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Widetstandsregelung.
Bei dem Anlassen von Elektromotoren mit Vorschaltwiderstand ist es seit langem bekannt, dass für eine möglichst grosse Anfahrbeschleunigung eine möglichst kontinuierliche Widerstandsver- änderung wünschenswert ist. Aus diesem Grunde sind Versuche mit Flüssigkeitswiderständen gemacht worden, die eine vollständig stufenlose Änderung zulassen. Diese Art von Widerständen hat sich jedoch insbesondere bei ortsbeweglichen Anlagen nicht bewährt. Man hat daher versucht, mit einzelnen Widerständen abgestufte Widerstandsänderungen vorzunehmen, wobei eine möglichst grosse Stufenzahl mit einer geringen Anzahl von Elementen erreicht werden sollte.
So sind beispielsweise mit einzelnen Grobstufenwiderständen der Reihe nach Feinstufenwiderstände in Reihe geschaltet worden, wobei nach Erschöpfung des Regelbereiches des Feinwiderstandes an dessen Stelle ein annähernd gleichwertiger Grobwiderstand eingeschaltet wurde. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, dass sich verhältnismässig komplizierte Schalteinrichtungen ergeben sowie dass in den meisten Fällen vorübergehende Unterbrechungen des Stromkreises und unerwünschte Sprünge insbesondere beim Übergang von Fein-auf Grobwiderstand nicht zu vermeiden sind.
In vorteilhafter Weise kann, wie bereits bekannt ist, mit einer geringen Anzahl von Grob-und Feinwiderständen eine sehr günstige Regelung dadurch erzielt werden, dass ein und derselbe Feinwiderstand der Reihe nach verschiedenen Grobstufenwiderständen parallel geschaltet wird, wobei das Zu-und Abschalten immer bei annähernd unendlich grossen bzw. unendlich kleinen Widerstandswerten erfolgt. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Hiebei sind mit 1, 2 und 3 drei Grobwiderstände bezeichnet, zu denen mit Hilfe zweier Umschalter 5 und 6 ein abgestufter Feinwiderstand 4 parallel geschaltet werden kann.
Beim Anfahren des Motors, wobei es sieh also darum handelt, den Widerstand möglichst fein abgestuft zu verkleinern, wird der Widerstand 4 in offener Stellung, also mit unendlich grossem Widerstandswert, zunächst dem Widerstand 1 parallel geschaltet und sodann dieser Widerstand stufenweise verringert, bis endlich als letzte Stufe ein Kurzschluss des Widerstandes 1 etwa an einem diesem parallel geschalteten Schalter 7 erfolgt. Infolge dieser Überbrückung kann der Widerstand 4 nunmehr ohne jede Unterbrechung des Stromkreises wieder geöffnet und dem Widerstand 2 parallel geschaltet werden, worauf in gleicher Weise eine stufenweise Verkleinerung des Widerstandes 4 erfolgt. Dasselbe wiederholt sich beim Widerstand') sowie bei einer beliebigen Anzahl etwa vorhandener Widerstände.
In der angegebenen Weise kann mit einer geringen Anzahl von Schaltelementen eine feinstufige Widerstandsänderung durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der im vorstehenden beschriebenen Anordnung. Gemäss der Erfindung werden die einzelnen Grobwiderstandsstufen mit verschiedenen Widerstandswerten ausgeführt und so abgestuft, dass die gesamte Widerstandsveränderung der Masehineneharakteristik angepasst ist.
Gemäss der weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die einzelnen Widerstandsstufen des Feinwiderstandes ebenfalls so bemessen, dass sie der geforderten Charakteristik der anzulassenden Maschine angepasst sind. Durch die Ausbildung der Widerstandsregelung gemäss der Erfindung wird ein sehr bedeutender technischer Fortschritt erzielt. Dieser Fortschritt besteht darin, dass bei Regelung bzw. beim Anlassen der Maschinen keine übermässig grossen Stromspitzen auftreten. Infolge der weitgehenden Anpassung der Widerstände an die Maschinencharakteristik kann auch eine erhebliche Verringerung der Schaltstufen erzielt werden.
Die Ermittlung der Abstufung der einzelnen Widerstände erfolgt hiebei am besten graphisch, da nach der in Fig. 3 gezeichneten Konstruktion eine einfache Bestimmung der für einen gewünschten
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Kombinationswiderstand erforderlichen Widerstandselemente möglich ist. Wenn die beiden rechts und links gezeichneten vertikalen Abschnitte die Grösse der einzelnen Kombinationswiderstände ergeben, so ergibt der in der Mitte bis zum Schnittpunkt der Verbindungslinien gezeichnete Abschnitt die Grösse des wirksamen Kombinationswiderstandes.
Wenn also der rechts gezeichnete Abschnitt als der vorhandene Grobwiderstand 1 angesehen wird und der in der Mitte gezeichnete Abschnitt den beabsichtigten Gesamtwiderstand le1 andeutet, so lässt sieh auf diese Weise konstruktiv der erforderliche
Parallelwiderstand 4 (als der links gezeichnete-Abschnitt) leicht ermitteln.
