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Regelsystem Die Erfindung bezieht sich auf Regelsysteme für elektrische
Motoren und bezweckt, die Belastungsströme in zwei Gruppen von Gleichstrommotoren,
die mit einer gemeinsamen Last gekuppelt sind und von denen jede Gruppe einen oder
mehrere Motoren umfassen kann, in ,einem vorbestimmten Verhältnis zu halten.
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Gemäß der Erfindung sind die Anker jeder Nfotoreiigruppe mit wenigstens
einem Gleichstromgenerator in Serienschaltung verbunden, und die beiden sich ergebenden
Gruppen von Motoren und Generatoren sind miteinander so verbunden, daß ein gesch:lossenerSerienkreisgebikdet
wirdundunterBelastungsverhältnissen zwischen den beidenZwischenverbindungen das
Potential Null oder ein Potential, welches gegen die größte Spannung in dem Serienkreis
klein ist, besteht, wobei ein Regelgenerator zwischen die Zwischenverbindungen geschaltet
ist, der in Übereinstimmung mit den Strömen in dem Serienkreis an jeder Seite der
Zwischenverbindungen differentiell erregt wird, wodurch bei jeder Abweichung der
Ströme von einem vorbestimmten Verhältnis die Erregung des Regelgenerators in einem
die Abweichung berichtigenden Sinne geändert wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Regelgenerator
von einer Hilfserregermaschine erregt, die ihrerseits in Übereinstimmung mit diesen
Strömen differentiell erregt wird. Vorzugsweise ist die Hilfserregermaschine ein
abgestimmter Generator, d. h. sie ist ein Generator, welcher so gebaut ist, daß
er auf dem geraden Teil seiner ZUagnetisierungscharakteristik arbeitet und bei einer
nur verhältnismäßig sehr geringen Fremderregung
selbsterregend
ist, so daß er kochempfindlich auf jede geringe Änderung seiner Fremderregung anspricht.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Die Zeichnung
zeigt das Schaltungsbild eines Stahltafelwalzwerkes mit den verschiedenen Merkmalen
der Erfindung. Bei dieser Anwendung ist die durch die Walze gehende Stahltafel die
gemeinsame Last.
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ja und ib stellen die beiden Anker eines Doppelankergleichstrommotors
dar, welcher eine Walze des \-\'alzwerkes antreibt, während 2a und 2b die beiden
Anker eines gleichen Doppelankermotors bezeichnen, welcher die andere Walze antreibt.
Die Motoren haben fremderregte Feldwicklungen ic bzw. 2c, welche aus einer gemeinsamen
Quelle gespeist werden, sowie Wendepolwicklungen id bzw. 2d, und die Anker der Motoren
sind mit den Ankern 3, :I, 5 und 6 von vier im wesentlichen gleichen Generatoren
eines Ilgneraggregates in Serie geschaltet.
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Der Regelgenerator 7 wird mit annähernd konstanter Drehzahl z. B.
durch einen Induktionsmotor angetrieben und ist über ein Umschaltglied 8 an die
Zwischenverbindungen zwischen den Generatoren 3 und 5 bzw. den Generatoren 4 und
6 angeschlossen, wobei die beiden Anschlußpunkte annähernd auf gleichem Potential
sind, wenn die Motoren unter Belastungsverhältnissen arbeiten. Die Anker der Motoren
und Generatoren können in anderer Folge verbunden sein, und der Generator 7 kann,
zwischen andere Punkte in dem Stromkreis angeschlossen «erden, sofern die Punkte
im Belastungszustand auf annähernd gleichem Potential sind und sofern die beiden
Anker eines Motors auf der gleichen Seite des Regelgenerators liegen.
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Die Feldwicklung des Generators 7 ist in zwei Abschnitten 7a, 7b so
geschaltet, daß sie zwei gegenüberliegende Zweige eines Brückenkreises bildet, deren
beide anderen Zweige durch Widerstände 9 bzw. io gebildet werden, deren Widerstandswerte
gleich denjenigen der Abschnitte 7a, 7b sind, wenn diese Abschnitte kalt sind, und
deren Temperaturkoeffizienten verhältnismäßig niedrig sind im Vergleich zu demjenigen
der Wicklungsabschnitte 7a, 7b. Zwei diagonal gegenüberliegende Punkte der Brücke
werden aus einer Erregermaschine i i gespeist, welche eine verstärkend angeschlossene
Serienfeldwicklung i ja besitzt, während die beiden anderen diagonal gegenüberliegenden
Punkte an eine Feldwicklung i 1b der Erregermaschine angeschlossen sind.
