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Einrichtung zur zentralen Regelung technischer Zustände.
In mechanischen Betrieben werden Einrichtungen verschiedener Art verwendet, um bestimmte
Zustände automatisch konstant zu halten oder in Abhängigkeit von andern Zuständen selbsttätig zu ändern.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die es gestattet, mit Hilfe eines einzigen Leitapparates sämtliche mit den Hilfsmitteln der Technik erfassbaren Zustände eines mechanischen Betriebes in genau den gleichen Grenzen konstant zu halten bzw. zu regulieren, innerhalb welcher die Führungseinrichtung arbeitet.
In fast allen Fällen ist es möglich, den zu regelnden Zustand in ein gewisses Proportionalitäts. verhältnis zu einer an sich beliebigen Drehbewegung zu bringen, so dass jedem Wert des Zustandes bei Änderung desselben eine bestimmte Drehzahl zugeordnet ist. Diese dem Istzustande proportionale Drehzahl wird nun über einen Indikator bzw. Impulsgeber mit dem gleichfalls in eine Drehzahl umgewandelten Sollzustand verglichen und bei Nichtübereinstimmung ein Ausgleichsvorgang eingeleitet.
Die Solldrehzahl kann dabei ein konstanter oder ein veränderlicher Wert sein.
Die Vergleichseinrichtung besteht erfindungsgemäss in einem rotierenden Potentiometer mit einfacher oder doppelter Wirkung. In Fig. 1 a und 1 b der zugehörigen Zeichnung ist eine Wheat- stone'sche Brücke als Indikator dargestellt, deren Widerstandszweige 3-4-5-6 gleichmässig unterteilt und zu den Segmenten einer einzigen ruhenden Kontaktbahn geführt sind. In der Brücke liegt die Wirkwicklung 9, die in irgendeiner Weise zur Regelung des Zustandes dient, wobei die Abnahme durch ein auf der Rundbahn umlaufendes Bürstenpaar 1-8 erfolgt, dessen Bürsten um 1800 versetzt sind, das seinen Antrieb z. B. mit einer dem Sollzustande entsprechenden Drehzahl erhält.
Das Schleifringpaar 12 dient zur Ableitung des von den Bürsten 1-8 abgenommenen Stromes, der zur Ausgleichswicklung 9 geführt wird. Das zweite Bürstenpaar 1-2, dessen Bürsten gleichfalls um 1800 gegen-
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Anordnungen ähnlicher Art sind bekannt, wobei aber die Zustandsdifferenz eines Hauptstromwenders gegen einen oder mehrere Hilfsstromwender zum Ausgleich benutzt wird, wobei der Hauptstromwender als Kommandoelement gegenüber den Hilfsstromwendern anzusehen ist. Erst die Hilfsstromwender, die elektrisch mit dem Hauptstromwender verbunden sind, enthalten das zweite Bürstenpaar, das die Brücke bildet, wodurch eine sehr grosse Anzahl von Leitungen erforderlich wird. Demgegen- über wird erfindungsgemäss der Ist-und Sollzustand auf einem einzigen Stromwender wirksam gemacht, es entfällt die Gemeinsamkeit der Impulsgebung von einem Kommandostromwender her, und damit werden auch die unzähligen Verbindungsleitungen unnötig.
Der Sollwert wird in an sich bekannter Weise an jeder Vergleichsstelle durch synchron laufende Antriebselemente hergestellt. Das Überholen der getrennt laufenden Kollektorbahnen, d. i. zwischen Haupt- und Hilfsstromwender, ist nicht zu vermeiden und
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gänge ausgeschlossen sind.
Werden die Rundbahn und die die Brücke bildenden Widerstände als rotierendes System ausgebildet (Fig. 3 a und 3 b), so ändert sich an der Wirkungsweise nichts, wenn ein BÜrstenpaar, z. B. 1-2, fortgelassen und über das Sehleifringpaar 10 mit den Brückenzweigen eine feste Verbindung hergestellt wird. Die Rundbahn, das Widerstandssystem samt Schleifringen 10 werden wieder z. B. mit der Sollgeschwindigkeit, der Bürstensatz 6-6'mit der Istgesehwindigkeit angetrieben.
