NL8601077A - Stelsel voor het in snelheid regelbaar en hoeksynchroon aandrijven van een aantal assen. - Google Patents

Description

N.0. 33.834·

Stelsel voor het in snelheid regelbaar en hoeksynchroon aandrijven van een aantal assen.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor 5 het in snelheid regelbaar en hoeksynchroon aandrijven van een aantal assen, waarbij de hoekposities van de assen onderling instelbaar zijn en constant gehouden moeten worden onder toepassing van telkens met elke as gekoppelde aandrijfmiddelen. Een dergelijk stelsel is in de praktijk bekend.

10 Dergelijke stelsels worden bijvoorbeeld bij zeefdruk- machines voor textiel en rotatiepersen gebruikt waarin de toegepaste drukrollen in snelheid geregeld en hoeksynchroon moeten draaien. Hierbij moeten ook de onderlinge hoekposities van de drukrollen ingesteld en gehandhaafd kunnen worden opdat een constante en optimale drukkwaliteit 15 gewaarborgd blijft. Elke drukrol vertegenwoordigt namelijk een bepaalde kleur en een bepaald patroon en de samenstelling van die kleuren en die patronen vormt het totale gedrukte· beeld. Verschuivingen tussen kleuren en/of patronen beïnvloeden de kwaliteit van het eindprodukt op negatieve wijze.

20 Veelal worden de genoemde drukrollen aangedreven van uit een hoofdmotor waarbij de roterende beweging mechanisch op de drukrollen wordt overgebracht. Door toepassing van een mechanisch differentieel worden de onderlinge hoekposities van de drukrollen gevarieerd.

Ter plaatse van elke drukrol kan door het verstellen van het differen-25 tieel de hoekpositie van de betreffende drukrol worden ingesteld en visueel worden beoordeeld. Bij zeer lage draaisnelheid worden dan alle onderlinge hoekposities ingesteld totdat het bevredigend drukresultaat wordt verkregen, waarna vervolgens op produktiesnelheid wordt overgegaan. Deze produktiesnelheid hangt af van het te bedrukken materiaal zo-30 dat de snelheid van de drukrollen en dus de snelheid van de hoofdaan-drijfmotor regelbaar moet zijn. Wanneer later - nadat intussen andere patronen of motieven zijn bedrukt - nogeens hetzelfde patroon of motief moet worden afgedrukt, moeten alle drukrollen opnieuw worden ingesteld hetgeen tijdrovend is en derhalve ten koste gaat van de produktietijd en 35 mogelijk van de kwaliteit. Zeker is dat de op verschillende tijden vervaardigde zelfde soort produkten niet volstrekt reproduceerbaar zijn.

Bij moderne processen bestaat de behoefte om de drukrollen elk afzonderlijk door een eigen aandrijfmotor aan te laten drijven zodanig dat synchroon lopen gewaarborgd is en onderlinge hoekver- βδ 01 ï 'i 2 draaiing van de drukrollen mogelijk is. Hiervoor worden de zogenaamde ”phase-lock-loop” regelingen toegepast, waarbij elke aandrijfmotor een eigen aspositiegever en een eigen vermogensregelaar heeft gekoppeld aan een digitaal regelende computer. Deze stelsels zijn technich zeer 5 geavanceerd, werken met onderhoudsgevoelige gelijkstroommotoren en zijn vrij duur.

De uitvinding beoogt bovengenoemde problemen te ondervangen en een stelsel te verschaffen dat relatief eenvoudig en goedkoop is.

10 Dit wordt bij een stelsel van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt dat de aandrijfmiddelen twee-polige synchrone motoren zijn die uit eenzelfde voedingseenheid worden gevoed, zodat synchrone loop gewaarborgd is en bij nullast de hoekposi-tie van het roterende gedeelte van de synchrone motoren, na het asyn-15 chrone aanloopinterval, voor alle motoren dezelfde is, en dat van de synchrone motoren het vaste gedeelte draaibaar is uitgevoerd om de hoek-posities van de roterende gedeelten van de synchrone motoren in te stellen. Door deze uitvoering kunnen betrekkelijk goedkope borstelloze synchrone motoren toegepast worden die praktisch geen onderhoud vereisen.

20 Door voor alle tweepolige synchrone motoren een gemeenschappelijke voe dingseenheid toe te passen die in frequentie en spanning regelbaar is, kan een synchrone snelheidsregeling van alle motoren teweeg gebracht worden.

