-
Einrichtung zur Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufs mehrerer
Gleichstrommotoren, die aus einem Wechselstromnetz über gittergesteuerte Gleichrichter
gespeist werden Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung
des relativen Gleichlaufs mehrerer Gleichstrommotoren, deren Drehzahl mit Hilfe
von gittergesteuerten Gleichrichtern geregelt wird. Für die Schaltung der Steuergleichrichter
bestehen in Verbindung mit einem Mehrmotorenantrieb zwei Möglichkeiten. Die Entladungsgefäße
können, wie es im 'allgemeinen üblich ist, im Anodenkreis sowohl wie im Gitterkreis
an ein und dasselbe Wechselstromnetz angeschlossen werden. Anoden- und Gitterfrequenz
sind dann zwangsläufig stets einander gleich, und die Drehzahlregelung der Teilmotoren
wird dadurch bewerkstelligt, daß die Phasenlage der Gitterwechselspannung gegenüber
der Anodenwechselspannung geändert wird. Die Regeleinrichtung hat dabei keinen Einfluß
auf die Frequenz des Anodenund' Gitterkreises. Von dieser Schaltung grundsätzlich
abweichend sind diejenigen Mehrmotorenantriebe, bei denen die Frequenz des Gitterkreises
nicht absolut festgelegt ist gegenüber der Frequenz des Anodenkreises, bei denen
vielmehr in Abhängigkeit von Änderungen des Drehzahlverhältnisses zwischen Teilmotor
und Leitmotor F#requenzunterschiede zwischen Anoden- und Gitterkreis erzeugt werden,
die zur Steuerung der Entladungsgefäße, d. h. zur Wiederherstellung des verlangten
Drehzahlverhältnisses dienen. Auch bei dieser Schaltung treten naturgemäß keine
Frequenzänderungen im Gitterkreis auf, die so groß sind, daß der Schnittpunkt zwischen
der Gitterspannung und der Zündlinie des Entladungsgefäßes nicht mehr innerhalb
einer Halbwelle der Anodenspannung liegt. Die Regeleinrichtung arbeitet vielmehr
so, daß die bei einer Abweichung der Teilmotorendrehzahl von ihrem Sollwert eintretende
geringe Änderung der Frequenz des Gitterkreises eine Phasenverschiebung zwischen
Anodenspannung und Gitterspannung zur Folge hat und daß durch die dadurch bewirkte
Änderung des Zündzeitpunktes des Entladungsgefäßes der Stromdurchgang so gesteuert
wird, daß die Solldrehzahl des betreffenden Teilmotors wieder hergestellt wird.
Sobald dies geschehen ist, sind auch die Frequenzen im Anodenkreis und im Gitterkreis
wieder einander gleich, und es besteht keine Veranlassung mehr für eine weitere
Phasenänderung
zwischen der Anodenspannung und der Gitterspannung. Der Zündwinkel des Entladungsgefäßes
behält den neuen Wert bei, bis wieder eine Abweichung zwischen Teilmotorendrehzahl
und Leitinotorendrehzahl eintritt.
-
Schaltungen für die Entladungsgefäße von Gleichlauf regeleinrichtungen
-der vorstehend an zweiter Stelle beschriebenen Art sind bereits bekanntgeworden.
Die Entladungsgefäße werden bei diesen bekannten Anordnungen anodenseitig an ein
Wechselstromnetz angeschlossen, dessen Frequenz als Leitgröße für den Mehrmotorenantrieb
dient. Der Zündwinkel wird in Abhängigkeit von der Drehzahl der Teilmotoren für
die diesen Motoren zugeordneten Entladungsgefäße bestimmt. Mit dem Teilmotor ist
zu dem Zweck entweder ein Kontaktapparat gekuppelt, durch den die Steuergitter abwechselnd
an eine positive und negative Gleichspannungsquelle angeschlossen werden, oder ein
Wechselstromgenerator, d. h. eine Drehfeldhilfsmaschine, welche den Steuergittern
des Entladungsgefäßes eine Wechselspannung zuführt, deren Frequenz der Drehzahl
des Teilmotors proportional ist. Der Hilfsgenerator ist dabei so bemessen, daß die
Gitterfrequenz der Anodenfrequenz gleich ist, wenn das verlangte Drehzahlverhältnis
zwischen Teilmotor und Leitmotor besteht.
