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Anordnung für Gleichstrommotoren, die über gittergesteuerte Dampf-
oder Gasentladungsstrecken gespeist werden Es sind Anordnungen für Gleichstrommotoren,
die im Ankerkreis über gittergesteuerte Dampf-oder Gasentladungsstrecken mit einem
konstanten Strom gespeist werden, und die lediglich im Feldkreis, der vorzugsweise
ebenfalls über gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken gespeist wird,
geregelt werden, vorgeschlagen worden, bei denen der Sollwert des Ankerstromes,
der mit dem Istwert des Ankerstromes verglichen wird, in Abhängigkeit vom Erregerstrom
bzw. Erfegerspannung und/oder in Abhängigkeit von der Abweichung der Drehzahl des
Motors vom vorgegebenen Wert selbsttätig geändert wird. Im Hinblick auf eine möglichst
große Regelgeschwindigkeit ist-die Verstellung des Sollwerts des Ankerstromes abhängig
von der Drehzahlabweichung von besonderer Bedeutung, wie man sich leicht überzeugt,
wenn man den Regelvorgang bei einer plötzlichen Entlastung des Motors betrachtet.
Läuft der Motor mit einer bestimmten Drehzahl, die unabhängig von der Belastung
konstant gehalten werden soll, und sinkt die Belastung plötzlich auf einen kleineren
.Wert, dann wird sich, je nachdem, ob der Ankerstrom konstant gehalten oder verändert
wird, folgendes ereignen. Bei der ursprünglichen Belastung hatte das Motorfeld einen
bestimmten Wert. Bei der neuen verminderten Belastung soll das Feld verringert werden,
damit auch das neue
Motormoment der neuen Belastung entspricht.
Im ersten Moment ist jedoch das ursprüngliche Feld noch vorhanden, und der Motor
beschleunigt sich etwas, wodurch der empfindliche Röhrenregler für die Drehzahlregelung
anspricht und das Motorfeld zu schwächen versucht. Wenn der Regler dabei auch mit
Stoßerregung arbeitet, so dauert es doch eine gewisse Zeit, bis das Feld auf den
neuen verminderten Wert abgesunken ist. Während dieser Zeit wird sich nun der Motor
immer weiter beschleunigen, wenn der Ankerstrom unverändert konstant gehalten wird,
da während dieser ganzen Zeit infolge des zu großen Feldstromes das Motormoment
größer ist als das Lastmoment. Man wird also ein Überregeln nicht vermeiden können.
Das Maß dieser Überregelung hängt von verschiedenen Größen, wie der Höhe der Stoßerregung,
der Feldzeitkonstante sowie insbesondere dem Trägheitsmoment des Motors ab. Auch
führt diese Überregelung leicht zu Pendelungen. Läßt man dagegen den Ankerstrom
nicht während des ganzen Regelvorganges konstant, sondern ändert ihn, sobald die
Drehzahlabweichung von ihrem Sollwert einen bestimmten Betrag erreicht hat, so können
die genannten Schwierigkeiten sofort vermieden werden. Im obigen Beispiel wird dann,
sobald sich die Drehzahl um den eingestellten zulässigen Betrag über ihren Sollwert
erhöht hat, der Ankerstrom vermindert, so daß eine weitere Erhöhung der Drehzahl
praktisch nicht mehr stattfinden kann. Die Drehzahl nimmt im Gegenteil wieder etwas
ab, da sich das Feld mehr und mehr seinem neuen Wert nähert. Ist der Sollwert der
Drehzahl wieder erreicht, so ist inzwischen auch der Ankerstrom wieder auf seinen
Normalwert angestiegen, und der Motor läuft im neuen Gleichgewichtszustand weiter.
Man erkennt, daß ihm .die Möglichkeit zur Ausführung von Pendelungen erheblich verringert
ist.
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Handelt es sich nicht nur um eine Regelung der Drehzahl in gewissen
Grenzen, sondern soll der Motor auch reversiert werden, so muß für den Feldkreis
ein kleiner Umkehrstromrichter vorgesehen werden, wenn man auch in diesem Stromkreis
mechanische Umschalter vermeiden will. Die Drehzahlregelung wirkt dann in erster
Linie auf diesen Umkehrstromrichter unter Zwischenschaltung eines Röhrenreglers.
