DE2337722A1

DE2337722A1 - Drehzahlregelkreis fuer antriebe mit haeufig wechselnden belastungen wie walzgerueste, scheren oder dergleichen

Info

Publication number: DE2337722A1
Application number: DE19732337722
Authority: DE
Inventors: Rita Baumgart; Hans Thiemann
Original assignee: Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE2337722B2

Description

^tVJ/ '^^A Düsseldorf, den 17-7.1973

PAT/688/Snz - 2483 -

Anmelder: SCHLOEMANN AKTIENGESELLSCHAFT, Düsseldorf

Drehzahlregelkreis für Antriebe mit häufig wechselnden Belastungen wie Walzgerüste, Scheren oder dergleichen

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlregelkreis für Gleichstromantriebe mit häufig wechselnden Belastungen wie Walzgerüste, Scheren oder dergleichen, bei welchem einem Drehzahlregelkreis mit SoIl- und Istwert-Vergleich ein Stromregelkreis mit Soll- und Istwert-Vergleich unterlagert ist.

Bei bekannten Drehzahlregelkreisen dieser Art wird das Lastmoment normalerweise über einen Proportional-Integral-Regler abhängig von dem Drehzahl-Sollwert n_goll und dem Drehzahl-Istwert n_ist eingeregelt. Eine solche Ausregelung setzt jedoch während der Ausregelzeit eine Drehzahlabweichung vom Drehzahl-Sollwert als Regelsignal voraus, Dadurch ist ein Ausregeln des Drehzahlfehlers erst möglich, nachdem bereits eine Drehzahlabweichung bestimmter Größe vorhanden ist, deren Betrag von der Ansprechempfindlichkeit der Regelorgane bzw. deren Zeitkonstante abhängig ist. Bei einer solchen Regelung ist es daher nicht möglich, fortlaufend die Leistung des Antriebsmotors elastisch den Belastungsänderungen der Arbeitsmaschine, beispielsweise dem Walzgerüst oder der Schere, anzupassen.

Bei derartigen Drehzahlregelkreisen wird aus dem Differenzwert des Drehzahl-Sollwertes η ^₁ und des Drehzahl-Istwertes n_ist in einem Pro port ional-Integral-Regjer der Sollwert des Motorstromes I_soli bildet, welcher mit dem Istwert des Motorstromes I. . verglichen und der daraus resultierende DifferenzwertAI dem Motor als Regelsignal vorgegeben wird.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die augenblicklichen Belastungsänderungen des Motors zu erfassen und damit bereits vor der Erfassung einer Drehzahlabweichung die Motorleistung der durch die Arbeitsmaschine bedingten Belastungsänderung anzupassen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird daher vorgeschlagen, zwischen Antriebsmotor und Arbeitsmaschine eine Drehmomentenmeßstelle anzuordnen, mit welcher das Lastmoment fortlaufend gemessen wird und als weiterer Strom-Sollwert dem Differenzwertbildner des Stromregelkreises als Regelsignal vorgegeben wird.

In Erkenntnis der erheblichen Nachteile bisheriger Drehzahlregelkreise infolge der Nachführung des Motorstromes aus dem Differenzwert des Drehzahl-Soll- und des Drehzahl-Istwertes wird nunmehr die direkte fortlaufende Erfassung des Lastmomentes des Antriebsmotors mittels einer Drehmomentenmessung zwischen Antriebsmotor und Arbeitsmaschine vorgeschlagen. Der aus der Drehmomentenmessung resultierende Laststrom I_T . wird zusätzlich dem Differenzwertbildner vom Last

Sollwert des Motorstromes I ,_Ί und dem Istwert des Motorstromes I.

soll ist

als weiteres Regelsignal zugeführt, so daß bereits durch jede Veränderung des Meßwertes für das Lastmoment und eine damit verbundene Veränderung des Meßwertes für die Drehmomentenmessung eine direkte Einflußnahme auf die Änderung des Motorstromes erfolgt. Dadurch tritt ein Ausregeln des Motorstromes bereits jeweils vor Eintreten eines Drehzahlabfalles der Motordrehzahl und ein Ausregeln dieser Drehzahldifferenz mittels des Drehzahlregelkreises ein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird aus der Differenz des gemessenen Drehmomentes und dem Moment des Antriebsmotors, welches aus dem Motorstrom ermittelt wird, das darin enthaltene Beschleunigungsmoment in einem weiteren Differenzwertbildner kompensiert und das reine Lastmoment als weiterer Strom-Sollwert dem Differenzwertbildner des Stromregelkreises zugeführt. Dadurch wird vermieden, daß ein im Meßwert enthaltener, durch das Beschleunigungsmoment des Motors bedingter Meßfehler in das Regelsignal mit eingeht.

