DE151014C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

In solchen Anlagen, bei welchen, wie z. B. im Fördermaschinenbetrieb, das Anlassen, die Arbeit und der Stillstand des Antriebsmotors periodisch wechseln, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten insofern, als die Beanspruchung der Krafterzeugungsstation eine sehr ungleichmäßige ist. Es steht in solchen Fällen ein großer Kraftverbrauch beim Anlassen einer geringen Leistung während der

ίο Betriebsperiode und der Leistung Null während der Ruhepause gegenüber, so daß die Antriebsmaschine mit außerordentlich stark wechselnder Leistung in Anspruch genommen wird, während es, wie bekannt, erwünscht ist, die Primäranlage mit einer möglichst gleichmäßigen Belastung dauernd zu beanspruchen. Um diesen Zweck in den besprochenen Fällen zu erreichen, sind eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden. Man hat beispiels weise Akkumulatorenbatterien angeordnet und die Einrichtung derart getroffen, daß die Batterie während der Ruhepause des Antriebes geladen wird und beim Anlassen die Primärmaschine in der Kraftlieferung unterstützt.

Ganz abgesehen davon, daß die Anwendung derartiger Pufferbatterien sich naturgemäß auf Gleichstromanlagen beschränken muß, sind die Anschaffungs- und Unterhaltungskosten solcher Batterien sehr' beträchtlich.

Man hat weiterhin versucht, eine Kraftaufspeicherung und -Abgabe, wie sie von einer Batterie dargeboten wird, auf rein mechanischem Wege durch Aufstellung sogenannter Puffermaschinen zu erreichen. Diese mit großen'Schwungmassen versehenen Maschinen sollen während der Ruhepausen des Antriebes Energie in ihrer Schwungmasse aufspeichern und dieselbe während der Anlaßperiode wieder abgeben. Dieser Weg ist zuerst bei elektrischen Bahnanlagen eingeschlagen worden. Z. B. hat Kapp im Jahre 1893 gelegentlich einer Diskussion im Anschluß an einen Vortrag von Hopkins on über elektrische Bahnen die Anwendung von Puffermaschinen in solchen Anlagen befürwortet (siehe »Minutes of proceedings of the institution of civil engineers, Vol. 112, 1893« und »Ε. T. Z. 1898, S. 294«).

• In gleicher Richtung bewegt ' sich die deutsche Patentschrift 138387. Diese bezieht sich auf elektrisch betriebene Förderanlagen und betrifft eine Einrichtung, um in solchen Anlagen einen Kraftausgleich zu erzielen. Es wird dabei der Fördermotor mittelbar durch eine von der Hauptstromquelle betriebene, mit einer Schwungmasse versehene, Leonard'sehe Motordynamo gespeist, wobei in bekannter Weise die dem Fördermotor zugeführte Spannung durch Änderung der Erregung des stromgebenden Teiles der Motordynamo geregelt werden kann. Es soll also während der Anlaßperiode die in der Schwungmasse der Motordynamo aufgespeicherte Energie zur Beschleunigung des Triebwerkes beitragen, und andererseits soll während der Ruhepausen die nun überflüssige Kraftleistung der Hauptmaschine in der Schwungmasse der Motordynamo aufgespeichert

werden. Dieses Verfahren ist zwar für jedes / Stromsystem brauchbar, hat aber den Nach- - teil, daß zur Erreichung des angestrebten Zweckes sehr große Schwungmassen oder künstliche Regulierungsmethoden benutzt werden müssen, da der Tourenabfall der Motordynamo nur ein verhältnismäßig geringer sein kann.

Ein anderer Vorschlag ist in Patentschrift

ίο 129553 niedergelegt und betrifft eine Einrichtung zum Ausgleich der Belastungsschwankungen in Gleichstromnetzen vermittels einer Puffermaschine, deren Anker parallel zum Netz geschaltet ist und deren Feldwickelung vom Netzstrom erregt wird, so daß die Feldstärke je nach der Belastung steigt oder fällt. Dieses Verfahren ist nur für Gleichstromnetze verwendbar und wird bei seiner Anwendung auf Förderanlagen aus dem Grunde versagen, weil infolge der Abhängigkeit der Erregung vom Netzstrom beträchtliche Stromschwankungen mit den damit verknüpften Nachteilen sich nicht vermeiden lassen werden. Derselbe Gedanke liegt den in den deutschen Patentschriften 132927 und 131945 beschriebenen Einrichtungen zugrunde.