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Der Regelbetrieb des Motors bei großen gewünschten Drehzahländerungen
und insbesondere beim Reversieren des Motors läßt sich jedoch noch weiterhin verbessern.
Nehmen wir beispielsweise an, der Motor soll von Rechtslauf in Linkslauf reversiert
werden. Es wird dann der Maschinist mit dem Steuerhebel den Sollwert der Drehzahl
zunächst mehr und mehr verringern und ihn nach Durchschreiten des Nullwertes in
der entgegengesetzten Richtung wieder erhöhen, bis er die gewünschte Stellung für
die neue Drehrichtung erreicht hat. Infolge der verschiedenen Trägheiten folgt der
Motor dem Steuerhebel nur verzögert, es wird also die Istdrehzahl im ersten Bereich
höher sein als die mit dem Steuerhebel eingestellte Solldrehzahl. Das hat zwar zur
Folge, daß zunächst mit Hilfe des Umkehrstromrichters für das Motorfeld an letzteres
eine verminderte bzw. sogar entgegengesetzt gerichtete Spannung angelegt wird als
vorher, so daß der Erregerstrom vermindert bzw. umgekehrt wird. Gleichzeitig wird,
da die Drehzahlabweichung infolge des verhältnismäßig schnellen Zurücknehmens des
Steuerhebels ziemlich groß ist, der Sollwert des Ankerstromes vermindert (gegebenenfalls
bis auf Null) ; der Motor kann sich folglich nicht weiter beschleunigen. Er wird
aber auch nicht abbremsen, da das Feld zunächst immer noch die Richtung hat, in
welcher es zusammen mit dem Ankerstrom ein positives, d. h. treibendes Moment liefert.
(Beim Ankerstrom Null ist dieses Moment natürlich ebenfalls Null, und der Motor
wird durch die Verluste etwas verzögert). Sobald das Motorfeld seine Richtung umgekehrt
hat, ist der Motor grundsätzlich im Stande, sich abzubremsen. Dieses Abbremsen auf
die neue Drehzahl wird jedoch jetzt dadurch verhindert bzw. stark eingeschränkt,
daß der Ankerstrom wegen der immer noch zu hohen Istdrehzahl vermindert wurde. Um
dies zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, mittels
welcher die Verstellung des Sollwertes des Ankerstromes gerade entgegengesetzt vorgenommen
wird wie vorher, sobald der Motor in der Lage ist, sich durch Energielieferungen
an das Netz abzubremsen. Als Kriterium für diese Umkehr der Sollwertveränderung
des Ankerstromes dient die Richtung des Erregerstromes. Es sind dabei folgende Fälle
zu unterscheiden: z. Rechtslauf des Motors a) Der Istwert der Drehzahl ist um einen
bestimmten Betrag höher als der Sollwert, der Feldstrom hat positive Richtung (Motorbetrieb)
dann muß der Ankerstrom verringert werden. b) Der Istwert der Drehzahl ist höher
als der Sollwert, der Feldstrom hat negative Richtung (Bremsbetrieb des Motors)
dann muß der Ankerstrom vergrößert werden. c) Der Istwert der Drehzahl ist niedriger
als der Sollwert, der Feldstrom hat positive Richtung (Motorbetrieb): dann muß der
Ankerstrom vergrößert werden. d) Der Istwert ist niedriger als der Sollwert, der
Feldstrom hat negative Richtung (Bremsbetrieb) dann muß der Ankerstrom verringert
werden. z. Linkslauf des Motors Hier ist bei denselben Annahmen für die Drehzahlabweichung
und die Richtung des Feldstromes die Verstellung des Ankerstromes gerade umgekehrt
wie bei Rechtslauf.
