Einrichtung zur Speisung von elektromagnetischen Schwingungserregern
für den Antrieb mechanischer Schwingnutzgeräte Für den Betrieb von Schwingnutzgeräten
für mechanische Schwingungen, beispielsweise Schwingsieben, entstehen bekanntlich
dann besondere Schwierigkeiten, wenn die elektromagnetischen Schwingungserreger
lediglich, mit solchen Frequenzen gespeist werden, die das technische Wechselstromnetz
zur Verfügung stellt. Man hat daher für derartige Antriebe Unwuchterreger bzw. Zwanglaufantriebe
benutzt, bei denen sich ohne besondere Schwierigkeiten durch entsprechende Wahl
der Polzahlen für die Antriebsmotoren bzw. durch Übersetzungen eine genügend kleine
Erregerfrequenz ergibt. Nachteilig war jedoch dabei, daß diese Anordnungen einer,
starken Verschleiß sowohl der Schwingnutzgeräte wie auch des Antriebes bedingen,
so daß ein störungsfreier Dauerbetrieb nicht möglich ist.Device for feeding electromagnetic vibration exciters
for the drive of mechanical vibration devices. For the operation of vibration devices
for mechanical vibrations, for example vibrating screens, are known to arise
then particular difficulties when the electromagnetic vibration exciter
only to be fed with frequencies that the technical alternating current network
provides. One therefore has unbalance exciters or positive-running drives for such drives
used, which can be achieved without particular difficulty by appropriate choice
the number of poles for the drive motors or a sufficiently small one through gear ratios
Excitation frequency results. However, it was disadvantageous that these arrangements
cause heavy wear of both the vibratory loaders and the drive,
so that trouble-free continuous operation is not possible.
Grundsätzlich wäre es. zwar möglich, elektromagnetische Schwingmotoren
aus einem besonderen Wechselstromnetz entsprechend .niedriger Frequenz zu speisen,
was jedoch einen zusätzlichen Aufwand für die Aufstellung eines besonderen, Generators
bedeutet.Basically it would be. although possible, electromagnetic vibrating motors
to feed from a special alternating current network at a correspondingly low frequency,
However, this means an additional expense for the installation of a special generator
means.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, den elektromagnetischen Schwingungserreger
über einem. Kippgenerator und ein oder mehrere elektrische Ventile mit Subharmonischen
der Netzfrequenz zu erregen. Insbesondere sollte die Anordnung dabei
so
getroffen sein, daß der Kippgenerator mit Netzfrequenz synchronisiert wird und wahlweise
von in periodisch aufeinanderfolgenden einstellbaren Halbwellen der Netzfrequenz
die Erregung des Schwingmotors über ein oder mehrere elektrische Ventile bewirkt.It has therefore already been proposed to use the electromagnetic vibration exciter
over one. Tilt generator and one or more electrical valves with subharmonics
to excite the mains frequency. In particular, the arrangement should thereby
so
be made that the relaxation generator is synchronized with mains frequency and optionally
in periodically successive adjustable half-waves of the mains frequency
causes the vibration motor to be excited via one or more electrical valves.
Wenn auch eine solche Anordnung wirtschaftliche Vorteile in Bezug
auf das Gewicht bietet, so erscheint doch für einen rauhen Betrieb, Beispielsweise
bei der Kohlenaufbereitung, die Verwendung eines Kippgenerators mit Röhren nicht
immer angezeigt.Albeit such an arrangement has economic advantages in terms of it
on the weight, it still appears for a rough operation, for example
in coal processing, the use of a tilt generator with tubes is not
always displayed.
Eine Impulserregung des Schwingnutzgerätes bzw. eine stoßartige Erregung
des elektromagretischen Schwingmotors könnte grundsätzlich auch mit steuerbaren
Sättigungsdrosseln bewirkt werden. Hiervon ausgehend kann man zur Speisung von elektromagnetischem
Schwingungserregern für den Antrieb mechanischer Schwingnutzgeräte mit Frequenzen,
unterhalb der Netzfrequenz den elektromagnetischen Schwingmotor in Reihenschaltung
mit einer steuerbaren Sättigungsdrossel und einem urgesteuerten Ventil an das Wechselstromnetz
legen. Erfindungsgemäß wird der Schwingmotor durch eine mit Netzfrequenz synchronisierte
ruhende und rückgekoppelte, magnetisch wirksame Kippanordnung wahlweise in periodisch
aufeinanderfolgend einstellbaren Halbwellen erregt. Die magnetisch wirksame Kippeinrichtung
kann dabei ebenfalls aus Sättigungsdrosseln in ein- oder mehrphasiger Anordnung
bestehen.An impulse excitation of the vibration utilization device or a shock-like excitation
of the electro-magnetic oscillating motor could in principle also be controlled with
Saturation chokes are effected. Proceeding from this, one can supply electromagnetic
Vibration exciters for driving mechanical vibration devices with frequencies,
the electromagnetic vibrating motor in series connection below the mains frequency
with a controllable saturation throttle and a primary-controlled valve to the AC network
place. According to the invention, the oscillating motor is synchronized with a mains frequency
static and feedback, magnetically effective tilting arrangement optionally in periodic
successively adjustable half-waves excited. The magnetically effective tilting device
can also consist of saturation reactors in a single or multi-phase arrangement
exist.
