Elektrische Einrichtung zum Betrieb von Wickelhaspeln für Metallband Wickeleinrichtungen für Metallband müssen in der Regel in der Lage sein, beim Wickeln von Band grosser Bandstärke einen relativ hohen Bandzug zu ermöglichen, während beim Wickeln von Band kleiner Bandstärke lediglich ein relativ niedriger Bandzug erforderlich ist. Solche Wickeleinrichtungen besitzen einen Wickeldorn, der in den meisten Fällen direkt oder über ein Zwischengetriebe von einem oder von mehreren Gleichstrom-Nebenschlussmotoren angetrieben wird.
Bislang wurde der sich beim Wickeln ändernde Bunddurchmesser durch Nachstellen der Nebenschlusserregung des betreffenden Gleichstrommotors berücksichtigt. Demgemäss wurde der Motor mit einem Feldschwächbereich versehen, der dem Bunddurchmesserbereich entsprach. Während des Wickelvorganges wurde der Ankerstrom im wesentlichen konstant gehalten.
Der Beginn des Aufwickelns erfolgte bei voller Feldschwächung des Motors. Mit zunehmendem Bunddurchmesser wurde zunehmend die Nebenschlusserregung verstärkt. Das bedeutet aber, dass der Anlauf des Wickelhaspels auf Geschwindigkeiten unterhalb seiner Maximalgeschwindigkeit wegen der in jedem Fall einsetzenden Feldschwächung relativ langsam vor sich geht.
Ausserdem sind normale Gleichstrom-Nebenschlussmotoren bei voller Feldschwächung weniger stossüberlastbar als bei voller Nebenschlusserregung. Ein für diese Verhältnisse ausreichend dimensionierter Motor besitzt ein relativ grosses Schwungmoment, das bei Bandgeschwindigkeitsänderungen die Genauigkeit der Einhaltung eines gewünschten Bandzuges beeinträchtigt und den erforderlichen Spitzenstrom im Ankerkreis des Motors weiter heraufsetzt.
Die Erfindung, die besondere Bedeutung für die Bandzugregelung an dem Aufwickelhaspel eines kontinuierlichen Breitband-Warmwalzwerkes hat, setzt voraus, dass im allgemeinen die Bandgeschwindigkeit von Bändern grosser Bandstärke niedriger ist als die von Bändern kleiner Bandstärke. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Betriebsweise von Wickelhaspeln für Metallband zu verbessern und die Baugrösse der die zugehörigen Wickeldorne antreibenden Motoren möglichst klein zu halten.
Die Erfindung geht von einem durch die deutsche Auslegeschrift B 35 708/21c/62-50 vom 18. 10. 1956 gegebenen Stand der Technik aus und betrifft demgemäss eine elektrische Einrichtung zum Betrieb von Wickelhaspeln für Metallband unter Verwendung eines mit dem Haspel gekuppelten einzeln gespeisten, unter Vergleich eines Ankerstrom-Einstellwertes mit dem Ankerstrom-Istwert über den Ankerkreis geregelten Gleichstrom-Nebenschlussmotors, dessen Nebenschlusserregung durch eine Schaltungsanordnung selbsttätig verstellbar ist, sowie einer laufend arbeitenden Recheneinrichtung, die den Aussendurchmesser des Wickelbundes ermittelt,
aus diesem und dem Bandzug-Einstellwert und zusätzlich einem Bandgeschwindigkeitsänderungen und die Schwungmassen zwecks Beschleunigungskompensation berücksichtigenden Wert das benötigte Motordrehmoment errechnet, die ferner den tatsächlich vorhandenen Wert der Nebenschlusserregung ermittelt und durch Division des errechneten Motordrehmomentes durch diesen Wert den benötigten Ankerstrom-Einstellwert errechnet und einstellt.
Die bekannte Einrichtung wird unter Vermeidung der geschilderten Nachteile erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass zur Berücksichtigung eines zur Krümmung des Bandes beim Wik keln von Bunden erforderlichen Biegemoments eine zusätzliche auf die Recheneinrichtung einwirkende, einstellbare und einen vorgesehenen Anteil der Drehmomentgrösse bestimmende Stelleinrichtung angeordnet ist und dass für die Verstellung der Nebenschlusserregung eine Schaltungsanordnung zur ankerspannungsabhängigen Feldschwächung vorgesehen und derart ausgelegt ist, dass die Feldschwächung erst einsetzt, wenn praktisch der zulässige, obere Grenzwert der Ankerspannung des Motors erreicht ist.