Auch hier ist eine äusserlich ähnliche Anordnung bekannt, wobei für den Sollzustand ein Schwungrad verwendet wird, das mit konstanter Drehzahl rotiert und mittels hochelastischer Kupplung von der Istdrehzahl (solange sie dem Sollzustande entsprach) mitgenommen wird. Demgegenüber wird erfindungs- gemäss der Sollzustand, auch ein variabler, in bekannter Weise auf eine beliebige Anzahl von Stellen durch feste Kupplung auf eines der rotierenden Bürstenpaare übertragen. Die Konstanthaltung oder Leitung des Sollzustandes erfolgt von einer äusseren, zentralen Stelle aus.
Für manche Zwecke ist es besser, an Stelle der Schaltung nach dem Doppelpotentiometer eine Differentialpotentiometeranordnung zu wählen, z. B. in solchen Fällen, in denen die Einwirkung nach beiden Seiten eine verschiedene sein soll, wie bei Remanenzkompensation usw. Hiebei heben sich bei Übereinstimmung des-Soll-und Istzustandes die Wirkungen der beiden gegeneinander geschalteten
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Auch mit einer Regelung, wo in bekannter Weise ein Konstantpunkt durch den Schnittpunkt der Tourenchara1. -teristiken von zwei verschiedenen Gleichstrommaschinen gegeben ist, besteht trotz äusserlicher Ähnlichkeit kein Zusammenhang.
Diese Anordnung besitzt im Gegensatz zur Anmeldung keine Abhängigkeit zu einem fixen oder einstellbaren Kommandowert, der auf beliebig viele Regulierstellen übertragen werden kann, wozu beliebige Antriebselemente verwendet werden können. Ähnliche Einrichtungen werden auch bei motorisch angetriebenen Spannungsteilern verwendet, die durch Steuervorgänge entweder ein Rascherlaufen der Widerstandsbewieklung oder der Abnehmerkontakte zur Folge haben, was einer Vergrösserung bzw. Schwächung der abgenommenen Spannung entspricht.
Da hier keinerlei Rundbahnen vorgesehen sind, so handelt es sich hier vorzugsweise nur um Anordnungen für
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die Spannung eines kleinen Gleichstromgenerators genau konstant hält, wodurch alle von dem Generator gespeisten Taehometermasehinen für den Antrieb der Solldrehzahlen der konstant zu haltenden Zustände praktisch in jenen Genauigkeitsgrenzen konstant laufen, in denen die Spannung konstant gehalten wird.
Die Istzustände werden, sofern es nicht schon Drehzahlen sind, in solche verwandelt, z. B. die konstant zu haltende Leistung einer mit Drehstrom angetriebenen Arbeitsmaschine wird von einem Wattmeter kopiert, welch letzteres den den Istzustand darstellenden Bürstensatz antreibt, der Druck in einer Flüssigkeitsleitung kann entweder mittels eines Arbeitskolbens einen den Istzustand kopierenden Elektromotor durch Verstellung eines Steuerwiderstandes regeln, oder eine kleine Zahnradpumpe treibt mit deren dem Druck proportionaler Drehzahl das Istwertbürstenpaar an.
Die Zentralregulierung ist aber nicht nur dazu brauchbar, um unveränderliche Werte innerhalb
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Zustände in weiten Grenzen zu verstellen, wobei dann der jeweils eingestellte Wert in den Genauigkeitgrenzen der Führung eingehalten wird. Zum Erreichen dieses Zweckes ist es nur notwendig, die regelbar gewünschte Drehzahl des Sollzustandes einstellbar auszuführen.
