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Anordnung zur Regelung von Gleichstrommotoren in Leonardschaltung
Man kann Gleichstrommotoren zur Regelung ihrer Drehzahl in Leonardschaltung betreiben,
die eine Regelung von Stillstand bis zur vollen Drehzahl des Motors mit Nebenschlußverhalten
ermöglicht. Bei Maschinen großer Leistung wird aber dabei die Steuerleistung an
der Erregung des Leonardgenerators und damit auch der Steuerregler groß. Um den
Motor trotzdem mit kleineren Steuerleistungen zu steuern, kann man die Steuerleistung
zunächst auf einen Maschinenverstärker einwirken lassen, der seinerseits die Erregerwicklung
des Leonardgenerators speist. Dieser Maschinenverstärker verstärkt die ihm zugeführte
Steuerleistung auf das Mehrtausendfache, wobei eine der bekannten Bauarten, Querfeldmaschinenverstärker
oder Unsymmetriebauart, benutzt werden kann.
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Es ist bereits bekannt, bei einem Leonardantrieb den Steuergenerator
über einen Maschinenverstärker zu erregen, der in der Eingangsstufe zwei einander
entgegenwirkende Erregerwicklungen besitzt, von denen die eine (Steuerwicklung)
von einer konstanten Spannung erregt wird, während die andere (Kontrollwicklung)
über einen einstellbaren Widerstand von einer von der Drehzahl der Maschine abhängigen
Spannung gespeist wird. Beide Wicklungen werden jeweils von einem Strom gespeist,
der um ein Vielfaches größer ist, als ihn der Maschinenverstärker für sein volles
Feld benötigt. Die Steuerwicklung und die Kontrollwicklung wirken sich bei allen
Drehzahlen und Spannungen mit ihrem vollen Amperewindungsbetrag entgegen, und lediglich
die von ihnen gebildete kleine Differenz wird für die Steuerung des Maschinenverstärkers
benötigt. Die Regelung auf verschiedene Ankerspannungen des Steuergenerators erfolgt
dadurch, daß der der Kontrollwicklung vorgeschaltete
Steuerregler
auf verschiedene Widerstandswerte geregelt wird.
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Gemäß der Erfindung dient bei einer Anordnung zur Regelung von Gleichstrommotoren
in Leonardschaltung, bei der der Steuergenerator über einen Maschinenverstärker
mit zwei einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen erregt wird, von denen die
eine (Kontrollwicklung) über einen einstellbaren Widerstand von einer der Drehzahl
des Motors abhängigen Spannung gespeist wird, als einstellbarer Widerstand ein Reihenschlußmotor,
der mit einer Schwungmasse gekuppelt ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das
Beschleunigen und Verzögern der Arbeitsmotoren, d. h. das Anfahren und Bremsen,
selbsttätig vor sich geht. Außerdem ist im Kontrollkreis ein Steuerregler mit der
Abnutzung unterliegenden Kontakten vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
Die Figur zeigt einen Leonardantrieb mit dem Arbeitsmotor i, z. B. einem Fördermotor,
dessen Feld konstant erregt wird. Dieser zu regelnde Arbeitsmotor i wird von dem
Steuergenerator 2, der von einem nicht dargestellten Antriebsmotor mit gleichbleibender
Drehzahl angetrieben wird, mit regelbarer Spannung gespeist. Die Erregerwicklung
4 des Steuergenerators wird von dem Maschinenverstärker 5 gespeist, der hier in
Querfeldbauart (Amplidyne) dargestellt ist. Die Querbürsten sind kurzgeschlossen.
Von den Hauptbürsten fließt der Strom über die in der Haupt-oder Steuerachse angeordneten
Kompensationswicklung 6 zur Erregerwicklung 4 und außerdem über eine in der Querachse
liegende Reihenschlußwicklung 7, die zweckmäßig so bemessen ist, daß sie allein
das ganze Feld der Querachse zu erzeugen vermag. Dadurch ist der Verstärkungsfaktor
vergrößert, außerdem werden die Querbürsten im ausgeregelten Zustand vom Strom entlastet.
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In der Hauptachse des Maschinenverstärkers s sind ferner noch die
Steuerwicklung 8 und die Kontrollwicklung 9 angeordnet. Die Steuerwicklung 8 wird
über den Umkehrschalter io vom Gleichstro.mhilfsnetz i i, das auch die nicht näher
bezeichnete Erregerwicklung des Arbeitsmotors i speist, mit gleichbleibendem Strom
erregt. Die Kontrollwicklung 9 liegt über den reihenschlußerregten Motor 42 an den
Ankerklemmen des Steuergenerators. Der Motor 42 ist mit einer Schwungmasse 43 gekuppelt.
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Die Steuerwicklung 8 und die Kontrollwicklung 9 wirken sich entgegen
und führen jeweils Ströme, die um ein Vielfaches größer sind, als sie der Maschinenverstärker
5 für seine volle Spannung benötigt. Dabei heben sich die Steuerwicklung 8 und die
Kontrollwicklung 9 im ganzen Regelbereich gegenseitig auf, weil schon eine kleine
Differenzerregung in einem oder anderem Sinn genügt, um den Maschinenverstärker
und damit den Steuergenerator zu erregen.
