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Drehzahlregeleinrichtung für Gleichstrommotoren, insbesondere Gleichlaufregeleinrichtung
für Mehrmotorenantriebe Wenn bei einem Gleichstrommotor mit gegebener Klemmenspannung
Drehmomentänderungen auftreten, dann ändert sich die Stromaufnahme des Motors, es
tritt eine Spannungsabfalländerung im Ankerkreis auf, und die Drehzahl ändert sich.
Bei den bekannten Drehzahlregeleinrichtungen für Gleichstrommotoren setzt die Wiedereinregelung
der Drehzahl auf den Sollwert oder den näherungsweise richtigen Sollwert erst dann
ein, wenn eine Drehzahlabweichung eingetreten ist, mit welcher man damit Steuerwirkungen
erzielen kann. Diese Art der Drehzahlregelung hat den Nachteil, daß man von vornherein
das Auftreten von Drehzahlabweichungen und die damit verbundenen ungleichen Zugbeanspruchungen
des in Bearbeitung befindlichen Materials (z. B. von Papierbahnen) in Kauf nehmen
muß, gleichgültig, ob die Drehmomentänderungen auf das Verhalten des bearbeiteten
Materials oder auf andere Ursachen zurückzuführen sind.
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Durch die Erfindung soll erreicht werden, d,aß Drehmomentänderungen,
insbesondere vorübergehende, nach Möglichkeit praktisch ohne merkbaren Einfluß auf
die Motordrehzahl bleiben oder aber wesentlich kleinere absolute Drehzahländerungen
und Drehzahländerungsgeschwindigkeiten verursachen als die bekannten Drehzahlregeleinrichtungen,
welche ganz oder überwiegend abhängig von vollendeten Drehzahlabweichungen regelnd
eingreifen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Drehzahlregelung mittels eines Schnellreglers erfolgt, dessen Steuerung abhängig
ist von der Stromaufnahme bzw. auch der Stromänderungsgeschwindigkeit des zu regelnden
Motors und abliängig von einer die Drehzahl überwachenden Vorrichtung, beispielsweise
einer Tachametermaschine oder einer die Ist- und Solldrehzahl vergleichenden, auf
Drehwinkel- oder Drehzahlabweichungen ansprechenden Gleichlaufregelvorrichtung.
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Als Beispiel diene die Drehzahlregelung eines Einzelmotors. Es ist
bekannt, daß man die Drehzahl von Gleichstrommotoren mittels eines Schnellreglers
einregeln kann, welcher von einer die Drehzahl überwachenden Vorrichtung, beispielsweise
einer Tachometermaschine :oder einer die Ist- und Solldrehzahl vergleichenden, auf
Drehwinkel- oder Drehzahlabweichungen ansprechenden Vorrichtung gesteuert wird.
Man kann beispielsweise die Felderregung des zu regelnden Motors mittels eines Kohledruckreglers
einregeln, welcher abhängig von der Differenzspännung einer Leittachometermaschine
für die Solldrehzahl und einer mit dem zu regelnden Motor gekuppelten Tachometermaschine
für die Istdrehzahl gesteuert ist, derart, daß die Ist-und die Solldrehzahlen stets
in einem vorbestimmten Verhältnis stehen oder einander gleich sind. In dem einfachsten
Fall der näherungsweisen Drehzahlregelung eines Einzelmotors auf eine vorbestimmte
-Solldrehzahl kann man beispielsweise einen statischen Schnellregler im Erregerstromkreis
des zu regelnden Motors verwenden, dessen Steuerwicklung von einer mit dem Motor
gekuppelten Tachonletermaschine beeinflußt wird.
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Im Gegensatz hierzu ist in Fig. i ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
zur Konstanthaltung der Drehzahl eines solchen Einzelmotors gezeichnet. Der Motor
3 ist an .ein Netz i angeschlossen. Seine Feldwicklung 4. ist mit einem Einstellwiderstand
6 und d,em Regelwiderstand 7 eines statischen Schnellreglers in Reihe geschaltet,
welcher eine an den Enden eines Ankerstromshunts abgezweigte Steuerwicklung 8 besitzt.
