-
Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit des Arbeitsmotors eines
Leonardaggregates Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit
des Arbeitsmotors eines Leonardaggregates, bei welcher mittels eines einzigen Widerstandes
eine kontinuierliche Geschwindigkeitsregelung des Motors in dem ganzen Geschwindigkeitsbereich
bei veränderlichem Drehmoment und veränderter Leistung vorgenommen werden kann.
-
Bei den bekannten Regelanordnungen dieser Art sind die fremderregten
Feldwicklungen des Stromerzeugers und des Arbeitsmotors des Aggregates in Reihe
an die Außenklemmen eines Spannungsteilers gelegt, der an die Speiseleitung dieser
Feldwicklungen angeschlossen ist, wobei der Schieber des Spannungsteilers mit dem
gemeinsamen Punkt dieser Feldwicklungen verbunden ist.
-
Bei einer solchen Anordnung ist jedoch das Erregerfeld des Stromerzeugers
bzw. des Motors Null, wenn sich der Schieber an den Enden des Spannungsteilers befindet,
was unzulässig ist.
-
Die Erfindung bezweckt, diesem Übelstand abzuhelfen.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Spannungsteiler
mindestens einen weiteren, jedoch festen Abgriff aufweist, der ebenfalls mit einem
Punkt der Reihenschaltung zwischen den Feldwicklungen des Stromerzeugers und des
Motors verbunden ist
unter Zwischenschaltung eines elektrischen
Ventils, d. h. einer Vorrichtung unsymmetrischer Leitfähigkeit zwischen den Verbindungspunkten
der vom beweglichen Abgriff und der von dem festen Abgriff des Spannungsteilers
kommenden und zur Reihenschaltung zwischen den Feldwicklungen des Stromerzeugers
und des Motors gehenden Leitungen, wobei diese Verbindungspunkte in bezug auf das
elektrische Ventil so angeordnet sind, daß der Stromfluß vom Abgriff höheren Potentials
zum Abgriff niedrigeren Potentials über die Verbindungen dieser Abgriffe mit der
Reihenschaltung zwischen den Feldwicklungen des Motors oder des Stromerzeugers gesperrt
ist.
-
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung hervor, welche auf die Zeichnungen Bezug nimmt,- welche schematisch
und nur beispielshalber verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
-
Fig. i ist ein Schaltbild einer bekannten Regelanordnung eines Leonardaggregates,
Fig. 2 und 3 sind Schaltbilder von zwei Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 4
und 5 sind Schaubilder, welche die Arbeitskennlinien eines Arbeitsmotors eines Leonardaggregates
gemäß der bekannten Technik zeigen; Fig. 6 zeigt schließlich das Schaltbild einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Spannungsteiler mit mehreren
Schiebern benutzt wird.
-
Es soll zunächst unter Bezugnahme auf Fig. i eine Vorrichtung bekannter
Bauart beschrieben werden, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. In dieser
Figur sind der Stromerzeuger und der Arbeitsmotor eines Leonardaggregates schematisch
dargestellt. Der Anker und die fremderregte Feldwicklung des Stromerzeugers sind
in dieser Figur mit G bzw. g bezeichnet, während der Anker und die fremderregte
Feldwicklung des Arbeitsmotors mit M bzw. na bezeichnet sind. Wie man sieht, ist
eine sehr vereinfachte Darstellung des Leonardaggregates gewählt, da weder der Antriebsmotor
des Aggregates noch die Erregermaschine oder die Erregermaschinen, noch die Vorrichtungen
zur Bremsung und gegebenenfalls zur Umkehrung der Drehrichtung des Motors M, noch
das Schaltbild der gewöhnlich benutzten selbsttätigen Steuerapparate mit ihren Selbstschaltern
dargestellt sind. Die Zeichnung weist nur die für das Verständnis der Regelvorrichtung
erforderlichen Organe auf. Es ist jedoch klar, daß diese Vorrichtung auch für die
Regelung eines beliebig vervollständigten und gemäß den letzten Fortschritten der
Technik verbesserten Leonardaggregates verwendet werden kann.