Obwohl an sich Schaltungsanordnungen zur ankerspannungsabhängigen Feldschwächung hinreichend bekannt waren, vgl. beispielsweise AEG-MITTEILUN GEN 1958, Seiten 630/31 sowie 646/47, hatte man bislang die vorteilhafte Einsatzmöglichkeit bei der Regelung von Wickelhaspeln nicht erkannt. Vielmehr wurde, sobald ein Feldschwächbereich des Motors zur Berücksichtigung des veränderlichen Bunddurchmessers vorgesehen war, in jedem Fall von der Feldschwächung Gebrauch gemacht. So wird in dem Ausführungsbeispiel der eingangs genannten Auslegeschrift das errechnete Drehmoment des Haspelmotors in erster Linie über dessen Feldkreis geregelt. Man ging bisher von der Voraussetzung aus, dass bei konstanter Bandgeschwindigkeit die für den Wickelhaspel erforderliche Motorleistung unabhängig vom Bunddurchmesser konstant sei.
Das gilt jedoch nur, wenn man das zur Krümmung des Bandes beim Wickeln von Bunden auftretende Biegemoment nicht berücksichtigt. Dieses Biegemoment nimmt mit zunehmendem Bunddurchmesser leicht ab.
Es kann in erster Näherung als vom Bunddurchmesser unabhängig angenommen werden und kann ohne weiteres in der Grössenordnung des Bandzugmomentes liegen. Die Vernachlässigung dieses Moments würde bedeuten, dass bei konstanter Motorleistung der Bandzug nicht mehr konstant ist, sondern entsprechend dem wachsenden Bunddurchmesser laufend zunimmt. Bei Berücksichtigung des Biegemomentes bleibt demzufolge die für eine bestimmte Bandgeschwindigkeit und einem konstanten Bandzug erforderliche Motorleistung nicht mehr konstant, sondern nimmt mit zunehmendem Bunddurchmesser ab.
Das Biegemoment hängt von der Bandbreite, von dem Quadrat der Banddicke und von der Streckgrenze des zu wickelnden Materials bei Wickeltemperatur und Bandgeschwindigkeit ab. Beispielsweise beträgt für einen Spezialstahl von 12,7 mm Stärke das erforderliche Biegemoment ca. 700 kpm. Das erforderliche Bandzugmoment liegt entsprechend dem veränderlichen Bunddurchmesser zwischen 220 und 590 kpm. Bei Wickelbeginn ist also das Biegemoment etwa dreimal so gross wie das Bandzugmoment.
Aus walztechnischen Gründen wird dickes Material mit kleiner Geschwindigkeit, dünnes Material mit hoher Geschwindigkeit gewalzt. Daraus folgt, dass die Haspelmotorenleistung beim Walzen von dickem Material, also im unteren Wickelgeschwindigkeitsbereich, hauptsächlich durch die Biegung und den Bandzug und beim Walzen von dünnem Material, also im oberen Wickelgeschwindigkeitsbereich, vorwiegend durch den Bandzug allein bestimmt wird. Bei diesen Gegebenheiten ermöglichen die Massnahmen der Erfindung eine Verkleinerung der Baugrösse des Haspelmotors. Dickes Material wird bei konstanter maximaler Nebenschlusserregung des Motors und entsprechend der benötigten Motordrehzahl erhöhter Ankerspannung und somit auch höherer Leistung gewickelt. Die Regelung erfolgt hierbei im Ankerkreis.
Bei dünnem Material wird je nach der Bandgeschwindigkeit im oberen Ankerspannungsbereich mit einer entsprechenden Feldschwächung gearbeitet. Im letztgenannten Fall erfolgt die Regelung sowohl im Anker- als auch im Feldkreis des Motors.