Mit dem Motor ist eine Tachometermaschine i i gekuppelt, die über einen Einstellwiderstand
14 eine zweite Steuerwicklung 9 speist und deren Erregei-#vicklung i a über einen
den Erregerstro@in konstant haltenden Eisen-Wasserstoft-Wid;erstand 13 vom
Netz gespeist ist.
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Wird z. B. das vom Motor zu überwindende Drehmoment vorübergehend
größer, dann steigt der Ank.erstro-m und damit der Steuerstrom in der ersten Wicklung
8 .an, der Regler regelt auf eine gewisse Motorfeldschwächung, und die Drehzahl
bleibt je nach der Statik des Reglers näherungsweis.e konstant, ohne daß praktisch
merkbare Drehzahländerungen auftreten müssen. Geringe restliche Drehzahlabweichungen
werden von dem sich dabei ändernden Steuerstrom in der zweiten Wicklung 9 richtiggestellt.
Zur genauen KonstanthaItung der Dri:hzahl kann eine deal Ankerstrom verhältnisgleiche
Schnellreglersteuerung wegen der von einer Geraden .abcveichendeii Motorcharakteristik
praktisch nicht in allen Fällen ausreichen, so daß zur Ausregelung geringer restlicher
Drehzahlfehler noch leine zweite Steuerwicklung vorgesehen werden muß, deren Steuerstrom
von einer die Drehzahl üblerwachenden Vorrichtung abhängig zu machen ist. Man erkennt,
daß bei einer Drehzahlregeleinrichtung nach Fig. i ,auch im ungünstigsten Fall wesentlich
kleinere Drehzahlabweichungen zur Aufrechterhaltung der Solldrehzahl erforderlich
sind als ohne die Drehzahlabweichungen entgegenwirkende erste Schnellreglerwicklung
erforderlich wären. Die Gesamtregelung bleibt daher nur noch mit einer gegenüber
den bekannten Regeleinrichtungen vergleichsweise sehr geringfügigen Drehzahlstatik
behaftet.
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Bei Papiermaschinen-Mehrmotorenantr-ieben liegt die Aufgabe vor, die
Zugspannung in der Papierbahn unabhängig von vorkommenden Drehmomentänderungen der
einzelnen Teilmotoren sehr genau aufrechtzuerhalten. Dies ist nur möglich, wenn
der relative Gleichlaufzustand zwischen den Teilmotoren auch bei Drehmomentänderungen
sehr genau aufnechterhalten bleibt. Hierzu dienen die die jeweilige Ist- und Solldrehzahl
vergleichenden, auf Dreh-«rinkel- oder Drehzahlabweichungen ansprechenden Gleichlaufregelvorrichtungen,
welche entweder die Felderregung des zu regelnden Motors oder die Felderregung einer
im Anker oder Erregerstromkreis desselben eingeschalteten Zusatzmaschine oder auch
diie Felderregung oder andere Drehzahlregelv orrichtungen für den Antriebsmotor
dieser Zusatzmaschine regelnd beeinflussen. Als solche Drehzahlvergleichsvorrichtungen
sind sogenannte mechanische oder .elektrische Differentials in verschiedenartig-er
Ausführung bekannt oder in Differenzschaltung auf die Steuerwicklung eines Schnellreglers
einwirkende Tachoimeteimaschinen für die Ist- und Solldrehzahl. Alle diese Gleichlaufregeleinrichtungen
können .erst dann regelnd eingreifen, wenn wirkliche Drehzahlabweichungen bereits
vorliegen.
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Um Drehzahländerungen beim Auftreten von Drehmomentänderungen ,am
Entstehen zu verhindiern, hat man den zu regelnden Motor oder auch diae in seinen
Ankerstromkreis eingeschaltete Zusatzmaschinie mit einer das Erregerfeld beeinflußenden,
dem Spannungsabfall im Ankerkreis entgegenwirkenden, Ankerstrom führenden Wicklung
versehen (sog. Kompoundwicklung) und diie restlichen Drehzahlfehler mittels einer
Drehzahlüberwachungsvorrichtung ausgeregelt ohne Verwendung eines Schnellreglers.
