Einrichtung zur Verminderung des Ungleichförmgkeitsgrades der Drehzahl
eines drehzahlgeregelten Elektromotors für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem
Lastmoment Für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Arbeitsmomerif
wird häufig ein Antrieb mit geringem Ungleichförmigkeitsgrad der Drehzahl gewünscht.
Dies gilt besonders für Antriebe von Kolbenkompressoren, die in der chemischen Industrie
angewendet werden. Zur Verkleinerung des Ungleichförmigkeitsgrades hat man bisher
auf der Welle des Antriebsmotors Schwungscheiben angeordnet. Wird die Drehzahl des
Antriebs in einem weiten Bereich geändert, so steht die Trägheit der Schwungmassen
der Forderung nach schneller Drehzahländerung entgegen. Diese Schwierigkeiten werden
durch die neue Steuereinrichtung beseitigt, da keine zusätzlichen Schwungmassen
bei einem vorgegebenen kleinen Ungleichförrpigkeitsgrad erforderlich . sind oder
zumindest die Masse der Schwungscheiben gegenüber den bisher verwendeten bei gleichem
Ungleichförmigkeitsgrad stark verkleinert werden kann.Device for reducing the degree of irregularity of the speed
a speed-controlled electric motor for work machines with periodically angle-dependent
Load torque For work machines with periodically angle-dependent work torque
a drive with a low degree of irregularity in the speed is often desired.
This is especially true for drives of reciprocating compressors used in the chemical industry
be applied. In order to reduce the degree of non-uniformity, one has hitherto
Flywheels are arranged on the shaft of the drive motor. If the speed of the
Drive changed in a wide range, so is the inertia of the flywheels
contrary to the demand for rapid speed changes. These difficulties will be
eliminated by the new control device, since no additional centrifugal masses
required for a given small degree of inequality. are or
at least the mass of the flywheels compared to those previously used with the same
The degree of nonuniformity can be greatly reduced.
Es sind Einrichtungen zur Steuerung von elektrischen Werkzeug- oder
Arbeitsmaschinenantrieben bekanntgeworden, bei denen zum Ausgleich kurzzeitiger
Belastungsstöße der Einspeisung des Antriebsmotors in Abhängigkeit vom Einsatz der
stoßartigen Belastung Zusatzgrößen zugeführt werden, so daß die Drehzahl des Antriebsmotors
konstant ist. Die bisherigen Lösungen genügen jedoch nicht den Erfordernissen, die
an hochwertige Antriebe gestellt werden, da diese Zusatzgrößen durch Versuche festgestellt
werden und somit eine bestmögliche Lösung nur schwer erreichbar ist.There are devices for controlling electrical tool or
Work machine drives have become known in which to compensate for short-term
Load surges of the infeed of the drive motor depending on the use of the
shock load additional variables are supplied, so that the speed of the drive motor
is constant. However, the previous solutions do not meet the requirements that
must be placed on high-quality drives, as these additional variables have been determined through tests
and thus the best possible solution is difficult to achieve.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verminderung des
Ungleichförmigkeitsgrades der Drehzahl eines drehzahlgeregelten Elektromotors für
Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Lastmoment, bei der die Drehzahl
des Motors in Abhängigkeit von einer Steuergröße geregelt wird, die der Summe aus
der Regelabweichung und Zusatzgrößen proportional ist. Die Erfindung besteht darin,
daß. die Zusatzgrößen zur Nachbildung des Drehmomentverhaltens der Arbeitsmaschine
durch mehrere Spannungsgeber gebildet werden, deren Spannungen nach Größe und Phasenlage
entsprechend der Fourieranalyse des vorliegenden Drehmomentverlaufs der Arbeitsmaschine
bemessen sind.The invention relates to a device for reducing the
Degree of irregularity in the speed of a speed-controlled electric motor for
Working machines with periodically angle-dependent load torque at which the speed
of the motor is regulated as a function of a control variable that is the sum of
is proportional to the control deviation and additional variables. The invention consists in
that. the additional variables to simulate the torque behavior of the driven machine
are formed by several voltage generators, their voltages according to size and phase position
according to the Fourier analysis of the present torque curve of the driven machine
are sized.
