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Anlaßregelung für Motoren elektrischer Mehrmotorenantriebe In verschiedenen
Zweigen der Technikwerden Arbeitsmaschinen zur Herstellung oder Bearbeitung von
Gewebe oder Stoffbahnen, z. B. in der Papier-. und Textilindustrie usw., verwendet,
die sich aus einer Reihe verschiedener Arbeitsgruppen zusammensetzen. Bedingt durch
das zu verarbeitende Gut müssen die einzelnen Arbeitsgruppen gemeinsam und mit übereinstimmender
Geschwindigkeit angetrieben werden. Meistens ist es auch erforderlich, je nach der
Beschaffenheit der die Maschine durchlaufenden Stoffbahnen die Geschwindigkeit des
ganzen Maschinensatzes in weiten Grenzen zu regeln. Bis in neuere Zeit war es üblich,
zum gemeinsamen Antrieb -aller zusammengehörigen Arbeitsgruppen eine einzige Antriebsmaschine
zu verwenden, von der aus unter Zwischenschaltung von Riementrieben oder sonstigen
Übertragungsorganen die einzelnen Antriebswellen der Arbeitsgruppen angetrieben
wurden. Um gleichmäßigeren Lauf der Maschine zu erzielen und ä ":e in den weltverzweigten
mechanischen Übertragungsgliedern liegenden Störungsmöglichkeiten. zu vermeiden,
besteht schon seit Jahrzehnten das Bestreben, die einzelnen Arbeitsgruppen durch
je einen besonderen Motor anzutreiben. Diese sogenannten Mehrrnotorenantriebe haben
in den letzten Jahren in größerem Umfange in die Praxis Eingang gefunden, insbesondere
beim Antrieb von Papiermaschinen. Allgemein werden dieseAntriebe elektromotorisch
durchgeführt, wobei, um den erforderlichen großen Regelbereich in verlustloser -und
genügend feinstufiger Regelung zu beherrschen, sämtliche zusammengehörigen Teilantriebsmotoren
von einem gemeinsamen Regelaggregat in der bekannten Leonard- oder Zu- und Gegenschaltung
gespeist werden. Die Betriebsverhältnisse erfordern, daß bei jeder denverschiedenenArbeitsgeschwindigkeiten
entsprechenden Ankerspannung die Teilantriebsmotoren unabhängig voneinander und
in beliebiger Reihenfolge einzeln stillgesetzt und wieder angelassen werden können.
Daher wurde bisher jeder Teilantriebsmotor mit einem besonderenAnlasser, meistens
Schaltwalzenanlasser mit Anlaßwiderstand, ausgerüstet. Die Anzahl der erforderlichen
Teilantriebsmotoren ist je nach Art und Größe der Arbeitsmaschine sehr verschieden.
Es sind wiederholt Papiermaschinen mit 15 und mehr Teilantrieben ausgerüstet worden.
Dementsprechend hoch ist auch die Anzahl der erforderlichen Anlaßapparate. Diese
beanspruchen zu ihrer Aufstellung verhältnismäßig viel Raum, können unter Umständen
die Zugänglichkeit zu den einzelnen Teilen der Arbeitsmaschine erschweren und bringen
auch sonstige Nachteile, die hier im einzelnen nicht aufgeführt werden sollen.
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Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß der Ausnutzungsfaktor a11 dieser
einzelnenAnlaßvorrichtungen sehr gering ist, denn normalerweise laufen sämtliche
Teilantriebe, z. B. einer Papiermaschine, gleichzeitig und mit gleicher
Geschwindigkeit
in ununterbrochenem Tag-und 'Nachtbetrieb die ganze Woche hindurch. .Nur in dem
Falle, daß das Stillsetzen einer einzelnen Gruppe infolge irgendwelcher Stp-_' rungen
erforderlich sein sollte, wird ein ein-'-zelner Teilantrieb kurzzeitig stillgesetzt,
wäU= rend die anderen Teilantriebe mit ihrer jeweiligen Geschwindigkeit weiterarbeiten.
