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Regelungseinrichtung für Elektrowickler mit Gleichstrommotor Es sind
bereits Regelungseinrichtungen für Elektrowickler bekannt, die den Strom des Aufwickehnotors
als Meßgröße für den Zug verwenden. Bei einer solchen Anlage wird beispielsweise
der Antriebsmotor aus einem Gleichstromgenerator und einem magnetischen Verstärker
gespeist, wobei der Strom des Aufwickelmotors den Verstärker steuert und so die
ohmschen Spannungsverluste kompensiert.
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Es ist ferner eine Einrichtung bekannt, bei der durch Reibungskraft
am Umfang der Rolle ein konstanter Zug übertragen wird. Der Antriebsmotor dieser
Einrichtung erfordert keine Regulierung, dagegen muß der abwickelnde Antrieb reguliert
werden.
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Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die aufwickelnde Rolle am
Umfang auf zwei Rollen aufliegt und das ganze Gewicht auf den Stoffschichten rollt.
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Allein durch das Auflegen auf Rollen ist die erforderliche Umfangkraft,
z.B. 500 kg, nicht zu erreichen, da vorher schon die Rollen ins Gleiten kommen würden.
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Die durch die Getriebe bedingten Verluste verursachen insbesondere
bei kleinen Zügen beträchtliche Fehler, so daß der Zug nicht mehr konstant gehalten
wird. Um trotzdem konstanten Zug besonders beim Anfahren und Bremsen zu erreichen,
ist es notwendig, den Wickelmotor durch zusätzliche Einflüsse auf richtigen Zug
bzw. Drehzahl zu bringen.
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Dies wurde bisher durch Regler, verbunden mit Zusatzgeneratoren und
Wälzsektorreglern, erreicht, die von einer mechanischen oder optischen Abtastvorrichtung
die Einflußgröße bekommen. Besonders große Schwierigkeiten bereitete bisher das
Aufrechterhalten des Zuges im Stillstand, weil das Zugmoment bei ausgeschaltetem
Motor fehlte. In diesem Falle wurden mechanische Rücklaufsperren mit Klinkenrädern
vorgesehen, was jedoch immer eine starke Zugänderung beim Übergang vom Lauf zum
Stillstand und umgekehrt mit sich brachte. Diese Nachteile werden bei der vorliegenden
Erfindung vermieden.
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Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für Elektrowickler
mit Gleichstrommotor, dessen Speisung aus einem Gleichstromgenerator und einem dazu
in Reihe geschalteten Zusatzgenerator unter Anwendung von Magnetverstärkern erfolgt.
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Die Erfindung besteht darin, daß magnetische Verstärker vorgesehen
sind, von denen der erste Verstärker den Erregerstrom des Antriebsmotors liefert
und vorwiegend zu Beginn des Aufwickelvorganges wirksam ist, und daß der zweite
Magnetverstärker den Erregerstrom des Zusatzgenerators liefert und vorwiegend am
Ende desAufwickelvorganges wirksam ist.
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Die Erfindung ermöglicht es, eine hohe Konstanz des Zuges und der
Geschwindigkeit, insbesondere auch zu Beginn und am Ende des Aufwickelbereiches
zu erreichen. Es werden ohne weiteres Wickeldurchmesserverhältnisse von 1 : 6 erreicht.
Der Wirkungsbereich jedes Verstärkers braucht nur in seinen zugewiesenen Teilwickelbereichen
den Betriebsbedingungen angepaßt zu werden.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In der Fig. 1 ist 1 der Gleichstrommotor der Wickelrolle 21, deren
Wickelzug konstant gehalten werden soll. Der Rotor pa des Motors ist über den Rotor
2 a des Zusatzgenerators 2 mit dem Rotor 3 a des speisenden Gleichstromgenerators
3 verbunden.
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Die Rotoren der beiden Generatoren sind in Reihe geschaltet, so daß
ihre Spannungen sich addieren.
