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Steuerschaltung für elektrische Antriebe, insbesondere für Elektrowickler
Als
Elektrowickler bezeichnet man elektrisch angetriebene Aufrollvorrichtungen, die
die Aufgabe haben. ein fortlaufendes Band, beispielsweise eine Papierbahn, mit vorgeschriebener,
z.B. gleichbleibender Zugkraft bzw. Wickelleistung aufzuwickeln. Es besteht also
das Problem, die Drehzahl des Antriebsmotors der Rollenachse selbsttätig bei vorgeschriebener,
z.R. gleichbleibender Leistung dem sich ständig vergrößernden Rollendurchmesser
anzupassen.
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Die Stromaufnahme des Antriebsmotors, vorzugsweise eines Gleichstrommotors,
stellt bei gleichbleibender Drehzahl ein Maß für die jeweilige Zugkraft der aufzuwickelnden
Bahn dar. Man hat daher bereits Antriebssteuerungen geschaffen, bei denen ein parallel
zu einem Einstellregler geschaltetes Steuerrelais den Ankerstrom des Motors überwacht
und bei kleinen Stromerhöhunglen, welchen kleine Überschreitungen des normalen Zugs
der Wickelbahn entsprechen, einen motorisch angetriebenen Feld regler so lange i.n
Bewegung setzt, bis der Sollwert des Motorstromes wieder erreicht ist, so daß der
Strom über den ganzen Feldregelbereich gleichbleibt. Das Steuerrelais kann dabei
mit einer besonderen zum Motorfeld parallel geschalteten Hilfswicklung versehen
sein (vgl. Stiel, Papiermaschinenantriebe, Leipzig I924, S. 225 ff., und Siemens-Zeitschrift
1939, 5. 456 ff.).
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Durch eine derartig gesteuerte Feldregelung des Motors allein läßt
sich aber der gesamte erforderliche Drehzahlbereich nicht immer einwandfrei beherrschen,
und zwar werden die Verhältnisse um so schwieriger. je großer das Durchmesserverhältnis
der voll bewickelten zur leeren Rolle bzw.
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Trommel ist. .\us diesem Grunde hat man die N'er wendung von dynamometrischen
Leistungsrelais mit einer Strom- und einer Spannungsspule eingeführt, welche den
Ankerstrom und die Ankerspannung des Motors messen und auf das jeweilige Produkt
dieser beiden Größen ansprechen. Derartige Leistungsrelais sind jedoch hochwertige
und kostspielige Geräte und sind außerdem spannungsabhängig, was einen besonderen
Einstellregler erfordert und Nachteile in der Bedienung zur Folge hat.
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Die Erfindung bietet eine andere günstige Möglichkeit zur Beherrschung
der Drehzahlen bei größeren Durckmesserverhältnissen. Sie bezieht sich auf eine.
Steuerschaltung für elektrische Antriebe ii liter Verwendung einer motorisch angetriebenen
Einrichtung zu Feldregelung für das Motorfeld, die durch ein Steuerreilais mit Hilfswicklunng
iii Abhängigkeit vom Ankerstrom des Motors gesteuert ist. Dabei ist zum Ersatz oder
zur Ergänzung der Einrichtung zur Feldregelung des Motors mindestens in einem Teil
des insgesamt zu beherrschenden Drehzahlbereiches eine besondere. vorzugsweise mit
der erstgenannten kombinierte Einrichtung zur Feldregelung einer an sich bekannten
Steuermaschine, z. 13. Leonardgenerator oder Zu- bzw. Absatzmaschine, derem EMK
die EMK des Motors und damit dessen Drehzahl und dessen Ankerstrom mit beeinflußt,
vorgesehen. Erfindugsgemäß ist das Steuerrelais mit einer ide Erregungsänderung
des Feldes der Steuermaschine messenden Hilfswicklung, die der den Ankerstrom messenden
Hauptwicklung des Steuerrelais entgegen wirkt, versehen. Dadurch, daß erfindungsgemäß
mindestens in einem Teil des gesamten Drehzahlbereiches der Ansprechstrom des den
Ankerstrom des Motors überwachenden Steuerrelais in Abhängigkeit von der Erregungsänderung
des Feldes der Steuermaschine geändert wird, läßt sich auf verhältnismäßig einfache
Weise die gewünschte Anpassung der Wickelleistung an den NVickeldurchmesser bei
gleichbleibendem oder nach einem vorgeschriebenen Gesetz sich ändernden Zug der
ÄVickell>ahn erreichen.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Fig.