Nimmt das Drehmoment in Abhängigkeit vom Drehwinkel einen nicht rein
sinusförmigen Verlauf, so werden zur Nachbildung des Kurvenverlaufs mehrere Spannungsgeber
verwendet, deren Spannungen nach Größe und Phasenlage entsprechend der Fourieranalyse
des gegebenen Drehmomentverlaufs bemessen sind. Die Summe der einzelnen Ausgangsspannungen
der Spannungsgeber entspricht dann dem Drehmomentverlauf. Auf diese Weise ist es
möglich, praktisch jede periodische Kurvenform nachzubilden.Does the torque not take you in depending on the angle of rotation
sinusoidal curve, several voltage transmitters are used to simulate the curve shape
used, their voltages according to size and phase position according to the Fourier analysis
of the given torque curve are dimensioned. The sum of the individual output voltages
the voltage transmitter then corresponds to the torque curve. That way it is
possible to reproduce practically any periodic waveform.
Zur Bildung der Zusatzgrößen werden bei rein sinusförmig verlaufendem
Drehmoment nur zwei Geber mit der Motorwelle gekuppelt, bei denen an den Ausgangsklemmen
des einen eine dem Sinus und an den Ausgangsklemmen des anderen eine dem Kosinus
des Drehwinkels T, proportionale Spannung liegt. Ferner ist mit der Motorwelle ein
Gleichstromtachodynamo gekuppelt, dessen Erregerwicklung über eine phasengetreue
Gleichrichterschaltung an den Kosinus-q;-Geber angeschlossen ist, während der Sinus-@p-Geber
über eine ebenfalls phasengetreue Gleichrichterschaltung mit der Ankerwicklung des
Tachodynamos in Reihe geschaltet ist, so daß die resultierende Spannung dieser Reihenschaltung
den Zusatzgrößen proportional ist. Die als resultierende Spannung wiedergegebenen
Zusatzgrößen werden in Reihe mit einer die Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahl,
also die Regelabweichung, wiedergebenden Spannung gelegt. Die Summe aus beiden Spannungen
wirkt als Steuergröße auf ein Steuergerät, das die Drehzahl des Antriebsmotors beeinflußt.In order to form the additional variables, the purely sinusoidal
Torque only two encoders are coupled to the motor shaft, those at the output terminals
one to the sine and at the output terminals of the other one to the cosine
of the angle of rotation T, proportional voltage is present. It is also connected to the motor shaft
DC tacho dynamo coupled, the excitation winding of which has a true phase
Rectifier circuit is connected to the cosine q; encoder, while the sine @ p encoder
Via a phase-correct rectifier circuit with the armature winding of the
Tachodynamos is connected in series, so that the resulting voltage of this series connection
is proportional to the additional quantities. The expressed as the resulting voltage
Additional variables are shown in series with the difference between the target and actual speed,
so the system deviation, reproducing voltage placed. The sum of both tensions
acts as a control variable on a control unit that influences the speed of the drive motor.
Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, die in einem
Ausführungsbeispiel die
Schaltung der neuen Steuereinrichtung für
einen Kolbenkompressorantrieb wiedergibt, bei dem ein mit dem Drehwinkel rein sinusförmig
verlaufendes Drehmoment als gegeben unterstellt wird.For a more detailed explanation, reference is made to the drawing, which is in a
Embodiment the
Circuit of the new control device for
a piston compressor drive reproduces in which a purely sinusoidal with the angle of rotation
running torque is assumed as given.
Mit 1 ist ein Drehstromnetz; mit 2 ein Gleichstromnetz bezeichnet.