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naohgereiohtI

Der Istwert des Motorstroaes und der Ausgangewert der Drehmomentenmessung werden In entsprechende Reohenwerte umgesetzt, einem Differenzwertbildner zugeführt und der daraus resultierende Differenzwert des Stromregelkreis als weitere Regelgröße vorgegeben.

Bei Antriebsmotoren alt geschwächte* Feld wird der dem Differenzwertbildner zugeführte Teil des Istwertes des Motorstromes entsprechend den Haß bzw. Verhältnis der Feldsohwäehung verringert« bezw. der des gemessenen Lastmomentes vergrößert.

Der Erfinder geht bei der Lösung der gestellten Aufgabe von der Erkenntnis aus, daß durch eine direkte Erfassung des Lastaoaentes mittels Drehaonentenaessung zwischen Motor und Maschine eine erheblich schnellere Ausregelung von Belastungsänderungen erfolgen kann, als diese bisher Über einen Drehzahlregelkreis alt untersetztem Stroaregelkreis beherrscht werden konnte.

weiterhin Mitkopplungen zu vermeiden, wird das Besohleunlgungsaoaent der Arbeitsmaschine aus dem Meßwert für das ermittelte Drehmoment der Antriebswelle eliminiert.

Dazu gelten folgende Beziehungent Das Lastmoment Md. ^ läßt sich

Last wie folgt ermitteln!

1. M»^ = Md - Md

Last Wut Bl V.·«-'· Dann ist das Besohleunigungsmoaent an der Arbeltsmaschine ι

QJT

2a k » masch 5

-JB*

(UTmot

5 ^0D

-ot

Somit:

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Damit ist:

5- ^MdLast * ^MdW <^{1 + k}> - ^Mdmot ^{x k}
und bezogen auf den Strom:

⁶- ¹LaSt - <^MdW ^x <^{1 + k}> - ^Mdmot ^{x k}> ^x 553^·

7. I_T .a» Md,, x (1 + k) χ rra - I <_ x k (ergibt sich aus 5)

Last w Hu . mot

ntnot

Darin bedeuten:

Md_Tr>r,. = Lastmoment

Md_w =« gemessenes Drehmoment an der Welle MdBl = Beschleunigungsmoment für die Arbeitsmaschine Md_ß . = Beschleunigungsmoment für den Antriebsmotor

ρ
GD _as V₁ = Schwungmoment an der Arbeitsmaschine

2
GD . = Schwungmoment am Motor

Md . =s Motordrehmoment (proportional dem Ankerstrom) I_Too, = Laststrom zur Kompensation des Lastmomentes Md₁. _Q„_v

LA St JjQS t

I_n = Nennstrom des Motors
Md . = Nennmoment des Motors

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung stellt die Zeichnung dar. Es zeigen:

Fig. 1 einen Drehzahlregelkreis mit unterlagertem Stromregelkreis für einen Gleichstrommotor als Antrieb der Arbeitsmaschine und Eingabe eines dem gemessenen Lastmoment entsprechenden elektrischen Wertes in den Stromregelkreis,

Fig. 2 den gleichen Drehzahlregelkreis mit unterlagertem Stromregelkreis und Eingabe eines dem reinen Lastmoment entsprechenden elektrischen Wertes in den Stromrngelkreis und

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Fig. 3 die gleiche Regelung für einen Gleichstrommotor mit geschwächtem Feld.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Gleichstrommotor bezeichnet, welcher über eine Antriebswelle 2 eine Arbeitsmaschine 3» beispielsweise die Walzensätze eines Walzgerüstes oder die Messerpaare einer Schere, betreibt. Bei derartigen Antriebsmaschinen ergeben sich, betriebsmäßig bedingt, häufig wechselnde Belastungen, welche üblicherweise über einen Drehzahlregelkreis mit unterlagertem Stromregelkreis ausgeregelt werden.

