DE1438856C3

DE1438856C3 - Antrieb für Walzwerke

Info

Publication number: DE1438856C3
Application number: DE1438856A
Authority: DE
Inventors: Per Civ.-Ing. Kain; Vilmos Dipl.-Ing. Toeroek
Original assignee: Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1963-11-04
Filing date: 1963-12-11
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE1438856B2; US3353384A; DE1438856A1; BE655268A; GB1080488A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Walzwerke mit zwei durch je einen Elektromotor angetriebenen Arbeitswalzen, bei dem die Motoren durch das Walzgut miteinander verbunden sind, je für sich mit einer einstellbaren Geschwindigkeit über einen eine unterlagerte Stromregelung besitzenden Regelkreis antreibbar sind und eine Vorrichtung zum Lastausgleich zwischen den Motoren vorgesehen ist, die auf die Drehzahlregler einwirkt.

Es ist in der deutschen Zeitschrift »BBC-Mitteilungen«, Bd. 48, Nr. 11/12, 1961, S. 606/607, bereits angedeutet, daß man in Zukunft mehr und mehr auf eine direkte Regelung von mechanischen Größen übergehen wird. Bisher sind praktisch alle Regelungen auf elektrische und bestimmte mechanische Größen des Antriebs, also z. B. Strom und Drehzahl, bezogen, während die eigentlichen Prozeßvariablen nicht direkt geregelt sind.

Für die Einstellung der Drehmomente ist es bereits bekannt (deutsche Zeitschrift »Siemens-Zeitschrift«, 34. Jahrgang [1960], Heft 10, S. 653 bis 656), mit Hilfe von Hall-Generatoren die Ankerströme beider Motoren potentialfrei zu messen und diese Größe als Maß für die Drehmomente der Motoren der auf die Drehzahlregler wirkenden Vorrichtung zum Lastausgleich aufzuschalten. Mit dem Ankerstrom läßt sich jedoch nur eine Größe für das innere Motorenmoment gewinnen, so daß auch die von Hall-Generatoren erzeugten Spannungen für Regelzwecke wenig geeignet sind, da sie kein genaues Abbild des Drehmomentes darstellen.

Aufgabe der Erfindung ist, den Antrieb für ein Walzwerk der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß mit ihm eine exakte Lastverteilung zwischen den beiden Motoren vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an jeder Motorwelle oder an der die Walze antreibenden Welle ein das Drehmoment in einem direkten elektrischen Meßverfahren bestimmender Torsionsmesser angebracht ist, dessen Ausgangsgröße zum Lastausgleich jeweils dem Drehzahlregler des anderen Motors gleichsinnig mit dem Drehzahlsollwert aufgeschaltet ist.

Man erfaßt somit das abgegebene Drehmoment des Motors direkt, also nach Abzug der Verluste, und man kann hierbei direkt das ausgeübte Drehmoment der beiden Motoren beeinflussen. Mittels

ίο dieser Anordnung kann man auch ohne Umrechnung mit Rücksicht auf Verluste verschiedener Art direkt eine gewünschte Lastverteilung zwischen den beiden parallelarbeitenden Motoren erhalten. Die Schwungmassen und die Verluste der Motoren wirken sich praktisch nicht mehr aus. Durch die Meßgrößen der Torsionsmesser kann daher eine exakte Regelung mit kleiner Zeitkonstante erhalten werden, beispielsweise eine Regelung der Belastungsverteilung zwischen den Motoren des Antriebes auf einen gewünschten Wert.

Weiter kann die Ausgangsgröße jedes Torsionsmessers auch den Regelorganen des zugehörigen Motors zugeführt werden. Man kann auch die Ausgangsgrößen beider zu einer resultierenden zusammensetzen, entsprechend der jeweiligen Belastungsverteilung zwischen beiden Motoren, und diese Größe dem Regelorgan des Motors zuführen, um die Belastungsverteilung auf einen gewünschten Wert zu regeln, beispielsweise 1:1. Man kann auch die Meßgrößen zu einer der Summe der Walzmomente beider Motoren entsprechenden Meßgröße zusammenfassen und diese den Regelorganen des entsprechenden Motors zuführen, um die statische Kompoundierung des Regelsystems zu beeinflussen, d. h. die Neigung der Kurve, die die Abhängigkeit des Walzmomentes von der Drehzahl wiedergibt. Die genannten beiden resultierenden Ausgangsgrößen können weiter kombiniert werden, um eine geeignete Charakteristik des Regelsystems zu erreichen. Es ist offenbar, daß man die Möglichkeit hat, diese Kombination für verschiedene Betriebsverhältnisse zu ändern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Walzwerk mit Duplexantrieb,

F i g. 2 zwei hintereinanderliegende Walzenstühle eines kontinuierlich oder umkehrbar arbeitenden Walzwerkes und

F i g. 3 einen PI-Verstärker.

