuppelten Schalter ig und 2o bestimmen die Fahrtrichtung des Wagens. Der Umschalter
12 wird von Hand in die gezeichnete Stellung gerückt. Die Unterbrechungsstelle 21
ist durch die Kontaktwalzen 22 geschlossen. Der Zeitkreis mit dem Kondensator 13
und dem Widerstand 15, der in Abb. 3 am Gitter des Endverstärkers 8 gezeichnet ist,
ist somit eingeschaltet. Die Generatoren 5 und 6 erhalten jetzt Spannung, und der
Wagen 23 beginnt seine Fahrt. Gleichzeitig mit der Fahrt des Wagens 23 läuft der
Motor 24 an, wodurch die Kontaktsegmente der Steuerwalze 25 gedreht werden. Die
Kontaktsegmente 22 schließen nur eine kurze Strecke den Zeitkreiskontakt 21. Während
dieser Zeit bewirkt die Kombination des Kondensators 13 mit dem Widerstand 15 die
stärkste Verzögerung einer dem Steuergitter der Röhre 8 zuzuführenden plötzlichen
Änderung der Spannung. Nachdem der Wagen 23 eine gewünschte Meßstrecke durchlaufen
hat, schließt sich der Steuerwalzenkontakt 26 und ganz kurze Zeit darauf der Kontakt
27. Der Kontakt 26 schaltet einen Verzögerungszeitkreis
mil @'"@@
liondensator 2@ eii;, der Steuerkontakt 2; pult mit Hilfe de: Schalters 12 die Spannung
der Batterie io uni: dadurch wird die Spannung am Gitter der Röhre 8 stark negativ
gemacht, und es wird ein langsames Abklingen des Erregerstromes iin Generator 5
erreicht. Durch die Steuerwalzenkontakte 26 und 2; ist also die Bremsperiode des
Generators 5 eingeleitet. Durch die Steuerwalzenkontakte 2c) und 30 können
nun weitere Bremsen ausgelöst werden. Der Schaltkontakt 31 soll die selbsttätige
Steuervorrichtung aus der nunmehr erreichten i8o°igen Verdrehung in die Lage 36o°
bzw. o', also in die Anfahrlage, zurücksteuern, und zwar so, daß der Anker des Motors
24 vorübergehend an das Erregernetz 9 gelegt wird. Die mit dein Motor 2.4 gekuppelte
Schwungscheibe 32 soll durch entsprechende Bemessung die Anfahr- und Bremsbedingungen
der Fahrmotoren für den Steuergenerator 5 nachbilden. Die Rückfahrt des Wagens geht
genau wie vorher beschrieben vor sich, nur wird die Fahrgeschwindigkeit wesentlich
geringer sein, und weiter müssen vor Beginn der Rückfahrt die gekuppelten Schalter
i9 und 2o umgeschaltet werden, wobei der Schalter 2o dafür sorgt, daß in der Hinundrückfahrtschalterstellung
am Spannungsteiler i i die Spannung mit gleichem Vorzeichen angelegt ist.