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.Anordnung für die Fernübertragung von Winkelbewegungen mit Hilfe
von selbstsynchronisierenden dynamoelektrischen Maschinen Die Erfindung bezieht
sich auf Anordnungen mit selbstsynchronisierenden, dynamoelektrischen Maschinen
und betrifft Anordnungen mit Maschinen der Art, für die Fernübertragung von Winkelbewegung
und Drehmoment verwendet werden. Anordnungen mit solchen Maschinen sind gekennzeichnet
durch die Verwendung einer Maschine als Geber und einer anderen als Empfänger. Die
Ausbildung der Maschinen und ihre Verbindung untereinander ist so, daß jede Winkelbewegung
der einen, Geber genannten Maschine durch die Bewegung der anderen, Empfänger genannten
bzw. mehrerer anderer reproduziert wird oder bei diesen das Bestreben hervorruft,
sie zu reproduzieren. Wenn Fernübertragungsmaschinen normaler Bauart verwendet werden,
muß das zur Bewegung des Empfängers erforderliche Drehmoment durch den Geber aufgebracht
werden.
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In der britischen Patentschrift 582 341 ist eine abgewandelte Form
einer derartigen dynamoelektrischen '!Maschine beschrieben, bei der das für den
Antrieb des Gebers notwendige Drehmoment auf einen Bruchteil des für den mitlaufenden
Empfänger notwendigen Drehmomentes reduziert wird, dadurch, daß die Gebermaschine
mit einem Kommutator versehen ist, mit dem kurzgeschlossene Bürsten verbunden sind,
zusätzlich zu den Schleifringen, welche für Fernübertragungsmaschinen
normaler
Bauart notwendig sind. In der in obiger Patentschrift offenbarten Anordnung ist
die mit dem Geber zusammenarbeitende Empfängermaschine eine normale, motorähnliche
Bauart, d. h. eine Maschine mit einer dreiphasigen Statorwicklung und einer einphasigen
Rotorwicklung, wobei der Rotor nicht mit einem Kommutator versehen ist.
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Hauptzweck der Erfindung ist es, eine Anordnung der in Frage stehenden
Art - durch noch weitergehende Verminderung der für den Geber erforderlichen Antriebsleistung
zu verbessern.
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Ein weiterer Zweck ist es, eine Anordnung zu schaffen, welche die
Zu- und Abschaltung des Empfängers ermöglicht, während der Geber sich in Drehung
befindet, wobei das Hochlaufen und die Synchronisierung des Empfängers mit dem Geber
automatisch auf das Einschalten des Empfängers folgt.
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In einer Anordnung mit selbstsynchronisierenden, dynamoelektrischen
Maschinen, von denen eine als Geber und die andere (oder eine Mehrzahl anderer)
als Empfänger arbeitet, ist gemäß der Erfindung jede der Maschinen mit Wicklti.ngen
vor= gesehen, die dergestalt mit einer Wechselstromquelle verbunden sind, daß die
Maschine dadurch befähigt wird, sowohl eine mechanische Leistung abzugeben als auch
ihren Synchronismus mit der anderen Maschine (oder den anderen Maschinen) aufrechtzuerhalten.
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Man kann somit bei der Ausführung der Erfindung eine Empfängermaschine
verwenden, welche funktionsmäßig der für .den Geber verwendeten ähnlich ist. Vorzugsweise
ist die Empfängermaschine von der Synchronbauart und mit einem Kommutator versehen
und somit von einer ähnlichen Bauart wie die des Gebers gemäß der britischen Patentschrift
582 341. Die Leistungsabgabe des Systems wird somit erhöht, ohne daß das zum Antrieb
des Gebers erforderliche Drehmoment erhöht wird.
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Senkrecht zu den Hauptwicklungen stehende Antriebswicklungen in Geber-
und Empfängermaschine sind untereinander parallel und über einen- Kondensator mit
der Wechselstromquelle für die gesamte Anordnung verbunden, um die gewünschte Erregung
aufzubringen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung; Fig.2 zeigt eine
Abwandlung der Fig. 1, und Fig. 3 und 4 zeigen Schaltverbindungen, welche angewendet
werden können.
