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Zwillingsantrieb, insbesondere für Umkehrwalzwerke Zwillingsantriebe
werden in Walzwerken eingesetzt und sind Antriebe, bei denen Ober- und Unterwalze
eines Gerüstes getrennt angetrieben werden. Beim Walzvorgang sind im allgemeinen
Ober- und Unterwalze durch das Walzgut starr gekuppelt.
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Bei den ersten erstellten Zwillingsantrieben wurden Einrichtungen
vorgesehen, die einmal einen Gleichlauf der beiden Einzelantriebe, zum anderen Ankerstrombegrenzung
und Lastausgleich ermöglichen sollten. Die Betriebserfahrungen haben dagegen gezeigt,
daß ein exakter Lastausgleich, insbesondere beim Blockwalzwerk, aus walztechnischen
Gründen nicht möglich ist, wenn man nicht eine ungewollte Krümmung des Walzgutes
in Kauf nimmt. Die Gründe hierfür sind in der unterschiedlichen Abkühlung und Temperatur
des Blockes auf seiner Ober- und Unterseite, in dem Einfluß des Anstechwinkels sowie
in dem Gewicht des Blockes selbst zu suchen. Weiterhin ist noch zu berücksichtigen,
daß bei kalibrierten Walzen vielfach die jeweils zur Wirkung kommende obere Höhe
der Unterwalze über dem Rollgang von Stich zu Stich verschieden ist.
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Bei Anlagen, bei denen man bereits auf die Lastausgleichsvorrichtungen
verzichtet und demgemäß neben Gleichlaufregelung bzw. Gleichlaufsteuerung nur noch
Strombegrenzungseinrichtungen für jeden Einzelantrieb hatte, ergab sich nun. daß
bei höheren Belastungen die Strombegrenzungseinrichtungen, deren wesentliche Aufgabe
die Verhinderung von Schutzschalterauslösungen war. die Funktion eines Lastausgleiches
übernahmen. Die Folge war, daß beim Durchreißen der Steuerhebel durch die Bedienungsperson
infolge des ungewollten Lastausgleiches und des somit meistens gestörten Gleichlaufes
der Walzen, insbesondere auch, wenn nur eine Strombegrenzung ansprach, ein Rattern
und Rutschen der Walzen auftrat.
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Es ist weiterhin die zeitabhängige, insbesondere zeitlineare Vorgabe
der Drehzahl- bzw. Ankerspannungssollwerte bei Walzwerksantrieben bekannt. Hierbei
ist jedoch die strommäßige Maschinenausnützung nicht optimal, da das Lastmoment
nicht genau definiert werden kann und von Fall zu Fall verschieden ist. Die zeitabhängige
Sollwertangabe muß immer auf die ungünstigste Belastung eingestellt sein.
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Auch eine Regelung derart, daß bei stoßweiser Belastung und damit
verbundenem Ansprechen einer Strombegrenzungseinrichtung der andere Antrieb durch
eine Differenzdrehzahl- bzw. Lageregelung nachgezogen wird, befriedigt nicht in
jedem Fall. Die bei Zwillingsantrieben erforderlichen sehr langen Antriebswellen
neigen zu Schwingungen, so daß die Stabilisierung der Regelkreise im Hinblick auf
schnellstes Ansprechen Schwierigkeiten bereitet.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und ermöglicht, daß beispielsweise
ein Antrieb mit maximal zulässigem Strom belastet wird und trotzdem die beiden Antriebe
zueinander im relativen Gleichlauf sind. Dabei werden die geschilderten dynamischen
Schwierigkeiten durch eine bei Grenzbeanspruchungen zum Einsatz kommende Gleichlaufsteuerung
vermieden. Es ist hier zu bedenken, daß trotz der theoretisch größeren Genauigkeit
einer Gleichlaufregelung gegenüber einer Gleichlaufsteuerung gerade letztere bei
praktisch starrer Kupplung der Walzen durch das Walzgut den Antrieben die Freizügigkeit
läßt, den Gleichlauf von selbst unter Ausschließung beispielsweise durch Meßungenauigkeiten
bedingter Fehler einzuhalten.
