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Anordnung zum zeitabhängigen Einleiten und Steuern des Brems.. und
Stillhaltevorganges für Leonardantriebe Es ist bekannt, die Erregerwicklung eines
Leonardgenerators nach ihrer Abschaltung vom Netz von einer ständig parallel zu
ihr liegenden, frei laufenden Dämpfun:gsmaschine, die mit einem besonders bemessenen
Schwungrad gekuppelt ist, mit einem langsam abklingenden Strom zu speisen, der die
Erregerwicklung des Generators während der Bremsung in demselben Sinne erregt wie
während des normalen Betriebes: Eine derartige Anordnung ermöglicht zwar eine weiche,
nicht aber eine schnelle' Absenkung der Generatorspannung. Es ist auch bekannt,
daß die. fremderregte Gleichstrommaschine .sich in einem elektrischen Stromkreis
wie eiri Kondensator verhält.
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Um nun sowohl ein schnelles und sanftes Abbremsen als auch ein Stillnetzen
von Gleichstrommotoren in Leonardscbaltung zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß ein
Kondensator vorgesehen, der nach vorherigem Aufladen derart an die vom Netz abgeschaltete
Erreger\NIcklung des Leonärdgenerators angeschlossen wird, daß sein Entladestrom
den Leonardgenerator irn entgegengesetzten Sinne erregt. Eine derartige Einrichtung
ermöglicht mit einfachen Mitteln eine sehr starke, aber doch allmählich ansteigende'
und wieder abfallende Verzögerung der Motordrehzahl. Das schnelle und sanfte Abbremsen
des Motors wird durch sofortiges Umkehren der Richtung der Generatorspannung erreicht.
Diese Spannung fällt dann sehr schnell auf Null oder einen Wert, bei dem der Motor
trotz eines vorhandenen Lastmomentes in seinem Stillstand festgehalten wird. Die
'Bremskennlinien des Motors sind durch die Kapazität und die Anfangsladung des Kondensators
bestimmt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. t zeigt den typischen Verlauf der Motordrehzahl a in Abhängigkeit
von der Zeit für einen Motor, der von einer bestimmten Drehzahl auf Null sanft abgebremst
wird. Von dieser Kurve kann die entsprechende Kurve des Bremsstromes b abgeleitet
werden, falls das' gesamte mechanische Trägheitsmoment des Motors.sowie die Belastung
bekannt sind.
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Die von dem Generator erzeugte EMK ist in jedem Augenblick gleich
der algebraischen Summe der Ohmschen Spannungsabfälle im Leonardkreis und der vom
Motor erzeugten EMK.
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Mit Hilfe der Sättigungskurve des Generators kann die erstrebte Änderung
des Generator-Erregerstromes c in Abhängigkeit von
der Zeit aufgetragen
werden. Vergleicht man die Kurve c mit dem typischen Verlauf des Entladungsstromes
eines Kondensators über eine induktive Erregerwicklung in Abhängig,. keit von der
Zeit, so sieht man, daß die Kurve des Entladungsstromes a in Abb. z bei einem geringen
Wicklungswiderstand der Kurve c in Abb. i ähnlich ist.
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Hat nun in einer Leonardanordnung der Erregerstrom des Generators
und die Motordrehzahl den Wert Null erreicht, so ist die Ladung des Kondensators
der Anfangsladung entgegengesetzt. Im allgemeinen wird der Kondensator wieder entladen,
so daß das Feld in seiner früheren Richtung aufgebaut und der Motor plötzlich beschleunigt
wird. Der Brems- und Anlaufvorgang. des Motors dauert so lange ivie der Lade- und
Entladevorgang des Kondensators.
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Damit nun der Motor nach Erreichen des Stillstandes nicht wieder beschleunigt
wird, können Maßnahmen getroffen werden, daß der Erregerstrom nach diesem Zeitpunkt
nicht weiterfließt oder sich umkehrt. Zu diesem Zweck können z. B. eine mechanische
Bremse zum Festhalten des Motorläufers, ein im Entladungskreis des Kondensators
liegender Schalter oder Gleichrichter verwendet werden.