Das U"iederanlassendes stillgesetztenTeilantriebes muß dann bei jeder beliebigenAnkerspannung
möglich sein. Diese Forderung führt in bezug rtuf die Bemessung des Anlaßwiderstandes
zu gewissen Schwierigkeiten. Außerdem erfolgt das Anlassen meist durch elektrotechnisch
ungeschulte Leute. Auf das Anlassen wird daher nicht immer genügende Sorgfalt verwendet
werden, denn je nach der Höhe der jeweiligen Ankerspannung und der Trägheit der
anzutreibenden Massen erfordert der Anlauf eine entsprechend verschiedene Zeitdauer.
Erfolgt (las Kurzschließen des Anlaßwiderstandes zu schnell, so besteht die Gefahr
einer überlastung des betreffenden Motors infolge zu hoher Anlaufstromstärke und
des Durchbrennens der Sicherungen. Vielfach werden, um verwickelte elektrische Fernsteuerung
zu vermeiden, dieAnlaßapparate auf derAntriebseite der Papiermaschine aufgestellt,
so daß es erforderlich ist, zum Wiederanfahren einer vorübergehend stillgesetzten
Gruppe einen Mann der Bedienung auf die Antriebseite zu schicken. Andererseits ist
es mit Rücksicht auf ungehinderte Bedienung der Maschine nicht zulässig, die Anlaßapparate
auf der Führerseite anzuordnen, und es wird die Erschwerung der Bedienung (furch
Anordnung der Anlaßapparate auf der Antriebseite in Kauf genommen.
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Der Gegenstand der Erfindung, durch -,t-elclie diese Nachteile vermieden
werden, bezieht sich auf eine Anlaßregelung für Motoren elektrischer Mehrmotorenantriebe,
von denen jeder einen Teil der Gesamtarbeitsanlage antreibt, die zum Teil untereinander
verschiedene Größen besitzen und mittels für alle gemeinsam vorgesehener Anlaßvorrichtung
angelassen werden. Das Neue und Erfinderische besteht darin, daß das Anlassen mittels
für alle Teilmotoren gemeinsamer, von einer selbsttätig fortschreitenden Schützensteuerung
geschalteter Widerstandstufen erfolgt, die mittels Strom- oder zeitabhängiger Schützen
für überlastungsfreies Anlaufen jedes der Teilmotoren sorgt und deren letztes Widerstandschütz
den jeweilig angelassenen Motor beispielsweise über den Steuerstromkreis für das
Hauptschütz schließende Hilfskontakte selbsttätig arl das Kraftnetz anschaltet.
Dadurch wird erreicht, daß die Motoren unabhängig von ihrer jeweiligen Belastung
beim Anfahren keinen zu hohen Strom aufnehmen, obwohl ein einziger gemeinsamerAnlasser
für verschiedene Größen von Motoren vorgesehen ist.
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-":Das Hauptproblem beimAnlaßvorgang von tWehrmotorenantrieben ist
dadurch gegeben, däß die einzelnen Motoren untereinander nicht gleich stark sind
und daß es aus diesem Grunde am naheliegendsten ist, jedem Motor oder jeder Motorgruppe
einen gerade für die Stärke des betreffenden Motors bzw. der betreffenden :Motorgruppe
bemessenen Anlasser zuzuordnen. Da diese Betriebsweise zu teuer ist, hat man eine
besondereAnlaßdynamo verwendet, an «-elche der jeweils anzulassende ''Motor angeschlossen
wird. Die Anlaßdynamo regelt nämlich die dem Motor zugeführte Spannung, so daß sie
eigentlich von vornherein für jeden beliebigen Motor unabhängig von seiner Größe
verwendet werden kann, da der kleine Motor bei der gleichen Spannung einen kleineren
Strom aufnimmt als der stärkere Motor, und sich auf diese Weise der Anlaßvorgang
selbsttätig dem jeweils anzulassenden Motor anpaßt. Vom Stufenanlasser dagegenweiß
man, daß er eigentlich für jeden Motor besonders bemessen sein muß und daB er daher,
sofern er für einen großen Motor ausgelegt ist, beim Anlassen eines kleineren Motors
eine etwas längere Anlaßzeit benötigt. Dieser scheinbare Nachteil gegenüber der
Anlaßdynamo hat die Fachwelt offenbar veranlaßt, einen Stufenwiderstand zur gemeinsamen
Steuerung nicht vorzusehen.
