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Regelvorrichtung für mehrere Asynchronmotoren zum Antrieb mehrteiliger
Arbeitsmaschinen Gegenstand des Hauptpatents ist eine Regelvorrichtung für mehrere
Asynchronmotoren für den Antrieb mehrteiliger Arbeitsmaschinen, deren Einzelteile
in einem bestimmten Geschwindigkeitsverhältnis zueinander angetrieben werden müssen
und deren Ständer oder Läufer unter Zwischenschaltung von regelbaren Frequenzwandlern
an ein Drehstromnetz angeschlossen sind, wobei die Frequenzwandler in Reihe geschaltet
sind und die Ausgangsfrequenzen jedes Frequenzwandlers die Eingangsfrequenzen sowohl
für die asynchronen Teilmotoren der Arbeitsmaschine als auch für die nachfolgenden
Frequenzwandler erzeugen.
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Bei der Vorrichtung nach dem Hauptpatent wird die Drehzahl der Rotoren
der Frequenzwandler in Abhängigkeit vom Betriebszustand des in der Arbeitsmaschine
zu be- oder verarbeitenden Materials geregelt.
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Das Ziel der Erfindung ist dagegen, eine Vorrichtung zu schaffen,
durch die man ein beliebiges, stetig einstellbares Drehzahlverhältnis der asynchronen
Teilmotoren für die Arbeitsmaschine erzielen kann, wobei das einmal eingestellte
Drehzahlverhältnis unter allen Betriebsbedingungen unverändert aufrechterhalten
wird.
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Es ist schon eine Vorrichtung bekannt, bei welcher zwei Wellen einer
Arbeitsmaschine mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden und bei welcher
eine Materialbahn zwischen zwei von den beiden Wellen angetriebenen Walzen gestreckt
wird, so daß die zweite Welle mit einer gegenüber der ersten erhöhten Drehzahl angetrieben
werden muß. Und zwar wird die erste Welle von einem Motor regelbarer Drehzahl angetrieben,
auf dessen Welle der Rotor eines als Drehfeldgeber wirkenden Asynchrongenerators
sitzt. Der von diesem erzeugte Drehstrom wird über einen Frequenzwandler einem als
Drehfeldempfänger wirkenden Asynchronmotor zugeführt, der zum Antrieb der zweiten
Maschinenwelle dient. Der Rotor des Frequenzwandlers wird mechanisch über ein nicht
sperrendes Getriebe von einem weiteren Asynchronmotor angetrieben, dessen Stator
von dem Drehfeldgeber gespeist wird und dessen Rotor durch Regelwiderstände belastet
wird.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung wirkt das von dem zu verarbeitenden
Material auf die zweite Maschinenwelle ausgeübte Drehmoment über den Drehfeldempfänger
und den Frequenzwandler auf den dessen Rotor antreibenden Asynchronmotor zurück,
so daß dieser bei einem stärker werdenden Drehmoment verlangsamt wird, und umgekehrt.
Ferner bleibt stets die Summe der Drehzahlen des Drehfeldgebers und des Rotors des
den Frequenzwandler antreibenden Asynchronmotors konstant. Die Drehzahlsumme hat
annähernd den Wert der synchronen Drehfeldgeschwindigkeit. Hieraus folgt, daß bei
Änderungen der Drehzahl des Antriebsmotors für die erste Maschinenwelle sich auch
das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden Maschinenwellen ändert, so daß das zu
bearbeitende Material entweder zu wenig oder zu stark gespannt wird.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß der Rotor
des Frequenzwandlers über ein selbstsperrendes Getriebe mechanisch oder elektrisch
mit einer Drehzahl angetrieben wird, die von der Drehzahl des vorhergehenden Teilmotors
der Arbeitsmaschine so abgeleitet ist, daß sie zu dieser in einem konstanten Drehzahlverhältnis
steht.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist in den
Antrieb des Rotors des Frequenz-"vandlers ein die vorzugsweise stufenlose Änderung
der Drehzahl ermöglichendes Regelgetriebe eingeschaltet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
der Antriebsmotor des Rotors des Frequenzwandlers von einem Synchrongenerator über
einen Energieverstärker und der Synchrongenerator über ein Regelgetriebe angetrieben.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß man das Regelgetriebe klein ausführen kann,
so daß er bei der geringen, etwa I Watt entsprechenden Leistung nahezu ohne Schlupf
arbeitet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dient als Antriebsmotor
des Rotors des Frequenzwandlers ein Drehstrom-Schleifringläufermotor, dessen Ständer
an das Drehstromnetz und dessen Läufer über den Energieverstärker an den Synchrongenerator
angeschlossen ist.