Der Drehzahlregelkreis nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem mit dem Antriebsmotor 1, beispielsweise über eine Welle 5 gekuppelten Tachogenerator 6, der einen der jeweiligen Motordrehzahl entsprechenden Drehzahl-Istwert n. , über eine Zuleitung 7 einem Differenzwertbildner 8 zuführt. Diesem wird über eine Zuleitung 10 ein fest vorgegebener Drehzahl-Sollwert η ,, des Antriebmotors vom Sollwertgeber 9 ebenfalls aufgegeben. Aus dem Vergleich von Drehzahl-Sollwert η ,, und dem Drehzahl-Istwert n_A . im Differenzwertbildner 8 soll · ist

wird ein Regelwert Δ η über eine Leitung 11 einem Proportionalintegral-Regler 12 zugeführt, welcher den entsprechenden Strom-Sollwert Ig_Oll bildet. Dieser Strom-Sollwert I_soll wird über eine Leitung 13 einem weiteren Differenzwertbildner 14 zugeführt. Außerdem wird dem Differenzwertbildner 14 über eine Leitung 16 ein über einen Stromwandler 15 der Istwert des Stromes I. . des Antriebmotors vorgegeben. Der Diferenzwertbildner 14 vergleicht den Strom-Sollwert

I .. und den Strom-Istwert I. . miteinander und bildet daraus den soll ist

Differenzwert Δ I als Regelsignal.

Der Differenzwert Δ I wird vom Differenzwertbildner 14 über einen Proportional-Verstärker 17» einen Impulsgeber 18 und einen Thyristor 19 über eine Zuleitung 20 dem Antriebsmotor 1 zugeführt, so daß durch Vorgabe des Regelsignals & I die Drehzahlkorrektur des Antriebmotors 1 erfolgt.

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Oa eine derartige Regelung des Motorstromes des Antriebmotors 1 jedoch immer erst eine Drehzahldifferenz bestiaater Mindestgröße voraussetzt« bevor der Drehzahlregelkreis überhaupt anspricht, wird gemäß der Erfindung nach den Fig. 1 und 2 eine zusätzliche fortlaufende Messung des Drehmomentes an der Antriebswelle 2 vorgesehen» welche mittels eines Drehmomentemaessers 21 erfolgt. Der Meßwert für das Lastrooraent Md_1-. ^, gemessen an dem Drehmomentenmesser 21, wird als elektrisches Signal über eine Leitung 22 einem Proportionalverstärker 23 zugeführt, welcher nach Pig. 1 einen elektrischen Wert für den Laststrom It₈₈J. entsprechend dem gemessenen Drehmoment zusätzlich dem Differenzwertbildner 14 über die Zuleitung 30a zuführt. Außerdem wird dem Differenzwertbildner 14 Über die Zuleitung 16 vom Stromwandler 15 der Istwert des Stromes I. . des Antriebmotors 1 zugeführt.

Damit wird erreicht, bereits vor Ansprechen des Drehzahlregelkreises den Strom-Istwert I_ist des Antriebmotors 1 den sich ergebenden augenblicklichen Belastungsänderungen des Antriebmotors 1 anzupassen. Es wird somit der Stromregelkreis bereits vor Ansprechen des Drehzahlregelkreises regelwirksam.

Be wurde nun weiter erkannt, daß in dem Laststrom I. . , der in vorbeschriebener Weise über die Leitung 30a dem Differenzwertbildner 14 sugefUhrt wird, außer dem elektrischen Signal für das gemessen· Drehmoment an der Antriebswelle auch noch der Anteil fUr das Beachleunigungsmoment der Arbeitsmaschine 3 mit enthalten 1st. Es wurde somit noch nicht der reine Laststrom It₈₅₁- dem Differenzwertbildner zugeführt.

