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Leonardantrieb Es ist vielfach üblich, Motoren durch Beeinflussung
eines Generators zu steuern, der den Strom für den Motor liefert. Eine derartige
Steuerung ist die bekannte Ward-Leonard-Schaltung. Im Betriebe einiger Maschinen,
wie z. B. Kraftbaggern, treten jedoch besondere Betriebsverhältnisse auf, die eine
Änderung der bisher verwendeten Steuerung erfordern.
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Eines der bei derartigen Antrieben auftretenden Probleme besteht in
der Beseitigung der Gefahr, daß auf das angetriebene Gerät eine größere Kraft ausgeübt
wird, als es auszuhalten vermag. Dies ist besonders bei Kraftschaufeln von Wichtigkeit,
weil bei übergroßer Kraft die Schaufel umgeworfen oder mechanische Teile zu Bruch
kommen können.
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Um diese Schwierigkeit zu beheben, hat man bisher derartige Antriebe
mit einem fremderregten Hauptfeld und einem Gegenreihenschlußfeld für den Generator
versehen, wobei der Generator durch Veränderung des Widerstandes im fremderregten
Feldstromkreise gesteuert wurde. Ninunt der Motor bei einer derartigen Anlage einen
kräftigeren Strom auf, so wird das Generatorreihenschlußfeld verstärkt und überwiegt
das fremderregte Feld, wodurch das resultierende Feld geschwächt wird, so daß bei
einem festgelegten vorbestimmten Punkte die Generatorspannung verschwindet. Dieser
Punkt bedeutet einen Sicherheitspunkt in dem Betriebe der Anlage. Ein ernsthafter
Mangel besteht bei dieser Anlage indessen darin, daß dieses allmähliche Schwächerwerden
zu langsam erfolgt, so daß bei höheren Arbeitsleistungen die Geschwindigkeit des
gesteuerten Motors ungünstig beeinflußt wird. Um diese,Schwierigkeit zu beheben,
wurde das fremderregte Feld durch ein selbsterregtes Nebenschlußfeld ergänzt, dessen
Zweck darin besteht, die Spannung des Generators und demzufolge die Geschwindigkeit
des Motors in einem näher an dem abschwächenden Sicherheitspunkt liegenden Arbeitsbereich
zu heben. Dieses selbsterregte Feld, das unmittelbar durch den Generator erregt
wird, verschwindet im Sicherheitspunkte, wenn das Reihenschlußfeld die beiden Nebenschlußfelder
aufhebt, so daß in bezug auf die Sicherheit die Anordnung gerade so wirksam ist,
alswenn das selbsterregte Nebenschlußfeld fortgelassen wird. Im Arbeitsbereich wird
das selbsterregte Nebenschlußfeld in gleicher Richtung zum fremderregten Feld, aber
in entgegengesetzter Richtung zum Reihenschlußfeld hinzugefügt. Daher wird eine
bessere Arbeitstrennlinie erzielt.
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In -dem Betriebe der letzterwähnten Anlage stellt sich indessen ein
Nachteil heraus, der darin begründet ist, daß bei solchen Maschinen, wie Kraftschaufeln,
ein sehr häufiges und schnelles Anhalten und Umkehren der Drehrichtung erforderlich
ist. Wenn nämlich das fremderregte Feld zwecks Anhaltens des Motors durch den
veränderlichen
Regelwiderstand vermindert wird, so bleibt die Feldstärke des selbsterregten Feldes
praktisch- unvermindert bestehen und überwiegt das -Reihenschlußfeld bei geringen
Belastungen. Daher kann der Motor nicht oder wenigstens nicht schnell angehalten
werden, außer durch Umpolen des fremderregten Feldes, um so der größeren Stärke
des selbsterregten Feldes entgegenzuwirken.
