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Anordnung zur Steuerung von Elektromotoren Um Elektromotoren mit beliebiger
und annähernd gleicher Drehzahl sowohl als Motor wie auch als Generator betreiben
zu können, wie dies beispielsweise bei I-Iebezeugantrieben vielfach verlangt wird,
wendet man häufig die Leonardsteuerung an, die den Vorzug besitzt, eine verlustlose
und genaue Drehzahlregelung zu ermöglichen. Diese Schaltung erfordert allerdings
einen verhältnismäßig hohen Aufwand.
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Um diesen Aufwand zu verringern, ist im Patent 676 668 eine in ihrer
Wirkung der Leonardschaltung ähnliche Kraftbremssteuerung für Drehstrommotoren angegeben,
deren Wesen darin besteht, daß das Magnetfeld des mit Gleichstrom erregten Ständers
des Motors durch eine besondere Einrichtung mit einer der gewünschten Geschwindigkeit
entsprechenden Drehzahl in Umlauf versetzt wird. Der Läufer des Motors hat dann,
solange er Arbeit abgeben muß, eine Drehzahl, die etwas geringer als die des Feldes
ist, und zwar ist der Schlupf zwischen der Drehzahl des Läufers und der des Feldes
so groß, daß die durch den Schlupf erzeugte Läuferspannung einen Strom von solcher
Stärke hervorbringen kann, daß das erforderliche motorische Drehmoment aufgebracht
wird. Indessen gibt es zahlreiche Fälle, in denen ein Schlupf zwischen der Drehzahl
des Motorfeldes bzw. der dieses Feld in Drehung versetzenden Einrichtung, beispielsweise
einer Schaltwalze, unerwünscht ist.
Erfindungsgemäß läßt sich dieser
Schlupf dadurch vermeiden, daß die Läuferwicklung bei mit Gleichstrom erregtem Ständer
so geschaltet wird, ciaß sie unsymmetrisch ist, und ebenfalls eine Gleichstromerregung
zugeführt erhält.
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Die Erfindung ist an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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In Fig. i ist i die Erregerspa.nnungsquelle, in diesem Falle eine
Gleichstrombatterie. 2 ist die Schaltvorrichtung und 3 die Ständerwicklung des Motors.
,4 ist die Läuferwicklung des Motors. Sie ist dadurch unsymmetrisch gemacht, daß
eine Läuferphase unterbrochen ist. Die beiden anderen Läuferphasen erhalten über
Schleifringe ; eine Gleichstromerregung zugeführt.
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Die Schaltvorrichtung 2 besteht hier in einem Kommutator mit drei
Abgreifbürsten. An die Al>-greifbürsten ist über Schleifringe die Ständerwicklung
i i angeschlossen. An die Kommutatorsegmente sind Teilspannungen, in «-elche die
Erregerspannungsquelle unterteilt ist, derart angeschlossen, daß die umlaufenden
Bürsten beim Übergang von einem Segment zum anderen jeweils nur einen Bruchteil
der Erregerspannung zu schalten haben. Dies hat den Vorteil, daß sich kein störendes
Schaltfeuer ausbildet. An Stelle einer als drehbares Gerät ausgebildeten Schaltvorrichtung
in Gestalt eines solchen Kollektors mit umlaufenden Stromabgreifern kann man auch
eine Anzahl Abhebekontakte (Druckkontakte) verwenden, die durch Relais, durch Schaltnocken
od. dgl. angetrieben werden. Man kann die Schalteinrichtung auch nach dem Prinzip
arbeiten lassen, wonach zur Beeinflussung der Größe des Stromes bzw. zu seiner Unterbrechung
und Einschaltung vorzugsweise Ohmscher Widerstand stetig fortschreitend in den Stromkreis
eingebracht bzw. aus ihm herangenommen wird, wobei als Widerstandskörper ein vorzugsweise
aus Schichten fortschreitend sich ändernden spezifischen Widerstandes zusammengesetzter,
auf der Grundlage von Kohle mit Zusätzen aufgebauter Körper verwendet werden kann.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Schaltvorrichtung als einfache Schaltwalze
auszubilden wie beim Gegenstand des Patents 676 668.
