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Einrichtung zur Gleichlaufregelung bei Antrieben mit mehreren Gleichstrommotoren
Für den Antrieb von kontinuierlichen Mehrgerüst-Draht- und -Band-Walzenstraßen wird
verlangt, daß das Drehzahlverhältnis der aufeinanderfolgenden Gerüste konstant und
unabhängig von der Belastung bleibt. Dieses Ziel wird im allgemeinen durch Verwendung
von Reglern erreicht, welche entweder auf das Feld oder auf die Ankerspannung der
:Motoren wirken. Als Regelprinzip wird dabei häufig der Vergleich einer Sollgröße
mit einer von der Drehzahl des zu regelnden Motors abhängigen Istgröße verwendet,
deren Abweichung vom Sollwert nach geeigneter Verstärkung vom Regler ausgeglichen
wird. Als Vergleichsgrößen werden Gleichspannungen, Gleichströme oder auch Wechselströme
mit einer frei gewählten Leitfrequenz verwendet. In allen Fällen sind für die Konstanthaltung
der Drehzahl der Motoren besondere Regler erforderlich, welche die Anlage verteuern.
Mit der letztgenannten Methode des Frequenzvergleichs arbeiten die bekannten Regler
für Papiermaschinenantriebe, bei welchen die aus einer Frequenzdifferenz und der
durchlaufenden Zeit entstehende Phasendifferenz zweier Systeme für die Herstellung
der Frequenzgleichheit verwendet wird. Infolge der mechanischen Trägheit der zugehörigen
Regler ist dieses System für die unruhigen Walzwerksbetriebe, beispielsweise für
Mehrgerüst-Walzenstraßen, nicht ohne weiteres anwendbar.
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Es sind Schaltungen bekanntgeworden, welche durch Beeinflussung des
Feldes die Motoren regeln. Hierbei werden Entladungsgefäße mit regelbarem
Zündzeitpunkt
verwendet, dessen Lage in Abhängigkeit von der Ist- und Sollgröße gesteuert wird.
Hierbei kann die Frequenz der Anodenwechselspannung des Entladungsgefäßes von der
Sollgröße, also beispielsweise der Leitmotordrehzahl, die Frequenz der Gitterwechselspannung
von der Istgröße, also von der Teilmotordrehzahl abhängig sein. Eine solche Feldregelung
arbeitet aber zu langsam, um große Lastströme auffangen zu können. Dadurch kann
die Phasenverschiebung zwischen Anodenspannung und Gitterspannung so große Werte
annehmen, daß die Regelung im falschen Sinne wirkt, also labil wird.
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Ferner ist bekanntgeworden, die Regelung im Ankerkreis vorzunehmen.
Hierbei werden die Entladungsgefäße anodenseitig an das Wechselstromnetz angeschlossen,
dessen Frequenz als Leitgröße dient, während der Zündwinkel in Abhängigkeit von
der Motordrehzahl dadurch beeinflußt wird, daß ein Wechselstromgenerator mit dem
Motor gekuppelt ist. Dieser erzeugt eine Spannung, deren Frequenz der Drehzahl proportional
ist. Hiermit kann aber nicht ohne weiteres eine brauchbare Regelung erhalten werden,
da bei einer vorübergehenden Erhöhung der Drehzahl am Motor die Gitterspannung zunimmt,
womit -die Motorspannung und die Drehzahl weiter ansteigt.
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Die verwendete Regelgröße liegt also in einem falschen Winkelbereich.
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Es sind auch Regelanordnungen bekanntgeworden, bei denen Hilfsmaschinen
vorgesehen sind, welche mit dem Leitmotor und den zu steuernden Teilmotoren zusammenlaufen.
Zwischen diesen Motoren ist eine Ausgleichsleitung geschaltet. Bei einer ungleichen
Drehzahl von Leit- und -Teilmotor fließt ein Strom in der Hilfsleitung, durch den
ein Regelbefehl gegeben wird, welcher den Teilmotor beeinflußt. Diese Regelung erfordert
für jeden Motor eine Hilfsmaschine oder eine mehr oder weniger lange Ausgleichsleitung.
Hierdurch wird die ganze Anordnung unübersichtlich.