Um nun den reinen Laststrom It₃₈V ^als zusätzliche Regelgröße dem Differenzwertbildner 14 des Stromregelkreises zuführen zu k-önnen, wird nach Fig. 2 der vom Stromwandler 15 zügeführte Istwert des Motorstromes I_ißt über eine Leitung 16a einem Proportional-Verstärker 29 zugeführt, welcher den elektrischen Wert mit dem Faktor k multlzipliert und diesen einem weiteren Differenzwert-

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biXdner 24 Über eine Leitung 28 zuführt. Andererseits wird de« weiteren Differenzwertbildner 24 ein dem gemessenen Drehmoment an der Antriebswelle 2 entsprechender elektrischer Wert Über die Leitung 22« den Proportional-Verstärker 23, der das gemessene Drehmoment mit dem Paktor (1*k) ot "witizlP¹³-©¹^* über die Leitung 22a zugeführt. Aus dem Vergleich der beiden dem Differenzwert bildner 24 zugeführten elektrischen Werte wird der Laststrom für das reine Lastmoment gebildet« der über einen Proportionalverstärker 26 und die Zuleitung 30 dem Differenzwertbildner 14 zugeleitet wird, über die Leitung 16 wird dem Differenzwertbildner 14 ebenfalls der Istwert des Motorstromes I_ist vorgegeben.

In der Flg. 3 ist eine sinngemäße Anwendung der Erfindung auf Motorantriebe mit geschwächtem Feld dargestellt« wobei der Wert für das gemessener Drehmoment im Verhältnis der Feldsohwächung rergrößert wird, um entsprechende Regelgrößen für den Stromregelkreis zu erhalten.

Dazu ist dem Gleichstrommotor 1 ein fremderregtes Feld F zugeordnet, in dessen Speiseleitung ein Stromwandler 31 zur Messung des Feldstromes eingeschaltet ist, der Über einen Funktionsgeber 32 zur Berücksichtigung der Magnetisierungskurve dee magnetischen Feldes des fremderregten Feldes F mit einem Dividierer 33 verbunden ist, welcher in eine Zuleitung 22 zum Proportional-Verstärker 23 eingeschaltet ist. Dadurch ist es möglich, die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schaltung für den Drehzahlregelkreis auch für Gleichstromantriebe mit freraderregten Feldwickiftngen F in eine derartige Regelung elnzubeziehen. Dabei wird durch den Dividierer 33 der Meßwert für das gemessene Drehmoment im Verhältnis der geschwächten Feldwicklung verändert.

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Claims

Patentansprüche ι - 248;5 -

1. Drehzahlregelkreis für Antriebe mit häufig wechselnden Belastungen wie Walzgerüste, Scheren oder dergleichen, bestehend aus einem Drehzahlregelkreis und einen unterlagerten Stromregelkreis, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antriebsmotor (1) und Arbeitsmaschine (3) eine Drehmomentenmeßstelle 21 angeordnet ist, mit welcher das Lastmoraent fortlaufend gemessen wird und dieser Meßwert als weiterer Strom-Sollwert dem Differenzwertoildner (14) des Stromregelkreises als Regelsignal vorgegeben wird.

2. Drehzahlregelkreis nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß aus der Differenz des gemessenen Drehmomentes und dem Moment des Antriebaotors, geraessen an dem Motorstrora, das Beschleunigungsmoiaeiit in einem weiteren Differenzwertbildner (24) kompensiert wird und das reine Lastmoment als weiterer Strom-Sollwert dem Differenzwertbildner (14) als Regelsignal des Stromregelkreises zugeführt wird.

3· Drehzahlregelkreis nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert des Motorstromes und der Ausgangswert der Drehmomentenmessung in entsprechende Rechenwerte umgesetzt, einem Differenzwertbildner (24) zugeführt werden und der daraus resultierende Differenzwert dem Stromregelkreis als weitere Regelgröße vorgegeben wird.

4. Drehzahlregölkrels nach einem der Ansprüche 1 bis J> öei Antriebsnotoren mit geschwächtem Feld,

dadurch gekennzeichnet, daß der dem Differenzwertbildner zugefUhrte Teil des Ist-Wertes des Motortstromes entsprechend dem MbB (Verhältnis) der Feldschwächung verringert, bezw. der des gesessenen Lasteoraentes vergrößert wird.

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