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Die Anordnung wirkt in der Weise, daß sich im Ständer zunächst nach
dem Anschließen der Gleichstromquelle ein im Raume feststeh:ndes Gleichstromfeld
ausbildet. Der Läufer, in dem sich gleichfalls ein relativ zu ihm selbst feststehendes
Gleichstromfeld ausbildet, stellt sich dann so ein, daß die beiden Gleichstromfelder
sich decken. \'ersetzt man nun mittels der Schaltvorrichtung 2 das Gleichstromfeld
des Ständers in Drehung, so folgt der Läufer dem Gleichstromfeld des Ständers (der
magnetischen Achse) synchron.
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Mit Hilfe der Schaltvorrichtung kann also die Bewegung des Arbeitsmotors
stetig und beliebig langsam oder beliebig schnell gesteuert werden. Die Schaltvorrichtung
kann beispielsweise durch einen kleinen Hilfsmotor angetrieben werden und zur Steuerung
der Drehzahl des Arbeitsmotors dienen. Sie kann aber auch beispielsweise von Hand
oder durch ein selbsttätiges Gerät, wie z. B, einen Kreiselkompaß, bedient werden;
eine solche Ausführung kann u. a. für Fernantriebe von Steuergeräten., beispielsweise
Kransteuerungen, vorteilhaft sein, ferner. für Zugsteuerungen bei elektrischen Bahnen.
für die Fernübertragung von Kommandos von Stellungen eines Mutterkompasses auf einen
oder mehrere Tochterkompasse, weiter für Gleichlaufsteuerungen für die verschiedensten
Zwecke, insbesondere auch für die Fernsteuerung von Arbeitsmaschinen, wie Textil-,
Papier-, Druckereimaschinen, sowie von Bühnenbeleuchtungsgeräten. Bei allen Fernantrieben
und Fernsteuer- bzw. Fernwirkeinrichtungen bietet die Erfindung neben der einfachen
und genauen Regelbarkeit noch den besonderen Vorteil, daß sie zwischen Schalteinrichtung
und Motor bzw. Geber und Empfänger nur wenige.Verbindungsleitungen erfordert.
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Allerdings benötigt die angegebene Anordnung die Bereitstellung von
Gleichstrom. wofür in vielen Fällen eine besondere Einrichtung, beispielsweise eine
Gleichrichteranordnung, eine Sammlerbatterie oder eine sonstige Gleichstromquelle
zusätzlich erforderlich wird. Das kann unter Umständen als Nachteil empfunden werden.
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Um neben den Vorteilen der beschriebenen Einrichtung die Möglichkeit
eines reinen Wechselstrombetriebes zu erhalten, kann man nach der weiteren Erfindung
den Ständer über die Schaltvorrichtung mit einphasigem Wechselstrom erregen und
die Läuferwicklung so schalten, daß sie unsymmetrisch ist, oder ihr statt dessen
über Schleifringe einen einphasigen Erregerstrom zuführen.
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Dieser Vorschlag ist an Hand des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels
erläutert.
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io ist hier der Arbeitsmotor. Seine Ständerwicklung i i erhält über
eine Schaltvorrichtung 12 aus einem Transformator 13 einphasigen Wechselstrom
zugeführt. Die Läuferwicklung 1d. ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch
unsymrnetrisch gemacht, daß eine Läuferphase unterbrochen ist. Bei Verwendung von
Maschinen mit Kurzschlußläufern können statt dessen einige elektrisch um i8o° versetzte
Läuferstäbe für je einen Pol weggelassen werden, oder es kann der Stromdurchgang
durch sie verhindert werden, indem beispielsweise der Läuferstab eine Unterbrechung
durch Einsägen erhält. Für die Schaltvorrichtung i2 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Kommutator mit drei Abgreifbürsten verwendet.
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Durch den Anschluß der Ständerwicklung ri an die einphasige Wechselstromquelle
13 bildet sich im Ständer bei stillstehender Schaltvorrichtung 12 ein im
Raume feststehendes Wechselfeld aus. Der Läufer 14 des Motors, der unsymmetrisch
gemacht ist und hier keine Fremderregung besitzt, wird transformatorisch vom Ständer
so beeinflußt, daß er sich in die Achse des Ständerfeldes einstellt. Werden nun
durch die Schaltvorrichtung die Anschlüsse der Ständerwicklungen so geschaltet,
daß die magnetische Achse des Stärkerfeldes in Drehung versetzt wird, so folgt der
Läufer jeder Bewegurig
der magnetischen Achse des Ständerfeldes
synchron.
