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Verfahren zur Regelung eines elektrischen Haspelantriebes
Bei elektrischen Antrieben der Haspel von Bandwalizwerken und ähnlichen Einrichtungen ist es bekannt, den Bandzug dadurch konstant und unabhängig von der Walzgeschwindigkelt und dem Bunddurchmesser zu halten, dass der Strom im Haspelmotor durch Beeinflussung des speisenden Generators oder Stromrichters konstant gehalten wird und gleichzeitig das Motorfeld proportional zum Bunddurchmesser verändert wird. Die Grösse des Stromes wird vom Bedienungsmann durch Einstellen einer Leitgrö- sse vorgegeben und die Regelung sorgt dann dafür, dass der Strom dieser vorgegebenen Leitgrösse dauernd entspricht. Dem Strom, der zum Aufrechterhalten des Bandzuges notwendig ist, muss während der Beschleunilgungs- bzw.
Verzögerungszeiten ein Strom überlagert werden. der die Beschleunigungskräfte ausgleicht, so dass die Summe' der Ströme im Haspelmotor bzw.
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umkehrenmotor vom Motor- in den Generatorbetrieb übergeht und umgekehrt. Bei Umformerspeisung ist dies ohne weiteres möglich, nicht aber bei Stromrichterspeisung, bei der ja die Stromrichtung durch die Ventilwirkung festgelegt ist. Eine der zur überwindung dieser Schwierigkeit entwickelten bekannten Schaltungen ist die ,,Feldumkehrschaltung", bei der also, um das Drehmoment umzukehren, nicht der Ankerstrom, sondern das Motorfeld gewendet wird.
Da das Feld aber mit einer grossen Zeitkonstante behaftet ist, wird es zweckmässig bei abnehmendem Drehmoment nicht konstant gelassen und beim Nulldurchgang des Drehmomentes plötzlich von dem höchsten Wert einer Richtung auf den höchsten Wert der andern Richtung gewendet, sondern das Feld wird mit abnehmendem Drehmoment, also abnehmendem Ankerstrom, stetig verringert, so dass es auch stetig durch Null geht und gewendet werden kann. Da sich bei einer solchen Regelung also Strom und Feld des Haspelmotors gleichzeitig ändern, ist der Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment nicht mehr linear. Einer bestimmten Leitgrösse kann nun zwar ein bestimmter Ankerstrom zu- geordnet werden, aber der Zusammenhang zwischen Leitgrösse und Drehmoment ist nicht linear.
Das hat zur Folge, dass es nicht mehr mög-
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chenden Betrag vergrössert bzw. verkleinert wird, weil eine Änderung der Leitgrösse um einen bestimmten Betrag eine verschiedene Ände- rung des Drehmomentes zur Folge hat, je nachdem, wie gross der konstante Anteil der Leitgrösse war, der für die Einstellung des Bandzugdrehmomentes vorgegeben ist. Mit andern Worten, im nicht linearen System ist keine Addition mehr möglich und es musste bisher zu sehr komplizierten Ausführungen im Umfange ganzer elektronischer Rechenmaschinen gegriffen werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe wesentlich einfacher dadurch gelöst, dass die Leitgrösse durch ein nicht lineares Netzwerk zuerst umgeformt und dann erst zur Beeinflussung des Has- pelmotorstromes benutzt wird. Zur leichteren Unterscheidung ist im folgenden die ursprüngliche Leitgrösse ,,Führungsspannung" und die durch das nicht lineare Netzwerk umgeformte Grösse Leitspannung"genannt. Das Netzwerk muss also im Sinne der Erfindung in solcher Weise nicht linear sein, dass der Zusammenhang zwischen Führungsspannung und Drehmoment linear wird, d. h. seine Nichtlinearität muss invers zu der des Zusammenhanges zwischen Leitspannung und Drehmoment sein.
In Fig. 1 ist eine Schaltung nach der Erfindung dargestellt. Der Haspelmotor HM (ein Reihenschlussmotor) wird vom Transformator T über den Stromrichter S gespeist. Der vom Stromrichter abgegebene Strom - nicht seine Spannung !-wird vom Gittersteuersatz G geregelt. Zu diesem Zweck wird der vom Shunt Sh abgenommene Spannungsabfall, der den Istwert des Stromes darstellt, im Gittersteuersatz mit der Leitspannung L verglichen und der Gittersteuersatz ändert den Zündwinkel der Gitter, wenn eine Differenz zwischen Istwert und Leitspannung auftritt so, dass diese Differenz ver-
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schwindet. Der Motor HM hat zwei Erregerwicklungen E1 und E2, die gegensinnig gewickelt sind, so dass die Richtung des Drehmomentes sich umkehrt, je nachdem, welche der beiden Wicklungen eingeschaltet ist.
