DE2607558C3 - Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines durch einen mechanischen Hauptantrieb mit extrem hoher Drehzahl antreibbaren Drehkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines durch einen mechanischen Hauptantrieb um eine Achse mit einer Drehzahl bis zu einer Million U/Min und höher antreibbaren Drehkörpers, insbesondere des rohrförmigen Spindelkörpers einer Falschdrallspindel, bei welcher der Drehkörper zugleich Rotor eines elektromagnetischen Meß- und Steuerantriebes ist, der in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Differenz zwischen 1st- und Sollwert der Drehzahl steuerbar ist.

Zur Konstanthaltung der Drehzahl von Rotationskörpern, insbesondere Falschdrallspindeln, ist es bekannt, dem Rotationskörper, der über einen Primärantrieb, z. B. eine Druckluftturbine, angetrieben wird, einen von dem Primärantrieb getrennten Hilfsinduktionsmotor als Sekundäraatrieb zuzuordnen. Zu diesem Zweck ist außerhalb des Turbinenhauptantriebes eine stationäre Anordnung aus Kernblechen und Wicklungen vorgesehen, durch die berührungsfrei das Ende des rohrförmigen Drehkörpers hindurchragt, das damit den Rotor des Hilfsinduktionsmotors bildet. Hierdurch wird erreicht, daß der Hilfsinduktionsmotor auf den Drehkörper so lange kein Drehmoment ausübt, solange der Drehkörper mit der vorgegebenen, vom Primärantrieb erzeugten Drehzahl umläuft. Sobald jedoch die Drehzahl des Rotationskörpers gegenüber der gewählten Drehzahl abfällt, übt der Hilfsinduktionsmotor ein Drehmoment auf den Rotationskörper aus, welches eine Rückführung der Drehzahl in Richtung auf die vorgegebene Drehzahl zur Folge hat.

Da der Hilfsinduktionsmotor auf den Drehkörper im Bereich der vorgegebenen Drehzahl kein Moment ausüben kann, ist der Hilfsinduktionsmotor auch nicht in der Lage, den Drehkörper mit vorbestimmter Kraft auf der vorgegebenen Drehzahl zu halten, also gegen den Einfluß von Stördrehmomenten zu schützen. Der Induktionsmotor übt auf den Drehkörper eine nennenswerte Kraft erst bei erheblichen Drehzahlabweichungen aus, so daß der Induktionsmotor auch kaum in der Lage ist, bei Abweichungen den Drehkörper wieder bis zu der vorgegebenen Drehzahl zu führen, da bei Annäherung an den vorgegebenen Wert das von dem Induktionsmotor ausgeübte Drehmoment fortlaufend abnimmt.

Zur Regelung der Drehzahl von elektrischen Maschinen ist es bekannt, den Istwert des Rotors als Frequenz zu messen und zusammen mit einem ebenfalls als Frequenz erzeugten Sollwert einem Komparator zuzuführen, der in Abhängigkeit von Abweichungen eine Stelleinrichtung steuert, über die die Drehzahl des Rotors zur Annäherung an den Sollwert verändert wird (vgl. die Zeitschrift »Regelungstechnik« 1968, Heft 11, Seite 500, Abb. 5).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß bei Auftreten von Abweichungen zwischen Istwert und Sollwert der Drehfrequenz des Drehkörpers innerhalb eines vorbestimmten Drehzahltoleranzbcreiches der Istwert der Drehzahl wesentlich rascher und zuverlässiger auf den vorgegebenen

Sollwert zurückgeführt und auf dem Sollwert mit einer erheblichen Führungskraft gehalten wird, welche die vorgegebene Drehzahl auch gegenüber Störgrößen aufrechtzuerhalten vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Generator zur Erzeugung eines variablen Führungssignals vorgesehen ist, das dem Steuerantrieb zuführbar ist, daß dem Generator eine in Abhängigkeit von einem den 1st- und den Sollwert vergleichende Einrichtung arbeitende Vorrichtung zur Veränderung der Größe des Führungssignals zugeordnet ist, derart, daß bei Auftreten einer innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegenden Differenz von Ist- und Sollwert der Drehfrequenz das Führungssignal des Generators von einem vorgegebenen Ausgangswert in Richtung auf den gemessenen Istwert der Drehzahl des Drehkörpers bis zum Eintreten der Koinzidenz mit diesem Istwert und nach Erreichen der Koinzidenz unter entsprechender Änderung des Istwertes bis zur Koinzidenz mit dem Sollwert verschiebbar '-,t, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf das Erreichen der Koinzidenz zwischen dem Sollwert und dem Führungssignal anspricht und unter Aufrechterhaitung der Koinzidenz zwischen dem Führungssignal und dem Istwert der Drehzahl des Drehkörpers das Führungssignal an den Sollwert ankettet.

