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Anordnung zur Steuerung eines strom- oder drehzahlgeregelten Elektromotors
In der Antriebstechnik liegt vielfach die Aufgabe vor, einen strom- oder drehzahlgeregelten
elektrischen Antriebsmotor mit niedriger Drehzahl winkelgetreu zu führen, ihn in
einer vorgegebenen Winkellage stillzusetzen und ein Weiterschleichen des Motors
zu vermeiden. Es sei beispielsweise an ein Haspelwalzwerk gedacht, bei dem der mit
einer Einrichtung zur Drehzahiregelung versehene Walzmotor zum Einfädeln des Walzgutes
langsam vor- und zurückführbar sein muß.
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Da vielfach auch zwischen den Walzgerüsten oder zwischen Walzgerüst
und Haspel bei Stillstand des Walzmotors ein Zug aufrechtzuerhalten ist, muß vermieden
werden, daß der Walzmotor unter dem Zug des Walzgutes weiterschleicht. Der vorhandene
Drehzahlregler, der zur Konstanthaltung der Betriebsdrehzahl dient, ist bei derartig
niedrigen Schleichdrehzahlen nicht empfindlich genug.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einfachen Mitteln. Sie besteht
bei einer Anordnung zur Steuerung eines strom- oder drehzahlgeregelten Elektromotors
bei kleinen Drehzahlen und im Stillstand darin, daß unterhalb einer bestimmten Motordrehzahl
eine Einrichtung zur Folgeregelung in den Regelkreis an die Stelle der Einrichtung
zur Strom- oder Drehzahlregelung einschaltbar ist. Es wird dadurch die Möglichkeit
geschaffen, im Bereich kleiner Drehzahlen von der Drehzahlregelung oder von der
Stromregelung auf eine Winkellageregelung überzugehen. Zu diesem Zweck kann in an
sich bekannter Weise der Antriebsmotor mit einem Drehfeldinduktionsgeber gekuppelt
werden, an den ein Drehfeldinduktionsempfänger angeschlossen ist. Die an diesem
abgenommene Spannung wird in bekannter Weise durch eine phasenempfindliche Gleichrichteranordnung
in eine in ihrer Amplitude und Polarität von der jeweiligen Winkellage des Induktionsgebers
zum Empfänger abhängige Gleichspannung umgeformt. Diese Spannung kann dann als Maß
für die Regel- bzw. Winkelabweichung in den vorhandenen Regler an Stelle der Regelabweichung
bei Strom- oder Drehzahlregelung eingeführt werden. Dadurch wird es in bekannter
Weise möglich, durch Verdrehen des Drehfeldempfängers den Motor in jede gewünschte
Winkellage einzustellen bzw. darin festzuhalten. Die Verstellung des Empfängers
kann von Hand oder auch motorisch erfolgen.
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Praktisch kann damit dem Antriebsmotor jede beliebige konstante oder
veränderliche Drehzahl vorgegeben werden, wie es aus der Technik der Folgeregelung
bekannt ist.
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Um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen und beim Übergang von Drehzahl-
oder Stromregelung auf die Folgeregelung Pendelungen zu vermeiden, ist gemäß der
Erfindung Vorsorge getroffen, daß dieser Übergang von der einen Regelungsart auf
die andere nur unterhalb einer gewissen Drehzahl möglich ist. Entweder kann die
Umschaltung in Abhängigkeit von der Drehzahl selbsttätig vorgenommen werden, oder
es kann die Umschaltung zur Varnahme von Hand oder durch sonstige Steuermittel gegebenenfalls
nur in Abhängigkeit von der Drehzahl freigegeben werden. Für die Freigabe oder die
Umschaltung kann die von der phasenempfindlichen Gleichrichteranordnung gelieferte
Spannung benutzt werden, die bei jeder Verdrehung des Drehfeldg(bers gegenüber dem
Drehfeldeinpfänger sich nach einer Sinuskurve ändert, die also selbst wieder eine
Wechselspannung ist, deren Frequenz von der relativen Drehzahl zwischen Geber und
Empfänger abhängt. Man kann nun mit bekannten Mitteln diese mit der Drehzahl abnehmende
Frequenz in ein proportionale Spannung umwandeln, z. B. mit einem RC-Spannungsteiler,
und mit dieser drehzahlabhängigen Spannung z. B. ein Schütz steuern, das die Umschaltung
von Strom- oder Drehzahlregelung auf Folgeregelung freigibt oder unmittelbar vornimmt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt, dem ein drehzahlgeregelter Leonardantrieb zugrunde liegt.
