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Gleichlaufanordnung für an ein mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlossene
Asyiichronmotoren Die Erfindung betrifft eine Gleichlaufanordnung für an ein mehrphasiges
Wechselstromnetz angeschlossene Asynchronmotoren, deren mehrphasige Läuferwicklungen
gegen die Läuferwicklung eines Hilfsgenerators geschaltet sind, der mechanisch mit
einem der Motoren gekuppelt ist und dessen Ständerwicklung von dem Wechselstromnetz
gespeist wird. , Zur gleichförmigen Übertragung von Signalbewegungen ist es bisher
üblich, einphasige in Reihen- oder Parallelschaltung verbundene Motoren zu verwenden.
Um einen Gleichlauf unter Betriebsverhältnissen zu erhalten, bei denen die einphasigen
Motoren nicht mehr Verwendung finden können, werden die dann in Frage kommenden
an ein mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen Motoren mit ihren. Ständerwicklungen
in Parallelschaltung miteinander verbunden. Wird einer der Motoren gleichmäßig oder
sprunghaft angetrieben, dann führen auch die übrigen elektrisch mit ihm verbundenen
Motoren eine ähnliche gleichförmige Bewegung aus. Bei der Übertragung von Signalbewegungenkommen
zumeist Motoren gleicher Größe in Frage, so daß sich der Gleichlauf mit kleinen
Abweichungen ohne Schwierigkeit einhalten läßt und die Wirkung der elektrisch verbundenen
Motoren mit einem Rädergetriebe verglichen werden kann. Bei dem letzteren Vergleich
ist jedoch zu bedenken, daß infolge des nötigen Zahnspieles, das sich innerhalb
des Getriebes öfter addieren kann, die gleichartige Bewegung innerhalb engster Grenzen
nicht eingehalten werden kann. Handelt es sich weiterhin um Motoren verschiedener
Größe, dann müssen die Grenzen des Gleichlaufs bereits weiter gezogen werden: Die
einzelnen Motoren erhalten nämlich infolge des verschiedenen Trägheitsmomentes ihrer
Läufer und auch wegen der immer vorhandenen verschiedenen elektrischen Eigenschaften,
die besonders bei verschiedenen -Motorengrößen hervortritt, einen verschieden großen
Schlupf, der sich besonders in der Anlauf- und Auslaufzeit des Motors auswirkt.
Es kann dann. von einem genauen Gleichlauf aller Motoren über den ganzen Geschwindigkeitsbereich
nicht mehr gesprochen werden.
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Ein Gleichlauf innerhalb des gesamten Drehzahlbereiches und besonders
bei verschiedenen Motorgrößen wird beispielsweise
bei Umspinnmaschinen
angestrebt, die zur Umwicklung des Kernmaterials beispielsweise mit einem Isolierband
dienen, wobei die einzelnen Windungen des Bandes sich nur mit einem sehr kleinen
Bruchteil eines Millimeters überlappen sollen. Bei einer geringen Änderung in dem
Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Motor der Abzugsrolle für das Kernmaterial
und dem Umspinnkopfmotor, der das Isolierband aufwickelt, treten bereits blanke
Stellen des Kernmaterials zwischen den einzelnen Bandwindungen auf. Der Gleichlauf
der einzelnen Motoren muß ferner besonders während der Anlauf- und Auslaufzeit der
Maschine eingehalten werden, um einen Ausfall an fertigem Erzeugnis durch unzureichend
umwickelte Endlängen des Kernmaterials zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung liegt die Ständerwicklung des Hilfsgenerators
in Reihe mit der Ständerwicklung eines der Motoren am Netz und bei Verwendung von
zwei oder mehr Motoren sind die Ständerwicklungen dieser Motoren ebenfalls in Reihe
oder untereinander in Parallelschaltung an die Ständerwicklung des erstgenannten
Motors angeschlossen.
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Durch die Reihenschaltung der Ständerwicklungen wird der Leistungsfaktor
der einzelnen Läufer bei Spannungsabfall jederzeit derart geändert, daß keine Schlupfänderungen
zwischen den einzelnen Motoren eintreten. Bei einer größeren. Belastung, wie sie
beispielsweise besonders bei Drehzahländerungen bei Asynchronmotoren verschiedener
Größe durch die verschiedenen Trägheitsmomente der Läufer auftreten, ändert sich
bei der bekannten Parallelschaltung der Schlupf des mehr oder weniger belasteten
Motors. Solche Änderungen sind durch die Reihenschaltung der vorliegenden Erfindung
infolge Änderungen des Leistungsfaktors verhindert.