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Diese Schwierigkeit kann durch Einschaltung eines veränderlichen Widerstandes
in den selbsterregten Feldstromkreis weitgehend vermieden werden, der, wenn die
Feldstärke des fremderregten Feldes verkleinert wird, vergrößert wird. Hierdurch
wird die Neigung des selbsterregten Feldes, seine Stärke trotz der Verkleinerung
des fremderregten Feldes beizubehalten, wesentlich behoben.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet die Schaffung eines verbesserten
vereinfachten elektrischen Steuersystems, bestehend aus einem Generator mit einem
fremderregten Nebenschlußfeld und einem normalerweise das erste Feld unterstützenden
eigenerregten Nebenschlußfeld sowie einem den beiden Nebenschlußfeldern normal entgegengesetzt
wirkenden Reihenschlußfeld, ferner aus einem an den Generator angeschlossenen und
von der Generatorspannung abhängigen Motor.
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Erfindungsgemäß ist ein einziger Widerstand vorgesehen, der beliebig
veränderbar und beiden Nebenschlußfeldern gemeinsam ist. Durch die Zusammenlegung
eines Teiles beider Feldstromkreise hat der Strom des fremderregten Kreises, wenn
Widerstand sowohl vor das fremderregte als auch vor das selbsterregte Feld geschaltet
wird, die Neigung, sich durch den selbsterregten Kreis einen Weg zu suchen und so
das selbsterregte Feld umzukehren. Der Grund hierfür liegt darin, daß der fremderregte
Strom praktisch konstant bleibt, während der selbsterregte Strom mit der Generatorspannung
fällt. Aus diesem Grunde kann der volle Steuerbereich nicht durch den gemeinsamen
Widerstand erhalten werden. Er kann aber ausgenutzt werden, wenn ein Ergänzungs-
oder Zusatzwiderstand in den selbsterregten Feldstromkreis geschaltet wird. Ein
derartiger Widerstand sollte vorzugsweise veränderlich sein und solange eingeschaltet
bleiben, als der gemeinsame Widerstand auf beide Feldstromkreise arbeitet. Nachdem
der Haupt- bzw. gemeinsame Widerstand ausgeschaltet worden ist, kann, um die volle
Stromstärke zu erhalten, dieser Ergänzungswiderstand des selbsterregten Stromkreises
ebenfalls ausgeschaltet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
veranschaulicht. Abb. i stellt ein Schema der Anordnung dar. Abb. 2 zeigt die Anlage
in Verbindung mit einem gewöhnlichen Kontroller. M' bezeichnet einen Antriebsmotor,
z. B. einen Elektromotor oder Motor anderer Art. Ein Generator G ist mechanisch
mit diesem Antriebsmotor gekuppelt. Desgleichen kann eine Erregermaschine E unmittelbar
mit demselben gekuppelt sein. Der gesteuerte Motor M, z. B. der Hub-, Schwing- oder
Lademotor einer Kraftschaufel, ist mit dem Generator elektrisch, nämlich unmittelbar
durch die Leitungen i und?" verbunden und wird von ihm gespeist. Ein Generatorfeld
3 liegt in Reihenschaltung mit der Leitung i; ferner kann eine Wendepolwicklung
q. in üblicher Weise in Reihe liegen. Ebenso kann eine Wendepolwicklung 5 für den
Motor M in Reihe mit der Leitung x liegen.
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Ein fremderregtes Feld 6 ist das Hauptarbeitsfeld des Generators.
Es wirkt entgegengesetzt zum Reihenschlußfeld 3 des Generators und wird bei hohem
Strombedarf von " demselben aufgehoben. Das Feld 6 ist mit der Erregermaschine E
durch den folgenden Stromkreis verbunden. Eine Leitung 7 führt von der Erregermaschine
über einen Draht 8 und zu der Klemme ci eines Umkehrschalters io. Bei Vorwärtsstellung
des letzteren wird der Strom durch den Schalter nach einer Klemme ii geführt, geht
von dieser durch einen Draht i2 zu dem Feld 6, von dem Feld durch einen Draht 13
zu dem veränderlichen Widerstand 14, der durch den beweglichen Arm 14" gesteuert
wird, von letzterem durch einen Draht 15 zu einer Klemme 16, durch den Umkehrschalter
io zu einer Klemme 17 und hierauf durch die Leitungen 18 und ig zu der Erregermaschine.