-
Die Feldwicklungen g des Stromerzeugers und m des Motors sind in Reihe
an die Klemmen eines Speisenetzes angeschlossen, dessen positive und negative Leitungen
mit L i bzw. L 2 bezeichnet sind. Dieses Speisenetz kann z. B. mit
einer Erregermaschine des Aggregates oder mit einer beliebigen anderen geeigneten
Gleichstromquelle verbunden sein. Ein Spannungsteiler Rla ist mit seinen Außenklemmen
a und b mit dem positiven bzw. negativen Pol des Speisenetzes L i-L
2 verbunden, während sein Schieber C mit dem den Feldwicklungen g des Stromerzeugers
und 7n des Motors gemeinsamen Punkt d verbunden ist. Die soeben beschriebene Vorrichtung
arbeitet folgendermaßen Wenn sich der Schieber C des Spannungsteilers auf der Klemme
a befindet, ist die Feldwicklung g des Stromerzeugers kurzgeschlossen, während die
Feldwicklung na des Motors unmittelbar an die Klemmen des Netzes L i-L 2 .angeschlossen
ist, so daß der Motor M voll erregt ist. Wenn daher der Stromerzeuger des Aggregates
auf seine Betriebsgeschwindigkeit gebracht wird, liefert er keine Spannung, da seine
Feldwicklung kurzgeschlossen ist, so daß der Motor 3Z stillsteht. Durch Verschiebung
des Schiebers C des Spannungsteilers Rla nach dem anderen Ende b des Widerstands
ermöglicht man die Entstehung eines wachsenden Stromes in der Feldwicklung g des
Stromerzeugers. Je nach der Stellung des Schiebers C wird die Verbindung C-d im
einen oder anderen Sinne vom Strom durchflossen. Wenn die Spannung des Stromerzeugers
ausreichend ist, läuft der Motor M mit einer Erregung an, die nahezu die Höchsterregung
ist. Nach Maßgabe der Annäherung des Schiebers C an das Ende b des Spannungsteilers
nimmt die Stromstärke in der Feldwicklung g des Stromerzeugers zu, während sie in
der Feldwicklung in des Motors abnimmt. Anders ausgedrückt, die Spannung des Stromerzeugers
G nimmt zu, während der Fluß des Motors M abnimmt, so daß die Geschwindigkeit des
Motors allmählich zunimmt. Jeder Stellung des Schiebers C entspricht somit eine
bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit des Motors M.
-
Fig. 4 und 5 zeigen die Schaubilder IIp bzw. IIc der Leistung bzw.
des Drehmoments in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit für ein Aggregat der in
Fig. i dargestellten Ausführung.
-
Bei den üblichen bekannten Systemen steigert man die Geschwindigkeit
des Arbeitsmotors der Leonardaggregate, indem man zunächst die Spannung des ihn
speisenden Stromerzeugers erhöht, so daß der Motor in dem ersten Abschnitt des auf
der Abszissenachse der Schaubilder der Fig. 4 und 5 aufgetragenen Geschwindigkeitsbereiches
N i-N2 mit konstantem Drehmoment arbeitet (s. die gestrichelte Linie C'o-C"o
in Fig. 5), d. h. seine Leistung P, welche auf dem Schaubild der Fig. 4 als Ordinate
aufgetragen ist, ist seiner Geschwindigkeit N proportional (s. die gestrichelte
Linie pi-p'o in Fig.4), worauf man zur weiteren Steigerung der Geschwindigkeit des
Motors die Erregung desselben bei konstant gehaltener Speisespannung allmählich
verringert. In diesem zweiten Abschnitt (N2-N3) des Geschwindigkeitsbereichs arbeitet
also der Motor mit einer konstanten Leistung P o (s. die gestrichelte Linie P' o-p"
o in Fig. 4), d. h. sein Drehmoment nimmt nach Maßgabe der Zunahme seiner Geschwindigkeit
ab (s. die gestrichelte Linie C" o-C i in Fig. 5). Die Kurve Ip der Leistungsänderung
des Arbeitsmotors eines Leonardaggregates in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit
hat somit gewöhnlich die Form einer gebrochenen Linie p i-P' o-p" o (Fig. 4), während
die entsprechende Kurve I c des Drehmoments die Form der gebrochenen Linie
C' o-C" o-C i (Fig. 5) aufweist.
-
Man sieht, daß bei der in Fig. i dargestellten Schaltung infolge der
Tatsache, daß das Feld des Stromerzeugers
kontinuierlich und beständig
zunimmt, während gleichzeitig das Feld des Motors abnimmt, und umgekehrt, die Betriebskennlinien
des Motors kontinuierliche Kurven sind, z. B. die Kurve IIp, die in Fig. q voll
ausgezogen dargestellt ist, für die Leistungslinie und die in Fig.5 voll ausgezogene
Kurve II c für die Drehmomentkennlinie.