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Der konstant erregte Motor M mit der fremderregten Feldwicklung 1
wird ankerseitig vom Generator G gespeist. Die Drehzahlregelung erfolgt durch entsprechende
Einstellung des Stromes durch die Erregerwicklung 2 des Generators. Zu diesem Zweck
ist in bekannter Weise mit dem Motor M eine Tachometermaschine 3 gekuppelt, deren
Spannung mit einer am Sollwerteinsteller 4 abgenommenen Spannung verglichen wird.
Die dem Drehzahlfehler proportionale Spannungs differenz steuert den Regelverstärker
5, der
beispielsweise ein Röhrenverstärker oder ein Magnetverstärker
sein kann und den Erregerstrom für die Wicklung 2 des Generators liefert.
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Mit dem Motor M ist außerdem der Anker eines an sich bekannten, zweiphasig
erregten Drehfeldgebers 6 gekuppelt. An diesen ist ein Drehfeldempfänger 7 angeschlossen,
der sich an beliebiger Stelle, z.B. am Steuerpult eines Walzwerkes, befinden kann
und dessen Ausgangsspannung durch eine phasenempfindliche Gleichrichterschaltung
in eine in ihrer Amplitude und Polarität von der jeweiligen Winkellage des Drehfeldgebers
6 zum Drehfeldempfänger 7 abhängige Gleichspannung umgeformt wird. Diese phasenempfindliche
Gleichrichteranordnung ist, da sie an sich bekannt ist, nicht dargestellt. Sie sei
bei 8 untergebracht.
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Die Ausgangsspannung der phasenempfindlichen Gleichrichteranordnung
8 ist aus bekannten Gründen eine Gleichspannung, die sich mit der Winkelabweichung
zwischen Geber 6 und Empfänger 7 nach dem Sinusgesetz ändert. Sie erreicht also
bei 9()° Stellungsunterschied ihr Maximum in der einen (z. B. positiven) Richtung,
geht bei 1800 Stellungsunterschied durch Null, erreicht bei 2700 ihr Maximum in
entgegengesetzter (z. B. negativer) Richtung und geht bei 3600 wieder durch Null.
Wenn daher bei stillstehendem Drehfeldempfänger 7 der Geber 6 umläuft, so entsteht
eine Wechselspannung, deren Frequenz proportional ist der Drehzahl des Antriebsmotors
M.
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Diese Frequenz wird mit abnehmender Drehzahl des Antriebsmotors immer
kleiner, bis sie bei Stillstand des Motors zu Null wird und die Ausgangsspannung
der phasenempfindlichen Gleichrichteranordnung 8 somit einen der Winkelabweichung
entsprechenden konstanten Wert annimmt. Dieser Gleichspannungswert kann dann auch
dazu benutzt werden, eine Gleichstellung zwischen Geber 6 bzw. Motor M und Empfänger
7 herbeizuführen, indem man diese winkel fehlerproportionale Spannung bei auf Null
zurück gestelltem oder überbrücktem Soliwerteinsteller an Stelle des von der Tachometermaschine
3 gelieferten Meßwertes in den Regelkreis des Drehzahlreglers einführt, was beispielsweise
durch Öffnen des Schalters Sj und Schließen der Schalter S2 und S3 geschehen kann.
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Damit eine solche Umschaltung nur bei einer so niedrigen Drehzahl
des Antriebsmotors M vorgenommen werden kann, daß keine nachteiligen Pendelerscheinungen
mehr auftreten können, ist eine drehzahlabhängige Umschalteinrichtung vorgesehen.
Diese besteht aus dem von der Ausgangsspannung der phasenempfindlichen Gleichrichterschaltung
8 gespeisten RC-Spannungsteiler 9, 10 und dem durch den
Spannungsabfall am Kondensator
10 gesteuerten Schütz S. Letzterem kann eine Schaltröhre 11> z. B. eine gittergesteuerte
Gasentladungsröhre, vorgeschaltet sein. Ist die Spannung am Kondensator 10, welche
mit abnehmender Frequenz, also mit abnehmender Drehzahl des Motors zunimmt, genügend
groß, so wird die Schaltröhre 11 gezündet und das Schütz S erregt.
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Dieses kann entweder die Schalter S1 his S3 unmittelbar betätigen
oder ihre Betätigung nur freigeben, so daß sie von Hand od. dgl. umgestellt werden
können.
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Da die Schaltröhre 11 nur bei steigender positiver Gitterspannung
gezündet wird, erfolgt bei direkter Steuerung der Schalter Sj und S2 durch das Schütz
S die Umschaltung immer bei der gleichen Winkellage des Motors bzw. des Gebers 6
zum Empfänger 7, wenn für eine gleichbleibende Ruhestellung des Empfängers 7 gesorgt
ist. Durch Verdrehen des Empfängerankers kann der Motor aber auch in jede beliebige
Winkellage gedreht werden.