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Die Erfindung bezieht sich gemäß den vorstehenden Ausführungen auf
einen Zwillingsantrieb, insbesondere für Umkehrwalzwerke, mit getrenntem Antrieb
von Ober- und Unterwalze, bei dem jeder Einzelantrieb insbesondere zur Verhinderung
von Schutzschalterauslösungen mit einer Strombegrenzungseinrichtung versehen ist.
Das Kennzeichen besteht darin, daß eine auf die Ankerspannungen beider Einzelantriebe
gleichzeitig im gleichen Sinne und praktisch gleichen Maße einwirkende Strombegrenzung
erfolgt, wenn nur einer der beiden Einzelantriebe einen vorgegebenen Ankerstromgrenzwert
überschreitet, wozu bei jedem Einzelantrieb in an sich bekannter Weise
der
Ankerstrom erfaßt wird. Das heißt also mit anderen Worten, daß jeder Antrieb mit
einer von seiner eigenen und einer von der Stromaufnahme des anderen Antriebes abhängigen
Ankerstrombegrenzungseinrichtung versehen ist.
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Strombegrenzungseinrichtungen an sich sind hinreichend bekannt. Sie
sind vielfach derart aufgebaut, daß ein Stromsollwert mit einem Stromistwert verglichen
wird und über ein Ventil ein Strom nur dann fließen kann, wenn der Stromistwert
größer als der Stromsollwert ist. Beispielsweise kann der Steuerstrom einen einen
Antrieb im Sinne seiner Ankerstromverminderung beeinflussen.
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Zum Stand der Technik soll noch nachstehend auf die bisher zur Anwendung
gekommenen Zwillingsantriebe mit Sammelschienenspeisung und in der sogenannten Blockschaltung
näher eingegangen werden.
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Bei der Sammelschienenspeisung speist ein gemeinsamer Leonardgenerator
die in Parallelschaltung an der gleichen Ankerspannung liegenden Antriebsmotoren
von Ober- und Unterwalze. Vielfach ist eine auf den gemeinsamen Generator wirkende
Strombegrenzungseinrichtung für den Generatorstrom vorgesehen sowie auf das jeweilige
Motorfeld wirkende Ankerstrombegrenzungseinrichtungen für jeden Walzenantrieb. Die
Strombegrenzung über das Motorfeld kann bei durchlaufenden Antrieben, insbesondere
Tandemkaltwalzwerken, von Bedeutung sein.
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Bei der Blockschaltung werden dagegen Ober- und Unterwalzenantrieb
aus getrennten Spannungserzeugern, insbesondere Stromrichteranlagen, gespeist. Beide
Antriebe können durch Einzelregelung hoher Genauigkeit unter Verwendung eines gemeinsamen
Sollwertgebers zueinander im Gleichlauf gehalten werden. Es kann aber auch die Drehzahl
eines Einzelantriebes in bezug auf die Drehzahl des anderen Einzelantriebes geregelt
werden bzw. eine Drehzahlausgleichseinrichtung vorgesehen sein. Bei der Blockschaltung
enthalten im allgemeinen bereits die Stromrichteranlagen eine Stromrichterstrom-,
d. h. auch Motorstrombegrenzung,- die vom Ankerstrom des anderen Antriebes unabhängig
ist.
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Die Vorschläge der Erfindung sind nun sowohl bei der Sammelschienenspeisung
als auch auf die Blockschaltung anwendbar. Dabei ist jedoch zu beachten, daß letztere
den Vorteil hat, daß sie den besseren Gleichlauf der Einzelantriebe ermöglichen
kann und außerdem die Abschaltleistungen kleiner sind.
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Im Interesse der Betriebssicherheit kann man neben den gemeinsamen
Strombegrenzungseinrichtungen für jeden Einzelantrieb in bekannter Weise eine eigene
Strombegrenzungseinrichtung vorsehen. Letztere wirken dann bei der Sammelschienenschaltung
auf das jeweilige Motorfeld bzw. bei der Blockschaltung auf die den jeweiligen Einzelantrieb
speisende Spannungsquelle. Die vorgegebenen Ansprechstromwerte der Einzelstrombegrenzungen
werden höher eingestellt als die der gemeinsamen Strombegrenzung. Dabei können sich
beispielsweise die Einstellwerte von gemeinsamer Strombegrenzung zu Einzelstrombegrenzung
zu Schnellauslösereinstellung der Schutzschalter wie 1 : 1, 1 : 1,2 verhalten.