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Beim Empfänger werden dieselben Bezugsnummern, jedoch mit Index, zur
Bezeichnung von dem Geber entsprechenden Teilen verwendet.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Gebermaschine einen Anker bzw. Rotor,
der zwei Wicklungen trägt, eine Primärwicklung 5 und eine Sekundärwicklung 6, von
denen die Wicklung 5 mit einem Kommutator 8 und die Wicklung 6 mit den Schleifringen
7 verbunden ist. Wahlweise können an Stelle einer getrennten Sekundärwicklung 6
um 12o elektrische Grade versetzte Anzapfungen an der primären Kommutatorwicklung
5 mit den Schleifringen verbunden sein. Eine besondere Sekundärwicklung 6 ist wesentlich,
wenn die Entfernung zwischen Geber und Empfänger so ist, daß der Widerstand der
Verbindungsleitungen dem der Kommutatorwicklung vergleichbar wird. Der Anker besteht
vorzugsweise aus einer genuteten, lamellierten Trommel aus magnetischem Material,
wobei die Wicklungen in' den Nuten in der üblichen Weise eingebettet sind.
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Der das Feld erzeugende Teil der :Maschine weist eine Feldwicklung
12 und zusätzlich eine Antriebswicklung 13 auf, deren Achse um 9o elektrische Grade
gegen die Wicklung 12 versetzt ist. Kurzgeschlossene Bürsten 9 sind so angebracht,
daß sie auf dem Kommutator dergestalt aufliegen, daß sie einen geschlossenen Stromkreis
nur in der senkrechten Achse bilden, d. h. elektrisch rechtwinklig zur Feldwicklung
12, so daß durch einen Strom in der Feldwicklung in dem geschlossenen Stromkreis
keine Ströme direkt induziert werden.
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Die Empfängermaschine ist ähnlich wie die Gebermaschine gebaut. Die
Sekundärwicklungen 6 und 6' sind durch die Leiter 4 verbunden, und die Feldwicklungen
12 und 12' werden aus einer gemeinsamen Einphasenwechselstromquelle erregt. Die
Antriebswicklungen 13 und 13' sind miteinander parallel und dann in Serie mit einem
entsprechenden Kondensator 14 an die Stromquelle geschaltet.
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Der Geber wird durch einen Motor angetrieben, der Nebenschlußcharakteristik
aufweisen und von variabler Geschwindigkeit sein kann und zusätzlich irgendeine
Belastung, z. B. einen Förderer, antreibt. Der Empfänger ist mit einer anderen Belastung
gekuppelt, z. B. einem anderen Förderer, welcher in wechselseitigem Synchronismus
mit der mit dem Antriebsmotor verbundenen Belastung angetrieben werden soll.
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Der Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung besteht im Vergleich
zu einer solchen, welche übliche Fernübertragungsmaschinen verwendet, darin, daß
die zum Antrieb des Gebers erforderliche Leistung nur ein Bruchteil der vom Empfänger
abgegebenen Leistung zu sein braucht. Tatsächlich kann diese Leistung negativ gemacht
werden, d. h., der Geber kann motorische Leistung an seinen Antriebsmotor abgeben,
welcher die Geschwindigkeit des Aggregats steuert. Dies geschieht durch geeignete
Wahl des Kondensators.
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Der Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung im Vergleich zu der
gemäß der britischen Patentschrift 582 341 besteht darin, daß im Betrieb eine größere
Leistung von einer gegebenen Maschinengröße aus folgenden Gründen erhalten werden
kann. Bei Anschluß der Wicklungen 13 und 13i-an die Stromquelle in Serie mit dem
Kondensator 14 leiten erstere durch Transformatorwirkung Ströme in die Kommutatorwicklungen
5 und 5' in solcher
Phasenlage mit dem durch die Feldströme in 12
und 12' erzeugten Fluß, daß sowohl Geber- als auch Empfängermaschine ein motorisches
Drehmoment entwickeln, welches die Maschinen unabhängig von irgendeiner äußeren
Antriebskraft laufen läßt. Infolge der relativ hohen Impedanz des verwendeten Kondensators
im Vergleich zur Maschinenimpedanz ist die Änderung des Stromes in den Wicklungen
5 und 5' bei großen Geschwindigkeitsänderungen klein. Dies verleiht den Maschinen
eine mehr oder weniger konstante Drehmomentcharakteri.stilc für alle Geschwindigkeiten,
so daß der andere Motor die Geschwindigkeit zwangläufig auf jedem verlangten Wert
hält.