Die Anwendung dieser Widerstandsermittlung für einen praktischen Fall ist an Hand der Fig. 4 angedeutet. Hierin entspricht die Linie a der Motoreharakteristik, d. h. also demjenigen Verlauf des Widerstandes, der für eine grösstmögliche Anfahrbeschleunigung ohne tberschreitllng bestimmter
Stromwerte erforderlich ist. Diese Charakteristik ist hiebei der Zahl der verwendeten Grobwiderstände entsprechend in mehrere (hier drei) Abschnitte 1, 2,. 3 unterteilt, etwa in der Weise, dass die Abschnitte auf der Abszissenachse 1', 2',. 3' untereinander gleich gross sind.
Für die Bestimmung der Widerstandsabschnitte des Parallelwiderstandes 4 ist hiebei der mittlere Abschnitt b-e der Charakteristik a herausgegriffen, da auf diese Weise der Fehler bei der Anwendung desselben Parallelwiderstandes in den beiden benachbarten Abschnitten möglichst klein bleibt. Der mittlere Teil der Charakteristik wird zur Bestimmung der Widerstandsabschnitte seinerseits in eine Zahl von Teilabschnitten zerlegt, die der Stufenzahl des Parallelwiderstandes 4 entspricht. Hiebei empfiehlt es sich in dem vorliegenden Fall, in dem die Charakteristik ähnlich einer logarithmischen Linie verläuft, die Unterteilung so zu wählen, dass die Ordinatenabschnitte sich wie die Logarithmen der Ordnungszahl der Abschnitte verhalten.
Es entspricht also hiebei die Ordinate des oberen Endpunktes e des Teilabschnittes der Charakteristik dem eingeschalteten Gesamtwiderstand, bestehend aus dem ersten und zweiten Teil, während die Ordinaten der einzelnen herausgegriffenen Punkte der Charakteristik ein Mass für den in den einzelnen Abstufungen erforderlichen wirksamen Gesamtwiderstand darstellen. Da der erste Grobwiderstand 1 hiebei mit der aus den Widerständen 2 und 4 gebildeten Gruppe in Reihe geschaltet ist, entspricht derjenige Teil der Ordinaten oberhalb einer durch den Punkt b gelegten Horizontalen dem erforderlichen Gesamtwiderstand der Gruppe 2 und 4.
Der hiezu erforderliche Wert des Parallelwiderstandes 4 lässt sich nach der in Fig. 3 erläuterten Konstruktion dadurch ermitteln, dass die einzelnen herausgegriffenen Punkte der Charakteristik horizontal auf eine durch die Punkte t, e gezogene gerade Linie g projiziert werden. worauf durch die so entstandenen Schnittpunkt von dem Punkt d aus, das ist dem Schnittpunkt, der durch die beiden Endpunkte des mittleren Abschnittes bund e gelegte Ordinaten und Abszissen, Strahlen bis zum Schnittpunkt mit der durch den Punkt t gelegten Vertikalen gezogen werden. Die einzelnen Abschnitte auf dieser Vertikalen vom Punkt t aufwärts geben die Werte der erforderlichen Parallelwiderstände an.
Wenn man hierauf die wirksamen Widerstände ermittelt, die sich unter Parallelschaltung eines derart abgestuften Widerstandes 4 zu den Abschnitten 1 und 3 ergeben, so zeigt sieh, dass diese nur sehr wenig von der Charakteristik a abweichen. Es kann jedaeh nachträglieh die Abstufung ohne weiteres noch etwas korrigiert werden, so dass in allen drei Abschnitten die mittlere Abweichung von der beabsichtigten Charakteristik möglichst gering ist. Die Steuerung der einzelnen Widerstandsabschnitte kann in beliebiger Weise durch Hebelschalter, Umsehalter, Kurzsehlusssehalter und einen an den Widerstandsanzapfungen entlang geschalteten Widerstandskontakt bewirkt werden, wobei die einzelnen Schaltelemente zweckmässig von einer gemeinsamen Schaltwalze in der erforderlichen Reihenfolge betätigt werden.
In Fig. 2 ist eine schematische Anordnung dargestellt, für eine Ausführung, bei der die Schaltung der Grobwiderstände mit Hilfe einer Schaltwalze erfolgt, während die Feinwiderstände an einem Kollektor geregelt werden, der in der Weise mit der Schaltwalze gekuppelt ist, dass nach jeder Kollektorumdrehung die Schaltwalze um eine Stufe weitergeschaltet wird.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise nicht bloss die Regelung eines Widerstandes für das Anlassen eines Motors, sondern auch eine Widerstandsregelung beim Bremsen, bei der Feldregelung von elektrischen Maschinen sowie bei Messbrücken und ähnlichem in der angegebenen Weise durchgeführt werden.