Bij een verdere uitvoering volgens de uitvinding is 25 het vaste gedeelte van elke synchrone motor draaibaar in lagers opge— steld en voorzien van manuaal of electrisch bedienbare draaimiddelen. Deze bestaan bij voorkeur uit een tandkrans en een daarop ingrijpend en door een servomotor aangedreven rondsel.

Afgezien van het feit dat de stator- en rotorfunktie 30 verwisseld kunnen zijn, bestaat de synchrone motor uit een vast gedeelte, de met draaistroom gevoede bewikkelde stator en een roterend gedeelte, een rotor. In de stator ontstaat een roterend magnetisch veld, waarvan de rotatiesnelheid wordt bepaald door de requentie van het voedende net en het aantal polen van de statorwikkeling. Zo bedraagt de rotatie-35 snelheid van een tweepolige driefase-wikkeling bij een netfrequentie van 50 Hz dan 50 omw/sec of 3000 omw/min. De rotor bestaat in dit geval uit een magnetische Noordpool en Zuidpool, hetgeen wordt bereikt door de ro-torwikkelingen met gelijkstroom te voeden, dan wél door permanentmagne-ten toe te passen. De rotor zal - zolang niet teveel draaimoment wordt 8301077 3 ' ‘ verlangd - exact synchroon meedraaien met het roterende magnetische veld van de stator. Ten opzichte van het roterende statorveld zal een zekere naijling optreden welke afhankelijk is van de last of het draaimoment dat de rotor moet uitoefenen. De hoek waarmee de rotor naijlt ten op-5 zichte van het roterende statorveld heet ''lasthoek" en wordt groter naarmate de last groter is en kan bij een tweepolige motor ca. 45 ° bedragen. Bij te grote last valt de rotor "uit de pas" en zal tot stilstand komen. Om een synchrone motor bij een bepaalde opgedrukte frequentie te kunnen laten aanlopen is de rotor voorzien van een zogenaamde 10 aanloopkooi - als het kooianker van een asynchrone motor -, zodat de rotor aanloopt tot bijna synchroon lopen en vervolgens "in de pas" wordt getrokken en synchroon met het draaiveld van de stator gaat lopen. Het is duidelijk dat alleen bij een tweepolige synchrone motor de hoekposi— tie van de rotor waarbij deze in de pas wordt getrokken eenduidig be-15 paald is. Bij bijvoorbeeld een vierpolige resp. een zespolige synchrone motor kan de hoekpositie van de rotor waarbij deze in de pas wordt getrokken met 180° resp. 120 0 verschillend zijn.

Bij het stelsel volgens de uitvinding is het van wezenlijk belang dat de hoekposities van de rotoren van de synchrone moto-20 ren,*die elk een as aandrijven, exact en eenduidig bepaald zijn. Derhalve moeten tweepolige synchrone motoren worden toegepast. Door het variëren van de frequentie - en noodzakelijkerwijs van de spanning - van het stator voedende net, kan het synchrone toerental van de rotor exact worden geregeld. Door de synchrone motoren van alle assen uit een ge-25 meenschappelijk frequentie-geregeld net te voeden zullen na het "in de pas trekken" alle assen synchroon draaien en - afgezien van verschillen in lasthoek als gevolg van verschil in draaimomenten - dezelfde onderlinge hoekpositie hebben. Het frequentie-geregelde voedende net kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door middel van een in toerental regelbare 30 synchrone generator of door middel van een frequentieregelaar.

De gewenste instelbaarheid van de onderlinge hoekposities van de rotoren c.q. de assen wordt volgens de uitvinding verschaft door het verdraaien van de vaste gedeelten of statoren van de synchrone motoren ten opzichte van elkaar.

35 Het opheffen van de dan nog optredende verschillen in hoekposities als gevolg van verschillen in lasthoeken zal volgens de uitvinding worden verschaft door het meten van deze boekverschillen en het vervolgens corrigeren daarvan door een regeling welke inwerkt op de verstelling van de statorpositie.

850 1 07 7

w 'V

4

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld met verwijzing naar de bijbehorende tekeningen, waarin dezelfde onderdelen in de verschillende figuren met dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid en waarin: 5 Figuur 1 schematisch de hoekposities toont van gemeen schappelijk gevoede statoren en bijbehorende rotoren bij lasthoeken van 0° van een drietal synchrone motoren in het stelsel volgens de uitvinding;

Figuur 2 schematisch de hoekposities toont van de sta-10 toren en rotoren van figuur 1 bij verschillende lasthoeken;

Figuur 3 schematische de hoekposities toont van de statoren, waarbij enkele statorposities zijn verdraaid, en de rotoren van figuur 1 bij lasthoeken van 0°;

Figuur 4 schematisch de hoekposities toont van de sta-15 toren, waarbij enkele statorposities zijn verdraaid, en de rotoren van figuur 1 bij verschillende lasthoeken;.