Ein Beispiel hiefür ist in Fig. 4 dargestellt, das die Schnellregelung eines in weiten Grenzen variablen Leonard-Papiermaschinenantriebes von einem Zentralschnellregler aus zeigt. Der für Papiermasehinen- regelungen bisher unentbehrliche, teure und für den Papiermaschinenraum zu empfindliche besondere Schnellregler und die usuelle Tachometermaschine können bei dieser Ausführung entfallen ; sie sind durch die Zentralregelschiene mit genau gehaltener Spannung, die für alle Präzisionsregelungen des Betriebes gemeinsam ist und durch ein rotierendes System nach den Fig. 1-3, z. B. eine rotierende Wheatstonesche Brücke nach Fig. la und lb mit einem geregelten Vergleichsantriebsmotor, ersetzt.
In Fig. 4 bedeutet 1 den Papiermasehinenmotor, der in Leonardsehaltung durch die Steuerdynamo 13 gespeist wird, 16 den Antriebsdrehstrommotor derselben. Motor 1 treibt die Istzustandseite
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entnommen, die eine mit z. B. + 0'25% Genauigkeit eingehaltene Gleiehstromspannung führt. Der kleine Antriebsmotor 4 vermittelt dem Bürstenpaar 5 und den Schleifringen 6 die Solldrehzahl. Das Einstellen des Antriebsmotors der Bürsten 5 auf die gewiinsehte Drehzahl, die in diesem Falle der Papier- masehinenlaufgeschwindigkeit entspricht, erfolgt durch den Regulieranlasser & Mit Rücksieht auf die Kleinheit der Motorleistung ist der Widerstand 8 als feinstufige Schiebewiderstand in Öl ausführbar.
Der Widerstand 8 vernichtet einen bestimmten Prozentsatz der Netzspannung 7 ; die für den Motor
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verbleibende Restspannung (Motor. 4) bleibt, da das Antriebsdrehmoment konstant ist, gleichfalls in den Grenzen ziz 0'25% konstant, dadurch jede eingestellte Drehzahl des Papiermasrhinenmotors 1.
Beim Einschalten des Bürstenantriebsmotors 4, das durch Verstellen des Reglers 8 aus seiner Ruhelage erfolgt, gehen die Bürsten 5 bis in die durch einen Ansehlag an die Bürsten 3 fixierte Endlage, undderMotor4 wird abgebremst. Die Bürstenschleifringe 5 geben bei dieser Stellung der angeschlossenen Erregerwicklung 9 der fremd angetriebenen Hilfszusatzdynamo 10 die grösste Erregerspannung, so dass diese Zusatzmaschine ihre höchste Spannung aufweist. Die Hilfszusatzdynamo 10 liegt in Serie mit der Magnetwicklung und dem Feldregler 12 der Steuerdynamo 13 an den Erregerschienen 7 ; diese Zusatzmaschine liefert daher eine zusätzliche Erregerspannung. Sie speist ferner den an ihren Ankerklemmen parallel liegenden Verholmotor 11 des Leonardreglers 12.
Der Verholmotor ist durch den
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nach der Richtung des Stromes in dem einen oder andern Drehsinn anläuft, wobei der Verholmotor 11 fremd erregt ist. Solange also die Zusatzmaschine diese bestimmte Erregung bzw. Ankerspannung aufweist, bewirkt der an ihren Klemmen liegende Verholmotor 11 ein Verholen des Leonhardreglers 12, wodurch die Leonarddynamo erregt wird, Spannung erzeugt und den Papiermaschinenmotor 1 zum Anlauf bringt. Mit dem Schnellerlaufen des Motors 1 wird schliesslich jene Drehzahl erreicht, in der der vom
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der Zusatzmaschine verkleinert, ebenso ihre Spannung, bis schliesslich der Verholmotor 11 stehenbleibt.
I Steht das Bürstenpaar 3 schliesslich senkrecht zum andern, welcher Zustand allmählich erreicht wird, so ist auch die Zusatzmasehine vollkommen spannungslos.