-
Ein Nachteil dieser bekannten Gleichlaufregeleinrichtungen besteht
darin, daß die Anoden der die Teilmotoren regelnden Entladungsgefäße nicht an ein
unabhängiges Wechselstromnetz angeschlossen werden können, sondern daß die Leistung
der Entladungsgefäße einem Wechselstromnetz entnommen werden muß, dessen Frequenz
die Leitgröße des Mehrmotorenantriebes darstellt. Aus dieser einschränkenden Bedingung
folgt, daß die Entladungsgefäße praktisch nur in den Feldkreis der T eilinotoren
geschaltet werden können, nicht aber in den Ankerkreis der Teilmotoren, denn der
Wechselstromgenerator, welcher die Anoden der Entladungsgefäße speist, muß mit dem
Leitmotor gekuppelt sein. Der Leitmotor muß somit für die Summe der für die Entladungsgefäße
benötigten Energie ausgelegt sein. Das bedeutet für im Ankerkreis der Teilinotoren
liegende Entladungsgefäße eine unzulässig große Belastung des Leitmotors. Aber auch
bei im Feldkreis der Teilmotoren liegenden Entladungsgefäßen wird man bei dieser
Regelanordnung vielfach auf Schwierigkeiten stoßen, denn der Leitmotor wird durch
die von ihm zu liefernde Regelenergie so beeinflußt, daß die Leitfrequenz praktisch
nicht genau konstant gehalten werden kann und daß die Drehzahl der Teilmotoren daher
von den Belastungsschwankungen des Leitmotors. abhängig ist. Dieser Nachteil wird
um so mehr ins Gewicht fallen, je größer die Zahl der zu einem Mehrmotorenantrieb
gehörigen Teilmotoren ist.
-
- Die Aufgabe der Erfindung ist, diese Nachteile zu vermeiden und
eine Gleichlaufregeleinrichtung zu schaffen, bei der die für die Regelung der Teilmotoren
verwendeten Gleichrichter an jedes. beliebige Wechselstromnetz angeschlossen werden
können, ohne daß Frequenzschwankungen an diesem Netz auf den Gleichlauf des Antriebes
Einfluß haben können.
-
Gemäß der Erfindung werden Teilmotordrehzahl und Leitmotordrehzahl
in einem Periodenumformer verglichen, durch den die den Gittern der Gleichrichter
zugeführte Wechselspannung nach Frequenz und Phase bestimmt wird. Der Periodenumformer
wird beispielsweise mechanisch mit dem Teilmotor gekuppelt, so daß seine Drehzahl
derjenigen des Teilmotors stets proportional ist. Elektrisch wird der Periodenumformer
einerseits an die Steuergitter des dem Teilmotor zugeordenten Gleichrichters und
andererseits an ein Wechselstromnetz angeschlossen, dessen Frequenz als Leitgröße
des Mehrmotorenantriebes dient. Die Drehzahl des Periodenumformers und die Frequenz
des Leitnetzes werden so gewählt, daß bei der Solldrehzahl des Teilmotors dem Gitterkreis
des Gleichrichters eine Spannung zugef:ihrt wird, deren Frequenz derjenigen des
Anodennetzes gleich ist. Die Phasenlage zwischen Gitterspannung und Anodenspannung,
d. h. der Zündwinkel bzw. die Zündverzögerung des Gleichrichters, richtet sich dabei
nach der Solldrehzahl des Teilmotors und dessen Belastung. Weicht die Drehzahl eines
Teilmotors, beispielsweise infälge sich ändernder Belastung, von dem Sollwert ab,
so ändert sich die Drehzahl des Periodenumformers, der mit dem Teilmotor mechanisch
gekuppelt ist. Dadurch entsteht eine Änderung der Phasenlage der Gitterspannung,
und die dadurch bedingte Änderung des Stromes des Gleichrichers hat zur Folge, daß
die Solldrehzahl des Teilmotors wieder eingestellt wird. Sobald der Periodenumformer
wieder seine Solldrehzahl angenommen hat, erhält die Gitterspannung des Gleichrichters
die neue Phasenlage gegenüber der Anodenspannung.
-
Das der Erfindung zugrunde liegende Regelprinzip kann am einfachsten
auch noch folgendermaßen gekennzeichnet werden. Die für den elektrischen Gleichgewichtszustand
des Periodenumformers maßgebenden Bestimmungsgrößen, nämlich Rotordrehzahl, Statorfrequenz
und Rotorfrequeno, werden mit den für die Aufrechterhaltung des Gleichlaufs
des
Mehrmotorenantriebes maßgebenden Bestimungsgrößen, nämlich der Teilmotorendrehzahl,
der Leitmotorendrehzahl und der Gitterfrequenz des Steuergleichrichters, in zwangsläufig
gegenseitige Abhängigkeit gebracht. Ändert sich eine der Zustandsgrößen des Mehrmotorenantriebes
in ihrem Verhältnis zu einer anderen Zustandsgröße, d. h. beispielsweise die Teilmotordrehzahl
im Verhältnis zur Leitmotordrehzahl, so wird wegen der Abhängigkeit zwischen den
Zustandsgrößen des Alehrmotorenantriebes und den Zustandsgrößen des Periodenumformers
auch der Gleichgewichtszustand des Periodenumformers gestört. Dadurch wird eine
Änderung des Zündzeitpunktes der Gleichrichter herbeigeführt bzw. eine Änderung
der Phasenlage der über die Periodenumformer den Steuergittern zugeführten Gitterspannung.