Figuur 5 een aanzicht toont van een in het stelsel volgens de uitvinding toegepaste asynchrone motor voorzien van draaimid-delen voor het verdraaien van de stator; 20 Figuur 6 een blokschema toont van het stelsel volgens de uitvinding, waarin verschillen in lasthoeken nog niet worden gecompenseerd; en

Figuur 7 een blokschema toont van het stelsel van figuur 6, waarin verschillen in lasthoeken wel worden gecompenseerd.

25 In de figuren zijn door la, 2a, 3a en door lb, 2b, 3b respectievelijk de statoren en rotoren van de tweepolige synchrone motoren van het stelsel aangegeven, waarbij de statoren gemeenschappelijk worden gevoed door een voedingseenheid 5, zoals een frequentie- (en spannings-)regelaar of een in toerental regelbare synchrone generator.

30 In de figuren 1 tot 4 is de nulpositie symbolisch aangegeven door de punt in cirkel 4. De punten bij de statoren la tot 3a zijn markeerposi-ties in het statordraaiveld en zij draaien dus met synchrone snelheid rechtsom. Als een kijker met synchrone snelheid rechtsom mee zou draaien, staan de punten stil en geven zij als het ware de hoek aan ten op-35 zichte van de genoemde nulpositie. De punten bij de rotoren lb tot 3b zijn eveneens markeerposities die met synchrone snelheid rechtsom draaien. Het ware alsof statordraaiveld en rotoren met een gesynchroniseerde stroboscoop bekeken worden.

Figuur 1 toont bij deze wijze van beschouwing de posi-40 ties van de bij een drietal synchrone motoren behorende statordraaivel- 8601077 5 den. en rotoren als alle statoren in de mechanische nulpositie staan en er geen belastingen zijn, waardoor de lasthoeken dus 0° zijn.

Figuur 2 toont bij deze wijze van beschouwing de posities van de statordraaivelden en rotoren als alle statoren in de mecha-5 nische nulpositie staan en de lasthoeken respectievelijk 30°, 33° en 20° bedragen. Dat wil zeggen dat de rotoren naijlen op de statordraaivelden.

Figuur 3 toont bij deze wijze van beschouwing de posities van de statordraaivelden en rotoren als stator 1 in de mechanische 10 nulpositie staat, stator 2a voorijlend over 30° is verdraaid en stator 3a naijlend over 35° is verdraaid, waarbij de lasthoeken 0° zijn.

Figuur 4 toont bij deze wijze van beschouwing de posities van de statordraaivelden en rotoren als de mechanische posities van de statoren overeenkomen met die van figuur 3 en de lasthoeken respec-15 tievelijk 30°, 33° en 20° bedragen.

Figuur 5 toont een aan de as van een drukrol 19 gekoppelde synchrone motor 10 welke is voorzien van draaimiddelen voor het verstellen van de positie van de stator. De synchrone motor 10 is opge— hangen in twee lagers 12a en 12b. Een tandwielkast 13 is aan de aan-20 drijfzijde opgenomen om het toerental van de synchrone motor om te zetten naar het toerental voor de as van de drukrol 19. De lagers 12a en 12b kunnen ook worden aangebracht over de assen aan weerszijden van de tandwielkast 13. De draaibaar opgehangen motor 10 met tandwielkast 13 is bevestigd op een basisplaat 14 die aan het frame van de machine van de 25 drukrollen is gemonteerd. De cylindrische buitenmantel c.q. het vaste gedeelte van de motor 10 is voorzien van een rondom aangebrachte tandheugel 15. Op de basisplaat is een servomotor 16 gemonteerd met een rondsel 17 dat ingrijpt op de tandheugel 15. Aan de niet-aandrijfzijde van de motor is een aspositiegever 8, zoals een pulsgenerator, gemon-30 teerd die nodig is wanneer verschillen in lasthoeken moeten worden gecompenseerd. Door de servomotor 16 linksom of rechtsom te laten draaien wordt de positie van de stator en derhalve de hoekpositie van de rotoras ingesteld. Op de as van het rondsel kan aan de van de servomotor afgekeerde zijde een handwiel zijn gemonteerd om, zonodig de verstelling van 35 de stator manuaal uit te voeren.

De synchrone motor kan voorzien zijn van middelen, zoals een micro-schakelaar, die op de grondplaat is gemonteerd en samenwerkt met een nok op het statorhuis, zodanig dat bij inschakeling van de spanning het statorhuis automatisch naar zijn nulpositie gaat.

