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Einrichtung zum Synchronisieren eines Elektromotors durch Abbremsen
Es gibt verschiedene Einrichtungen, um zwei oder mehrere Maschinen in synchronem
Lauf zu erhalten. Der einfachste Fall ist der, daß an einen Drehstromgenerator mehrere
Synchronmotoren angeschlossen werden. Letztere erhalten von dem Generator ihre gesamte
Leistung. Wenn der Generator gegenüber den Synchronmotoren groß genug ist, hat man
einen festen Synchronbetrieb. Die Sache wird aber kritischer, wenn nicht genügend
Synchronisierungsenergie zur Verfügung steht und der größte Teil der Motorleistung
aus einer anderen Stromquelle, z. B. aus einem Gleichstromnetz, gedeckt werden muß,
wie es bei synchronisierten Gleichstrommotoren der Fall ist.
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Hier hat man in verstärktem Maße die bekannten unangenehmen Begleiterscheinungen
des Pendelns und Außertrittfallens. Wenn noch dazu Schwungmassen vorhanden sind,
genügt oft die kleinste Belastungs- oder Spannungsänderung, wenn im Verhältnis zur
Motorleistung nur eine geringe Synchronisierungsenergie vorhanden ist, so daß ein
Pendeln bzw. Außertxittfallen des synchronisierten Motors auftritt. Die Ursache
liegt bekanntlich darin, daß zwei fremde Stromquellen miteinander in Einklang zu
bringen sind, wobei nicht nur die Spannungen gleich sein müssen, sondern auch die
Phasenwinkel und Spannungskurvenform, abgesehen von den oft notwendigen Beschleunigungskräften,
die die synchronisierende Stromquelle nicht abgeben kann. Diese Umstände sind die
Veranlassung, daß synchrone Betriebe bei geringer Synchronisierungsenergie infolge
ihrer Empfindlichkeit in der Praxis gern vermieden werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich nun um eine Einrichtung,
die die obenerwähnten Mängel nicht besitzt, da nicht zwei voneinander unabhängige
Stromquellen, sondern nur eine Stromquelle und die volle Leistung des- zu synchronisierenden
Motors für die Synchronisierung vorhanden ist. Wenn man einen Gleichstrommotor synchronisieren
will,
maß er bekanntlich zur Abgabe von Wechselstrom eingerichtet sein, indem man ihm
entweder aus dem Anker durch eine besondere Wechselstromwicklung mittels Seblif.
ringen und Bürsten Wechselstrom entnim oder mit ihm einen besonderen Wechselstrom`
generator kuppelt. Die Synchronisierung des= Gleichstrommotors ist um so fester,
je größer die synchronisierende Wechselstromleistung ist. Bei der bekannten Synchronisierung
wird dem Gleichstrommotor Wechselstromenergie zugeführt, während bei der vorliegenden
Erfindung dem Gleichstrommotor Wechselstromenergie bis zur vollen Höhe seiner Leistungsfähigkeit
entnommen wird, er wird also zusätzlich belastet. Diese zusätzliche Belastung, die
man als Bremslast bezeichnen kann, wird einem veränderlichen Belastungswiderstand
zugeführt, dessen Stufen entsprechend der Frequenz des dem Gleichstrommotor entnommenen
Wechselstromes durch einen Leitmotor konstanter Drehzahl gesteuert werden. Bekanntlich
kann man einen veränderlichen Widerstand herstellen, indem man eine Bürste auf einem
in runder Form spiralig angeordneten Widerstandsdraht rotieren läßt oder, besser,
indem man Bürsten auf einem Kollektor rotieren läßt, dessen einzelne Lamellen zu
Teilwiderständen führen. Schließt man an diesen Gesamtwiderstand eine Gleichstromspannung
an, so kann den rotierenden Bürsten in bekannter Weise über Schleifringe ein Wechselstrom
entnommen werden (Widerstandsgenerator). Schließt man jedoch die Gleichstromquelle
an die rotierenden Bürsten an, so fließt ein Strom, der den jeweiligen Widerstandsbeträgen
entspricht. Wird dagegen ein Wechs.elstrom angeschlossen, so tritt dieselbe Erscheinung
auf, als ob man diesem an einen selbständigen Synchrongenerator anschließen würde.
Man kann durch Verändern der Drehzahl der Leitmaschine einen synchronen Lauf zwischen
dem Wechselstrom und dem veränderlichen Widerstand leicht herstellen. Es wird der
aufgenommene Wechselstrom bei Synchronismus am geringsten, wenn Widerstand und Spannung
des Wechselstroms im Maximum sind.
