DE1185890B - Device for quick start of a drive driven by a synchronous motor - Google Patents

Device for quick start of a drive driven by a synchronous motor

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DE1185890B DEF36159A DEF0036159A DE1185890B DE 1185890 B DE1185890 B DE 1185890B DE F36159 A DEF36159 A DE F36159A DE F0036159 A DEF0036159 A DE F0036159A DE 1185890 B DE1185890 B DE 1185890B
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Description

Vorrichtung zum Schnellstart eines durch einen Synchronmotor angetriebenen Laufwerkes Bei vielen durch einen Synchronmotor angetriebenen Laufwerken, z. B. bei Kinomaschinen und insbesondere bei solchen zur Aufzeichnung oder Wiedergabe von Fernsehbildern, besteht der Wunsch nach einer möglichst raschen Beschleunigung des Laufwerkes vom Stillstand zum Synchronismus. Zum Beispiel wird ein Schnellstart innerhalb einer Zehntelsekunde oder weniger gewünscht. Das Einlaufen in die Synchrondrehzahl soll dabei möglichst ohne Pendelungen erfolgen.Device for quick start of a synchronous motor driven Drive With many drives driven by a synchronous motor, e.g. B. in the case of cinema machines and especially those for recording or reproduction of television images, there is a desire for the fastest possible acceleration of the drive from standstill to synchronism. For example, there will be a quick start desired within a tenth of a second or less. Running into the synchronous speed should be done without oscillations if possible.

Man hat bisher den Hochlauf des Synchronmotors durch Hilfsschaltungen herbeigeführt, etwa indem der Synchronmotor vermittels einer Hilfswicklung als Asynchronmotor geschaltet wird und diese Schaltung bei Erreichen der Synchrondrehzahl aufgehoben wird. Mit dieser Hilfssehaltung ist jedoch kein Schnellstart möglich, da die Leistung der in der Praxis verwendeten Motoren ein Hochfahren innerhalb weniger Perioden der Netzwechselspannung nicht erlaubt. Eine Lösung dieser Aufgabe wird besonders bei Fernsehfilmabtastem angestrebt, bei denen es nicht möglich ist, den Motor zum Antrieb des Laufwerkes von dem Laufwerk zu trennen und schon vor der Einblendung der Filmaufzeichnung auf Hochtouren zu bringen, da die in diesem Fall erforderlichen Kupplungen zwischen Motor und Laufwerk eine unbestimmte Phasenlage des Motors zu dem Laufwerk bedingen würde. Diese Unbestimmtheit der Phasenlage ist aber wegen der Forderung einer genauen Lage der Phase der den Motor antreibenden Wechselspannung bezüglich der Bildrücklaufzeit des Fernsehbildes nicht zulässig. Man hat schon zum Anwerfen schwerer Maschinen, z. B. Verbrennungsmotoren, Schwungmassen verwendet, die durch ein Antriebswerk und ein Getriebe auf hohe Touren gebracht und dann durch Schalten einer Kupplung mit Maschinen verbunden werden. Bei diesen Vorrichtungen kam es nicht auf eine Einstellung einer bestimmten Solldrehzahl in möglichst kurzer Zeit an. Eine präzise Einstellung der Solldrehzahl in einer möglichst kurzen Zeit wurde weder durchgeführt noch angestrebt.Up until now, the synchronous motor was started up by auxiliary circuits brought about, for example by the synchronous motor by means of an auxiliary winding as an asynchronous motor is switched and this circuit is canceled when the synchronous speed is reached will. With this auxiliary attitude, however, a quick start is not possible, since the performance the motors used in practice start up within a few periods the mains AC voltage is not allowed. A solution to this problem will be special aimed at television film samplers where it is not possible to switch the motor to Separate the drive of the drive from the drive and before the display to bring the film recording into high gear, as required in this case Couplings between the motor and the drive cause an indefinite phase position of the motor the drive would require. This uncertainty of the phase position is due to the requirement of an exact position of the phase of the alternating voltage driving the motor not permitted with regard to the retrace time of the television picture. One already has to Starting heavy machinery, e.g. B. internal combustion engines, flywheels used, which is brought up to speed by a drive mechanism and a gearbox and then through Switching a clutch to be connected to machines. With these devices it did not come to a setting of a certain target speed in the shortest possible time Time on. A precise setting of the target speed in the shortest possible time was neither carried out nor sought.