Aufgrund dieser Anordnung erfolgt das Zurückführen des Istwertes auf den Sollwert der Drehzahl des Drehkörpers in zwei Phasen mit größter Genauigkeit und Geschwindigkeit, wobei das Führungssignal unabhängig von der Differenz zwischen Istwert und Sollwert mit hinreichender Kraft auf den Drehkörper einwirken kann, um bei Erreichen der Koinzidenz die Drehzahl des Drehkörpers auf den Sollwert zurückzuführen und dieser Koinzidenz während des weiteren Betriebes auch gegenüber sonstigen Stördrehmomenten aufrechtzuerhalten. Die von dem Führungssignal auf den Drehkörper ausgeübte Kraft ändert sich auch nicht etwa mit der Annäherung an den Sollwert. Auch bei Übereinstimmung des Istwertes mit dem Sollwert sorgt das Führungssignal für die feste Ankoppelung des Istwertes der Drehzahl an die Größe des Führungssignals, das selbst fest mit dem Sollwert bei Koinzidenz verkettet ist.

Vorteilhafterweise ist zwischen Generator und Steuerantrieb ein auf die Koinzidenz von Istwert und Führungssignal ansprechender Koinzidenzdetektor vorgesehen. Dabei sind der Sollwert und das Führungssignal einem zweiten auf die Koinzidenz dieser beiden Größen ansprechenden Koinzidenzdetektor zuführbar, wobei der eine Detektor die Signalverschiebeeinrichtung für den Generator und der andere Detektor die Verkettungseinrichtung zwischen dem Führungssignal und dem Sollwertsignal steuert.

Der Drehkörper ist zweckmäßigerweise als Rotor einer Synchronmaschine ausgebildet, während das Führungssignal ebenso wie die Istwert- und Sollwerisignale Frequenzsignale sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehrereren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein konkretes Beispiel der Erfindung in Form eines Blockdiagrammes,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Veränderung der Frequenz im Verlauf der Steuerung der Drehzahl.

Fig. 3 in Form eines Blockdiagrammes ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 ebenfalls in Form eii.es UloL'kdiagraninies ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig.5 in Form einer graphischen Darstellung die Veränderung der Frequenz während der Steuerung nach dem Blockschema gemäß F i g. 4,
F i g. 6 einen im Rahmen der Erfindung verwendbaren Rotor in Seitenansicht und

F i g. 7 in vereinfachter Darstellung die Antriebs- und Steuereinrichtung des Rotors in Draufsicht

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine

Ό Erläuterung von Beispielen der vorliegenden Erfindung gegeben, wobei die Frequenz als das Mittel zur Steuerung der Arbeitsweise ausgenutzt wird.

In F i g. 1 wird der durch strichpunktierte Linie eingekreiste Teil 1 als das Steuersystem angesehen, während der Teil 2, der ebenfalls durch strichpunktierte Linie eingekreist ist, die Rotor- und Antriebseinheit betrifft.

Die Rotor- und Antriebseinheit umfaßt einen rohrförmigen Körper 10, auf dem gemäß F i g. 6 eine Antriebseinheit 6a in Form einer in radialer Richtung magnetisierten Permanentmagnetscheibe 36a und einem mit Schaufeln besetzten Luftturbinenrad 35a befestigt sind. Mit der Permanentmagnetscheibe 36a wirken über Luftspalte 47a zwei stationäre Magnetpole

4la, 42a eines Polstückes 40a zusammen. Über diese Pole kann dem Rotor 10 eine zweite Antriebskraft zugeleitet werden. Der Rohrkörper 10 kann in entsprechenden Lagern, vorzugsweise Luftlagern, abgestützt werden.

Auf dem Polstück 40a ist eine Wicklung 11 angeordnet, die gemäß Fig. 7 über einen Umschalter 46a zwischen einer Antriebsenergiequelle 45a und einer Überwachungseinrichtung 48a umgeschaltet werden kann.

-i5 Nachdem nunmehr der generelle Aufbau der Rotor- und Antriebseinheit 2 beschrieben worden ist, wird auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 1 näher eingegangen.