Eine Sättigungsdrossel in Verbindung mit einem Ventil arbeitet bekanntlich
so, daß die Spannungszeitfläche, die bis zur Erreichung der Sättigungsinduktion
durchlaufen werden muß, durch einen Steuerstrom verändert werden kann, der Beispielsweise
eine zusätzliche auf der Drosse angeordnete Hilfswicklung beeinflußt. Dabei herrscht
in der Mitte des steuerbaren Bereichs angenäherte Proportionalität zwischen den
die Steuerung bewirkenden Strömen und dem Mittelwert der Spannung, die über die
Sättigungsdrossel an den Verbraucher abgegeben wird. In Regelschaltungen, für die
eine solche Anordnung häufig verwendet wird (z. B. bei der Drehzahlregelung eines
Gleichstrommotors), zeigt dabei gerade eine solche magnetische Anordnung eine starke
Schwingneigung bei Frequenzen von einigen Hertz. Dies rührt daher, daß zwar der
Hauptregelkreis so aufgebaut ist, daß bei einer zeitlich langsam verlaufenden Abweichung
des Istwertes vom Sollwert die Stellgröße diese Abweichung zu kompensieren sucht,
daß es aber bei einer periodischen Störung des Sollwertes, wenn nicht besondere
Maßnahmen getroffen sind, meist eine Frequenz gibt, bei weicher die Rückführung
über den Regler den Verlauf der Störung unterstützt, statt ihn zu kompensieren.
Die Ursache ist darin zu suchen, daß bei einer raschen Änderung des Steuerstromes
einer Sättigungsdrossel die gesteuerte Spannung mit einer zeitlichen Verzögerung
folgt. Sind in dem Regelkreis weitere verzögernde Elemente, wie beim angeführten
Beispiel die Erregerwicklung des Motors, so kann bei einer bestimmten Frequenz aus
der gewünschten Gegenphasigkeit der Rückführung Phasengleichheit werden, und wenn
die Verstärkung ausreicht, Selbsterregung einsetzen.It is known that a saturation throttle works in conjunction with a valve
so that the voltage-time area, which until the saturation induction is reached
must be passed through, can be changed by a control current, for example
influenced by an additional auxiliary winding arranged on the throttle. There is
in the middle of the controllable area approximate proportionality between the
the control effecting currents and the mean value of the voltage, which over the
Saturation choke is delivered to the consumer. In control circuits for which
such an arrangement is often used (e.g. for speed control of a
DC motor), such a magnetic arrangement shows a strong one
Tending to oscillate at frequencies of a few Hertz. This is due to the fact that the
The main control loop is constructed in such a way that in the event of a deviation that proceeds slowly over time
of the actual value from the setpoint, the manipulated variable seeks to compensate for this deviation,
but that there is a periodic disturbance of the setpoint, if not special
Measures are taken, mostly there is a frequency at which the feedback is softer
supports the course of the disturbance via the controller instead of compensating for it.
The cause is to be found in the fact that there is a rapid change in the control current
a saturation choke the controlled voltage with a time delay
follows. Are there other delaying elements in the control loop, as in the case of the one mentioned
For example the excitation winding of the motor, it can turn off at a certain frequency
the desired antiphase of the feedback will be phase equality, and if
the gain is sufficient, use self-excitement.