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Die Erfindung bezweckt nun, eine in weiten Grenzen stabile und rasche
und in ihrem Aufbau trotzdem einfache Regelung zu erreichen. Damit werden die erwähnten
Nachteile der erwähnten Ausführung beseitigt. Diese Aufgabe wird auf der Grundlage
gelöst, daß als Regelgröße das Produkt der Frequenzdifferenz und der Zeit verwendet
und hierdurch ein Gleichlauf mehrerer Motoren herbeigeführt wird, welche einzeln
über Gleichrichter gespeist werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur Gleichlaufregelung
bei Antrieben mit mehreren Gleichstrommotoren, welche im Ankerkreis von einem gemeinsamen
primären Drehstromnetz einzeln über gittergesteuerte Gleichrichter gespeist und
geregelt werden; bei dieser dient erfindungsgemäß als Sollgröße für die Drehzahlregelung
die Frequenz des die Motoren speisenden Drehstromnetzes und als Istgröße die von
dem vom zu regelnden Motor angetriebenen Tachometer-Synchrongenerator erzeugte Wechselspannung,
wobei den Steuergittern des die Drehzahl des Motors einstellenden Gleichrichters
die geometrische Summe der Istwertwechselspannung und einer von dem gemeinsamen
Drehstromnetz gelieferten Wechselspannung, die um einen je nach den Regelbedingungen
zwischen 9o und 270° liegenden Winkel phasenverschoben sind, zugeführt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in Fig. i dargestellt; Fig. 2 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm.
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Die auf Gleichlauf zu regelnden Gleichstromtriebmotoren sind mit 4a,
4b bezeichnet. Die Gleichstromtriebmotoren werden über die mit Gittersteuerung versehenen
Entladungsgefäße 3a, 3 b mit Hilfe der Transformatoren 2 a, 2 b aus
dem primären Drehstromnetz i gespeist. Die Gittersteuerapparatur der Entladungsgefäße
ist mit 7 bezeichnet. Die Feldwicklungen fort, fob der Motoren 4 a,
4 b werden aus der Hilfsgleichstromquelle 1g erregt. Mit i i ist ein Regelwiderstand
bezeichnet. Von der Welle der Motoren 4a, 4b sind über eine veränderliche Übersetzung
5 a, 5 b dreiphasige Tachometer-Synchrongeneratoren 6a, 6 b angetrieben. Die Rotorwicklungen
dieser Generatoren 6 a, 6 b sind ebenfalls aus der Hilfsgleichstromquelle
1g über Wandler 12 und Widerstände 15 gespeist. Je eine Phase ihrer Statorwicklungen
ist in Reihe geschaltet mit je einer Phase des vom Primärnetz i über den Hilfstransformator
18 und den Drehtransformator 17 gespeisten, allen Triebmotoren gemeinsamen Hilfsdrehstromnetzes
2o.
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Ihre Summenspannung wird über den Synchronisierschalter 14 und die
Gittersteuerapparatur 7 den Steuergittern der Entladungsgefäße 3 a, 3 b zugeführt.
Die Übersetzungsgetriebe 5 a, 5 b werden so eingestellt, daß bei der Solldrehzahl
der Triebmotoren 4 a, 4 b die von den Tachometergeneratoren 6a, 6 b erzeugte
Frequenz gleich der Netzfrequenz ist.
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Außerdem muß gemäß der Erfindung die von den Tachometergeneratoren
erzeugte Zusatzspannung gegenüber der Spannung des Hilfsnetzes 20 gemäß Diagramm
Fig.2 um einen Winkel ß verschoben werden, welcher je nach den Regelbedingungen
zwischen go und 27o° liegt. In Fig. 2 bedeutet UN die Spannung des Hilfsnetzes
2o, zu welcher die Tachometerspannung UTO in Reihe geschaltet ist. Ihre Summenspannung
Uso wird den Steuergittern der Entladungsgefäße 3 a, 3 b zugeführt. In Fig. 2 eilt
die Tachometerspannung UT o
der Hilfsspannung UN beispielsweise um
etwa 15o° nach. Die Steuerspannung hat dann die Lage US o. Sinkt die Drehzahl des
regulierten Triebmotors beispielsweise unter ihren Sollwert ab, so erfährt die Tachometerspannung
UTO eine zeitlich zunehmende Verschiebung im Sinn einer Nacheilung, also im Sinne
des Pfeiles. Infolge der ursprünglichen Phasenverschiebung von 15o° zwischen den
beiden Teilspannungen UN und UT o dreht sich aber die resultierende
Steuerspannung US o im Gegensinn, also im Sinne einer zeitlichen Voreilung. Diese
Verschiebung bewirkt, daß die Steuergitter früher gezündet und damit die dem Motor
zugeführte
Gleichspannung und also seine Drehzahl so lange erhöht
werden, bis die letztere wieder den Sollwert erreicht. Erst dann kommt die Wanderung
des Spannungsvektors UTO im Sinne des Pfeiles zur Ruhe, was beispielsweise in der
gestrichelten Lage UT1 der Fall ist. Bei einer unerwünschten Erhöhung der Drehzahl
des Motors spielt sich der Vorgang im Gegensinne ab. Je nach der Wahl des Größenverhältnisses
der Spannungen UN und U7.. ändert sich auch das Verhältnis der Winkel cpm
und cps. Bei festgehaltenem Übersetzungsverhältnis der Getriebe 5 a, 5 b ist daher
die Drehzahl der Motoren q. a, q. b absolut fest mit der Netzfrequenz verbunden
und kann sich nur mit dieser verändern. Die Genauigkeit der Konstanthaltung der
Drehzahl der Triebmotoren ist also ausschließlich von derjenigen der Netzfrequenz
abhängig. Für die willkürliche Einstellung der Solldrehzahl des Motors muß die Übersetzung
der Getriebe 5 a, 5 b veränderlich gemacht werden. Die Gleichstromtriebmotoren q.