Hierdurch ist es möglich, den Energieverstärker
besonders klein auszuführen und trotzdem mit einem kleinen Regelgetriebe und Synchrongenerator
auszukommen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Vorrichtung, bei welcher
ein selbstsparrendes Getriebe über ein Regelgetriebe angetrieben wird; Fig.2 zeigt
eine derartige Vorrichtung, bei der das Regelgetriebe durch die Welle des vorhergehenden
Teilmotors angetrieben wird; Fig. 3 und 4 zeigen je eine andere Ausführungsform;
Fig.5 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In den verschiedenen Figuren sind einander entsprechende Teile mit
den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist
als Teilmotoren 1 und 2 zwei Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringläufern auf,
deren Ständer mit dem Drehstromnetz 3 verbunden sind. Zwischen diese Teilmotoren
ist als elektrisches Differential eine Asynchronmaschine 4 mit Schleifringläufer
geschaltet. Mit der Welle der Maschine 4 ist ein in die Schnecke 6 eingreifendes
Schneckenrad 5 gekuppelt. Dieses Schneckengetriebe wirkt selbstsperrend. Die Schnecke
6 ist mit einem nicht schlüpfenden Regelgetriebe 7 gekuppelt, das von einem Drehstrom-Asynchronmotor
8 angetrieben wird. Der Ständer dieses Motors ist mit dem Netz 3 und der Läufer
mit der Verbindungsleitung zwischen dem Läufer des Teilmotors 1 und dem Ständer
des elektrischen Differentials 4 verbunden.
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Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Nach dem Einschalten nehmen
die Teilmotoren 1 und 2 sowie der Motor 8 und somit das elektrische Differential
4, die sich nach der vorangehenden Abschaltung in willkürlichen Stellungen befinden,
isochrone Stellungen ein. Die Wellen einer von den Teilmotoren 1 und 2 angetriebenen
Arbeitsmaschine laufen synchron bis zu ihren Nominaldrehzahlen an.
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Im folgenden bedeutet n1 die Drehzahl des Teilmotors 1 und des Motors
8, falls dieser dieselbe Polzahl hat, n2 die Drehzahl des Teilmotors 2, n die Drehzahl
des Differentials 4.
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Die Drehzahl des Differentials 4 wird in einem durch die Einstellung
des Regelgetriebes 7 vorher bestimmten Verhältnis herabgesetzt. Die Gesamtuntersetzung
hängt -von dem .konstanten Untersetzungsverhältnis K des selbstsperrenden Getriebes
5, 6 und dem Untersetzungsverhältnis y des Regelgetriebes 7 ab. In eines mittleren
Stellung- des Regelgetriebes 7 sei r = 1. Dann gilt für die Drehzahl des Differentials:
Die Drehzahl des Teihnotors 2 wird also
Läßt 'sich Zas Getriebe 7 im Verhältnis 1 : 25 regeln, so 3vird die höchste Drehzahl
sag des Teilmotors
und die niedrigste Drehzahl . Beträgt die Drehzahl des Teilmotors 1 z. B.
n1 = 1200 und ist z. B. K = 30, so -ergibt sich als höchste einstellbare Drehzahl
des Teilmotors 1400 und als niedrigste Drehzahl 1208.
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Die Ausführungsform nach Fig.2 unterscheidet sich von der Ausführungsform
-nach Fig. -1 dadurch, daß das Regelgetriebe 7 anstatt mit dem Motor
8 über eine mecha= nische Übertragung 9 mit der Welle 10 des vorherg6henden
Motors 1 gekuppelt ist. Diese Vorrichtung arbeitet sonst in derselben Weise wie
die Vorrichtung nach Fig. 1.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Regelgetriebe 7' mit der
Welle eines Schleifringläufer-Asynchronmotors 11 gekuppelt, dessen Ständer mit dem
Netz 3 und dessen Läufer an die Verbindungsleitungen des Läufers des Teilmotors
1 und des Ständers des elektrischen Differentials 4 angeschlossen ist. Das Regelgetriebe
7' treibt einen Synchrongenerator 12 an, dessen Strom einem Energieverstärker 13
zugeführt wird. Dieser speist einen Drehstrom-Synchronmotor 14, der die Schnecke
6 antreibt. Das Regelgetriebe 7' wird bei dieser Ausführungsform klein dimensioniert
und verbraucht nur wenig Energie, so daß die Regelung zwischen weiten Grenzen schlupffrei
und kontinuierlich durchgeführt werden kann. Das durch 7' und 12 gebildete System
kann auch mittels kleiner Übertragungsmaschinen in Selsynschaltung angetrieben werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird das Regelgetriebe 7' durch
einen Synchronmotor 15 angetrieben. Das Regelgetriebe treibt selbst einen Synchrongenerator
16 an, der einen Verstärker 17 speist. Dieser ist mit dem Läufer eines Drehstrom-Schleifringläufermotors
18 verbunden, dessen Ständer an das Netz 3 angeschlossen ist. Dieser Motor treibt
die Schnecke 6 des selbstsperrenden Getriebes an. Bei dieser Ausführungsform kann
wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Regelung innerhalb weiter Grenzen stattfinden.