Durch Veränderung des Widerstandes 14 kann die Feldstärke in 6 verändert werden.
Dies verändert das wirksame Feld des Generators, hierdurch seine Spannung und infolgedessen
die Geschwindigkeit des Motors.
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Wird der Umkehrschalter umgelegt, so wird eine Klemme 2i mit der Klemme
ii und eine Klemme 22 mit der Klemme 16 verbunden; dies kehrt die Stromrichtung
im Feld 6 um.
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Ein selbsterregtes Nebenschlußfeld 23 ist für den Generator G vorgesehen.
Dieses Feld ergänzt das fremderregte Feld 6 und wirkt ebenfalls dem Reihenschlußfeld
3 entgegengesetzt. Dieser Feldstromkreis ist der folgende: Eine Leitung 24 geht
von dem Felde 23 aus und ist (entweder durch einen unten beschriebenen sog. Achsschalter
oder einen Widerstand) mit einer Leitung 25 und mit der Klemme 16 verbunden. Die
Klemme ist dann durch den Draht 15 ebenso wie der fremderregte Feldstromkreis mit
dem beweglichen Arm 14a des veränderlichen Widerstandes 14 verbunden, der durch
den Ergänzungswiderstand 26 und Leitung 27 an den Generatorstromkreis der Leitung
= angeschlossen ist. Während des normalen Betriebes fließt der Strom vom Generator
durch Feld 4 und Leitung 27 und kehrt durch Leitung 24 und Feld 23
nach
dem Durchlaufen des oben beschriebenen Stromkreises zurück. Der Strom unterliegt
daher dem gemeinsamen Widerstand 14 und der Veränderung dieses Widerstandes; demzufolge
wird das Feld 23 herabgedrückt, wenn das Feld 6 herabgedrückt wird, wodurch die
Neigung des Generators G zum Weiterlaufen infolge des oben ausgeführten Fortbestehens
der Feldstärke des selbsterregten Feldes 23 verhindert wird.
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Nur bis zu einer bestimmten Größe kann der gemeinsame Widerstand 14
in die Stromkreise des fremderregten Feldes 6 und des selbsterregten Feldes 23 eingeschaltet
werden, ohne Störungen zu verursachen. Ist zuviel Widerstand eingeschaltet, so sucht
sich der Strom jedes Stromkreises anderwärts einen leichteren Weg. Der Strom. der
Erregermaschine verläuft dann durch Leiter 7 und 8, Klemmen g und 1i, Leiter 12
und Feld 6 in normaler Richtung, geht aber durch Leiter 13, Leiter 27, Reihenschlußfeld
3 (das eine vernachlässigbareWirkung hat), Leiter i, Motor M, Leiter 2 zum Feld
23, das er umkehrt, und von dort durch Leiter 24 und einen der drei nachher in Verbindung
mit dem Achsschalter erwähnten Wege, Leiter 25, Klemmen 16 und 17 und Leiter 18
und 1g zurück zur Erregermaschine.
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Wächst der Widerstand 14, so wächst die Neigung des Erregerstromes
durch das Feld 23, einen Nebenschluß zu bilden, bis schließlich das Feld 23 das
Feld 6 überwiegt und den Generator und hierdurch die Drehrichtung des Motors umkehrt,
ohne daß der Umkehrschalter 1o auf Drehrichtungsumkehr des Motors eingestellt ist.
Das ist ein sehr unerwünschtes Ergebnis.
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Im vorstehenden wurde das Nichtvorhandensein des Widerstandes 26 angenommen.
Die Einfügung desselben verhindert den vorstehend beschriebenen Fehlweg des Erregerstromes.
Dieser Widerstand ist am Kontroller so angeordnet, daß er nach Ausschaltung des
gemeinsamen Widerstandes 14 ausgeschaltet wird und wieder vor einem solchen Widerstand
des Abschnittes 14 eingeschaltet wird, der die Drehrichtung des Motors umkehren
oder die Regelung stören könnte.
