Verfahren zum Synchronisieren und zur Verhütung des Pendelns von ein- und mehrphasigen Wechselstrom-Synchronmaschinen. Bekanntlich können kleinere elektrische Wechselstrom-Synchronmotore einfach dadurch synchronisiert werden, dass dieselben im er regten Zustand unter dem Betriebsstrom von hand so lange in eine der synchronen Dreh zahl möglichst angenäherte Umlaufsgeschwin digkeit versetzt werden, bis der Synchronis mus erreicht, beziehungsweise der Motor mit dem Betriebsstrom in Phase gekommen ist. Dieses Verfahren ist jedoch unbequem und unsicher, weil man den Versuch meist öfter wiederholen muss, bis er gelingt. Erwünscht ist daher ein Verfahren, welches sofort ein sicheres Synchronisieren sowohl von Hand, als auch selbsttätig ermöglicht.
Ein solches Verfahren bildet den Gegen stand der vorliegenden Erfindung. Es ist da durch gekennzeichnet, dass das Trägheitsmo ment der rotierenden Massen mit der Dreh zahl verändert wird.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Synchronmaschine zur Ausführung des Verfahrens unter Weglassung des mag netischen Aufbaues der Synchronmaschine veranschaulicht, und zwar beispielsweise kleine Synchronmotoren, die zum elektrischen An trieb von Uhrwerken oder dergleichen dienen können. Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel und Fig. 2 ein wagrechter Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 4 die Unteransicht der dabei angewen deten Pendel und ihrer Führung. In diesen beiden Fällen erfolgt das Anschnellen des Synchronmotors von Hand. Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel im senkrechten und wagrechten Teilschnitt, bei dein die Synchronisierpendel zum Selbstanlassen den Anlassschalter und zugleich ein Uhrwerk steuern.
Fig. 7 und 8 zeigen ein viertes Beispiel im senkrechten Teilschnitt und in Unteransicht auf die Pen del, zum Anlassen von Hand, während Fig. 9 und 10 eine andere Ausbildung des Anschnell- Elektromagneten im senkrechten Teilschnitt und in Oberansicht darstellen.
Zur Ausführung des Verfahrens können zum Beispiel Fliehkraftpendel dienen, wie bei Geschwindigkeitsreglern allgemein im Ge brauch. Diese Pendel, im folgenden als Syn- chronisierpendel bezeichnet, können zugleich für andere Arbeitsvorgänge Anwendung finden, z. B. zum Selbstanlassen, zur Steuerung des Schalters vom Anlassmotor usw.
Die Synchronisierpendel a in Fig. 1 und 5 bewegen sich unter dem Einfluss der Flieh kraft um die Lagerzapfen b in einer durch die Drehachse gehenden Ebene; die Pendel a' nach Fig. 3 und 4 besitzen nicht, wie bei Fig. 1 und 5 Kugelform, sondern stellen wegen Raumersparnis Ausschnitte aus einer Kreisscheibe dar, die aus demselben Grunde ohne einen Schaft sich nur auf Gleitflächen senkrecht zur Achse bewegen und sich nicht wie bei Fig. 1 und 5 durch ihr Eigengewicht, sondern durch Federkraft mit der Fliehkraft im Gleichgewicht halten.
Ein weiteres Beispiel zeigen Fig. 7 und B. Die Synchronisierpendel a2 sind in Fig. 8 in Ansicht von unten dargestellt und an der untern Fläche des scheibenförmigen Läufers c des Synchronmotors um die Lagerzapfen be ziehungsweise Schraubenbolzen d drehbar an geordnet. Zufolge der dargestellten Anordnung bewegen sie sich unter der Einwirkung der Kräfte in einer zur Drehachse senkrechten Ebene. Durch diese Anordnung kommen nicht nur die durch die Drehung bedingten Flieh kräfte, sondern auch die aus der Bewegung und der Trägheit der Synchronisierpendel a2 resultierenden Kräfte in derselben Richtung wie die Fliehkräfte zur Wirkung, die dem gemäss vergrössert wird.
