DE233736C

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Publication number: DE233736C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Ja 233736 KLASSE 21c. GRUPPE ya,

MAX DERI in WIEN.

Aus einer Dynamomaschine bestehende, selbsttätig die Regelung und Arbeitsmaschinen bewirkende Vorrichtung.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. Mai 1909 ab.

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Wird ein Asynchronmotor, während er an eine Ein- oder Mehrphasenspannung von bestimmter Frequenz angeschlossen ist, um ein Geringes schneller als mit seinen Leerlauftouren gedreht, dann tritt bekanntlich in ihm ein Gleichgewichtszustand ein, bei. welchem zwischen Stator und Rotor kein Drehmoment vorhanden ist. Diese Gleichgewichtstourenzahl ist grundsätzlich von der Spannung unabhängig

ίο und wird nur durch die Frequenz bestimmt (Synchronismus). Wenn man die Drehung über jene Tourenzahl beschleunigt, entsteht ein negatives, und wenn man sie verzögert, ein positives Drehmoment, welches mit der Differenz der Touren über oder unter Synchronismus rasch, zunimmt.

Ähnlich ist das Verhalten einer Nebenschlußmaschine, nur ist — gleichviel ob Gleich- oder Wechselstrom in Betracht kommt — ihre Gleichgewichtstourenzahl von keiner Frequenz abhängig und von der angelegten Spannung auch nur insoweit, als bei stärkerer Eisensättigung die Feldstärke sich nicht proportional mit der Spannung ändert. Innerhalb jener Sättigungsgrenze, bis zu welcher die beiden Größen proportional bleiben, wird die Gleichgewichtstourenzahl einer Nebenschlußmaschine durch die gegebenen Verhältnisse ihrer Konstruktion bestimmt, indem diese Tourenzahl von dem elektrischen Widerstand des Nebenschlusses und dem magnetischen Widerstand des Kraftflusses in einem Sinne, ferner von den Windungszahlen der Anker-, und Nebenschlußwicklung in entgegengesetztem Sinne abhängen würde, also lediglich von solchen Größen, welche mit den Kupfer- und Eisendimensionen der Maschine ein für allemal festgelegt sind. Mit stärkerer Sättigung kann man aber den Einfluß der Spannung auf diese Tourenzahl beliebig vergrößern.

Man kann die Gleichgewichtstourenzahl willkürlich verändern 1. bei der Asynchronmaschine durch Änderung der Polzahl und 2. bei der Nebenschlußmaschine durch Änderung der Windungszahl oder durch Widerstände im Erregerstromkreise oder durch Änderung des magnetischen Widerstandes.

Will man bewirken, daß das Drehmoment in Abhängigkeit von der Tourendifferenz in einem und dem anderen Sinne mehr oder minder rasch ansteigen, d. h. daß eine Tourenschwankung größere oder kleinere Zugkräfte auslösen soll, so erreicht man dies durch die Wahl verschiedener Spannungen und bei der Nebenschlußmaschine auch durch gemischte Erregung.

Nach vorliegender Erfindung wird das dynamoelektrische Drehmoment, welches sich nach Maßgabe der Differenz zwischen den wirklichen und den Gleichgewichtstouren, zwisehen Stator und Rotor einer in Drehung befindlichen Maschine entwickelt, in folgender Weise wirksam gemacht und dazu benutzt, um die Geschwindigkeit oder die Leistung (Spannung, Druck, Menge usw.) von Maschinen oder Vorrichtungen zu regeln, welche Energie verbrauchen, liefern oder aufspeichern. Man verwendet als Regler eine Dynamomaschine von

der beschriebenen Charakteristik und setzt den Stator nur lose auf das Gestell oder auf die Welle, so daß jener mit dem Rotor konzentrisch verdreht werden kann, und verbindet den 5-Stat or kinetisch mit demjenigen Teile der Regelungsvorrichtung, dessen Lageveränderung die Energiezufuhr, die Steuerung oder Schaltung beeinflussen soll. Im Falle man auf ein rotierendes Organ der Regelungsvorrichtung

ίο (Exzenter, Schneckengetriebe u. dgl.) einwirken will, setzt man den Rotor der Reglermaschine lose auf seine Welle, ohne ihn festzukeilen, so daß infolge des Drehmomentes der Rotor gegen die Welle sich verdrehen kann, und verbindet Rotor und Welle mit denjenigen Teilen, deren gegenseitige Lage verändert werden soll. Bei letzterer Ausführungsform der Vorrichtung wird der Stator für sich fest angeordnet. Das Drehmoment wird dann am Rotor wirksam, indem es diesen zwingt, hinter der Drehung der Welle zurückzubleiben oder vor ihr vorzueilen, wodurch zwischen beiden die gewünschte Verschiebung am Umfange oder ■— bei schraubenförmiger Bewegung — auch in der Achsrichtung eintreten muß.

