DE737179C - Einrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl von Elektromotoren unter Benutzung astatisch arbeitender, elektromagnetisch gesteuerter Kohledruckregler - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl von Elektromotoren unter Benutzung asta:tisch arbeitender, elektromagnetisch gesteuerter Kohledruckregler Es sind Drehzahlregler für Elektromotoren, insbesondere für Gleichstromnebenschl.ußmotoren, bekannt, die unter der Einwirkung der Fliehkraft einen Kontakt öffnen und schließen, der den Feldstrom des Motors in einer solchen Weise beeinflußt, daß die Drehzahl praktisch konstant gehalten wird (vgl. z. B. ET°Z 1929, S. 5i7). Solche Regler eignen sich weben der Funkenbildung und der dadurch bedingten Kontaktabnutzung im allgemeinen nur für Motoren kleinerer Leistung. Allerdings ist es durch besondere Maßnahmen (vgl. z. B. Patent 457 490 und Patent 37.156o) auch gelungen, für etwas größere Maschinen die Regler brauchbar zu machen, doch wird er im Vergleich zu der ursprünglichen einfachen Ausführung dann schon verhältnismäßig kompliziert und teuer.
• Ferner ist versucht worden, die Drehzahl von Gleichstrommotoren mit Hilfe eines druckabhängigen Kohlesäulenwiderstandes zu regeln,. z. B. hat man die Kohlesäule mit Hilfe von Fliehgewichten mehr oder weniger zusammengedrückt, wobei die Kohlesäule selbst m,ei-st feststeht, also nicht mit umläuft. Solche tiiit rein mechanischer Kraftitcrtragung zwischen Fliehkraft und Kohlesäule arbeitenden Einrichtungen haben aber verschiedene Nachteile. Da nämlich bei Flichge@vichtsreglern stets mehrere hochbelastete Gelenkpunkte oder Gleitführungen vorhanden sind, ist stets viel Reibung da, und der Unglcichförmigkeitsgrad ist deshalb ziemlich hach. Wegen der verhältnismäßig großen trägen Massen ist der Regelvorgang starken Pendelungen unterworfen. Für eine genaue und augenblicklich wirkende Regelung sind solche Einrichtungen deshalb ungeeignet. Schließlich müssen alle Teile unmittelbar neben dem Motor aufgestellt werden, wo es häutig an Platz fehlt.
• Aus diesen Gründen hat man schon früher die mechanische Betätigung der Kohlesäule durch eine elektrische ersetzt. Fig. t zeigt eine solche bekannte Anordnung. Auf die Achse 3 des Elektromotors mit dem Anker r und der Feldwicklung 2 ist .eine elektrom.agne-

  tische Gebermaschine 4. aufgesetzt, die eine

  der Drehzahl proportionale Spannung liefert.

  Diese Spannung wird der Spule 5 des Kohle-

  druckreglers zugeführt, die ihren Eisenkern 6

  mehr oder weniger stark hineinzieht tind dri-

  mit über den Drehpunkt ; auf die Koble-

  säul.e S eine mehr oder weniger starke Druck-

  kraft ausübt. Bei steigender Drehzahl nimmt

  der Druck auf die Kolilesätile S zu, dadurch

  fällt ihr Widerstand, zier Feldstrom des Motnrs

  steigt an, und die Drehzahl wird erniedrigt.

  Ist der Koliledrttclcregler astatisch ausgeführt,

  so muß sich die Solldrehzahl wieder cüistellen.

  Da nun aber jeder Regler eine ge«isse

  Reibung besitzt. tritt doch .eile eiitsprccliciidier

  Fehler ein. Im Diagramm Fig. 2 sind in Ab-

  hängigkeit von der Drehzahl n die AlV auf-

  getragen, die in der I@e,glersptile anftre.ten.