Eine derartige Lösung bietet neben dem Vorhergesagten folgende Vorteile:
1. Dadurch, dass bei kleinen, d. h. bei dickem Ma terial, Bandgeschwindigkeiten mit voller Nebenschlusserregung des Motors gearbeitet wird, steht in diesen Fällen für Beschleunigungs-, Verzögerungs- oder sonstige Regelvorgänge das volle Motordrehmoment zur Verfügung.
2. Da bis zu einer bestimmten Bandgeschwindigkeit mit voller Nebenschlusserregung und entsprechender Stromregelung gearbeitet wird, dickes Material jedoch während des Wickelvorganges mit zunehmendem Bunddurchmesser eine sinkende Motorleistung und Drehzahl erfordert, kann mit einem kleineren Motor das gewünschte Wickelprogramm verwirklicht werden als mit einer auch in diesem Falle die Nebenschlusserregung des Motors beeinflussenden Regelung.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass auch bei der bekannten Bandzugregeleinrichtung ein Anteil des benötigten Motormomentes berücksichtigt wird, der unabhängig vom Aussendurchmesser des Wickelbundes ist.
Dieser Anteil ist jedoch nicht betriebsmässig verstellbar und soll als verhältnismässig kleine Korrekturgrösse das Lagerreibungsmoment berücksichtigen. Dieses Reibungsmoment liegt bei den hier in Frage kommenden Haspeln mindestens eine Grössenordnung unter dem maximalen Bandzugmoment.
Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbei spieles einer Bandzugregelung eines Aufwickelhaspels eines kontinuierlichen Breitband-Warmwalzwerkes.
In der Figur bewegt sich ein Metallband 1 in Pfeilrichtung auf einen Wickelhaspel, der einen Wickeldorn 3 enthält. Auf letzterem bildet sich ein Wickelbund 2.
Der Bandzug im Metallband 1 wird von einem Gleichstrom-Nebenschlussmotor aufgebracht, dessen Anker mit 5 und dessen Nebenschlussfeld mit 6 bezeichnet ist.
Der Gegenzug wird von einem Treibapparat 4 bzw. einem nicht näher dargestellten Walzgerüst aufgebracht.
Die Speisung des Motorankers 5 erfolgt über einen Stromrichter 7 aus einem Drehstromnetz 8. Die Steuerung der nicht näher dargestellten Ventile des Stromrichters 7 erfolgt mit Hilfe von in der Phasenlage verschiebbaren Steuerimpulsen, die von einer Steuereinrichtung 9 abgegeben werden. Die Phasenlage der Steuerimpulse wird mit Hilfe eines Regelverstärkers 10 bestimmt, auf dessen Eingang die im Verknüpfungspunkt 12 gewonnene Differenz zwischen Ankerstrom Einstellwert und Ankerstrom-Istwert einwirkt. Der Ankerstrom-Istwert wird mit Hilfe eines Stromwandlers 11 erfasst.
Ein Ankerstrom-Einstellwert wird für einen Anlauf des Motors 5, 6 zunächst dadurch aufgebracht, dass auf den Eingang 60 eines Integrationsgliedes 17 eine Spannung gegeben wird. Dies erfolgt, nachdem ein Schalter 18 geschlossen und ein Schalter 62 geöffnet worden ist.
Die Ausgangsspannung des Integrationsgliedes 17 steigt zeitlinear an und wird mit der Ankerspannung einer Tachometermaschine 19, die mit dem Motor 5, 6 gekuppelt ist, im Verknüpfungspunkt 20 verglichen. Die so gebildete Drehzahlregelabweichung wird nach Verstärkung in einem Verstärker 16 als Ankerstrom-Einstellwert benutzt, der auf den Verknüpfungspunkt 12 einwirkt. Sobald beispielsweise lichtelektrisch festgestellt worden ist, dass die Spitze eines zum Wickelhaspel laufenden Bandes 1 vom Wickeldorn 3 erfasst worden ist, wird ein Schalter 21 geschlossen, wodurch über den Verknüpfungspunkt 20 der Verstärker 16 eine wesentlich höhere Eingangsspannung erhält. In einer Einrichtung 13 wird die als Ankerstrom-Einstellwert dienende Ausgangsgrösse des Verstärkers 16 auf einen Wert begrenzt, der in einer Recheneinrichtung ermittelt worden ist.