Wenn die Leitspannung L eine bestimmte Grösse und Richtung hat, dann regelt der Gittersteuersatz den bestimmten Strom I ein und es ist z. B. E1 eingeschaltet. Wenn L kleiner wird, wird auch I proportional kleiner, aber wenn L die Richtung umkehrt, dann wird beim Nulldurchgang E1 alb- und E2 zugeschaltet, wie in Fig. 1 durch die Wirkungslinie plus und minus angedeutet ist. Als. Schaltvorrichtungen können an Stelle mechanischer Schalter auch elektronische Einrichtungen verwendet werden. Erreicht L wieder die vorherige Grösse, aber jetzt umgekehrter Polarität, dann hat I dieselbe Grö- sse und Richtung wie vorher, aber da Ei : statt EI eingeschaltet ist, hat das Drehmoment die umgekehrte Richtung. Der Zusammenhang zwischen der Leitspannung L und dem Drehmoment ist aber nicht linear.
Das erfindungsgemässe nicht lineare Netzwerk NN ist nun der Leitspannung vorgeschaltet. Das Netzwerk formt die ihm zu-
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einen solchen nicht linearen Zusammenhang zwischen F und L her, dass der Zusammenhang zwischen F und dem Drehmoment linear wird. Die Führungsspannung F setzt sich zusammen aus der den Bandzug vorstellenden Grösse Z und der Spannung eines"Beschleunigungsgenerators"BG, der während des konstanten Laufes des Walzwerkes stillsteht und nur in den Perioden der Geschwindigkeitsänderungen durch Einschalten seines Motors M in Betrieb gesetzt wird. Die Spannung des Beschleunigungsgenerators wird dann je nach seiner Drehrichtung im einen oder andern Sinn zu Z hinzugefügt.
Nur dadurch, dass unter dem Einfluss des nicht linearen Netzwerkes der Zusammenhang zwischen Führungsspannung Fund Motordrehmoment linear geworden ist, ist eine solche einfache Addition möglich.
Wie die Eigenschaften des nicht linearen Netzwerkes. bestimmt werden können, sei in Hand der Fig. 2 erläutert. Darin ist 0 über AW die Magnetisierungs-KennMnie eines Gleichstrommotors. Da die AW infolge der Reihenschaltung proportional zum Ankerstrom I sind und das Drehmoment D proportional dem Produkt < & . I ist, kann durch. die punktweise Ausführung dieser Multiplikation'die Kurve D über 1 gezeichnet werden. F ist die Linie der steigenden
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soll auch die Leitspannung lOO/o haben und damit der Ankerstrom I und das Drehmoment D ebenfalls 1000/ () werden. Wenn nun die Füh- rungsspannung z. B. auf 50"/o ermässigt wird (Pkt. l), dann soll auch das Drehmoment auf 50 fallen.
Aus der Kurve D ist zu sehen, dass dazu aber nicht 50%, sondern 63% Ankerstrom notwendig sind (Pkt. 2). Um 63% Ankerstrom einzustellen, sind63%Leitspannungnotwendig (Pkt. 3). Auf diese Weise kann zu jedem Punkt der Führungsspannung f der zugehörige Punkt der Leitspannung L ermittelt werden, woraus die Kurve L entsteht. In Fig. 3 ist der Zusammenhang Leitspannung L über Führungsspannung F nochmals in rechtwinkeligen Koordinaten dargestellt. Das nicht lineare Netzwerk NN muss also so gestaltet sein, dass es einen solchen punktweise bestimmten Verlauf einzustellen gestattet.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung mit der dies möglich ist. An den mit F bezeichneten Klemmen wird die Führungsspannung angelegt.
In Reihe mit dem einen Leiter ist ein Widerstand R geschaltet und durch den Strom belastet, der durch eine Parallelschaltung meh- rererSpannungsschwellenfliesst. jededieser Schwellen besteht aus einem Widerstand r, einem Ventil v und einer gegen die Sperrichtung des Ventils v geschalteten Gegenspannung g.