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Die Reihenschaltung der Erfindung ist jedoch nicht mit der bekannten
ähnlichen Schaltung der Ständerwdcklungen von Käfigankermotoren zu verwechseln,
die lediglich den Zweck hat, bei abwechselndem Betrieb von zwei Motoren die mit
dem leer laufenden Motor verbundenen Schwungmassen durch schnelleres Laufen aufzuladen,
damit sie später. bei Belastung den Motor durch Abgabe von kinetischer Energie über
das geringe Anzugsmoment hinweghelfen können.
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Bei Verwendung von zwei oder mehr Motoren führt auch die Parallelschaltung
der zusätzlichen Motoren zu einem guten Gleichlauf, besonders wenn diese dieselbe
Größe und dieselben elektrischen Eigenschaften besitzen.
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In den Zeichnungen, die ein Erfindungsbeispiel der Erfindung darstellen,
ist: Fig. i eine schematische Darstellung einer Gleichlaufanordnung für zwei Motoren,
Fig. z eine ähnliche Darstellung für drei Antriebsmotoren, Fig. 3 eine schematische
Darstellung einer davon verschiedenen Anlage für drei Motoren und Fig. 4 eine schematische
Darstellung einer anderen davon verschiedenen Ausführungsform.
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In vielen Industriezweigen ist es heutzutage wünschenswert, zwei oder
mehrere sich drehende Maschinenteile mittels Elektromotoren ohne Anwendung von Getrieben
oder Riemenverbindungen mit gleicher oder vorher bestimmtem Verhältnis der Geschwindigkeit
anzutreiben, das während des Betriebes aufrechterhalten wird: Solche Antriebe werden
häufig benutzt bei Maschinen zur Herstellung von Flaschen, bei Zugbrücken, bei Speisereglern
- für Stromnetze, Stahlwalzwerken, Papierherstellungsmaschinen, Druckpressen, Maschinen
zur Isolierung von elektrischen Drähten u. dgl.
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Bei Umspinnmaschinen für Isolierdrähte ist es beispielsweise allgemein
üblich, den Kerndraht in Längsrichtung zuzuführen und ein Isoliermaterial auf die
Oberfläche desselben in spiralförmigen, sich überlappenden Windungen aufzubringen.
Bei der Betätigung einer solchen Maschine muß das Aufbringen des Isoliermaterials
auf den Kern dauernd im genauen Geschwindigkeitsverhältnis stattfinden, damit die
Überlappung von anliegenden Windungen gleichgehalten werden kann. Weiterhin muß
die relative Bewegung des Kernes und des Umspinnmaterials innerhalb äußerst enger
Grenzen gehalten werden, wenn die Überlappung zwischen den einzelnen Windungen von
geringstem Ausmaße ist.
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Das Kernmaterial wird durch ein angetriebenes Abzugsrad vorwärts bewegt,
und das Isoliermaterial wird auf dem Kern in spiralförmigen, sich überlappenden
Windungen mittels angetriebener Spinnköpfe aufgebracht. Praktisch ist es nicht möglich,
das Abzugsrad und die Spinnköpfe mittels Getriebe oder Riemen zu verbinden, um den
gewünschten Gleichlauf zu erhalten. Beispielsweise reichen das Zahnspiel im -Getriebe
und Änderungen in der Riemenspannung oder in der Geschwindigkeit, welche beim Umlaufen
der Riemenverbindung um die Rollen verursacht werden, dazu aus, die Genauigkeit
dieses Antriebes für solche Maschinen bedenklich zu verringern.
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Wenn die vorliegende Erfindung an einer Umspinnmaschine für Isolierdrähte
angewandt wird, dann verursacht eine Bewegung des Abzugrades oder des Spinnkopfes
eine gleiche oder dazu im Verhältnis stehende Bewegeng
des Spinnkopfes
oder in gleicher Weise des Abzugrades. Weiterhin, wenn mehrere Lagen Isoliermaterial
gleichzeitig auf den Kern aufgetragen und deshalb mehrere Spinnköpfe benutzt werden,
ergibt die Anlage der Erfindung einen genauen Gleichlauf in der Maschine, ungeachtet
dessen, ob die Motoren mit gleicher oder verschiedener Geschwindigkeit arbeiten.