  Wenn die D,relizalil um den Betrag z9 n cou

  der Solldrehzahl ii abweicht, ändern sich die

  in der Reglersptilc ztix Verfügniig stehen-

  den rill' tirn den BetragdAll'. Infolge der

  Reibungskräfte @nt;f@ :9 All' einen Mindest-

  wert überschreiten, bevor sich der Regler

  überhaupt in Bewegung setzt.

  Die Erfindung bezweckt iitni eine ganz

  wesentliche Steigerung der Empfindlichkeit

  solcher P@.egelcinrichtunen und besteht darin,

  daß als Reg clcinrichtting für den astatischeii

  Kohledruckreg1cr ciii an sich bekannter Flieh-

  kra.ftkontaktregler benutzt wird.

  In den Fig. ;, 5 tind 7 sind einige .Ins-

  führungäbeispiele des Erfindtin gsgedankens

  dargestellt. Es be<ictiten in den Zei.chntiii"cii:

  i den Anlier des zu regelnden Elektro-

  motors.

  a die Feldwiclcltnig des zu regelnden Elek-

  tromotors,

  3 die Achse des zu regelnden E.lcktro-

  motor s,

  ,i die auf die Achse 3 aufgesetzte Geleer-

  rnaschine,

  5 die Wicklung des elektromagnetisch ge-

  steuerten Kohledr tickregler s,

  6 den Anker des Kohledrtickreglers,

  7 einen festen Direhptnikt,

  S den aus Kolilescheiben oder in älni-

  licher Weise aufgeschichteten drticlcabhäiig i-

  bCII Widerstand,

  9 einen Konstruktionsteil zum Angriff einer

  Druckfeder io, welche gegen die Kohlesäule 8

  drückt,

  i i den Eisenkern in der Wicklung 5,

  i a in Fig. ; einen permanente i Magneten,

  der mit seiner Kraft gegen die Feder io wirkt,

  13 in Fig.5 einen Schalter,

  14 die unter dem Einfloß der Fliehkraft

  stehende Feder des Fliehkraftkontaktreglers,

  15 den Gegenkontakt der Kontaktfeder 14,

  16 die zur Stromzuleitung dienenden Schleif-

  rin-e des @liehkrtftl:ontalctregle -s3

  17 in Fig.3 einen Vorwiderstaad ein Fehd-

  kreis des Motors.,

  -' und - die beiden Pole des speisenden

  Netzes.

  In der Fig.3 ist der unter der Wirknnn

  der Fliehkraft stehende Kontakt i.1. 15 ini

  Stillstand geöffnet und schließt erst bei ci@ci-

  Drelizälil kurz unterhalb der Solldrehzahl ii,.

  Der hierdurch in der Wicklung 5 fließende

  Strom entlastet die Kolelesättle teilweise voni

  Drnek der Feder io, so daß jetzt ein

  l.ier-ei' enteil des gesamten, ini wesentlicli,c°n

  durch den Widerstand 17 bestimmten Strnincs

  durch die Feldwicklung:! fließt. Durch die

  Feldverstärkung wird nun die Drehzahl des

  Biotors herabgesetzt, der Kontakt 14, 15 iilfiret

  wieder, und das Spiel beginnt Von neuem.

  Der durch den ständig in Bewegttn- befind-

  lichen Kontakt leindurchgelassene zerhackte

  Gleichstrom hat einen Mittelwert, der für die

  Kraftwirkung auf die Reglerspule maßgebend

  ist. Diese mittleren ALL' sind in Fig..1 in

  Abh:iii-i@gh.eit Von der Drelizalil aufgetragen.

  Man sieht, daß bis nahe unter die Solldreh-

  zahl ii, überhaupt kein Strom hindurchgelassen

  wird, daß alsdann ein sehr steiler Anstic- er-

  folgt und daß schlie(alich -rinz wenig iibcr

  der Solldrelizalil der Endwert erreicht wird.

  dadurch bedingt, daß die Feder i.i von dieser

  Drehzahl an dauernd fest gegen ihren Kontakt

  15 anliegt. Man sieht auch sofort, dal:; liier

  für den bleichen Zuwachs ;9 ALV mir eine viel

  geringere Direhzahländertnig A iz nonven<lig ist

  als bei der bekannten Anordnung nach Fig. i.