Beim Verlassen der Senkrechtstellung infolge von Drehzahldifferenzen zwischen der geregelten
Leitmaschine und dem Papiermaschinenmotor wird die Zusatzmaschine, die möglichst remanenzfrei zu halten ist, sofort im Felde der Leonarddynamo regelnd eingreifen ; bei grösseren Differenzen, die die
Feinregulierung der Zusatzmaschine nicht mehr bewältigen kann, wird nach Vergrösserung der Bürsten- abweichung der Verholmotor 11 eingreifen. Als einziges Verstellorgan für die Papiermaschinen- geschwindigkeit dient der kleine Regler 8, der die Leitmaschine steuert.
Mit dem Leonardregler 12 kann ein grobstufiger Justierregler 14 gekuppelt sein, welcher die Auswirkung der Brücke dem Dreh- zahlbereich anzupassen gestattet, so dass in der Wirkwicklung 9 nur die jeweils erforderlichen Potentiale auftreten und die Zusatzmaschine 10 in verschiedenen Drehzahlbereichen verschieden beansprucht werden kann ; erforderlichenfalls ist der Widerstand 15 des Verholmotors 11 mitzuverstellen.
Die Anordnung hat ausser der Möglichkeit der Anwendung einer Zentralregulierung ohne besondere
Einzelpräzisionsregler gegenüber der bekannten Verwendung einer Taehometermaschine den Vorteil, dass letztere, die bei grossen Regulierbereichen auch sehr gross sein muss, nur in einem bestimmten Bereiche genau wirkt, weil der innere Maschinenwiderstand zu seiner Überwindung ebenso wie der Widerstand der Schnelh'eglerspule eine gewisse Mindestdrehzahl erfordert, bei deren Nichtvorhandensein der Antrieb führungslos ist, während im anschliessenden Bereich der Antrieb wenig genau arbeitet.
Auch erfordert ein Schnellregler mit grossem Regulierbereich bei direkter Wirkung eine praktisch nicht leicht erfüllbare
Rücksichtnahme auf die Massen und Eigenschwingungszahl der Papiermaschine, wenn der Antrieb nicht pendeln soll.
Demgegenüber hat die rotierende Brücke keine Mindestdrehzahl nötig, sie wirkt bei jeder Drehzahl von Null aus beginnend und erfasst Drehzahlschwankungen gegen die vom Regelnetz angetriebene Führungsmaschine von einer Grössenordnung, bei der noch kein bestehender Schnellregler ansprechen würde. Die Anordnung vermeidet jedwedes Relais und wird durch den vorsteuernden Papiermaschinenregler in jedem Bereich stabil gehalten.
Bei allen Gleichstromregelungen kann, um bei grösseren Abweichungen die Brücke oder das Potentiometer möglichst in der Mittellage halten und mit der grössten Genauigkeit und dem kleinsten Ungleichförmigkeitsgrad arbeiten zu können, die vorstehend beschriebene Einrichtung verwendet werden, bei der bis auf kleine Restfdifferenzen der Ausgleich durch einen Hauptregler erfolgt, während die Gleichlaufvorrichtung nur die Feinregelung in jedem Drehzahlbereich übernimmt.
Sollte eine grössere Anzahl von Wellen mit absolut gleicher bzw. proportionaler und regelbarer Drehzahl laufen (Mehrmotorenantrieb), so wird je ein Bürstenpaar des Apparates in an sich bekannter
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wodurch bei Speisung der Synchronmotoren aus einem gemeinsamen Synchrongenerator (Kommandomaschine) durch dessen Frequenzänderung die Synchronmotoren gemeinsam in ihrer Drehzahl geändert werden.
An Stelle der Synchronmotoren können Einrichtungen bekannter Art die konstante Solldrehzahl auf den entsprechenden Bürstensatz übertragen, z. B. eine durchlaufende Welle oder Motoren irgendwelcher Art, etwa kleine Turbinen, von einer gemeinsamen Pumpe gespeist.
Selbstverständlich können auch von ein und derselben Kommandomaschine sowohl konstante, als auch veränderliche Sollwerte geregelt werden, da Änderungen durch Teilwerte des konstanten Zustandes im Impulsgeber erzeugt werden.