a, q. b verhalten sich somit hinsichtlich ihrer Drehzahl und auch der Überlastungsfähigkeit
wie ein Synchronmotor, und die Steuerung fällt, zusammen mit den Triebmotoren, wie
ein Synchronmotor außer Tritt, wenn die Belastung einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Dies ist der Fall, wenn der Winkel ß den Bereich go bis 27o° unter- oder überschreitet.
Wenn es sich um eine Gleichlaufregelung mehrerer Motoren handelt, so ist offensichtlich
durch diese Regelung infolge der durchgehenden starren Kopplung der unter sich verschiedenen
Drehzahlen der Motoren mit der gemeinsamen Netzfrequenz der Gleichlauf mit größter
Genauigkeit gesichert, wenigstens so lange, wie die Belastungsstöße der einzelnen
Gerüste nicht zum Außertrittfallen eines Motors führen.
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Es ist für die Regulierung vorteilhaft, wenn die stromabhängigen Spannungsabfälle
im Hauptstromkreis durch Kompoundierung der Steuerung der Entladungsgefäße oder
der Motoren wenigstens teilweise kompensiert werden. Diese Kompoundierung ist in
Fig. i durch den Stromwandler g und den Hilfsgleichrichter 8 angedeutet. Um das
Pendeln der Regulierung bei Belastungsstößen und bei Spannungsänderungen zu dämpfen,
kann noch ein Dämpfungsglied eingeführt werden. Beispielsweise kann dem Haupterregerfeld
der Tachometergeneratoren 6a, 6b ein zusätzliches Hilfsfeld mit um go° verschobener
magnetischer Achse überlagert werden, welches von einem Hilfsstrom erzeugt wird,
der der zeitlichen Änderung des Lastgleichstromes proportional, im Gleichgewichtszustand
der Regelung also Null ist. Dieser Hilfsstrom wird von der Sekundärwicklung eines
Wandlers 12, der im Speisekreis des Triebmotors zugleich als Glättungsdrossel wirkt,
über die Widerstände 15 den zwei gegenseitig um i2o° verschobenen Zweigen b und
c der dreiphasigen Erregerwicklung in Reihenschaltung zugeführt, während der konstante
Haupterregerstrom durch die parallelen Zweige b und c und den mit ihnen in Reihe
geschalteten Zweige rz fließt und vom Hilfsnetz ig geliefert wird. Da beim Anfahren
der Triebmotoren mit Hilfe der Gittersteuerung die Steuerspannung für die Steuergitter
des Gleichrichters stark nacheilen muß und außerdem die von den Tachometergeneratoren
erzeugte Zusatzspannung während des Anlaßvorganges eine variable Größe und Frequenz
aufweist, muß diese letztere beim Anfahren unwirksam gemacht und vorübergehend durch
eine von einem Spartransformator 16 gelieferte Hilfsspannung ersetzt werden. Beim
Anfahren wird daher der als Schleppschalter gebaute Umschalter 14 in die punktierte
Stellung und nach erfolgtem Anfahren erst in die ausgezogene Betriebsstellung gebracht,
wenn das Null-Voltmeter 21 das Verschwinden der Spannung zwischen den beiden unteren
Kontakten des Umschalters anzeigt. Das Anfahren selbst erfolgt bei Mehrgerüststraßen
mit allen Motoren gleichzeitig über einen allen Gruppen der Straße gemeinsamen Drehtransformator
17.
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Es besteht die Möglichkeit, der vorliegenden Regelung in bekannter
Weise eine zusätzliche Zugregulierung zu überlagern, welche bewirkt, daß das Walzgut
zwischen den aufeinanderfolgenden Gerüsten mit einer konstanten Zugkraft gestreckt
wird. Anstatt wie beim Ausführungsbeispiel die Steuerspannung den Steuergittern
des die Drehzahl der Triebmotoren regulierenden Gleichrichter unmittelbar zuzuführen,
kann dies auch über an sich bekannte Einrichtungen zur Erzeugung von Steuerimpulsen
steiler Front erfolgen.