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Bei der in der britischen Patentschrift 58a-341 gezeigten Anordnung
wird di.e ganze Leistung des Empfängers von dem Strom gewonnen, welcher vom Geber
her durch seine Sekundärwicklung fließt. Da bei dem Aggregat gemäß der Erfindung
der Empfänger ein eigenes motorisches Drehmoment besitzt, wird ein Teil der Leistung
durch den Empfänger direkt aus der Stromquelle entnommen, und nur ein Teil fließt
durch die Leiter q vom Geber zum Empfänger. Die abgegebene Leistung kann deshalb,
verglichen mit derjenigen, welche vom Empfänger bei einer Anordnung ge-. maß der
britischen Patentschrift 582 341 erhältlich ist, leicht verdoppelt werden.
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Ein weiterer bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin,-,d-aß
keine besondere Regelschaltung zur Synchronisierung der Maschinen vor, Inbetriebnahme
erforderlich ist. Die Erregung kann entweder unmittelbar mit dem Motor oder nach
dem Motor eingeschaltet werden, so daß jeder Antrieb eingeschaltet und mit einem
anderen Antrieb, der schon in Betrieb sein kann, selbsttätig synchronisiert werden
kann. Die zwei Schaltanordnungen sind in Fig. 3 und q. gezeigt. In Fig. 3 werden
sowohl d'e Maschinen als auch der Antriebsmotor durch die Schalter S1 und S2, welche
mechanisch oder elektrisch gekuppelt sind und jeweils die Energiezufuhr zu den Maschinen
und zum Motor regeln, gleichzeitig unter Strom gesetzt. Der Schalter S2 kann eine
zwei- oder dreipolige Bauart sein. Wenn die Geber- und die Empfängermaschine später
als der Motor eingeschaltet werden sollen, ist es, wie in Fig. q. gezeigt," notwendig,
daß der Schalter S2 eine Unterbrechung aufweist, so daß das Fernübertragungsaggregat
nie eingeschaltet werden kann, bevor nicht der Antriebsmotor ebenfalls eingeschaltet
ist.
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Wenn auch die Feld- und Antriebswicklungen 12 und 12' bzw. @ 13 und
13' der Maschinen als zweiphasige Wicklungen dargestellt sind, können sie äquivalente
abgeglichene oder unabgeglichene dreiphasige Wicklungen sein, die entweder im Stern
oder Dreieck, wie für dreiphasige Induktionsmotoren, geschaltet sind. In Fig.2 sind
im Stern geschaltete Wicklungen dargestellt, wobei 15, 16 und 17 äquivalent zu 12
und 13 sowie 15', 16' und 17' äquivalent zu 12' und 13' sind. Der Vorteil der Hauptschlußcharakteristik
besteht darin, daß die Geschwindigkeit des Gebers über einen sehr großen Bereich
durch den Antriebsmotor oder ein mit ihm verbundenes regelbares Geschwindigkeitsgetriebe
geändert werden kann, ohne daß noch irgend etwas in dem sich selbst antreibenden
induktiven Fernübertragungsstromkreis nachgeregelt werden muß, und dennoch die Fernübertragungsströme
immer in zulässigen Grenzen gehalten werden.
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Obwohl nur ein Empfänger in der Zeichnung gezeigt ist, können deren
mehrere mit einem einzigen Geber verwendet werden.
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Die Erfindung ist besonders geeignet für Fälle, bei. denen ein synchronisierter
Antrieb oder mehrere zu einem bereits bestehenden Antrieb hinzukommen sollen, ohne
daß man die Leistung des vorhandenen Antriebsmotors ändern muß.