Wird der Läufer eines ein- oder mehr- phasigen Synchronmotors oder Generators mit einem der in Fig. 1, 3, 4, 5, 7 und 8 dar gestellten Synchronisierpendel a, a' und a2 versehen, so genügt es, ihn im erregten Zu stand, sei es von Hand oder durch eine moto rische Kraft, auf eine Drehzahl zu bringen, die nicht kleiner als die synchrone ist. Das Einspringen in die Phase erfolgt hierauf durch die Wirkung der Synchronisierpendel von selbst, ebenso wird durch sie zugleich ein Pen deln und Aussertrittfallen verhindert. Bei kleineren Synchronmotoren, z.
B. solchen für den Antrieb von Uhrwerken, kann das An schnellen des Motors von Hand bequem durch die in Fig. 1, 2 und 7 gekennzeichneten Vor richtungen erfolgen, und zwar laut Fig. 1 und 2 dadurch, dass die Sperrklinke e samt dem zugehörigen Beharrungs- und Fliehkraft pendel f, die auf der Büchse g mit dem Daumen h angeordnet sind, durch den zweiten Daumen h' mittelst des geriffelten Knopfes i gegen den ersten Daumen h so lange gedrückt wird, bis die beiden Daumen infolge ihrer Kreisbewegungen ausser Eingriff gelangen und die Büchse g samt der Sperrklinke e und dem Pendel f durch die gleichzeitig gespannte Feder k zurückschnellt,
wobei die Sperrklinke e durch die Trägheit und die Fliehkraft des Pendels f zum Eingriff in das mit dem Läu fer c fest verbundene Sperrad l gezwungen und der letztere samt den Synchronisierpen- deln a in Drehung versetzt wird. Die Sperr klinke wird durch die Trägheit des Pendels f' in dem Augenblick mit dem Sperrad l ausser Eingriff gebracht, wo der Daumen h beim Zurückschnellen der Feder k gegen den An schlagstift m stösst. Bei der Handanwurfvor richtung laut Fig. 7 wird die Drehung des geriffelten Knopfes i' von Hand durch die bei den Zahnräder n und n' unmittelbar über die Klinke e mit dem nicht sichtbaren Pendel f auf den Läufer c übertragen.
Zum Zweck des Selbstanlassens eines Synchronmotors können die Synchronisierpen- del a gemäss Fig. 5 mit einer Gleithülse o verbunden sein, durch die mittelst des Kon takthebels p der Schalter für eine elektro magnetische Anwurfvorrichtung und andere Einrichtungen gesteuert werden können, in dem zum Beispiel nach Fig. 5 die Unruhe z eines Uhrwerkes gesperrt und freigegeben wird, das bei einem elektrischen Uhrenantrieb für die Zeit einer Störung im elektrischen Antrieb den Betrieb des Zeigerwerkes über nimmt. Im Schaltschema Fig. 5 sind die An schlussklemmen des Betriebswechselstromes mit iv und iv und die Wicklung des Syn chronmotors mit<I>x</I> bezeichnet, während<I>y</I> und y' Schmelzeinsätze bezeichnen.
Die elektro magnetische Anwurfvorrichtungkarm in diesem Fall gemäss Fig. 5 und 6 aus einem Elektro magneten q bestehen, dessen Anker r seine Anziehungskraft über den Hebel s durch die bei dem Handanwurf bereits beschriebene Klinke e samt Pendel f und das Sperrad l auf den Läufer c überträgt. Zur Inbetrieb setzung des Synchronmotors genügt in der Regel eine einmalige Bewegung des Ankers r; sie kann jedoch durch Anbringung einer vom letzteren gesteuerten Kontaktvorrichtung, die beim angezogenen Anker unterbricht und in der ausgeschwungenen Lage den Strom wieder schliesst, in eine periodisch schwingende umgewandelt werden, die so lange dauert, als der Strom durch den Kontakthebel p ge schlossen ist.