An die Hauptleiter des Drehstromnetzes ist ein Transformator 3 für ein gittergesteuertes
sechsanodiges Gleiphrichtergefäß 4 angeschlossen. Die Anoden des Gleichrichtergefäßes
4 sind mit den Sekundärwicklungen des Transformators 3 verbunden. Der Anker 5 eines
Gleichstrommotors ist an die Kathode des Gleichrichtergefäßes 4 und an den Sternpunkt
der Sekundärwicklungen des Transformators 3 angeschlossen. Die Erregerwicklung -6
des Antriebsmotors ist an ein Gleichstromnetz 2 angeschlossen. Mit der Welle des
Gleichstrommotors ist ein Kolbenkompressor 7 gekuppelt. Mit der Welle des Gleichstrommotors
sind ferner ein Tachodynamo 8 zur Bildung einer der Drehzahl proportionalen Spannung
und ein Tachodynamo 9, 16 gekuppelt. Die Erregerwicklung des Tachodynamos 8 ist
an das Gleichstromnetz 2 angeschlossen. Ferner sind über je ein Getriebe 10 und
11 ein Kosinus-qg-Geber 12 und ein Sinus-99-Geber 13 mit der Welle des Antriebsmotors
gekuppelt. Der Kosinus-q9-Geber 12 und der Sinus-9p-Geber 13 sind an ein nicht dargestelltes
Wechselstromnetz angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der beiden Geber 12 und 13 sind
je für sich mit einer phasengetreuen Gleichrichterschaltung 14 und 15 verbunden.
Mit den Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung 14 ist die Erregerwicklung 16
des Tachodynamos 9, 16 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung
15 liegen in Reihe mit der Ankerwicklung 9 des Tachodynamos 9, 16, der Ankerwicklung
des Tachodynamos 8 und den Abgriffen eines einstellbaren Widerstandes 17. Der einstellbare
Widerstand 17 ist seinerseits an eine nicht dargestellte Gleichspannungsquelle angeschlossen.
Ferner liegen in dem beschriebenen Kreis die Eingangsklemmen eines Gittersteuergerätes
18. Das Steuergerät 18 beeinflußt die Gitterspannung des Gleichrichtergefäßes 4.With 1 is a three-phase network; with 2 denotes a direct current network.
To the main conductor of the three-phase network is a transformer 3 for a grid-controlled
six-anodic equilibrium funnel vessel 4 connected. The anodes of the rectifier vessel
4 are connected to the secondary windings of the transformer 3. The anchor 5 one
DC motor is connected to the cathode of the rectifier vessel 4 and to the star point
the secondary windings of the transformer 3 connected. The excitation winding -6
of the drive motor is connected to a direct current network 2. With the wave of
A reciprocating compressor 7 is coupled to the DC motor. With the shaft of the DC motor
are also a speedometer 8 to form a voltage proportional to the speed
and a speedometer 9, 16 coupled. The excitation winding of the speedometer 8 is
connected to the direct current network 2. Furthermore, a transmission 10 and
11 a cosine qg encoder 12 and a sine 99 encoder 13 with the shaft of the drive motor
coupled. The cosine q9 encoder 12 and the sine 9p encoder 13 are connected to a not shown
AC mains connected. The output terminals of the two encoders 12 and 13 are
each connected to an in-phase rectifier circuit 14 and 15.
The field winding 16 is connected to the output terminals of the rectifier circuit 14
of the speedometer 9, 16 connected. The output terminals of the rectifier circuit
15 are in series with the armature winding 9 of the speedometer 9, 16, the armature winding
of the speedometer 8 and the taps of an adjustable resistance 17. The adjustable
Resistor 17 is in turn connected to a direct voltage source, not shown.