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Die Feldspule 1 b des Motors liegt im Ausgangskreis eines Verstärkers
4 und die Feldspule 2 b des Zusatzgenerators im Ausgangskreis eines Verstärkers
5. Die beiden Verstärker 4 und 5 sind magnetische Verstärker an sich bekannter Bauart.
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Der schaltungsmäßige Aufbau der Verstärker 4 und 5 und ihr Zusammenwirken
ist so, daß diese je zwei einander entgegenwirkende Steuerwicklungen aufweisen.
Je die eine Steuerwicklung 11 b-14 b ist von einem Sollwertstrom is und je die andere
Steuerwicklunglla-14a ist vom Motorstrom A als Steuerstrom durchflossen. Der Verstärker
5 weist eine weitere
Steuerwicklungl3c-14c auf, die parallel zum
Rotor 2 a des Zusatzgenerators geschaltet ist. Der darin fließende zusätzliche Steuerstromiz
ist dem Sollwertstrom entgegengesetzt gerichtet. Die Verstärker wirken so, daß mit
steigendem Sollwertstroms der Strom abnimmt und das Feld des Motors 1 geschwächt
wird, während der Strom i. zunimmt und das Feld des Zusatzgenerators 2 verstärkt
wird. Die Sättigungsverhältnisse der Magnetverstärkerdrosseln sind so gewählt, daß
der erste Magnetverstärker (4) vorwiegend zu Beginn des Aufwickelvorganges reguliert
und daß der zweite Magnetverstärker (5) vorwiegend am Ende des Aufwickelvorganges
reguliert.
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Die Verstärker bestehen aus je zwei Sättigungsdrosseln mit den Arbeitswicklungen
11 und 12 bzw.
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13 und 14. In Serie mit diesen sind Gleichrichter 15 und 16 bzw. 17
und 18 geschaltet. In Serie mit diesen Wicklungsgruppen liegen die Gleichrichter
19 bzw.
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20, sowie eine Wechselstromquelle~. Gleichstromseitig sind an die
Gleichrichter die Erregerwicklungen 1 b und 2 b angeschlossen. Den Verstärkern werden
über die Steuerwicklungen gegeneinander wirkende Ströme als Steuergrößen zugeführt.
Die eine Steuergröße ist der Sollwertstrom is, der in dem Stromkreis der Steuerwicklungen
11 b, 12 b des Verstärkers 4 -13 b, 14b des Verstärkers 5 - Regelwiderstand 6 -Stromquelle7
fließt. Die andere Steuergröße, der Istwertstrom, ist der MotorstromiA, der durch
die Steuerwicklungen 11 a, 12 a des Verstärkers 4 und durch die Steuerwicklungen
13 a, 14 a des Verstärkers 5 fließt. Die resultierende Steuerwirkung ergibt sich
aus der Differenz der beiden Ströme is und iA.
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Entsprechend ihrer resultierenden Wirkung nach Größe und Richtung
ergeben sich Ausgangs ströme i1 und i, an den Verstärkern. Die Richtung der magnetisierenden
Ausgangsströme durch die Feldspulen 1 b und 2 b ist so gewählt, daß bei steigendem
Sollwertstrom iS das Feld des Motors 1 geschwächt und dasjenige des Zusatzgenerators
verstärkt wird. Der Verstärker 5 des Zusatzgenerators 2 weist weitere Steuerwicklungen
13 c und 14c auf, die über einen Regelwiderstand 8 parallel zum Rotor 2 des Zusatzgenerators
geschaltet sind. Der Regelwiderstand 8 ist dabei mit dem Regelwiderstand 29 im Erregerkreis
3 b des Generators 3 gekuppelt. Über diese Wicklungen 13 c und 14 c wird ein weiterer,
der Spannung des Zusatzgenerators proportionaler Steuerstrom iz als zusätzliche
Steuergröße zugeführt. Diese Steuergröße iz ist der Sollwertgröße is entgegengesetzt
gerichtet.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Stellt man durch den Widertand 6
einen bestimmten Sollwertstrom is in den Wicklungen 11 b und 12 b bzw. 13 b und
14 b ein, so werden die Magnetverstärker 4 bzw. 5 in einer Richtung vormagnetisiert.
