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Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung der Antriebsmotoren
einer kontinuierlichen Walzenstraße Kontinuierliche Walzenstraßen für Knüppel, Platinen,
Draht oder Feineisen sind so gebaut, daß eine Reihe von Gerüsten hintereinander
steht, ohne daß eine wesentliche Möglichkeit zur Speicherung des Walzgutes zwischen
den Gerüsten vorhanden ist. Außerdem erhalten diese Gerüste Einzelantrieb durch
einen regelbaren Gleichstrommotor, d. h., es ist für jedes Gerüst oder unter Umständen
für je zwei Gerüste ein Antriebsmotor vorhanden. Um einen einwandfreien Materialdurchgang
zu gewährleisten, müssen die einzelnen Gerüste relativen Gleichlauf zueinander haben.
Ist dieser nicht vorhanden, so tritt Schlingenbildung oder Zug auf. Beides soll
aus verschiedenen Gründen heraus vermieden bzw. in engen Grenzen gehalten werden.
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Es ist nun ohne weiteres möglich, mit bekannten Mitteln einen relativen
Gleichlauf der unbelasteten Motoren herbeizuführen. Bei Eintritt des Walzgutes in
den, Walzspalt eines Gerüstes tritt aber eine Belastung des zugehörigen Antriebsmotors
auf, die mit einem Abfall der Drehzahl zwischen Leerlauf und Last verbunden ist.
Es ist klar, daß der Gleichlauf zwischen den einzelnen Gerüsten gerade bei Last
vorhanden sein muß, denn nur dann befindet sich das Walzgut zwischen den Gerüsten.
Bei mehradriger Walzung, z. B. bei mehradrigen Drahtstraßen, ergeben sich aber so
viel Lastdrehzahlen, wie jeweils Adern im Walzspalt vorhanden sind. Man ist also
gezwungen, wenn man unzulässigen Zug im Walzgut vermeiden will, den Gleichlauf auf
eine bestimmte Drehzahl - die Leerlaufdrehzahl - mit Hilfe besonderer Regeleinrichtungen
einzuregeln. Da der Drehzahlabfall von Leerlauf auf Last sehr rasch erfolgt, muß
man sehr schnellwirkende und daher teuere Regeleinrichtungen verwenden, die den
Aufbau und die Kosten der elektrischen Einrichtung wesentlich beeinflussen.
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Bei einadriger Walzung hat man es immer nur mit zwei Drehzahlen -
der Leerlauf- und der Lastdrehzahl - zu tun. Man kann also eine solche Straße auch
ohne selbsttätige Regelung der Motordrehzahl betreiben, wenn man die Leerlaufdrehzahlen
der einzelnen Antriebsmotoren von Hand so einstellt, daß sich bei Last Gleichlauf
zwischen den einzelnen Gerüsten ergibt. In der Tat wird eine Reihe von einadrigen
Straßen, bei denen die Walzgeschwindigkeit klein und der Gerüstabstand groß ist,
in der vorbeschriebenen Weise betrieben. Die sich dabei ergebenden Verhältnisse
werden an Hand der Abb. 1 beschrieben.: Tritt das Walzgut in das erste Gerüst 1
ein, so fällt seine Drehzahl von Leer- auf Lastdrehzahl; dieser Vorgang wiederholt
sich beim zweiten, dritten und allen weiteren Gerüsten. Vom zweiten Gerüst 2 ab
wird aber der Stab unter Voraussetzung einer genügend großen Anstichlänge gezogen,
weil das zweite Gerüst sich erst bei Lastdrehzahl im Gleichlauf mit dem ersten Gerüst
befindet. Die Verlängerung durch Zug beim Durchgang durch jedes der Gerüste 2, 3,
4 usw. entspricht den schraffierten Flächen in. Abb. 1, und es ist ohne weiteres
klar, daß die Verlängerung des Stabanfanges um so größer ist, je größer die Walzgeschwindigkeit
ist, also 11<1,-<1". Dagegen ist der maßgebende Wert, die Querschnittsminderung,
durch Zug um so kleiner, je größer bei gegebener Verlängerung des Stabes der Gerüstabstand
ist, da sich die Verlängerung weitgehend gleichmäßig auf die zwischen den Gerüsten
eingespannte Stablänge verteilt.