All diesen Vorschlägen ist ein gemeinsames Kennzeichen eigentümlich, nämlich daß die Puffermaschine an einer nahezu konstanten Spannung liegt. Wie leicht ersichtlich, ist also die Schwungmasse nicht vollkommen frei beweglich und kann die in ihr aufgespeicherte Energie nicht beliebig weit, gegebenenfalls bis auf den Betrag Null, entladen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung zum Anlassen und zum Betriebe von periodisch arbeitenden elektrischen Antrieben, bei welcher die Schwankungen der Stromentnahme durch eine vollständig frei bewegliche Puffermaschine in einem praktisch ausreichenden Grade ausgeglichen werden, wobei die in den Schwungmassen aufge-. speicherte Energie gegebenenfalls vollständig,

d. h. bis zu dem Betrage, welcher der Geschwindigkeit Null der Puffermaschine entspricht, ausgenutzt, jedenfalls aber bis zu einer Grenze fortgesetzt werden kann, welche sich bei den bisher. bekannten Anordnungen nicht erreichen läßt. Die Neuerung bietet weiterhin den Vorteil, daß keinerlei Störungen eintreten können, auch wenn die Schwungmasse vollständig entladen ist, indem in diesem Falle der Arbeitsmotor einfach langsam läuft.

Die Erfindung eignet sich sowohl für den Betrieb von Förderanlagen wie von Walzenstraßen, wie überhaupt für alle Betriebe, welche periodisch arbeiten.

Das Wesen der Erfindung soll an einer elektrischen Förderanlage näher erläutert werden. Das Anlassen .des Fördermotors geschieht in bekannter Weise entweder mit Hilfe eines im Hauptstromkreis liegenden Anlaßwiderstandes oder mittels eines regulierbaren Anlaßumformers, ein Fall, der hier zunächst betrachtet werden soll.

Es bedeutet in Fig. 1 D den Motor, G den Generator des Umformers, P den Anker einer Puffermaschine, die mit der Schwungmasse 5 ausgerüstet ist. Die Puffermaschine ist mit dem Generator G hintereinandergeschaltet und der Fördermotor M erhält von dem Generator G und der Puffermaschine P Strom, wenn der Umschalter U auf dem Kontakt 2 steht, während der Generator G auf die Puffermaschine arbeitet, wenn der Umschalter U Stellung 1 einnimmt. Widerstände R¹ und i?² gestatten, die Feldstärke des Generators G und der Puffermaschine P zu regulieren. Es sei zunächst angenommen, daß der Fördermotor M sich in Ruhe befindet. Es wird dann von dem Umformer Strom in die Puffermaschine P geschickt, indem der Umschalter U auf den Kontakt 1 gestellt wird. Indem man mit der Erregung des Generators G durch allmähliches Kurzschließen von R₁ in die Höhe, mit der Erregung der Puffermaschine P durch Einschalten von Widerstand in jR₂ heruntergeht, wird die Puffermaschine ihre Geschwindigkeit erhöhen und die Schwungmasse S geladen. Ist die Ladung beendet, d. h. hat die Schwungmasse einen bestimmten Energiebetrag in sich aufgespeichert und soll nun der Motor M anlaufen, so wird durch Aus-Schaltung der Erregungen R₁ und R.₂ das System stromlos gemacht und darauf der Umschalter U auf den Kontakt 2 gestellt. Durch langsames Erhöhen der Erregung des Umformers wird allmählich die Spannung an dem Motor M erhöht, so daß derselbe anläuft. Ist der Generator G voll erregt, so wird nunmehr die Erregung der Puffermaschine erhöht, so daß diese nunmehr zusätzliche Spannung erzeugt. Natürlich muß die Erregung der Puffermaschine jetzt die umgekehrte Richtung besitzen wie bei der Ladung, oder es muß der Anker derselben in umgekehrter Richtung in den Stromkreis eingeschaltet werden. Der Einfachheit halber no sind jedoch diese Umschalter in die Zeichnung nicht aufgenommen. Je stärker die Puffermaschine erregt wird, um so mehr Arbeit wird sie natürlich bei einer bestimmten Touren-" zahl an den Stromkreis abgeben. Ist die Maschine vollständig erregt, so wird die abgegebene Spannung und damit die gelieferte Arbeit lediglich noch durch die Geschwindigkeit des Schwungrades, d. h. durch die in demselben noch aufgespeicherte' Energie bestimmt, und es kann diese, wenn erwünscht, dem Schwüngrad vollständig, d. h. bis zu

dem Betrag, welcher der Geschwindigkeit Null entspricht, entzogen werden.. Die Verhältnisse werden zweckmäßig so gewählt, daß dieser Punkt mit dem Ende der Arbeitsleistung des Motors zusammenfällt.