Für den Schnellstart eines Tonbandlaufwerkes ist bereits eine Lösung vorgeschlagen worden, welche darin besteht, daß die Schwungmasse des Tonband- 4 gerätes mittels eines Hilfsmotors vor dem Start auf eine Solldrehzahl gebracht wird. Nach Erreichen der Solldrehzahl wird das Tonband straff an die Schwungmasse angelegt und hiernach der Hilfsmotor wieder von der Schwungmasse gelöst. Bei der Erfindung wird ein anderer Weg eingeschlagen.For the quick start of a tape drive, a solution has been proposed which consists in that unit, the inertia of the audio tape 4 is brought to a target rotational speed by means of an auxiliary motor before the start. After the target speed has been reached, the tape is applied tightly to the flywheel and then the auxiliary motor is released from the flywheel again. Another approach is taken with the invention.

Bei einer Vorrichtung zum Schnellstart eines durch einen Synchronmotor angetriebenen Laufwerkes, insbesondere eines Filmlaufwerkes, auf eine Solldrehzahl unter Verwendung eines Hilfsmotors und einer Schwungmasse wird erfindungsgemäß die Drehzahl des Hilfsmotors sowie das Trägheitsmoment der Schwungmasse einschließlich des Hilfsmotors so gewählt, daß beim Verkuppeln von Schwungmasse und Antriebswelle des Laufwerkes mittels einer elektromagnetischen Kupplung das Laufwerk vom Stillstand auf die Solldrehzahl beschleunigt und die Schwungmasse auf die Solldrehzahl abgebremst wird. Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß das Laufwerk durch ein Schaltsignal in Bruchteilen von Sekunden auf die Solldrehzahl gebracht wird, ohne daß dabei ein Pendeln auftritt. Bei Filmlaufwerken für Fernsehstudios wird der besondere Gewinn erhalten, daß die Phasenlage des Synchronmotors relativ zu den Bildabschnitten beim Schnellstart nicht geändert wird, da der zum Laufwerk gehörende Synchronmotor mit beschleunigt wird. Man kann daher mit der erfindungsgemäßen Schnellstartvorrichtung eine Einblendung einer Filmsendung in eine Lifesendung ohne merkliche Störung vornehmen.In a device for quick start of a synchronous motor driven drive, in particular a film drive, to a target speed using an auxiliary motor and a flywheel is according to the invention Speed of the auxiliary motor as well as the moment of inertia of the flywheel including of the auxiliary motor selected so that when coupling the flywheel and drive shaft drive from a standstill by means of an electromagnetic clutch accelerated to the target speed and the centrifugal mass decelerated to the target speed will. These measures have the advantage that the drive through a Switching signal is brought to the target speed in fractions of a second without that there is a pendulum swing. When it comes to film drives for television studios, the special one Gain gain that the phase position of the synchronous motor relative to the image sections is not changed during quick start because the synchronous motor belonging to the drive with is accelerated. You can therefore with the quick start device according to the invention insert a film show into a live show without noticeable interference.

Der Hilfsmotor kann von sehr geringer Leistung sein und während der Schaltbereitschaft ständig erregt bleiben. Die elektrische schaltbare Kupplung, z. B. eine Scheibenkupplung, kann durch ein von einer den Ablauf der Sendung steuernden Vorrichtung erzeugtes Signal betätigt werden.The auxiliary engine can be of very low power and during the Always energized to switch readiness. The electric switchable clutch, z. B. a disc clutch can be controlled by one of the sequence of the program Device generated signal are operated.

Die Maßnahme der Verwendung einer angepaßten Schwungenergie sichert den störungsfreien Einlauf in die Solldrehzahl. Bei Verwendung einer unangepaßten Energie der Schwungmasse kann hingegen der Fall eintreten, daß die Solldrehzahl zunächst überschritten und danach unter Pendelungen oder schleichendem Einlauf erreicht wird, was eine nicht zulässige Störung des Betriebes darstellen würde. Man könnte diesen Nachteil zwar durch Steuerung der Kupplungskraft beseitigen, was jedoch zu einer umständlichen und störanfälligen Konstruktion füh- ren würde.The measure of using an adapted flywheel energy ensures trouble-free entry into the target speed. When using an unadapted energy of the flywheel, however, the case may arise that the target speed is initially exceeded and then reached with oscillations or creeping running-in, which would represent an impermissible disruption of operation. You could eliminate this drawback by controlling the coupling force, but this would ren leadership to a complicated and trouble-prone construction.