Dem stationären Elektromagneten 11 wird die

-»ο Antriebskraft bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 durch einen Kippgenerator 6 zugeleitet, und zwar in Form eines Wechselstromes. Dieser Wechselstrom gelangt als zweites Signal F₂ zu der Spule 11 des Magneten, nachdem das Signal in dem Verstärker 8 verstärkt worden ist. Aufgrund dieser Energiezufuhr wird aus dem Rotor 10 eine Synchronmaschine, die in Synchronisation mit der Signalfrequenz des Oszillators 6 rotiert. Diese Synchronmaschine erzeugt in der Spule U bei ihrer Umdrehung ein Frequenzsignal, dessen

so Wert proportional der Drehgeschwindigkeit ist. Dieses Frequenzsignal ist mit F₃ bezeichnet. Folglich ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Synchronmaschine gleichzeitig ein Synchronmotor wie auch ein Wechselstromgenerator.

Solange der rotierende Körper mit der vorgegebenen Drehzahl rotiert, behält der Rotor die durch das Signal F₂ zugeführte Energie, die den Ausgang des Oszillators 6 bildet, und die in diesem Fall mit einem Bezugssignal Fi korrespondiert. Wird weiterhin der Fall betrachtet,

ho daß aus irgendeinem Anlaß die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers von dein vorgegebenen Wert der Drehgeschwindigkeit abweicht, so zeigt das Signal F] im Zeitbereich von f ο bis t\ ein Verhalten, das jetzt näher untersucht werden soll.

'" In Jiesem Fall wird das Signal F₁, das im Verhältnis mit der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers variiert, einem Komparator 14 zugeleitet, indem dieses Signal mit dem Bezugssignal Fi verglichen

wird, das der vorbestimmten Geschwindigkeit entspricht. In dem Komparator wird festgestellt, ob der Abweichungsbetrag zwischen den Toleranzgrenzen, nämlich zwischen den Werten F„,_ax und F_m,„ gemäß Fig. 2 liegt und ob die Abweichung des dritten Signals F₃ von dem Bezugssignal F\ positiv oder negativ ist.

Ein Schauer 12 in der Leitung 13 ist ein Umschalter, der mit dem Schalter 7 zwischen dem Oszillator 6 und dem Verstärker 8 verriegelt oder gekuppelt ist und der durch den Synchronisationsdetektor 19 betätigt wird. Der Schalter 12 ist so angeordnet, daß er während der Periode geschlossen ist, in der das dritte Signal Fs durch die Leitung 13 läuft, was durch übliche Maßnahmen sichergestellt werden kann. Im Zeitpunkt 11, wobei der Zeitbereich t₀ bis t \ in dem Komparator 14 voreingestellt wird, werden die Schalter 7 und 12 umgeschaltet, um den Schalter 7 zu schließen und den Schalter 12 zu öffnen. Die Umschaltung erfolgt unter der Steuerung des Detektors 19 über das Signal, das dem Detektor durch den Komparator 14 zugeleitet wird. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Kippgenerators oder Oszillators 6 durch den Verstärker 8 verstärkt und der Spule 11 durch die Leitung 9 zugeführt. Wenn weiterhin zum Zeitpunkt 1ι der Komparator 14 die Diskriminierung der Abweichung des dritten Signals Fi beendet hat und festellt, daß das Signal Fj über die Toleranzgrenze hinausgeht, ist der Komparator 14 in der Lage, ein Garnbruchsignal oder Fehleralarmsignal durch die Leitung IS auszulösen.

Wenn auf der anderen Seite das Signal F₃ als innerhalb der Grenzen F_ma« und F_m,„ liegend festgestellt worden ist, veranlaßt die Anzeige des Komparators 14 das Gedächtnissteuergerät 16 zur Auslösung eines Signals für das Kipp-Potential-Steuergerät 17. Dieses Signal enthält eine Aussage über Wert und Richtung der Abweichung des Signais Fj.

Das Kipp-Potential-Steuergerät 17 hat die Aufgabe, die Kippgeschwindigkeit und den Kippbereich des Oszillators 6 zu bestimmen, und zwar über das Signal von dem Gedächtnis-Steuergerät 16. Der Kipposzillator 6 ist ein Generator, der dazu dient, ein Ausgangssignal in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Steuergeräts 17 durchzulassen.

Wenn das dritte Signal F₃ eine höhere Frequenz als das erste Signal Fι aufweist, was einer positiven Abweichung entspricht, wird das zweite Signal F₂, das durch den Oszillator 6 erzeugt wird, in Richtung auf höhere Werte in Abhängigkeit von dem Kipp-Potential-Steuergerät 17 geändert.