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Die vorgeschlagenen gemeinsamen Strombegrenzungseinrichtungen setzen
voraus, daß die Belastungen beider Antriebe etwa von der gleichen Größe und Richtung
sind. Der Fall, daß ein Antrieb seinen Ankerstromgrenzwert im Generatorbetrieb und
der andere seinen Grenzwert im Motorbetrieb überschreitet, dürfte bereits eine empfindliche
Betriebsstörung darstellen, bei der die Schutzschalterauslösungzweckmäßig ist. Man
kann aber auch mit Hilfe geeigneter Relais-Thyratronschaltungen oder beispielsweise
polarisierter Relais die Wirksamkeit der gemeinsamen Strombegrenzungen unterbinden,
so daß nur noch die Einzelstrombegrenzungen ansprechen. Eine andere Möglichkeit
ist, die Strommeßwerte bei der gemeinsamen Strombegrenzung so aufeinander einwirken
zu lassen, daß sich die ergebenden Steuerwerte stromrichtungsabhängig addieren oder
subtrahieren. In diesem Fall wären zwei stromrichtungsabhängige Strombegrenzungseinrichtungen
(z. B. gemäß Abb. 763 auf S. 342 des Buches von Lehmann: »Die Elektrotechnik und
die elektrischen Antriebe«, Springer-Verlag, 1953) auf den gleichen Steuer- bzw.
Regelverstärker zur Einwirkung zu bringen.
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Weitere Erläuterungen seien an Hand der beschriebenen Figuren vorgenommen.
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Fig.l stellt das Prinzip einer Zwillingsantriebsanordnung in Sammelschienenschaltung
dar; Fig.2 stellt das Prinzip einer Zwillingsantriebsanordnung in Blockschaltung
dar und Fig.3 das Schaltbild eines Regelverstärkers für einen Stromrichterantrieb
unter Anwendung des Prinzipes der Ankerselbstumschaltung.
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In Fig. 1 liegen der Antriebsmotor 1 der Unterwalze und der
Antriebsmotor 2 der Oberwalze parallel an den Sammelschienen 4 und
5, die von einem Gleichspannungserzeuger 3 gespeist werden. Die Mottiren
1 und 2 sind Gleichstrom-Nebenschlußmaschinen üblicher Bauart. Zum
Schutz des Motors 1 ist der Schalter 6 und zum Schutz des Motors 2 der Schalter
7 vorgesehen. Ein Gleichstromwandler 8 erfaßt den Ankerstrom des Motors
1. Überschreitet dieser Ankerstrom einen voreingestellten Wert, so wird die
Spannung des Spannungserzeugers 3 im stromvermindernden Sinne beeinflußt. Liegt
die Stromüberschreitung im Motorbetrieb vor, so wird an den Schienen 4 und 5 entweder
der zeitliche Spannungsanstieg oder die Spannung selbst verkleinert. Umgekehrt wird
im Generatorbetrieb eine Vergrößerung der Spannung bzw. eine Verkleinerung des Spannungsrückganges
vorgenommen. In entsprechender Weise ist ein Gleichstromwandler 9 im Ankerstromkreis
der Motoren 2 vorgesehen, der die gleichen Wirkungen auf den Spannungserzeuger
3 wie der Wandler 8 hat.
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Neben diesen gemeinsamen Strombegrenzungseinrichtungen sind Strombegrenzungseinrichtungen
vorgesehen, die für jeden Motor einzeln über das jeweilige Motorfeld zur Wirkung
kommen. Die Grenzwerte dieserEinzelstrombegrenzungen sind höher eingestellt als
die der gemeinsamen Strombegrenzung. Zur Verwirklichung dieser Aufgabe erfaßt der
Gleichstromwandler 10 den Ankerstrom des Motors 1 und wirkt über die Steuer- bzw.
Regeleinrichtung 11 auf das Nebenschlußfeld 12 des Motors
1. Im Motorbetrieb ist zur Ankerstrombegrenzung eine Feldstärkung und im
Generatorbetrieb eine Feldschwächung erforderlich. Entsprechend wirkt der Gleichstromwandler
13, der den Strom des Motors 2 erfaßt, über die Steuer-bzw. Regeleinrichtung 14
auf das Nebenschlußfeld 15 des Motors 2.
