DE906352C - Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung einer technisch-physikalischen Groesse, insbesondere zur Gleichlaufregelung von Elektromotoren - Google Patents

Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung einer technisch-physikalischen Groesse, insbesondere zur Gleichlaufregelung von Elektromotoren

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DE906352C
DE906352C DEM4762D DEM0004762D DE906352C DE 906352 C DE906352 C DE 906352C DE M4762 D DEM4762 D DE M4762D DE M0004762 D DEM0004762 D DE M0004762D DE 906352 C DE906352 C DE 906352C
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DE
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DEM4762D
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English (en)
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Dipl-Ing Otto Muck
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OTTO MUCK DIPL ING
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OTTO MUCK DIPL ING
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/48Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing mechanical values representing the speeds
    • H02P5/485Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing mechanical values representing the speeds using differential movement of the two motors, e.g. using differential gearboxes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)

Description

  • Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer technisch-physikalischen Größe, insbesondere zur Gleichlaufregelung von Elektromotoren Die Erfindung bezieht sich auf die selbsttätige Reglung technisch-physikalischer Größen, beispielsweise elektrischer Größen, wie Spannung, Strom od. dgl., in Abhängigkeit von Abweichungen dieser Größen von einem gegebenen Sollwert. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für die Regelung der Drehzahl :eines Elektromotors in Abhängigkeit von Abweichungen der Motordrehzahl von einer gegebenen Solldrehzahl. Regeleinrichtungen dieser Art werden besonders bei sogenannten Glieichlaufantrieben, beispielsweise beim elektromotorischen Einzelantrieb von Papiermaschinen und ähnlichen mehrteiligen Arbeitsmaschinen, angewendet.
  • Es läßt sich zeigen, daß der Regler bei einer Abweichung der zu regelnden Größe von ihrem Sollwert einen Weg durchläuft, der in Fig. r in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist, Der Reglerausschl.aga schwingt um den RegelwertA, den der Regler nach beendeter Schwingung einnimmt. Von dieser Reglerschwingung nach Fig. i läßt sich die in Fig. a dargestellte Schwingung .ableiten, welche die Winkelgeschwindigkeit w der Reglerbewegung in Abhängigkeit von der Zeit angibt. Beide Kurven haben einen ähnlichen Charakter. Sie sind exponentiell ,gedämpft und verlaufen nach derselben Frequenz. Der Unterschied besteht darin, daß die Kurve für den Reglerweg nach Fig. i gegenüber der Kurve für die Winkelgeschwindigkeit nach Fig. a um 9o° phasenverschoben ist. Außerdem schwingt die Kurve der Fig. i nicht um den Nullwert, sondern um einen Wert A, der den eigentlichen Sollwert der Reglerbew-egung darstellt. Wäre der Regler ideal, so würde :er unmittelbar über die Weglänge A laufen, und zwar nach der in Fig. i gestrichelt gezeichneten Linie. Tatsächlich erreicht der Reglerarm erst nach mehreren Schwingungen den richtigen Sollwert. Er durchstreicht diesen Wert mehrmals, und zwar jedesmal dann, wenn der zugeordnete Wert der Winkelgeschwindigkeit (Fig. z) durch einen Scheitel wandert.
  • Durch die Erfindung soll verhindert werden, daß der Regler erst nach mehrmaligem Schwingen um den angestrebten Sollwert diesen Wert erreicht. Gemäß der Erfindung -wird zu dem Zweck zwischen dem Regler und dem ihn bei Abweichungen vom Sollwert steuernden Verstellglied eine Kupplung vorgesehen, die bei einer Abweichung der zu regelnden Größe vom Sollwert geschlossen bzw.eingeschaltet wird, während die Kupplungsverbindung wieder aufgehoben wird, sobald der Regler seine höchste Regelgeschwindigkeit erreicht hat. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Regler schon ,am Anfang der Reglerschwingung (Fig. i) den nach Beendigung dieser Schwingung erreichten Sollwert durchläuft und daß es zur Verkürzung der Dauer des Regelvorganges darauf ankommt, den Regler in dem Augenblick festzuhalten, in dem er im Verlauf der Reglerschwingung zum erstenmal den Sollwert erreicht. Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, daß dieser Zeitpunkt dadurch gekennzeichnet ist, daß er zeitlich mit dem ersten Scheitehvert der Kurve für die Winkelgeschwindigkeit des Reglers (Fig. z) zusammenfällt, d. h. niit dem Scheitelwert, der größer ist als .alle ihm nachfolgenden Scheitelwerte: Mit anderen Worten steht der Reglerarm dann auf dem richtigen Widerstandspunkt, wenn das Verstellglied des Reglers sich am schnellsten dreht. Bei ,einer Gleichlaufanordnung mit mechanischem Differential ist dies der Zeitpunkt, in. dem das Differential sich am schnellsten dreht, wenn also die Drehzahldifferenz der beiden Differentialwellen ihren Höchstwert erreicht. Durch die erfindungsgemäß zwischen das Verstellglied und den Regler geschaltete Kupplung wird der Regler in diesem Augenblick abgefangen und festgehalten. jede weitere Reglerschwingung wird dadurch abgebremst, und es gelingt. die Dauer des Regelvorganges ganz wesentlich herabzusetzen. Der Solhvert A der Reglerschwingung nach Fig. t wird in einer sehr viel kürzeren Zeiterreicht. Man kann, ,ohne eine Instabilität zu befürchten, einen wenig trägen Regler und eine ausreichende Übersetzung verwenden und so das Differential einer Gleichlaufregeleinrichtung zu einem einfachen Schnellregler ausbilden, ohne störende Schwingungserscheinungen befürchten zu müssen. In jedem Fall kommt es darauf an, daß der Regler diejenige Stellung, in der seine Geschwialdigkeit den Höchstwert hat, nicht mehr verläßt.
  • Die Aufgabe, einen rotierenden Arm gerade darin stillzusetzen, wenn er -einen jeweils verschiedenen Höchstwert der Winkelgeschwindigkeit erreicht hat, läßt sich .erfindungsgemäß indirekt lösen. Der Lösungsweg geht von der Erkenntnis aus, daß wegen des nahezu sinusförmigen Verlaufs dieser Bewegungskurve in dem Augenblick, in dem die Winkelgeschwindigkeit ihren Höchstwert erreicht, die Änderung derselben, also die Beschleunigung bzw._Verzögerung, gleich Null -wird. Da diese Änderung dein ersten Differentialquotienten der Bewegung nach der Zeit entspricht, folgt, daß sich der gewünschte Zeitpunkt durch eine elektrische Nachbildung der Differentialkurve zu der Bewegungskurve des Reglerarmes festlegen läßt. Eine besonders einfache Lösung besteht darin, daß die Spannung zwischen dem Reglerarm und einem beliebigen festgehaltenen Punkt des Reglerwriderstandes, beispielsweise einer der beiden Klemmen, <einem Meßwandler zugeführt wird. Der sekundärseitige Strom dieses Wandlers wird einem Relais zugeführt, das in dem gewünschten Zeitpunkt die Kupplung zwischen dem Vierstellglied und dem Regler, bei einer Gleichlaufanordnung also die Kupplung zwischen Differential und Reglerarm, aufhebt. Der Sekundärstrom des Wandlers ist das zeitliche Differential nach der Primärspannung, ist also der zeitlichen Änderung dieser Spannung verhältnisgleich. Da die Primärspannung ihrerseits der Winkelgeschwindigkeit linear entspricht, gilt der Sekundärstrom den gesuchtenWert richtig wieder. Der Strom wird zu Null, wenn die Primärspannung maximal wird und der Reglerarm seine Höchstgeschwindigkeit erreicht. Dieser Nulldurchgang wird erfindungsgemäß dazu benutzt, um einen bis dahin den Reglerarm mit dem Verstellglied, also einer Differentialwelle, kuppelnden Magneten abzuschalten. Da der Reglerarm mit einer Bürste unter Reibung auf dem Widerstand aufliegt, wird er nach der Entkupplung praktisch unvTrzögert stehenbleiben. Wie bereits erwähnt, muß der Reg lerarm zu Beginn jedes Regelvorganges mit seinem Verstell gli@ed gekuppelt werden, damit er die Bewegung zu dem Solhvert durchführen kann. Zweckmäßig wird dazu bei einem Elektromotor die bei einer Gleichlaufabweichung auftretende Ändcrung des Ankerstromes benutzt.