-
Wenn man jedoch mit dieser bekannten Anordnung den Motor anlassen
will, wenn der Schieber C des Spannungsteilers die in Fig. i dargestellte Stellung
einnimmt, würde das Anlassen nicht bei voller Erregung des Motors erfolgen, was
ein Nachteil ist.
-
Zur Abstellung dieses Übelstandes müßte man im Augenblick des Anlassens
die volle Erregung des Motors wiederherstellen, indem man vorübergehend den Punkt
d mit dem Punkt a verbindet; dann wäre jedoch die Feldwicklung g des Stromerzeugers
kurzgeschlossen, und er könnte keine Spannung an den Motor abgeben, so daß das Anlassen
nicht erfolgen könnte.
-
Wenn man andererseits den Schieber C bis an das Ende b des Spannungsteilers
führen würde, wäre die Feldwicklung m des Motors vollständigkurzgeschlossen, und
das Feld des Motors wäre fast Null oder einfach das Remanenzfeld, so daß der Motor
durchgehen würde, was unzulässig ist.
-
Um diesen Übelständen abzuhelfen, werden erfindungsgemäß Mittel vorgesehen,
um eine Mindesterregung des Stromerzeugers bzw. des Motors zu gewährleisten, wenn
sich der Schieber an dem einen oder dem anderen Ende seines Weges befindet.
-
Eine die vorerwähnten Mittel enthaltende Ausführungsform ist in Fig.
2 dargestellt.
-
In dieser Figur findet man die gleichen Organe wie in Fig. i mit den
gleichen Bezugszeichen wieder. Die Mittel zur Erzielung einer Mindesterregung des
Stromerzeugers bzw. des Motors werden, falls sich der Schieber an dem einen oder
dem anderen Ende seines Weges befindet, durch Anschläge a i und
b i gebildet, die in der Nähe der Enden des Spannungsteilers zur Begrenzung
des Weges des Schiebers angeordnet sind.
-
Die Anordnung der Fig.2 weist noch eine Verbindung zwischen dem Ende
e der Feldwicklung m des Motors und dem in der Nähe des Punktes a auf dem Spannungsteiler
liegenden Punkt a i unter Zwischenschaltung eines Schalters Il auf, während ein
weiterer Schalter I2 in die Verbindungsleitung C-d des Schiebers des Spannungsteilers
eingeschaltet ist. Zwischen dem Ausgang d der Feldwicklung g des Stromerzeugers
und dem Eingang e der Feldwicklung m des Motors ist ein elektrisches Ventil vorgesehen.
Dieses Ventil ist so polarisiert, daß der Strom nur in der Richtung d-e fließen
kann.
-
Infolge dieser Anordnung ist es möglich, den Schieber C in der der
gewählten Betriebsgeschwindigkeit entsprechenden Stellung zu lassen und trotzdem
den Motor mit voller Erregung anzulassen. Hierfür genügt es, den mit dem Schieber
verbundenen Schalter I2 zu öffnen und den Schalter Il zu schließen. Wenn man dann
das Netz L i-L 2 unter Spannung setzt, wird die Feldwicklung m des Motors über den
Schalter Il von dem maximalen Erregerstrom durchflossen, während die Feldwicklung
g des Stromerzeugers von einem durch die Lage des Punktes a i auf dem Spannungsteiler
bestimmten Strom durchflossen wird. Das Anlassen des Motors erfolgt bei voller Erregung.
Zum Übergang auf die Betriebsgeschwindigkeit genügt die einfache Schließung des
Schalters I2 und die Öffnung des Schalters h. Man hat dann die weiter oben unter
Bezugnahme auf Fig. i erläuterten Arbeitsbedingungen. Es ist zu bemerken, daß die
Anwesenheit des Ventils S verhindert, daß der Abschnitt a i-C des Spannungsteilers
durch die etwaige gleichzeitige Schließung der Schalter Il und I2 kurzgeschlossen
wird.
-
In Fig. 3 ist ein etwas vollständigeres Schaltbild dargestellt, bei
welchem die Mittel zur Erzielung einer Mindesterregung des Stromerzeugers bzw. des
Motors, wenn sich der Schieber des Spannungsteilers an dem einen bzw. dem anderen
Ende seines Weges befindet, durch einen Widerstand Rg und einen Widerstand Rm gebildet
werden. Diese Widerstände spielen die Rolle der Abschnitte a-a i bzw. b-b i des
Spannungsteilers (Fig. 2). Sie gestatten, für den Schieber C die Gesamtheit seines
Weges längs des Widerstandsdrahtes von dem Punkt a bis zu dem Punkt
b beizubehalten und erleichtern die Eichung der Vorrichtung beträchtlich.
