DE1265183C2 - Verfahren und anordnung zur regelung der heizleistung einer draht- oder bandgluehanlage - Google Patents

Description

55

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist Gegenstand des älteren deutschen Patents 1 266 335. Dabei wird der Widerstand des beheizten Drahtabschnittes durch Quotientcnbildung aus der an dem Drahtabschnitt liegenden Heizspannung und dem den Drahtabschnitt durchfließenden Heizstrom erfaßt. Die Quotientenbildung erfolgt dort nach gesonderter Gleichrichtung durch Gegenschaltung der gleichgerichteten Meßspannungen.

Derartige Draht- oder Bandglühanlagen können für eine Geschwindigkeit von wesentlich mehr als 10 m/sec ausgelegt werden. Bei einer so hohen Materialgeschwindigkeit können Heizstromunterbrechungen an den Transportrollen durch Fliehkraft auftreten, die zu Betriebsstörungen führen. Beim Abheben des' Drahtes oder Bandes von den Transportrollen wird dem Regler ein sprunghaft erhöhter Widerstand vorgetäuscht. Der Regler regelt auf volle Heizleistung, die beim erneuten Kontakt auf Grund der langen Eigenzeitkonstante der Regelstrecke zim Durchschmelzen des Materials führen kann.

Im Zuge der Rationalisierung werden Drahtstraßen erstrebt, bei denen der Draht alle Fertigungsgänge, wie z. B. Ziehmaschine, Glühanlage, Vorwärmanlage, Umspritzeinrichtung, Kühleinrichtung, Durchzugeinrichtung und Spuleinrichtung, ohne Zwischenaufspulen und ohne Unterbrechung durchläuft. Die Drahtgeschwindigkeit H im Hinblick auf konstante Qualitätsmerkmale zu wählen. Dan.-:.-;.! LlIt auch die Giühtemperatur in der Glühanlage, damit eine vollkommene Rekristallisation des Gefüges erzielt wird. Zur Konstanthaltung der Giühtemperatur muß die Heizleistung der Drahtgeschwindigkeit angepaßt werden.

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 18-!· 875 erfolgt eine Leistungsregelung dadurch, daß unter Erfassung des Heizstromes und der Heizspannung die Heizleistung ermittelt wird. Gleichzeitig wird die Band- oder Drahtgeschwindigkeit mit einem Tachodynamo gemessen. Die Ausgangsspannung des Tachodynamos ist dabei proportional der Geschwindigkeit des Drahtes oder Bandes. Die Heizleistung muß proportional der Band- oder Drahtgeschwindigkeit sein. Bei diesem Verfahren werden die beiden Größen Heizstrom und Heizspannung für die Leistungsregelung verwendet. Bei hoher Geschwindigkeit können dabei ebenfalls durch Abheben des Bandes oder Drahtes von der Kontaktrolle Heizstromunterbrechungen auftreten. Wird durch eine Kontaktunterbrechung der Heizstrom unterbrochen, so erhält man einen Leistungsistwert, der für die Regelung unbrauchbar ist.

Die Erfindung geht ebenfalls davon aus, daß eine Regelung der zugeführten Heizleistung mittels eines elektronischen Stellgliedes erfolgt. Dann muß der Zündwinkel der gesteuerten Ventile (Thyristoren) so beeinflußt werden, daß sich der Eflektivwert der zugeführten Heizleistung proportional mit der Drahtoder Bandgeschwindigkeit ändert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß Störungen des Regelvorgangs, die bei unregelmäßigem Bandablauf entstehen, vermieden werden, und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen I und 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei diesem Verfahren wirken sich Kontaktunterbrechungen im Regelkreis nicht mehr störend aus. Der Vorteil des Verfahrens besteht insbesondere darin, daß sich bei der Regelung eine konstante Glühtemperatur völlig unabhängig von der Dicke des Drahtes bzw. der Breite des Bandes ergibt.

Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß sich bei einem Wechsel- oder Drehstromsteller als elektronisches Stellglied der Eflektivwert und der Gleichrichtwert, d. h. der zeitliche arithmetische Mittelwert der Beträge, der Heizspannung zwar verschieden mit dem ZUndwinket, jedoch in einem definierten

Verhältnis zueinander ändern. Aus der Kennlinie der Anlage erhält man den für eine bestimmte Drehzahl erforderlichen Eftektivwert der Heizspannung. Zu diesem Effektivwert der Heizspannung ergibt sich aus der festen Zuordnung von Effektivwert und Gleichrichtwcrt der Heizspannung der zugehörige, vorzugebende korrigierte Sollwert der Heizspannung, mit dem der erforderliche Zündwinkel eingestellt wird. Man erhält somit eine neue Kennlinie für einen Spannunnssollwert, der bei einer bestimmten Drahtbzw. Bandgeschwindigkeit oder Drehzahl eines angeschlossenen Tachodynamos der Regeleinrichtung vorzugeben ist, damit diese den Zündwinkel der Ventile des Wechsel- oder Drehstromstellers zur Erzielung des erforderlichen Effektivwerts der Heizspannung einstellt. Diese Aufgabe übernimmt nach der Erfindung ein Funktionsgenerator. Funktionsgeneratoren, die eine vorgegebene Kennlinie in Form eines PoIyjonfcugs durch Verwendung von Widerstands- und Diodenschaltkombinationen annähern, sind bekannt (G. A. und T. M. Korn, Elektronische Analogierechenmaschinen, Berliner Linion Stutteart. 1960, $.294 bis 303; AIEE Transactions I, ^TJand 69'(1950). S. 551 bis 554).

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der gesamten Regelanordnung mit einem Funktionsgenerator.

F i g. 2 die Abhängigkeit des Effektivwerts und des Gleichrichtwerts der Heizspannung vom Zündwinkel und

Fig. 3 Spannungskennlinien in Abhängigkeit von der Draht- bzw. Bandgeschwindigkeit.

Nach Fig. 1 ist einem Funktionsgenerator 4 von einer Tachomaschine 2 über einen Gleichrichter 3 als Eingangsspannung eine Tachospannung (Gcschwindigkeitsgleichspannung) U_T vorgegeben. Die Tachornaschine 2 soll mit dem zu erwärmenden Draht oder Band Γ in mechanischer Verbindung stehen und somit die der Draht- bzw. Bandgeschwindigkeit ν proportionale Tachospannung LZ₇ abgeben. Die Tachospantiung U_T fällt im Funktionsgenerator 4 an einem Spannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand 6 und einem Ausgangswiderstand 7, ab. Der Funktionsgenerator 4 enthält ferner eine Hilfsgleichspannungsquelle 10 mit einer Hilfsglcichspannung U₁₁. die über eine Reihenschaltung mehrerer Widerstände 11. 12. 15 und 18 und eine Anordnung von parallelgeschaltetcn Sericnschaltungen von Querwiderständen 13. 16 und 19 mit je einer Diode 14, 17 bzw. 20 mit dem Ausg^ngswiderstand 7 in Verbindung steht. Diese Bauelemente bilden eine Widerstandskaskade. Zur zusätzlichen Beeinflussung der Spannung am Ausgangswiderstand 7 kann noch ein Spannungsteiler mit den Widerständen 22 und 23 parallel zu den Widerständen 6 und 7 vorgesehen sein, dessen Mittelabgriff über eine Zenerdiode 24 und einen Widerstand 25 mit dem Leiter zwischen dem Widerstand 6 und dem Ausgangswiderstand 7 verbunden ist. Vom Ausgangswiderstand 7 wird eine Solhvertspannung U_s abgenommen und einem Regler R vorgegeben. Das Ausgangssignal des Reglers R wird einer Steuereinrichtung S für gegenparallclgeschaltete Ventile (Thyristoren) 31 und 32 eines Wechsclstromstellers 30 zugeführt, der an eine Wechselstromquelle 34 angeschlossen ist.

Eine MeßeinricMung 33 liefert dem Regler R eine Istwcrtgleichspannung U₁, die dem Gleichrichtwert der Heizspannung proportional ist. Nach der Erfindung wird somit nur eine einzige elektrische Größe erfaßt und in Verbindung mit der Geschwindigkeitsglcichspannung zur Leistungsregelung benutzt.

Die Meßeinrichtung 33 liefert — wie bereits erwähnt — dem Regler R als Istwertgleichspannung U₁ den Gleichrichtwert der Heizspannung. Für die Regelung ist aber der Effektivwert der Heizspannung entscheidend. Dem Regler R wird deshalb nach der

ίο Eriindung eine Sollwertgleichspannung U_s vorgegeben, die aus der Tachospannung L'_T abgeleitet und derart korrigiert ist. daß der Regler R mittels des Zündwinkels χ der Ventile 31, 32 des Wechselstromstellers 30 den erforderlichen Effektivwert der Heizspannung einstellt.