Die Reglermaschine hält man beständig unter Strom, der entweder aus dem Leistungsbereiche der zu regelnden Maschine oder aus besonderen Stromquellen entnommen wird, und betreibt sie außerdem direkt oder mittels irgendwelcher Übersetzung oder Übertragung von der zu regelnden Maschine aus, damit sie ständig mit gleicher oder proportionaler Tourenzahl in Drehung erhalten werde.

Die zur Regelung benutzbaren Zugkräfte entstehen entweder, wenn man die Frequenz bzw. die Spannung — letztere nur zwischen vom Sättigungsgrade bedingten Grenzen — und mit diesen die Gleichgewichtstouren konstant hält, währenddem die Rotortouren mit der zu regelnden Maschine veränderlich sind, oder wenn man die Frequenz bzw. die Spannung bzw. das Feld veränderlich macht und dadurch die Gleichgewichtstouren gegen die wirklichen Rotortouren verschiebt. Der erstere Fall eignet sich am besten zur Regelung der Geschwindigkeit von Maschinen, der letztere zur Regelung der Leistungen von Maschinen, von denen die betreffende veränderliche, die Gleichgewichtstouren beeinflussende Größe in bestimmtem Sinne und Verhältnisse abhängig gemacht werden.

Die Stellungen des verdrehbaren Teiles der Reglermaschine werden in dieser selbst oder in der mit ihr verbundenen Vorrichtung durch Anschlag oder durch federnde Hemmung begrenzt. Man kann auch den Stator gegen das Gestell bzw. den Rotor gegen die Welle veränderlich und abwechselnd bremsen, z. B.

elektromagnetisch durch dieselben Ströme, welche den Regler beeinflussen.

Als Beispiel für die Ausführung vorliegender Erfindung ist in Fig. 1 der Fall schematisch dargestellt, daß der Rotor R, nämlich der Anker A und der Kollektor C, einer Nebenschlußmaschine auf der Welle festgekeilt und mittels Antriebs U von der zu regelnden Maschine in Umdrehung gehalten wird. Der aus den Feldmagneten F mit den Bürstenträgern B bestehende Stator 5 ist am Maschinengestell nicht befestigt, sondern zu beiden Seiten auf Ansätzen der Lagerköpfe L, welche zu Zapfen D ausgebildet sind, gelagert, so daß der Stator sich um den Rotor konzentrisch mit diesem verdrehen kann, sobald ein Drehmoment zwisehen beiden entsteht. Die Bürsten und die Magnetspulen sind in Parallelschaltung mittels biegsamer Kabel, an deren Stelle auch Schleifkontakte benutzt werden können, an eine beliebige Stromquelle angeschlossen. Am Gehäuse des . Stators sitzt . ein Zahngetriebe Z, welches die Einstellung des Reglerorganes, Ventils, Schalters usw. für die zu regelnde Maschine vermitteln soll.

In Fig. 2 ist beispielsweise an der Welle eines Wechselstromkollektormotors, der auf Tourenzahl durch Verstellen der' Bürsten geregelt werden soll, neben dem Kollektor C der mit Kurzschlußwicklung versehene Rotor R einer kleinen Asynchronmaschine aufgekeilt. Der Stator S sitzt mit dem einseitigen Gehäuse und der Büchse D verdrehbar auf der Welle und trägt gleichzeitig die Bürstenbolzen B. Der Stator ist an den Betriebsstrom angeschlossen, die Reglermaschine empfängt also die gleiche Frequenz wie der zu regelnde Hauptmotor. Je nach der Polzahl der ersteren Maschine wird die Tourenzahl des Wechselstrommotors durch Bürstenverschiebung geregelt, indem jedesmal eine Stellkraft wirksam wird, sobald die Umlaufsgeschwindigkeit der für beide Maschinen gemeinsamen Welle von der Synchrontourenzahl der Reglermaschine abweicht. Die Stellkraft bringt die Bürsten sofort in diejenige Lage, bei welcher der Motor mit der eben erforderlichen Zugkraft die bestimmte Tourenzahl erreicht. ■

Um mit einem allgemeinen Beispiele die Einrichtung und Wirkungsweise des Reglers nach der Erfindung zu erläutern, soll eine Stromerzeugungsanlage angenommen werden mit der Aufgabe, sowohl die Touren der Maschinen zwischen engen Grenzen als auch die Spannung im Netze möglichst gleichbleibend zu regeln. Zu jedem Maschinensatze werden zwei Reglermaschinen der Art nach Fig. 1 aufgestellt. Eine mit stärker gesättigten Magneten wird an die Netzspannung ■— unmittelbar oder mittels Transformators bzw. Umformers — angeschlossen und mit dem Regelungsorgan eines iao Widerstandsreglers für die Erregung der Hauptmaschine verbunden, um verschiedene Wider-

stände im Erregerstromkreise der Hauptmaschine oder der Erregermaschine dieser einzuschalten, so lange, bis die gewünschte Spannung vorhanden ist. Durch diese Regelungsvorrichtung wird die Erregerspannung zwischen weiten Grenzen verändert, und zwar in gleichem Sinne wie die Leistung der Hauptmaschine. An letztere Spannung wird die andere Reglermaschine angeschlossen, deren