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In den mneistgebräuchlichen Gleichlaufanordnungen für Motoren werden
zwei oder mehrere Motoren derselben Größe und derselben elektrischen Charakteristik
von ein und derselben Wechselstromquelle erregt. In solchen Anlagen ist gewöhnlich
ein Geschwindigkeitsverhältnis von i : i zwischen den Motoren vorhanden, da ein
Versuch, Gleichlauf bei ,einem anderen Geschwindigkeitsverhältnis zwischen den zwei
Motoren zu erhalten, Schwierigkeiten und Komplikationen ergibt, die den Wert einer
solchen Anlage beträchtlich vermindern. Solche Gleichlaufgetriebe benötigen besondere
Motoren von derselben Größe und einer möglichst gleichen, in der handelsüblichen
Herstellung noch möglichen Charakteristik. Infolge dieser Notwendigkeit wachsen
die Herstellungskosten für die Motoren .einer solchen Anlage. Weiterhin ist es nötig,
eine besondere Anlaßvorrichtung vorzusehen, um Gleichlauf während der Anlaßperiode
zu erhalten. Wenn der Stromkreis des Motors geschlossen ist, dann arbeitet diese
Vorrichtung selbsttätig, um die Motoren mit zwei Phasen anzulassen und die dritte
Phase in den Stromkreis mittels eines Zeitrelais am Ende einer Periode zu bringen,
auf die das Zeitrelais vorher eingestellt wurde. Hierdurch werden natürlich die
Kosten erhöht und die Anlage wird verwickelt.
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In der Anlage nach der Erfindung werden alle diese Schwierigkeiten
überwunden. An erster Stelle arbeitet die Anlage im wesentlich vollkommenen Gleichlauf,
nicht nur wenn die Motoren mit gleicher Geschwindigkeit arbeiten, sondern auch wenn
die Geschwindigkeitsverhältnisse nicht mehr i : i, sondern i : 3, i : q. u. d91.
sind. Ein weiterer Vorteil dieser Anlage ist, daß keine besondere Gleichlaufanlaßvorrichtun.g
notwendig ist und selbst die Schwierigkeiten, die bei zwei oder mehreren Motoren
mit einem anderen Geschwindigkeitsverhältnis als i : i auftreten, schließen es nicht
aus, daß die Anlage nach der Erfindung ohne eine besondere Anlaßvorrichtung sofort
im vollkommenen Gleichlauf in Betrieb gesetzt und auch gehalten wird.
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Ein weiterer Vorteil der Anlage beruht -auf der Tatsache, daß die
Motoren nicht nötigerweise dieselbe Größe, sondern auch beträchtlich verschiedene
elektrische Eigenschaften besitzen können, ohne daß eine nachteilige Wirkung beim
Anlassen und Betrieb der Anlage auftritt. Es können deshalb gewöhnliche handelsübliche
Motoren ohne besondere Rücksicht auf ihre elektrischen Eigenschaften verwendet werden.
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Schließlich besitzt die Anlage nach der Erfindung den Vorteil, daß
bei erregtem Feld irgendeiner der Motoren von Hand in einer beliebigen Richtung
gedreht werden kann, ohne daß der Gleichlauf der Maschine verlorengeht, da der andere
Motor genau mit einer entsprechenden Bewegung, welche von dem Geschwindigkeitsverhältnis
des Motors abhängt, folgt. Dies trifft bei, den bisher allgemein üblichen Gleichlaufanordnungen
für Motoren nicht zu.
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Fig. i stellt die Anordnung der Erfindung dar. Ein dreiphasiges Kraftnetz
i ist über einen Schalter mit dem Stromkreis 7 verbindbär. Der Ständer io des Hauptmotors,
der ein dreiphasiger Wechselstrommotor ist, ist durch Drähte 9 über einen Schalter
8 an den Stromkreis 7 angeschlossen. Die dreiphasige Läuferwicklung i i des Hauptmotors
ist mit einem einstellbaren Belastungswiderstand 12 verbunden, wodurch die Geschwindigkeit
dieses Motors verändert werden kann. Derselbe Stromkreis, welcher den Ständer io
des Hauptmotors speist, speist auch den Ständer 3 eines Wechselstromerzeugers, dessen
Läufer 5 mit dem Läufer des Hauptmotors mechanisch gekuppelt ist, wie bei 13 angedeutet.