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Es kann ein Feld 28 für den Motor in dem Erregerstromkreis angeordnet
werden, der von Leiter 7 aus durch den Leiter 29, den beweglichen Arm 3oa, den regelbaren
Widerstand 30, Leiter 2o, Feld 28, Leiter 31 und 1g zur Erregermaschine verläuft.
Der Stromkreis arbeitet in bekannter Weise.
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Wenn der Bedienende den Kontroller über seinen ganzen Bereich aus
einer Vorwärtsstellung beispielsweise zur entsprechenden Umkehrstellung zu schalten
sucht, so wird dabei der Widerstand 26 kurzgeschlossen; es würde daher das Feld
23 noch vorwärts und mit voller Kraft und entgegengesetzter Wirkung gegen das jetzt
umgekehrte Feld 6 bestehen bleiben. Um diese Feldstärke in dem Felde 23 zu vermeiden,
die offenbar die Drehrichtungsumkehr des Motors zu verzögern suchen würde, ist der
Widerstand 32 in den selbsterregten Feldstromkreis zwischen die Leiter 25 und 24
eingeschaltet. Solange der Motor sich bei Umkehrstellung des Kontrollers vorwärts
bewegt, bleibt dieser Widerstand 32 in dem selbsterregten Feldstromkreis. Die Steuerung
des selbsterregten Feldstromkreises wird zu diesem Zwecke _ durch einen sog. Achsschalter
durchgeführt, der vom Motor selbst geschaltet wird. Dieser Schalter hat die folgenden
Verbindungen: Ein Leiter 33 geht vom Leiter 24 zu einer Klemme 34 am Schaltarmträger
35. Dieser Träger ist ein in seinem Mittelpunkt gelagerter doppelarmiger Hebel,
dessen Enden mit einem Riemen 36 verbunden sind, der über eine mit dem Motor M mechanisch
verbundene Rolle 37 gelegt ist. Bewegt sich der Motor in der einen oder anderen
Richtung, so dreht er mittels des Riemens 36 den Träger 35 in der Richtung, nach
der die Rolle sich bewegt. Nach Schaltung des Trägers hält die Drehung des Motors
den Träger infolge der Reibung des Riemens auf der Rolle in seiner neuen Lage. Ein
Schaltarm 38 am Träger 35 kann wahlweise die Klemmen 39 oder 4o berühre--1.
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Es bestehen drei Stromkreise, durch die der Generatorstrom wahlweise
das Feld 23 erreichen kann, und zwar je nach der Einstellrichtung des Umkehrschalters
1o und je nach der Drehrichtung des Motors M. In einem dieser Stromkreise, wenn
nämlich der Motor sich entgegengesetzt zu der durch die Stellung des Schalters 1o
vorgeschriebenen Richtung dreht, geht der Strom durch den Dauerwiderstand 32. Bei
den anderen beiden Stromwegen, wenn nämlich der Motor sich in der der Stellung des
Schalters 1o entsprechenden Drehrichtung dreht, wird der Strom im Nebenschluß an
diesem Dauerwiderstand. vorbeigeleitet.
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Der Schalter 1o wird nach oben eingelegt, damit der Motor M sich im
Uhrzeigersinne dreht. Ist dies der Fall, so wird der Achsschalter 38 gleichfalls
nach oben geworfen. Der Erregerstrom des Feldes 23 geht von dem Generator G durch
die Wendepolwicklung 4, Leiter 27, Regelwiderstände 26 und 14, Dreharm 14a, Leiter
15, 25, qq., Klemmen 43 und 42, Leiter 41, Klemme 39, Achsschalter 38, Leiter
33 und 24, Feld 23 zurück zu dem Generator G.
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Der Schalter 1o wird für eine Drehung des Motors entgegen dem Uhrzeiger
nach unten gelegt. Hierbei wird der Achsschalter 38 gleichfalls nach unten umgelegt.
