Verfahren zur Regelung eines eine Bandaufwickelvorrichtung treibenden
Gleichstrommotors
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung eines eine Bandaufwickelvorrichtung treibenden Gleichstrommotors, dessen Magnetfeld zur Erzielung vorgeschriebener Bandspannungswerte in direkter Abhängigkeit vom Ankerstrom steht.
Gemäss der Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Fernbleibensdes Bandes und des damit verbundenen Ankerstromrückganges, zur Vermeidung eines durch die Feldschwächung bedingten Drehzahlanstieges, das Magnetfeld im Sinne der Aufrechterhaltung der Motordrehzahl mit Hilfe einer bei einsetzender Beschleunigung zwischen einem Kondensator und einem mit dem Gleichstrommotor gekuppelten Tachogenerator auftretenden Spannungsdifferenz geregelt wird.
Der Ausdruck Band ist hier als ein Sammelbegriff für Bahnen von Papier, Textilien, Kunststoffen, Metallen usw. zu verstehen, die durch Produktionsmaschinen der Aufwickelstelle zugeführt werden.
Die beiliegende Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Schema eines Compound- bzw. Doppelschlussmotors mit einer Regeleinrichtung, anhand welchem das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert wird.
Mit 1 ist der Anker dieses Motors bezeichnet, der in Serie mit seinem Hauptstrom-Magnetfeld 2 und einem Vorschaltwiderstand 3 von einer Stromquelle 4, z. B. einem Leonardgenerator, gespeist wird. Sein Nebenschluss-Magnetfeld 5 erfährt seine Speisung von einer zweiten Stromquelle 6, während eine dritte Stromquelle 7 zum Anschluss eines Sollwertpotentiometers 8 verwendet ist.
Aus Gründen einer weitgehenden Vereinfachung der Darstellung ist als Verstärker ein einziger Transistor 9 in Emitterschaltung gezeichnet, der sowohl Messglied als auch Stellglied zweier Regelkreise ist.
Im ersten Regelkreis wird der Spannungsabfall in der Wicklung des Hauptstromfeldes 2 und im Vorschaltwiderstand 3 als Istwert für den Ankerstrom mit dem am Abgriff des Potentiometers 8 eingestellten Sollwert verglichen, wobei sich die Uberschreitung des Sollwertes in einem Strom vom Emitter zur Basis des Transistors 9 auswirkt. In Abhängigkeit von diesem Strom verkleinert sich der Widerstand zwi schcn Emitter und Kollektor des Transistors 9 und dadurch wird auch das Nebenschlussfeld 5 stärker erregt.
Bei ganz geschlossenem Transistor 9 erhält das Feld 5 die Spannung über den Widerstand 10 und wird nur sehr schwach erregt. Die Folge davon ist eine hohe Anfangsdrehzahl des Wickelmotors.
Sobald der Wickeldurchmesser zunimmt, sinkt die Drehzahl, der Ankerstrom aber wächst und übersteigt schliesslich den Sollwert, wodurch der Transistor 9 zwischen Emitter und Kollektor stromführend wird. Damit wird der Widerstand 10 immer mehr überbrückt und das Feld 5 verstärkt. Dieser Vorgang ist ein kontinuierlicher und führt die direkte Abhängigkeit des Magnetfeldes vom Ankerstrom vor Augen.
Infolge eines hohen Verstärkungsgrades des Transistors 9, genügt eine ganz kleine Überschreitung des Sollwertes, um eine volle Aussteuerung, d. h. eine maximale Verstärkung des Feldes 5, zu erreichen. Der gleiche Effekt kann mit anderen Verstärkern, z. B. Thyratronröhren, Transduktoren oder Tunneldioden, erreicht werden. Wenn auch infolge Kleinheit der Abweichung vom Sollwert der Strom praktisch über den ganzen Wickelbereich als konstant angesehen werden kann, bleibt das Magnetfeld nichts destoweniger stets in direkter Abhängigkeit von seinem augenblicklichen Wert; sollte sich dieser vermindern, so würde der Transistor 9 für eine entsprechende Schwächung des Magnetfeldes sorgen.
Dieser Fall kann dann eintreten, wenn das Band plötzlich abreisst. Die Drehzahl des Motors würde zufolge Feldschwächung dabei ansteigen, was aber unerwünscht ist, wenn die Absicht besteht, das Band wieder an den Ballen anzulegen. Dieses Problem kann auch dann auftreten, wenn ein Band fertig aufgewickelt ist und ein neues an den Ballen angelegt werden muss.
Um eine solche unerwünschte Beschleunigung auszuschalten, ist ein Kondensator 11 vorgesehen, der an die Klemmen eines mit dem Gleichstrommotor gekuppelten Tachogenerators 12 über ein Ventil 13 angeschlossen ist. Mittels eines Schalters 14 kann dieses Ventil 13 überbrückt werden. Während des Hochlaufens des Motors bleibt dieser Schalter geschlossen, bis die höchte Drehzahl erreicht ist.
Dadurch wird der Kondensator 11 mit der Spannung des Tachogenerators 12 aufgeladen.
Vor Beginn der Wickelarbeit wird der Schalter 14 geöffnet. Sinkt nun die Drehzahl mit dem Grösserwerden des Wickeldurchmessers, so fällt die Spannung des Tachogenerators allmählich ab und das Ventil 13 hindert den Kondensator 11 nicht daran, sich entsprechend dieser sinkenden Spannung zu entladen, was einleuchtend ist, wenn man die Polaritäten und die Sperrichtung des Ventils 13 betrachtet.