Die Regelgeschwindigkeit einer Kompoundierungswicklung ist jedoch nicht vergleichbar
mit der eines Schnellreglers, beispielsweise eines modernen Vibrationsreglers (Schwingk'ontaktreglers),
wie ihn die Erfindung zur Feldregelung verwendet. Die Verwendung eines vom Ankerstrom
.abhängig gesteuerten Schnellreglers zur Feldregelung ermöglicht außerdem noch zusätzliche
Steuerung, abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Ankerstromstärke, durch
Verwendung bekannter Mittel der Regeltechnik.
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F i g. z zeigt eine Gleichl.aufregeleinrichtung nach der Erfindung.
In den aus einem Netz
gespeisten Erregerstromkreis des zu regelnden
Motors 3 sind in Reihe .mit der Feldwicklung q. ein Einstellwiderstand 6 und der
Widerstandsregler 7 eines Schnellreglers geschaltet. Die Schnellreglersteuerung
ist beeinfiußt von einer der Ankerstromstärke des Motors 3 verhältnisgleichen Shuntspannung
5. In den Steuerkreis der Wicklung 8 des Schnellreglers ist ferner der Regelwiderstand
17
eingeschaltet, welcher vom dritten Differentialteil eines mechanischen
Differentialgetriebes 16 betätigt ist, ilas einerseits vom Leitmotor 18 und andererseits
in bekannter Weise über ein Getriebe mit einstellbarer hbersetzung, beispielsweise
ein Doppelkonusgetriebe 15, von dem zu regelnden Motor angetrieben ist. In den Steuerstromkreis
des Schnellreglers kann außerdem noch eine fremde Spannung, z. B. die einer Batterie
2o, eingeschaltet sein, welche die Steuerwicklung von Shuntspannungsänderungen mitbestimmt.
Die Beseitigung der geringen restlichen Drehzahlabweichungen erfolgt über das Differential
16 schon bei kleinsten sich aufsummierenden Drehzahlabweichungen mittels des Reglerwiderstandes
17 im Steuerstromkreis des Schnellreglers.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von Fig.2 nur
durch die Anordnung einer zweiten Steuerwicklung 9, deren Strom von der konstanten
Netzspannung 2 und dem damit in Reihe geschalteten Reglerwiderstand 17 des
Differentials 16 bestimmt ist, während die erste Steuerwicklung 8 nur von
der Shuntspannung 5 gespeist ist. Der Schnellregler ist auch hier ein statischer
Regler.
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Im Beispiel Fig. ¢ wird ein statischer Schnellregler der Vibrationskontakttype
verwendet, welcher ebenfalls die Felderregung q. des zu regelnden Motors 3 regelnd
beeinflußt in der Weise, daß seine Schwingkontakte 27 mit gesteuerter Vibrations-
und Schließungszeit einen Widerstand 28 im Erregerstromkreis periodisch kurzschließen.
Regler dieser Art sind an sich in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Mit 29
ist der zur Anregung der Vibrationen dienende sogenannte Gleichstromtransformator
bezeichnet. Die eine Steuerwicklung io des Schnellreglers ist über den Einstellwiderstand
26 von der konstanten Spannung des Erregernetzes 2 gespeist. Eine zweite Steuerwicklung
8 wird von der Shuntspannung 5 über einen Einstellwiderstand 25 gespeist und eine
dritte Steuerwicklung 9 von der Differenzspannung zweier Tachometermaschinen i i
und 2 i, «-elche mit dem zu regelnden Motor 3 bzw. dem Leitmotor 18 gekuppelt
sind.