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Die Erfüllung dieser Forderungen nach der Erfindung ist beispielsweise
mit den Anordnungen nach Abb. r und z möglich. Diese Abbildungen zeigen außer der
erfindungsgemäßen Einrichtung für die Ankerstromverstellung noch die Gesamtanordnung
der
Stromrichter für die Anker- und Feldspeisung. Es bedeutet i das speisende Drehstromnetz,
2 den Stromrichtertransformator, 3 das Stromrichtergefäß für den Ankerstromkreis,
4 die Kathodendrossel, 5 einen Gleichstromwandler, 6 den zu regelnden Gleichstrommotor,
7 das Stoßsteuergerät für den Stromreichter 3. Die Speisung des Erregerfeldes
17 des Motors 6 erfolgt über den kleinen Umkehrstromrichter, bestehend aus
dem Transformator io, den beiden Stromrichtergefäßen i i und 12 mit den Kathodendrosseln
13 und 14 sowie den Stoßsteuergeräten 18 und ig. Für die Konstanthaltung des Ankerstromes
sind vorgesehen der Transformator 2o sowie die Gleichrichterröhre 21 zur Lieferung
eines den Ankerstrom proportionalen Gleichstromes, der über den Widerstand 22 geleitet
wird. An diesem Widerstand wird der Istwert des Gleichstromes abgenommen und mit
dem Sollwert im Widerstand 23 verglichen. Die Differenz zwischen den beiden wird
im Verstärker 25, bestehend aus der Verstärkerröhre 26 und dem Widerstand 27 und
der Gleichstromquelle 28, vervielfacht und als. veränderliche Gleichstromvorspannung
in den Steuerkreis des Stoßsteuergerätes 7 eingeführt.
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In ähnlicher Weise wird die an dem Tourendynamo 3o abgenommene Istdrehzahl
mit der Solldrehzahl am Widerstand 31 verglichen. Die Differenz zwischen beiden
wird im Verstärker 32 vervielfacht und den Stoßsteuergeräten 18 und ig des Umkehrstromrichters
für das Feld zugeführt. Um mit einem Röhrenregler auszukommen, ist der Ausgangswiderstand
in die Teilwiderstände 34 und 35 unterteilt. Außerdem sind in Reihe mit diesen Widerständen
noch Gleichspannungen 36 und 37 geschaltet, um auf diese Weise die Regelung des
,Umkehrstromrichters über den ganzen Bereich von der positiven bis zur negativen
maximalen Feldspannung zu ermöglichen. Die Verstellung des Sollwertes des Ankerstromes
erfolgt durch Anlegen einer der Drehzahlabweichung verhältnisgleichen Spannung an
den Widerstand 24. Zu diesem Zweck sind die äußeren Endpunkte der Spannungsquellen
36 und 37 mit dem genannten Widerstand 24 verbunden. Um die Verstellung des Ankerstromes
im richtigen Sinn durchzuführen, ist der Umschalter 40 vorgesehen. Zur Betätigung
dieses Umschalters dienen die Spulen 41 und 42, die über die Trockengleichrichter
43, .4.4 von den Widerständen 15 und 16 gespeist werden. Fließt der Erregerstrom
in der Wicklung 17 von unten nach oben, dann führt nur die Spule 42 Strom und bewegt
den Schalter 40 in die gezeichnete Stellung nach links. Hat der Erregerstrom dagegen
die umgekehrte Flußrichtung, dann führt die Spule 41 Strom und bewegt den Schalter
4o nach rechts. Dadurch wird die gewünschte Abhängigkeit der Ankerstromverstellung
sowohl von der Drehzahl des Motors als auch von der Richtung des Feldstromes gewährleistet.
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In der Anordnung nach Abb.2 wird dasselbe ohne die Verwendung eines
mechanischen Schalters 4o erreicht, indem an dessen Stelle die Röhren 5o und 51
sowie die Trockengleichrichter 52 und 53 mit den vorgeschalteten Widerständen 54
und 55 verwendet werden. Die Röhren 50 und 5 1 werden von den an den
Widerständen 15 und 16 im Feldstromkreis abgegriffenen Spannungen so gesteuert,
daß in dem Widerstand 24 dieselbe Stromrichtung erhalten wird, wie bei Verwendung
des Schalters .4o in Abb. i. Ist beispielsweise die Stromrichtung in der Feldwicklung
17 von unten nach oben, dann ist die Gitterspannung der Röhre 51 positiv
und die der Röhre 50 negativ.,Es wird also Röhre 51 Strom führen können,
wenn sie außer der positiven Gitterspannung auch eine positive Anodenspannung erhält.
