Gleichstrom-Antrieb zum Aufwickeln eines Bandes
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Gleichstom-Antrieb zum Aufwickeln eines Bandes mit Hilfe eines Compoundmotors und eine Regelvorrichtung, die einerseits den Ankerstrom dem Bandzug und anderseits die algebraische Summe der Erregerfelder des Motors dem Wickeldurchmesser proportional hält.
Die Fig. 1 und 2 mit Diagrammen, auf deren Abszissen der Wickeldurchmesser D und auf deren Ordinaten die Erregerfelder aufgetragen sind, zeigen die Beziehungen zwischen diesen Grössen für zwei charakteristische Ausführungsbeispiele.
Für jeden Gleichstrom-Wickelantrieb ist der Ausdruck:
K1 J B = M = K2 P D massgebend, worin zusätzlich zu obigen Grössen J den Ankerstrom des Motors, M das vom Motor entwickelte Drehmoment, P die Bandspannung beim Aufwickeln, K1 eine die Bewicklung des Ankers, Anzahl und Grösse der Magnetpole, den Gütefaktor und die Dimen sionen berücksichtigende Konstante, K2 eine die mechanische Übersetzung und deren
Wirkungsgrad berücksichtigende Konstante bedeuten.
Soll der Ankerstrom ein Wertmesser für den Bandzug, also J = K3 P sein, lässt sich obiger Ausdruck in der Form B = KD schreiben, was besagt, dass sich die Feldstärke proportional dem Wickeldurchmesser ver ändern muss.
In der Fig. 1 und 2 erfüllt die Gerade B diese Bedingung. Wird der Ankerstrom regelungstechnisch auf konstantem Wert gehalten, sofern auch der Bandzug konstant bleiben soll (die übliche Bedingung), so ver ändern sich die Amperewindungen der Reihenschlusswicklung nicht, und das von ihnen erzeugte Magnetfeld Br hat unter dem Einfluss der sich ändernden Eisensättigung etwa den in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Verlauf.
Die senkrechten Schraffurlinien sind ein Mass für die Feldstärke, herrührend von den geregelten Nebenschluss-Amperewindungen. Innerhalb der mit + bezeichneten Flächen hat dieses Feld die Richtung des Reihenschlussfeldes Br und verstärkt somit letzteres, innerhalb der Minus -Fläche aber ist das Nebenschlussfeld dem Reihenschlussfeld entgegengerichtet und schwächt dieses. Die jeweilige algebraische Summe beider Felder ergibt den verlangten, dem Wickeldurchmesser proportionalen Verlauf des resultierenden Motorfeldes B.
Das vollerregte Feld tritt immer am Ende der Aufwicklung, d. h. beim grössten Wickeldurchmesser 4Da auf. Es ist freigestellt, die hierfür nötigen Amperewindungen verschiedenartig auf die beiden Feldwicklungen aufzuteilen. In Fig. 1 sind sie annähernd halbiert, so dass die entsprechenden Feldanteile +Bre und +Bne etwa gleich gross sind. Bei dieser Aufteilung braucht man zum Schwächen des Reihenschlussfeldes + Bra beim kleinsten Wickeldurchmesser ein entgegengerichtetes Nebenschlussfeld-Bna, für welches hier nicht mehr Amperewindungen benötigt werden als für + Bne (Index a bezieht sich stets auf den Anfang des Aufwickelvorganges, Index e stets auf sein Ende ).
Man braucht somit höchstens das halbe Motorfeld zu steuern, allerdings verbunden mit einer Umkehrung desselben bei einem Wickeldurchmesser, der etwa in der Mitte zwischen Da und 4 Da liegt.
Unter Zuhilfenahme bekannter Stellglieder, wie z. B. Magnetverstärker, ist eine solche Umkehr Regelung unschwer zu verwirklichen.
Den Beispielen nach Fig. 1 und 2 ist eine 4fache Vergrösserung des Wickeldurchmessers (von Da auf 4 Da) und eine entsprechende Feldverstärkung (von Ba auf4 Ba) zugrunde gelegt. Die Verhältnisse ändern sich im Prinzip nicht, wenn der Durchmesser auf den 8fachen und selbst 10flachen Wert anwächst. Auch dann noch besteht für den nach dem Erfindungsgedanken geregelten Compoundmotor keine Kippgefahr. Hierin liegt sein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bekannten Nebenschluss-Wickelmotor, für welchen das Durchmesser-Verhältnis 1:4 eine Grenze darstellt.
