DE1111720B

DE1111720B - Arrangement for regulating electromagnetically excited two-mass oscillation systems

Info

Publication number: DE1111720B
Application number: DEL20318A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Lang
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-11-05
Filing date: 1954-11-05
Publication date: 1961-07-27

Description

Anordnung zur Regelung elektromagnetisch erregter Zweimassenschwingsysteme Elektromagnetisch erregte Schwingantriebe bestehen im wesentlichen aus einem Elektromagneten und einem Anker, die über Federn miteinander gekoppelt sind. Wird der Elektromagnet oder der Anker mit der Nutzmasse z. B. eines Förder- oder Rüttelgerätes verbunden, so entsteht ein Zweimassenschwingsystem, bestehend aus Arbeits- und Freimasse. In vielen Fällen wird eine Einstellmöglichkeit des Abstandes zwischen den Endlagen einer Masse, d. h. der Schwingbreite, gewünscht. Das kann betriebsmäßig durch Ändern des dem Schwingantrieb zugeführten Stromes oder der zugeführten Spannung mittels vorgeschalteter Transformatoren, Drosseln oder Widerstände erfolgen.Arrangement for regulating electromagnetically excited two-mass oscillating systems Electromagnetically excited vibratory drives essentially consist of an electromagnet and an anchor which are coupled to one another via springs. Becomes the electromagnet or the anchor with the useful weight z. B. connected to a conveyor or vibrator, This creates a two-mass oscillating system, consisting of working and free mass. In In many cases, the distance between the end positions can be adjusted a mass, d. H. the oscillation range, desired. This can be operationally by changing the current or the voltage supplied to the vibratory drive by means of upstream transformers, chokes or resistors.

Die Schwingbreite hängt aber nicht nur von diesen Größen ab. Weitere störende Einflüsse, wie Temperaturschwankungen, Frequenzänderungen und vor - allem Änderungen der Belastung des Schwingantriebes durch Schüttgüter, bedingen eine Anderung der Schwingbreite und damit z. 3. bei Förderantrieben eine Anderung der Förderleistung. However, the amplitude does not only depend on these quantities. Further disruptive influences, such as temperature fluctuations, frequency changes and above all - Changes in the load on the vibratory drive caused by bulk goods require a change the amplitude and thus z. 3. In the case of conveyor drives, a change in the conveying capacity.

Diese störenden Einflüsse beeinträchtigen empfindlich die Genauigkeit und die Betriebssicherheit des Schwingantriebes. Sie können dadurch beseitigt werden, daß dem Schwingantrieb vorgeschaltete magnetische Verstärker erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Differenz zwischen größtem und kleinstem Massenabstand selbsttätig geregelt wird. Diese Differenz, die sogenannte relative Schwingbreite, kann elektrisch mittels an sich bekannter Verfahren unter Verwendung induktiver oder ohmscher Geber, die zwischen Magnet und Anker eingebaut sind, gemessen werden. Der Meßwert, in Form eines Stromes oder einer Spannung, wird im vorgeschalteten magntischen Verstärker, der zwei entgegengesetzt wirkende Steuerwicklungen besitzt, mit einer konstanten Spannung oder einem konstanten Strom verglichen, derart, daß bei positiver oder negativer Abweichung der relativen Schwingbreite vom Sollwert der magnetische Verstärker weniger oder mehr ausgesteuert wird und dadurch die relative Schwingbreite wieder auf den Sollwert gebracht wird. An Stelle einer konstanten Vergleichsspannung oder eines konstantenVergleichsstromes können die induktiven oder ohmschen Geber auch in einem oder zwei gegenüberliegenden Zweigen einer Brückenschaltung liegen, wobei bei Abweichung des Istwertes der Schwingbreite vom Sollwert, der in den übrigen Brückenzweigen eingestellt wird, eine positive oder negative Spannung in der Brückendiagonale auftritt, die dann den magnetischen Verstärker aussteuert. These disruptive influences have a sensitive effect on the accuracy and the operational safety of the vibratory drive. They can be eliminated by that the vibratory drive upstream magnetic amplifier according to the invention in Automatic depending on the difference between the largest and smallest mass distance is regulated. This difference, the so-called relative amplitude, can be electrical by means of methods known per se using inductive or ohmic encoders, installed between magnet and armature can be measured. The measured value, in form a current or a voltage, is in the upstream magnetic amplifier, which has two oppositely acting control windings, with a constant one Voltage or a constant current compared in such a way that with positive or negative deviation of the relative amplitude from the nominal value of the magnetic amplifier less or more is controlled and thus the relative amplitude again is brought to the setpoint. Instead of a constant equivalent voltage or the inductive or ohmic encoders can also provide a constant comparison current lie in one or two opposite branches of a bridge circuit, wherein if the actual value of the oscillation range deviates from the setpoint, that in the others Bridge branches is set, a positive or negative voltage in the bridge diagonal occurs, which then controls the magnetic amplifier.