Ein anderes Beispiel der elektromagneti schen Anwurfsvorrichtung zeigen Fig. 9 und 10. Auf einem um die Achse t symmetrisch angeordneten zweiflügeligen Anker r' sind die Klinke e und ein sie zum Beispiel durch seine Trägheit steuerndes Pendel f' unmittelbar angeordnet, wodurch nicht nur die mechani schen Übertragungswiderstände zwischen dem Elektromagnetanker r' und der Klinke e ver mieden, sondern infolge des kurzen magneti- sehen Kraftlinienflusses zwischen den beiden Polen u und u' des Elektromagneten v durch den Anker r' eine nur geringe magnetische Streuung und demzufolge eine sehr kräftige Wirkung des Magneten erzielt wird.
Bei grösseren Synchronmotoren, deren An wurf nicht mehr durch eine der gezeichneten elektromagnetischen Anwurfvorrichtungen be wältigt werden kann, empfiehlt es sich, einen der bekannten mit Belastung anlaufenden Wechselstrommotore, z. B. einen Kommuta tormotor mit Hauptstrom-Feldbewicklung, an zuwenden.
Die erläuterten Synchronisierpendel kön nen auch bei grösseren Synchrongeneratoren und Motoren zur Verhütung des Pendelns und Aussertrittfallens Anwendung finden, bei denen man die Synchronisierung mit den hierzu allgemein üblichen Mitteln, wie Pha senvoltmeter, Phasenlampen usw., bewirken will, wobei auch in diesem Falle die Pendel beim Synchronisieren mitwirken.
Method for synchronizing and preventing oscillation of single and multi-phase AC synchronous machines. As is well known, smaller electric AC synchronous motors can be synchronized simply by setting them in the excited state under the operating current by hand in a rotational speed that is as close as possible to the synchronous speed until the synchronism is reached, or the motor with the operating current has come into phase. However, this procedure is inconvenient and unsafe because you usually have to repeat the experiment more often before it succeeds. What is desired is a method which immediately enables reliable synchronization, both manually and automatically.
Such a method forms the subject of the present invention. It is characterized by the fact that the moment of inertia of the rotating masses changes with the speed.
In the drawing, Ausführungsbei are games of the synchronous machine to perform the method, omitting the magnetic structure of the synchronous machine, for example, small synchronous motors that can be used to drive clockworks or the like. Fig. 1 is a vertical section through an embodiment and Fig. 2 is a horizontal section along line 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 is a vertical section through a second embodiment and Fig. 4 is the bottom view of the pendulum and applied thereby their leadership. In both of these cases, the synchronous motor is accelerated by hand. 5 and 6 show an example in vertical and horizontal partial section, in which the synchronizing pendulum controls the starter switch and a clockwork at the same time for self-starting.
7 and 8 show a fourth example in vertical partial section and in a bottom view of the Pen del, for starting by hand, while Fig. 9 and 10 show another embodiment of the snap-on electromagnet in vertical partial section and in top view.
For example, centrifugal pendulums can be used to carry out the method, as is generally used with speed regulators. These pendulums, hereinafter referred to as synchronizing pendulums, can also be used for other work processes, e.g. B. for self-starting, to control the switch of the starter engine, etc.
The synchronizing pendulum a in Fig. 1 and 5 move under the influence of centrifugal force around the bearing pin b in a plane passing through the axis of rotation; The pendulums a 'according to FIGS. 3 and 4 do not have a spherical shape, as in FIGS. 1 and 5, but represent sections of a circular disk to save space, which for the same reason only move on sliding surfaces perpendicular to the axis and do not move without a shaft as in Fig. 1 and 5 by their own weight, but keep in balance with the centrifugal force by spring force.