Diese Recheneinrichtung besitzt einen Ausgang 15, der über eine Üb erwachungs einrichtung 14 die Einrichtung 13 speist und deren Grenzwerte des Ankerstrom-Einstellwertes zunächst festlegt. Die tÇberwa- chungseinrichtung 14 verhindert, dass die Grenzwerte unzulässige Grössen annehmen können. Mit der tÇber- wachungseinrichtung 14 wird erreicht, dass die Maximalwerte des Ankerstrom-Einstellwertes dem jeweils noch zulässigen Spitzenstrom des Motorankers 5 angepasst werden. Zu diesem Zweck kann an der Über- wachungseinrichtung 14 auf einen Eingang 63 die Motordrehzahl und auf einen Eingang 64 die Nebenschlusserregung des Motors 5, 6 einwirken.
Der Erregerstrom des Motors 5, 6, d. h. der Strom in der Feldwicklung 6, wird über einen Verstärker 27 unter im Verknüpfungspunkt 22 erfolgendem Vergleich zwischen Feldstrom-Einstellwert und Feldstrom-Istwert geregelt. Der Feldstrom-Istwert wird mit Hilfe eines Stromwandlers 26 erfasst. Der Feldstrom-Einstellwert wird über einen Eingang 23 einer nicht näher dargestellten und hinreichend bekannten Schaltungsanordnung 25 zur ankerspannungsabhängigen Feldschwächung aufgebracht. Die Anordnung 25 besitzt einen weiteren Eingang 24, auf den die Ankerspannung des Motors 5, 6 einwirkt. Die Anordnung 25 kann ein unter Vorspannung stehendes elektrisches Ventil enthalten, das nach Überschreiten der Vorspannung einen den Feldstrom Einstellwert verkleinernden Strom führt. Die Vorspannung kann etwa 95 /o des Maximalwertes der Ankerspannung betragen.
Sobald die Ankerspannung die Vorspannung übersteigt, wird bei verhältnismässig kleinen weiteren Steigerungen der Ankerspannung der Feldstrom-Einstellwert und damit der Erregerstrom in der Wicklung 6 zunehmend herabgesetzt. Dies wird jedoch erst bei einer nennenswerten Drehzahl des Motorankers 5 der Fall sein.
Zur Ermittlung des Aussendurchmessers des Wikkelbundes 2 dienen Tachometermaschinen 40 und 41.
Die Tachometermaschine 40 ist mit dem Treibapparat 4 gekuppelt und liefert eine der Bandgeschwindigkeit proportionale Spannung. Die Tachometermaschine 41 ist mit dem Motor 5, 6 und dem Wickeldorn 3 gekuppelt. Die Spannungen der beiden Tachometermaschinen 40 und 41 werden im Verknüpfungspunkt 42 verglichen. Die so gebildete Differenzspannung steuert ei- nen Verstärker 43, der das Nebenschlussfeld 44 der Tachometermaschine 41 speist. Bei entsprechender Auslegung der Tachometermaschine 41 ist deren Erregerstrom dem zugehörigen Erregerfluss proportional. Dieser Erregerstrom ist dann als Quotient von Bandgeschwindigkeit und Drehzahl des Wickeldornes 3 ein Mass für den Aussendurchmesser D des Wickelbundes 2. Der so ermittelte Durchmesserwert D wird zur Errechnung des benötigten Motormomentes verwendet.
Mittels einer Nachlaufregelung wird ein Potentiometer 46 auf den Durchmesserwert eingestellt. Dieser Einstellwert wird im Verknüpfungspunkt 45 mit einer dem Feldstrom der Wicklung 44 proportionalen Grösse verglichen. Die so gebildete Differenz steuert über einen Verstärker 48 einen Stellmotor 47. Dessen Drehwinkel a ist dann dem Aussendurchmesser D des Wickelbundes 2 proportional. Mit dem vom Stellmotor 47 eingestellten Schleifer des Potentiometers 46 sind mechanisch Schleifer von Potentiometern 49 und 50 gekuppelt.