Der Strom geht von dem Generator G durch die Wendepolwicklung 4, Leiter 27, Regelwiderstände
26 und 14, Dreharm 14a, Leiter 15, 25, 44, Klemmen 43 und 46;
Leiter
45, Klemme 40, Achsschalter38; Leiter33 und 24, Feld 23 zurück zu dem Generator.
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Ist aber der Schalter io nach oben umgelegt und dreht sich der Motor
entgegen dem Uhrzeiger bei entsprechender Abwärtsstellung des Achsschalters 38 oder
ist der Schalter io nach unten umgelegt und dreht sich der Motor im Uhrzeigersinne
bei entsprechender Aufwärtsstellung des Achsschalters 38, so geht der Strom von
dem Generator G durch die Wendepolwicklung 4, Leiter 27, Regelwiderstände 26 und
14, Dreharm i4a, Leiter 15 und 25; Dauerwiderstand 32, Leiter 24, Feld 23 zurück
zu dem Generator G.
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Um den Vergleich der drei besprochenen verschiedenen Stromkreise zu
erleichtern, ist eine gleichmäßige Reihenfolge der Beschreibung in jedem der drei
vorhergehenden Absätze beibehalten worden, obgleich unter gewissen in Rede stehenden
Umständen der Strom den Kreis umgekehrt zur beschriebenen Richtung durchlaufen wird.
Auf diese Weise kann man die volle Spannung des Generators in dem Arbeitsbereich
des Motors sowie eine vollständige Steuerung des Motors durch diesen Bereich hindurch
erzielen und dabeinoch die Sicherheitsgrenze beibehalten, bei der die Generatorspannung
zum.Antrieb des Motors nicht mehr ausreicht.
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In Abb. 2 ist eine praktische Einrichtung zur Verwirklichung des Schemas
nach Abb. = angedeutet. An einem Kontroller sind die auch in Abb. i ersichtlichen
gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Mehrere Kontaktfinger sind
in einer Linie a gezeichnet. Die die Stromkreise gemäß dem Schaltschema bildenden
Leiter führen zu diesen verschiedenen Kontakten. Der Dreharm 3oa der Abb. i entspricht
der elektrisch miteinander verbundenen Gruppe von Segmenten 30a, die mit den Kontakten
3ob in der üblichen Kontrollerart zusammenarbeiten. Die Kontakte sind mit den Widerstandsabschnitten
3o verbunden und werden nacheinander in der üblichen Art - ausgeschaltet, wodurch
der Widerstand des Feldes des Motors in der üblichen Weise geregelt wird. Diese
Segmente liegen auf beiden Seiten der Linie a und arbeiten in genau der gleichen
Weise, und zwar ein Satz von Segmenten für die Vorwärts- und der andere für die
Rückwärtsbewegung. GewünschtenfallskönnenAnderungen vorgenommen werden, um verschiedenen
Bedingungen Rechnung zu tragen, wenn z. B. ein ausgesprochener Unterschied im Kraftbedarf
bei der einen Richtung gegenüber der anderen besteht, wie es z. B. bei einem Hubmotor
einer Kraftschaufel der Fall ist.
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Die Kontakte des Umkehrschalters sind gleichfalls in der Linie a angedeutet
und arbeiten mit einer Reihe von Segmenten io zusammen, die dem Z7mkehrschalter
der Abb. i entsnrechen_ Diese arbeiten in der üblichen Art von Umkehrkontrollern.