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Bei einadriger Walzung mit kleinen Walzgeschwindigkeiten und großen
Gerüstabständen kommt man daher auf diese Weise insbesondere bei Verwendung von
Motoren mit kleinem Drehzahlabfall zwischen Leerlauf und Last auf Größenordnungen
für die Querschnittsänderung durch Zug, die für viele Fabrikate durchaus in den
zulässigen Toleranzen liegen.
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Das Verfahren hat aber andere Nachteile, die in der Tatsache liegen,
daß trotz konstanter zugeführter Spannung und konstanter, Last die Lastdrehzahl
keine konstante Größe ist. Maßgebend hierfür ist der Einfluß der Erwärmung des Motorfeldes,
der Erwärmung des Ankers und die Ankerrückwirkung. Diese Einflüsse bedingen eine
dauernde Nachregelung der Leerlaufdrehzahl oder eine Vergrößerung des Zuges. Die
Erwärmung des Motorfeldes bewirkt eine Änderung der Leerlaufdrehzahl und damit bei
sonst konstanten Verhältnissen auch eine Änderung der Lastdrehzahl, d. h. eine Störung
des Gleichlaufes einer einmal eingestellten Straße. Sie geht entsprechend der Wärmezeitkonstante
der Feldwicklung sehr langsam vor sich.
Die- Erwärmung des Ankers
bewirkt auch bei konstanter Leerlaufdrehzahl eine Änderung der Lastdrehzahl und
damit wieder, eine Störung des Gleichlaufes.
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Die Ankerrückwirkung bewirkt eine Änderung der Lastdrehzahl insofern,
als die Lastdrehzahl zunächst auf einen Betrag fällt, der im wesentlichen durch
den Spannungsabfall 'des Ankerkreises des Motors gegebeü."ist; und die dann etwa
mit der Feldzeitkonstante des Motors auf seine stationäre endgültige Lastdrehzahl
steigt. Dieser Einfluß ,der Ankerrückwirkung ist verschieden groß, je nachdem, ob
der Motor bei vollem oder geschyvächtem Feld gefahren wird.
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Bei einer bekannten Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlregelung
von Gleichstrommotoren-Antrieben kontinuierlicher Warmwalzwerke, bei der die Motoren
mit Hilfe einer aus Reluktanzmotoren und Leitgenerator bestehenden Gleichlaufregeleinrichtung
in relativem Gleichlauf zueinander gehalten und mit Ausnahme des Motors des ersten
Walzgerüstes zusätzlich vom Arbeitsstrom des jeweils in der Arbeitsrichtung vorhergehenden
Motors kompundiert werden, kann. zwar durch dieses Zusammenwirken von Gl.eichlaufsicherung
und Kompoundierung eine gewisse Anpassung der Motordrehzahlen an die Geschwindigkeit
des Walzgutes erreicht werden, so daB ein unzulässiges Anwachsen der Schlingen zwischen
den Gerüsten vermieden wird; es werden aber, weil nur der fremde und nicht der eigene
Arbeitsstrom oder eine entsprechende Größe zur Beeinflussung der Drehzahlregelung
herangezogen wird, Störeinflüsse, welche während des Betriebes in den einzelnen
Motoren auftreten und die genaue Einhaltung einer bestimmten Lastdrehzahl verhindern,
nicht ausgeschlossen.
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Schließlich ist es bekannt, bei einem Mehrmotorantrieb mit selbsttätiger
Drehzahlregelung ein Differentialrelais zu verwenden.
