DE3136459A1

DE3136459A1 - Device for regulating an electrical axle-type winding DC drive

Info

Publication number: DE3136459A1
Application number: DE19813136459
Authority: DE
Inventors: Klaus 8520 Erlangen Hannemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1983-04-07
Also published as: JPS5855122A; DE3136459C2

Abstract

the invention relates to the regulation of an electrical axle-type take-up device to a predetermined tension value (z) in the goods web (1). For this purpose, the desired (required, nominal) armature current value (ias) of the DC machine (3) is derived from the quotient of the winding diameter (d) to the magnetic flux ( delta ) and the desired flux value ( delta s) from the winding diameter (d). The diameter is in this case calculated from the goods web speed and the winding rotation speed. In consequence, the desired tension value and the field weakening of the DC machine can be set independently of one another. <IMAGE>

Description

Einrichtung zum Regeln eines elektrischen Achswickel-Device for regulating an electrical axle winding

gleichstromantriebes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln eines elektrischen Achswickel-Gleichstromantriebes auf einen vorgegebenen Zugwert in der Wickelbahn, bei der Ankerstrom und Fluß durchmesserabhängig veränderbar sind und der Wickeldurchmesser aus dem Quotienten von Wickelbahngeschwindigkeit und Wickeldrehzahl errechenbar ist.DC drive The invention relates to a device for regulating an electrical axle winding direct current drive to a specified Tensile value in the winding path, where the armature current and flux can be changed depending on the diameter and the winding diameter from the quotient of the winding web speed and winding speed can be calculated.

Bei elektrischen Achswickelantrieben, wie sie z.B. für Gewebeverstreckanlagen, Folienwickler, Drahziehmaschinen oder dergleichen verwendet werden, ist es bereits bekannt, Ankerstrom und Fluß - also auch das Drehmoment der Gleichstrommaschine - während des Aufwickelvorganges konstant zu halten. Man erhält hierdurch einen hyperbolischen Verlauf der Zugspannung in der Warnbahn während des Aufwickelvorganges.In the case of electric axle winding drives, such as those used for fabric stretching systems, Foil winders, wire drawing machines or the like are used, it is already known, armature current and flux - including the torque of the DC machine - to keep constant during the winding process. This gives you a hyperbolic course of the tensile stress in the warning track during the winding process.

Es ist fernerhin auch bekannt, den Zug in einem Achswickler dadurch konstant zu halten, daß man die dem elektrischen Wickelantrieb zugeführte Leistung konstant hält. Der Istwert der Leistung kann dabei bei der Gleichstrommaschine aus dem Produkt von EMK und dem Ankerstrom ermittelt werden; der verlangte Leistungssollwert ist ferner dann gleich dem Produkt aus Zug mal Bahngeschwindigkeit (vgl. z.B. DE-PS 20 57 492).It is furthermore also known to thereby pull the train in an axle winder to keep constant that the power supplied to the electric winding drive keeps constant. The actual value of the power can be derived from the DC machine the product of the EMF and the armature current can be determined; the required power setpoint is then equal to the product of the train times the path speed (see e.g. DE-PS 20 57 492).

Da die EMK ihrerseits wieder dem Produkt aus Drehzahl und Fluß der Gleichstrommaschine proportional ist, ergibt sich, daß z.B. konstanter Zug entweder durch Eingriff in das Feld oder in den Ankerstrom erreicht werden kann. Um einen großen Durchmesserbereich des Wickels überschreiten zu können, wird häufig verlangt, daß beide Größen zur Konstanthaltung der Zugspannung oder zum Einhalten eines vorgegebenen Verlaufes der Zugspannung herangezogen und entsprechend geregelt werden.Since the EMF in turn is the product of the speed and the flux of the DC machine is proportional, it follows that e.g. constant tension either by intervention in the field or in the armature current can. In order to be able to exceed a large diameter range of the winding often requires that both sizes to keep the tensile stress constant or to maintain a predetermined course of the tensile stress is used and regulated accordingly will.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auf einfache Weise die Sollwerte für Ankerstrom und Flußregelung so gebildet werden können, daß Zugsollwert und Feldschwächung der Gleichstrommaschine unabhängig voneinander einstellbar sind. Damit kann einerseits die Gleichstrommaschine ihren Leistungsdaten entsprechend im optimalen Betrieb gefahren werden und andererseits -unabhängig davon - der gewünschte Bahnzug statisch exakt vorgegeben werden.The object of the present invention is to provide a device of the type mentioned to create the setpoint values in a simple manner for armature current and flux control can be formed in such a way that tension setpoint and field weakening of the DC machine can be set independently of one another. So on the one hand the DC machine is run in optimal operation according to its performance data and on the other hand - regardless of this - the desired web tension is statically exact can be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ankerstromsollwert aus einer dem Quotienten von Wickeldurchmesser zu Fluß proportionalen Größe und der Fluß sollwert aus einer dem Wickeldurchmesser proportionalgen Größe ableitbar ist. Auf diese Weise kann durch den Ableitungsfaktor des Ankerstroms der Zugsollwert und durch den Ableitungsfaktor für den Fluß die Feldschwächung eingestellt werden.This object is achieved according to the invention in that the armature current setpoint from a value proportional to the quotient of the winding diameter to the flux and the flux setpoint can be derived from a variable proportional to the winding diameter is. In this way, the tension setpoint can be set using the derivation factor of the armature current and the field weakening can be set by the derivation factor for the flux.