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sind zunächt alle Ventile v durch ihre Gegenspannungen gesperrt. Es fliesst kein Strom durch den Widerstand R und die Leitspannung steigt ebenso wie die Führungsspannung.
Hat die Führungsspannung die Grösse der kleinsten der Gegenspannungen gl erreicht, dann wird das Ventil Vl leitend und der Widerstand R ist von nun an durch den Strom belastet, der durch den Widerstand rl fliesst, der an ihm auftretende Spannungsabfall bewirkt, dass die Leitspannung L langsamer steigt als die Führungsspannung F.
Nach Erreichen der zweiten Gegenspannung g2 wird auch V2 leitend, R ist jetzt durch die Parallelschaltung von rl und f2 ! belastet, so dass L noch weniger mit F ansteigt, usw. Durch eine genügende Zahl von Gegenspannungsstufen ist es möglich, sich der Form der Kurve L über F mit jeder gewünschten Genauigkeit anzunähern.
Allerdings gestattet die bisher beschriebene Ein-
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einen immer flacheren Verlauf von L zu erreichen, d. h. eine Krümmung der Kurve L über F gegen die F-Achse, wie dies Fig. 3 zeigt. Bei anderen Sättigungsverhältnis'sen des Motors könnten in der Kurve aber auch Stellen umgekehrter Krümmung vorkommen. Um auch diese richtig abzubilden, ist eine zweite Gruppe von Widerständen, Ventilen und Gegenspannungen r', v', g'notwendig, die parallel zu R geschaltet sind. Wenn der Spannungsabfall an R die kleinste dieser Gegenspannungen übersteigt, wird das zugehörige Ventil leitend und, der Widerstand ri parallel zu R geschaltet, also der weitere Anstieg des Spannungsabfalles vermindert.
Da die Führungsspannung auch ihre Polarität umkeh- ren kann, wobei aber die Abhängigkeit L über F die gleiche bleiben soll, ist jeder Widerstand r, bzw. ?'/usw. mit einem zweiten Ventil umgekehrter Polarität verbunden, das mit einer Ge- genapannung umgekehrter Richtung in Reihe geschaltet ist. Es ist klar, dass die Feldumkehr-
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Method for controlling an electric reel drive
In the case of electric drives of the reels of strip rolling mills and similar devices, it is known to keep the strip tension constant and independent of the rolling speed and the coil diameter, that the current in the reel motor is kept constant by influencing the feeding generator or converter and at the same time the motor field is proportional to the Collar diameter is changed. The size of the current is specified by the operator by setting a reference variable and the control then ensures that the current continuously corresponds to this preset reference variable. The current, which is necessary to maintain the belt tension, must be supplied during the acceleration resp.
Delay times are superimposed on a current. which balances the acceleration forces so that the sum of the currents in the reel motor resp.
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reversing motor goes from motor to generator mode and vice versa. This is easily possible with converter feed, but not with converter feed, in which the direction of the current is determined by the valve action. One of the known circuits developed to overcome this difficulty is the "field reversal circuit", in which, in order to reverse the torque, not the armature current but the motor field is reversed.
However, since the field has a large time constant, it is expedient not to leave it constant with decreasing torque and suddenly turn from the highest value in one direction to the highest value in the other direction when the torque crosses zero decreasing armature current, steadily reduced, so that it also continuously goes through zero and can be turned. Since the current and field of the reel motor change simultaneously with such a control, the relationship between current and torque is no longer linear. A certain armature current can be assigned to a certain master variable, but the relationship between the master variable and torque is not linear.
As a result, it is no longer possible
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The corresponding amount is increased or decreased because a change in the guide variable by a certain amount results in a different change in the torque, depending on how large the constant portion of the guide variable was that is specified for setting the belt tension. In other words, in the non-linear system, addition is no longer possible and, up until now, very complicated versions of entire electronic calculating machines had to be used.
According to the invention, the object is achieved in a much simpler manner in that the guide variable is first transformed by a non-linear network and only then used to influence the reel motor current. To make it easier to differentiate, the original guide variable "guide voltage" and the variable "guide voltage" transformed by the non-linear network are referred to below. In the sense of the invention, the network does not have to be linear in such a way that the relationship between reference voltage and torque becomes linear, i.e. H. its non-linearity must be inverse to that of the relationship between master voltage and torque.