Nach F i g. 2 ändern sich der Effektivwert U_e und der Gleichrichtwert U_m der als Heizspannung benutzten Ausgangsspannung des Wechselstromstellers 30 verschieden, aber in definierter Weise mit dem Zündwinkel ι der Ventile 31. 32. Aus den Kurven fur den Efrektivwert U, und den -Lrl^ichrichtwert U_m kann für einen Effektiv-wert von beispielsweise U_e = 70 V bei einem Zündwinkel der Ventile 31, 32 von beispielsweise \ ^;- 90 der zugehörige Glcichrchtwert U_m der Heizspannung von beispielsweise 40 V abgelesen 'vcrden.

Die zu regeinde elektrische Heizleistung P, die sich aus dem Produkt der Effektivwerte U_c und / der Heizspannung und des Heizstromes sowie des Leisluncsfaktors cos 7 ergibt, rr.uß sich für konstant gehaltene Glühtemperatur proportional mit der Bandoder Drahtgeschwindigkeit ν ändern. Es gilt somit, da der Leistungsfaktor cos 7 als konstant anzusehen ist. die Beziehung:

worin R der ohmsche Widerstand des im Heizstromkreis liegenden Teiles des Drahtes oder Bandes ist.
Daraus ergibt sich

b\. = V l'v. (II)

Bei der Erfindung wird deshalb der Effektivwert U₁ der Heizspannung proportional zur Wurzel aus der Draht- und Bandgeschwindigkeit ν geregelt. Die Abhängigkeit des Effektivwertes U₁, der erforderlichen Heizspannung von der Bandgeschwindigkeit ν ergibt nach Gleichung (11) eine Kennlinie, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Aus F i g. 2 kann für die einzelnen Effektivwerte U_c jeweils der zugehörige Gleichrichtwcrt U_n, entnommen und unterhalb der Kennlinie t/,.(v) ebenfalls als Kurve l/_s(v) in F i g. 3 eingetragen werden. Die cin-

,:elncn Werte dieser Kurve U_s(v) werden als korrigierte Sollwertglcichspannung f/_s- dem Regler R vorgegeben, damit dieser trotz Messung des Glcichrichtwertes U_n, als Spannungsistwert U₁ die Ausgangsspannungs des Wechsclstromstellers 30 auf den

erforderlichen Effektivwert U_e opt Heizspannung steuert.

Die Wurzelbildung und die Korrektur wird durch die Widerstands- und Diodenschaltkombination 11 bis 20 nach F i g. 1 bewirkt. Die Hilfsgleichspannung

fi.s U/i erzeugt an der Reihenschaltung der Widerstände 11, 12. 15 und 18 Spannungsabfälle. Überschreitet die zwischen den Punkten E und F liegende Tcilspannung der Tachospannung U_T den Spannungsabfall am

Widerstand 12, wird über die Diode 14 der Querwiderstand 13 und zusätzlich auch der Widerstand 12 wirksam (Punkt α in F i g. 3). Mit weiterer Geschwindigkeitserhöhung und entsprechend ansteigender Tachospannung U_T ändert sich das Spannungsverhältnis an den Widerständen 6 und 7 derart, daß am Widerstand 7 eine Sollwertgleichspannung t/_s erzielt wird, die der gewünschten Steuercharakteristik U_s(v) in F i g. 3 in Annäherung als Polygonzug entspricht. Im Punkt b in F i g. 3 wird zusätzlich die Diode 17 und im Punkt c zusätzlich die Diode 20 stromführend.

Die Steuerung der Ventile 31, 32 erfolgt entsprechend der Differenz der Soll- und der Istwertgleichspannungen, so daß am Band oder dem Draht 5 die erforderliche Effektivspannung U_e wirksam ist, die zur Erzielung einer konstanten Glühtemperatur erforderlich ist. Die von der Hilfsgleichspannung U_H gespeiste Widerstands- und Diodenschaltkombination 11 bis 20 bildet in Verbindung mit den Widerständen 6 und 7 nicht nur die Sollwertgleichspannung U_s gemäß Gleichung (II) aus, sondern führt gleichzeitig auch eine Korrektur durch, die den Unterschied zwischen dem Gleichrichtwert U_m und dem Effektivwert U_e berücksichtigt.