Die erforderliche Drehzahl e) oder das Trägheitsmoment J der Schwungmasse kann man auf folgende Weise berechnen, wobei zunächst die Antriebskraft des Filmlaufwerkes und die während des Kupplungsvorgangs erzeugte Wärme vernachlässigt sind. Es sei JAf das Trägheitsmoment des Filmlaufwerkes einschließlich des Synchronmotors und Js dasjenige der Schwungmasse einschließlich des Hilfsmotors. Die Solldrehzahl betrage 1500 U/min, die Drehzahl des Anwurfmotors 2700 U/min, das Trägheitsmoment Jm des Filmlaufwerkes 24 [cm g sec-2]. Betrachtet man die Trägheitsmomente als Massen mm und ms, so 0 lt nach dem Impulssatz für unelastischen Stoß so daß ist. Bei der obigen Rechnung wurden der Einfluß der in der Kupplung verbrauchten Reibungswärine sowie die Antriebskraft des Motors für das Filmlaufwerk nicht berücksichtigt. In einer verfeinerten Rechnung kann man zeigen, daß die umgesetzte Wärme je nach der Größe und Geschwindigkeit der Schwungmasse verschieden ist. Wenn also der Kupplungsvorgang und damit der Verlauf der Bremskraft nicht eindeutig definiert ist, so kann eine Schwankung der Endgeschwindigkeit eintreten. Diese Schwankung wird aber dann am kleinsten, wenn gerade die Hälfte der kinetischen Energie der Schwungmasse in Wärme umgesetzt wird. In diesem Fall ist fs gleich Jm und ois gleich 2 a),u.The required speed e) or the moment of inertia J of the flywheel can be calculated in the following way, initially neglecting the drive force of the film drive and the heat generated during the coupling process. Let JAf be the moment of inertia of the film drive including the synchronous motor and Js that of the flywheel including the auxiliary motor. The target speed is 1500 rpm, the speed of the starter motor 2700 rpm, the moment of inertia Jm of the film drive 24 [cm g sec-2]. If one considers the moments of inertia as masses mm and ms, then according to the law of momentum for inelastic collisions , 0 lt so that is. In the above calculation, the influence of the frictional heat consumed in the clutch and the driving force of the motor for the film drive were not taken into account. In a more refined calculation it can be shown that the converted heat differs depending on the size and speed of the flywheel. If the coupling process and thus the course of the braking force are not clearly defined, the final speed can fluctuate. This fluctuation is smallest when just half of the kinetic energy of the flywheel is converted into heat. In this case, fs is equal to Jm and ois is equal to 2 a), u.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Einrichtung zur Beschleunigung des Filmlaufwerkes, F i g. 2 eine Schaltung zur Betätigung der elektromagnetischen Kupplung, F i g. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Stromes in der Spulenwicklung der Kupplung.Further details of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. 1 shows a device for accelerating the film drive, FIG. 2 shows a circuit for actuating the electromagnetic clutch, FIG. 3 shows a diagram of the time profile of the current in the coil winding of the clutch.

