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Regelanordnung für mechanisch gekuppelte elektrische Gleichstrommaschinen
Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für mechanisch gekuppelte elektrische
Gleichstrommaschinen und bezweckt die gleichmäßige Verteilung der Belastung und
die Innehaltung des jeweils gewünschten Geschwindigkeits- sbzw. Spannungsbelastungsverhältnisses.
Sie ist namentlich für Walzwerke bestimmt, bei denen es sich als vorteilhaft erwiesen
hat, statt eines Antriebsmotors deren mehrere zu verwenden, die miteinander gekuppelt
gemeinsam die Belastung übernehmen. Hierbei haben sich bisher Schwierigkeiten für
die gleichmäßige Lastverteilung, auch bezüglich der Geschwindigkeitssteuerung, ergeben.
Es ist nun bekannt, zur Verringerung dieses Übelstandes zwei (oder mehr) mechanisch
gekuppelte, als Motoren oder Generatoren laufende elektrische Maschinen je mit einer
Mehrzahl von Erregerwicklungen zu versehen. Es ist dabei außer einer vorherrschend
wirkenden Nebenschlußerregerwicklung auch eine zusätzliche Reihenschlußwicklung
vorgesehen, die vom eigenen Belastungsstrom der Maschine, und zwar im gleichen Sinne
wie die Nebenschlußwicklung, beeinflußt wird, und eine zweite Zusatzerregerwicklung,
die im entgegengesetzten Sinne vom Belastungsstrom der anderen Maschine gespeist
wird.
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Gemäß der Erfindung werden derartige Erregeranordnungen noch dadurch
verbessert, daß je eine dritte zusätzliche Erregerwicklung auf den Maschinen vorgesehen
ist, die im gleichen oder entgegengesetzten Sinne wie die Nebenschlußwicklung, und
zwar dadurch den erforderlichen Geschwindigkeits- bzw. Spannungsbelastungsverhältnissen
entsprechend mit Strom gespeist wird, daß die Einstellvorrichtungen für die Widerstände
der verschiedenen Erregerstromkreise miteinander gekuppelt und außerdem entsprechend
den Ankerströmen der Maschinen selbsttätig
wirkende Regelvorrichtungen
vorgesehen sind. Die dritten Wicklungen können von einer gemeinsamen oder von je
einer Erregerinaschine gespeist werden, deren Erregung abhängig von den Belastungsströmen
beider Hauptmaschinen ist. Schließlich können die dritten Zusatzwicklungen auch
mit den vorn eigenen Belastungsstrom beeinflußten Zusatzwicklungen vereinigt und
von gemäß dem Ankerstrom der betreffenden Hauptmaschine erregten Erregermaschinen
mit Strom gespeist werden.
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Die Erfindung ist an Hand von Beispielen, bei denen Gleichstrommotoren
verwendet werden, dargestellt; die Erfindung kann in gleicher Weise benutzt werden,
um die Lastverteilung und Spannungsregelung von Gleichstromgeneratoren zu regeln,
auf die eine gemeinsame Last geschaltet ist.
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Die Fig. i bis 3 zeigen beispielsweise die drei verschiedenen Ausführungsarten
des Erfindungsgegenstandes. Fig. 4. zeigt eine Schaltung einer Erregermaschine,
die an Stelle der Schaltung bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. i verwendet werden
kann.
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.;ach Fig. i sind zwei 1lotoren io und 12 auf einer gemeinsamen Welle
16 angeordnet. die eine Belastungsmaschine i.I beliebiger Art antreibt. Die -Motoren
werden aus einer Gleichstromquelle 1-1' gespeist und sind mit dieser über Llnterbrecliungsschalter
18 und 2o mit Kontakten 40, .I6 bzw. .l.., So verbunden.
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Für den Motor io ist eine Hauptnebenschlußwicklung a 2 vorgesehen
und für den Motor 12 eine entsprechende N ebenschlußwicklung 2q. Beide Wicklungen
sind untereinander und mit einem regelbaren Widerstand 26 in Reihe geschaltet und
werden aus einer Gleichstromquelle Z gespeist. Ferner sind den Motoren io und 12
Gegenerregerwicklungen 28 und 30 und zusätzliche Erregeru-icklungen 32 und
3.I zugeordnet. Ferner weisen sie auch Wendepol- oder Kompensationswicklungen 36
und 38 auf.
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Der Ankerstromkreis des Motors io verläuft von X über den Kontakt
40, die Wendepolwicklung 36, die Zusatzerregerwicklung 32 des --Motors io, die Gegenwicklung
3o des Motors 12 und den Kontakt 44 nach Y. Der Ankerstromkreis des -Motors 12 erstreckt
sich über die kompoundierende Wendepolwicklung 38, die Zusatzerregerwicklung 34
und die Gegenerregerwicklung 28 des Motors ro.