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Der Erfinder ist demgegenüber nach eingehenden Untersuchungen zu dem
Ergebnis gekommen, daß der Stufenanlasser der Anlaßdynamo nicht nur wirtschaftlich,
sondern auch in betriebstechnischer Hinsicht überlegen ist. Trotzdem nämlich ein
für größere Motoren bemessener Stufenanlasser beim Anlassen kleiner Motoren eine
etwas längere Anlaßzieit benötigt als ein für den kleinen Motor besonders ausgelegter
Stufenanlasser, so ist letzten Endes die erforderliche Gesamtzeit für das Anlassen
sämtlicher Motoren nicht größer, sondern eher kleiner als bei Verwendung einer Anlaßdynanio.
Dies hat seinen Grund darin, daß ein Mehrmotorenantrieb im allgemeinen sehr selten,
etwa einmal am Tag oder einmal in der Woche, angelassen wird. Das Anlaßaggregat
kann also aus Stromersparnitgründen nicht die ganze Zeit durchlaufen, sondern muß
vor der jedesmaligen Inbetriebnahme hochgefahren werden. Wird einEinzelantrieb,
bei Papiermaschinen beispielsweise der Kalander, während der Arbeitsschicht des
öfteren stillgesetzt, so muß auch in diesem Falle die Anlaßdynamo jedesmal angelassen
werden. Dieser Zeitverlust ist keineswegs kleiner als die kurzen zusätzlichen Zeiträuine,
welche der Stufenanlasser beim Anlassen
kleiner Maschinen benötigt.
Viel wichtiger ist aber noch die Tatsache zu bewerten, daß die Stromwächtersteuerung
der Anlaßdynamo nach j edesmaligem Anlassen wieder in ihre Ausgangslage zurückgeführt
werden muß, während die Stromwächter beim Stufenanlasser bei Beendigung des Anlaßvorganges
sofort wieder betriebsbereit sind. Der Stufenanlasser ist deshalb gerade für Mehrmotorenantriebe
besonders geeignet, da er trotz seiner Billigkeit ohne Bedenken auch für solche
Motoren verwendet werden kann, für die er nicht direkt ausgelegt ist. Die hierbei
erforderliche zusätzliche Anlaßzeit ist durch die Tatsache, daß der Stufenanlasser
und die Stromwächtersteuerung im- Gegensatz zur Anlaßdynamo nach jedem Anlaßvorgang
sofort betriebsbereit ist, bei weitem kompensiert.
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Es sind bereits gemeinsame Anlasser für die Verwendung bei mehreren
Motoren behanntgeworden, bei welchen. der Motor zuerst über einen Anlaßtransformator
an ein Netz niedriger Spannung gelegt und durch ein Zeitrelais nach Ablauf einer
bestimmten Zeit an die volle Spannung geschaltet wird. Ein Anlassen in mehreren
Stufen für Motoren verschiedener Anlaufbedingungen kann jedoch damit nicht erzielt
werden. Will man auch bei der Erfindung eine zeitabhängige Steuerung wählen, dann
ist es am vorteilhaftesten, die zeitabhängige Steuerung für einen Motor mit verhältnismäßig
hohem Anlaufstrom einzustellen. Dann ist die Gewähr gegeben, daß unzulässig hohe
Anfahrströme bei Motoren mit schweren Anlaufbedingungen nicht vorkommen, während
bei Motoren mit leichten Anfahrbedingungen jedenfalls die zulässige Stromgrenze
nicht überschritten wird.