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Die Berücksichtigung der in dem einzelnen Motor bei Belastung auftretender
Vorgänge ist das Ziel, das durch die Erfindung erreicht werden soll. Diese besteht
darin, daß bei einer Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung der
Antriebsmotoren (Gleichstrom-Doppelschlußmotoren) einer kontinuierlichen Walzenstraße
unter Verwendung eines selbsttätigen Drehzahlreglers je Motor, z. B. eines Differentialdrehzahlreglers,
der die Drehzahl auf einem der Leerlaufdrehzahl entsprechenden Wert konstant hält,
bei Belastung der Motoren jedem Regler eine dem Drehzahlabfall des zu regelnden
Motors entsprechende Größe, vorzugsweise der Ankerstrom, zusätzlich aufgeschaltet
wird, so daß von sämtlichen belasteten Motoren eine Lastdrehzahl, wie sie im wesentlichen
durch die Vergrößerung der Hauptschlußerregung gegeben ist, eingehalten wird.
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Die Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Einrichtung also
nicht nur in den verwendeten Regelmitteln (Drehzahlregler mit Störgrößenaufschaltung),
sondern auch in seiner Wirkungsweise, auf Grund der sich eine mit der bekannten
Einrichtung nicht erreichbare konstante Lastdrehzahl und damit ein uneingeschränkter
Gleichlauf auch zwischen den belasteten Motoren der einzelnen Walzgerüste ergibt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird klar,
wenn man die Wirkungsweise der heute bekannten Drehzahlregeleinrichtungen mit derLeerlaufdrehzahl
als festen Sollwert vergleicht mit der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung. Die
Auswirkungen der verschiedenen Regelverfahren auf den Lauf des Walzgutes sind an
Hand der Abb. 2 zu erkennen. Dargestellt ist das Drehzahlverhalten beispielsweise
des Antriebsmotors für das Gerüst 4. Wird der Motor fest auf die Leerlaufdrehzahl
geregelt, so fällt bei Eintritt des Walzgutes in das Gerüst die Drehzahl gemäß Kurve
a vorübergehend unter den eingestellten Drehzahlsollwert und wird vom Regler wieder
ausgeregelt. Unter der Voraussetzung, daß die Drehzahl des Gerüstes 3 bereits zur
Zeit t = 0 wieder ausgeregelt war, gibt die waagerecht schraffierte Fläche ein Maß
für die zwischen Gerüst 3 und Gerüst 4 auflaufende Schlingenlänge. Kurve b zeigt
das Drehzahlverhalten einer ungeregelten Straße mit Ankerrückwirkung des Antriebsmotors.
Die Drehzahl fällt zuerst auf ungefähr den Wert ab., der dem Ankerspannungsabfall
entspricht, um dann langsam auf den stationären Betrag zu steigen, der der Ankerrückwirkung
entspricht, im vorliegenden Beispiel auf 98°/o der Leerlaufdrehzahl. Nach anfänglich
geringem Zug kommt es auch hier zu einer relativ großen Schlingenbildung.
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Kurve c zeigt das Verhalten eines Antriebsmotors mit der Schaltungsanordnung
nach der Erfindung. Der Regler hält den Antriebsmotor immer auf der Leerlauf-Solldrehzah,1
von 100%, solange der Motor unbelastet ist. Bei Belastung steigt der Motorstrom
gemäß Kurve d an, und der Sollwert der Drehzahlregelung wird von diesem Ankerstrom
vom Leerlauf-Sollwert auf den Last-Sollwert der Drehzahl von 95,5% verstellt. Diese
Drehzahl hält der Regler fest, unabhängig von der Ankerrückwirkung, deren Einwirkung
auf die Drehzahl er durch entsprechende Ausregelung des Motorfeldes ausregelt. Auf
diese Weise entsteht im Stabanfang ein Zug, dargestellt durch die schräg schraffierte
Fläche, der bei kleiner Walzgeschwindigkeit und relativ großem Gerüstabstand durchaus
zulässig ist.
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Soweit bisher beschrieben, berücksichtigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
noch nicht die Ankererwärmung. Sie bewirkt, daß der stationäre Drehzahlabfall bei
warmem Motor größer wird als bei kaltem. Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung,
daß die Aufschaltung der Hilfsgröße so vorgenommen wird, daß sie stets der wirklichen
stationären Lastdrehzahl entspricht. Dieses kann in einfachster Weise dadurch bewirkt
werden, daß als Maß für den Ankerstrom der Spannungsabfall an der Kompensationswicklung
in den Regelkreis eingeführt wird. Da die Kompensationswicklung sich ungefähr mit
dem Anker erwärmt, läßt sich auf diese einfache Weise eine weitgehende Kompensation
dieses Temperaturfehlers erreichen.