ίο Magnete schwach erregt sind, und diese wird mit der Stellvorrichtung für die Dampf- oder Wassereinströmung oder im allgemeinen für die Regelungsvorrichtung des Kraftmittelzuflusses der Kraftmaschine verbunden, gegebenen-

falls unter Vermittlung eines Zwischengliedes, wie eines Servomotors o. dgl. Der erstere Regler kann die Spannung mit gewünschter Genauigkeit konstant halten; der letztere regelt die Touren zwischen den Grenzen, die von der Erregerspannung und dem Sättigungsgrade bei der kleinsten und der größten Energieleistung bestimmt werden.

Die Tourenregelung kann einheitlich für sämtliche Maschinen eines Kraft- oder Elektrizitätswerkes durch Nebenschlußmaschinen oder auch durch Wechselstrom-Asynchronmaschinen bewirkt werden, indem eine besondere gemeinsame Stromquelle, z. B. eine Batterie oder eine Gleichstrom, bzw. Wechselstrom erzeugende Maschine, deren elektrische Größen, besonders die Frequenz nach bestimmtem Erfordernis, eingehalten werden, an die einzelnen Reglermaschinen Strom abgibt. Ebenso kann man die Netzspannung einheitlich regeln, in-

dem man die betreffenden Reglermaschinen oder auch eine gemeinsame Reglermaschine von dieser Spannung direkt oder indirekt betätigen läßt.

Claims

Patent-Ansprüche:

■ i. Aus einer Dynamomaschine bestehende, selbsttätig die Regelung von Kraft- und Arbeitsmaschinen bewirkende Vorrichtung, bei der zwischen dem von der zu regelnden Maschine angetriebenen Rotor und dem Stator bei einer bestimmten Umdrehungszahl des Rotors kein Drehmoment auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß nicht allein Rotor und Stator gegeneinander, sondern auch in beschränktem Maße entweder bei auf der Welle festsitzendem Rotor der Stator gegen das Gestell oder bei Feststand des Stators der Rotor gegen die Welle verdrehbar gelagert und wenigstens einer dieser Teile mit einem Regelungsorgan der zu regelnden Maschine kinetisch verbunden ist.
2. Vorrichtung zur Regelung der Umdrehungszahl von Kraftmaschinen nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Asynchronmaschine, die an eine konstante Fre- 6c quenz angeschlossen ist.
3. Vorrichtung zur Regelung der Umdrehungszahl von Kraftmaschinen nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Nebenschlußmaschine, die an eine konstante Spannung angeschlossen oder in einen Stromkreis mit konstantem Strom eingeschaltet ist.
4. Vorrichtung zur Regelung der Umdrehungszahl von Kraftmaschinen nach Anspruch i_; gekennzeichnet durch eine Nebenschlußmaschine mit schwach gesättigten Magneten, die an eine zwischen Grenzen veränderliche Spannung angeschlossen oder in einen Stromkreis mit einem zwischen Grenzen veränderlichen Strom geschaltet ist.
5. Vorrichtung zur Leistungsregelung von Maschinen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Asynchronmaschine, die an eine von der Leistung abhängige Frequenz angeschlossen ist.
6. Vorrichtung zur Leistungsregelung von Maschinen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Nebenschlußmaschine mit stark gesättigten Magneten, die an eine von der Leistung . abhängige Spannung angeschlossen oder in einen Stromkreis mit von der Leistung abhängiger Stromstärke eingeschaltet ist.
7. Vorrichtung zur Leistungsregelung von Maschinen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dynamomaschine, deren Anker an eine konstante Spannung angeschlossen und deren Feld mit einer von der Leistung abhängigen Stromstärke erregt wird.
8. Vorrichtung zur Leistungsregelung von Maschinen nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dynamomaschine, deren Anker an eine von der Leistung in einem Sinne abhängige. Spannung angeschlossen und deren Feld mit einer von der Leistung in entgegengesetztem Sinne abhängigen Stromstärke erregt wird.
9. Vorrichtung zur Regelung der Umdrehungszahl von Wechselstromkollektormotoren mittels Verstellen der Bürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Bürstenträger verdrehende Asynchronmaschine mit einem Strom von der' Frequenz des Betriebsstromes gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.