Der gewünschte Bandzug im Metallband 1 wird mit Hilfe eines Potentiometers 51 vorgewählt. Die Ausgangsgrösse des Potentiometers 51 wird mit dem dem Durchmesser D proportionalen Einstellwert des Potentiometers 49 multipliziert. Die Ausgangsgrösse des letztgenannten Potentiometers ist somit dem gewünschten Bandzugmoment proportional. Zur Berücksichtigung der Breite des Metallbandes 1 dienen Potentiometer 56 und 57, deren Schleifer miteinander mechanisch gekuppelt sind. Das Potentiometer 57 sowie Potentiome ter 58 und 59 dienen zur Einstellung der einzelnen Faktoren eines als unabhängig vom Bunddurchmesser D angenommenen Biegemomentes. Dabei kann mit dem Potentiometer 58 das Quadrat der Banddicke und mit dem Potentiometer 59 die Streckgrenze des zu wickelnden Materials berücksichtigt werden.
In einer Recheneinrichtung 52 wird ein zum Ausgleich von bei Bandgeschwindigkeitsänderungen auftretenden Schwungmassenwirkungen benötigter Anteil des Motormomentes errechnet. Auf einen Eingang 53 wirkt eine einem leeren Wickeldorn 3 entsprechende Eingangsgrösse. Auf einen Eingang 54 wirkt der an einem Potentiometer 50 eingestellte Durchmesserwert. Ein Eingang 55 berücksichtigt die am Potentiometer 56 eingestellte Bandbreite. Im vorliegenden Fall kommt der Ausgang der Recheneinrichtung 52 über einen Schalter 36 bei einer weiteren Beschleunigung nach Wickelbeginn oder bei einer Abbremsung des Wickelhaspels zur Wirkung.
Aus den drei Drehmomentanteilen Bandzugmoment, Biegemoment, Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsmoment werden durch Quotientenbildung mit dem Erregerfluss di des Motors 5, 6 drei den Ankerstrom-Einstellwert bestimmende Anteile 28, 29 und 30 errechnet, die auf den Ausgang 15 der gesamten Recheneinrichtung einwirken. Der Erregerfluss 0 wird aus dem mit Hilfe eines Stromwandlers 26 erfassten Feldstrom-Istwert über eine Nachbildung 37 der Magnetisierungskennlinie des Motors 5, 6 ermittelt. Der Ausgangswert der Nachbildung 37 wird im Verknüpfungspunkt 38 mit dem Einstellwert eines Nachlaufpotentiometers 34 verglichen. Die so gebildete Differenzspannung steuert über einen Verstärker 39 einen Stellmotor 31, dessen Drehwinkel a proportional dem Erregerfluss Q > ist.
Mit dem Schleifer des Potentiometers 34 sind Schleifer von Potentiometer 32, 33 und 35 gekuppelt. Die Abgriffspannungen der Potentiometer 32, 33 und 35 sind so gewählt, dass dem maximalen Erregerfluss 0, der am Nachlaufpotentiometer 34 nachgebildet wird, minimale Abgriffspannungen entsprechen. Umgekehrt entspre chen dem minimalen Erregerfluss 0 maximale Abgriff- spannungen an den Potentiometern 32, 33 und 35. Es ist ohne weiteres möglich, anstelle der Potentiometer 32, 33 und 35 ein gemeinsames Stellorgan vorzusehen, dessen Ausgangsgrösse zunächst dem Erregerfluss 0 proportional ist. Die Quotientenbildung könnte dann wie bei der bekannten Bandzugregeleinrichtung mit Hilfe eines zusätzlichen elektronischen Verstärkers erfolgen.
Anstelle der hier gezeigten Potentiometer können auch induktive, kapazitive oder elektronische Stellorgane verwendet werden.
Zur Abbremsung des Wickelhaspels wird der Schalter 18 geöffnet. Gleichzeitig werden die Schalter 62 und 36 geschlossen. Über den Schalter 36 erfolgt die zur Abbremsung erforderliche Beeinflussung des Ankerstrom-Einstellwertes. Diese Beeinflussung kann eine Vorzeichenumkehr von Ankerstrom-Einstellwert und Ankerstrom des Motors 5, 6 zur Folge haben. Eine Spannung 61 bewirkt über den Kontakt 62 und die Integrationseinrichtung 17 in hier nicht näher zu erläuternder Weise die endgültige Stillsetzung des Wickelhaspels.