Das Vorzeichen der Anodenspannung hängt von der Höhe der Ausgangsspannung des Verstärkers
32 und diese wieder vom Vorzeichen der Drehzahlabweichung ab. Kann Röhre 5 i Strom
führen, dann wird der Ankerstrom entsprechend der Spannung am Widerstand 24 erhöht.
Ist jedoch die Anodenspannung an Röhre 5 i negativ, so daß diese keinen Strom führen
kann, dann fließt ein kleinerer Strom entgegengesetzter Richtung über den Widerstand
55 und den Trockengleichrichter 53- Dieser Strom ruft am Widerstand 24 einen umgekehrten
Spannungsabfall wie vorhin hervor, wodurch eine Verringerung des Ankerstromes verursacht
wird.
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Bei einer Umkehr der Richtung des Feldstromes erhält Röhre 5o eine
positive Gitterspannung und Röhre 51 eine negative, wodurch diese letztere unabhängig
von der Anodenspannung gesperrt bleibt. Ist auch die Anodenspannung von Röhre 5o
positiv, dann wird durch den über sie fließenden Strom bzw. den dadurch hervorgerufenen
Spannungsabfall am Widerstand 24 der Ankerstrom vergrößert. Ist dagegen die Anodenspannung
von Röhre 5o negativ, dann fließt nur der kleinere Strom über Widerstand 54 und
52 und ruft am Widerstand 24 einen Spannungsabfall im Sinne einer Verringerung des
Ankerstromes hervor. Je nach der Größe der Widerstände 54 und 55 ist das Verhältnis
der Spannungsabfälle 24 in den beiden Richtungen verschieden. Es kann somit durch
die Wahl der Widerstände 54 und 55 erreicht werden, daß bei einer bestimmten Drehzahlabweichung,
d. h. einer bestimmten Verstärkerausgangsspannung, die Ankerstromerhöhung, beispielsweise
wesentlich größer ist als die Ank erstromverminderung bei Sperrung der Gefäße 5o
und 51. Durch die beschriebene Röhrenanordnung wird dasselbe erreicht wie mit dem
Umschalter in Abb. i, nur daß bei der Anordnung in Abb. 2 alle mechanischen Glieder
vermieden sind.
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In den Stromkreis des Widerstandes 24 können Gegenspannungen eingefügt
werden, um zu erreichen, daß der Ankerstrom erst verstellt wird, wenn die Drehzahlabweichung
einen bestimmten zugelassenen Betrag überschreitet.
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In Abb. 3 sind noch der Verlauf des Erregerstromes und der Drehzahl
sowie des dabei geänderten Ankerstromes für den Reversiervorgang dargestellt. Sobald
der Maschinist den Steuerhebel
zurückzieht, wird dem Umkehrstromrichter
für die Erregung der Impuls zur Umkehr des Feldstromes gegeben. Der Feldstrom hat
anschließend den in Abb. 3 a gezeichneten Verlauf. Gleichzeitig wird, wie in Abb.
3 c dargestellt, der Ankerstrom beispielsweise bis auf Null vermindert. Dadurch
bleibt bei unbelastetem Motor (und unter Vernachlässigung der Reibungsverluste)
die Motordrehzahl zunächst konstant. Sobald jedoch der Erregerstrom Null geworden
ist und anschließend seine Richtung umgekehrt hat, wird mittels der beschriebenen
Einrichtung bewirkt, daß der Ankerstrom über seinen Normalwert erhöht wird, so daß
von jetzt ab der Motor kräftig abgebremst und anschließend in der umgekehrten Drehrichtung
bis zur Erreichung des neuen Drehzahlsollwertes wieder beschleunigt wird. Ist diese
Drehzahl erreicht, dann nimmt der Ankerstrom wieder seinen Normalwert an.
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Durch diese Art der Regelung ist das Höchstmaß an Regelgeschwindigkeiten
erreicht, die bei Benutzung der Regelung im Feldkreis erzielt werden kann. Die Erfindung
bezieht sich jedoch nicht nur auf eine Ankerstromverstellung in Abhängigkeit von
der Abweichung der Drehzahl von ihrem Sollwert, sondern ähnlich Einrichtungen sind
auch erforderlich, wenn die Sollwertverstellung des Ankerstromes in Abhängigkeit
von einer anderen Größe erfolgt.