Die zuverlässige Regelung der Schwingbreite mit Hilfe eines elektrischen Gebers und eines Soll-Ist-Wertvergleichs in einem Magnetverstärker gestattet eine optimaleAuslegung des Schwingantriebes, da der bisher erforderliche Sicherheitszuschlag für die Schwingbreite nunmehr entfallen kann. Dadurch wird unter allen Umständen mit Sicherheit ein Zusammenschlagen der schwingenden Teile vermieden und außerdem die Schwingleistung unabhängig von Schwankungen des elektrischen Speisenetzes stets konstant gehalten. Dies hat zur Folge, daß das Leistungsgewicht des Schwingmotors erheblich herabgesetzt werden kann, wodurch sich eine optimale Materialausnutzung für den Schwingantrieb ergibt. The reliable regulation of the amplitude with the help of an electrical Encoder and a target / actual value comparison in a magnetic amplifier allows one optimal design of the vibratory drive, as the previously required safety margin for the amplitude can now be omitted. Doing this under all circumstances certainly a collision of the vibrating parts avoided and moreover the vibration power regardless of fluctuations in the electrical supply network kept constant. This has the consequence that the power to weight ratio of the oscillating motor can be significantly reduced, resulting in optimal material utilization for the vibratory drive results.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Schwingantriebes. Die beweglich angeordnete Masse trägt Magnetkerne 2 mit Erregerwicklungen 3. Der Magnetanker 4 ist an dem zur Aufnahme der Nutzmasse bestimmten flansch 5 befestigt. Die Arbeitsfedern 6 ermöglichen ein federndes Gegeneinanderschwingen der Teile 1 und 5 und dienen auch zur Rückführung der sich relativ zueinander bewegenden Teile 2 und 4 in ihre Ruhelage. Zur Messung der von verschiedenen Betriebsgrößen, z. B. Erregerspannung und Nutzmasse, abhängigen Schwingbreite, werden beispielsweise induktive Geber 7 a und 7b verwendet, deren schematischer Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Kern 8 trägt eine mit Wechselstrom gespeiste Wicklung 9. Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing shown. Fig. 1 shows the basic structure of an oscillating drive. the Movably arranged mass carries magnet cores 2 with excitation windings 3. The magnet armature 4 is attached to the flange 5 intended for receiving the useful weight. The working springs 6 enable the parts 1 and 5 to oscillate against one another in a resilient manner and are used also for returning the parts 2 and 4 moving relative to one another into their Rest position. To measure the different operating parameters, e.g. B. Excitation voltage and the useful mass, depending on the amplitude, are, for example, inductive sensors 7 a and 7b are used, the schematic structure of which is shown in FIG. One core 8 carries a winding 9 fed with alternating current.

Der magnetische Rückschluß des Kernes wird durch den magnetisch weichen Anker 10 gebildet, der beispielsweise am Teil 1 befestigt ist. Verbindet man die TeileS und 8 fest miteinander, so werden also die Schwingungen des Schwingantriebes auf den Kern 8 und auf den Anker 10 übertragen. Der mit der Schwingfrequenz des Antriebs sich ändernde Luftspalt zwischen den Teilen 8 und 10 ergibt bei gleichbleibender Schwingbreite einen konstanten Mittelwert, so daß demzufolge auch die Wicklung 9 einen konstanten Wechselstromwiderstand darstellt. Ändert sich die Schwingbreite, so ändert sich damit auch der Wechselstromwiderstand der Wicklung 9, der mit Hilfe einer Vergleichsschaltung gemessen und dessen Abweichung vom Sollwert einem die Spannung des Schwingantriebs regelnden Magnetverstärker mitgeteilt werden kann.The magnetic return of the core is made by the magnetically soft Anchor 10 is formed, which is attached to part 1, for example. If you connect the Parts S and 8 firmly together, so the vibrations of the vibratory drive transferred to the core 8 and to the armature 10. The one with the Vibration frequency of the drive changing air gap between parts 8 and 10 results in a constant Oscillation width has a constant mean value, so that consequently also the winding 9 represents a constant alternating current resistance. If the amplitude changes, so also changes the alternating current resistance of the winding 9, which with the help a comparison circuit measured and its deviation from the setpoint one the Voltage of the vibratory drive regulating magnetic amplifier can be communicated.