Nach Ablauf der Zeit von 11 wird die Spule 11 mit dem verstärkten Ausgangssignal F₂ gespeist und erzeugt ein elektromagnetisches Feld mit Hilfe des Stromes dieses zweiten Frequenzsignals F₂. Da die Energie des Signals Fi wesentlich größer als die Energie des dritten Signals F3 ist, reicht die Energie aus, um dem rotierenden Körper, der durch die Hauptantriebseinrichtung, z. B. durch die Luftturbine, angetrieben wird, eine elektrische Energie mit der Frequenz des Signals F 2 zuzuleiten.

Da die Verschiebung fortläuft, ebenso wie die Abtastung, fällt die Frequenz des Signals F₃ mit der Frequenz des Signals F2 im Zeitpunkt f₂ zusammen, d.h. in diesem Zeitpunkt wird die Synchronisierung erreicht Das Zusammenfallen der Frequenzen wird festgestellt durch den Synchronisationsdetektor 19, der mit der Kopplungseinrichtung 18 an die Leitung 9 angeschlossen ist Das festgestellte Signal betätigt das Steuergerät 17 und veranlaßt, daß der Oszillator 6 sein Ausgangssignal verändert, und zwar in einer Richtung, in der das Ausgangssignal F₂ sich dem ersten oder Bezugssignal Fi annähen. Währenddessen läuft der rotierende Körper in Synchtonisation mit dem Signal F₂, und zwar vom Zeitpunkt I₂ an. Es ist auch möglich, dem Oszillator 6 seine Veränderungsbewegung von einem zulässigen Grenzwert F_ma« aus beginnen zu lassen. In diesem Fall kann das sich ändernde Signal als Ft bezeichnet werden. Der rotierende Körper gelangt in Synchronisation mit diesem Signal zum Zeitpunkt 1₂: Andererseits wird das zweite Signal F₂ dem Detektor für die Frequenzkoinzidenz 21 zugeleitet. Wenn eine Koinzidenz mit dem ersten Signal Fi vorliegt, wird das Ausgangssignal des Detektors 21 zu einem »UND«-Iogischen Kreis 22 zugeleitet, und zwar zusammen mit dem Koinzidenzsignal des Signals F₂ mit dem tatsächlichen Drehzahlsignal F₃ des rotierenden Körpers. Das »UND«-Iogische Ausgangssignal wird dann dem Schalt-Steuerkreis 20 zugeführt.

Wenn der Schalter 5 umgelegt wird, um den Oszillator 6 mit einem Phasenkomparator 4 zu verbinden, arbeitet die Frequenz-Servo-Einheit, die aus dem Phasenkomparator 4, dem Oszillator 6 und dem geschlossenen Kontakt 5 besteht, um das zweite Signal F₂, das durch den Oszillator 6 erzeugt wird, in Synchronisation mit dem festen Grundsignal Fi nach Erreichen des Zeitpunktes f 4 zu halten.

Dementsprechend korrespondiert das dritte Signal F₃ mit der Drehzahl des rotierenden Körpers, welche bereits mit dem Signal F₂ synchronisiert worden ist. Das dritte Signal F₃ wird also fest an das Signal Fi angekoppelt, so daß der rotierende Körper mit einer hohen Drehzahl läuft, wie sie gerade für die Steuerung eingestellt worden ist.

Die Funktion der Frequenz-Servoeinheit wird nachfolgend näher beschrieben. Falls der Schalter 5 geschlossen ist, um den Kreis zu schließen, welcher den unteren Kontakt in Fi g. 1 enthält, wird das erste Signal Fi dem Phasenkomparator 4 zugeleitet und von diesem dem Oszillator 6 über den Kontakt 5. Der Oszillator 6 weist einen Tiefpaßfilter und einen Gleichstromverstärker auf, soweit dies erforderlich ist. Der Komparator 4 und der Oszillator 6 bilden einen geschlossenen Schleifenkreis mit der Wirkung, daß die Differenz der Frequenzen zwischen Fi und F₂ gleich Null wird. Das resultierende Signal, das sich in Synchronisation mit dem Signal F, befindet, wird in dem Verstärker 8 nach Passieren des Kontaktes 7 verstärkt und dann der Spule 11 in der rotierenden Einheit 2 über die Leitung 9

so zugeführt.