  Die nette Einrichtung vermag also die Dreh-

  zahl wesentlich genauer einzuhalten, weil durch

  eine sehr kleine Drehzahländerung bereits c°üi@;@

  sehr große AW-Änderung bzw. Kraftä nderwig

  eintritt. Die erzielbare Gciiauibkeit der IZeg@-

  lting ist um so größer, je steiler die D@relizahl-

  AW-Linie bei der Solldrehzahl Verläuft, flenn

  um so größer sind die im Kohledruckrcglcr

  hervorgerufenen Kraftänderungen für chic- -c-

  "ebene Drehzahländerung. Die höchste Emp-

  findlichkeiterhält man infolgedessen finit ein,ein

  Fliehkraftregler, ivelcliler ebenfalls astatiscb

  arbeitet. Fier einen solchen Regler verläuft

  die ALV-Linie bei der Solldrehzahl pamlIel ztir

  Ordinatenaclise. Die 4 AW werden dann für

  jeden Wert Von ii unendlich groß.

  Ein weiteres Beispiel des Erfindungsäc-

  dankens ist in der Fig.5 dargestellt. Hier

  ist der Kontakt 14, 15 im Ruhezustand ge-

  schlossen und öffnet sich erst kurz Vor Er-

  reichun- der Solldrehzahl. Dadurch wird rinn

  die Kraft der Feder io stärker wirks:un, so

  daß die Kohlesäule mehr zusammenbedrückt

  wird. Hierdurch wird der Feldstrom Ver-

  stärkt. Im übrigen arbeitet die Einrichtuii-

  genau wie in Fig. 3. Das entsprechende Drell.

  zahl-AIV-Diagramm ist in Fig.6 dargestellt.