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Weiterhin ist eine Einrichtung zur Verminderung des Anlaßstromes von
Elektromotoren bereits bekannt, die zum Anlassen mehrerer Motoren verwendet wird.
Sie hat jedoch den Nachteil, daß beim jedesmaligen Anlassen eines Motors die Statorspannung
der bereits angelassenen Motoren vermindert wird, da der Stromverminderungswiderstand.
auch wieder vor diese Motoren gefegt wird. Dadurch treten Stöße im Betriebe der
bereits laufenden Motoren und unnötige Energieverluste auf. Schließlich ist noch
eine bekannte zeitabhängigeSchützensteuerung zu erwähnen, bei der zwei asynchrone
auf einer gemeinsamen Welle angeordnete Drehstrommotoren für verschiedene Geschwindigkeiten
Verwendung finden. Die beiden Motoren werden zwar nacheinander mittels des gleichen
Widerstandes angelassen, doch hat, da die beiden Motoren miteinander gekuppelt sind,
der eine Motor schon die Drehzahl des auf seine synchrone Tourenzahl gebrachten
zweiten Motors, bevor er überhaupt an Spannung gelegt wird. Um den zuletzt ans Netz
geschalteten Motor auf seine synchrone Tourenzahl zu bringen, muß der zuerst angelassene
Motor albgeschaltet werden. Der sich aus dieser Wirkungsweise ergebende Nachteil
ist offensichtlich. Erst durch die Erfindung ist eine Schützensteuerung geschaffen
worden, die erstens für mechanisch unabhängige Motoren und zweitens auch für Motoren
Verwendung finden kann, die gleichzeitig im Dauerbetrieb arbeiten müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es bedeuten: I Teilmotoren, II Feldwicklungen der Motoren, III Feldschwächungswiderstände,
IV selbsttätige' Anlaßvorrichtung, V Anlaßdruckknopfschalter, VI Ausschaltdruckknopfschalter,
VII Hilfsrelais, VIII Steuerstromrelais, IX Anlaßschütze, X Hauptschütze, P,-NI
Kraftnetz (Ankerstrom der Teilmotoren), P2 N2 Erregernetz (Feldstrom der Teilmotoren).
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Teilantriebsmotoren I werden in
bekannter Weise von dem gemeinsamen Kraftnetz PI-N1 durch Zu- und Gegenschaltung
oder Leonardschaltung mit regelbarer Ankerspannung gespeist. Die Feldwicklungen
II werden von dem Erregernetz P2 N2 mit konstanter Spannung gespeist. Durch Änderung
der Spannung des Kraftnetzes Pi Ml läßt sich die Geschwindigkeit der Motoren I praktisch
verlustlos und in weiten Grenzen regeln. Ein gemeinsames Anfahren sämtlicher Teilantriebsmotoren
durch Erhöhung der Spannung des Kraftnetzes PI-N1 kommt für den praktischen Betrieb
nicht in Frage, weil die in ihrer Art verschiedenen einzelnen Arbeitsgruppen in
verschiedenerReihenfolge nacheinender angelassen werden. Daher ist es möglich, für
das Anlassen der Teilantriebe eine gemeinsame Anlaßvorrichtung vorzusehen, die nur
kurzzeitig zum Anlassen eines Teilantriebes in Tätigkeit ist und dannwiederzumAnlassen
der anderen Teilantriebe zur Verfügung steht. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung
einer selbsttätigen Anlaßvorrichtung, z. B., wie dargestellt, einer Anlaßschützensteuerung,
die von der Führerseite derPapiermaschine aus durch Druckknöpfe V und VI steuerbar
ist, wenn die Teilantriebsmotoren zum Teil untereinander verschiedene Größen besitzen.