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Die Erregung 12 der Tachometermaschine i i ist am Widerstand 24 einstellbar,
während die Erregung 22 der Tachometermaschine des Leitmotors durch einen Eisen-Z@'asserstoff-Widerstand
23 konstant gehalten ist, derart, daß man durch Einstellen von 24 den gewünschten
Drehzahlunterschied (relativen Gleichlauf) und damit die Zugspannung der Papierbahn
willkürlich, ohne Verwendung eines Doppelkonusgetriebes, einstellen kann. Der Einstellwiderstand
25 im Stromkreis der Steuerwicklung 8 und der Einstellwiderstand 30 im Differenzspannungsstromkreis
ermöglichen die Beeinflussung der Reglercharakteristik, abhängig von den Stromstärkeänderungen
des Motors 3, und die Regelgeschwindigkeit, abhängig von den restlichen Drehzahlabweichungen.
Die dargestellte Gleichlaufregeleinrichtung ist in geringem Maße drehzahlabhängig,
das ist in bezug auf Gleichlaufeinhaltung mit geringer Drehzahlstatik behaftet.
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In Fig. 5 ist dagegen eine den genauen Gleichlauf einhaltende, aber
in geringem Maße drehwinkelabhängige Gleichlaufregeleinrichtung nach der Erfindung
dargestellt. Der Schnellregler der Vibrationskontakttype ist hier ein statischer
Regler mit vorübergehender Statik, wie durch Einzeichnung eines am Schwinghebel
federnd befestigten Dämpfungsgewichtes 31 angedeutet ist. Die Gleichlaufüberwachung
erfolgt in der Weise, daß in der Steueniicklung 9 des Schnellreglers die Differenzspannung
zweier Drehstramtachometermaschinen 35 und 36 für die Ist- und Solldrehzahl indirekt,
über einen Transformator 3¢ und eine Gleichrichteranordnung 33 umgeformt, steuernd
mitwirkt. Zur Glättung des vom Gleichrichter gelieferten Steuerstromes ist eine
Drossel 32 vorgesehen. Die Tachometermaschine 35 wird läuferseitig über ein
Doppelkonusgetriebe 15 von dein zu regelnden Motor 3 und die Tachometermaschine
36 wird läuferseitig vom Leitmotor 18 angetrieben. Die Ständer beider Tachometermaschinen
werden aus einem Drehstromnetz 37 gespeist, und die Läuferdrehungen erfolgen in
entgegengesetztem Sinne wie die Ständerdrehfelder, so daß im Stillstand ein Differenzwechselstrom
steuernd wirksam ist, welcher auch beim Hochfahren der Motoren bestehenbleibt, was
bei Läuferdrehung im Sinne des Ständerdrehfeldes nicht der Fall wäre.
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Im Stromkreis der Differenzläuferspannungen fließt dann ein '\`'echselstrom,
dessen Stärke abhängt vom Phasenunterschied der Läuferspannungen, das ist dem Drehwinkelunterschied
der 'beiden Läufer. Die Anordnung ist so getroffen, daß normalerweise (bei richtigem
relativem Gleichlauf) ein bestimmter Differenzstrom vorhanden ist, -welcher sich
bei Drehwinkelabweichungen entweder vergrößert oder bei Abweichungen im entgegengesetzten
Sinne verkleinert und auf diese Weise den Schnellregler in verschiedenem Sinne steuernd
beeinflußt.