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Beide Motoren io und 12 sind außerdem finit zusätzlichen dritten Erregerwicklungen
52 und 1.I für die Geschwindigkeitsregelung versehen, die von einer Hilfserregermaschine
56 über einen Regelwiderstand 6o gespeist werden. Diese Maschine wird durch einen
Motor 68 dauernd angetrieben und mittels zweier Feldwicklungen 70 und 72
erregt. Die Wicklung 7.z ist an die Reihenschaltung der Kompensationswicklung 36
und der Erregerwicklungen 32 und 3o angeschlossen und wird dementsprechend in Übereinstimmung
mit dem Spannungsabfall in diesen Wicklungen erregt. Da dieser Spannungsabfall ein
Maß für die Belastung des ,Motors 1o ist, entspricht die Erregung der Feldwicklung
72 der Belastung des Motors io. In derselben Weise ist die andere Feldwicklung 7o
der Erregermaschine 56 an die Kompensationswicklung 38 und die Erregerwicklungen
34 und 28 angeschlossen, so daß das durch die Hilfserregermaschine 56 erzeugte Potential
proportional der Belastung der beiden Motoren io und 12 ist. Die die Geschwindigkeit
regelnden Erregerwicklungen 52 und 54 werden daher in direktem Verhältnis zu der
Gesamtbelastung der beiden Motoren 1o und 12 erregt.
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Der Widerstand 26, der den Strom in den Hauptnebenschlußwicklungen
22 und 24 regelt, und der Widerstand 6o im Stromkreis der geschwindigkeitsregelnden
dritten Erregerwicklungen 52 und 5-. werden mittels eines gemeinsamen Handgriffes
82 eingestellt, so daß die Stärke der Erregung der dritten Erregerwicklungen 52
und 54 in Übereinstimmung mit den Änderungen der Erregung der Hauptnebenschlußwicklungen
22 und 24 geändert wird, wenn diese Felder eingestellt werden, um die gewünschten
Geschwindigkeiten der Motoren io und 12 zu erhalten. Dies ist erforderlich, damit
die Erregerwicklungen 52 und 54 für die Geschwindigkeit einen verschiedenen Wert
der Erregung für jeden Wert der Hauptnebenschlußerregung haben, uni die gewünschte
flache Geschwindigkeitsregelungskurve bei verschiedener Geschwindigkeit der Motoren
io und 12 zu erhalten.
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Wenn beispielsweise der :Motor 7o bestrebt ist, mehr als den ihm zukommenden
Teil der Belastung zu übernehmen, wird sein Ankerstrom ansteigen und damit eine
Zunahme seiner Zusatzerregung 32 bewirken. Seine Gesamterregung wird steigen und
bestrebt sein, die Motordrehzahlherabzusetzen. Gleichzeitig wird die Gegenkompoundwicklung
30 des Motors 12 die Erregung des Motors 12 vermindern und diesen veranlassen, seine
Geschwindigkeit zu erhöhen. Während also der Motor i o bestrebt ist, seine Geschwindigkeit
zu vermindern, bewirkt er eine Abnahme seiner Belastung, und das Bestreben des Motors
12, seine Geschwindigkeit zu steigern, verursacht eine Zunahme seiner Belastung.
Auf diese Weise wird die gleichmäßige Lastverteilung zwischen den Motoren selbsttätig
hergestellt.
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Die Erregerwicklungen 52 und 54 für die Geschwindigkeitsregelung können
in gleichem
oder im entgegengesetzten Sinne wirkende Wicklungen
sein, j e nach den Charakteristiken der Motoren und der erforderlichen Art der Geschwindigkeitsregelung.
In dem Falle, daß die Belastung bei beiden Motoren ansteigt, wird auch die Erregung
der Feldwicklungen 52 und 54 infolge der vermehrten Erregung der Hilfsmaschine 56
und der entsprechenden Kompoundierung der Geschwindigkeitsregelung der Motoren io
und 12 zunehmen.