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Die Verzögerungsverhältnisse des Motors sind hauptsächlich von der
Anfangsl.adespannung des Kondensators abhängig. Jeder Spannung aber entspricht ein
bestimmter Kapazitätswert, der den Motor in dem Augenblick, wenn der Erregerstrom
das Ende seiner ersten Halbperiode erreicht hat, zum Stillstand bringt. Ein Kondensator
mit zu großer Kapazität würde den Motor abbremsen und die Drehrichtung umkehren,
bevor die Entladung beendet ist, während ein Kondensator mit zu kleiner Kapazität
den Motor nicht voll abbremsen würde.
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Ist der Widerstand des Entladungskreises genügend groß, so wird die
Dämpfung die zweite und die folgenden Halbperioden dzs Entladungsstromes unterdrücken,
wie die Kurve b in Abb. 2 zeigt. Die Dämpfung ändert aber auch die Kurvenform der
ersten Halbperiode und bewirkt eine schnellere Entladung, obgleich die Induktivität
des Generator- und des Motorankers ein zu schnelles Abklingen zu verhindern sucht.
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Mit Hilfe einer gedämpften Kondensatorentladung läßt sich also auch
eine zufrieden; stellende Abbremsung in der angegebenen Weise erzielen.
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Im allgemeinen -würde nun bei den gegebenen Bremsbedingungen ein derartiger
Motor kein Lastmoment halten können. Es muß daher eine Hauptschluß- oder sonstige
Hilfswicklung in dem Generator vorgesehen werden, um den SpannungsverIust in dem
Leonardkreis, der durch den Ohmschen Spannungsabfall und die Ankerrückwirkung bedingt
ist, .auch für den Stillstand bzw. den ht mehr fremderregten Generator auszuchen.
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st das Lastmoment während der gesamten Bremsperiode konstant, so muß
die in Abb. i dargestellte Kurve c des Generatorerregerstromes um einen von der
Größe und Richtung der Belastung abhängigen konstanten Wert vergrößert oder verringertwerden.
Diese zusätzliche Erregung wird von einer im folgenden beschriebenen Hilfserregerwicklung
geliefert.
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Durch eine derartige Maßnahme kann aber Pendelgefahr hervorgerufen
werden, die besonders bei sehr schwacher Fremderregung, wie sie u. .a. für das Schwebendhalten
der Last bei stehendem Fördermotor erforderlich ist, zu Störungen führen kann. Diese
Pendelgefahr durch verhältnismäßig hohe Ohmsche Widerstände im Leonardkreis selbst
beseitigen zu wollen, ist unzweckmäßig, da die Ohmschen Widerstände die allgemeinen
Reguliereigenschaften des Antriebes verschlechtern würden.
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Erfindungsgemäß wird nun, wie in Abb. 3 dargestellt ist, zwar die
an sich bekannte indirekte Selbsterregung des HauptgeneratorsCal mittels einer Hilfserregermaschine
benutzt, jedoch sowohl mittels eines .an den Klemmen der Hilfserregennaschine G,
liegenden Spannungsteilers R2 eine starke Dämpfung der Selbsterregung eingeführt
als auch durch Vorschalten einer hohen Induktivität L vor die indirekte Hauptschlußerregerwicklung
F. des Hauptgenerators die Zeitkonstante dieses Erregerkreises willkürlich wählbar
gemacht.
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Diese hohe Induktivität L hat außerdem die Aufgabe, die Folgen der
unvermeidlich sehr festen magnetischen Kopplung der beiden Erregerwicklungen F1
und F. des Hauptgenerators zu verhindern. Diese Kopplung ist im eigentlichen Förderbetrieb
belanglos, da hier nur geringe, verhältnismäßig langsame Änderungen der Ströme und
Spannungen auftreten.