Electrical device for operating winding reels for metal tape Winding devices for metal tape must generally be able to allow a relatively high tape tension when winding tape with a large tape thickness, while only a relatively low tape tension is required when winding tape with a small tape thickness. Such winding devices have a winding mandrel, which in most cases is driven directly or via an intermediate gear by one or more direct current shunt motors.
Up to now, the changing coil diameter during winding was taken into account by adjusting the shunt excitation of the relevant DC motor. Accordingly, the motor was provided with a field weakening area that corresponded to the collar diameter area. The armature current was kept essentially constant during the winding process.
Winding started with the motor fully weakened. As the collar diameter increased, the shunt excitation increased. However, this means that the start-up of the winding reel to speeds below its maximum speed is relatively slow because of the field weakening that occurs in any case.
In addition, normal DC shunt motors with full field weakening are less susceptible to shock overload than with full shunt excitation. A motor that is sufficiently dimensioned for these conditions has a relatively large moment of inertia which, when the belt speed changes, affects the accuracy of maintaining a desired belt tension and further increases the required peak current in the armature circuit of the motor.
The invention, which is of particular importance for the strip tension control on the take-up reel of a continuous broadband hot rolling mill, assumes that the strip speed of strips of large strip thickness is generally lower than that of strips of small strip thickness. The invention is based on the object of improving the mode of operation of winding reels for metal strip and of keeping the structural size of the motors driving the associated winding mandrels as small as possible.
The invention is based on a state of the art given by the German patent application B 35 708 / 21c / 62-50 of October 18, 1956 and accordingly relates to an electrical device for operating winding reels for metal strip using an individually fed device coupled to the reel , by comparing an armature current setting value with the armature current actual value via the armature circuit controlled direct current shunt motor, the shunt excitation of which is automatically adjustable by a circuit arrangement, as well as a continuously working computing device which determines the outer diameter of the coil,
The required motor torque is calculated from this and the strip tension setting value and additionally a strip speed change and the centrifugal masses for the purpose of acceleration compensation, which also determines the actual value of the shunt excitation and, by dividing the calculated motor torque by this value, calculates and sets the required armature current setting value.
The known device is improved according to the invention while avoiding the disadvantages described, that an additional adjusting device acting on the computing device and determining an intended portion of the torque value is arranged to take into account a bending moment required for the curvature of the band when wikling coils and that for the Adjustment of the shunt excitation a circuit arrangement for armature voltage-dependent field weakening is provided and is designed in such a way that the field weakening only begins when the practically permissible, upper limit value of the armature voltage of the motor is reached.
Although circuit arrangements for armature voltage-dependent field weakening were known per se, cf. for example AEG-MITTEILUN GEN 1958, pages 630/31 and 646/47, the advantageous application possibility in the regulation of winding reels had not been recognized until now. Rather, as soon as a field weakening range of the motor was provided to take account of the variable collar diameter, use was made of field weakening in every case. Thus, in the exemplary embodiment of the initially mentioned publication, the calculated torque of the reel motor is primarily regulated via its field circuit. Up to now the assumption was made that the motor power required for the winding reel would be constant regardless of the coil diameter at a constant belt speed.
However, this only applies if one does not take into account the bending moment that occurs when the band is bent when winding coils. This bending moment decreases slightly as the collar diameter increases.
In a first approximation, it can be assumed to be independent of the collar diameter and can easily be of the order of magnitude of the band tensile torque. Neglecting this moment would mean that with constant engine power the belt tension is no longer constant, but increases continuously in accordance with the growing coil diameter. If the bending moment is taken into account, the motor power required for a specific belt speed and a constant belt tension no longer remains constant, but decreases with increasing collar diameter.
The bending moment depends on the belt width, the square of the belt thickness and the yield strength of the material to be wound at winding temperature and belt speed. For example, for a special steel with a thickness of 12.7 mm, the required bending moment is approx. 700 kpm. The required belt tension is between 220 and 590 kpm depending on the variable collar diameter. At the start of winding, the bending moment is about three times as large as the belt tension.