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Gemäß demAusführungsbeispiel nachFig.2 sind -die Anker der Motoren
io und 12 nur mit ihren Kompensationswicklungen 36 und 38 in Reihe geschaltet. Die
Nebenschlußwicklungen 22 und 24 sind für beide Motoren vorgesehen und an eine Hilfsgleichstromquelle
Z über einen Regelwiderstand 26 angeschlossen. Der Motor io ist mit einer zusätzlichen
Erregerwicklung 32 und einer Gegenerregerwicklung 28 versehen. Der Motor 12 weist
eine Zusatzwicklung 34 und eine Gegenerregerwicklung 30 auf. Eine Hilfserregermaschine
84 wird durch einen Motor 86 angetrieben, und ihre Feldwicklung 88 wird entsprechend
dem Spannungsabfall an der Kompensationswicklung 36 erregt, so daß das in der Hilfserregermaschine
84 erzeugte Potential direkt proportional der Belastung des Motors io ist: In gleicher
Weise wird eine Hilfserregermaschine 9o durch einen Motor 92 angetrieben. Ihre Feldwicklung
94 wird entsprechend dem Spannungsabfall an der Kompensationswicklung 38 des Motors
12 erregt, so daß das in der Erregermaschine erzeugte Potential der Belastung des
Motors 12 proportional ist. Die zusätzliche Erregerwicklung 32 des Klotors io ist
über einen Widerstand i 12 an die Hilfserregermaschine 84. angeschlossen. Die Zusatzerregerfeldwicklung
3q des Motors 12 liegt ebenfalls über einen veränderlichen Widerstand i i o am Anker
der Hilfserregermaschine go.
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Die Gegenerregerwicklung 28 des Motors io wird von der Hilfserregermaschine
9o über einen veränderlichen Widerstand io8 erregt. In entsprechender Weise ist
die Gegenerregerwicklung 30 des Motors i2 über einen regelbaren Widerstand io4 an
-die Hilfserregermaschine 84 angeschlossen. Es verändert sich dementsprechend die
Erregung der Erregerwicklung 28 des Motors io mit der Belastung des Motors i2 und
die Erregung der Erregerwicklung 3o des Motors 12 mit der Belastung des Motors io.
Die Gegen- und Zusatzerregerwicklungen 28 bzw. 32 sind so gewählt, daß ihre Erregungen
einander unter normalen Bedingungen der Belastungsverteilung nicht aufheben können,
sondern vielmehr eine resultierende Kompounderregung ergeben, die eine die Geschwindigkeit
regelnde Erregung des Motors io bedingt. In gleicher Weise wird eine resultierende
Geschwindigkeitsregelung für den Motor 12 erzielt.
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Es ist für eine genaue Geschwindigkeitsregelung notwendig, auch den
Betrag der Kompoundierung indem Maß zu ändern, wie die Hauptfelderregung .der Motoren
io und 12 mittels des Widerstandes 26 geändert wird. Es müssen deshalb die Verschiedenheiten
zwischen den Zusatz- und Gegenerregerwicklungen 28 und 32 des Motors io und die
entsprechenden Wicklungen 34 und 3o des Motors 12 so eingeregelt werden, daß die
Differenz in den Erregungen sich entsprechend den Änderungen der Erregung der Haupterregerwicklungen
22 und 24 ändert: Die Änderung wird durch die Widerstände 98 und 104' erreicht,
die zusammen mit dem Widerstand 26 durch einen gemeinsamen Handgriff 82 eingestellt
werden. Es wird dementsprechend die der Geschwindigkeitsregelung entsprechende Kompoundierung
der Motoren gleichzeitig mit den von Hand eingestellten Änderungen der Hauptnebenschlußerregung
der Motoren geändert.
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Bei der Schilderung der Wirkungsweise der Anordnungen nach Fig.2 ist
angenommen, daß die Motoren io und 12 im wesentlichen von gleicher Leistungsfähigkeit
sind und dementsprechend gleichen Anteil an der gemeinsamen Belastung haben sollen.
Dann sind ihre Nebenschlußströme gleich, ebenso wie die Erregung der Hilfserregermaschinen
84 und 9o und schließlich auch die der Gegenerregerwicklungen 28 und 30. Wenn jetzt
der Motor io mehr als den ihm zukommenden Anteil der Belastung übernimmt, wird sein
Ankerstrom ansteigen. Wegen der damit verbundenen Erhöhung der Erregung der Hi@fserregermaschine
84 wird auch die Zusatzkompoundierung des Motors io ansteigen, ebenso wie die Gegenkompoundierung
des Motors i2. Es wird dadurch der Motor io veranlaßt, in seiner Drehzahl abzufallen
und auf diese Weise einen geringeren Teil der Gesamtbelastung zu übernehmen, während
der Motor 12 veranlaßt wird, sich zu beschleunigen und so einen größeren Belastungsanteil
aufzunehmen. Auf diese Weise wird der Belastungsausgleich selbsttätig zwischen den
beiden Maschinen wiederhergestellt.