In Fig. 3 sieht man auch zwei Widerstände RTg und RTin, welche die Höchsterregerströme
des Stromerzeugers bzw. des Motors bestimmen.
-
Man sieht, daß, wenn sich der Schieber C in der der kleinsten Geschwindigkeit
des Motors entsprechenden Stellung am Ende a des Spannungsteilers Rh befindet, der
Strom, welcher den Schalter I2 durchfließt, um in die Feldwicklung m des Motors
zu gelangen, auch durch das Ventil S fließt, während der Strom, welcher im Augenblick
des Anlassens durch den Schalter Il fließt, unmittelbar an den Eingang
e der Feldwicklung m des Motors gelangt. Da das Ventil S einen gewissen
Eigenwiderstand hat, so ergibt sich, daß die beiden Ströme einen verschiedenen Wert
haben würden, was zu zwei verschiedenen Werten der kleinsten Geschwindigkeit des
Motors führen würde, je nachdem, ob der Schalter Il oder I2 benutzt wird. Um diesem
Übelstand abzuhelfen, ist ein Widerstand R in den Stromkreis des Schalters Il eingeschaltet
und der Ohmwert dieses Widerstandes in Abhängigkeit von dem Widerstand des elektrischen
Ventils S so bestimmt, daß man die gleiche Geschwindigkeit des Motors für die beiden
obenerwähnten Bedingungen erhält.
-
Im allgemeinen schließt man, um den größten Geschwindigkeitsbereich
zu erhalten, den Schalter Il nur während der Anlaßperiode,, während welcher der
Motor, wie erwähnt, mit voller Erregung arbeitet. Während des übrigen Betriebs ist
dann nur der Schalter I2 geschlossen.
-
Es ist noch zu bemerken, daß bei gleichzeitiger dauernder Schließung
des Schalters Il sowie des Schalters 1, die Empfindlichkeit der Geschwindigkeitsänderung
herabgesetzt wird, da dann nicht mehr gleichzeitig die Erregung des Stromerzeugers
und die des Motors beeinflußt wird, sondern der Motor die ganze Zeit mit voller
Erregung arbeitet.
-
Wenn das Leonardaggregat z. B. zum Antrieb von Werkzeugmaschinen mit
mehreren selbsttätig ablaufenden Arbeitsvorgängen bestimmt ist, ist es vor-.
teilhaft,
über mehrere verschiedene und einzeln regelbare Betriebsgeschwindigkeiten verfügen
zu können. Zu diesem Zweck kann man auf dem Spannungsteiler mehrere Schieber
C2, C3, C 4 anordnen, wie in Fig.6 dargestellt.
-
Da stets eine gewisse, wenn auch noch so kurze Zeit erforderlich ist,
um die Schalter 12, 13, I4 zu öffnen oder zu schließen, hat man, um zu vermeiden,
daß manchmal sehr erhebliche Abschnitte des Spannungsteilers während der kurzen
Augenblicke, an welchen mehrere dieser Schalter gleichzeitig geschlossen sind, kurzgeschlossen
werden können, bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel vorgesehen, daß die Verbindung
für jeden Schieber mit Hilfe von zwei elektrischen Ventilen hergestellt wird, z.
B. S2-S'2 für den Schieber C2, wobei alle Ventile gegenüber dem Speisenetz L i-L
2 in der gleichen Durchlaßrichtung angeordnet sind. Man sieht, daß bei dieser Anordnung,
selbst wenn mehrere der Schalter 12, I3, I4 sich gleichzeitig in der Schließungsstellung
befinden, der Strom nicht von einem Schieber zum anderen außerhalb des Widerstandsdrahtes
des Spannungsteilers durch die Punkte d2, d3, d4 fließen kann.
-
Im vorstehenden war angenommen, daß der Spannungsteiler durch einen
auf ein Isolierrohr aufgewickelten Widerstandsdraht gebildet wird; es ist jedoch
klar, daß man nicht den Rahmen der Erfindung verläßt, wenn man einen auf andere
Weise hergestellten Spannungsteiler benutzt, der z. B. durch einen Schieber gebildet
wird, der auf untereinander durch geeignete Widerstände verbundenen Kontaktlamellen
schleifen kann.