8301077 6 «

Figuur 6 geeft een blokschema van het stelsel voor het verstellen van de statoren van een drietal tweepolige synchrone motoren. Zoals in de figuren 1 tot 4 is aangegeven worden de statoren la, lb, lc gevoed door een gemeenschappelijke voedingseenheid 5, zoals een freqeun-5 tie-regelaar. De electrische lokale stuureenheden 9a, 9b, 9c regelen de besturing van de afzonderlijke stappenmotoren 16a, 16b, 16c en zijn aangesloten op een electrische centrale stuureenheid 20. De lokale stuureenheden 9a, 9b, 9c zijn bijvoorbeeld elk voorzien van een in graden geijkt weergeeforgaan 6a, 6b, 6c, een -fbedieningsdrukknop 7a, 7b, 7c voor 10 de positieve draairichting, en een -bedieningsdrukknop 8a, 8b, 8c voor de negatieve draairichting.

Als hoofdservomotor kan 16a beschouwd worden. De voor-ijling of naijling ten opzichte van deze motor van de andere servomoto-ren 16b en 16c kan worden verkregen door het indrukken van de +drukknop-15 pen 7b en 7c of de -drukknoppen 8b en 8c van de lokale stuureenheden 9b en 9c. De ingestelde stand van deze regeling voor een bepaald produkt wordt uitgelezen en centraal opgeslagen in het geheugen van de centrale stuureenheid 20.

De servomotor 16 kan bijvoorbeeld een gelijkstroomser-20 vomotor of een stappenmotor zijn. Indien een stappenmotor wordt toegepast kan op eenvoudige wijze de hoekpositie van de stator worden bijgehouden, uitgelezen en opgeslagen in het geheugen van de centrale stuureenheid 20. Stel er wordt gebruik gemaakt van een servomotor met 1000 stappen per omwenteling, en de overbrengverhouding tussen rondsel 17 en 25 tandheugel 15 van figuur 5 is zodanig dat een omwenteling van de servomotor overeenkomt met een hoekverdraaiing van de stator van bijvoorbeeld 10°. Dan komt een stap van de servomotor overeen met een hoekverdraaiing van de stator van 0,01°. Indien de nulpositie van de stator overeenkomt met de nulpositie van de servomotor, en het aantal stappen in 30 positieve of negatieve zin door de centrale stuureenheid accumulatief wordt bijgehouden, zal de exacte statorstand op elk moment bekend zijn.

Wanneer alle hoekposities door middel van de + en -drukknoppen goed zijn ingeregeld voor de produktie van een bepaald produkt "x", dan zullen deze posities als "recept" voor dat produkt ”x" 35 door middel van een bepaald commando in het geheugen van de centrale stuureenheid zijn opgeslagen. Indien later hetzelfde produkt "x" weer geproduceerd moet worden, worden de standen van de stappenmotoren doorgegeven aan de lokale stuureenheden die de posities van de statoren in de voor dat produkt juiste hoekposities brengen.

8601077 7 . ;

Bij het stelsel volgens figuur 6 zullen de hoekposi-ties van de assen ten opzichte van de statoren of vaste gedeelten af kunnen wijken als gevolg van draaimomentbelastingen en verschillen in lasthoeken derhalve. De werkelijke afwijkingen op de drukroliën zullen 5 als gevolg van de omzetverhouding van de tandwielkast kleiner zijn.

Zolang de draaimomentbelastingen van alle assen van de drukrollen gelijk zijn en reproduceerbaar zijn, zullen de lasthoeken van de synchrone motoren alle gelijk zijn waardoor ook de relatieve hoekposities van de assen onderling gelijk zijn.

10 Figuur 7 geeft een blokschema van het stelsel waarin ook eventuele verschillen in lasthoeken worden gecorrigeerd zodat de hoekposities van alle assen bij verschillende lasthoeken exact zijn bepaald. Hiertoe zijn aan de assen van de synchrone motoren aspositiege-vers 9a, 9b, 9c gekoppeld. Deze aspositiegevers of pulsgeneratoren kun-15 nen bijvoorbeeld per omwenteling 360 pulsen afgeven. Elke pulsgenerator geeft op het moment, dat een as de neutrale of '*nul"-positie passeert, een zogenaamde nulpuls of synchroniseerpuls af. De nulpulsen en positie-pulsen van alle pulsgeneratoren worden toegevoerd aan de centrale stuur-eenheid 20. De stator la van de hoofdmotor blijft in de nulpositie. Wan-20 neer de rotor van de hoofdmotor bijvoorbeeld 10° naijlt als gevolg van de belasting zal de nulpuls van de op deze as gekoppelde pulsgenerator tien pulsen later komen. De nulpuls van de hoofdas geldt als referentie voor alle andere assen. Indien bij het instellen van de gehele drukma-chine blijkt dat een goed drukresultaat wordt verkregen als de tweede as 25 21° naijlt (= 21 pulsen) ten opzichte van de hoofdas zal de centrale stuureenheid 20 via de lokale stuureenheid 9b een zodanige correctie, doorgeven aan de stappenmotor 16b, dat de stator lb van de synchrone motor van de tweede as zodanig wordt verdraaid dat de nulpuls van de tweede as 21 pulsen later komt.