F i g. 1 zeigt ein Walzwerk mit zwei Arbeitswalzen 11 und 12. Die Arbeitswalze 11 wird von einem Motor 13 angetrieben und die Arbeitswalze 12 von einem Motor 14. An den Wellen der Motoren 13 und 14 oder an den diese mit Walzen 11 bzw. 12 kuppelnden Wellen sind Torsionsmesser 15 und 16 angebracht, die das von jedem Motor abgegebene Drehmoment M₁ bzw. M₂ messen. Die Torsionsmesser 15, 16 können verschiedener Art sein und bei einer Welle aus magnetostriktivem Material beispielsweise aus einer Anordnung bestehen, die mit drei im wesentlichen gleichen Magnetkernen die Welle umschließt und bei der die Kerne wie Statoren und Rotoren mit ausgeprägten Polen ausgeführt sind. Von den Magnetkernen hat einer eine Magnetisierungswicklung, die an einer Wechselstromquelle angeschlossen ist, die beiden anderen haben eine Meßwicklung, die an einem elektrischen Meßorgan angeschlossen ist. Die drsi Magnetkerne sind neben-

einander in einem axial festgelegten Abstand voneinander angeordnet und im Verhältnis zueinander um im wesentlichen eine halbe Polteilung gedreht, so daß die in der Meßwicklung induzierte Spannung von der von der Torsionsbeanspruchung hervorgerufenen magnetischen Anisotropie in der Welle abhängig ist. Eine solche Anordnung ist z. B. in der deutschen Patentschrift 1 150 225 beschrieben und nicht Gegenstand dieser Erfindung.

Jeder Motor 13, 14 hat in herkömmlicher Weise einen Regelkreis 17 bzw. 18, in dem der Ankerstrom abgetastet und eine entsprechende Meßgröße den Regelorganen der Motoren 13 bzw. 14 zugeführt wird. In der Zeichnung ist das Regelorgan eine regelbare Speiseanordnung für den Anker und mit 19 bzw. 20 bezeichnet. Es könnte aber auch eine Speiseanordnung für das Erregerfeld der Motoren sein. Die Ausgangsgrößen der Torsionsmesser, die dem abgegebenen Drehmoment M₁ bzw. M₉ entsprechen, werden den Regelorganen des eigenen Motors über Leitungen 21 bzw. 22 zugeführt, und zwar der Eingangsseite eines proportional-integrierenden Verstärkers 23 bzw. 24 (PI-Verstärker) mit Strombegrenzung, d. h., der Verstärker hat eine auf einen Maximalwert begrenzte Ausgangsamplitude. Die Anordnung 23 bzw. 24 wirkt dadurch strombegrenzend, da die Ausgangsgröße mit der des Regelkreises 17 bzw. 18 verglichen wird. Die Absicht ist, eine Überbelastung der Motoren zu verhindern. Über die Leitungen 21 bzw. 22 werden die Ausgangsgrößen von 15 bzw. 16 so zugeführt, daß eine Gegenkopplung von M₁ erhalten wird. Die Ausgangsgrößen der Torsionsmesser 15, 16 werden über Leitungen 28 und 29 jeweils auch den Regelorganen 19, 20 des anderen Motors (M₁ zu 14, M₂ zu 13) zugeführt, und zwar so, daß eine Rückkopplung erhalten wird. Sie werden der Ein-

gangsseite eines proportionalen Verstärkers 25, 26 mit begrenzter Ausgangsamplitude und der Verstärkung 1:1 (k = 1) zugeführt. Die Ausgangsseite dieses Verstärkers ist an die Eingangsseite des PI-Verstärkers 23 bzw. 24 geschaltet.

Die Ausgangsgrößen der Torsionsmesser sind innerhalb des interessierenden Meßbereiches praktisch proportional den Drehmomenten M₁ bzw. M₂. Für die dem Motor vom zugehörigen Torsionsmesser zugeführte Meßgröße wird der Proportionalitätsfaktor gleich k_f+k_n gewählt, wobei k_f ein dem Grad der Lastverteilung entsprechender Koeffizient und k_n der Grad der statischen Kompoundierung ist. Für die vom gleichen Torsionsmesser dem anderen Motor zugeführte Meßgröße wird der Proportionalitätsfaktor gleich k_f—k„ gewählt, wobei normalerweise k, immer größer als k_n ist. Die resultierenden Meßgrößen werden somit am Eingang von 23:

+ (k_f - k_n) ■ M₂ - (k_f + k_n) · M₁ = -Ic₁(M₁ - M₂) - ^_n(M₁ + M₂).