Die Ständerwicklung q. des zweiten Motors ist mit der Ständerwicklung 3 des Stromerzeugers
in Reihe geschaltet. In gleicher Weise ist der Läufer 6 des zweiten Motors mit dem
Läufer 5 des Wechselstromerzeugers in Parallelschaltung verbunden. Die - Ständer
und Läufer sind in Sternschaltung dargestellt.
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Bei einer beispielsweisen Anwendung der Schaltung an einer Umspinnmaschine
für isolierte Drähte würde der Hauptmotor ein Abzugsrad antreiben, welches dazu
dient, den Draht seiner Länge nach durch die Maschine zu führen. , Der Hauptmotor
ist direkt mit dem Stromerzeuger verbunden, wie in den Zeichnungen schematisch dargestellt,
so daß er beim Antrieb des Abzugsrades immer gleichzeitig mit angetrieben wird.
Der zweite Motor ist der Spinnkopfmotor, welcher die Vorrichtung zum Aufbringen
des Isoliermaterials in einer spiralförmigen Windung auf den Draht betätigt. Der
zweite Motor wird, wie aus Fig. i deutlich ersichtlich, in Reihe mit dem Stromerzeuger
von dem Stromkreis 7 erregt, so daß bei Betrieb der Strom in demLäuferkreis des
Stromerzeugers und des zweiten Motors ausgeglichen ist. Ein weiteres Merkmal dieser
Anlage besteht
darin, daß bei einer beispielsweisen Wechselspannung
von 22o Volt die Spannung in den Wicklungen des Stromerzeugers und des zweiten Motors
i io Volt beträgt, da sie in Reihe geschaltet sind. Die Geschwindigkeit des Hauptmotors
kann durch Einstellen des Belastungswiderstands 12 in seinem Läuferkreis verändert
werden. Hierdurch wird im Verhältnis auch die Geschwindigkeit des zweiten Motors
geändert. Wenn der Schalter 2 geschlossen ist, dann ist der Ständer des Stromerzeugers
erregt, wie auch der des zweiten Motors. Sobald der Schalter 8 geschlossen wird,
wird der Ständerkreis des Hauptmotors erregt und der Motor tritt in Tätigkeit. Der
Wechselstromerzeuger, welcher mit dem Hauptmotor verbunden und dessen Feld sofort
erregt wird, liefert Strom in die Läuferkreise, die sofort ausgeglichen werden und
den Läufer des zweiten Motors im Gleichlauf mitziehen. Die Erregung der Ständerwicklung
des zweiten Motors bei stillstehendem Hauptmotor setzt den zweiten Motor nicht in
Bewegung, da die Ströme, welche in den Läuferkreisen des zweiten Motors und des
Stromerzeugers fließen, sich gegenseitig aufheben. Die Anlage wird nur in Tätigkeit
gesetzt, wenn der Hauptmotor durch Schließen des Schalters 8 erregt wird. Durch
diese Anordnung wird eine vollkommene elektrische Verkettung zwischen den Motoren
und den von ihnen getriebenen Maschinenteilen erhalten.
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Bei erregten Feldern des Stromerzeugers und des zweiten Motors verursacht
jede Bewegung des Hauptmotors oder des zweiten Motors eine entsprechende Bewegung
in der ganzen Anlage. Wenn also der zweite Motor von Hand gedreht wird, dann dreht
sich auch der Hauptmotor im entsprechenden Verhältnis, und umgekehrt. Dies beruht
auf der Tatsache, daß eine solche Bewegung die Ströme in dem Läuferkreis des Stromerzeugers
und des zweiten Motors aus dem Gleichgewichtszustand wirft, welcher jedoch sofort
durch eine entsprechende Drehung wieder hergestellt wird. Aus praktischen Erfahrungen
mit solch einer Anlage bei einer Umspinnmaschine für Isolierdrähte kann festgestellt
werden, daß die Anlage vollkommen allen praktischen Zwecken genügt, und daß es mit
solch einer Maschine möglich war, Umspinnvorgänge durchzuführen, die vorher in der
handelsüblichen Herstellung sich nicht als praktisch erwiesen.
