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Verfahren zur Regelung eines elektrischen Haspelantriebes
Bei elektrischen Antrieben der Haspel von Bandwalizwerken und ähnlichen Einrichtungen ist es bekannt, den Bandzug dadurch konstant und unabhängig von der Walzgeschwindigkelt und dem Bunddurchmesser zu halten, dass der Strom im Haspelmotor durch Beeinflussung des speisenden Generators oder Stromrichters konstant gehalten wird und gleichzeitig das Motorfeld proportional zum Bunddurchmesser verändert wird. Die Grösse des Stromes wird vom Bedienungsmann durch Einstellen einer Leitgrö- sse vorgegeben und die Regelung sorgt dann dafür, dass der Strom dieser vorgegebenen Leitgrösse dauernd entspricht. Dem Strom, der zum Aufrechterhalten des Bandzuges notwendig ist, muss während der Beschleunilgungs- bzw.
Verzögerungszeiten ein Strom überlagert werden. der die Beschleunigungskräfte ausgleicht, so dass die Summe' der Ströme im Haspelmotor bzw.
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umkehrenmotor vom Motor- in den Generatorbetrieb übergeht und umgekehrt. Bei Umformerspeisung ist dies ohne weiteres möglich, nicht aber bei Stromrichterspeisung, bei der ja die Stromrichtung durch die Ventilwirkung festgelegt ist. Eine der zur überwindung dieser Schwierigkeit entwickelten bekannten Schaltungen ist die ,,Feldumkehrschaltung", bei der also, um das Drehmoment umzukehren, nicht der Ankerstrom, sondern das Motorfeld gewendet wird.
Da das Feld aber mit einer grossen Zeitkonstante behaftet ist, wird es zweckmässig bei abnehmendem Drehmoment nicht konstant gelassen und beim Nulldurchgang des Drehmomentes plötzlich von dem höchsten Wert einer Richtung auf den höchsten Wert der andern Richtung gewendet, sondern das Feld wird mit abnehmendem Drehmoment, also abnehmendem Ankerstrom, stetig verringert, so dass es auch stetig durch Null geht und gewendet werden kann. Da sich bei einer solchen Regelung also Strom und Feld des Haspelmotors gleichzeitig ändern, ist der Zusammenhang zwischen Strom und Drehmoment nicht mehr linear. Einer bestimmten Leitgrösse kann nun zwar ein bestimmter Ankerstrom zu- geordnet werden, aber der Zusammenhang zwischen Leitgrösse und Drehmoment ist nicht linear.
Das hat zur Folge, dass es nicht mehr mög-
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chenden Betrag vergrössert bzw. verkleinert wird, weil eine Änderung der Leitgrösse um einen bestimmten Betrag eine verschiedene Ände- rung des Drehmomentes zur Folge hat, je nachdem, wie gross der konstante Anteil der Leitgrösse war, der für die Einstellung des Bandzugdrehmomentes vorgegeben ist. Mit andern Worten, im nicht linearen System ist keine Addition mehr möglich und es musste bisher zu sehr komplizierten Ausführungen im Umfange ganzer elektronischer Rechenmaschinen gegriffen werden.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe wesentlich einfacher dadurch gelöst, dass die Leitgrösse durch ein nicht lineares Netzwerk zuerst umgeformt und dann erst zur Beeinflussung des Has- pelmotorstromes benutzt wird. Zur leichteren Unterscheidung ist im folgenden die ursprüngliche Leitgrösse ,,Führungsspannung" und die durch das nicht lineare Netzwerk umgeformte Grösse Leitspannung"genannt. Das Netzwerk muss also im Sinne der Erfindung in solcher Weise nicht linear sein, dass der Zusammenhang zwischen Führungsspannung und Drehmoment linear wird, d. h. seine Nichtlinearität muss invers zu der des Zusammenhanges zwischen Leitspannung und Drehmoment sein.
In Fig. 1 ist eine Schaltung nach der Erfindung dargestellt. Der Haspelmotor HM (ein Reihenschlussmotor) wird vom Transformator T über den Stromrichter S gespeist. Der vom Stromrichter abgegebene Strom - nicht seine Spannung !-wird vom Gittersteuersatz G geregelt. Zu diesem Zweck wird der vom Shunt Sh abgenommene Spannungsabfall, der den Istwert des Stromes darstellt, im Gittersteuersatz mit der Leitspannung L verglichen und der Gittersteuersatz ändert den Zündwinkel der Gitter, wenn eine Differenz zwischen Istwert und Leitspannung auftritt so, dass diese Differenz ver-
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schwindet. Der Motor HM hat zwei Erregerwicklungen E1 und E2, die gegensinnig gewickelt sind, so dass die Richtung des Drehmomentes sich umkehrt, je nachdem, welche der beiden Wicklungen eingeschaltet ist.
Wenn die Leitspannung L eine bestimmte Grösse und Richtung hat, dann regelt der Gittersteuersatz den bestimmten Strom I ein und es ist z. B. E1 eingeschaltet. Wenn L kleiner wird, wird auch I proportional kleiner, aber wenn L die Richtung umkehrt, dann wird beim Nulldurchgang E1 alb- und E2 zugeschaltet, wie in Fig. 1 durch die Wirkungslinie plus und minus angedeutet ist. Als. Schaltvorrichtungen können an Stelle mechanischer Schalter auch elektronische Einrichtungen verwendet werden. Erreicht L wieder die vorherige Grösse, aber jetzt umgekehrter Polarität, dann hat I dieselbe Grö- sse und Richtung wie vorher, aber da Ei : statt EI eingeschaltet ist, hat das Drehmoment die umgekehrte Richtung. Der Zusammenhang zwischen der Leitspannung L und dem Drehmoment ist aber nicht linear.
