DE1126487B - Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren - Google Patents

Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren

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DE1126487B
DE1126487B DES59180A DES0059180A DE1126487B DE 1126487 B DE1126487 B DE 1126487B DE S59180 A DES59180 A DE S59180A DE S0059180 A DES0059180 A DE S0059180A DE 1126487 B DE1126487 B DE 1126487B
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DE
Germany
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integrator
input
signal
auxiliary amplifier
setpoint
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Pending
Application number
DES59180A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Phys Dr Claus Kessler
Dipl-Ing Ingemar Neuffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/07Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers where the programme is defined in the fixed connection of electrical elements, e.g. potentiometers, counters, transistors
    • G05B19/075Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers where the programme is defined in the fixed connection of electrical elements, e.g. potentiometers, counters, transistors for delivering a step function, a slope or a continuous function

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren Beim Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren, insbesondere solcher, die große Massen zu beschleunigen haben, muß darauf geachtet werden, daß die Beschleunigung annähernd konstant ist, um unzulässige Ankerströme zu vermeiden und ein ruhiges Anfahren zu ermöglichen. Ferner ist es erwünscht, daß die Beschleunigungsperiode ohne Sprünge in den Bereich konstanter geregelter Drehzahl übergeht. Derartige Probleme liegen beispielsweise beim Antrieb von Förderanlagen, Aufzügen, Papier- und Textilmaschinen und insbesondere auch von Schleppwagen in Schiffsbauversuchsanstalten vor.
  • Zur Beherrschung des Anlaufvorganges sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt. Es wird entweder eine Ankerstrombegrenzung durchgeführt, wobei in den Drehzahlregelkreis eine vom Ankerstrom abhängige Zusatzregelung eingeführt wird, oder man läßt den Sollwert für die Drehzahlregelung stetig von Null auf den vorgeschriebenen Wert ansteigen. Die letztere Maßnahme ist als gleitende Sollwertvorgabe zu bezeichnen. Sie ist erzielbar beispielsweise durch ein mittels eines Hilfsmotors verstellbares Sollwertpotentiometer oder auf der Grundlage von Zeitkonstanten im Regelkreis, insbesondere bei der Verwendung von Magnetverstärkern für die Regelung.
  • Alle bekannten Methoden weisen jedoch verschiedene Nachteile auf. Bei der Ankerstrombegrenzung ist beispielsweise ein glatter Übergang von der Drehzahl Null in den Beschleunigungsvorgang und von diesem in die Solldrehzahl nur unter beträchtlichen Schwierigkeiten erzielbar, und es traten oft unerwünschte Pendelungen und Sprünge auf. Abgesehen hiervon ist auch der erforderliche Aufwand verhältnismäßig groß. Letzteres gilt auch für die gleitende Sollwertvorgabe mittels eines motorisch verstellbaren Potentiometers. Die Verwertung der Zeitkonstanten eines Magnetverstärkerreglers läßt zwar an Einfachheit nichts zu wünschen übrig, beschränkt jedoch andererseits die im allgemeinen unentbehrliche Möglichkeit zur Einstellung der Steilheit des Sollwertanstieges.
  • Um einen langsamen Hochlauf bei einem Leonardantrieb zu erreichen, ist es weiterhin bekannt, die Ausgangsspannung des Leonardgenerators, dessen Erregerwicklung proportional der Ausgangsspannung eines Regelverstärkers gespeist wird, kapazitiv auf den Eingang dieses Regelverstärkers gegenzukoppeln, so daß eine als Integrator wirkende Verstärkeranordnung erhalten wird, die bei sprunghafter Beaufschlagung mit einer konstanten Eingangsspannung eine zeitlinear ansteigende Ausgangsspannung liefert.
  • In vielen Fällen ist es erforderlich, nicht nur einen einzigen Sollwert vorzugeben, sondern während des Betriebes laufend Änderungen des Sollwertes vorzunehmen, um verschiedene Drehzahlen des Antriebes einstellen zu können. Solche Verhältnisse liegen beispielsweise bei Walzwerks- oder Papiermaschinenantrieben, Fördereinrichtungen und ähnlichen Anlagen vor.
  • Wenn es sich um Umkehrantriebe handelt, so muß der Sollwert mit beliebigem Vorzeichen gebildet werden können. Darüber hinaus besteht oft die Aufgabe, Beschleunigung und Verzögerung verschieden groß zu wählen, z. B. die Verzögerung größer als die Beschleunigung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren mit gleitender Sollwertvorgabe zu schaffen, die den oben angeführten Betriebsbedingungen angepaßt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe baut die Erfindung auf einer bekannten Einrichtung mit einem kapazitiv gegengekoppelten Verstärker als Integrator auf, dessen Eingang während der Beschleunigung bzw. Verzögerung ein konstantes Steuersignal erhält. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des konstanten Eingangssignals ein bei von Null verschiedenen Eingangssignalen übersteuerter Hilfsverstärker dient, an dessen Eingang die Differenz des Sollwertgebersignals und des Ausgangssignals des Integrators wirkt.