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Die Anlage der Fig. q. unterscheidet sich von der der Fig. i, indem
der Läufer des Hauptmotors mit dem Läufer des zweiten Motors mechanisch gekuppelt
ist, wie mit der Linie 13 angedeutet ist. In elektrischer Hinsicht ist diese Schaltung
und ihre Wirkung dieselbe. Die verschiedene Ausführung der Fig. q. zeigt jedoch
ein bedeutendes Merkmal, nämlich daß die mechanische Verbindung von dem Hauptmotor
zu irgendeinem der anderen Motoren der Anlage geführt werden kann, wodurch dieser
zum Stromerzeuger gemacht wird. Die mechanische Verbindung zwischen dem Läufer eines
der Motoren und dem Läufer des Stromerzeugers kann .in einer einzigen Einheit ausgeführt
sein, so daß ein gewöhnlicher Motorgenerator erhalten wird, indem die beiden Läufer
auf einer einzigen Welle befestigt sind.
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Wie in Fig. i dargestellt, ist es möglich, an Stelle der Ständerkreise
bei der Anlage nach der Erfindung die Läufer des Stromerzeugers und des zweiten
Motors vom Wechselstromnetz aus zu erregen. Wie in der Elektrotechnik allgemein
bekannt, wird eine solche Anlage dieselbe Arbeitsweise besitzen, ob nun die Läufer
oder die Feldwicklungen des Stromerzeugers und des zweiten Motors erregt sind. Es
dürfte kaum nötig sein, hervorzuheben, daß dieselben umkehrbaren Verbindungen in
entsprechend veränderten Anlagen ausgeführt werden können. , Die Anlage der Fig.
2 soll zeigen, wie außer dem Hauptmotor zwei zusätzliche Motoren verwendet werden
können. Um auf das Beispiel der Umspinnmaschine zurückzugehen, kann eine solche
Anlage bei zwei Spinnköpfen verwendet werden, die zum Aufbringen zweier Lagen von
Isoliermaterial auf den Draht dienen. Der Ständer 14 des Stromerzeugers erhält Stromvon
einemmehrphasigen Stromnetz wie zuvor und ist in Reihe mit den Ständerkreisen 15
und 16 des zweiten und dritten Motors geschaltet. Die Läufer 17 des Stromerzeugers
und 18 und ig der entsprechenden Motoren liegen in Parallelschaltung. Der Hauptmotor
ist in dieser Figur nicht gezeigt, wird jedoch in derselben Verbindung wie zuvor
und wie durch die Linie 13 angedeutet mit dem Läufer 17 des Stromerzeugers mechanisch
gekuppelt.
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Die weitere Ausführung der Fig. 3 besitzt gleichfalls zwei vom Stromerzeuger
angetriebene Motoren. In diesem Fall wird der Ständerkreis 21 des Stromerzeugers
vom Stromkreis 7 aus erregt und ist' mit den Feldwicklungen 22 und 23 des zweiten
und dritten Motors, die unter sich in Parallelschaltung liegen, in Reihe verbunden.
Die Läuferwicklungen 2q., 25 und 26 des Stromerzeugers und der entsprechenden Motoren
liegen in Parallelschaltung. Der Läufer 2q. des. Stromerzeugers wird wieder durch
die mechanische Verbindung 13 vom Hauptmotor angetrieben, der gleichfalls vom Stromkreis
7 erregt wird. Die Ständerwicklungen des zweiten und dritten Motors können in Parallelschaltung
liegen,
da diese Motoren von derselben Größe und ähnlicher Charakteristik sind. Sie sind
jedoch als Einheit in Reihe mit dem Ständer des Stromerzeugers verbunden.
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Es mag hervorgehoben werden, daß die als Motor und Stromerzeuger bezeichneten
Teile ihrem inneren Aufbau nach gleich sind und als das eine oder andere verwendet
werden können. Der Stromerzeuger kann also als Motor dienen, und der zweite Motor
kann als Stromerzeuger verwendet werden, je nachdem ob sie zum Antrieb oder zur
Versorgung von Strom dienen. Die Anlage kann als eine Art elektrischen Getriebes
bezeichnet werden, in welchem die Bewegung irgendeines Teiles eine genaue und gleichzeitige
Bewegung der anderen Teile bewirkt, wenn die Felder des Stromerzeugers und des zweiten
Motors erregt sind.