For technical reasons, thick material is rolled at low speed, thin material at high speed. From this it follows that the reel motor power when rolling thick material, i.e. in the lower winding speed range, is mainly determined by the bending and the strip tension and when rolling thin material, i.e. in the upper winding speed range, is mainly determined by the strip tension alone. In these circumstances, the measures of the invention make it possible to reduce the size of the reel motor. Thick material is wound with a constant maximum shunt excitation of the motor and, depending on the required motor speed, increased armature voltage and thus also higher power. The regulation takes place here in the armature circuit.
With thin material, a corresponding field weakening is used in the upper armature voltage range, depending on the belt speed. In the latter case, the control takes place both in the armature and in the field circuit of the motor.
In addition to the above, such a solution offers the following advantages:
1. The fact that with small, i. H. When working with thick material, belt speeds with full shunt excitation of the motor, the full motor torque is available in these cases for acceleration, deceleration or other control processes.
2. Since full shunt excitation and corresponding current control are used up to a certain belt speed, but thick material requires a decreasing motor power and speed during the winding process with increasing coil diameter, the desired winding program can be implemented with a smaller motor than with one in this case the control influencing the shunt excitation of the motor.
It should also be pointed out that in the known tape tension control device, too, a proportion of the required motor torque is taken into account, which is independent of the outer diameter of the winding collar.
However, this portion cannot be adjusted during operation and should take into account the bearing friction torque as a relatively small correction variable. In the case of the reels in question, this friction torque is at least one order of magnitude below the maximum strip tensile torque.
The further explanation of the invention is based on a game Ausführungsbei shown in the figure of a strip tension control of a take-up reel of a continuous broadband hot rolling mill.
In the figure, a metal strip 1 moves in the direction of the arrow onto a winding reel which contains a winding mandrel 3. A wound collar 2 is formed on the latter.
The strip tension in the metal strip 1 is applied by a direct current shunt motor, the armature of which is designated with 5 and the shunt field with 6.
The counter tension is applied by a driving apparatus 4 or a roll stand, not shown in detail.
The motor armature 5 is fed via a converter 7 from a three-phase network 8. The valves of the converter 7, not shown in detail, are controlled with the aid of control pulses which can be shifted in phase and which are emitted by a control device 9. The phase position of the control pulses is determined with the aid of a control amplifier 10, the input of which is acted upon by the difference between the armature current setting value and the armature current actual value obtained at node 12. The armature current actual value is recorded with the aid of a current transformer 11.
To start up the motor 5, 6, an armature current setting value is initially applied in that a voltage is applied to the input 60 of an integration element 17. This occurs after a switch 18 has been closed and a switch 62 has been opened.
The output voltage of the integration element 17 rises linearly and is compared with the armature voltage of a tachometer machine 19, which is coupled to the motor 5, 6, at node 20. The speed control deviation thus formed is used after amplification in an amplifier 16 as the armature current setting value which acts on node 12. As soon as it has been determined, for example photoelectrically, that the tip of a strip 1 running to the winding reel has been detected by the winding mandrel 3, a switch 21 is closed, whereby the amplifier 16 receives a significantly higher input voltage via the node 20. In a device 13, the output variable of the amplifier 16 serving as the armature current setting value is limited to a value that has been determined in a computing device.
This arithmetic unit has an output 15 which feeds the device 13 via a monitoring device 14 and initially defines the limit values of the armature current setting value. The monitoring device 14 prevents the limit values from being able to assume impermissible sizes. With the monitoring device 14 it is achieved that the maximum values of the armature current setting value are adapted to the still permissible peak current of the motor armature 5. For this purpose, the motor speed can act on an input 63 at the monitoring device 14 and the shunt excitation of the motor 5, 6 can act on an input 64.
The exciting current of the motor 5, 6, i.e. H. the current in the field winding 6 is regulated via an amplifier 27 with a comparison between the field current setting value and the field current actual value taking place at the node 22. The actual field current value is recorded with the aid of a current transformer 26. The field current setting value is applied via an input 23 of a circuit arrangement 25, not shown in detail and well known, for armature voltage-dependent field weakening. The arrangement 25 has a further input 24 on which the armature voltage of the motor 5, 6 acts. The arrangement 25 can contain an electric valve which is under tension and which, after the bias voltage is exceeded, carries a current which reduces the field current setting value. The preload can be about 95 / o of the maximum value of the armature voltage.