Ebenso ist die Anwendung der Widerstandsregelung nicht auf Gleiehstromkreise beschränkt, sondern kann auch für Wechselstrom, Drehstrom und auch pulsierenden Strom von Vorteil sein. Je nach der in dem Einzelfall erforderlichen Widerstands charakteristik kann es auch zweckmässig sein, anschliessend an eine Gruppe von Grobwiderständen mit gemeinsamem Feinwiderstand eine weitere Gruppe von Grobwiderständen mit besonderem, diesen angepasstem Feinwiderstand zu verwenden. Unter Umständen wird die beabsichtigte Charakteristik noch besser dadurch eingehalten werden können, dass bei der Parallelschaltung des für eine bestimmte Grobwiderstandsstufe bemessenen Feinwiderstandes zu einem der benachbarten Grobwiderstände zu dem Feinwiderstand noch besondere dem entsprechenden Grobwiderstand zugeordnete Widerstandsteile in Reihe oder parallel geschaltet werden.
Es ist nun allerdings nicht ausgeschlossen, dass bei der Umschaltung zwischen den einzelnen Feinstufen doch noch plötzliche Widerstandsänderungen entstehen, denen jedesmal Stromspitzen entsprechen, die erst allmählich abklingen. Nach der Erfindung können diese Stromspitzen erheblich
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abgedämpft werden, indem in die beiden parallel geschalteten Widerstandskreise eine Doppeldrossel eingeschaltet wird.
Ein Ausführungsbeispiel hiefür ist in Fig. 5 dargestellt. : Mit 1, 2,.) sind wie in Fig. 1 die Grobwiderstände, mit 4 der Feinwiderstand bezeichnet, der durch die Umschalter 5 und 6 zu den einzelnen Grobwiderständen parallel geschaltet werden kann. Parallel zu letzteren liegen Kurzsehlusssehalter 7.
Mit 8 sind Doppeldrosselspulen bezeichnet, deren beide Zweige in die Zuführungsleitung zu den Grobwiderständen einerseits und zum Umschalter 6 anderseits gelegt und deren Mitten an den Umschalter 5 anzuschliessen sind. Die Arbeitsweise entspricht genau derjenigen der Schaltung nach Fig. 1, jedoch ergibt sich jetzt durch die Verkettung der entsprechenden Kreise beim Einschalten eine Drosselwirkung, durch die die Einschaltstösse ganz erheblich gedämpft werden. Es ist also auf diese Weise der Stromverlauf wesentlich gleichmässiger gestaltet, was einer weiteren Verfeinerung in der Abstufung gleichkommt.
Eine Vereinfachung kann noch dadurch erreicht werden, dass für sämtliche Grobwiderstände eine einzige Doppeldrossel verwendet wird. Ein Ausführungsbeispiel hiefiir zeigt Fig. 6. Hiebei ist die Drossel 8 einerseits an den Feinwiderstand 4 angeschlossen, ihre Mittelanzapfung und ihr anderes Ende liegen an zwei Sammelleitungen 9 und 10, die an die verschiedenen Enden der Grobwiderstände 1,
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der Sammelleitung 9 die Schalter , . 3 und 16 verbunden. Die Schalter 12 und 13 sind als Umschalter ausgebildet, durch die es ermöglicht wird, den zugehiirigen Widerstand bzw.- entweder mit der Sammelleitung 10 oder mit dem benachbarten Widerstandsanschluss zu verbinden.
Wenn sämtliche Widerstände eingeschaltet sind und der Widerstandswert stufenweise ver- ringert werden soll, so sind zunächst die Schalter 11 und 14 geschlossen, so dass die beiden Widerstände 1 und 2 miteinander verbunden sind, während die Umschalter und 1 die Verbindung mit dem Wider- stand 3 und der zugehörigen Leitung herstellen. Sodann wird die erste Anzapfung am Widerstand 4 geschlossen und dadurch der Widerstand 1 mit seinem vollen Wert dem Widerstand 1 parallel geschaltet ; hierauf wird stufenweise an dem Widerstand 4 weitergeschaltet, bis der Widerstand 1 an dem zugehörigen Schalter 7 kurzgeschlossen wird. Hierauf wird der Schalter 14 geöffnet, der Schalter 15 ge- schlossen und der Umschalter 12 auf die Sammelleitung 10 umgeschaltet.
Hiedurch ist die Verbindung zwischen den Widerständen'und,, über die eine Hälfte der Doppeldrossel geführt, worauf der Widerstand 4 wieder in gleicher Weise stufenweise verringert wird. Sodann wird der Widerstand 2 an dem entsprechenden Schalter 7 kurzgeschlossen und der Schalter ?. ? geöffnet, der Schalter 16 geschlossen und durch Umlegen des Umschalters-M die Drosselspule auf den Widerstand. 3 umgeschaltet, worauf durch stufenweises Kurzschliessen des Widerstandes 4 auch der Widerstand 3 allmählich überbrückt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Widerstandsregelung für elektrische Maschinen und Apparate, insbesondere für das Anlassen von Elektromotoren, bestehend aus einem Grobwiderstand, zu dem ein Feinwiderstand bei annähernd unendlich grossen bzw. unendlich kleinen Widerstandswerten parallel geschaltet bzw. wieder abgeschaltet und seinerseits während der Parallelschaltung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Grobwiderstandsstufen verschiedene Widerstandswerte haben und so abgestuft sind, dass die gesamte Widerstandsveränderung der Masehineneharakteristik angepasst ist.