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Die Erregermaschine ist ferner mit zwei Feldwicklungen i ic und i
id versehen, von denen jede zwei entgegenwirkende Abschnitte aufweist. Die beiden
Abschnitte der Wicklung i ic sind über Regelwiderstände ldund 1,9 an einen Teil
des Serienkreises angeschlossen, welcher die \\'endepolwicklungen 3a und 5a der
Generatoren 3 bzw. 5 enthält, während die beiden 11>schnitte der Wicklungen t 1d
Tiber Regelwiderstände 16 und
17 an einen Teil des Serienkreises angeschlossen
sind, welcher die
| Wendepolwicklungen da und 6a der Generatoren .I |
| bzw. 6 enthält. Die entgegenwirkenden Abschnitte |
| jeder Wicklung führen dann Ströme, welche den |
| Strömen in den Hälften des Hauptserienkreises an |
| jeder Seite des Regelgenerators 7 proportional sind. |
| Obwohl vorzugsweise zwei Feldwicklungen, wie |
| r ic und 1,d, vorgesehen werden, damit der zwi- |
| schen die Generatorwendepolwicklungen geschaltete |
| Stromnebenschlußweg für alle vier Generatoren |
| gleich wird, kann eine andere Anordnung gewählt |
| werden, bei welcher eine einzige Feldwicklung mit |
| zwei Abschnitten, wie i i,', benutzt wird. Eine |
| weitere Ausführungsmöglichkeit besteht in der Ver- |
| wendung einer einzigen Feldwicklung mit nur |
| einem Abschnitt, der aus einem Brückenkreis ge- |
| speist wird, welchem entgegenwirkende Spannuri- |
| gen zugeführt «-erden, die von den Strömen in den |
| beiden Hälften des Hauptserienkreises abhängen. |
| Die Erregermaschine i i ist mit dem Generator 7 |
| mechanisch gekoppelt und so gebaut, daß sie auf |
| dem geraden Teil ihrer Magnefisierungscharakte- |
| ristik arbeitet, wobei der Widerstand in dein Anker- |
| kreis so eingestellt ist, daß, wenn beide Maschinen |
| kalt sind, die Erregermaschine sich bei einer ver- |
| hältnismäßig sehr kleinen Erregung aus den Feld- |
| wicklungen i ia und i ,d selbst erregt. Wenn die Er- |
| regermaschine in dieser Weise betrieben wird, ist |
| sie abgestimmt und spricht kochempfindlich auf alle |
| kleinen Änderungen der Erregung aus den Wick- |
| lungen iic und iid an. Die Erregermaschine kann |
| in anderer Weise von einem getrennten, annähernd |
| konstant umlaufenden Motor, wie z. 13. durch einen |
| Induktionsmotor, angetrieben "a-erden. |
| Der Brückenkreis, welcher durch die \\'icklungs- |
| abschnitte 7a, 7b und die \\'iderstände 9 und io ge- |
| bildet wird, und die Feldwicklung i i" halten die |
| Erregermaschine i i in Abstimmung unabhängig |
| von Temperaturänderungen in den Wicklungs- |
| abschnitten 7a, 7b. Bei Erwärmung dieser Ab- |
| schnitte erhöht sich der Widerstand in dem Be- |
| lastungskreis der Erregermaschine, und die Selbst- |
| erregung nimmt ab, mit dem Bestreben, die Er- |
| regermaschine in der Richtung einer verminderten |
| Ausgangsleistung zu verstimmen. Der Widerstands- |
| wert der Widerstände 9 und io wird indessen durch |
| die erhöhte Temperatur nur verhältnismäßig wenig |
| berührt, so daß bei Temperaturerhöhungen der |
| Brückenkreis aus dem Gleichgewicht kommt und |
| der Feldwicklung 1,b eine Spannung zugeführt |
| wird, welche von dem Ausmaß des Ungleich- |
| gewichtes abhängt. Diese Feldwicklung ist so aus- |
| gebildet und eingestylt, daß, wenn sie in dieser |
| Weise erregt wird, sie gerade die erforderliche zu- |
| sätzliche Erregung ergibt, um die Erregermaschine |
| in Abstimmung zu halten. |
| In anderer Weise kann der in dem Stromkreis |
| des Ankers der Erregermaschine i i liegende Wider- |
| stand so eingestellt werden, dalß der Brückenkreis |
| im Gleichgewicht und die Erregermaschine im |
| warmen Zustand abgestimmt ist, z. 13. bei der |
| normalen Betriebstemperatur der Maschine. In |
| diesem Falle sucht, wenn die verschiedenen Ah- |
| schnitte des :Ankerkreises abgekühlt sind, die von |
der Wicklung i i herrührende Selbsterregung über den abgestimmten
Zustand hinaus anzusteigen, jedoch ist die der Feldwicklung i i6 infolge des Ungleichgewichtes
des Brückenkreises zugeführte Spannung so, daß diese Wicklung eine ausreichende
negative Erregung liefert, um den abgestimmten Zustand zu erhalten.