Versuche, diese Tatsache zur Frequenzerniedrigung zu benutzen, sind
bekannt. Man erhält jedoch mittels gesteuerter Sättigungsdrosseln zunächst nur entweder
einen modulierten Wechselstrom oder einen periodisch schwankenden Gleichstrommittelwert,
nicht aber einen reinen Wechselstrom niedriger Frequenz. Die Bedeutung der der Erfindung
zugrundegelegten Erkenntnis liegt aber gerade darin, daß man bei der Speisung elektromagnetischer
Schwingungserreger zur Vermeidung einer Frequenzverdoppelung der Kraftwirkung mit
Ventilen und damit mit pulsierendem Gleichstrom arbeitet, wobei diese Ventile gleichzeitig
die bei Verwendung von Sättigungsdrosseln wegen der geringeren Steuerleistung wesentlich
vorteilhaftere Sättigungswinkelsteuerung ermöglichen. Dabei wird mit Sicherheit
ein Schwingungszustand herbeigeführt, dessen Frequenzen eine subharmonische Teilung
der Netzfrequenz darstellen und wegen der großen erzielbaren Verstärkung eine Impulserregung
des Schwingmotors grundsätzlich ermöglichen.Attempts to use this fact to lower the frequency are
known. However, by means of controlled saturation chokes, you initially only get either
a modulated alternating current or a periodically fluctuating average direct current value,
but not a pure alternating current of low frequency. The importance of the invention
The underlying knowledge lies in the fact that when feeding electromagnetic
Vibration exciter to avoid a frequency doubling of the force effect
Valves and thus works with pulsating direct current, these valves at the same time
which is essential when using saturable chokes because of the lower control power
enable more advantageous saturation angle control. It will certainly do
a vibrational state is brought about, the frequencies of which have a subharmonic division
represent the mains frequency and, because of the large gain that can be achieved, impulse excitation
of the oscillating motor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. I der Zeichnung
dargestellt. Die Erregerwicklung I eines elektromagnetischen Schwingungserregers
liegt in Reihe mit der Arbeitswicklung 2 einer Sättigungsdrossel S1 und einem Ventil
3 am Wechselstromnetz. Abhängig vom Steuerstrom ist, welcher durch die Steuerwicklung
4 der Sättigungsdrossel S1 geschickt wird, läßt sich die dem elektromagnetischen
Schwingmotor zugeführte Spannung angenähert proportional steuern. Grundsätzlich
ist eine periodische Erregung der Magnetwicklung des Schwingmotors mit aufeinanderfolgenden
einstellbaren Halbwellen erwünscht. Diesem Zweck dient eine Sättigungsdrossel S2,
deren Arbeitswicklung 5 über die Parallelschaltung eines Widerstandes 6 und eines
Kondensators 7 und eine Rückkopplung auf die eigene Steuerwicklung 8 den Steuerstrom
ist in der Steuerwicklung 4 erzeugt. Diese Wicklung 5 der Drossel S2 liegt zwischen
einem Ventil 9 und einem ohmschen Widerstand Io so am Netz, daß sie wähnend der
entgegengesetzten Halbwellen beaufschlagt wird wie die Arbeitswicklung 2 der Drossel
S1.An embodiment of the invention is shown in Fig. I of the drawing
shown. The excitation winding I of an electromagnetic vibration exciter
is in series with the working winding 2 of a saturation reactor S1 and a valve
3 on the AC network. The one through the control winding depends on the control current
4 of the saturation reactor S1 is sent, the electromagnetic
Control the voltage supplied to the vibration motor approximately proportionally. Basically
is a periodic excitation of the magnet winding of the oscillating motor with successive
adjustable half-waves desired. A saturation reactor S2 is used for this purpose,
whose working winding 5 via the parallel connection of a resistor 6 and one
Capacitor 7 and a feedback to its own control winding 8, the control current
is generated in the control winding 4. This winding 5 of the choke S2 is between
a valve 9 and an ohmic resistor Io so on the network that they during the
opposite half-waves are applied like the working winding 2 of the choke
S1.