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Abb. 3 zeigt ein Beispiel für die vorstehend beschriebene Regelanordnung.
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Der zu regelnde Antriebsmotor 5 liegt an dem Gleichstromnetz 6, dessen
Spannung mit bekanntem Mittel konstant gehalten wird. Die einzuregelnde Leerlaufdrehzahl
des Antriebsmotors wird an dem Sollwertsgeber 7 eingestellt. Der am Sollwertsgeber
7 abgegriffene Teilbetrag der konstanten Leitspannung wird mit der Spannung des
Tachogenerators 8, die ein Maß für die jeweilige Ist-Drehzahl ist, verglichen.
Die Differenz der Soll- und Ist-Drehzahl wird als Gleichspannungsbetrag dem Regler
9 zugeführt, der beispielsweise einen Zusatzgenerator 10 im Feldkreis des Antriebsmotors
im Sinne einer Angleichung von Ist-und Sollwert der Drehzahl erregt. Die erfindungsgemäße
Regelung erfolgt durch den Spannungsabfall des Ankerstromes an der Kompensationswicklung
11, wobei ein Regelwiderstand 12 vorgesehen ist, um das Maß der Regelung beeinflussen
zu können. Dieser Regelwiderstand 12 dient dazu, Ungleichmäßigkeiten
im
Widerstand des Ankerkreises, wie er vor allem durch die Zuleitungen vom Netz 6 zum
Antriebsinotor 5 gegeben ist, auszugleichen.
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Der Aufbau des Reglers 9 kann grundsätzlich beliebiger Art sein, elektromechanisch,
elektronisch, hydraulisch, pneumatisch, er kann auch als Verstärkermaschine, z.
B. als Amplidyne, oder als magnetischer Verstärker ausgebildet sein, wie diese an
sich in der Regeltechnik bekannt sind.
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Es ist ferner kein wesentliches Kennzeichen der Erfindung, daß der
Regler 9 den Zusatzgenerator 10 aussteuert. Die Regelanordnung könnte auch derart
aufgebaut sein, daß der Regler eine Zusatzwicklung auf dem Polsystem des Antriebsmotors
aussteuert oder sogar die gesamte Felderregung vom Antriebsmotor liefert. Hauptgegenstand
der Erfindung ist vielmehr die selbsttätige Regelung durch Aufschaltung des Ankerstromes.
Um dies zu kennzeichnen, ist der eigentliche Regelkreis in Abb. 4 nochmals dargestellt,
wobei als Beispiel eine rotierende Verätärkermaschine vom Amplidynetyp als Regelorgan
zugrunde gelegt ist.
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Es stellt wieder dar: 5 den zu regelnden Antriebsmotor, 6 das ihn
speisende Gleichstromnetz mit konstanter Spannung, 7 den Sollwertgeber, 8 die Tachometermaschine,
13 das Erregernetz. Der Regler 9 besitzt eine Amplidyne 16, deren erste Steuerwicklung
14 von der Differenz der Soll- und Ist-Drehzahl bei Leerlauf gespeist wird und deren
zweite Steuerwicklung 15 vom Spannungsabfall des Ankerstromes an der Kompensationswicklung
11 gespeist wird. Die Amplidyne 16 liegt als Zusatzgenerator im Feldkreis des Antriebsmotors
5. Die Anordnung wird dann in der gewünschten Weise wirksam, wenn beim Drehzahlabfall
von Leerlauf- auf Lastdrehzahl die Steneramperewindungen der beiden Steuerwicklungen
14,15 sich aufheben, wobei, wie oben bereits ausgeführt, unter Lastdrehzahl diejenige
verstanden wird, die sich beim Eintritt des Walzgutes hauptsächlich durch die bei
ansteigendem Ankerstrom eintretende Vergrößerung der Hauptschlußerregung ergibt.