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Bei plötzlichen Drehmomentänderungen des Motors 3 greift bei .dieser
Anordnung der Vibrationsschnellregler infolge seiner vorübergehenden Statik sofort
in die Drehzahl richtigstellendern Sinne regelnd ein, so daß im ersten Augenblick
keine praktisch merkbaren Drehzahlfehler auftreten werden. Im Laufe der darauffolgenden
Rückführzeit des federnd aufgehängten und in seiner Bewegung gedämpften Gewichtes
3 i bis zum Erreichen der ursprünglichen Federspannung wird die Reglerstatik wieder
aufgehoben. Während dieser Rückführzeit setzt nun eine geringe Drehwinkeländerung
ein, die sich aufsummiert, bis der Strom in der Steuerwicklung 9 sich so viel geändert
hat, daß durch die gemeinsame Steuerwirkung .der NVicklungen 8 und 9 diejenige Kurzschließungsdauer
der Vibrationskontakte
27 erzielt ist, bei .der keine weiteren
Dreh-«inkeländerungen mehr auftreten. Die pro Zeiteinheit sich ergebenden Drehwinkeländerungen,
welche ein Maß für die Zugspannungsänderung der Papierbahn sind, lassen sich durch
Einstellung der Rückführzeit des Reglers auf praktisch ummerkbare Werte verkleinern,
so. da:ß sozusagen nur schleichende Drehwinkeländerungen zustande kommen, deren
Gesamtbetrag sich jeweils über die Gesamtrückführzeit verteilt auswirkt. Hierin
liegt der erhebliche technische Fortschritt, welcher mit einer vom Ankerstrom abhängigen
Schnellreglerstenerung im Sinne der Erfindung erzielt wird.
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Anstatt die Erregerstromstärke des zu regelnden Teilmotors 3 zu beeinflussen,
kann man auch, wie die Fig. 6 und 7 zeigen, die Erregung 39 einer mit näherungsweise
konstanter Drehzahl angetriebenen Zusatzmaschine 38 im Ankerstromkreis des Motors
3 mittels eines Schnellreglers SR im Sinne der Erfindung regeln. Im Hinblick auf
die vorangegangenen Ausführungsbeispiele Fig. 5 und 3 bedürfen die Fig. 6 und 7
keiner weiteren Erläuterung mehr.
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Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein statischer Vibrationsregler
die Felderregung des Teilmotors 3 einregelt. Die Steuerwicklung 9 des Schnellreglers
ist hierbei vom Netz 2 über den Regelwiderstand 17 eines elektrischen Differentials
16 gespeist, welches auf Drehwinkeländerungen der ständerseitig an ein Drehstromnetz
37 angeschlossenen Tachometermaschinen35 und 36 anspricht und in vorliegendem Fall
zu regeln aufhört, wenn absoluter Gleichlauf erreicht ist. Durch Zwischenschaltung
eines Doppelkonusgetriebes od. dgl. ist dieselbe Einrichtung selbstverständlich
auch zur Einregelung relativen Gleichlaufes verwendbar.
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Bei dem Beispiel Fig.9 ist die Zusatzmaschine, deren Erregung 39 vom
Schnellreglerwiderstand 7 eingeregelt wird, nicht im Ankerkreis des Teilmotors 3,
sondern 'in dessen Erregerstromkreis eingeschaltet. Im Hinblick auf die vorangegangenen
Fig.3 und 7 sind hierzu keine weiteren Erläuterungen erforderlich.
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Endlich ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel in Fig. io dargestellt,
bei welchem der Schnellreglerwiderstand 7 die Erregung q i und damit die Drehzahl
des Antriebsmotors einer Zusatzmaschine 38 im Ankerkreis des Teilmotors beeinflußt.
Auch hier könnte als weitere Ausführungsform die Zusatzmaschine statt im Ankerkreis
im Erregerstromkreis des Motors 3 wirksam sein.
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Es sei noch erwähnt, daß bei Gleichlaufregeleinrichtungen für Mehrmotorenantriebie,
beispielsweise für Papiermaschinen, die die Motoren spei--sende Spannung i eine
in weiten Grenzen veränderlich einstellbare Leonardspannung zu sein pflegt.
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Wie bereits erwähnt, ist @es in der Regeltechnik bekannt, daß man
eine ankerstromabhängige Schnellreglersteuerung dadurch empfindlicher ansprechend
ausbilden kann, daß man den Regler auch abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit
dieser Stromstärke steuert, das ist abhängig vom ersten und gegebenenfalls auch
-zweiten Differentialquotienten des Stromes nach der Zeit. Es ist selbstverständlich,
d:aßdiese bekannten, zusätzlichen Maßnahmen zur Verfeinerung des Regelvorganges
auch bei erfindungsgemäßen Drehzahlregeleinrichtungen Verwendung finden können.