Die Schaltung einer solchen Schwingbreitenregelung zeigt Fig. 3. Die beiden induktiven Geber 7 a, 7 b befinden sich in einer Brückenschaltung mit zwei (induktiven oder ohmschen) Vergleichswiderständen 11 a und 11 b, die zur Veränderung des Sollwertes einstellbar sind. Ändert sich nun die Schwingbreite des Schwingantriebs, so ändert sich damit auch der Widerstand der Geber und 7 b. Die somit entstehende Brückendiagonalspannung wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe der Schaltanordnung 12 phasenempfindlich gleichgerichtet und der Steuerwicklung 13 eines magnetischen Verstärkers 14 zugeführt. Der Arbeitspunkt dieses in Selbstsättigungsschaltung betriebenen magnetischen Verstärkers 14 wird mit Hilfe einer weiteren Gleichstromsteuerwicklung 15 eingestellt. Letztere wird von der Netzspannung über einen Widerstand 16 und einen Gleichrichter 17 gespeist. The circuit of such an oscillation width control is shown in FIG. 3. The two inductive sensors 7 a, 7 b are in a bridge circuit with two (inductive or ohmic) comparison resistors 11 a and 11 b, which change of the setpoint are adjustable. If the amplitude of the vibratory drive now changes, this also changes the resistance of the encoder and 7 b. The resulting Bridge diagonal voltage is established in a manner known per se with the aid of the switching arrangement 12 phase-sensitive rectified and the control winding 13 of a magnetic Amplifier 14 supplied. The operating point of this operated in self-saturation circuit magnetic amplifier 14 is made with the help of another DC control winding 15 set. The latter is from the mains voltage via a resistor 16 and a rectifier 17 is fed.