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In Fig. 2 sind die beiden Einzelantriebe von Ober-und Unterwalze in
Blockschaltung angeordnet. Dabei wird der Antriebsmotor 111 der Unterwalze
aus
einem eigenen Ankerspannungserzeuger 113 gespeist. Desgleichen
hat der Antriebsmotor 112 der Oberwalze seinen eigenen Ankerspannungserzeuger
114. Zur Ankerstromerfassung des Motors 111 sind die Stromwandler
17, 18 und 19, zur Ankerstromerfassung des Motors 112 die Stromwandler
20, 21 und 22 vorgesehen. Auf den Spannungserzeuger 113 wirken die
Stromwandler 17 und 18 sowie 22 und auf den Spannungserzeuger 114 die Stromwandler
20 und 21 sowie 19. Dabei dienen die Stromwandler
17 und 20 zu einer Strombegrenzung, die von der .Stromaufnahme des
jeweiligen anderen Antriebsmotors unabhängig ist. Die hierfür erforderlichen Grenzwerte
liegen unmittelbar unter der Schnellauslösereinstellung der Schutzschalter 115 und
116 und oberhalb der Grenzwerte der gemeinsamen Strombegrenzungen mit Hilfe der
Stromwandler 18, 19, 21 und 22.
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Überschreitet nun beispielsweise der Ankerstrom des Motors
111 einen für die gemeinsame Strombegrenzung vorgegebenen Grenzwert, so wird
die Ausgangsspannung der Spannungserzeuger 113 und 114
über die Stromwandler
18 und 19 im gleichen Sinne und gleichen Maße beeinflußt. Entsprechend
wirken bei einer Ankerstromgrenzwertüberschreitung des Motors 112 die Stromwandler
21 und 22 im gleichen Sinne und Maße auf die beiden Spannungserzeuger
113 und 114. Welcher Art die Steuerung bzw. Regelung der Motorfelder
23 und 24 ist. kann für die Wirkung der gemachten Vorschläge außer Betracht bleiben.
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In Fig. 3 ist ein Regelverstärker für einen nach dem bekannten Prinzip
der Ankerselbstumschaltung arbeitenden Stromrichterantriebdargestellt. Es soll dabei
weiterhin die Anordnung der beiden Antriebe von Ober- und Unterwalze in Blockschaltung
gemäß Fig. 2 zugrunde gelegt sein. Die beiden Einzelantriebe werden durch Einzelregelung
hoher Genauigkeit zueinander im Gleichlauf gehalten, wobei zwei elektrisch getrennte,
aber mechanisch starr gekuppelte Sollwertgeber 31 und 32 vorgesehen
sind. Die Sollspannung 31 ist für die Drehzahl des Unterwalzenantriebsmotors
111 maßgebend und wird mit einer Spannung 33 verglichen, die von einem
mit dem Motor 111 gekuppelten Tachometergenerator erzeugt wird. Die sich
ergebende Regelabweichung wirkt über einen im Prinzip der Selbstumschaltung begründeten
und für sich bekannten Umschalter 134, über einen nicht dargestellten Spannungsteiler,
die ohmschen Widerstände 34 und 35 auf das Gitter der Regelröhre
36. Der Anodenstrom dieser Röhre fließt über die Eingangswicklung eines Gittersteuergerätes
38, das beispielsweise sechs Ausgänge haben kann, die zu den Gittern eines sechsphasigen
Stromrichters führen. Mit 39 ist die Vorspannungsquelle und mit 40 die Anodenspannungsquelle
der Regelröhre 36 bezeichnet. Gemäß Fig.2 sind für den Spannungserzeuger
113 drei Strombegrenzungseinrichtungen vorgesehen. Davon stellt die von dem
Wandler 17 gespeiste Einrichtung die vom Ankerstrom des anderen Motors
112 unabhängige Einrichtung dar und ist demgemäß auf einen höheren Grenzwert
als die Einrichtungen, enthaltend die Wandler 18 und 22, eingestellt. Der Wandler
17 wird von einer Wechselspannung eingespeist und durch den Ankergleichstrom des
Motors 111 vormagnetisiert. Der sich ergebende Wechselstrom wird im Gleichrichter
41 gerichtet und tritt als Spannungsabfall an der ohmschen Bürde
42 in Erscheinung. Dem Spannungsabfall an dem ohmschen Widerstand
42 ist die konstante Vergleichsspannung 43 entgegengeschaltet. Überschreitet
nun die Spannung am Widerstand 42 die Spannung 43, so fließt über das Ventil 44
und den ohmschen Widerstand 34 ein Strom, der die Regelröhre 36 im Sinne einer Sperrung
beeinflußt. Hierdurch erfolgt eine Zurückverlegung der Stromrichter-Zündimpulse
und eine Verkleinerung des Ankerstromes.