  • In Fig.3 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung eines Gleichstrommotors i dargestellt, dessen Feldwicklung a durch einen Regler 3 ,gesteuert wird. Es sei angenommen, daß der Regelarm dieses Reglers durch eine Kupplung ¢ mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Difcrential gekuppelt werden kann. Die Magnetkupplung q. wird durch einen Kontakt r eines Relais R eingeschaltet. Zur Steuerung des Relais R dienen zwei Wicklungen. Die Beine der beiden Wicklungen ist an einen im Ankerkreis des Motors i liegenden Wandler angeschlossen, während die andere Wicklung über einen Gleichrichter 5 an die Sekundärwicklung eines im Feldkreis des Motors liegenden Wandlers angeschl)ssen ist. Sobald sich bei einer Gleichlaufabweichung der Ankerstrom des Motors ändert, spricht das Relais R .an, und durch die dadurch eingeschaltete Kupplung 4. wird der Regler 3 mit seinem Verstellglied gekuppelt. Der Regler beginnt, den Regelwiderstand mit steigender Geschwindigkeit zu überstreichen. Dadurch erhält der vor die Feldwicklung des Motors geschaltete Wandler veränderten Stromdurchfluß. Es entsteht ein Sekundärstrom, der durch den Gleichrichter 5 gleichgerichtet und der zweiten Wicklung des Relais R zugeführt wird. Die Zugkraft dieser Wicklung erhält den Relaisanker ,angezogen, und zwar so lange, bis der gleichgerichtete Sekundärstrom des Wandlers im Feldkreis Null wird. Dies tritt, wie oben gezeigt, in dem Augenblick ein, in dem der Reglerarm seine jeweilige Höchstgeschwindigkeit erreicht hat und daher auf dem dem neuen Gleichgewichtszustand entsprechenden neuen Sollpunkt des Regelwiderstandes steht. Durch das Abfallen des Relaisankers wird der Kupplungsmagnet abgeschaltet. Um den Reglerarm sofort stillzusetzen, kann man einen Bremsteller anordnen. und den Kupplungsmagneten derart einrichten, daß er, wenn sein Anker abgefallen ist, sich als Bremsnocken an diesen Teller anlegt. Da nach der Abschaltung der Kupplung der Reglerarm stillsteht, wird die Spannung auf der Sekundärseite des Meßwandlers nicht mehr verändert. Sie bleibt Null. Daher bleibt auch das Relais R abgefallen, der Kupplungsmagnet bleibt bis zum nächsten Regelvorgang ,abgeschaltet.
  • Die Erfindung ist zwar von besonderem Vorteil für Gleichlaufregelungen, bei denen der Regler durch ein mechanisches Differential gesteuert wird, sie kann jedoch grundsätzlich auch bei ,anderen selbsttätigen Reglern angewendet werden, deren Verstellglied in an sich bekannter Weise von A1-weichungen zwischen der zu regelnden Größe und einem ihr zugeordneten. Söllwert iabhängig ist. Die Erfindung kann beispielsweise auch für eine Tänzerwalzensteuerung verwendet werden. In diesem Fall wird zwischen die Tänzerwalze und den Reglerarm eine elektromagnetische Kupplung geschaltet, und der Magnet der Kupplung wird in der oben beschriebenen Weise in Abhängigkeit von dem Regelvorgang gesteuert.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur selbsttätigen Regelung einer technisch-physikalischen Größe in Abhängigkeit von Abweichungen dieser Größe von einem Sollwert, insbesondere zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors in Abhängigkeit von Abweichungen seiner Drehzahl von einer Solldrehzahl (Gleichlaufregelung), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Regler und dem ihn bei Abweichungen vom Sollwert steuernden Verstellglied eine Kupplung vorgesehen ist, die bei einer Abweichung der zu regelnden Größe vom Sollwert geschlossen wird, während die Kupplungsverbindung wieder aufgehoben wird, sobald der Regler seine höchste Regelgeschwindigkeit erreicht hat. a. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhebung der Kupplungsverbindung des Reglers in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe erfolgt, welche die Bewegungskurve des Reglers nachbildet und im Zeitpunkt der Höchstgeschwindigkeit des Reglers durch Null geht. 3. Einrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen einem festgehaltenen Punkt eines Regelwiderstandes und dem Reglerarm über einen Meßwandler und einen Gleichrichter einem die Entkupplung steuernden Relais zugeführt wird. ,1. Einrichtung nach Anspruch z und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den geregelten Stromkreis, beispielsweise in den Feldkreis eines zu regelnden Motors, ein Wandler geschaltet ist, der über einen Gleichrichter ein die Entkupplung steuerndes Relais speist. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der Kupplung in Abhängigkeit von einer Belastungsänderung eines zu regelnden Elektromotors erfolgt.
DEM4762D 1943-06-29 1943-06-29 Einrichtung zur selbsttaetigen Regelung einer technisch-physikalischen Groesse, insbesondere zur Gleichlaufregelung von Elektromotoren Expired DE906352C (de)

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