Wenn die Synchronisations-Steuerfunktion nicht in der Lage ist, bis zum Zeitpunkt 15 die Synchronisation herzustellen, kann die Anzeige von dem Synchronisationsdetektor 19 nicht zu dem Schalter-Steuerkreis 20 gelangen. Das bedeutet, daß keinerlei Steuersignal von dem Kreis 20 ausgeht, um die Zeitsteuereinrichtung anzuhalten. Der Zeitgeber 23 setzt also seine Arbeit fort und erzeugt zum Zeitpunkt fs ein Signal über die Leitung 24, welches die Unfähigkeit zur Herstellung der

wi Synchronisierung anzeigt. Wenn der Drehkörper 10 aus irgendeinem Grund die Synchronisationsdrehzahl nicht erreicht z. B. bei einem Garnbruch, wird die Drehstörung durch den Synchronisationsdetektor 19 festgestellt. Das dritte Signal F3 wird dem Komparator durch

<jS die Leitungen 9 und 13 vom Zeitpunkt ίο über die Periode ro bis t \ zugeführt Damit treten ähnliche Folgen auf, wie sie zuvor beschrieben worden sind, mil dem Ergebnis der Wiederherstellung der Synchronisa-

tion. Eine praktische Ausgestaltung jedes Schaltblocki-s des beschriebenen Schaltkreises sowie die Funktionen liegen im Rahmen der Fähigkeit jedes Fachmannes, und ihrer Konsipierung bedarf keiner erfinderischen Schritte.

Auch ist das Schema zur Abgabe eines Signals, welches die bevorzugte Steuerung der Druckluftzufuhr zu der Turbine im Verfolg der Synchronisation steuert, von einem Fachmann ohne weiteres und ohne erfinderischen Schritt zu verwirklichen, so daß eine nähere Beschreibung nicht notwendig ist.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 gezeigt. In dieser Figur sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern, vermehrt um den Betrag »20«, wie in Fig. 1 verwendet. In F i g. 3 erhält der Komparator 34 eines von mehreren Eingangssignalen, nämlich das standardisierte Signal Fi für die Grundgeschwindigkeit aus der Signalquelle 3. Das andere Eingangssignal wird durch das Signal Fi gebildet, welches die tatsächliche Drehzahl des rotierenden Körpers 2 wiedergibt. Der Komparator stellt jede Abweichung zwischen den Signalen Fi und Fs fest.

Als Ergebnis des Vergleichs wird ein Detektorsignal von dem Komparator zu dem Kipposzillator 26 geleitet, der ein Oszillationssignal F₂ erzeugt. Das Detektorsignal bestimmt die Veränderung des Oszillationssignals F₂ des Oszillators 26 in Abhängigkeil davon, ob das Signal F2 vergrößert oder verkleinert werden soll, und zwar lim den Wert, der durch den Komparator 34 signalisiert wird. Das Signal F2 beginnt von einem Wert innerhalb des voreingestellten Bereiches Fi + AF, d.h. aus dem Bereich F_n,.,, und F_n,,,, in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Bezugseingangssignal für die Frequenz F\. Die Verschiebung erfolgt durch die vorbestimmte Veränderungsgeschwindigkeil. Im Verlauf der Veränderung der Frequenz des Signals F2 wird zu dem Zeitpunkt, in dem das Signal F3, welches proportional zu der tatsächlichen Geschwindigkeit des Drehkörpers erzeugt wird, inkoinzident mit dem Signal F? auftretend, eine Synchronisierung zwischen den beiden Frequenzen erreicht. Die Frequenz F3 wird anschließend mit dem Signal F₂ synchronisiert. Dies wird als die erste Koinzidenz bezeichnet, und der Drehkörper läuft dementsprechend mit der Frequenz F₂. Das bedeutet, daß die Energie des Signals F₂, das zuvor verstärkt worden ist, die Frequenz F₁ überwindet mit der Folge, daß der Drehkörper 2 in die Synchronisation mit der Frequenz F₂ getrieben wird. Die Koinzidenz der beiden Frequenzen Fi und F₂ wird durch den ersten Detektor 39 festgestellt. Dessen Ausgangssignal gelangt zu dem Oszillator 26 und veranlaßt diesen in der Richtung zu wandern, in der das Frequenzsignal F₂ sich der Frequenz Fi annähen.