Dabei ist es an sich belanglos, ob die zum Schalten der Widerstandstufen des selbsttätig
fortschaltenden Stufenanlassers dienenden Schütze von Stromwächtern mit Haupt- und
Nebenschlußspulenoder durch seine zeitabhängigeMeisterwalze oder Nockenwelle gesteuert
werden. Die dargestellte bekannte Ausführung der Anlaßvorrichtung zum selbsttätigen
Kurzschließen der einzelnen Widerstandstufen in
Abhängigkeit von
dem Verlauf der Anfahrstromstärke ist jedoch für vorliegendenZweck insofern besonders
vorteilhaft, weil die in der Zeichnung dargestellte Anlaßvorrichtung bei ganz verschiedener
Ankerspannung verwendbar sein muß. Dementsprechend werden, um unzulässig hohe Anfahrströme
zu vermeiden, sehr verschiedene Anlaufzeiten gebraucht.
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Nach denn Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Einschalten
und selbsttätige Anlassen eines jeden Teilantriebes durch den zugehörigen, an der
Führerseite angeordneten Einschaltdruckknopf V. Dieser schaltet den betreffenden
Teilantriebsmotor unter Zwischenschaltung der selbsttätigen Anlaßvorrichtung IV
mittels des Anlaßschützes IX an das h@raftnetz, und nach beendetem Anlauf schaltet
sich die Anlaßvorrichtung selbsttätig ab, wobei gleichzeitig der angelassene Teilantriebsmotor
von der Anlaßvorrichtung auf das Netz .unmittelbar übergeschaltet wird. Durch besondere
Schaltmaßnahmen ist dafür gesorgt, daß das Kurzschließen der einzelnen Widerstandstufen
und die Überschaltung des Ankerstromkreises von der Anlaßvorricbtung auf das Netz
in stets richtiger, zwangsläufiger Reihenfolge geschieht, ohne daß die Bedienung
sich darum zu kümmern braucht.
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Die selbsttätige Anlaßvorrichtung IV besteht aus einer den Widerstandstufen
entsprechenden Anzahl von Schaltschützen, deren Magnetspulen 9-N durch Strom,%cächter
in zwarr"släufiger Reihenfolge gesteuert «-erden. Die -Stromw:Miter haben eine vom
Ankerstrom durchflossene Hauptstromwicklung und eine vom -eineinsamen Erregernetz
P_ N. gespeiste NebenschlüB@sicklung 5-A>>. Beim Drücken des Einschaltdruckknopfes
V werden sofort sämtliche Stromwächter gleichzeitig eingeschaltet sowohl durch den
Kontakt 2-3 des Druckknopfes als auch durch den Sperrkontakt 3-5 der Widerstandschiitze.
Dabei wird der Steuerstromkreis der Widerstandschütze unterbrochen, so daß diese
noch nicht anspringen können. Gleichzeitig mit den Stromw:ichtern wird durch den
Druckknopf V das Hilisrelais VII eingeschaltet, das nach Loslassen des Druckknopfes
V den Steuerstromkreis der Stromwächter geschlossen hält und das Stetterstromrelais
VIII einschaltet. Dieses schließt nun einerseits durch denKon-`takt 3-; die Steuerstrornzuführung
für die Magnetspülen der Widerstandschütze, andererseits durch den Kontakt P. ro
den Steuerstrom für das Anfahrschütz IX. das den Teilaritriebsipotor- auf die Anlaßeinrichtung
schaltet. Beim Schließen des Anfahrschützes I1 wird durch einen Hilfskontakt 3-r
5 die Nebenseblußspule des Stromwächters für die erste Anlaßstufe unterbrochen.