I zeigt beispielsweise die Steuerung eines Elektrowicklers für eine Papier-I>ahn
li Leonardschaltung. Im oberen Teil der Figur ist der Lauf der Papierbahn über ein
Rollellsystem angedeutet, das in diesem Falle durch eine Transmission angetrieben
wird. Die Papierbahn, die sich mit der Geschwind'igkeit V in Pfeilrichtung bewegt,
wird am Ende des Systems auf einem vom Wickelmotor I angetriebene Rolle aufgewickelt.
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Der Leonardgenerator 2 wird somit hier mit einer durch die Geschwindigkeit
der Papierbahn festgelegten Drehzahl angetrieben. Seine EMK ist also proportional
der Papiergeschwindigkeit. Die Feldwicklungen von Generator und Motor liegen an
dem Gleichstromerregernetz NP. Ein Einstellregler g bezweckt den Ausgleich des bei
kleiner Papiergescwindigkeit stärker in Erscheinung tretenden Einflusses des Ankerspannungsverlustes.
4 ist ein kombiniertert Feldregler für die Felder von Motor und (lenerator. Er ist
mit einem Antriebsmotor 3 versehen, der über einen $Umschalter 7 mittels eines Steuerrelais
6 in Abhängigkeit u. a. von Ankerstrom des Wickelmotors z gesteuert wird. Das Steuerrelais
hat zwei Wiscklungen. von diesen ist die eine, (1. zu einem im Hauptstromkreis liegenden
Zugeinstrellregler parallel geschaltet. während die andere. b. einerseits von der
Schiene des Gleichstromerregernetzes über einen Spannungsteiler 17 und andererseits
über einen Vorwiderstand VW. den Widerstand AB des Feldreglers 4 und über die durch
die Regleerbürste kurzgeschlossenen Schleifringe von der Schiene P Spannung erhält.
Die Wicklung b ist der Wicklung a entgegengeschaltet.
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Nimmt nun während des Wickelvorganges der Rollendurchmesser zu. 1
@eginnt also s< die Zugspaiinung der Papierbahn größer zu werden und der Ankerstrom
des Motors 1 über den am Regler 5 eingestellten Sollwert anzusteigen. so werden
beim Steuerrelais 6 die Gegenamperewindungen der Spule b durch die Ansprechamperewindungen
der Spule a überwunden, und das Relais spricht an. Es schaltet den Verstellmotor
3 ein, der die Reglerbürste des Feldreglers 4 aus der gezeichueten Lage in Richtung
4 so lange dreht, bis die Drehzahl des Motors i infolge Zunahme der Feldrregung
entsprechend der Zunahme des Rollendurchmessers ab genommen hat, so daß der Ankerstrom
unter den eingestellten Wert sinkt und das Relais wieder abfällt.
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In einem bestimmten Teilbereich der zu beherrschenden Drehzahlen,
beispielsweise vom einfachen bis zum dreifachen Leerdurchmesser der Wickelrolle,
wird praktisch das Produkt aus Ankerstrom 1a und EMK des Motors I, also die Wickelleistung,
dadurch auf dem vorgeschriebenen Wert, z. B. konstant, gehaltert. daß. wie aii sich
bekannt, auf konstanten Ankerstrom geregelt wird. Sobald nun aber der Motor seiii
volles Feld hat, was der Fall ist, wenn die Reglerbürste des Feldreglers 4 iii der
Stellung A steht. wird im Sinne des Vorschlages der Erfindung eine weitere Drehzahlverminderung
durch Feldschwächung beim I,eonardgenerator 2 vorgenommen. Das geschieht dadurch,
daß der Regelwiderstand AB nunmehr stufenweise in den Feldstromkreis der Maschine
2 eingeschaltet wird, während der im Stromkreis der Gegenspule b des Relais 6 liegende
Widerstand BA stufenweise abgeschaltet wird, so daß die Gegenamperewindungen der
Spule b entsprechend zunehmen und somit der Ansprechstrom der Spule a und damit
der Ankerstrom des Motors 1, bei welchem das Steuerrelais 6 anspricht, größer wird.
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I)er Verlauf der EMK des Motors I und des Ansprechwertes des Relais
6 in Abhängigkeit vom Erregerstrom des Generators 2 ist in Fig. 2 für einen bestimmten.
hier als Beispiel vorgesebenen Fall mit einem Wickelverhältnis 1 : 6. also einem
Regelbereich von 1 :3 im Feld und 1 :2 im Anker dargestellt. Rechts von dem Wert
Jerr2 = 1,1 A befindet sich der Bereich. iii welchem die Steuerung mit reiner Feldregeluiig.
links davon der Bereich, in
dem sie nur mit Ankerstromregelung des
Motors arbeitet. Durch richtige Wahl des Vorwiederstandes @@@@@ und der Anzapfung
e am Spannungsteiler 17 kann der Verlauf des dem Ankerstrom Ia proportionalen Ansprechwertes
der Amperewindungszahl der Relaisspule a so gewählt werden, daß das Produkt aus
Ansprechwert i6a und EMK des Motors 1 konstant bleibt. I)as Konstanthalten dieses
Produktes bedeutet aber auch konstante Motorleistung und damit konstante Wickelleistung.