Sobald die Frequenz F2 mit der Frequenz Fi in die sogenannte zweite Koinzidenz gelangt, wird diese Information einem zweiten Detektor 41 zusammen mit der Information von der ersten Koinzidenz, die oben erwähnt wurde, zugeleitet. Daraufhin erzeugt der zweite Detektor 41 ein Signal, welches den Oszillator 26 mit der Frequenz F2 auf diesem Wert feststellt. Da die Ausgangsfrequenz F₂ des Oszillators innerhalb eines vorbestimmten Bereiches festgelegt ist, verstärkt und mit einer Energie größer als die der Frequenz F3 dem rotierenden Körper zugeführt wird, läuft dieser mit einer Geschwindigkeit weiterhin um, die in Synchronisation mit der Frequenz F2 steht.

Wenn aus irgendeinem Grund die Synchronisation aufschoben wird, hört der erste Detektor 39 mit der Aussondiing des ersten Koinzidenz-Signals an den Oszillator 26 und an den zweiten Detektor 41 auf. Damit beendet auch der Verstärker 28 eine Übersendung des verstärkten zweiten Signals F₂ an den rotierenden Körper. Zur gleichen Zeit startet der Komparator 34 mit dem Vergleich des Signals Fj mit dem Signal /Ί für eine vorbestimmte Verglcichs/ciidaucr. Die Funktion besteht darin, daß der zuvor erwähnte Sleiicrzyklus erneut einsetzt. Fin bei Fehlen der Synchronisation ansprechender Detektor 40 umfaßt einen Zeitgeber. Wenn die Synchronisationssteuerung nicht innerhalb einer vorbestimien Zeitspanne vollendet worden ist, wird der zweite Detektor daran gehindert, das Signal in der vorgegebenen Zeit zu übersenden, während der Detektor zur Feststellung des Synchronisationsfehiers weiterhin den Zeitablauf zählt, während dem das SynchronisationsTehlersignal durch die Leitung 35 gesandt wird und einen Alarm oder ein anderes Signal auslöst, welches zum Stillstand des Rotors führt.

Der Toleranzwerl AFist so klein, daß er unter '/looo der Bezugsfrequenz F\ gelegt werden kann. Dadurch wird es für den Drehkörper möglich, mit der Drehzahl zu rotieren, die der Frequenz Fi + Δ Fentspricht, und zwar unabhängig von Fluktuationen des Luftdrucks, der der Antriebsturbine zugeleitet wird, bzw. der Fluktuationen der mechanischen Belastung.

Im allgemeinen wird der Drehkörper 2 mit Hilfe eines Druckluftstrahlcs gestartet, welcher der Turbine des Körpers zugeführt wird. Die Drehgeschwindigkeit des Körpers wird so lange beschleunigt, bis die Geschwindigkeit mit der vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit übereinstimmt. Die Synchronisation muß sehr schnell ausgeführt werden, und die Synchronisationsdrehzahl muß konstant gehalten werden.

In dem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 4 wird der Rotor in den Synchronisationszustand schnell und mit der Geschwindigkeit entsprechend der Standardfrequenz gebracht und bewirkt, daß er praktisch bei der konstanten Geschwindigkeit rotiert.

Dies wird durch eine Feedback-Steuerung des Druckes der Antriebsluft erreicht, um den gesamten Zyklus der Selbststeuerung zu beschleunigen. In Fig.4 sind die gleichen Teile mit der gleichen Bezugsziffer, vermehrt um den Wert »40«, wie in F i g. 1 bezeichnet.

Bei Beginn nimmt das Turbinenrad des Rotors 2 die Drehbewegung auf. indem die Turbinenblätter des Körpers von einem nicht dargestellten Luftstrahl angetrieben werden. Zum Zeitpunkt ;₍₎ (vgl. Fig. 5) erhält der Drehkörper eine Geschwindigkeit, die der Frequenz F₁ entspricht. Wenn zur gleichen Zeit in der Drehkörper geprüft wird, nehmen die Schalter 47 und 52 die Stellung in Fig.4 ein. Die Frequenz Fi des Standardeingangssignals 3 und die Frequenz F₁. die niedriger als die des Standardsignals Fi ist, werden durch Komparator 54 während der Periode zwischen dem Zeitpunkt ; _n und dem Zeitpunkt 11 verglichen. Ein auf dieser Tätigkeit des Komparators basierendes Abweichungssignal wird der Antriebseinheit eines Ventils 57 zugeführt. Das Ventil wird durch einen Motor od. dgl. angelrieben und stellt die Menge der Luft in dem Luftstrahl ein, die von einer Quelle geliefert wird, um die Turbinenblätter des Drehkörpers anzutreiben. Das Ventil wird in Öffnungs- oder Schlicßrichlung verstellt, in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors.