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Die Kontrollwicklung 9 wird bei allen Drehzahlen mit einem nahezu
gleichbleibenden Strom gespeist. Daher muß auch der Motor 42 stets den gleichen
Strom führen und, da Feld und Anker in Reihe liegen, auch ein stets gleichbleibendes
Moment aufweisen. Dieses Moment dient, wenn von Reibungsmomenten. abgesehen wird,
lediglich zum konstanten Beschleunigen der vorhandenen Massen.
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Wenn infolge der vom Motor 42 entwickelten Gegenspannung der Strom
in diesem Stromkreis zurückgeht, bewirkt die nunmehr vorherrschende Steuerwicklung
8 eine Zunahme der Generatorspannung, und so spielt sich der Fortgang weiter ab,
d. h., der Beschleunigungsvorgang des Fördermotors ist durch den Anlaufvorgang des
Hilfsmotors 42 mit seiner Schwungmasse 43 bestimmt und kann durch dessen Drehmoment
und Masse auf beliebige Werte eingestellt werden. Ist die zulässige Geschwindigkeit
erreicht, so muß der Beschleunigungsvorgang aufhören. Zu diesem Zweck ist mit dem
Motor 42 ein besonderer Generator 44
zur Begrenzung der Geschwindigkeit gekuppelt.
Das Feld dieses Generators ist konstant erregt, und sein Anker ist über eine Sperrzelle
51 an das Gleichstromnetz i i angeschlossen. Solange die Spannung dieses
Generators kleiner ist als die gegenwirkende Gleichspannung des Netzes, verhindert
die Sperrzelle, daß im Anker Strom fließt. Sobald aber die zulässige Geschwindigkeit
erreicht ist, werden die Spannungen gleich, und eine geringe Überschreitung der
Geschwindigkeit läßt die Spannung des Generators 44 größer werden als die entgegenwirkende
Netzspannung. Die Folge davon ist, daß sich die Maschine generatorisch belastet.
Damit tritt eine Beharrungsdrehzahl ein.
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Zum Verzögern dient der Generator 46, der ebenfalls mit dem Motor
42 gekuppelt ist. Der Generator ist fremd erregt, und sein Anker wird über einen
großen Vorschaltwiderstand 47, der im wesentlichen den Strom vorschreibt, vom Netz
gespeist. Durch einen Schalter 48 kann der Ankerstromkreis geschlossen werden. Der
alsdann entstehende Strom, der durch den Vorschaltwiderstand 47 konstant gehalten
wird, erzeugt mit dem ebenfalls konstanten Feld ein konstantes Bremsmoment, das
doppelt so groß sein muß wie das vom Motor 42 entwickelte Moment. Denn einmal muß
der Generator 46 das Moment des Motors 42 aufheben, und darüber hinaus muß er noch
ein gleich großes Moment aufbringen, um die Schwungmassen 43 in der gleichen Zeit
zu verzögern, in der sie vorher durch den Motor 42 beschleunigt wurden. In dem g
Cr - am Motor leichen Maße wird nun die Spannun', 42 kleiner, und die zunächst
noch gleichbleibende Spannung des Steuergenerators drückt über die Kontrollwicklung
die Spannung des Maschinenverstärkers herab, die wiederum die Spannung des Steuergenerators
verringert, bis schließlich Fördermotor und Motor 42 in der Nähe des Stillstandes
angelangt sind. Ein Rückwärtslauf des Motors 42 und der mit ihm gekuppelten Maschinen
44 und 46 wird durch eine zum Kommutator des Generators 46 parallel geschaltete
Sperrzelle 49 verhindert. Bei Stillstand des Motors 42 arbeitet der Fördermotor
wieder mit Schleichdrehzahl und kann durch Auslösen der Bremse und Abschalten der
Steuererregung
genau an der vorgesehenen Stelle zum Halten gebracht
werden.
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Verschiedene Geschwindigkeiten können durch einen Regler 5o im Feld
des Generators 44 eingestellt werden. Bei Seilfahrt wird z. B. das Feld verstärkt,
so daß der Fördermotor nur eine kleine Geschwindigkeit erreicht. Ebenso können Beschleunigung
und Verzögerung verringert werden, wenn man die Felder im Motor 42 und im Generator
46 schwächt. Die gleichen Wirkungen können auch durch entsprechende Änderung der
Ankerspannungen erreicht werden. Auch die Schwungmassen können verändert werden,
so daß man sich leicht anderen Verhältnissen anpassen kann.
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Bei Verwendung eines solchen Hilfsaggregates aus den Maschinen 42,
44 und 46, das wegen der kleinen Erregerleistung eines Maschinenverstärkers auch
nur aus kleinen :Maschinen besteht, beschränkt sich die Betätigung durch den Maschinisten
lediglich auf das Zuschalten der Steuererregung in einem oder anderem Sinne und
auf die Betätigung des Bremsschalters 48. Diese kann durch den Förderkorb von einer
bestimmten Stelle im Schacht aus erfolgen, wobei zweckmäßig weitere Befehle so lange
gesperrt werden, bis das Hilfsaggregat zum Stillstand gekommen ist. Die Freigabe
kann dann durch den über die Sperrzelle 49 fließenden Rückstrom erfolgen.
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Mit Anordnungen der beschriebenen Art können Anlagen, wie Förderantriebe,
Walzenstraßen usw., weitgehend selbsttätig geregelt und von der Geschicklichkeit
des Bedienenden unabhängig gemacht werden.