Der Arbeitsvorgang kann durch das Diagramm Fig. 2 erläutert werden. Bei geladener (unerregter) Puffermaschine sei die Spannung des Generators G und der Puffermaschine P gleich Null (Punkt o) und der Umschalter U stehe auf Kontakt 2. Dann wird die Spannung von G allmählich erhöht, so daß der Motor M Energie aufnimmt, die bis zur Höhe b ansteigt, entsprechend Linie o-c.

Ist der Generator G vollständig erregt und belastet, so wird nunmehr die Spannung, der Puffermaschine P erhöht. Der Generator G gibt nach wie vor den Energiebetrag b ab, und zwar vom Punkt c bis e; die Spannung der Puffermaschine wird erhöht entsprechend Linie c-d und die infolgedessen abgegebene Energie wird durch das Dreieck ede dargestellt. Am Ende der Beschleunigungsperiode α und mit Eintritt der Arbeitsperiode h sinkt der gesamte Energiebedarf, das Netz oder der Motorgenerator liefert die durch Linie f-g nach oben begrenzte Energiefläche, während die Energieabgabe der Puffermaschine entsprechend der Linie e-g des Drei- ecks feg bis zum Betrag Null im Punkt g sinkt. Die Strecke i entspricht dem Auslaufen des Fördermotors, wobei Energie aus dem Netz nicht entnommen wird. Im Punkt k setzt die Ladung der Puffermaschine ein, nachdem Umschalter U auf Kontakt 1 gestellt ist. Dreieck k I m stellt die Ladeenergie dar und muß selbstverständlich gleich sein der Summe der Dreiecke ede und efg. Punkt m entspricht wieder dem Anfangspunkte 0,, so daß hier wieder die Beschleunigungsperiode beginnt. Es ist natürlich auch möglich, während der Anlaufsperiode die Spannung der Maschinen G und P gleichzeitig zu erhöhen. Das Diagramm ändert sich dann entsprechend.

Anstatt den Motor M mittels einer von einem Generator G gelieferten veränderlichen Spannung anlaufen zu lassen, kann die Spannung natürlich auch von einem konstanten Betrag aus mittels eines vorgeschalteten Widerstandes geregelt werden. Diese Schaltung ist in der Fig. 3 gezeichnet. Es bedeutet A den Anlaßwiderstand für den Motor M, P und S wiederum die Puffermaschine nebst Schwungrad, während R den Regulierwiederstand für die Erregung der Puffermaschine darstellt.. Die Veränderung der Spannung, welche nach Fig. 1 durch den Regulator R₁ hervorgerufen wird, wird hier mit Benutzung des Anlaßwiderstandes A bewirkt, und es gilt daher hier das mit Bezug auf Fig. ι Gesagte. Um die Puffermaschine P laden zu können, muß die ihr zugeführte Spannung von Null bis zum Maximalwert gebracht werden. Es kann dies durch den Hilf sahlasser A₁ geschehen, der in den von Kontakt 1 des Umschalters U ausgehenden Stromkreis gelegt ist. Wählt man hier den Weg, welcher der gleichzeitigen Erhöhung der Spannung von G und P in Fig. 1 entspricht, also eine gleichzeitige Vergrößerung des von dem Netz und des von der Puffermaschine P gelieferten Spannungsbetrages, so kann die Einrichtung zweckmäßig so getroffen werden, daß gleichzeitig mit dem Kurzschließen des Anlaßwiderstandes A auch die Erregung der Puffermaschine bis auf die normale Höhe gebracht wird. Die Rege-, lung der Ladung kann in allen Fällen von Hand oder mit Hilfe eines selbsttätigen Regulators geschehen.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Betrieb periodisch beanspruchter Elektromotoren, welche vom Netz unmittelbar oder über Umformer gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Schwungmassen gekuppelte Zusatzmaschine, welche in Parallelschaltung zum Netz oder in Reihenschaltung mit dem vom Netz gespeisten Umformer zu

-Zeiten geringen Kraftbedarfes geladen worden ist, in Reihenschaltung mit der Hauptstromquelle den Arbeitsstrom mitliefert, zu dem Zweck, eine möglichst weitgehende Entladung der Schwungmasse (gegebenenfalls bis zur Tourenzahl Null) zu ermöglichen.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, wobei an Stelle einer Anlaßmaschine ein Anlaßwiderstand gesetzt ist, gekennzeichnet durch eine derartige Verbindung des Anlassers mit dem Regulator der Puffer- . maschine, daß gleichzeitig mit dem Kurzschließen des Anlaßwiderstandes der Regulator der Puffermaschine kurzgeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen