-
Regeleinrichtung für Pendelmaschinen Bei der Regelung von Pendelmaschinen
ist grundsätzlich zwischen statischen und dynamischen Untersuchungen zu unterscheiden.
-
Bei statischen Untersuchungen, beispielsweise Kennlinienbestimmung
an Getrieben, genügt normalerweise eine Drehzahlregelung. Nur in besonderen Betriebsfällen
kann es vorteilhaft sein, auf konstantes Moment zu regeln, etwa eine von zwei über
ein Getriebe gekuppelten Pendelmaschinen. In solchen Fällen muß übrigens der Regelfehler
möglichst klein sein, um bei Drehzahländerungen neuerliches Ablesen an der Tachowaage
zu vermeiden.
-
Dynamische Untersuchungen sollen über das Betriebsverhalten während
Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen Aufschluß geben. Hier ist das Drehmoment
entscheidend und muß schnell geregelt werden können. Dagegen kommt es hier nicht
so sehr auf höchste Regelgenauigkeit an.
-
Bei einer bekannten Regeleinrichtung für eine Pendelmaschine wird
entweder die Soll-Ist-Differenz der Drehzahl oder die Soll-Ist-Differenz des Moments
benutzt, wobei der übergang von der einen auf die andere Regelungsart dadurch bewirkt
wird, daß durch mechanische Kontakte die eine der vorerwähnten Differenzarten vom
Reglereingang abgeschaltet wird.
-
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung
für Pendelmaschinen zu schaffen, die in beiden Betriebsfällen zufriedenstellend
arbeitet und vor allem auch einen selbsttätigen Übergang von Drehzahl- auf Drehmoment
regelung gestattet, ohne das Umschaltungen erforderlich sind.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Drehzahlregelkreis
der Stromregelkreis zur schnellen Grobregelung des Drehmoments dauernd unterlagert
ist und daß zur Vorgabe des Momentsollwertes ein einstellbares Begrenzungsglied
am Ausgang des Drehzahlreglers vorgesehen ist.
-
Es wird also das Drehmoment über den Strom der Pendelmaschine geregelt,
indem man die Ausgangsgröße eines Drehzahlreglers als Sollwert für einen unterlagerten
Stromregelkreis benutzt. Der Strom ist bei konstanter Erregung der Pendelmaschine
dem Drehmoment weitgehend proportional; der Fehler bleibt unter 101%. Beeinflußt
man die Ausgangsgröße des Drehzahlreglers mit Hilfe eines Begrenzungsgliedes, so
kann man den maximalen Stromsollwert und damit auch das höchste Drehmoment beliebig
einstellen. Die Bestimmung des Stromistwertes macht auch bei hoher Regelgeschwindigkeit
keine Schwierigkeiten, wo Drehmomentgeber an der Tachowaage nicht mehr geeignet
sind. Die Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht eine rasche Abwicklung beliebiger
Untersuchungsprogramme bei bequemer Ablesung der Meßwerte. Die schnelle Drehmomentregelung
verhindert Sprünge und Schwankungen in der Drehmomentanzeige und macht die genauere
Hilfsregelung erst sinnvoll.
-
Im Feldschwächebetrieb ist eine Korrektur des Stromsollwerts in Abhängigkeit
von der Maschinenkennlinie erforderlich, wie weiter unten noch näher besprochen.
-
Um bei statischen Untersuchungen eine genaue Drehmomentregelung zu
erzielen, kann man einen Hilfsregelkreis vorsehen, der in Abhängigkeit von der an
der Tachowaage gemessenen Drehmomentabweichung den Sollwert für den Stromregelkreis
im Ausmaß bis etwa 1010/a korrigiert. Da diese Korrekturgröße nur einen kleinen
Bruchteil des Sollwerts darstellt, kann die beim übergang vom motorischen in den
generatorischen Betrieb erforderliche Umschaltung im Regelkreis während des Laufs
erfolgen. Die Feinregelung des Drehmoments kann ohne weiteres verhältnismäßig träge
sein, da ja große Schwankungen bereits durch die schnelle Grobregelung ausgeglichen
werden.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, das in der Zeichnung stark schematisiert dargestellt ist.
-
In der Figur ist mit 1 die zu regelnde Pendelmaschine, mit 2 die Last
bezeichnet. Es kann sich dabei um eine Getriebe, eine Verbrennungskraftmaschine
od. dgl. handeln. Ferner ist mit der Pendelmaschine ein Tachometergenerator 3 gekuppelt,
der den Drehzahlistwert n liefert.
-
Im Ankerkreis der Pendelmaschine liegt ein Meßfühler 4 zur Erfassung
des Ankerstromistwerts JA,
der einem Stromregler 5 zugeführt wird.
Der Stromregler kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein und etwa aus einem
Regelverstärker mit IPD-Verhalten, einer Erregermaschine und einem Leonardgenerator
bestehen. Statt der Erregermaschine bzw. des Generators können auch Magnetverstärker
oder geeignete Stromrichterschaltungen verwendet werden. Entscheidend ist nur, daß
der Ankerstrom der Pendelmaschine in Abhängigkeit von der Regelabweichung am Eingang
des Reglers 5 möglichst rasch in beiden Richtungen geregelt werden kann.
-
` Dem Stromregler ist ein Drehzahlregler 6 mit nachgeschaltetem Begrenzungsglied
7 übergeordnet, welches den Stromsollwert JA* liefert. Zur Einstellung des Drehzahlsollwerts
n* dient ein Potentiometer 8, zur Einstellung des Momentsollwerts ein Potentiometer
9.
-
Verzichtet man auf die Feldschwächung und die Feinregelung des Moments,
so stellen die bisher behandelten Schaltungselemente bereits alle wesentlichen Bestandteile
einer Regeleinrichtung nach der Erfindung dar. Das Potentiometer 9 wäre in diesem
Falle an eine konstante Gleichspannung anzuschließen. Durch Verschieben des Abgriffs
am Potentiometer 9 kann der Grenzwert im Begrenzungsglied 7 beliebig eingestellt
werden. Hierzu können beispielsweise die bekannten Begrenzerschaltungen mit vorgespannten
Ventilen dienen.
-
Stellt man einen Drehzahlsöllwert am Potentiometer 8 ein und begrenzt
die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers mit Hilfe des Potentiometers 9 und des
Begrenzungsgliedes 7, so ergibt sich eine kombinierte Drehzahl- und Drehmomentregelung.
Die Pendelmaschine läuft beispielsweise nach Vorgabe einer Solldrehzahl mit demjenigen
Drehmoment hoch, das ihr durch den eingestellten Grenzwert von JA* vorgeschrieben
wird, bis die eingestellte Drehzahl erreicht -und der Drehzahlregler nicht mehr
übersteuert ist. Dann wird diese Drehzahl eingehalten, wenn das Lastmoment nicht
zu hoch ist. Ist die Drehmomentanforderung höher als der eingestellte Momentensollwert,
so wird die Drehzahl bei konstantem Moment entsprechend zurückgehen. Die Übergänge
von der Regelung auf das eingestellte Maximalmoment zur Regelung auf die eingestellte
Drehzahl, die durch neue Sollwertvorgaben oder neu eingestellte Belastungsfälle
hervorgerufen werden, vollziehen sich selbsttätig, ohne daß Schaltmaßnahmen im Regelkreis
erforderlich sind.
-
Im Regelkreisbeispiel sind nur zwei große Zeitkonstanten, nämlich
die Erregerzeitkonstanten des Leonardgenerators und der Erregermaschine für die
Pendelmaschine 1 vorhanden. Zu den kleinen Zeitkonstanten sind die Ankerzeitkonstante
der Pendelmaschine und eine gegebenenfalls vorhandene Glättungszeitkonstante zu
zählen. Die beiden großen Zeitkonstanten können durch einen IPD-Regelverstärker
verarbeitet werden.
-
Wünscht man die Pendelmaschine auch im Feldschwächbereich zu betreiben,
so kann man den Erregerstrom in Abhängigkeit von der Ankerspannung regeln. Hierzu
kann in an sich bekannter Weise eine EMK-Schaltung aus den Widerständen 10, 11 und
12 verwendet werden, deren Ausgangssignal mit einem an einem Potentiometer 13 einstellbaren
Erregerstromsollwert verglichen wird. Das gewonnene Signal steuert einen Erregerstromregler
14, der die Erregerwicklung 15 der Pendelmaschine speist. Solange das EMK-Signal
kleiner als der vorgegebene Erregerstromsollwert ist, wird die Pendelmaschine voll
erregt. Bei Erreichen der Nennspannung wird dagegen selbsttätig die Feldschwächung
eingeleitet.
-
Um auch im Feldschwächbereich das elektrische Moment der Pendelmaschine
konstant zu halten, muß der Stromsollwert entsprechend der Flußänderung korrigiert
werden. Das Produkt aus Ankerstrom und Feld ist konstant zu halten. Da das Feld
wegen der nichtlinearen Erregerkennlinie der Maschine dem Erregerstrom nicht proportional
ist, ist ein Funktionsgeber 16 vorgesehen, der diese Nichtlinearität berücksichtigt.
Es wird also aus dem Erregerstrom mit Hilfe des Meßfühlers 17 und des Funktionsgebers
16 eine Speisespannung für das Potentiometer 9 ermittelt, die dem Feld im wesentlichen
umgekehrt proportional ist. Von dieser Spannung wird nun ein Teil abgegriffen und
zur Steuerung des Begrenzungsgliedes 7 herangezogen. Damit arbeitet die Regeleinrichtung
auch- im Feldschwächbereich selbsttätig im Sinne einer Einhaltung des gewünschten
Drehmoments. Um sowohl den generatorischen wie auch den motorischen Betrieb überstreichen
zu können, müssen am Potentiometer 9 Spannungen positiver und negativer Polarität
abnehmbar sein. Der Funktionsgeber wird in bekannter Weise aus ohmschen Widerständen
und Ventilen aufgebaut. Man kann auch sättigbare Drosseln zur Nachbildung der -Maschinenkennlinie
verwenden.
-
Die übrigen in der Figur dargestellten Schaltungselemente dienen zur
genauen und im allgemeinen trägen Einregelung des Drehmoments bei statischen Untersuchungen.
Es ist ein Sollwertpotentiometer 18 vorgesehen, an dem der Momentensollwert abnehmbar
ist. Der Momentenistwert wird mit Hilfe eines Ringrohrpotentiometers 19 gemessen,
das an der Tachowaage angeordnet ist. Vorteilhaft wird ein Potentiometer mit Zweifachwendel
verwendet, um eine volle Umdrehung von 360° beherrschen zu können. Ringrohrpotentiometer
sind an sich bekannt und bestehen hier im wesentlichen aus einer mit dem Zeigerantrieb
der Tachowaage gekuppelten Glasrohrwendel, in der ein Widerstandsdraht angeordnet
ist. Der Abgriff erfolgt mit Hilfe eines in dem Glasröhrchen beweglichen Quecksilbertropfens.
-
Soll- und Istwert werden einem Momentenregler 20 zugeführt, dessen
Ausgangsgröße der Ausgangsgröße des Drehzahlreglers überlagert wird. Damit ist es
möglich, einen Stromsollwert vorzuschreiben, der zur genauen Einhaltung des gewünschten
Drehmomentes führt. Die Abgriffe der Potentiometer 9 und 18 werden mechanisch gekuppelt.
-
Es ist ferner noch ein Umschaltgerät 21 vorgesehen, das mit Hilfe
von Schaltern 22 und 23 den Momentensoll und Istwert umpolt, wenn das Drehmoment
seine Richtung umkehrt. Zu diesem Zweck kann ein geeignetes Signal aus dem Drehzahlregler
zur Betätigung des Umschaltgerätes herangezogen werden. Es ist auch möglich, die
Umschaltung in Abhängigkeit von der Abgriffstellung am Sollwertpotentiometer
18 vorzunehmen, beispielsweise mit Hilfe eines Endschalters.