In Fig. 1 ist 1 der Anwurfmotor, welcher über einen Flansch 2 elastisch mit der Schwungmasse 3 verbunden ist, die mit Hilfe eines Kugellagers 4 auf einer Welle 5 gelagert ist. Die Welle 5 ist zugleich Antriebswelle des nicht gezeigten, sich auf der linken Seite der Zeichnung befindenden Filmlaufwerkes einschließlich des Synchronmotors. Mit dieser Welle ist eine Kupplungsscheibe 6 verbunden, die mit Hilfe eines Elektromagneten 7 mit Polschuhen 8 mittels des mit der Kupplungsscheibe verbundenen Ankers 9 an die Schwungmasse 3 angepreßt werden kann. Da die Kupplungsscheibe in einer Nut der Welle 5 verschiebbar befestigt ist, wird mit der Kupplungsscheibe auch die Welle 5 und damit das Filmlaufwerk mitgenommen. Der Elektromagnet 7 ist am Gehäuse mittels Schrauben 10 festgeschraubt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Wicklung des Elektromagneten erfolgt daher eine reibende Mitnahme der Kupplungsscheibe 6. In FIG. 1 , 1 is the starting motor, which is elastically connected via a flange 2 to the flywheel 3, which is mounted on a shaft 5 with the aid of a ball bearing 4. The shaft 5 is at the same time the drive shaft of the film drive, not shown, located on the left-hand side of the drawing, including the synchronous motor. A clutch disk 6 is connected to this shaft and can be pressed against the flywheel 3 with the aid of an electromagnet 7 with pole pieces 8 by means of the armature 9 connected to the clutch disk. Since the clutch disk is slidably fastened in a groove in the shaft 5 , the shaft 5 and thus the film drive are also taken along with the clutch disk. The electromagnet 7 is screwed to the housing by means of screws 10 . When an electrical voltage is applied to the winding of the electromagnet, a frictional entrainment of the clutch disk 6 therefore takes place.

Die bisher gezeigte Anordnung kann in mancherlei Weise variiert werden, ohne daß dabei von der Erfindung abgegangen wird. Zum Beispiel kann der Motor 1 statt unmittelbar durch dieselbe Achse auch mittels eines Getriebes mit der Schwungmasse verbunden sein. Die Schaltung der Kopplung kann durch- einen Impuls mit abklingender Amplitude vorgenommen werden, wobei die Kupplung bei Unter schreiten einer bestimmten Amplitude gelöst wird. Die Lösung der Kupplung, welche dem Zweck dient, daß nach Erreichen der Solldrehzahl des Filmlaufwerkes eine Beeinflussung der Drehzahl durch den Anwurfmotor 1 vermieden wird, wird durch eine Feder 11 unterstützt, die mit einer gewissen unterhalb des Anpreßdrucks der Kupplung liegenden Kraft die Kupplungsscheibe von der Schwungmasse abhebt.The arrangement shown so far can be varied in many ways without departing from the invention. For example, instead of being connected directly to the same axis, the motor 1 can also be connected to the flywheel by means of a transmission. The coupling can be switched by a pulse with a decaying amplitude, the coupling being released when the amplitude falls below a certain level. The solution of the clutch, which serves the purpose of preventing the speed from being influenced by the starting motor 1 after the target speed of the film drive has been reached, is supported by a spring 11 which, with a certain force below the contact pressure of the clutch, removes the clutch disc from the Flywheel takes off.

Zur Betätigung der Kupplung kann eine Schaltung gemäß F i g. 2 verwendet werden. In dieser Schaltung ist 12 die Wicklung des Kupplungsmagneten 7. Mit dem Pfeil 13 ist der bewegliche Anker des Kupplungsmagneten angedeutet, der mechansich mit der Rückholfeder 11 verbunden ist. Die Wicklung 12 wird von einer Speisespannung von z. B. 40 Volt erregt, die über einen Widerstand R von z. B. 3,5 k9 in einem Kondensator C von z. B. 2000 liF eingespeist wird. Ferner befindet sich im Stromkreis der Spule 12 ein Schalter 14, der mechanisch oder über ein Relais mit der Starttaste für den Projektormotor gekoppelt sein kann. Wenn dieser Schalter 14 geschlossen wird, so wird der Kondensator C über die Spule entladen und ein magnetisches Feld erzeugt, das den Anker 9 kräftig anzieht. Da aber der Widerstand R gegen den Widerstand der Spule groß ist, so nimmt der Strom in der Spule relativ rasch nach einer Exponentialfunktion ab (F i g. 3), um schließlich einen Betrag zu erreichen, bei dem die Kupplung durch die Rückholfeder 11 gelöst wird. Diese Zeit to bis zur Lösung der Kupplung muß etwas größer sein als diejenige, während der die Schwungmasse das Laufwerk auf die vorgeschriebene Solldrehzahl gebracht hat, aber wiederum nicht so groß, daß nennenswerte Energie von dem Anwurfmotor an das Laufwerk übertragen wird. Bei einem Versuchsmodell konnte das Verhältnis der Leistung des Anwurfmotors zu der des Antriebsmotors für das Laufwerk auf 1: 25 gehalten werden. Nach dem Lösen der Kupplung sinkt der Strom J durch die Spulenwicklung auf den durch den Vorwiderstand R bestimmten Wert J. To operate the clutch, a circuit according to FIG. 2 can be used. In this circuit, 12 is the winding of the clutch magnet 7. The movable armature of the clutch magnet, which is mechanically connected to the return spring 11 , is indicated by the arrow 13. The winding 12 is powered by a supply voltage of, for. B. 40 volts energized through a resistor R of z. B. 3.5 k9 in a capacitor C of z. B. 2000 liF is fed. There is also a switch 14 in the circuit of the coil 12, which can be coupled mechanically or via a relay to the start button for the projector motor. When this switch 14 is closed, the capacitor C is discharged through the coil and a magnetic field is generated which strongly attracts the armature 9. However, since the resistance R to the resistance of the coil is high, the current in the coil decreases relatively quickly according to an exponential function ( FIG. 3), to finally reach an amount at which the clutch is released by the return spring 11 will. This time to until the clutch is released must be slightly greater than that during which the flywheel has brought the drive to the prescribed target speed, but again not so great that significant energy is transferred from the starter motor to the drive. In an experimental model the ratio of power was the initiation of the engine to the drive motor for the drive to 1: held 25th After releasing the clutch, the current J through the coil winding drops to the value J.