Another example is shown in Fig. 7 and B. The synchronizing pendulum a2 are shown in Fig. 8 in a view from below and on the lower surface of the disc-shaped rotor c of the synchronous motor around the bearing pin be or screw bolts d rotatably arranged. As a result of the arrangement shown, they move under the action of the forces in a plane perpendicular to the axis of rotation. With this arrangement, not only the centrifugal forces caused by the rotation, but also the forces resulting from the movement and inertia of the synchronizing pendulum a2 come into effect in the same direction as the centrifugal forces, which is increased accordingly.
If the rotor of a single- or multi-phase synchronous motor or generator is provided with one of the synchronizing pendulums a, a 'and a2 shown in FIGS. 1, 3, 4, 5, 7 and 8, it is sufficient to have it in the excited state be it by hand or by a motor force, to bring it to a speed that is not less than the synchronous speed. The stepping into the phase then takes place automatically by the action of the synchronizing pendulum, which also prevents pendulum swings and falling out of the way. With smaller synchronous motors, e.g.
B. those for driving clockworks, the fast to the motor can easily be done by hand through the devices marked in Fig. 1, 2 and 7, according to Fig. 1 and 2 in that the pawl e together with the associated The inertia and centrifugal force pendulum f, which are arranged on the sleeve g with the thumb h, is pressed by the second thumb h 'by means of the fluted button i against the first thumb h until the two thumbs disengage due to their circular movements and the sleeve g together with the pawl e and the pendulum f snap back by the spring k, which is tensioned at the same time,
whereby the pawl e forced by the inertia and centrifugal force of the pendulum f to engage in the ratchet wheel l firmly connected to the rotor c and the latter together with the synchronizing pendulums a is set in rotation. The pawl is disengaged by the inertia of the pendulum f 'at the moment with the ratchet wheel l, where the thumb h hits against the stop pin m when the spring k snaps back. In the Handanwurfvor direction according to FIG. 7, the rotation of the corrugated button i 'is transmitted by hand by the gear wheels n and n' directly via the pawl e with the non-visible pendulum f on the rotor c.
For the purpose of self-starting a synchronous motor, the synchronizing pendulum a according to FIG. 5 can be connected to a sliding sleeve o through which the switch for an electro-magnetic throwing device and other devices can be controlled by means of the contact lever p, in which, for example, according to FIG 5 the unrest z of a clockwork is blocked and released, which takes over the operation of the pointer mechanism for an electrical clock drive for the time of a fault in the electrical drive. In the circuit diagram of FIG. 5, the connection terminals of the operating alternating current are denoted by iv and iv and the winding of the synchronous motor is denoted by <I> x </I>, while <I> y </I> and y 'denote fusible links.
The electro-magnetic throwing device arm in this case as shown in FIGS. 5 and 6 consist of an electric magnet q, the armature r of which transfers its force of attraction via the lever s through the pawl e already described in the manual throw, including the pendulum f and the ratchet wheel l on the rotor c . A single movement of the armature r is usually sufficient to start up the synchronous motor; However, it can be converted into a periodically oscillating one that lasts as long as the current through the contact lever p is closed by attaching a contact device controlled by the latter, which interrupts when the armature is attracted and closes the current again in the swung-out position.
Another example of the electromagnetic launching device is shown in FIGS. 9 and 10. The pawl e and a pendulum f 'that controls it, for example through its inertia, are arranged directly on a two-winged armature r' symmetrically arranged about the axis t, whereby not only the mechani rule transmission resistances between the electromagnet armature r 'and the pawl e avoided, but as a result of the short magnetic line of force flow between the two poles u and u' of the electromagnet v through the armature r 'only a small magnetic scattering and therefore a very powerful effect of the Magnet is achieved.
For larger synchronous motors whose litter can no longer be mastered by one of the drawn electromagnetic launching devices, it is recommended that one of the known AC motors starting with load, eg. B. to apply a commutation tormotor with main current field winding.
The explained synchronizing pendulums can also be used in larger synchronous generators and motors to prevent swaying and falling out of step, in which the synchronization is to be effected with the usual means such as phase voltmeters, phase lamps, etc., in which case the pendulum is also used participate in the synchronization.