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Andere Verhältnisse sind jedoch beim Verzögern und Stillsetzen des
Leonardmotors vorhanden. Das Verzögern des Motors bis zum Stillstand soll allein
durch die Stromschwingungen in einem .aus dem Kondensator C und der Erregerwicklung
F, bestehenden Schwingungskreis erfolgen. Dieser Vorgang soll unabhängig von der
Aufmerksamkeit des Maschinisten sanft beginnen und enden und doch energisch in kurzer,
durch die Schwingungszeit des Kondensatorkreises gegebener Zeit ablaufen. Die Hilfserregermaschine
G,,> -wird zwar den raschen Änderungen des Bremsstromes finit ihrer Spannung annähernd
folgen können, doch. verhindert die Drosselspule L
das Auftreten
eines den Kondensatorkreis und damit den Ablauf des Verzögerungsvorganges störenden
Stromes in der Erreger@vicklung F2. Während des raschen Verzögerns bis auf Null
bleibt also die Hilf serregermaschine G2 mit ihrer indirekten selbsterregenden Wirkung
auf den Generator G1 ,ausgeschaltet, wobei das Verhalten des Generators G1 wesentlich
nur durch den Schwingungskreis bestimmt wird.
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Für das Schwebendhalten der Last kehren sich die Verhältnisse nahezu
um; hier liefert der Schwingungskreis nur einen Anstoß zum richtigen Ansprechen
des Generators G, und der Hilfserregermaschine G2, während der Vorgang selbst in
der Beharrung von der Hilfserregermaschine G2 gesteuert wird.
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Hat der Bremsstrom im Leonardkreis am Ende der Verzögerungsperiode
den Wert Null erreicht, so muß, ehe die Last die Rückwärtsbeschleunigung des Motors
hat bewirken können, erneut ein Motorstrom fließen. Sein Zustandekommen beruht u.
a. auf zwei Ursachen: Hat der Erregerstrom in der Erregerwicklung F1 zum zweitenmal
den Wert Null erreicht, so ist natürlich noch eine Restladung vorhanden, die einen
schwachen Erregerstrom im .abermals umgekehrten Sinne zum Fließen bringt. Dieser
positive Erregerstrom erzeugt im Erregergenerator Gi eine EMK im gleichen Sinn wie
beim Fördern, d. h. es tritt ein zunächst schwacher Motorstrem im Leonardkreis auf,
der seinerseits wieder die Hilfserregermaschine G2 erregt.
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Außerdem ist bei geeigneter Größe der Drosselspule L damit zu rechnen,
daß sie während des Verzögerungsvorganges ihre magnetische Energie nicht ganz verliert.
Diese wirkt aber ebenfalls im Sinne der Aufrechterhaltung eines Stromes in der Erregerwicklung
F2 des Hauptgenerators, der im Leonardkreis einen Strom erzeugt.
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Mit diesen Vorerregungen wird demnach die indirekte Selbsterregung
des Hauptgenerators G, über die Hilfserregermaschine G2 verhältnismäßig sehr rasch
und energisch einsetzen und ein Fließendes gewünschten Motorstromes bewirken. Übermäßige
Selbsterregungen, Pendelungen -usw. können durch den Spannungsteiler R2 'unterdrückt
werden, während kleine Änderungen nach Umschalten der Generatorerregerwicklung F1
auf die Haupterregermaschine 03 gegebenenfalls, z. B. bei ständig wechselnden
Fördergewichten, vorgenommen. werden können.
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Der Kondensator C kann zur Ladung durch den Umschalter S an eine besondere
Gleichstromquelle oder gegebenenfalls an die konstante Spannung der Erregermaschine
03 gelegt werden. Um den Kondensator mit geringerer Spannung aufzuladen.,
kann eine Potentiometerschaltung vorgesehen werden. Für höhere Spannungen wird der
Kondensator aufgeteilt. Zur Ladung werden dann die Kondensatoren parallel, zur Entladung
hintereinandergeschaltet.