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Die Anordnung bewirkt zeitweise auch eine Erhiihung der Erregung der
Erregermaschine i i unter allen Verhältnissen, welche den Spannungsabfall an den
Wicklungsabschnitten 7°, 76 relativ zu dem Spannungsabfall an den Widerständen 9
und io erhöhen. Solche Verhältnisse sind gegeben, wenn immer die Ströme in den Wicklungsabschnitten
7a, 76 eine Erhöhung erfahren, und der Feldwicklung i i6 wird eine Spannung in einem
Sinne zugeführt, um jede Erhöhung der Ausgangsspannung der Erregermaschine i i zu
unterstützen, welche von einer Erhöhung der Erregung der Feldwicklungen i ic, 1
1d bewirkt werden könnte. Durch diese Unterstützung beschleunigt die Feldwicklung
i 16 nicht nur das Ansprechen der Erregermaschine auf eine solche Erhöhung der Erregung,
sondern verursacht einen Spannungsüberschuß so lange, wie die Ströme in den Wicklungsabschnitten
7a, 76 noch ansteigen. Während stetiger Verhältnisse bleibt die Wicklung i i6 unwirksam,
mit Ausnahme der schon beschriebenen Wirkung zur Temperaturkompensation.
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Bei gleicher Lastverteilung auf die beiden Motoren werden die Ströme
in den beiden Hälften des Serienkreises gleich sein, die Resterregung durch die
Abschnitte der Wicklungen i ie und i id wird annähernd Null sein, und die gesamte
Erregung wird durch die Serienfeldwicklung iia zusammen mit einer Erregung geliefert,
welche auf der Temperaturkompensationswirkung der Wicklung 1 i6 beruht. `Fenn nun
ein Motor einen größeren Lastanteil übernimmt als der andere Motor, wird der Strom
in dem Teil des Serienkreises, welcher den überlasteten Motor enthält, ansteigen,
und die beiden gegeneinander wirkenden Erregungen werden unausgeglichen. Die Abschnitte
der Wicklungen i i c, i ,d sind so angeordnet, daß unter diesen Verhältnissen die
Ausgangsspannung des Generators durch einen Betrag, der von dem Ausmaß des Ungleichgewichtes
abhängig ist, in einem Sinne verändert wird, daß der Strom des überlasteten Motors
herabgesetzt und der Strom in dem unterbelasteten Motor erhöht wird, um das Ungleichgewicht
zu berichtigen.
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Die Regelwiderstände 14, 15, 16 und 17, die in dem Stromkreis der
Wicklungen i ic und i id liegen, ermöglichen eine Einstellung des Verhältnisses
der Ankerströme in den beiden Hälften des Serienkreises, welches erforderlich ist,
um eine gleiche Erregung der beiden Abschnitte der Steuerwicklungen zu ergeben.
Für jede gegebene Einstellung der Regelwiderstände wird das Verhältnis der Ankerströme
der Motoren und daher das Verhältnis der Motordrehmomente automatisch konstant gehalten.
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Die Erregermaschine 11 wird an der Erhaltung des vorbestimmten Stromverhältnisses
gehindert, wenn das Walzwerk leer läuft, d.li. wenn keine mechanische Verbindung
zwischen den Motoren besteht, und zwar durch Einschaltung von umgekehrt angeschlossenen
Gleichrichtern 12 und 13 in ihren Ankerkreis.
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Bei leerem Walzwerk arbeiten die Motoren im Leerlauf, und ihre Ankerströme
werden verhältnismäßig klein sein. Der Ankerstrom der Erregermaschine i i, der erforderlich
ist, um das vorbestimmte Verhältnis der Motorströme zu erhalten, wird demgemäß auch
verhältnismäßig klein sein, und unter diesen Bedingungen ist der Widerstand der
Gleichrichter 12 und 13 verhältnismäßig hoch. Diese Widerstandserhöhung bringt die
Erregermaschine i i aus der Abstimmung, so daß die verstärkende Erregung durch die
Feldwicklung i ia erheblich vermindert und der Regelgenerator im wesentlichen zur
Regelung des Verhältnisses der Motorankerströme unwirksam wird. Zur Verstimmung
der Erregermaschine kann in anderer Weise an Stelle der Gleichrichter ein nichtlinearer
Widerstand der Art, bei welcher der Widerstand sich umgekehrt zu dem Strom ändert,
in den Ankerkreis der Erregermaschine eingeschaltet werden.