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Ebenso entspricht der Dreharm i4a gemäß Abb. i der Segmentenreihe
i4a auf der Kon- i trollerwalze. Die Segmente arbeiten mit den Kontakten i4b zusammen
und schalten hintereinander Abschnitte des Widerstandes 14 in der üblichen Weise
ab. Die mit den Widerstandsabschnitten 26 zusammenarbeitenden Endsegmente 14a schalten
diesen Widerstand nach Ausschalturig der Abschnitte 14 ab. Die Leitungsverbindungen
zu den Generatorfeldern und zur Erregermaschine können leicht verfolgt werden; diese
Stromkreise entsprechen genau dem Schema der Abb. i. Der Achsschalter ist auch in
Abb. 2 dargestellt. Die Segmente 38 entsprechen dem Steuerarm 38, und die Einrichtungen
zur Betätigung dieser Segmente entsprechen denen des Schemas in Abb. i. Die Bewegung
des Kontrollers nach rechts in Abb. 2 entspricht der Einstellung des Schalters io
nach unten in Abb. i. Hingegen entspricht die Bewegung des Achsschalters 38 nach
rechts gemäß Abb. 2 der Bewegung des Achsschalters nach oben in Abb. i.
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Ferner ist in Abb. 2 der Entlastungswiderstand dargestellt, der in
das fremderregte Generatorfeld eingeschaltet ist, wenn der Kontroller in der Ausschaltstellung
sich befindet und das Feld somit von der Erregermaschine abgeschaltet ist. Dies
kann in der Zeichnung, ausgehend von dem Feld 6, leicht verfolgt werden. Die Verbindung
läuft von den Leitern 13 und 47 zu einem Kontakt 49 (dieser Kontakt wird bei Nullstellung
des Kontrollers durch das Segment 48 betätigt, das durch Leiter 50 mit Segment
52 verbunden ist) und hierauf durch Kontakt 51, Leiter 53, durch Entlastungswiderstand
54, Leiter 55, Kontakt ii und Leiter 12 zur anderen Seite des Feldes. Der Zweck
dieser Anordnung ist ohne weiteres verständlich.
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Es ist zu beachten, daß die Segmente des auf den Kontakten 42, 43
und 46 arbeitenden Umkehrschalters etwas verkürzt sind, so daß der Widerstand 32
in den Stromkreis während des Abschaltens des Kontrollers sowie unter dem Einfluß
des Achsschalters eingeschaltet wird. Dies steigert die Wirkung des Widerstandes
26. Hierdurch kommt in Wirklichkeit eine weitere Stufe zu dem Widerstand 26 hinzu.
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Es ist ferner zu beachten, daß bei der praktischen Ausführung die
Dauerwiderstände 56, 57 und 58 in den verschiedenen Feldstromkreisen zum Zwecke
der Einregelung eingeschaltet sind.
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In den Abbildungen ist eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kontroller
und den verschiedenen von ihm gesteuerten Feldern dargestellt. Es ist aber selbstverständlich,
daß der Kontroller nur ein Steuerschalter zu sein braucht, der. auf Schütze arbeitet,
falls Strom oder Spannung für eine unmittelbare Bedienung
durch
den Kontroller zu hoch sind. Zu demselben Zweck können die beschriebenen Steuerungen
auf einen Steuergenerator arbeiten, der einen zwischengeschalteten, den Strom unmittelbar
zum Motor liefernden Generator steuert. Die beiden Generatoren entsprechen dann
zusammen dem Generator G, und der Steuergenerator erregt nicht nur den zwischengeschalteten
Generator, sondern bestimmt auch dessen Arbeitskennlinien. In diesem Falle enthält
der Steuergenerator das oben beschriebene fremderregte und selbsterregte Nebenschlußfeld
sowie ein Reihenschlußfeld, das im Ankerstromkreis des zwischengeschalteten Generators
und des Motors liegt. Der zwischengeschaltete Generator hat ein von dem Anker des
Steuergenerators erregtes Feld. In jedem Fall wird aber der Motor vom Generatorstrom
derart gespeist, daß die Motorsteuerung durch die Generatorsteuerung erfolgt. Die
Erfindung ist also nicht auf eine unmittelbar auf den den Motorstrom liefernden
Generator arbeitende Steuerung beschränkt, es können vielmehr auch mittelbar wirkende
Steueranordnungen verwendet werden, falls bei einer zu hohen Stromstärke die Verwendung
eines kleinen Kontrollers nicht möglich ist.