Schaltungstechnisch einfach läßt sich dies dadurch realisieren, daß man an den vorgenannten Größen entsprechenden Spannungen Potentiometer anschließt und die Einstellung der Potentiometer entsprechend den gewünschten Ableitungsfaktoren, d.h. dem Zug und der Feldschwächung wählt.In terms of circuitry, this can be implemented in a simple manner in that Potentiometer voltages are connected to the aforementioned values and the setting of the potentiometers according to the desired derivation factors, i.e. the train and the field weakening selects.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines Achswicklers in schematischer Darstellung, Figur 2'das Prinzipbild der Regelung und Figur 3 eine Schaltung zum Regeln des Zuges in der Wickelbahn.Based on an exemplary embodiment shown in the drawing the invention explained in more detail; show it: Figure 1 the principal Structure of an axle winder in a schematic representation, Figure 2 'the basic diagram of the regulation and Figure 3 shows a circuit for regulating the tension in the winding path.

Die von einem nichtgezeigten Lieferwerk kommende Warenbahn 1 - gegebenenfalls auch ein Strang - soll auf einen Wickler 2 aufgewickelt werden. Zum Antrieb des Wicklers 2 ist ein Gleichstrommotor 3 vorgesehen. Zwischen Zugspannung z in der Warenbahn 1, dem Fluß dem Wicklerdurchmesser d und dem Ankerstrom a der Gleichstrommaschine 3 besteht über das Zugmoment mz nachfolgende Beziehung: (1) mz = ia .= z . d Daraus ergibt sich: (2) z = ia Wählt man nun: + = 90 + + k2f (d) und (4) ia = k1 . d wobei k1 k2 Konstanten, +0 den Flußgrundwert und f (d) die durchmesserabhängige Flußänderung (Feldschwächung) bedeuten; so ergibt sich aus Gleichungen 2 - 4 (5) z =k1 mit anderen Worten ausgedrUckt, die Zugspannung z ist also lediglich eine Funktion des Ableitungsfaktors kl; dagegen ist die durchmesserabhängige Feldschwächung lediglich eine Funktion des Faktors k2. Durch entsprechede Wahl dieser Faktoren hat man es also in der Hand, das jeweils günstigste Verhältnis zu wählen.The material web 1 coming from a delivery plant (not shown) - possibly also a strand - should be wound on a winder 2. To drive the A direct current motor 3 is provided on the winder 2. Between tensile stress z in the Web 1, the flux, the winder diameter d and the armature current a of the DC machine 3 there is the following relationship about the tensile moment mz: (1) mz = ia. = Z. d from it the result is: (2) z = ia If one now chooses: + = 90 + + k2f (d) and (4) ia = k1. d where k1 k2 constants, +0 the basic flux value and f (d) the diameter-dependent flux change (Field weakening) mean; so from equations 2-4 (5) z = k1 with others In other words, the tensile stress z is only a function of the derivation factor kl; on the other hand, the diameter-dependent field weakening is only a function the factor k2. By choosing these factors accordingly, you have it in your hand, to choose the most favorable ratio in each case.

In Figur 2 ist eine diesen Beziehungen entsprechende Grundregelung näher dargestellt; wie ersichtlich, wird in einem Dividierbaustein 4 als Quotient von Warenbahngeschwindigkeit v und Drehzahl n des Motors 3 ein dem Durchmesser d des Wickels proportionaler Wert gebildet.A basic rule corresponding to these relationships is shown in FIG shown in more detail; As can be seen, is in a dividing block 4 as a quotient of the web speed v and speed n of the motor 3 on the diameter d of the winding proportional value formed.