Bei dem Ausführungsbeispiel dient das Abwcichungssignal dazu, die Luftzufuhr zu dem Rotor zu vergrößern und damit dessen Drehzahl bis zum Zeitpunkt ti zu erhöhen. Der Synchronisicrungsdctcktor 59 umfaßt

einen nicht dargestellten Kreis, der dazu dient, die Schalter 57 und 52 in die der dargestellten Stellung entgegengesetzten Stellung umzuschalten, und zwar nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit. Der Umschaltzustand wird aufrechterhalten, während dem die Synchronisation geprüft wird. Die Folge davon ist, daß das Grundsignal F\ vom Eingangsanschluß 3 dem Verstärker 48 zugeleitet wird, dessen Ausgangssignal dem Drehkörper 2 durch die Leitung 49 zugeleitet wird. Im Zeitpunkt ti fällt die Frequenz F₁ des Drehkörpers mit der Frequenz Fi zusammen. Diese Koinzidenz wird durch den Detektor 59 durch eine den Strom fühlende Kopplungseinrichtung 58 festgestellt. Bei dieser Feststellung wird der Stellmotor der Veniileinrichtung 57 stillgesetzt, so daß das Ventil die entsprechend eingestellte Offenstellung einnimmt und beibehält. Damit ist der Steuerzyklus für die Drehzahl des Drehkörpers beendet. Sollte die Synchronisation nicht in einem Zyklus erreicht werden, wird der Vorgang automatisch wiederholt. Wenn das System nicht dazu gelangt, die Synchronisationssteuerung während der Periode von 1ι bis /1 zu verwirklichen, erzeugt der Synchronisationsdetektor kein Synchronisierungssignal. Damit spricht der Fehlerdetektor 60 an und sendet das notwendige Stillsetzungs- oder Alarmsignal aus.

Im Verlauf des Steuerzyklus wird die Drehzahl des Drehkörpers durch Öffnen des Ventils 57 mit Hilfe des Stellmotors vergrößert. In einigen wenigen Fällen kann es vorkommen, daß zum Zeitpunkt /2 der Detektor 59 die Aussendung eines Synchronisierungssignals unterläßt, obwohl die beiden Signale augenblicklich übereinstimmen. Gemäß der Erfindung liefert das Ventil 57 jedoch aufgrund seiner Konstruktion eine obere Öffnungsgrenze. Der Ventilniotor ist so angeordnet, daß, wenn die Ventilöffnung den oberen Grenzwert erreicht, der Motor im entgegengesetzten Umlaufssinn rotiert, um das Ventil fortlaufend in Richtung auf einen vorbestimmten unteren Öffnungsgrenzwert zu schließen. Dadurch wird vermieden, daß der Drehkörper jenseits der Synchronisierungsgeschwindigkeit entsprechend dem Bezugssignal Fi eine übermäßige Drehzahl erlangt. Das Ergebnis ist, daß die Drehzahl des Drehkörpers langsam nach unten abnimmt, wobei die Drehzahl so gesteuert wird, daß das Drehzahlsignal F ( schließlich den Wert des Grundsignals Fi annimmt, so daß eine erneute Gelegenheit zur Feststellung der Synchronisierung gegeben ist. Der Detektor 59 weist einen Kreis auf, der dazu dient, das Synehronisierungs-Fehlersignal während einer vorbestimmten Periode auszusenden, wenn die Synchronisierung unterbrochen ist. woraufhin die Schalter 47 und 54 in die Stellung nach F i g. 4 umgeschaltet werden.

Wenn aus irgendeinem Grund die Synchronisation unterbrochen wird, wird der Schalter 47 geöffnet und der Schalter 54 während einer kurzen Zeit geschlossen. Das Signal Fi wird mit dem Signal F₁ im Komparator 54 verglichen. Die sich ergebende Abweichung bestimmt die Richtung der Stellbewegung des Vcnlilstellmotor¹· Damit wird das System innerhalb des Steuerzyklus in der oben erwähnten Weise in Richtung auf die Synchronisation gezogen. Während des Synchronisicrungsvorgangcs wird tier Drehkörper dann, wenn das verstärkte Ausgangssignal F> eine genügende Antriebskraft hat, allein durch die Energie des verstärkten Signals der Bezugsfrequenz Fi angetrieben. Das bedeutet, daß der Drehkörper dann mit der Standarddrehzahl in Synchronisation mit dem Signal F| läuft. Diese Synchronisation wird nicht aufgehoben, wenn nicht spezielle äußere Störungen die Synchronisation unterbrechen.