As soon as the armature voltage exceeds the bias voltage, the field current setting value and thus the excitation current in the winding 6 are increasingly reduced in the event of relatively small further increases in the armature voltage. However, this will only be the case at a significant speed of the motor armature 5.
Tachometer machines 40 and 41 are used to determine the outside diameter of the winding collar 2.
The tachometer machine 40 is coupled to the driving apparatus 4 and supplies a voltage proportional to the belt speed. The tachometer machine 41 is coupled to the motor 5, 6 and the winding mandrel 3. The voltages of the two tachometer machines 40 and 41 are compared at node 42. The differential voltage formed in this way controls an amplifier 43 which feeds the shunt field 44 of the tachometer machine 41. With a corresponding design of the tachometer machine 41, its excitation current is proportional to the associated excitation flow. This excitation current, as the quotient of the belt speed and the rotational speed of the winding mandrel 3, is a measure of the outer diameter D of the winding collar 2. The diameter value D determined in this way is used to calculate the required motor torque.
A potentiometer 46 is set to the diameter value by means of a follow-up control. This setting value is compared at node 45 with a value proportional to the field current of winding 44. The difference formed in this way controls a servomotor 47 via an amplifier 48. Its angle of rotation a is then proportional to the outer diameter D of the winding bundle 2. Sliders of potentiometers 49 and 50 are mechanically coupled to the wiper of potentiometer 46 set by servomotor 47.
The desired strip tension in the metal strip 1 is preselected with the aid of a potentiometer 51. The output variable of the potentiometer 51 is multiplied by the setting value of the potentiometer 49 proportional to the diameter D. The output value of the last-mentioned potentiometer is therefore proportional to the desired belt tension. Potentiometers 56 and 57, whose sliders are mechanically coupled to one another, serve to take into account the width of the metal strip 1. The potentiometer 57 and potentiometer 58 and 59 are used to set the individual factors of a bending moment assumed to be independent of the collar diameter D. The square of the tape thickness can be taken into account with the potentiometer 58 and the yield point of the material to be wound with the potentiometer 59.
In a computing device 52, a portion of the motor torque required to compensate for the flywheel effects that occur when the belt speed changes is calculated. An input variable corresponding to an empty winding mandrel 3 acts on an input 53. The diameter value set on a potentiometer 50 acts on an input 54. An input 55 takes into account the bandwidth set on the potentiometer 56. In the present case, the output of the computing device 52 comes into effect via a switch 36 when there is further acceleration after the winding has started or when the winding reel is decelerated.
From the three torque components of band tension torque, bending torque, acceleration and deceleration torque, three components 28, 29 and 30 which determine the armature current setting value are calculated by forming a quotient with the excitation flux di of the motor 5, which act on the output 15 of the entire computing device. The excitation flux 0 is determined from the actual field current value detected with the aid of a current transformer 26 via a simulation 37 of the magnetization characteristic of the motor 5, 6. The output value of the simulation 37 is compared in the node 38 with the setting value of an overrun potentiometer 34. The differential voltage thus formed controls, via an amplifier 39, a servomotor 31, the angle of rotation a of which is proportional to the excitation flux Q>.
The wiper of the potentiometer 34 is coupled to the wiper of the potentiometer 32, 33 and 35. The tap voltages of the potentiometers 32, 33 and 35 are selected so that the maximum excitation flow 0, which is simulated on the follow-up potentiometer 34, corresponds to the minimum tap voltages. Conversely, the minimum excitation flow 0 corresponds to maximum tap voltages at the potentiometers 32, 33 and 35. Instead of the potentiometers 32, 33 and 35, a common control element whose output variable is initially proportional to the excitation flow 0 is possible. The formation of the quotient could then take place as in the known strip tension control device with the aid of an additional electronic amplifier.
Instead of the potentiometers shown here, inductive, capacitive or electronic control elements can also be used.
The switch 18 is opened to brake the winding reel. At the same time, switches 62 and 36 are closed. The switch 36 is used to influence the armature current setting value required for braking. This influence can result in a reversal of the sign of the armature current setting value and the armature current of the motor 5, 6. A voltage 61 causes the final stop of the winding reel via the contact 62 and the integration device 17 in a manner not to be explained in greater detail here.