  Da. im Stillstand der Kontakt 14, 15 geschlossen ist und beim Anlassen des Motors infolgedessen nur ein schwacher Feldstrom vorhanden wäre, wird man zweckmäßig noch einen Schalter 13 anordnen, der während des Anlassens offen ist. Dieser Schalter kann unter Umständen auch durch Fliehkraft gesteuert werden.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 7. Der Kontakt 14, 15 ist hier im Stillstand geöffnet. Der Kohledruckregler hat jedoch einen . permanenten Magneten 12. Der Regler ist nun so eingerichtet, d.aß zwischen der Kraft dieses permanenten Magneten, der Reaktionskraft der Kohl@esäule und der Kraft der Feder i o noch kein Gleichgewicht besteht. Der Magnet 12 ist vielmehr etwas ztt stark. Erst wenn in der Wicklung 5 Amperew-indungen von der Höhe ALV, auftreten, de den durch den Magneten erzeugten Fluß etwas vermindern, ist der Regler in seinem ganzen Bereich in indifferentem Gleichgewicht, also astatis,ch. Diese zur Erreichung der Astasie notwendigen AW, werden nun durch den Fliehkontakt 14, 15 hereingebracht. Es kann somit nur bei einem ganz bestimmten Strom der Regler in Ruhestellung verharren, bei jedem größeren oder kl.einererl Strom dagegen muß er sich in die eine oder andere Endlage bewegen, d. h. er muß den größten oder kleinsten überhaupt möglichen Widerstand einstellen. An Stelle des permanernten Magneten kann auch eine Erregung att:s einer konstanten Spannungsquelle verwendet werden oder kann mich die Netzspannung zur Erregung dienen, wenn eins der bekannten Mittel zur Erzielung eines konstanteti-Stromes, z. B. ein Glimmrohr, E,isenwasserstoff«zderstand, Kohledruckstromreglex, der Erregerspule vorgeschaltet wird.
• In Fig.8 sind die Verhältnisse wieder in einem Diagramm dargestellt. Die in der Wicklung 5 auftretenden Amperewindungen, als Wicklungs-AW bezeichnet, beginnen kurz vor der Solldrehzahl tt, einzusetzen, steigen steil an und erreichen ihren Endwert genau wie in Fig. g. Sie wirken entgegen den erregenden AW bzw. gegen den permanenten. Magneten, die als Magnet-AW bezeichnet sind. Die Differenz der beiden sind die resultierenden Regler-AW. Man wird nun die Verhältnisse so wählen, daß der astatische Zustand für den mittleren Wert AW, der Wicklung- AW erreicht wird. Der Punkt P im Diagramm ist also derjenige, bei dem der Regler sich einstellt, solange die Drehzahl den Sollwert innehält.
• D:ie gesamten in der Spule 5 unterzubringenden AW sind für .diesen Fall nur ein kleiner Bruchteil der bei den Ausführttagen 3 und 5 erforderlichen, denn der größte Teil der Erregung wird bereits im permanenten Magneten aufgebracht. Daraus ergibt sich, daß bei dieser Anordnung nur eine außerordentlich kleine Energie durch den Fliehkontakt 14, 15 gesteuert «erden muß. Man kann also mit sehr kleinen Kontakten und einem sehr kleinen Fli!ehkraftkontaktregle.r auskommen, weil nur außerordentlich kleine Funken entstehen; dabei ist es aber möglich, einen verhältnismäßig großen Kohledru:ckregler zu steuern, so daß auf diese einfache Weise auch die Drehzahl sehr großer Gleichstrommotoren konstant gehalten werden kann. Funkenlöscheinrichtungen und Radiostörschutz «-erden wegen der kleinen @unkenenergi@e meist überflüssig sein.
• Die Einrichtung läßt sich auch mit einem Fliehkontakt ausführen, der im Ruhezustand geschlossen ist und sich erst bei der Solldrehzahl ,öffnet. Für diesen Fall mtif:) der Wicklungssinn der Spule 5 umgekehrt werden, so daß die Spule in Zusatzfeld erzeugt, das in Richtung des Feldes des permanenten Magneten liegt. Im übrigen liegen dann die Verhältnisse genau wie im Diagramm B.
• Bei den bisher üblichen Fliehkraftkontaktreglern war es bisweilen notwendig, mit mehreren Kontaktfedern zet arbeiten (vgl. Patent 374 56o). Wird jedoch erfindungsgemäß ein Fliehkraftreglerzusammen mit :einem astatisch arbeitenden Kohledruclzregler benutzt, so kommt man unter allen Umständen mit einer einzigen Feder aus, denn der Kohledr uckregler wird immer in diejenige Lage einspielen, die zur Wiederherstellung der Solldrehzahl notwendig ist. Der Vorteil einer einzigen Feder ist besonders groß, wenn noch eine Verstellmö:glichkeit der Solldrehzahl verlangt wird. Eine solche Verstellung ist nämlich bei Anordnung' mehrerer Federn praktisch überhaupt nicht durchführbar, weil es nicht gelingt, die nahe b:eieinanderlie,gcxldc Abstimmung mehrerer Federn gemeinsam so zu verändern, daß sie auch bei einer neuen Solldrehzahl wieder in gleicher Weise kurz nacheinander ansprechen. Dagegen ist es mit einer Anordnung gemäß der Erfindung ohne weiteres möglich, die Solldrehzahl während des Betriebes zu verändern. Man braucht ztu diesem Zweck nur einen der bekannten, von , -iuf Den nachstellbaren Fl-iehkraftregler zu verwenden, z. B. nach Patent 524 tgo5.