Das erfindungsgemässe nicht lineare Netzwerk NN ist nun der Leitspannung vorgeschaltet. Das Netzwerk formt die ihm zu-
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einen solchen nicht linearen Zusammenhang zwischen F und L her, dass der Zusammenhang zwischen F und dem Drehmoment linear wird. Die Führungsspannung F setzt sich zusammen aus der den Bandzug vorstellenden Grösse Z und der Spannung eines"Beschleunigungsgenerators"BG, der während des konstanten Laufes des Walzwerkes stillsteht und nur in den Perioden der Geschwindigkeitsänderungen durch Einschalten seines Motors M in Betrieb gesetzt wird. Die Spannung des Beschleunigungsgenerators wird dann je nach seiner Drehrichtung im einen oder andern Sinn zu Z hinzugefügt.
Nur dadurch, dass unter dem Einfluss des nicht linearen Netzwerkes der Zusammenhang zwischen Führungsspannung Fund Motordrehmoment linear geworden ist, ist eine solche einfache Addition möglich.
Wie die Eigenschaften des nicht linearen Netzwerkes. bestimmt werden können, sei in Hand der Fig. 2 erläutert. Darin ist 0 über AW die Magnetisierungs-KennMnie eines Gleichstrommotors. Da die AW infolge der Reihenschaltung proportional zum Ankerstrom I sind und das Drehmoment D proportional dem Produkt < & . I ist, kann durch. die punktweise Ausführung dieser Multiplikation'die Kurve D über 1 gezeichnet werden. F ist die Linie der steigenden
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soll auch die Leitspannung lOO/o haben und damit der Ankerstrom I und das Drehmoment D ebenfalls 1000/ () werden. Wenn nun die Füh- rungsspannung z. B. auf 50"/o ermässigt wird (Pkt. l), dann soll auch das Drehmoment auf 50 fallen.
Aus der Kurve D ist zu sehen, dass dazu aber nicht 50%, sondern 63% Ankerstrom notwendig sind (Pkt. 2). Um 63% Ankerstrom einzustellen, sind63%Leitspannungnotwendig (Pkt. 3). Auf diese Weise kann zu jedem Punkt der Führungsspannung f der zugehörige Punkt der Leitspannung L ermittelt werden, woraus die Kurve L entsteht. In Fig. 3 ist der Zusammenhang Leitspannung L über Führungsspannung F nochmals in rechtwinkeligen Koordinaten dargestellt. Das nicht lineare Netzwerk NN muss also so gestaltet sein, dass es einen solchen punktweise bestimmten Verlauf einzustellen gestattet.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemässe Anordnung mit der dies möglich ist. An den mit F bezeichneten Klemmen wird die Führungsspannung angelegt.
In Reihe mit dem einen Leiter ist ein Widerstand R geschaltet und durch den Strom belastet, der durch eine Parallelschaltung meh- rererSpannungsschwellenfliesst. jededieser Schwellen besteht aus einem Widerstand r, einem Ventil v und einer gegen die Sperrichtung des Ventils v geschalteten Gegenspannung g.
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sind zunächt alle Ventile v durch ihre Gegenspannungen gesperrt. Es fliesst kein Strom durch den Widerstand R und die Leitspannung steigt ebenso wie die Führungsspannung.
Hat die Führungsspannung die Grösse der kleinsten der Gegenspannungen gl erreicht, dann wird das Ventil Vl leitend und der Widerstand R ist von nun an durch den Strom belastet, der durch den Widerstand rl fliesst, der an ihm auftretende Spannungsabfall bewirkt, dass die Leitspannung L langsamer steigt als die Führungsspannung F.
Nach Erreichen der zweiten Gegenspannung g2 wird auch V2 leitend, R ist jetzt durch die Parallelschaltung von rl und f2 ! belastet, so dass L noch weniger mit F ansteigt, usw. Durch eine genügende Zahl von Gegenspannungsstufen ist es möglich, sich der Form der Kurve L über F mit jeder gewünschten Genauigkeit anzunähern.
Allerdings gestattet die bisher beschriebene Ein-
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einen immer flacheren Verlauf von L zu erreichen, d. h. eine Krümmung der Kurve L über F gegen die F-Achse, wie dies Fig. 3 zeigt. Bei anderen Sättigungsverhältnis'sen des Motors könnten in der Kurve aber auch Stellen umgekehrter Krümmung vorkommen. Um auch diese richtig abzubilden, ist eine zweite Gruppe von Widerständen, Ventilen und Gegenspannungen r', v', g'notwendig, die parallel zu R geschaltet sind. Wenn der Spannungsabfall an R die kleinste dieser Gegenspannungen übersteigt, wird das zugehörige Ventil leitend und, der Widerstand ri parallel zu R geschaltet, also der weitere Anstieg des Spannungsabfalles vermindert.
Da die Führungsspannung auch ihre Polarität umkeh- ren kann, wobei aber die Abhängigkeit L über F die gleiche bleiben soll, ist jeder Widerstand r, bzw. ?'/usw. mit einem zweiten Ventil umgekehrter Polarität verbunden, das mit einer Ge- genapannung umgekehrter Richtung in Reihe geschaltet ist. Es ist klar, dass die Feldumkehr-
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