Dieser Stromwächter fällt trotzdem noch nicht ab, weil er dann allein durch die
Wirkung der Hauptstromspule so lange gehalten wird, bis der erste Anfahrstromstoß
auf ein gewisses llaß gesunken ist. Erst dann fällt der Stromwächter ab und schaltet
durch seinen. Hilfskontakt 8-9 das erste Widerstandschütz ein. Sobald dieses anspringt,
wird die Nebenschlußspule des zweiten Stromwächters unterbrochen. Nun hält die Hauptstromspule
des zweiten Stromwächters diesen allein so lange offen, bis der zweiteBeschleunigungsstromstoß
abgeklungen ist. Dieses Spiel wiederholt sich bis zum Kurzschließen der letzten
Widerstandstufe R4-R5. Beim Schließen des letzten Widerstandschützes wird durch
dessen Hilfskontakt d,,-N2 der Magnetstromkreis des Hilfsrelais VII und des Steuerstromrelais
VIII unterbrochen. Dadurch wird das Anlaßschütz IX geöffnet; gleichzeitig beim Anspringen
des letzten Widerstandschützes schaltet dessen Hilfskontakt 3-t2 das Hauptschütz
X ein, das den Teilantriebsmotor unter Umgehung der Anlaßvorrichtung an das Netz
P,-N, schließt.
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Durch Schutzmaßnahmen in der Schaltung ist dafür gesorgt, daß die
richtige Reihenfolge im Ansprechen der verschiedenen Schütze gewahrt wird. Außerdem
ist die Steuerung der einzelnen Teilantriebe derartig elektrisch gegenseitig verriegelt,
daß während des Anlassens eines Teilantriebes ein versehentliches Drücken der Einschaltdruckknöpfe
an den anderen Teilantrieben wirkungslos bleibt. Die Steuerstromrelais VIII werden
zweckmäßig so ausgeführt, daß sie sich mit einergewissenVerzögerungschließen, damit
nach dem Drücken des Einschaltdruckknopfes genügend Zeit zum Anspringen der Stromwächter
und des Anfahrschützes IX bleibt, ehe das Kurzschließen derAnlaßwiderstände beginnen
kann.
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U.m beim Stillsetzen eines einzelnen Antriebsmotors eine übermäßige
Erwärmung seiner Feldxicklung durch den Fortfall der Ventilation zu vermeiden, ist
in dem Erregerstromkreisein Feldschwächungswiderstand III eingeschaltet. Beim Anfahren
während des Betriebes muß dieser Feldschwächungswiderstand kurzgeschlossen «-erden,
damit der Ankerstrom nicht durch Feldschwächung unnötig -hoch wird. Dieses Kurzschließen
des Feldschwächunbswiderstandes erfolgt zwangsläufig sowohl durch die Hilfskontakte
I-P2 am Anlaßschütz I1 als auch am Hauptschütz X. Um jeden Teilantrieb sowohl während
des Anlassens als auch während des normalen Betriebes durch den dazugehörigen Ausschaltdruckknopf
VI abschalten zu können, wird der Ausschaltedruckknopf mitRuhekontakten für zwei
Stromwege ausgeführt. Der eine Ruhekontakt it-N2 liegt im Steuerstromkreis des Anfahr-
und Hauptschützes,
der andere Ruhekontakt 4"-4b in Reihe mit den
Relaisspulen des Hilfs- und Steuerstromrelais VII und VIII und dem Hilfskontakt
4-N#. des letzten Widerstandschützes. Die gesamten Relais und Schütze werden zweckmäßig
mit der selbsttätigen Anlaßvorrichtung auf einer gemeinsamen Schalttafel zusammengebaut,
so daß der eigentliche Betriebsraum frei von allen Apparaten ist.
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Selbstverständlich braucht- die selbsttätige Anlaßvorrichtung nicht
für sämtliche ' Teilantriebe benutzt werden, sondern es kann unter Umständen auch
zweckmäßig sein, zwei oder drei derartige Anlaßvorrichtungen für bestimmte Gruppen
von Motoren anzuordnen, wobei die einzelnen Motoren der Gruppen zum Teil verschiedene
Größen untereinander besitzen.