Wenn die Synchronisation innerhalb der zulässigen Toleranz unterbrochen wird, zeigt der Drehkörper eine Veränderung der Impedanz sowie eine Änderung des durch die Spule 11 laufenden Stroms. Dieser wird über die Kopplungseinrichtung 58 von dem Detektor 59 sofort festgestellt. Daraus erzeugt ein nicht dargestellter Kreis ein Signal während einer vorbestimmten Periode, was augenblicklich dazu führt, daß der Komparator 54 wirksam wird, um die Drehzahl des Drehkörpers auf den ursprünglichen Wert über den Ventilstellmotor zu bringen, und zwar unter der Wirkung des Komparators. Eine solche rasche Ansprechfähigkeit des Systems verhindert Unregelmäßigkeiten in der Falschzwirnung, da die Regelung keine Zeitverzögerung für die Wiederherstellung der Geschwindigkeit zuläßt, bis diese wieder in Synchronisation mit dem vorgegebenen Grundsignal steht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines durch einen mechanischen Hauptantrieb um eine Achse mit einer Drehzahl bis zu einer Million U/Min s und höher antreibbaren Drehkörpers, insbesondere des rohrförmigen Spindelkörpers einer Falschdrallspindel, bei welcher der Drehkörper zugleich Rotor eines elektromagnetischen MeB- und Steuerantriebes ist, der in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung der Differenz zwischen Ist- und Sollwert der Drehzahl steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (6) zur Erzeugung eines variablen Führungssignals (F 2) vorgesehen ist, das dem Steuerantrieb (10, 11) zuführbar ist, daß dem Generator (6) eine in Abhängigkeit von einem den 1st- und den Sollwert (F 3 und Fi) vergleichende Einrichtung (14) arbeitende Vorrichtung (17J zur Veränderung der Größe des Führungssignals (F?) zugeordnet ist, derart, daß bei Auftreten einer innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegenden Differenz zwischen Ist- und Sollwert der Drehfrequenz das Führungssignal (F 2) des Generators von einem vorgegebenen Ausgangswert in Richtung auf den gemessenen Istwert (F 3) der Drehzahl des Drehkörpers bis zu einer Koinzidenz mit diesem Istwert und nach Erreichen dieser Koinzidenz unter entsprechender Änderung des Istwertes (F3) bis zur Koinzidenz mit dem Sollwert (F₁) verschiebbar ist, und daß eine Einrichtung (6,4) vorgesehen ist, die auf das Erreichen der Koinzidenz zwischen dem Sollwert (Fi) und dem Führungssignal (F2) anspricht und unter Aufrechterhaltung der Koinzidenz zwischen dem Führungssignal und dem Istwert des Drehkörpers das Führungssignal (F2) an den Sollwert (Fi) ankettet.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Generator (6) und Steuerantrieb (10,11) ein auf die Koinzidenz von Istwert (F₃) und Führungssignal (F2) ansprechender Koinzidenz- *o detektor (19) vorgesehen ist und der Soiiwert (F,) und das Führungssignal (F2) einem zweiten auf die Koinzidenz dieser beiden Größen ansprechenden Koinzidenzdetektor (21) zuführbar ist, wobei die beiden Detektoren die Signalverschiebeeinrichtung (17) für den Generator (6) bzw. die Verstelleinrichtung (4, 6) zwischen dem Führungssignal (F₂) und dem Sollwertsignal (Fi) steuern.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper Rotor einer Synchronmaschine (10, 11) ist und das Führungssignal (F2) ebenso wie die Istwert- und Sollwertsignale (F3 und Fi) Frequenzsignale sind.

   4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen diametral magnetisierten Permanentmagneten (36a) zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Polen (41a, 42a) eines festen Polstückes (4Oa^ eines Elektromagneten (40a,

   11) aufweist, von dessen Spule das Istwertsignal (F₃) ableitbar und über dessen Spule (11) das gegenüber ^b0 dem Istwert (F₃) verstärkte Führungssignal (F₂) der Synchronmaschine zuführbar ist.

   5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vergleichseinrichtung (14) und der Synchronmaschine (JO, 11) einerseits ''^r> und zwischen dieser und dem Generator (6) andererseits jeweils eine Schalteinrichtung (12 bzw.

   7) vorgesehen ist, und daß die beiden Schalteinrich tungen (7,12) miteinander gekoppelt und durch den Koinzidenzdetektor (19) vom Istwert- und Führungssignal (F3, F2) wechselweise in den Schließzustand steuerbar sind.