  • Der Sollwertgeber ist also erfindungsgemäß zu einem Regelkreis erweitert, der eine Rückmeldung vom Ausgang des Integrators aufweist. Dadurch erzielt man, daß bei beliebigen Sollwertsprüngen, die dem Eingang des Hilfsverstärkers zugeführt werden, das Ausgangssignal des Integrators mit einstellbarer Steilheit so lange wächst bzw. fällt, bis es dem neu vorgegebenen Sollwert entspricht.
  • Wenn es sich um Umkehrantriebe handelt, müssen die Verstärker so ausgebildet sein, daß Sallwertsignale mit beiden Vorzeichen erzeugt werden können. Besonders vorteilhaft ist es, Transistorverstärker in Gegentaktschaltung zu verwenden, an denen Ausgangssignale beiden Vorzeichens zur Verfügung stehen. Es ist dann leicht möglich, das gewünschte Vorzeichen zu verwerten.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es ist ein Integrator 1 vorgesehen, der aus einem Verstärker mit Gegenkopplung über einen Kondensator 2 besteht. Gemäß der Erfindung wird das Sollwertgebersignal am Eingang E eines Hilfsverstärkers 3 über einen Widerstand 4 zugeführt. Der Hilfsverstärker 3 liefert über einen Widerstand 5 so lange ein konstantes Steuersignal an den Integrator 1, solange der vorgegebene Sollwert größer als der vom Integrator gelieferte Ausgangswert an dessen Klemme Ä ist. Die übrigen Schaltungselemente der Fig. 1 werden später erläutert.
  • Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Einrichtung ergibt sich wie folgt: Wird beispielsweise durch einen Handsteuerhebel plötzlich ein neuer Sollwert vorgeschrieben, der die am Eingang des Hilfsverstärkers 3 angedeutete positive Polarität hat, so entsteht zunächst am Eingang des Integrators 1 ein positives Eingangssignal konstanter Größe. Das negative Ausgangssignal des Integrators wird über den Kondensator 2 gegengekoppelt, so daß es nur langsam und linear ansteigen kann. Demzufolge bleibt auch das Eingangssignal des Hilfsverstärkers 3 positiv, und seine abnehmende Größe spielt wegen der Übersteuerung des Vertärkers keine Rolle. Sobald jedoch das Ausgangssignal des Integrators den Sollwert erreicht hat, erhält der Hilfsverstärker 3 das Eingangssignal 0, liefert also an den Integrator 1 kein Steuersignal mehr. Dadurch geht auch der Ladestrom des Kondensators 2 auf Null zurück. Von da an führt also der Integratorausgang den Sollwert, auf den auch der Kondensator 2 aufgeladen ist.
  • In vielen Fällen ist es erwünscht, Beschleunigung und Verzögerung verschieden groß zu wählen. Hierzu bestünde grundsätzlich die Möglichkeit, dem Eingang des Integrators 1 ein zusätzliches Steuersignal zuzuführen, das beispielsweise bei der Beschleunigung vom Ausgangssignal des Hilfsverstärkers 3 subtrahiert und bei der Verzögerung zum Ausgangssignal addiert wird. Eine solche Maßnahme bringt bei Umkehrantrieben jedoch nicht den gewünschten Erfolg, da die konstante Einspeisung eines Zusatzsignals die Drehrichtung nicht berücksichtigt und daher die Beschleunigung in der einen Richtung ebenso groß würde wie die Verzögerung in der anderen Richtung.
  • Es sei hierzu auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Fig. 2 zeigt das vom Handsteuerhebel gelieferte Sollwertsignai; das dem Eingang E zugeführt wird. Der Verlauf des Anstiegs dieses Signals spielt keine Rolle, solange er nur rascher als der vorgeschriebene Verlauf nach Fig. 3 ist.
  • Wie Fig. 3 zeigt, steigt bei der Beschleunigung das Signal A am Ausgang des Integrators linear hoch, bis es den Sollwert erreicht hat. Dies wiederholt sich auch bei einer nachfolgenden Beschleunigung. Beider Verzögerung ist eine größere Steilheit des Abstiegs gewählt, die auch bei einer nachfolgenden Verzögerung beibehalten wird, bis die Drehzahl den Wert Null erreicht hat. Würde man nun die höhere Verzögerung durch Einspeisen einer konstanten Zusatzgröße am Integrator 1 erzielt haben, so würde für die andere Drehrichtung die Beschleunigung gleich der Verzögerung in der vorhergehenden Drehrichtung sein, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 angedeutet.
  • Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Integrator ein zusätzliches konstantes Steuersignal über einen trägheitslosen und bei von Null verschiedenen Eingangssignalen übersteuerten weiteren Hilfsverstärker zur Berücksichtigung der Drehrichtung zugeführt.
  • Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist mit in Fig. 1 dargestellt. Der trägheitslose Hilfsverstärker 7 erhält ein Eingangssignal vom Ausgang des Integrators 1 über einen Widerstand 9 und liefert über den Widerstand 8 ein konstantes Eingangssignal an den Integrator 1. Soll die Beschleunigung geringer als die Verzögerung sein, so wird dieses konstante Steuersignal, wie durch die Vorzeichen in Fig. 1 angedeutet, von dem vom Hilfsverstärker 3 gelieferten Steuersignal subtrahiert.
  • Bei der Verzögerung liefert der Hilfsverstärker 3 nicht mehr ein positives, sondern ein negatives Signal an den Integrator 1, zu dem nun das ebenfalls negative Signal des Hilfsverstärkers 7 addiert wird. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Verzögerung. Sobald jedoch die Drehrichtung wechselt, so ändert sich auch das Vorzeichen des vom Hilfsverstärker 7 gelieferten Steuersignals, das nunmehr wiederum vom Signal des Hilfsverstärkers 3 subtrahiert wird: Die Beschleunigung in der neuen Drehrichtung ist also, wie gefordert, geringer als die Verzögerung. Analoge Bedingungen liegen bei der Verzögerung in der neuen Drehrichtung vor.
  • Gegenüber der vorher beschriebenen Einrichtung besteht noch insofern ein Unterschied, als der Hilfsverstärker 7 dauernd ein Signal an den Eingang des Integrators 1 liefert, solange der Ausgangswert des Integrators von Null verschieden ist. Zur Erzielung stationärer Betriebsverhältnisse ist es daher erforderlich, daß der Hilfsverstärker 3 ebenfalls dauernd ein Signal liefert, das nach Erreichen des Sollwertes das Signal des Hilfsverstärkers 7 kompensiert. Es wird gewissermaßen die Nullinie des Hilfsverstärkers verschoben. Dies hat jedoch auf die grundsätzliche Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung keinen Einfiuß.
  • In besonderen Fällen kann es erforderlich sein, bei einer bestimmten Drehrichtung die Beschleunigung und Verzögerung von der Drehzahl abhängig zu machen. Dies kann beim Erfindungsgegenstand auf einfache Weise erzielt werden. Bei einem Diagramm nach Fig.3 liegt gewissermaßen ein Knick in der Sollwertkurve vor, der mit der Drehzahl Null zusammenfällt. Durch Einspeisen eines zusätzlichen konstanten Signals in den Hilfsverstärker 7 kann dieser Knick an einen beliebigen Drehzahlwert gelegt werden. Dies ist in Fig. 1 dadurch angedeutet, daß über den Eingang K und den Widerstand 10 eine Bezugsgröße in den Hilfsverstärker 7 eingeführt wird. Fig.4 zeigt, wie dadurch der Knick im Sollwertdiagramm verschoben werden kann.
  • Es ist vorteilhaft, auch den Hilfsverstärker 7 als Transistorgegentaktverstärker aufzubauen. Falls die vom Integrator 1 gelieferte Leistung nicht ausreicht, kann man in Reihe mit ihm einen Anpassungsverstärker entsprechend höherer Ausgangsleistung vorsehen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren mit gleitender Sollwertvorgabe durch einen kapazitiv gegengekoppelten Verstärker als Integrator, dessen Eingang während der Beschleunigung bzw. Verzögerung ein konstantes Steuersignal erhält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des konstanten Eingangssignals ein bei von Null verschiedenen Eingangssignalen übersteuerter Hilfsverstärker (3) dient, an dessen Eingang die Differenz des Sollwertgebersignals (E) und des Ausgangssignals (Ä) des Integrators (1) wirkt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (1) ein zusätzliches konstantes Steuersignal erhält.
  3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen weiteren mit dem Eingang des Integrators (1) verbundenen Hilfsverstärker (7), der bei von Null verschiedenen Eingangssignalen übersteuert ist und dessen Eingang ebenfalls das Ausgangssignal des Integrators zugeführt ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des weiteren Hilfsverstärkers (7) zusätzlich ein festes Steuersignal (K) zugeführt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 700 897.
DES59180A 1958-07-26 1958-07-26 Einrichtung zum Anlassen und Bremsen drehzahlgeregelter Elektromotoren Pending DE1126487B (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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