Furthermore, the input terminals of a grid control device are located in the circle described
18. The control unit 18 influences the grid voltage of the rectifier vessel 4.
Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung beruht darauf, daß der Differenz
aus der Spannung an dem Tachodynamo 8 und der Sollwertspannung am einstellbaren
Widerstand 17 Zusatzgrößen zugeführt werden, die dem Ausdruck sin 9p -I- p - cos
99 proportional sind. Durch diese Zusatzgrößen wird der Verlauf des drehwinkelabhängigen
Drehmomentes der Arbeitsmaschine wiedergegeben und als Führungsgröße in den Steuerkreis
eingeführt. Dabei bildet der Geber 13 eine Spannung, die dem Sinus des Drehwinkels
(p proportional ist. Diese Spannung wird phasengetreu in der Gleichrichterschaltung
15 gleichgerichtet. An der Erregerwicklung 16 des Tanchodynamos 9, 16 liegt eine
Spannung, die dem Kosinus des Drehwinkels 9p proportional ist. Sie wird gebildet
durch die Gleichrichterschaltung 14, die ihrerseits an den Ausgangsklemmen des Kosinus-(p-Gebers
12 angeschlossen ist. Da die Ankerwicklung 9 des Tachodynamos 9, 16 auf der Welle
zwischen Motor 5 und Kompressor 7 angeordnet ist, dreht sie sich mit der Drehzahl
des Antriebsmotors 5. In der Ankerwicklung 9 wird somit eine Spannung induziert,
die dem Ausdruck (p - cos q7 proportional ist.The mode of operation of the new device is based on the fact that the difference between the voltage at the speedometer 8 and the setpoint voltage at the adjustable resistor 17 are supplied with additional variables which are proportional to the expression sin 9p -I- p - cos 99 . These additional variables reproduce the course of the torque of the driven machine, which is dependent on the angle of rotation, and are introduced into the control circuit as a reference variable. The encoder 13 generates a voltage which is proportional to the sine of the angle of rotation (p. This voltage is rectified in the correct phase in the rectifier circuit 15. A voltage is applied to the excitation winding 16 of the Tanchodynamos 9, 16 which is proportional to the cosine of the angle of rotation 9p. It is formed by the rectifier circuit 14, which in turn is connected to the output terminals of the cosine (p-encoder 12. Since the armature winding 9 of the speedometer 9, 16 is arranged on the shaft between the motor 5 and the compressor 7, it rotates with the Speed of the drive motor 5. A voltage is thus induced in the armature winding 9 which is proportional to the expression (p - cos q7.
Wird an Stelle eines Gleichstrommotors für den Antrieb einer Arbeitsmaschine
mit periodisch drehwinkelabhängigem Arbeitsmoment ein Drehstrommotor vorgesehen,
so sind folgende Änderungen gegenüber der Anordnung nach dem Ausführungsbeispiel
erforderlich: Bei Speisung des Drehstrommotors durch einen Frequenzumformer wirkt
das Steuergerät auf die Frequenzverstelleinrichtung des Frequenzumformers. Bei einer
Regelung der Drehzahl des Drehstrommotors durch die Ständerspannung ist ein Stelltransformator
zwischen der Primärwicklung des Antriebsmotors und dem speisenden Netz erforderlich.
Das Steuergerät 18 wirkt dann auf die Stelleinrichtung des Stelltransformators.
Bei Verwendung eines Drehstrommotors, dessen Drehzahl durch Änderung des Läuferwiderstandes
geregelt wird, wirkt das Steuergerät 18 auf die Verstelleinrichtung für den Läuferwiderstand.Used in place of a DC motor to drive a machine
A three-phase motor is provided with a periodic torque dependent on the angle of rotation,
so are the following changes compared to the arrangement according to the embodiment
Required: When the three-phase motor is supplied by a frequency converter, it is effective
the control unit to the frequency adjustment device of the frequency converter. At a
A variable transformer regulates the speed of the three-phase motor by means of the stator voltage
required between the primary winding of the drive motor and the supply network.
The control device 18 then acts on the adjusting device of the variable transformer.
When using a three-phase motor, its speed by changing the rotor resistance
is regulated, the control unit 18 acts on the adjustment device for the rotor resistance.