Dadurch wird auch ein bestimmter, von dieser Einstellung abhängiger Ausgangsstrom
i1 bzw. i. fließen; i, bestimmt die Feldstärke des Gleichstrommotors 1, i2 die Spannung
des Zusatzgenerators 2 und damit die am Motor 1 anliegende Ankerspannung, da die
Spannung des Gleichstromgenerators 3 für eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit konstant
ist. Der Gleichstrommotor 1 wird daher ein bestimmtes Drehmoment entwickeln.
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Wächst nun der Durchmesser der Rolle 21 (bis etwa mild, = 3) so nimmt
Motor 1 mehr Strom(iA) auf.
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Dadurch wird der Magnetverstärker 4 so gesteuert, daß der Erregerstrom
i1 wächst, das Feld des Motors 1
also verstärkt wird. Bei fallender Drehzahl und
zunehmendem Drehmoment hat dies zur Folge, daß der AnkerstromiA nur gering zunimmt,
bis Verstärker 4 durchgesteuert ist. Da der Ankerstromil nur gering zunimmt, praktisch
also beinahe konstant bleibt, ergibt der Verstärker 5 zunächst keine Änderung der
Steuerwirkung; der Ausgangsstrom i. und damit die Spannung des Zusatzgenerators
bleiben zunächst annähernd konstant. Nach Erreichen eines gewissen Aufrolldurchmessers
ist der Verstärker 4 ausgesteuert und der Erregerstrom 11 steigt nich mehr an. Bei
weiterem Aufrollen steigt dafür der Ankerstrom iA in verstärktem Maße an. Dadurch
wird nun auch der Verstärker 5 zunehmend ausgesteuert, und zwar so, daß i und damit
die Spannung des Zusatzgenerators abnimmt. Der mit iA in gleicher Richtung fließende
zusätzliche Strom iz wird kleiner, was einer Gegenkopplung gleichkommt, da iz den
Strom ia unterstützt. Verstärker 5 wird vom Strom des Motors 1 und der Spannung
des Zusatzgenerators so gesteuert, daß das vom Motor 1 entwickelte Drehmoment mit
zunehmendem Durchmesser zunimmt und die Zugkraft konstant bleibt. Eine Anderung
der Arbeitsgeschwindigkeit ohne Zugänderung kann erreicht werden durch Verändern
des Feldstromes am Widerstand 29 des Gleichstromgenerators 3 und gleichzeitiges
Verstellen des damit gekoppelten Widerstandes 8. Durch die Kopplung der beiden Regelwiderstände
8 und 29 wird erreicht, daß für alle Arbeitsgeschwindigkeiten das Verhältnis der
Spannungen des Zusatzgenerators und des Leonardgenerators konstant bleibt. Damit
die Rolle 21 für unterschiedliches Umrollgut verwendet werden kann, was sehr unterschiedliche
Motorströme iA ergibt, ist es zweckmäßig, die vom Motorstrom durchflossenen Steuerwicklungen
11... . 14 a in zwei, drei oder vier gleiche Teilwicklungen zu unterteilen und diese
mit einer Umschaltvorrichtung zu versehen, die eine Parallel- oder Serienschaltung
gestattet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel Fig. 2 weisen die Magnetverstärker
noch zusätzlich Steuerwicklungen21a,22a...23c,24c auf. Die Wicklungen 21a...24a
liegen über einem Vorwiderstand 18 an der Spannung des Leonardgenerators 3. Der
diese Wicklungen durchfließende Strom unterstützt die Sollwertgröße. Der Strom iA
wächst dadurch ebenso wie die Reibungsverluste mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit.