Über einen Verstärker 16 wird die Differenz zwischen Durchmesser d und minimalem Durchmesser dmin gebildet.The difference between diameter d and minimum diameter dmin.

Daraus wird mit dem Potentiometer 7 die durchmesserabhängige Änderung des Flusses eingestellt.With the potentiometer 7, this becomes the diameter-dependent change set of the river.

Je nach Einstellung k2 ergibt sich damit eine dem Wert n # s = k2 . f (d - dmin) entsprechende Spannung. Wird zu dieser Spannung im Addierbaustein 15 ein dem Grundsollwert 9 0 des Flusses proportionaler Wert addiert, so ergibt sich als Sollwert 8 s fUr den Fluß folgender Ausdruck: = 3 So + k2 . f (d - dmin) Die dem Durchmesser d proportionale Spannung wird ferner noch einem Dividierglied 5 zugeführt, in dem der Quotient aus Durchmesser und Flußsollwert Çs gebildet wird. Die dieser Größe proportionale Spannung liegt an einem Potentiometer 6, das je nach Einstellung k1 den Ankerstromsollwert ias liefert, und zwar entsprechend folgender Beziehung: ias = k1 . s Hierdurch ergibt sich, wie vorstehend erläutert, daß die Zugspannung nur von der Einstellung k1 und unabhängig davon die durchmesserabhängige Feldschwächung nur von der Einstellung k2 abhängig ist.Depending on the setting k2, the result is a value n # s = k2 . f (d - dmin) corresponding voltage. Becomes this voltage in the adder module 15 adds a value proportional to the basic setpoint 9 0 of the flux, so results The following expression turns out to be the setpoint 8 s for the flow: = 3 So + k2. f (d - dmin) The voltage proportional to the diameter d is also used as a dividing element 5, in which the quotient of the diameter and the nominal flow value Çs is formed. The voltage proportional to this size is applied to a potentiometer 6, depending on the Setting k1 supplies the armature current setpoint ias according to the following Relationship: ias = k1. This results, as explained above, that the Tensile stress only from the setting k1 and independently of it the diameter-dependent one Field weakening is only dependent on the setting k2.

Bei der in Figur 3 gezeigten Schaltung wird mittels einer Tachometermaschine 8 eine der Geschwindigkeit v der Wickelbahn 1 proportionale Spannung erzeugt und einem Dividierglied 4 zugeführt. Ebenfalls wird diesem Dividierglied 4 eine mittels der - mit dem Motor 3 gekuppelten - Tachometermaschine 17 erzeugte Spannung zugeführt, die dem Drehzahlistwert n entspricht. Aus dem Verhältnis von v zu n wird im Dividierglied 4 ein dem Durchmesser d des Wickels 2 proportionaler Wert gebildet. Der im Dividierglied 4 enthaltene Hocblaufgeber verhindert ein sprunghaftes Andern des Durchmessersignals beim Anfahren. Die dem Durchmesser d entsprechende Spannung wird in einem Dividierglied 5 durch eine dem Fluß sollwert fs der Gleichstrommaschine 3 entsprechende Spannung dividiert, so daß sich am Ausgang dieses Dividiergliedes 5 eine dem Wert des proportionale Spannung ergibt.In the circuit shown in FIG. 3, a tachometer machine 8 generates a voltage proportional to the speed v of the winding web 1 and a dividing member 4 is supplied. This dividing member 4 is also a means the tachometer machine 17 - coupled to the motor 3 - supplied voltage generated, which corresponds to the actual speed value n. The ratio of v to n becomes in the dividing term 4 a value proportional to the diameter d of the roll 2 is formed. The one in the divider 4 included high runner prevents a sudden change in the Diameter signal when approaching. The voltage corresponding to the diameter d becomes in a divider 5 by a flux setpoint fs of the DC machine 3 divides the corresponding voltage, so that at the output of this divider 5 gives a voltage proportional to the value of the.

Der je nach der Einstellung k1 des Potentiometers 6 abnehmbare Stromsollwert ias wird in einem Regler 10 mit dem Stromistwert a verglichen und dient zur Aussteuerung eines Ankerstromstellgliedes 11 für die Gleichstrommaschine 3.The current setpoint that can be removed depending on the setting k1 of the potentiometer 6 ias is compared with the actual current value a in a controller 10 and is used for modulation an armature current actuator 11 for the direct current machine 3.

