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Steuerstromkreis für Magnetverstärker
Die Erfindung betrifft eine Magnetvsrstärkerschaltung, die sich besonders für Steuer- und Regelzwecke eignet.
Bei Steuer- und Regelgeräten werden häufig Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung verwendet, in deren Arbeitsstromkreis ein Relais eingeschaltet ist, mit dem ein Steuermotor ein-und ausgeschaltet wird. Solche Einrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sich bei langsam ändernder Verstärkereingangsgrösse die Arbeitsweise des Relais nur schleichend vollzieht, wodurch die Lebensdauer der Kontakte stark herabgesetzt wird. Werden Magnetverstärker in ebenfalls bekannter Weise mit einer überkritisch eingestellten Rückkopplung versehen, so ergibt sich eine kippende Arbeitsweise, wobei eine Schaltdifferenz auftritt, d. h., das Einschalten erfolgt bei einem höheren Wert der Eingangsgrösse als das Ausschalten.
Die Relaiskontakte werden zwar bei dieser Arbeitsweise geschont, die Schaltdifferenz hat jedoch im Zusammenwirken mit der Trägheit der Magnetverstärker und der Auslaufzeit des Steuermotors einen neuen grossen Nachteil zur Folge. Bei den üblicherweise verwendeten Schaltungen mit zwei, mit überkritischen Rückkopplungen versehenen Magnetverstärkern, die als Nullindikator eines Steueroder Regelgerätes dienen, wobei sie einen Steuermotor mit gegebener Auslaufzeit steuern, wird die Einstellgenauigkeit bzw. die sogenannte Unempfindlichkeitszone nicht durch die Empfindlichkeit der den Magnetverstärkern die Eingangsgrösse liefernde Messeinrichtung begrenzt, sondern durch das instabile Verhalten der gesamten Anordnung.
Eine solche Instabilität entsteht dadurch, dass sich der Steuermotor mit voller Geschwindigkeit bis zum Erreichen der Unempfindlichkeitszone dreht, infolge der Schaltditferenz und der Trägheit des betreffenden Magnetverstärkers verzögert abgeschaltet wird und über die Unempfindlichkeitszone weiterdreht. Der andere Verstärker des Nullindikators schaltet ein und steuert den Motor um, so dass dieser sich mit voller Geschwindigkeit wieder zurückdreht, woraus sich Pendelungen ergeben, die nur durch eine genügend grosse Einstellung der Unempfindlichkeitszone vermeidbar sind.
Es sind zwar Schaltungen bekannt, bei denen die Schaltdifferenz dadurch verkleinert wird, dass über einen besonderen Arbeitskontakt des Relais im eingeschalteten Zustand des Magnetverstärkers ein Magnetisierungsstrom zur Wirkung kommt, der den Gesamtfluss des betreffenden Magnetverstärkers schwächt, wodurch beim Zurückgehen des Steuerstromes das Abfallen des Relais begünstigt wird. Dadurch wird jedoch nur ein Teil der Aufgabe gelöst, da die Schaltdifferenz nicht völlig beseitigt wird und die Trägheit des Magnetverstärkers sowie der störende Einfluss der Auslaufzeit des Steuermotors unverändert bestehen bleiben.
Die Erfindung betrifft einen Steuerstromkreis für Magnetverstärker mit mindestens einem im Arbeitsstromkreis des Magnetverstärkers eingeschalteten, ein Stellglied steuerndes Relais, mittels welchem Steuerstromkreis die oben erwähnten Nachteile dadurch umgangen sind, dass im Steuerstromkreis ein Widerstand und mindestens ein diesem parallelgeschalteter Ruhekontakt vorgesehen sind, wobei das Arbeitsstromkreisrelais die Steuerung des Ruhekontaktes bewirkt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
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rakteristik eines erfindungsgemäss geschalteten Magnetverstärkers mit überkritischer Rückkopplung ; Fig. 3 die Charakteristik eines erfindungsgemäss geschalteten Magnetverstärkers ohne Rückkopplung bzw. mit unterkritischer Rückkopplung.
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sen Sekundärwicklung 5 über Gleichrichter 6 die Arbeitswicklungen 7 zweier MagnetversKrker 8,9 und mit diesen in Serie zwei Spulen 10, 11 eines mit Kontakten 12, 13, 14 versehenen Albeitsstromkreisre- lais 15 mit neutraler Mittelstellung angeschlossen sind.