30 Wanneer de belasting van de tweede as gedurende het produktieproces verandert zal de stator lb een correctie ondergaan zodanig dat de 21 pulsen naijling blijft gehandhaafd. Hetzelfde geldt voor alle andere "slaaf"-assen«

Het zal duidelijk zijn dat bij dit stelsel de noodzaak 35 voor het toepassen van een stappenmotor als servomotor voor de stator-verstelling niet meer essentieel is. Immers de informatie, waarmee het stuurstelsel werkt, zijn de nulpulsen en de hoekpositiepulsen en niet het aantal stappen van de stappenmotor. Bij dit stelsel kunnen de servo-motoren bijvoorbeeld ook wissel- of gelijkstroommotoren zijn die in twee 40 richtingen kunnen worden aangedreven.

8301077

Claims (7)

1, Stelsel voor het in snelheid regelbaar en hoeksyn-chroon aandrijven van een aantal assen, waarbij de hoekposities van de 5 assen onderling instelbaar zijn en constant gehouden moeten worden onder toepassing van telkens met elke as gekoppelde aandrijfmiddelen, met het kenmerk, dat de aandri jfmiddelen tweepolige synchrone motoren zijn die uit eenzelfde voedingseenheid worden gevoed, zodat synchrone loop gewaarborgd is en bij nullast de hoekpositie van het roterende 10 gedeelte van de synchrone motoren, na het asynchrone aanloopinterval, voor alle motoren dezelfde is, en dat van de synchrone motoren het vaste gedeelte draaibaar is uitgevoerd om de hoekposities van de roterende gedeelten van de synchrone motoren in te stellen.

2. Stelsel volgens conclusie l,met het 15. e n m e r k, dat de voor alle tweepolige synchrone motoren gemeenschappelijke voedingseenheid in frequentie en spanning regelbaar is uitgevoerd zodat synchrone snelheidsregeling van alle motoren mogelijk is.

3* Stelsel volgens conclusie 1, m e t het k e n m e r k, dat het vaste gedeelte van elke synchrone motor draaibaar 20 in lagers is opgesteld en voorzien is van door manuaal of electrisch be-dienbare draaimiddelen.

4. Stelsel volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat de draaimiddelen bestaan uit een tandkrans op het genoemde vaste gedeelte en een daarop ingrijpend rondsel dat door een ser- 25 vomotor wordt aangedreven.

5. Stelsel volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de servomotor een stappenmotor is die door een elec-trische lokale stuureenheid wordt gestuurd die een manuaal bedienbaar stuurorgaan bevat om de stappenmotor in positieve of negatieve richting 30 te sturen en die het aantal afgelegde stappen registreert en afgeeft aan een electrische centrale stuureenheid.

6. Stelsel volgens conclusie 5, m e t het kenmerk, dat aan het roterende gedeelte van elke synchrone motor een aspositiegever is gekoppeld die, wanneer de as van het roterende ge— 35 deelte zijn nulpositie passeert, een nulpuls afgeeft aan de centrale stuureenheid, zodat de hoekpositie van dat roterende gedeelte vergeleken wordt met de hoekpositie van het roterende gedeelte van een als hoofdmotor fungerende synchrone motor, en de hoekpositie van het bijbehorende vaste gedeelte via de lokale stuureenheid dienovereenkomstig ingesteld 40 wordt. 860 1 07 7 . 9

7. Stelsel volgens conclusie 6, waarbij de genoemde assen met zeefdrukrollen, persdrukrollen of dergelijke, zoals voor textiel of drukprocessen, zijn gekoppeld, met bet kenmerk, dat in de centrale stuureenheid telkens voor elk proces de hoekposities van 5 de vaste gedeelten van de synchrone motoren worden opgeslagen in een geheugen, waaruit zij voor elk uit te voeren proces afroepbaar zijn voor het instellen van de vereiste hoekposities van de vaste gedeelten van de synchrone motoren. 8601077