Claims (2)

Patentansprüche. 1. Vorrichtung zum Schnellstart eines durch einen Synchronmotor angetriebenen Laufwerkes, insbesondere eines Filmlaufwerkes, auf eine Solldrehzahl unter Verwendung eines Hilfsmotors und einer Schwungmasse, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Hilfsmotors (1) sowie das Trägheitsmoment der Schwungmasse (3) einschließlich des Hilfsmoters (1) so gewählt sind, daß beim Verkuppeln von Schwungmasse (3) und Antriebswelle (5) des Laufwerkes mittels einer elektromagnetischen Kupplung (6,7,8,9) das Laufwerk vom Stillstand auf die Solldrehzahl beschleunigt und die Schwungmasse (3) auf die Solldrehzahl abgebremst wird. Claims. 1. A device for quick start of a driven by a synchronous motor drive, in particular a film drive, on a target rotational speed by using an auxiliary motor and a flywheel, d a d u rch in that the rotational speed of the auxiliary motor (1) and the moment of inertia of the centrifugal mass (3), including of the auxiliary motor (1) are chosen so that when coupling the flywheel (3) and drive shaft (5) of the drive by means of an electromagnetic clutch (6,7,8,9), the drive accelerates from standstill to the target speed and the flywheel (3 ) is braked to the target speed. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmornent der Schwungmasse (3) einschließlich Hilfsmotor (1) gleich dem des Laufwerkes einschließlich Triebwerk ist und daß die Ruhedrehzahl der Schwungmasse doppelt so groß wie die Solldrehzahl ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung von einem abklingenden elektrischen Impuls vorübergehend eingeschaltet wird. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder (11) zum Abheben der Kupplung nach Erzielung des Gleichlaufs bei Absinken der Impulsamplitude vorgesehen ist. 5. Schaltung für eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Erzeugung eines abklingenden elektrischen Impulses, gekennzeichnet durch einen von einer Gleichspannungsquelle über einen Widerstand (R) aufgeladenen und durch Schließen eines Schalters (14) über die Wicklung (12) der elektromagnetischen Kupplung (9) entladenen Kondensator (C). 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inertia torque of the flywheel (3) including the auxiliary motor (1) is equal to that of the drive including the engine and that the idle speed of the flywheel is twice as large as the target speed. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the clutch is temporarily switched on by a decaying electrical pulse. 4. Apparatus according to claim 1 and 2 or 3, characterized in that a compression spring (11) is provided for lifting the clutch after achieving synchronization when the pulse amplitude drops. 5. Circuit for a device according to claims 1 to 4 for generating a decaying electrical pulse, characterized by one charged by a DC voltage source via a resistor (R) and by closing a switch (14) via the winding (12) of the electromagnetic clutch ( 9) discharged capacitor (C).
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US3242765A (en) 1966-03-29

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