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Im unerregten Zustande bildet der Regelgenerator 7 einen Weg geringen
Widerstandes zwischen den Verbindungspunkten mit dem Hauptserienkreis, so daß diese
Punkte auf annähernd gleichem Potential gehalten werden. So werden, wenn die Motoren
i und 2 mechanisch getrennt sind, diese mit annähernd gleichen Drehzahlen laufen,
wobei die Klemmenspannungen der Generatoren 3, 4,' 5 und 6 gleich sind.
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In dem dargestellten Beispiel ist dafür gesorgt, daß die Motorendrehzahlen
in einem vorbestimmten Verhältnis erhalten werden, wenn die Motoren mechanisch getrennt
sind. Dazu ist eine weitere Feldwicklung 7c auf dem Generator 7 vorgesehen, die
über ein Umkehrpotentiometer 18 in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung des
Hauptgenerators .4 erregt wird. Bei mechanisch getrennten Motoren wird die Ausgangsleistung
des Generators 7 im wesentlichen nur durch die Ausgangsspannung des Generators 4
bestimmt, und sie wird eine Erhöhung der Ankerspannung eines der Motoren, in Abhängigkeit
von der relativen Stellung der Schieber des Regelwiderstandes 18, relativ zu der
Ankerspannung des anderen Motors bei allen Ausgangsspannungen des Generators 4 bewirken.
Folglich wird die Drehzahl der beiden Motoren auf einem annähernd konstanten Verhältnis
über dem gesamten Drehzahlbereich erhalten.
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Der Regelwiderstand 18 bewirkt eine Änderung dieses Verhältnisses
und ermöglicht es, daß der eine . Motor mit einer höheren Drehzahl betrieben wird
als der andere Motor. Bei Betrieb unter Belastung berührt die Feldwicklung 7c nicht
das Verhältnis der Motorankerströme, welches durch die Feldwicklungsabschnitte 7a
und 76 des Regelgenerators aufrechterhalten wird, und ihre einzige Wirkung ist die
Erhöhung der Erregung, welche die Erregermaschine i i erzeugen muß, um das Verhältnis
der Motorankerströme in einer Richtung aufrechtzuerhalten,
und die
Verminderung der Erregung, die erforderlich ist, um das Verhältnis der Ankerströme
in der entgegengesetzten Richtung aufrechtzuerhalten. Die Feldwicklung 7c kann natürlich
an den Anker irgendeines Hauptgenerators 3, .4, 5 und 6 angeschlossen werden. In
anderer Weise kann an Stelle des Umkehrpotentiometers 18 ein einziger Schiehe-,viderstand
und ein Umkehrschalter in dem Stromkreis der Feldwicklung 7c vorgesehen werden.
Diese Anordnung, um die Motoren automatisch auf verschiedenen Drehzahlen zu erhalten,
wenn das \\'alzwerk leer läuft, ist besonders vorteilhaft, wein es erwünscht ist,
zwei Walzen von ungleichem Durchmesser mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten laufen
zu lassen.
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Es können Überlastungsschutzkreise bekannter Art mit irgendeinem Teil
des Hauptserienkreises verbunden werden, z. B. mit dem Teil des Kreises, welcher
die beiden Wendepolwicklungen .4° und 6a oder die beiden Wendepolwicklungen 3a und
Sa enthält. Falls erwünscht, können die \\'endepolwicklungen aller Generatoren in
den Stromkreis zwischen den Generatorankern 3 und 5 oder den Generatorankern .i
und 6 geschaltet werden. Die Überlastungsschutzkreise können dann quer zu dem Teil
des Kreises angeschlossen werden, welcher alle Wende-1>olwicklungen der Generatoren
enthält, um so eine höhere Betriebsspannung zu erzielen.
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Wenn es aus irgendeinem Grunde erwünscht ist, den Generator 7 aus
dem Stromkreis zu nehmen, kann der Widerstand i9 mittels der Umschaltverbindung
8 an seiner Stelle eingeschaltet werden.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf zwei Doppelankermotoren
und vier Generatoren beschränkt. Sie kann bei anderen Anordnungen von Motoren und
Generatoren Anwendung finden, sofern der Regelgenerator an den Serienkreis an Punkten
zwischen den beiden Gruppen von 'Motoren und Generatoren angeschlossen ist, «-elche
annähernd auf dem Potential Null oder auf einem Potential sind, welches in bezug
auf die größte Spannung in dem Serienkreis unter Belastungsverhältnissen gering
ist.