• Es ist bekannt, daß wegen der Kontaktabnutztulg bei manchen Fliehkraftreglern rlneh einiger Zeit :eine gewisse Nachstellung erforderlich ist. Dies ist recht unerwünscht, weil eine solche Neueinstellung sehr sorgfältig vorgenommen «erden muß und meist nur durch besonders geschulte Leute und unter Benutzung verschiedener Meßeinrichtungen ausgeführt werden kann. Bei der Anordnung nach der Erfindung ergibt sich jedoch die Möglichkeit, die Kostspieligkeit der Nachstellarbeit dadurch zu vermeiden, daß von vornherein der kleine Fliehkraftre-ler in seiner Drehzahl verstellbar ausgeführt wird. Die Nachstellung kann dann sogar währeif des Betriebes durch jedermann vorgenommen werden, was bisher für große Motoren nicht möglich war.
• Für den Fall, daß für große und. gröl5te Motoren der Kohledruckwiderstand nicht mehr ausführbar ist, kann man selbstverständlich die bereits früher bekannten Mittel der Aufteilung der Fe7dwicklutig anwenden, wobei nur ein Teil der Feldwicklung durch den Kohledruckregler gesteuert wird, während der andere Teil vom Netz unmittelbar :erregt wird. Auch kann man die Pole des Motors in Gruppen unterteilen und jede Gruppe oder jeden einzelnen Pol durch einen Kohledruckregler beeinflussen. Unter Umständen könn' ii alle diese Kohledruckregler durch :einen meinsamen Fliehkraftkontaktregler gesteuert werden, wobei alle Reglerspulen zweckmäl>ig in Reihe zu schalten sind.
• Mit der beschriebenen Einrichtung ist es auch möglich, die Drehzahl von der Ferne her einzustellen, wenn die Verstelleinrichtung des kleinen Fliehkraftkontaktreglers beispielsweise mit einem kleinen Hilfsmotor einstellbar gemacht wird.
• Zweckmäßig werden die Kohledruckregler in bekannter Weise mit einer Dämpfung und einer Rückführung ausgerüstet, um Pendelurigen zu vermeiden und ein schnelles Einspielen zu erzielen.
• Gegenüber der obenerwähnten bekannten Anordnung, bei der eine rein mechanische. Kraftübertragung zwischen Flieh-gewichten und Säule erfolgt, besteht der grundsätzliche Unterschied darin, daß bei der bekannten Anordnung immer nur die durch das Fliehge-iriclitsvstem erzeugte Überschußkraft an die abgegeben «-erden kann, während hei der Einrichtung gemäß der Erl-indiing die ganze Energiezufuhr gesteuert wird. Weiter besteht der Vorteil des wesentlich kleineren Ungleichförmigkeitsgrades, da Fliehkontaktregler im Gegensatz zu Fliehgewiclitsreglerii völlig ohne Reibung arbeiten. Außerdem arbeitet aber der Kontaktregler auch noch praktisch völlig trägh,eitsfrei, so daß die Regelurig der Drehzahl nicht unter Pendelurigen, sondern aperiodisch erfolgt.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Einrichtung zum Konstanthalten der Drehzahl von Elektromotoren unter Benutzung astatisch arbeitender, eIektriimagnetisch gesteuerter Kohledru.ckrc,gler. dadurch gekennzeichnet, daß deren Erregerspule über einen Flielikontakti-c-ler ihren Strom erhält, der auf die Achse `dcs zu regelnden Motors aufgesetzt ist. und daß die Drehzahl-Strom-Kennlinie du., Fliehkontaktreglers in der Nähe der Solldrehzahl eine sehr starke Stromänderwig aufweist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Fli-elikontaktregler bei der Solldrehzahl astatiscli arbeitet.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dier , Kohlcdruckregler mit einer konstanten magnetischen Vorerregung arbeitet, deren Stärke durch den vom Flichkraftrebler gelieferten Strom vermehrt oder vermitidert wird. Einrichtung nach Anspruch i. gekennzeichnet durch Verwendung melirercr Kohledruckregler, deren Spulen in Reilic liegen und von einem gemeinsamen Flie@ikraftre-ler beein$ußt werden.