Die Kennlinie eines solchen magnetischen Verstärkers ist in Fig. 4 aufgetragen. Sie zeigt die Abhängigkeit des Ausgangsstromes 1 a in Abhängigkeit vom Steuerstrom iSt. Der beispielsweise gewählte Arbeitspunkt ist mit A bezeichnet. The characteristic of such a magnetic amplifier is shown in Fig. 4 applied. It shows the dependence of the output current 1 a as a function from the control current iSt. The working point selected, for example, is denoted by A.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 3 ist folgende: Ändert sich die Schwingbreite des Antriebs, so ändert sich damit der Widerstand der Geber 7 a und 7 b, so daß die Brücke nicht mehr abgeglichen ist. Die auftretende Brückendiagonaispannung wird phasenempfindlich gleichgerichtet, so daß die Richtung der der Steuerwicklung 13 zugeführten Gleichspannung von der Phasenlage der Diagonalspannung gegenüber der speisenden Netzspannung abhängig ist. Die Steuerwicklung 13 muß nun so geschaltet sein, daß sie bei Vergrößerung der Schwingbreite die von der Steuerwicklung 15 und von ihr selbst herrührende resultierende negative Durchflutung vergrößert. Damit wird gemäß Fig. 4 der Ausgangsstrom 1a herabgesetzt, und die Erregerwicklung des Schwingantriebs 18 erhält somit eine geringere Spannung. Die Spannungsherabsetzung an der Erregerwicklung 18 ist erst dann beendet, wenn die Brücke wieder abgeglichen ist, d. h., wenn die Schwingbreite wieder ihre Sollgröße erreicht hat. Die Regelung erfolgt in derselben Weise beiVerkleinerung der Schwingbreite. Hierbei ändert der Steuerstrom in der Steuerwicklung 13 gegenüber dem Steuerstrom bei Schwingbreitenvergrößerung seine Richtung, wodurch der der Erregerwicklung 18 zugeführte Strom größer und somit die Schwingbreite wieder erhöht wird. The mode of operation of the arrangement according to FIG. 3 is as follows: Changes If the amplitude of the drive changes, the resistance of the encoder changes 7 a and 7 b, so that the bridge is no longer balanced. The occurring bridge diagonal tension is rectified in a phase-sensitive manner, so that the direction of the control winding 13 supplied DC voltage from the phase position of the diagonal voltage opposite depends on the supplying mains voltage. The control winding 13 must now be switched be that when the amplitude of the oscillation is increased, the control winding 15 and resulting negative flow through it itself is increased. In order to 4, the output current 1a is reduced, and the field winding of the Oscillating drive 18 thus receives a lower voltage. The stress relief at the excitation winding 18 is only ended when the bridge is balanced again is, d. that is, when the amplitude has reached its target size again. The regulation takes place in the same way when reducing the amplitude. Here the changes Control current in the control winding 13 compared to the control current when the oscillation width increases its direction, whereby the current supplied to the excitation winding 18 is greater and thus the amplitude is increased again.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schwingbreitenregelung ist in Fig. 5 der Zeichnung darge- stellt. Hier ist der Geber als Generator ausgebildet, indem der Anker 10 durch einen Dauermagneten 19 ersetzt ist. Der die Wicklung 20 tragende Kern 21 ist beispielsweise wieder mit dem TeilS des Schwingantriebs, der Dauermagnet 19 mit dem Teil 1 verbunden. Durch die Schwingungen des Schwingantriebs wird sich infolge des veränderlichen Luftspalts zwischen Teil 19 und Teil 21 in dem Kern 21 ein von der Schwingfrequenz und der mittleren Luftspaltbreite abhängiger pulsierender magnetischer Fluß bilden. Dieser pulsierende Fluß induziert in der Wicklung 20 eine Wechselspannung, die über einen Gleichrichter 22 der Steuerwicklung 13 des Magnetverstärkers 14 zugeführt wird. Der in derselben Art wie im Beispiel der Fig. 3 geschaltete Magnetverstärker liegt ebenfalls in Reihe mit der Erregerwicklung des Schwingantriebs. Damit ergibt sich folgende Wirkungsweise: Ändert sich die Schwingbreite des Schwingantriebs, so ändert sich damit auch die Größe der Wechsel spannung, die in der Wicklung 20 induziert wird. Diese Spannungsänderung ergibt aber über den Gleichrichter 22 eine Anderung des Steuerstromes des Magnetverstärkers, dessen Ausgangsstrom sich gemäß der Kennlinie in Fig. 4 ändert. Die damit verbundene Spannungsänderung am Schwingantrieb hält so lange an, bis der ursprüngliche Zustand der Schwingbreite wiederhergestellt ist. Another embodiment for an oscillation width control is shown in Fig. 5 of the drawing. represents. Here the encoder is designed as a generator, by replacing the armature 10 with a permanent magnet 19. The winding 20 supporting core 21 is for example again with the part S of the oscillating drive, the Permanent magnet 19 connected to part 1. Due to the vibrations of the vibratory drive due to the changing air gap between part 19 and part 21 in the core 21 is dependent on the oscillation frequency and the mean air gap width form pulsating magnetic flux. This pulsating flow induces in the Winding 20 an alternating voltage, which via a rectifier 22 of the control winding 13 of the magnetic amplifier 14 is supplied. In the same way as in the example the Fig. 3 switched magnetic amplifier is also in series with the excitation winding of the vibratory drive. This results in the following mode of action: If the amplitude changes of the vibratory drive, it also changes the size of the alternating voltage that is induced in the winding 20. However, this change in voltage results from the Rectifier 22 a change in the control current of the magnetic amplifier, its output current changes according to the characteristic curve in FIG. The associated change in voltage on the vibratory drive continues until the original vibration range is reached is restored.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Arrangement for regulating electromagnetically excited Two-mass oscillation systems by means of upstream magnetic amplifiers, thereby characterized in that the magnetic amplifier as a function of the difference automatically regulated between the largest and smallest mass distance.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measurement the oscillation range is carried out by inductive or ohmic encoders.

3. Arrangement nachAnspruchl and 2, characterized in that the Encoders are arranged in a bridge circuit, the diagonal voltage on a Acts control winding of the magnetic amplifier.

4. Arrangement nachAnspruchl and 2, characterized in that the The actual value of the controlled variable to be kept constant measured by the encoder with a constant Voltage or a constant current in the magnetic amplifier with the help of two of counteracting control windings is compared.

Considered publications: German Patent Specifications No. 495,461, 643,586; Swiss Patent No. 200 465; U.S. Patents No. 1 921787, 2168402, 2 287 406, 2 287 880; Siemens-Zeitschrift, 1953, 5. 62off .; W. Oppelt, "Small Handbook of Technical Control Processes", 1954, introduction and page 26.