Je kleiner + Bne gegenüber + Bre gewählt wird, um so grösseren Raum muss man für die Wicklungen vorsehen: beim Grenzfall + Bne = 0 muss praktisch jede Wicklung das vollerregte Feld erzeugen können.
Dies würde die Wahl einer grösseren Motortype bedingen, was einen Nachteil bedeutet. Allerdings brauchte man dann das Nebenschlussfeld nicht mehr zu kehren, weil es lediglich für die Schwächung des Reihenschlussfeldes benutzt wird.
Der zweite Grenzfall ist in Fig. 2 wiedergegeben.
Hier erzeugen die Amperewindungen der Reihenschlusswicklung ganz allein den zu Beginn des Aufwickelvorganges erforderlichen Feldwert Bra Ba.
Die Nebenschlusswicklung hat nur die Aufgabe, bei fortschreitendem Prozess das Reihenschlussfeld zu ververstärken und braucht deswegen nicht reversiert zu werden. Die Amperewindungen beim vollerregten Feld sind auf die beiden Wicklungen so verteilt, das die aus Fig. 2 ersichtlichen Feldanteile + Bre und + Bne entstehen.
DC drive for winding a tape
The subject of the present invention is a direct current drive for winding up a tape with the aid of a compound motor and a control device that keeps the armature current proportional to the tape tension and the algebraic sum of the excitation fields of the motor proportional to the winding diameter.
1 and 2 with diagrams on the abscissa of which the winding diameter D and on the ordinate of which the excitation fields are plotted, show the relationships between these variables for two characteristic exemplary embodiments.
For every DC winding drive the expression is:
K1 JB = M = K2 PD decisive, where in addition to the above values J the armature current of the motor, M the torque developed by the motor, P the tape tension during winding, K1 the winding of the armature, number and size of the magnetic poles, the quality factor and the Constant taking into account dimensions, K2 a mechanical translation and its
Mean constant taking into account efficiency.
If the armature current is to be a measure of the tension in the strip, i.e. J = K3 P, the above expression can be written in the form B = KD, which means that the field strength must change proportionally to the winding diameter.
In FIGS. 1 and 2, the straight line B fulfills this condition. If the armature current is kept at a constant value in terms of control technology, provided that the strip tension is also to remain constant (the usual condition), the ampere turns of the series winding do not change, and the magnetic field Br generated by them has, under the influence of the changing iron saturation, about FIGS. 1 and 2 drawn course.
The vertical hatching lines are a measure of the field strength, originating from the regulated shunt ampere turns. Within the areas marked with +, this field has the direction of the series field Br and thus strengthens the latter, but within the minus area the shunt field is opposite to the series field and weakens it. The respective algebraic sum of both fields results in the required course of the resulting motor field B, which is proportional to the winding diameter.
The fully excited field always occurs at the end of winding, i.e. H. at the largest winding diameter 4Da. It is optional to divide the ampere turns required for this in various ways between the two field windings. In Fig. 1 they are approximately halved, so that the corresponding field components + Bre and + Bne are approximately the same size. With this division, in order to weaken the series field + Bra for the smallest winding diameter, you need an opposing shunt field Bna, for which no more ampere-turns are required here than for + Bne (index a always refers to the beginning of the winding process, index e always to its end ).
You therefore need to control half the motor field at most, but with a reversal of the same for a winding diameter that is roughly in the middle between Da and 4 Da.
With the help of known actuators, such as. B. magnetic amplifier, such a reversal scheme is easy to implement.
The examples according to FIGS. 1 and 2 are based on a 4-fold increase in the winding diameter (from Da to 4 Da) and a corresponding field strengthening (from Ba to 4 Ba). In principle, the ratios do not change if the diameter increases to 8 times and even 10 times the value. Even then, there is still no risk of the compound motor regulated according to the concept of the invention tipping over. This is its main advantage over the known shunt wound motor, for which the diameter ratio 1: 4 is a limit.
The smaller + Bne compared to + Bre, the larger the space that has to be provided for the windings: in the borderline case + Bne = 0, practically every winding must be able to generate the fully excited field.
This would require choosing a larger engine type, which is a disadvantage. However, you then no longer need to sweep the shunt field because it is only used to weaken the series field.
The second borderline case is shown in FIG.
Here the ampere turns of the series winding produce the field value Bra Ba required at the beginning of the winding process.
The only task of the shunt winding is to strengthen the series field as the process progresses and therefore does not need to be reversed. The ampere turns in the fully excited field are distributed over the two windings in such a way that the field components + Bre and + Bne shown in FIG. 2 arise.