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Dieselbe Wirkung könnte auch dadurch erreicht werden, daß dem Läufer
durch Speisung seiner Wicklung über Schleifringe mit Einphasenwechselstrom oder
Gleichstrom ein Eigenfeld aufgezwungen wird. Statt dessen kann der Läufer auch mit
einem eingebauten Dauermagneten zur Erzeugung eines Eigenfeldes versehen sein. Die
Erzeugung des Eigenfeldes des Läufers durch Einphasenwechselstrom oder Gleichstrom
oder mittels eines Dauermagneten kommt grundsätzlich sowohl bei Wechselstrom- als
auch bei Gleichstromerregung des Ständers, in erster Linie aber bei der Gleichstromerregung
in Frage.
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Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist das der
Kraftbremssteuerungen für Drehstromhebezeugmotoren. Vor allem kommen dabei die Gebiete
der Feineinstellung von Aufzügen und der Senkschaltungen und Fahrwerke von Kranen
in Betracht. Hierbei wird die Schaltungsanordnung nach der Erfindung vorzugsweise
nur bei Langsarnfahrt des Motors hergestellt, während der Motor bei Schnellfahrt
in normaler `'eise mit allphasiger Wechselstromerregurig und mit symmetrischer Läuferwicklung
betrieben wird. Die Anwendung der Erfindung gewährleistet hier eine günstige Regelbarkeit
der Motoren vor allem im Bereich kleiner Drehzahlen. Das gilt beim Heben und Senken
und ohne Rücksicht auf Größe und Richtung des Lastmoments.
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Die Möglichkeiten zur Ausführung und Anwendung der Erfindung beschränken
sich aber nicht auf dieses oder die übrigen hier angegebenen Beispiele bzw. die
besondere dabei angewendete Kombinationsart der Erfindungsmerkmale. Insbesondere
kann die Erfindung auch überall dort mit Vorteil angewendet werden, wo bisher eine
unter der Bezeichnung elektrische Welle bekannte Anordnung benutzt wurde. Eine elektrische
Welle besteht bekanntlich in ihrer einfachsten Form aus zwei Drehstrornschleifringläufermotoren,
deren Ständerw-icklungen an das Drehstromnetz angeschlossen sind und deren Läufer
elektrisch miteinander verbunden sind. Im Ruhezustand ist der Läuferstrom Null,
während jeder Ständer seinen Magnetisierungsstrom aufnimmt. Wird der Läufer eines
Motors z. B. von Hand aus seiner Ruhestellung gebracht. so tritt je nach dem Winkel,
den die magnetischen Achsen beider Läufer zueinander bilden, ein mehr oder weniger
großer Läuferstrom auf. der den zweiten Läufer zwingt, der Bewegung des ersten Läufers
zu folgen. Dabei ist aber im Gegensatz zii vorliegender Erfindung das Drehmoment,
<las am Läufer des ersten Motors z. B. von Hand ausgeübt werden muß, genau so
groß wie dasjenige, welches der zweite Läufer zur Überwindung des Gegendrehmoments
abgeben muß. Es muß also bei Handbetrieb das volle Drehmoment, das der Arbeitsmotor
abgeben soll, am Steuermotor aufgebracht werden, was bei schwergängigen Antrieben
für den Bedienungsmann sehr ermüdend sein kann. Dagegen braucht bei einer Einrichtung
nach der vorliegenden Erfindung nur das Reibungsmoment der vorzugsweise als drehbares
Gerät ausgebildeten Schaltvorrichtung, das sehr gering sein kann, vom Bedienungsmann
aufgebracht zu werden, während das am Arbeitsmotor abzugebende Drehmoment ausschließlich
vom Arbeitsmotor erzeugt wird. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß an Stelle
von zwei Motoren nur einer benötigt wird, ein weiterer Vorteil in der geringen Zahl
der erforderlichen Verbindungsleitungen. Die Erfindung kann auch in der Weise angewendet
werden, daß mehrere Motoren gemeinsam durch eine Schaltvorrichtung synchron gesteuert
werden.