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Führt man nun dem rotierenden Widerstand den vom Gleichstrommotor
erzeugten Wechselstrom zu, so wird die Belastung des zu synchronisierenden Gleichstrommotors
am geringsten, wenn die Amplitude der Wechselstromspannung sich mit der Widersta.ndsbetragsamplitude
deckt, also Synchronismus vorhanden ist. Weiter ist wesentlich dabei, daß der Widerstand
nicht gleichmäßig :n Teilwiderstände geteilt wird, sondern nach einer Sinusform.
Gibt man jetzt dem zu synchronisierenden Motor eine kleine , Voreilang durch Feldveränderung,
so tritt zwischen diesem und der Leitmaschine ein Phasenwinkel auf. Die Folge ist,
daß der Wech-'elstrom ansteigt und somit der synchronie#Verte Motor stärker belastet
wird. Durch :'ihtige Wahl der Verhältnisse kann man `:durch Einstellen des Phasenwinkels
erreichen, daß der Motor seine gesamte Leistung zur Erzeugung der vom rotierenden
Widerstand aufgenommenen Leistung verbraucht. Wird nun diesem Motor mechanische
Energie entnommen, so ändert sich sofort der Phasenwinkel zwischen Motorwechselstrom
und Widerstandsgenerator derart, daß die vom Widerstand aufgenommene Leistung um
die vom Motor mechanisch abgegebene Leistung zurückgeht, wobei der Synchronismus
auch bei Belastung unverändert fortbestehen bleibt. Bei einer derartigen Einrichtung
ist es daher möglich, den Motor wechselnd zu belasten, ohne daß er aus dem Tritt
fällt, wobei zur Konstanthaltung der Leitmaschine deren Antriebsmotor nur klein
zu sein braucht, da er nur die Bürstenreibung zu überwinden hat. Die Leistungsaufnahme
des synchronisierten Gleichstrommotors bleibt genau dieselbe, gleichgültig, ob er
belastet oder entlastet wird; man hat es also mit einer Synchronisierung durch Abbremsen
des Motors zu tun.
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An Hand einer beispielsweisen Schaltzeichnung möge die Erfindung eingehender
dargestellt werden.
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Es ist in der Abbildung SM der synchronisierte Gleichstrommotor, dessen
Anker eine Drehstromwicklung trägt, die zu den Schleifringen s1, s2, s- führt. Dieser
Motor soll synchron mit der Leitmaschine GM laufen. Die Leitmaschine besteht hier
aus einem Gleichstrommot:or GM konstanter Drehzahl, der drei auf dem Kollektor I(
rotierende Bürsten antreibt. Mittels der drei Schleifringe S1, S2, Ss wird die von
dem im synchronen Lauf zu haltenden Motor SM erzeugte Drehstromenergie dem Widerstand
W über die Teilwiderstände zugeführt, nachdem beide Maschinen miteinander in Synchronismus
gebracht wurden. Sobald Synchronismus zwischen Widerstandsänderung und dem zugeführten
Drehstrom vorhanden ist, fließt im Widerstand W ein Gleichstrom, dessen Spannung
am Voltmeter F abgelesen werden kann. An den einzelnen Lamellen des Kollektors I(
sind die Teilwiderstände des Widerstandes W angeschlossen. Die Belastung des MotorsSAl
auf dem Bremswiderstand kann durch seinen Feldwiderstand veränderlich gemacht werden,
indem der Motor eine Voreilung erhält, wodurch sich der Phasenwinkel zwischen SA-1
und GAT entsprechend ändert. Die Aufteilung des Widerstands nach einer Sinuskurve
hat
den Vorteil, daß sich die Bremslast schon bei kleinen Winkelverschiebungen
stark ändert. Man stellt nun den Motor SM mittels Feldwiderstandes so ein, daß er
noch eine zusätzliche Bremslast über die Leitmaschine abgibt, die :seinen größten
Nutzlaständerungen entspricht. Sobald jetzt der Motor SM Nutzlast abgeben muß, ändert
sich von selbst der Phasenwinkel, wodurch die Bremslast um so viel kleiner wird,
als der Motor SM Nutzlast abzugeben hat.
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Die praktischen Erfolge dieser Bremssynchronisierung sind geradezu
verblüffend, da die üblen Erscheinungen bei den bekannten Synchronisierungen vollkommen
verschwunden sind. Die Synchronisierungsenergie der Leitmaschine kann sehr klein
sein, es genügen zur festen Synchronisierung bereits io Watt, denn der kleine Antriebsmotor
hat nur die verhältnismäßig geringen Bürstenreibungen zu überwinden; Belastungsänderungen
treten bei ihm nicht auf, Es ist nunmehr möglich, Motoren von ioo PS und noch mehr
mit etwa io Watt Synchronisierungsenergie in synchronem Lauf zu erhalten, ' auch
wenn starke Belastungsstöße auftreten.