Kommt es aber zu einem Bandriss, oder das Band bleibt aus anderen Gründen fort, so beginnt die Spannung des Tachogenerators infolge einer einsetzenden Beschleunigung des Motors zu steigen.
Das Ventil 13 gestattet dabei dem Kondensator nicht mehr, diese erhöhte Spannung anzunehmen, d. h. sich entsprechend aufzuladen; es entsteht somit eine Spannungsdifferenz am Ventil 13. Wie im Schema gezeigt ist, liegt diese Differenzspannung zwi- schen Emitter und Basis des Transistors 9 und kann ihn genau so aussteuern, wie es bezüglich der Differenz zwischen Istwert und Sollwert des Ankerstromes bereits beschrieben wurde. Dadurch wird also das Feld 5 wieder verstärkt und der Drehzahlanstieg verhindert.
Wohl kann sich nunmehr der Kondensator 11 mit Hilfe des über Emitter und Basis des Transistors 9 fliessenden Stromes aufladen, doch lässt sich dieser Strom durch den Widerstand 15 auf ausserordentlich geringen Werten halten. Ausserdem muss der Kondensator 11 über eine genügend grosse Kapazität verfügen, damit die Aufladezeit möglichst gross wird. Sein Spannungspegel erhöht sich demnach nur sehr langsam und sichert dem Bedienungspersonal ausreichend Zeit, um das Band an den mit fast unveränderter Geschwindigkeit weiterlaufenden Wickelballen wieder anzulegen. Der andere im Schema gezeichnete Widerstand und weitere Ventile dienen zur Strombegrenzung und zur Sperrung der
Ausgleichsströme.
Kondensator 11, Tachogenerator 12 und Transistor 9, der das Feld 5 steuert, bilden den zweiten Regelkreis der Anlage, der zum ersten Regelkreis hinzukommt.
Mit Hilfe einer Kombination der Mess- und Stellglieder lässt sich die Empfindlichkeit des Systems so weit steigern, dass die geringste Überschreitung der Sollwerte, als das sind einerseits der Spannungswert am Potentiometer 8 und anderseits die Spannung am Kondensator 11, die Endstufe, welche den Widerstand 10 überbrückt, bereits vollständig öffnet und dem Feld 5 die maximale Spannung zuführt. Dadurch aber tritt eine Überregelung auf, so dass die Sollwerte wieder unterschritten werden. Die Endstufe wird erneut geschlossen und dem Feld wird die minimale Spannung zugeführt.
Ein solcher Pendelvorgang ist das Kennzeichen einer sogenannten Zweipunkt-Regelung, welche im vorliegenden Falle nicht unwesentliche Vorteile mit sich bringt: das mit einer Selbstinduktion behaftete Magnetfeld kann damit zu einer schnelleren Reaktion gezwungen werden, während das ständige Überschreiten und Unterschreiten des Sollwertes eine höhere Genauigkeit für den sich ausbildenden Ist-Mittelwert zur Folge hat. Für den Kondensator 11 hat diese Regelart noch den Vorteil, dass er während der Zeit der Sollwertunterschreitung wieder entladen wird.
Das beschriebene Verfahren lässt sich nicht nur für Compoundmotoren und reine Nebenschlussmotoren mit einer oder mehreren Feldwicklungen, sondern auch für Reihenschlussmotoren zur Anwendung bringen. Da bei dieser letzten Motorgattung das Magnetfeld nur durch Erhöhung des Ankerstromes verstärkt werden könnte, also durch eine Erhöhung der Last, die aber beim Fernbleiben des Bandes dahinfällt, ist es geboten, durch den beschriebenen Regelkreis die Klemmenspannung des Motors so stark herabzusetzen, das Magnetfeld also so sehr zu schwächen, dass eine Beschleunigung wegen des sehr geringen Drehmomentes aussetzen muss. Die Verwirklichung einer derartigen Regelung ist deswegen unschwer, weil die als Bandaufwickler arbeitenden Reihenschlussmotoren zu ihrer Steuerung einer Speisequelle mit variabler Spannung bedürfen, beispielsweise eines Magnetverstärkers.
Es genügt daher, zur Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei Reihenschlussmotoren mit Hilfe der Spannungsdifferenz zwischen Kondensator 11 und Tachogenerator 12 eine Steuerwicklung des Magnetverstärkers so zu beaufschlagen, dass dieser nahezu ganz gesperrt wird.
Auch hier lässt sich eine Zweipunktregelung vorteilhaft anwenden.
Es wäre auch denkbar, den Widerstand 10 fortfallen zu lassen und das Feld 5 beim gesperrten Transistor ganz auszuschalten. Dann ist es allerdings ratsam, eine zweite Nebenschlusswicklung vorzusehen und diese ständig zu erregen, um ein Durchgehen des Motors zu verhindern.
Ist die Stromquelle 4 ein Generator, Transduktor oder ein steuerbarer Gleichrichter, so wäre es ferner denkbar, durch den Regelkreis die Spannung dieser Stromquelle herabzusetzen, um den Drehzahlanstieg des Doppelschluss- bzw. Nebenschlussmotors auf die gleiche Art zu verhindern, wie bei einem Reihenschlussmotor.