Damit schon bei Beginn des Wickelvorganges ein Durchmesserwert vorhanden ist, wird zu Beginn des Wickelvorganges der errechnete Wert durch einen am Potentiometer 9 eingestellten Wert d ersetzt. Diese Spannung wird dann über den Schalter S weggeschaltet, wenn aus Drehzahl und Bahngeschwindigkeit der wirkliche Durchmesser errechenbar ist. Dieser am Potentiometer 9 abnehmbare Wert entspricht dem Anfangsdurchmesser zu Beginn des Wickelvorganges.So that a diameter value is already available at the beginning of the winding process is, at the beginning of the winding process the calculated value is displayed by a on the potentiometer 9 replaced the set value d. This voltage is then switched off via switch S, if the real diameter can be calculated from the rotational speed and the path speed is. This value, which can be removed from the potentiometer 9, corresponds to the initial diameter at the beginning of the wrapping process.

Mit dem Potentiometer 7 - Einstellung k2 - wird direkt daraus die durchmesserabhängige Feldschwächung4?s vorgegeben. Es gilt: 1 9 8 = k2 (d - dmin) Zu dieser Sollwertänderung # Ps s des Flusses wird im Addierglied 15 noch der Grundsollwert i0 des Flusses addiert und der daraus resultierende Gesamtflußwert #s auf 10 V begrenzt und in einem Regler 13 mit dem Flußistwert Sverglichen. Abhängig von der Differenz wird das Stellglied 12 für den Erregerstrom e der Gleichstrommaschine 3 ausgesteuert. Zur BerUcksichtigung des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen Erregerstrom i, e und Fluß P der Maschine ist noch ein Funktionsgenerator 14 vorgesehen, der die notwendige Umsetzung zwischen Fluß und Erregerstrom vornimmt.With the potentiometer 7 - setting k2 - the diameter-dependent field weakening4? s specified. The following applies: 1 9 8 = k2 (d - dmin) For this setpoint change # Ps s of the flux, the basic setpoint is also added in the adder 15 i0 of the flux is added and the resulting total flux value #s is limited to 10 V. and compared with the actual flow value S in a controller 13. Depending on the difference the actuator 12 for the excitation current e of the DC machine 3 is controlled. To take into account the non-linear relationship between excitation current i, e and In the flow P of the machine, a function generator 14 is also provided, which carries out the necessary conversion between the flow and the excitation current.

Zur Erhöhung der Genauigkeit kann - wie gestrichelt angedeutet - der Istwert des Flusses auch aus dem Quotienten von EMK e und Drehzahl n in einem Glied 18 errechnet werden. Der damit aufgebauten Flußregelung wird eine Erregerstromregelung unterlagert.To increase the accuracy - as indicated by dashed lines - the Actual value of the flux also from the quotient of EMF e and speed n in one element 18 can be calculated. The flux control built up in this way becomes an excitation current control subordinate.

Wie bereits vorstehend bemerkt, ergibt sich auf diese Weise eine die Zugspannung z definierende Einstellung k1 des Potentiometers.As already noted above, this results in a die Tensile stress z defining setting k1 of the potentiometer.

Wie gestrichelt angedeutet, ist es auch möglich, den Bahnzug z wickeldurchmesserabhängig zu verändern. Dazu ist dem Dividierglied 5 ein entsprechender Funktionsbildner 19 vorzuschalten. Das ist für verschiedene Anwendungsfälle von Interesse.As indicated by dashed lines, it is also possible to adjust the web tension as a function of the winding diameter to change. For this purpose, the dividing element 5 has a corresponding function generator 19 upstream. This is of interest for various use cases.

4 Patentansprüche 3 Figuren4 claims 3 figures

Claims

Claims 1. Device for regulating an electric axle winding system from a given tensile value in the winding path, where the armature current and the flux depend on the diameter are changeable and the winding diameter from the quotient of the winding web speed and the winding speed can be calculated, that the armature current setpoint (ias) from one of the quotients of the winding diameter (d) Function proportional to flux (f) and the flux setpoint (#s) from one of the Winding diameter (d) proportional function can be derived.

2. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c It should be noted that the nominal flux value (9) only depends on the roll diameter (d).

3. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that the setpoints (ias>,? s) for web tension and diameter-dependent field weakening on potentiometers (6, 7) can be tapped, the voltages proportional to the sizes are connected.

4. Device according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that at the beginning of the winding a predetermined winding diameter (dmin) to the Position of the calculated winding diameter (d) occurs.