Fig. 2 zeigt die Kennlinie u", = f (ist) der Sättigungsdrossel
S2 im stationären Zustand, wobei., die mittlere Spannung u. am Widerstand io, abhängig
vom Steuerstrom ist, dargestellt ist. Führt man einen der Spannung um proportionalen
Strom zurück auf die Steuerwicklung 8, so ergibt sich die ebenfalls dargestellte
Rückkopplungsgerade ist = k um. Für diese zunächst auf den stationären Zustand
bezogene Betrachtung muß man sich die Rückführung über Ventil ii und Batterie 12
unterbrochen denken. Da um in guter Näherung als eingeprägte Spannung angesehen
werden kann., wird die Konstante k im wesentlichen durch den Leitwert des ohmschen
Widerstandes 6 dargestellt, dem allenfalls die Wirkwiderstände der Wicklung 8
und
4 zuzuschlagen wären. Die Neigung der Rückkopplungsgeraden läßt sich also durch
die Größen des Widerstandes 6 festlegen. Von den möglichen drei Schnittpunkten der
Rückkopplungsgeraden mit der Steuerkennlinie sind nur die beiden äußeren Schnittpunkte
P1 und P2 stabil. Bei kleinerer Rückkopplung, entsprechend der Geraden ist ist nur
der Punkt P' möglich, während bei größerer Rückkopplung entsprechend der flacher
verlaufenden Rückkopplungsgeraden ist' nur Punkt P" möglich ist. Von diesen Möglichkeiten
ist für die Speisung der Magnetwicklung i des Vibrators in der dargestellten Anordnung
eine sehr starke Rückkopplung gewählt, die bei aufgetrennter Rückführung über II
und 12 einen stabilen Arbeitspunkt entsprechend P" liefern würde. Diese Betriebsweise
hat zunächst zur Folge, daß sowohl die Drossel S2 als auch die Drossel S1 voll gesättigt
werden. Eine periodische Erregung wird dadurch erzielt, daß die dem elektromagnetischen
Schwingmotor aufgeprägte Spannung- us über den Gleichrichter i i und eine der Batterie
12 entnommene Gegenspannung ug zur Kompensation des Steuerstromes ist den Steuerwicklungen
8 und 4 zugeführt wird. Dies führt gleichzeitig zu einer starken Aufladung des Kondensators
7, was gleichbedeutend ist mit einer Parallelverschiebung der Rückkopplungsgeraden
ist' nach links, die so groß sein muß, daß der Punkt P" dynamisch entlang der Arbeitskennlinie
sich in deren unteren Bereich, entsprechend kleineren Werten von um verschiebt.
Dieses Spiel wiederholt sich dadurch, daß sich der Kondensator 7 allmählich über
den einstellbaren Widerstand 6 sowie über die Steuerwicklungen 8 und 4 entlädt.
Die Zeitkonstante des Entladungsvorganges des Kondensators 7 bestimmt dabei die
Grundfrequenz dieses Kippvorganges, und die periodische Selbsterregung ist unabhängig
vom Erregerstrom des Schwingmotors. Die erfindungsgemäße Einrichtung liefert schon
bedeutende Ergebnisse bei verhältnismäßig niedrigen Kippfrequenzen. Nähert man sich
jedoch größenordnungsmäßig der Netzfrequenz, kann es erforderlich sein, unter Verzicht
auf den hohen Verstärkungsfaktor der einzelnen Drosseln die Zeitkonstante dadurch
zu verkleinern, daß die Selbsterregung der Sättigungsdrossel S2 erst über eine oder
mehrere Sättigungsdrosseln geführt wird, da sich bekanntlich die Zeitkonstanten
addieren, während sich die Verstärkungsfaktoren multiplizieren.Fig. 2 shows the characteristic curve u "= f (is) of the saturable reactor S2 in the stationary state, wherein., The medium voltage u. The resistor io, depending on the control current, is shown. Carrying out one of the voltage to current proportional back on the control winding 8, so the feedback Just also shown results is = k must be in order. For these related firstly to the steady-state consideration to the feedback via valve ii and battery think interrupted 12th Da to be regarded as a voltage impressed to a good approximation The constant k is essentially represented by the conductance of the ohmic resistor 6, to which the resistances of the windings 8 and 4 would have to be added of the feedback line with the control characteristic, only the two outer points of intersection P1 and P2 are stable he feedback, according to the straight line only point P 'is possible, while with greater feedback corresponding to the flatter feedback straight line,' only point P 'is possible. Of these possibilities, a very strong feedback is selected for the supply of the magnet winding i of the vibrator in the arrangement shown, which would provide a stable operating point corresponding to P "if the feedback via II and 12 were separated. This mode of operation initially results in both the throttle S2 as well as the choke S1 are fully saturated. Periodic excitation is achieved in that the voltage us impressed on the electromagnetic oscillating motor is fed to the control windings 8 and 4 via the rectifier ii and a counter voltage ug taken from the battery 12 to compensate for the control current At the same time, this leads to a strong charging of the capacitor 7, which is equivalent to a parallel shift of the feedback line to the left, which must be so large that the point P "dynamically moves along the operating characteristic in its lower area, correspondingly smaller values of to move. This game is repeated in that the capacitor 7 gradually discharges via the adjustable resistor 6 and via the control windings 8 and 4. The time constant of the discharge process of the capacitor 7 determines the fundamental frequency of this tilting process, and the periodic self-excitation is independent of the excitation current of the oscillating motor. The device according to the invention already provides significant results at relatively low tilt frequencies. However, if one approaches the line frequency in the order of magnitude, it may be necessary to reduce the time constant, dispensing with the high gain factor of the individual chokes, so that the self-excitation of the saturation choke S2 is first passed through one or more saturation chokes, since it is known that the time constants add up, while the gain factors multiply.