Diese Änderung geht so lange vor sich, bis durch Änderung des Gleichrichterstromes
das Verhältnis zwischen Teilmotordrehzahl und Leitmotordrehzahl wieder auf seinen
Sollwert gebracht ist.
-
Zur Erzeugung der Leitfrequenz kann man sich verschiedener Mittel
bedienen. Eine besonders einfache Schaltung erhält man, wenn das Leitnetz den Hilfsschleifringen
eines Gleichstrommotors entnommen wird. Man kann aber auch mit dem Leitmotor oder
mit einem als Leitmotor dienenden Teilmotor einen besonderen Steuergenerator kuppeln,
der die Leitfrequenz liefert. Dieser Steuergenerator ist auch für den Fall, daß
die Entladungsgefäße in den Ankerkreis der Motoren geschaltet sind, sehr klein,
weil er lediglich für die Gitterenergie der Gefäße bemessen zu werden braucht.
-
Für Arbeitsmaschinen, bei denen nicht nur das Drehzahlverhältnis zwischen
den einzelnen Teilmotoren aufrechterhalten werden muß, bei denen es vielmehr außerdem
noch wichtig ist, daß der Absolutwert der Drehzahl. der Motoren möglichst wenig
von einem Sollwert abweicht. kann man die Erfindung noch durch eine zusätzliche
Einrichtung ergänzen. Schließt man die Anoden der den Teilmotoren zugeordneten Entladungsgefäße
an ein Wechselstromnetz an, dessen Frequenz mehr oder weniger großen Schwankungen
unterworfen ist, so würden sich diese Schwankungen in Drehzahlschwankungen dann
auswirken, wenn die Leitfrequenz unabhängig von den Netzfrequenzschwankungen konstant
gehalten wird. Sämtliche Teilinotoren würden Drehzahlschwankungen unterworfen sein,
welche den Frequenzschwankungen des Anodennetzes entsprechen, Denn bei Frequenzänderungen
der Anodenspannung ändert sich jeweils die Phasenverschiebung zwischen Anodenspannung
und Gitterspannung, wenn die Frequenz der Gitterspannung konstant gehalten -wird..
Für besonders empfindliche Arbeitsmaschinen, beispielsweise für Papiermaschinen,
können diese Einflüsse dadurch beseitigt werden, daß die Leitfrequenz von den Frequenzschwankungen
des Anodenwechselstromnetzes abhängig gemacht wird.
-
Gemäß der Erfindung wird zu dem Zweck auch mit dem Leitmotor oder
mit dem als Leitmotor dienenden Teilmotor ein Periodenumformer gekuppelt, weicher
elektrisch einerseits an das Leitnetz und damit an die übrigen Periodenumformer
und andererseits an das Anodenwechselstromnetz angeschlossen ist. Schwankt jetzt
die Frequenz des Anodennetzes, so übertragen sich diese Schwankungen auch auf die
Frequenz der Gitterkreise der Entladungsgefäße, und die gegenseitige Phasenlage
zwischen Anodenspannung und Gitterspannung bleibt unabhängig von den Netzfrequenzschwankungen
stets in gleicher Höhe erhalten. Diese Ausführungsform der Erfindung stellt einen
Mehrmotorenantrieb dar, bei dem die die Teilmotoren speisenden Gleichrichter an
jedes beliebige Wechselstromnetz angeschlossen werden können, für das weder konstante
Spannung noch konstante Frequenz notwendige Bedingung ist. Die Gleichrichter können
beliebig entweder in den Ankerkreis oder in den Feldkreis geschaltet werden, denn
die den Gleichrichtern zugeführte Energie hat auf die für die Aufrechterhaltung
des Gleichlaufs und für die Steuerung der Gitter der Gleichrichter maßgebenden Regelapparate
keinerlei Einfluß.