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Wenn die Belastung in beiden Maschinen ansteigt, wird die Differenz
zwischen den Erregungen durch die Zusatz- und die Gegenerregerwicklung .der .beiden
Maschinen zunelmen, und zwar in solcher Weise, daß das erforderliche Maß der Kompoundierung
und damit die gewünschte Geschwindigkeitsregelung bewirkt wird, Im Fall, daß es
wünschenswert erscheint, die Geschwindigkeit der Maschinen zu erhöhen, wird der
die Widerstände
steuernde Handgriff 82 entgegen dem Uhrzeigersinn
gedreht, um die Erregung der Hauptnebenschlußwicklungen22 und 2d. durch Verstellen
des Widerstandes 26 zu vermindern. Gleichzeitig werden die Widerstände 98 und 104
mitverstellt, um den Strom in den Gegenerregerwicklungen28 und 30 zu ändern.
Auf diese Weise wird der resultierende, durch die Zusatz- und die Gegenwicklung
der beiden Motoren erzeugte Kraftfluß derart geändert, daß eine der genauen Geschwindigkeitsregelung
entsprechende Kompoundierung auf den neuen Wert der Hauptnebenschlußerregung eintritt.
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Die Ausführungsform nach Fig.3 gleicht im allgemeinen derjenigen nach
Fig. 1, mit der Ausnahme jedoch, daß an Stelle der einen Hilfserregermaschine 56
zwei besondere Erregermaschinen 56', 56" vorgesehen sind, die den Strom für die
dieGeschwindigkeit regelnden dritten Erregerwicklungen 52 und 54 der beiden Motoren
liefern. Die Hilfserregermaschinen 56' und 56" werden durch Motoren 68' und 68"
dauernd angetrieben und besitzen die Feldwicklungen 72 bzw. 70.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Erregung der die Geschwindigkeit
regelnden Feldwicklungen gleichzeitig mit der entsprechenden Änderung der Geschwindigkeit
der Motoren mittels der Widerstände 6o und 6ö von Hand geändert. Diese sind mechanisch
verbunden, um den Widerstand in den Stromkreisen der Erregerwicklungen 52 und 5d.
gleichzeitig mit der Einstellung des Widerstandes 26 zu ändern. Die Widerstände
6o und 6ö sind so ausgelegt, daß für jede Wertzunahme oder jeden Schaltschritt die
notwendigen Änderungen in der Erregung der Feldwicklungen 52 und 5:4 gesichert sind.
Das ist wünschenswert, um Verschiedenheiten auszugleichen, die in den Charakteristiken
der beiden Motoren vorhanden sein können. Solange die Belastung im wesentlichen
gleich oder in einem gewünschten Verhältnis auf die Motoren verteilt ist, wird eine
Anlage nach Fig.3 im wesentlichen in derselben Weise wie die Anlage nach Fig. i
bezüglich der Lastverteilung und der Geschwindigkeitsregelung arbeiten.
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Eine andere Art der Kompensation zwecks Änderung der Charakteristiken
der beiden Motoren ist in Fig.4 dargestellt. Eine derartige Anlage ist ebenfalls
eine Abänderung derjenigen nach Fig. i. Es sind dabei die Erregerwicklungen 52 und
5.1 parallel an eine einzige Hilfserregermaschine 56 angeschlossen. Ihnen sind besondere
Widerstände 6o' und 6ö' für Änderung der Erregung, und zwar zugleich mit der Einstellung
des Hauptnebenschlußzviderstandes 26, zugeordnet. Da dies den einzigen Unterschied
zwischen den Anlagen nach Fig. i und Fig..I darstellt, ist die vollständige Anlage
in Fig. q. nicht dargestellt. Wie in Verbindung mit Fig. 3 auseinandergesetzt, können
die Widerstände 6o' und 6ö' so entworfen und eingestellt sein, daß sich die Verschiedenheiten
in den Charakteristiken der beiden Motoren io und 12 ausgleichen.
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Die Hauptnebenschlußwicklungen 22 und 24 der Motoren io und 12 sind
in allen Beispielen in Reihenschaltung dargestellt und dementsprechend in gleichem
Maße erregt. Selbstverständlich können diese Erregerwicklungen auch parallel geschaltet
werden und mit besonderen Widerständen versehen sein, um jedes gewünschte Maß der
Erregung einzustellen.
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Die Wirkung der Anlagen nach den Fig. i, 2 und 3 ist unter Annahme
geschildert, daß die Motoren io und 12 von derselben Leistungsfähigkeit sind und
dieselben Charakteristiken aufweisen, wobei die Last zwischen diesen Motoren gleichmäßig
verteilt wird. Für den Fall, daß diese Motoren nicht gleicher Leistung sind oder
nicht die gleichen Charakteristiken haben oder daß es erwünscht ist, einen größeren
Teil der Last einem Motor zuzuweisen, können geeignete verstellbare Widerstände
io6, io8, iio und 112 eingeschaltet werden, um die zusätzlichen und die Gegenerregerwicklungen
für die gewünschte Lastverteilung zwischen den beiden Motoren geeignet zu machen.