Dadurch, daß die Heizspannung in der Meßeinrichtung 35 immer zur Verfügung steht, selbst bei Kontaktunterbrechungen zwischen den Kontaktrollen 35 und 36 und dem Draht oder dem Band 5, liegt immer die Istwertgleichspannung U, am Regler R. Durch die mechanische Kupplung der Tachomaschine 2 mit der Transporteinrichtung des Bandes oder des Drahtes 5 steht auch immer die entspre chende, durch den Funktionsgenerator 4 korrigierte Sollwertgleichspannung U₅ zur Verfügung. Der Regelkreis bleibt in sich immer geschlossen und kann nicht durch Störungen unterbrochen werden. Tritt eine kurzzeitige Kontaktunterbrechung zwischen den Kontaktrollen 36 und 35 und dem Draht oder Band 5 auf, so wird der Strom über die Ventile 31, 32 kurzzeitig unterbrochen. Bei wiederhergestelltem Kontakt fließt sofort wieder Heizstrom. Die Kontaktunterbrechungszeiten betragen nur Bruchteile von Sekunden, so daß nur vernachlässigbar kleine Draht- oder Bandabschnitte kurzzeitig nicht vom Heizstrom durchflossen, jedoch während der Laufzeit durch die Glühstrecke zwischen den Kontaktrollen 35, 36 doch noch mit einer ausreichenden Heizleistung versorgt werden. Die Qualität der Glühung wird somit nicht oder nur unwesentlich beeinflußt.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Funktionsgenerators 4 ergibt sich dadurch, daß der letzte,

ίο steiler ansteigende Kurventeil im Anschluß an Punkt d der Fig. 3 durch den zusätzlichen Spannungsteilet aus den Widerständen 22 und 23 in F i g. 1 in Verbindung mit der Zenerdiode 24 und dem Widerstand 25 nachgebildet wird. Die Zenerdiode 24 wird wirksam, sobald die Spannung im Querzweig der aus der Widerständen 6, 7, 22 und 23 gebildeten Wheatstone Brückenschaltung die Durchbruchspannung dei Zenerdiode 24 überschreitet. Dabei ergibt sich dei veränderte Anstieg der Kennlinie für die Sollwert gleichspannung U_s im Anschluß an Punkt d de Fig. 3, wie dort durch die strichpunktierte Linie an gedeutet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Regelung der Heizleistung einer über zündwinkelabhängig gesteuerte Ventile mit veränderbarer Wechselspannung als Heizspannung gespeisten Draht- oder Bandglühanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Effektivwert (U_e) der Heizspannung in Abhängigkeit von der Quadratwurzel aus der Draht- bzw. Bandgeschwindigkeit (v) gesteuert wird, indem eine dem Gleichrichtwert (U_m) der Heizspannung proportionale Istwertgleichspannung (U₁) und eine durch Umformung einer der Draht- bzw. Bandgeschwindigkeit (v) proportionalen Geschwindigleitsgleichspannung (U_T) gebildete Sollwertgleichipannung (U₅) vorgegeben wird, wobei die SoIl- *vertgleichspannung (U₅) entsprechend der zündwinkelabhängigen Abweichung zwischen dem Gleichricht.virt (U_m) und dem Eflektivwert (U_c) der Heizspannung korrigiert ist.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Quadratwurzel aus der Geschwindigkeitsgleichspannung (U_T) und zur Korrektur der Sollwertgleichspannung (U₅) zwischen einem Meßglied (2) für die Draht- bzw. Bandgeschwindigkeit (v) und dem Sollwerteingang des Reglers (R) ein Funktionsgenerator (4) angeordnet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (4) aus einem mit der Geschwindigj.eitsgleichspannung (U₇) gespeisten Spannungsteiler (6, 7) und einer mit dem einen Spannungsteilerwiderstand (7) verbundenen, für die Bildung der Quadratwurzel und die Korrektur der von diesem Spannungsteilerwiderstand (7) abzunehmenden Sollwertgleichspannung (U₅) bemessenen Widerstandskaskade besteht, weiche von einer Hilfsgleichspannungsquelle (10) gespeiste Reihenwiderstände (11, 12, 15, 18) und mit diesen verbundene und über Dioden (14, 17, 20) in Stern geschaltete Querwiderstände (13, 16,19) enthält.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gckennzeichnet, daß der Spannungsteiler (6, 7) mit zwei parallelgeschalteten Widerständen (22, 23) eineWheatstone-Briickenschaltung bildet, in deren Querzweig ein Widerstand (25) in Reihe mit einer Zenerdiode (24) liegt.