In Fig. 2 ist die EMK1 die Motor-EMK, die EMK2 die Generator-EMK und Ia.Ra der Spannungsabfall
in den Ankern beider Maschinen 1 und 2.
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Bei Papiermaschinenantrieben, bei denen reine Leonardschaltung vorhanden
ist, verwendet man vielfsch zur Erreichung größer Wickelbereiche als l :3 Absatzmaschinen,
die die an den Motorklemmen anliegende Leonardspannung entsprechend der Durchmesserzunahme
herabsetzen.
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Ein solchen Voraussetzungen angepaßtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung
bzw. Schaltung nach der Erfindung zeigt Fig. 3. NP sind hier die Sammelschienen
der von einem Gleichstromnetz oder von einem Leonardgenerator entnommenen Gleichspannung.
Mit 1 ist wiederum der Wickelmotor, mit 2 die Zu- bzw. Absatzmaschine bezeichnet,
die mit einem Teilantriebsmotor 8 des Papiermaschinenautriebes direkt gekuppelt
ist.
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N1 P1 ist das Gleichstromerregernetz.
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Auch hier ist die Drehzahl der Maschine 2 der Papiergeschwindigkeit
proportional. Um die Remanenzspannung der Zu- bzw. Absatzmaschine volkommen aufheben
und unter Umständen der Leonardspannung noch eine Zusatzspannung aufdrücken zu können,
ist der Regelwiderstand AB des kombinierten Feldreglers als Spannungsteiler ausgeführt.
Abweichend von dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel hat hier das Steuerrelais
6 außer den Spulen a und b zusätzlich noch eine Sollwertspule c, die im Bereich
reiner Motorfeldregelung den Ankerstrom des Motors bestimmt und im Sinne seiner
Konstanthaltung wirkt. Sie wirkt ebenso wie die Gegenspule b der Stromspule a entgegen.
Da die Gegenspule b parallel zur Erregerwicklung der Zusatzmaschine liegt, ist der
Spulenstrom ib dem Erregerstrom Ierr2 proportional.
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In Fig. 4 ist der Verlauf der Gegen-EMK der Absatzmaschine und darüber
der Verlauf der EMK des Motors 1 und der dem Erregerstrom proportionalen Ansprechamperewindungszahl
in Abhängigkeit vom Erregerstrom Ierr proportional dargestellt.
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Durch Verlagerung der Anzapfung e und Einbau einer Gleichrichterzelle
GL oder eines oder mehrerer sonstiger strom- und/oder spannungsabhängiger \Viderstände
kann der N'erlauf der Ansprechamperwindungszahl der Magnetisierungskennlinie der
Zu- bzw. Absatzmaschine angepaßt werden.
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I)ie Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung der Erfindung sin<l
nicht auf die hier im einzelnen l>ehandelten Beispiele beschränkt. So kann z.
B. je nach Wunsch die Regelung auch so ausgeführt werden, daß der Papierzug nicht
konstant gehalten wird, sondern daß er sich mit steigendem Rollendurchmesser vergrößert
oder verkleinert. Dies kann in an sich hekannter Weise dadurch geschehen, daß das
Steuerrelais eine vom Feldstrom des Motors oder einem Zweigstrom hierzu durchflossene
Hilfswicklung erhält. Das Steigungs- oder Senkungsverhältnis der Leistungskurve
läßt sich dabei durch entsprechende Bemessung der Amperewindungszahlen der Hauptstromwicklung
des Relais beliehig einstellen. auch nachträglich während des Betriebs mit Hilfe
des Parallelwiderstandes 5 der Wicklung a. Weiterhin ist es grundsätzlich möglich,
die kombinierte Feldregeleinrichtung für die Felder der beiden Maschinen eines jeden
der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele aufzulösen in zwei getrennte Feldregler.
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Als Beispiele für die Anwendung der Erfindung seien vor allem Elektrowickler
bei Papiermaschinen, Kalanderii und Vmrollern genannt, sowie auch die Steuerung
von Bremsgeneratoren bei Umrollern.