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Die gemeinsamen Strombegrenzungen sind durch die Wandler 18 und 22
charakterisiert. Die Wirkungsweise der Bauteile 45, 46, 47 und
48 sowie der Bauteile 49, 50, 51 und 52 entspricht denen der zum Wandler
17 gehörenden und vorstehend beschriebenen Begrenzungseinrichtung. Der Unterschied
besteht lediglich in ihren niedrigeren Ansprechwerten und darin, daß der Stromwandler
22 vom Ankerstrom des Oberwalzenantriebes 112 erregt wird.
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Um eine Sicherheit gegen Fehler zu haben, die dann entstehen könnten,
wenn ein Antrieb seinen Strom im Generatorbetrieb und gleichzeitig der andere seinen
Strom im Motorbetrieb über voreingestellte Werte erhöht, können zusätzliche Überwachungseinrichtungen
vorgesehen sein. Für das Ausführungsbeispiel wurden polarisierte Relais gewählt,
die in dem vorstehend beschriebenen Fall die Strom-Istwerte über niederohmige Widerstände
55 bzw. 56 kurzschließen. Ein nicht näher dargestelltes polarisiertes Relais 53,
das die Kontakte 53 a und 53 6 hat, kann dabei die Richtung des Ankerstromes des
Motors 111 erfassen, während ein ebenfalls nicht näher dargestelltes polarisiertes
Relais 54 die Richtung des Ankerstromes des Motors 112 feststellt. Liegt bei beiden
Antrieben gleichzeitig Motor- oder Generatorbetrieb vor, so gehen die Kontakte
53 a und 53 b
sowie 54U und 54b entweder in Richtung der ausgezogenen
Pfeile oder der gestrichelten Pfeile. Liegt dagegen bei einem Antrieb Motorbetrieb
und bei dem anderen Antrieb Generatorbetrieb vor, so werden die Kontakte gemäß Figur
in gleichen Richtungen umgelegt und dadurch die wirksamen Strom-Istwerte erheblich
verkleinert. Somit kann nur noch die Einzelstrombegrenzungseinrichtung mit den Bauteilen
17
und 41 bis 44 zur Wirkung kommen.
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Bei kritischer Betrachtung der Fig. 3 kann man zu der Ansicht kommen,
daß in vielen Fällen die gemeinsamen Strombegrenzungen, enthaltend die Wandler 19
und 22, allein ausreichend sind und daß neben der Einzelstrombegrenzungseinrichtung,
enthaltend den Wandler 17, auch die Überwachungseinrichtung für die gemeinsame
Strombegrenzung die aus den polarisierten Relais 53 und 54 sowie den Widerständen
55 und 56 besteht. in Fortfall kommen kann. Es ergibt sich dann aufwandsmäßig eine
besondere einfache Lösung des gestellten Problems, der Erhaltung des relativen Gleichlaufes
zwischen Ober- und Unterwalze unter strommäßig optimaler Motorenausnutzung.
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Auch könnten dann an Stelle getrennter Wandler 21 und 22 sowie
18 und 19 gemeinsame Wandler vorgesehen werden, wenn man nur je zwei
Bürden in Reihe schaltet, d. h. also, je Antrieb ist ein einziger Stromwandler erforderlich.
Von den beiden in Reihe geschalteten Bürden ist dann eine Bürde in dem einen und
eine Bürde in dem anderen Antriebsregelverstärker angeordnet.
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Die Anwendbarkeit des Erfindungsgedankens ist nicht nur auf Gleichstrommaschinen
herkömmlicher Bauart beschränkt. Vielmehr könnten in gleicher
Weise
kollektorlose Maschinen, insbesondere sogenannte Stromrichtermötoren, Anwendung
finden.