-
Um die einzelnen Motoren anlassen zu können, werden zweckmäßig noch
Umschalteinrichtungen vorgesehen, mit Hilfe deren die Gitterkreise der Entladungsgefäße
während des Anlassens von den Frequenzumformern auf das Anodenwechselstromnetz umgeschaltet
werden können. Zwischen den Umschaltern und dem Wechselstromnetz liegen Regelapparate,
mit Hilfe deren die Phasenlage zwischen Gitterspannung und Anodenspannung verändert
werden oder in anderer Weise der Zündpunkt der Entladungsgefäße verlagert werden
kann. Man kann zu diesem Zweck beispielsweise regelbare Widerstände oder auch Drehtransformatoren
verwenden. Die Anlage kann. noch dadurch vereinfacht werden, daß allen Motoren ein
gemeinsamer Regelapparat zugeordnet wird, welcher auf die einzelnen Gitterkreise
umschaltbar ist. Im Gitterkreis des Teilinotors, welcher als Leitmotor dient, wird
getrennt davon noch ein Regelapparat zur Verlagerung des Zündpunktes angeordnet,
damit die Leitdrehzahl des ganzen Antriebes
in bestimmten Grenzen
variiert werden.kann.
-
In der Zeichnung ist das Schaltungsschema eines Mehrmotorenantriebes
nach der Erfindung dargestellt- Die Teilmotoren i sind Tiber gittergesteuerte Entladungsgefäße
2 an ein Drehstromnetz 3 angeschlossen. In dem Schema sind drei einphasige Entladungsgefäße
angegeben; es können aber selbstverständlich auch mehrphasige Gefäße verwendet -werden.
Mit jedem Teilmotor ist ein Periodenumformer q. gekuppelt. Das Übersetzungsverhältnis
zwischen den Teilmotoren i und dem Umformer q. kann zum Zwecke der Einstellung der
Drehzahlverhältnisse durch ein Getriebe 5 geändert werden. Die Umformer :I sind
elektrisch einerseits an ein Leitfrequenznetz 6 und andererseits an Umschalter 7
angeschlossen. Durch die Umschalter 7 kann der Gitterkreis der Entladungsgefäße
2 entweder an die Umformer 4. oder an eine Hiffssämmelschiene 8 angeschlossen werden,
die über einen Regler 9 mit dem Wechselstromnetz 3 verbunden ist. Durch den Regler
9 kann die Phasenlage der dem Gitterkreis der Entladungsgefäße 2 zugeführten Spannung
gegenüber der Anodenspannung geändert werden. Durch einen Hilfsstromkreis io wird
eine bestimmte Torspannung an den Entladungsgefäßen 2 erzeugt.
-
Das als Leitnetz dienende Wechselstromnetz 6 ist an die Rotorwicklung
eines Frequenzumformers 12 angeschlossen, dessen Primärwicklung an dem Wechselstromnetz
3 liegt. Der Rotor des Umformers i2 ist mit dem Leitmotor 13 gekuppelt, der seinerseits
ähnlich wie die anderen Teilmotoren über gittergesteuerte Entladungsgefäße 2 an
das Drehstromnetz 3 angeschlossen ist. In dem Gitterkreis dieser Entladungsgefäße
liegt ein Regler 1q. zur Einstellung der L eitdrelizahl des ganzen Antriebes.
-
Der Mehrmotorenantrieb wird wie folgt betrieben: Die Teilmotoren werden
zunächst einzeln angelassen. Die Umschalter 7 werden zu dem Zweck mit der Hilfssammelschiene
8 verbunden, und der Regler 9 wird so lange verstellt, bis die Drehzahl des Teilmotors
den Sollwert erreicht hat. Dies ist dann der Fäll, wenn der Stator des Frequenz-Umformers
q., der mit dem anzulassenden Motor gekuppelt ist, die Frequenz des Netzes 3 erreicht
hat. Die Frequenzgleich--heit und Phasengleichheit wird dabei zweckmäßig durch ein
Synchronoskop festgestellt. Sobald der Motor die Solldrehzahl erreicht hat und die
Phase stimmt, wird der ihm zugeordnete Umschalter 7 auf den Frequenz-Umformer q.
umgeschaltet. Die weitere Steuerung des Gitterkreises übernimmt dann der Umformer.
Nachdem alle Teilmotoren angelassen sind, kann die Drehzahl sämtlicher Motoren gemeinsam
durch Änderung der Frequenz des Wechselstromnetzes 6 geregelt werden, während das
Drehzahlverhältnis zwischen den Einzelmotoren und dem Leitmotor mit Hilfe der Getriebe
5 einstellbar ist.
-
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Mehrmotorenantrieb
dargestellt, dessen Einzelmotoren über gittergesteuerte Enladungsgefäße, welche
im Ankerkreis liegen, gespeist werden. Die gleiche Steuerungseinrichtung für die
Gitterkreise der Entladungsgefäße kann, wie bereits erwähnt, auch für Antriebe verwendet
werden, bei denen nur im Feldkreis der Motoren durch Entladungsgefäße geregelt wird.