Der Ausdruck -A^(M₁-M,) kennzeichnet die Belastungsverteilung und der Ausdruck — A₇₁(M₁+ M_s) die Neigung der Kurve Walzmoment-Drehzahl, d. h. die sogenannte Statik. Die den Regelorganen 20 zugeführte Meßgröße ist dann:

Durch Variieren der Werte k_f und A_n, d. h. der Rückkopplungsgrade, kann man das System mehr oder weniger im Hinblick auf Belastung und Statik regeln. Die Drehmomentgrenze vom Verstärker 25 bzw. 26 ist

- M₁) - Ar_n(M₂ + M₁).

k_n)-M

I max

bzw. (k, + k„) · M₂

wobei M_lmax und M_2max maximal zugelassene Drehmomente an den Torsionsmessern 15 bzw. 16 sind. Indem die Ausgangsgrößen vom Verstärker 25 bzw. 26 mit einer dem Drehmoment entsprechenden Meßgröße an der Eingangsseite des PI-Verstärkers 23 bzw. 24 verglichen werden, erreicht man, daß die Verstärker 25 und 26 drehmomentbegrenzend sind. Hierdurch kann eine allzu große Ausgangsgröße eines Torsionsmessers des anderen Motors oder einer anderen Meßgröße, z. B. eine von der Drehzahlregelung her, nicht eine mechanische Überbelastung des Motors und der von ihm angetriebenen Teile verursachen.

Die Drehzahl der Motoren 13, 14 wird durch Tachometergeneratoren 30, 31 gemessen, ihre Ausgangsgrößen sowie eine Geschwindigkeitsbezugsgröße (Leitung 27) werden der Eingangsseite der Verstärker 25 bzw. 26 zugeführt.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat zwei Motoren, aber die Erfindung ist auch auf Walzwerke mit mehreren Walzenstühlen mit Duplexbetrieb anwendbar. Auch zwischen den verschiedenen Walzenstühlen können die Belastungsverteilung und eine gewisse Regelstatik, d. h. eine bestimmte Neigung der Walzdrehmoment - Drehzahlkurve, aufrechterhalten werden.

Eine Regelung zwischen zwei Motoren, die zu verschiedenen Walzenstühlen einer kontinuierlich oder umkehrbar arbeitenden Walzenstraße gehören, ist in F i g. 2 gezeigt. Der Motor 32 treibt die untenliegende Arbeitswalze 34 im Walzenstuhl 35 und der Motor 33 die untenliegende Arbeitswalze im Walzenstuhl 37 an. Torsionsmesser 38 und 39 sind in derselben Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Regelorgan 40 bzw. 41 des eigenen oder des anderen Motors je über einen PI-Verstärker 42 bzw. 43 mit Strombegrenzung verbunden. Die Meßgröße vom Torsionsmesser des jeweils anderen Motors wird der Eingangsseite eines proportionalen Verstärkers 44 bzw. 45 mit Drehmomentbegrenzung zugeführt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenigstens in der Hauptsache auf eine gewisse Neigung der Kurve Walzdrehmoment-Drehzahl zu regeln. Die genannte Anordnung kann vorteilhaft mit einer Anordnung nach F i g. 1 kombiniert werden. Die PI-Verstärker können gewöhnliche Verstärker sein, denen ein Widerstand in Reihe mit einer Kapazität parallel geschaltet ist (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antrieb für Walzwerke mit zwei durch je einen Elektromotor angetriebenen Arbeitswalzen, bei dem die Motoren durch das Walzgut miteinander verbunden sind, je für sich mit einer einstellbaren Geschwindigkeit über einen eine unterlagerte Stromregelung besitzenden Regelkreis antreibbar sind und eine Vorrichtung zum Lastausgleich zwischen den Motoren vorgesehen ist, die auf die Drehzahlregler einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Motorwelle oder an der die Walze antreibenden Welle ein das Drehmoment in einem direkten elektrischen Meßverfahren bestimmender Torsionsmesser (15, 16) angebracht ist, dessen Ausgangsgröße zum Lastausgleich jeweils dem Drehzahlregler (25, 26) des anderen Motors gleichsinnig mit dem Drehzahlsollwert (27) aufgeschaltet ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße jedes Torsionsmessers (15, 16) auch in einem unterlagerten Regelkreis mit PI-Verhalten in den Regelkreis des zugehörigen Motors nach dem Drehzahlregler (25, 26) eingeführt ist.