In Fig. 1 a circuit according to the invention is shown. The reel motor HM (a series motor) is fed from the transformer T via the converter S. The current delivered by the converter - not its voltage! - is regulated by the grid control set G. For this purpose, the voltage drop taken from the shunt Sh, which represents the actual value of the current, is compared in the grid control rate with the control voltage L and the grid control rate changes the ignition angle of the grid if there is a difference between the actual value and the control voltage so that this difference is
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disappears. The motor HM has two excitation windings E1 and E2, which are wound in opposite directions, so that the direction of the torque is reversed, depending on which of the two windings is switched on.
If the control voltage L has a certain size and direction, then the grid control rate regulates the certain current I and it is z. B. E1 switched on. If L becomes smaller, I also becomes proportionally smaller, but if L reverses the direction, then at the zero crossing E1 alb- and E2 are switched on, as indicated in FIG. 1 by the line of action plus and minus. When. Switching devices can also be used instead of mechanical switches, electronic devices. If L reaches the previous size again, but now with the opposite polarity, then I has the same size and direction as before, but since Ei: is switched on instead of EI, the torque has the opposite direction. The relationship between the control voltage L and the torque is not linear.
The non-linear network NN according to the invention is now connected upstream of the control voltage. The network forms the
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establish such a non-linear relationship between F and L that the relationship between F and the torque becomes linear. The guide tension F is composed of the quantity Z, which represents the strip tension, and the tension of an "acceleration generator" BG, which stands still during the constant running of the rolling mill and is only put into operation by switching on its motor M in the periods of speed changes. The voltage of the acceleration generator is then added to Z in one sense or the other, depending on its direction of rotation.
Such a simple addition is only possible because, under the influence of the non-linear network, the relationship between reference voltage and motor torque has become linear.
Like the properties of the non-linear network. can be determined, is explained in the hand of FIG. Here 0 over AW is the magnetization characteristic of a direct current motor. Since the AW are proportional to the armature current I due to the series connection and the torque D is proportional to the product <&. I can by. the point-by-point execution of this multiplication, the curve D can be drawn over 1. F is the line of rising
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the control voltage should also have 100 / o and thus the armature current I and the torque D should also be 1000 / (). If now the lead voltage z. B. is reduced to 50 "/ o (point l), then the torque should also drop to 50.
From curve D it can be seen that this requires 63% armature current rather than 50% (point 2). To set 63% armature current, 63% control voltage is necessary (point 3). In this way, the associated point of the control voltage L can be determined for each point of the reference voltage f, from which the curve L arises. In FIG. 3, the relationship between the control voltage L and the control voltage F is shown again in right-angled coordinates. The non-linear network NN must therefore be designed in such a way that it allows such a course to be set point by point.
Fig. 4 shows an arrangement according to the invention with which this is possible. The reference voltage is applied to the terminals marked with F.
A resistor R is connected in series with one conductor and is loaded by the current that flows through a parallel connection of several voltage thresholds. Each of these thresholds consists of a resistor r, a valve v and a counter voltage g switched against the blocking direction of the valve v.
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all valves v are initially blocked by their counter voltages. No current flows through the resistor R and the control voltage increases as does the control voltage.
If the control voltage has reached the size of the smallest of the counter voltages gl, then the valve Vl becomes conductive and the resistor R is from now on loaded by the current flowing through the resistor rl, the voltage drop occurring across it causes the control voltage L to slow down increases as the lead voltage F.
After reaching the second counter voltage g2, V2 also becomes conductive, R is now due to the parallel connection of rl and f2! loaded, so that L rises even less with F, etc. With a sufficient number of counter-voltage levels, it is possible to approximate the shape of the curve L over F with any desired accuracy.
However, the previously described input
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to achieve an increasingly flatter course of L, d. H. a curvature of the curve L over F against the F axis, as shown in FIG. With other saturation ratios of the motor, points of opposite curvature could also occur in the curve. A second group of resistors, valves and counter voltages r ', v', g ', which are connected in parallel to R, is necessary in order to represent this correctly. If the voltage drop across R exceeds the smallest of these counter voltages, the associated valve becomes conductive and the resistor ri is connected in parallel to R, i.e. the further increase in the voltage drop is reduced.
Since the reference voltage can also reverse its polarity, but the dependency L over F should remain the same, each resistance is r, or? '/ Etc. connected to a second valve of opposite polarity, which is connected in series with a counter voltage in the opposite direction. It is clear that the field reversal
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