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Fig. 5 zeigt eine Anwendung von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf eine Arbeitsmaschine, welche mit Hilfe mehrerer einzeln angetriebener
Rollen- oder Walzensätze ein droht- oder bandförmiges Material 40 fördert, welches
bei seiner Behandlung schrumpft oder sich dehnt. Die Förderwalzen mehrerer zueinander
parallel laufender Materialbahnen werden von je einem Synchronmotor 28 bzw. 29 angetrieben.
Das Material wird von Spulen 41, deren jede von einem Synchronmotor 30 angetrieben
wird, aufgewickelt, wobei eine senkrecht zu ihrer Achse bewegliche sogenannte »Tänzerrolle«
42 für eine konstante Spannung des Materials sorgt. Wegen der Längenänderung des
Materials müssen die Synchronmotoren 28, 29 und 30 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
angetrieben werden.
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Außen- den genannten können noch weitere Synchronmotoren vorgesehen
sein, die andere, ebenfalls mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufende Teile
der Arbeitsmaschine antreiben. Der "Übersichtlichkeit halber sind diese in der Zeichnung
jedoch nicht dargestellt.
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Eine Anzahl Asynchronmaschinen 19, 20, 21 . . -die 'die den Teilmotoren
1 in Fig. 1 bis 4 entsprechen und zwischen denen in der oben beschriebenen Weise
elektrische Differentiale 22, 23, 24 angeordnet sind, treiben je einen Drehstrom-Synchrongenerator
25, 26, 27 ... an, der je eine Gruppe von Synchronmotoren 28, 29,
30 ... speist. In der -Zeichnung sind von jeder dieser Gruppen als Beispiel
drei Motoren dargestellt. Jeder Synchronmotor kann z. B. ein selbstanlaufender Relüktanzmotor
sein.
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Die Maschine 19 wird von einem DrehStrom-KOllektormotor 31 angetrieben.
Durch Verschiebung der Bürsten 32 kann die Drehzahl dieses Motors innerhalb .gewisser
Grenzen -(z. B. 1 : 3) geregelt werden. Die Drehzahl des Antriebsmotors 31 muß von
der Belastung nahezu unabhängig sein (Nebenschlußcharakteristik), da die Vorrichtung
auf eine bestimmte Produktionsgeschwindigkeiteinzustellen ist.
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Die Maschine21 wird mit Hilfe eine _r.AntriQbsvorrichtung 33 angetrieben
deren Drehzahl im Gegensatz zu der Drehzahl des Antriebsmotors 31 von der Belastung
-abhängig ist. Ändert sich. aus irgendeinem Grunde die -,Drehzahl der Maschine 19,
so muß sich die Drehzahl der Maschine
21 proportional ändern. Hierzu
ist es erforderlich, daß die Antriebsvorrichtung 33 für die Maschine 21 von der
Belastung abhängig ist, d. h. eine Seriencharakteristik hat.
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Die Antriebsvorrichtung 33 besteht beispielsweise aus einem Drehstrommotor
34 mit Kurzschlußläufer, der über eine hydraulische Schlupfkupplung 35 ein Regelgetriebe
36 antreibt, welches seinerseits mit der Maschine 21 gekuppelt ist. Die Verstellvorrichtung
des Regelgetriebes 36 ist über eine Schlupfkupplung 37 mit dem einen Teil 46 eines
Gleichlaufübertragers verbunden. Der mit diesem in Selsynschaltung elektrisch verbundene
andere Tei145 des Gleichlaufübertragers ist mit der Bürsteneinstellvorrichtung des
:4ntriebsmotors 31 gekuppelt.
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Die Drehzahl der Maschine 20 wird durch eine der Fig. 1 entsprechende
Vorrichtung gesteuert. Hierbei kann das Regelgetriebe den Änderungen im zu fördernden
Material 40 entsprechend von einem Taster 39 über einen Servomotor 38 gesteuert
werden.
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Die Drehzahl der Maschine 21 wird durch eine Vorrichtung nach Fig.
3 gesteuert. Da die Motoren 30 die Aufwickelspulen 41 antreiben, muß hierbei
im Gegensatz zur vorhergehenden Regelung 38, 39 innerhalb weiterer Grenzen geregelt
werden. Zu diesem Zweck steuert die »Tänzerrolle; 42 einen Verstellmechanismus
43. Dieser treibt den klein dimensionierten Servomotor 44 des Regelgetriebes
7 an.
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Die Regelgetriebe 7 können auch von Hand eingestellt werden.