Die Reibungsverluste werden dadurch kompensiert.
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An den Steuerwicklungen21b...24b liegt über einem Vorwiderstand 10
die Differenzspannung zwischen der Spannung am Feldib des Wickelmotors und einer
konstanten Spannung der Batterie 9. Letztere ist ungefähr gleich der Spannung an
der Feldwicklung bei voller Erregung. Die Differenzspannung ist somit umgekehrt
proportional der Feldstärke des Wickelmotors. Der ihr entsprechende Strom durch
die Steuerwicklungen 21b.. .24 b unterstützt die Sollwertgröße und kompensiert so
die infolge Feldschwächung auftretenden Verluste.
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Die genannte Differenzspannung liegt auch über Schalter 32 am Eingang
zum Verstärker 30 bzw. über Schalter 33 am Eingang zum Verstärker 31. 30 und 31
sind zusätzliche Magnetverstärker; diese sind gesperrt, der Ausgangsstrom also gleich
0, wenn die Schalter 32 bzw. 33 offen sind. Bei geschlossenem Schalter und einer
vorhandenen Differenzspannung fließt ein entsprechender Strom durch die Steuerwicklung
des
jeweiligen Magnetverstärkers. Der Druckkontakt 32 wird geschlossen, wenn der Maschine
der Befehl »langsamer«, bzw. der Schalter 33 wird geschlossen, wenn der Befehl »schneller«
gegeben wird. In ersterem Fall fließt der Ausgangsstrom über die Steuerwicklungen
21... .24. in der einen Richtung und im zweiten Fall in umgekehrter Richtung, da
jeweils nur einer der beiden Magnetverstärker 30 und 31 arbeitet. Der Magnetverstärker
31 unterstützt vorübergehend die Sollwertgröße und verursacht einen höheren Motorstrom,
unterstützt damit also die Beschleunigung. Bei Verstärker 30 ist der Vorgang umgekehrt.
Der Einfluß durch den Magnetverstärker31 ermöglicht somit den Zug beim Beschleunigen,
jener durch den Magnetverstärker 30 den Zug beim Verzögern konstant zu halten.
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Die Magnetverstärker weisen Kurzschlußwindungen mit Anzapfungen auf,
durch die die Zeitkonstanten verschieden einstellbar sind. Sie haben den Zweck,
entsprechend der Zeitverzögerung der Verstärker den Störeinfluß in gleicher Weise
zu verzögern.
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Parallel zur Steuerwicklung 13 c, 14c, welche einen zur Spannung
des Zusatzgenerators proportionalen Steuerstrom führt, ist ein zusätzlicher Schwächungswiderstand
28 geschaltet. Dieser ist mechanisch mit dem Sollwertregler 6 gekuppelt. Damit wird
erreicht, daß bei Verstellen von 6 die Zusatzgeneratorspannung trotz geändertem
Motorstrom iA konstant bleibt.
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Es ist klar, daß die Gleichstromgeneratoren auch durch gesteuerte
Gleichrichter ersetzt werden können.
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß die bei Aufwickelvorrichtungen
vielfach vorhandenen Wechselgetriebe und Rutschkupplungen sowie Rücklaufsperren
vermieden werden. Beim Anfahren und Abstellen entstehen keine unzulässigen Zugänderungen.
Der Übergang von »Lauf« auf »Halt« und umgekehrt geht ohne jeden Ruck vor sich,
was unter Verwendung mechanischer Rücklaufsperren nicht erreichbar ist.
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Bei der Einrichtung nach der Erfindung entfallen mechanische oder
optische Zugmeßgeräte; trotzdem läßt sich der Zug auch beim Beschleunigen und Verzögern
praktisch konstant halten. Da die Einrichtung rein elektrisch arbeitet, ist ihr
Anbau an bestehende, bisher mit mechanischen Mitteln überwachte Aufwickelvorrichtungen
leicht möglich, weil letztere einfach stillgelegt werden können.