Die Magnetverstärker 8, 9 sind in bekannter Weise mit Vormagnetisierungswicklungen 16 versehen, die über Gleichrichter 17 und Widerstände 13, 19 ebenfalls von der Sekundärwicklung 5 gespeist werden. Die Steuerwicklu'1gen 20 der als Nullindikator dienenden Magnetverstärker 8, 9 werden in ebenfalls bekannter Weise von als Steuerströme wirkenden Differenzströmen einer durch ein Geberpotentiometer 21 und ein durch den Anker eines Steuermotors 22 verstellbares Nachlaufpotentiometer 23 gebildeten Brückenschaltung, die über die Gleichrichter 17 gespeist wird, durchflossen. Eine Antiparallelschaltung von Gleichrichtern 24 dient zum Begrenzen über- mässiger Spannungsdifferenzen.
Jeder der Magnetverst rke. 8, 9 ist mit eirer Ruckkopplungswicklung 25 versehen, die je über einen Widerstand 26 an die Ausgangsseite der Arbeitswicklungen 7 angeschlossen ist, wobei die Rückkopplung überkritisch eingestellt ist. In den Stromkreis der Steuerwickiungen 20 ist ein Widerstand 27 geschaltet, der durch in Reihe liegende Ruhekol1takte 28, 29 zweier Relais 30,31 tiber- brückt wird. Die Relais 30, 31 sind mit weiteren Kontakten 32,33 versehen, die zwei Stromwege des Steuermotors 22 schalten. Die Spulen 34, 35 der Relais 30, 31 sind an die Kontakte 13, 14 des Relais 15 angeschlossen.
Mit 36 ist ein zwischen dem Steuermotor 22 und dem Nachlaufpotentiometer 23 befindliches Getriebe bezeichnet, über welches der Steuermotor 22 das Nachlaufpotentiometer 23 verstellt. Bei einem Regelgerät z. B. würde hingegen der Steuermotor 22 das Stellglied der Regelstrecke betätigen, und der Fühler würde auf das Potentiometer 23 einwirken.
Die Funktion der erfindungsgemässen Schaltung wird an Hand der Fig. 2 erläutert, in der k die Kennlinie eines der Magnetverstärker 8 bzw. 9 der Fig. l, d. h. den Verlauf der Ausgangsspannung U in Abhängigkeit des Steuerstromes i, darstellt. Die Einschaltspannung des Relais 15 ist durch den Spannungswert e, seine Awschaltspannung durch den Spannungswert d angegeben.
Die Abszissenwerte a und b des Steuerstromes i grenzen die Schaltdifferenz ab, d. h., erreicht der zunehmende Steuerstrom i den Wert i = b, so schaltet der Magnetverstärker ein, nimmt der Steuerstrom i hierauf auf den Wert i = a ab, so schaltet der Magnetverstärker aus.
Erreicht nun bei der in der Fig. l dargestellten Schaltung der Steuerstrom i, d. h. der in der Brückenschaltung 21,23 gebildete Differenzstrom, den Wert i = b ; so wird entsprechend dem Vorzeichen des Steuerstromes i beispielsweise der Magnetverstärke : 8 erregt, und das Relais 15 schliesst den Stromweg uber die Kontakte 12, 13. Dadurch wird die Spule 34 des Relais 30 erregt ; es öffnet seinen Ruhekontakt 28 und schliesst seinen Arbeitskontakt 32. Durch den Kontakt 32 wird einer der beiden Stromweg des Steuermotors 22 geschlossen, und letzterer dreht sich in der entsprechenden Richtung, wodurch das Nachlaufpotentiometer 23 über das Getriebe 36 im Sinne einer Verkleinerung des Differenzstromes verstellt wird.
Durch das Öffnen des Ruhekontaktes 28 wird jedoch gleichzeitig in den Stromkreis der Steuerwicklungen 20 der Steuerstromkreiswiderstand 27 eingeschaltet, da dessen Überbrtlckung unterbrochen wird. Durch den erhöhten Widerstand des Steuerstromkreises wird der durch diesen fliessende Steuerstrom i auf einen Steuer strom i27 verkleinert. Vorteilhafterweise wird der Steuerstromkreiswiderstand 27 so gross gewählt, dass durch dessen Einschalten der Steueistrom i in der Fig. 2 von einem Wert i = b auf einen Wert ioder kleiner als a ist, vermindert "1ird. Infolgedessen schaltet der Magnetverstärker 8 wieder aus. Da durch dieses Ausschalten aber gleichzeitig der Steuerstromkreiswiderstand 27 wieder uberbrückt wird, schaltet der Magnetverstärker 8 wieder ein usw.
Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis entweder der Steuerstrom i wieder kleiner als b wird, worauf der Magnetverstärker 8 nicht mehr erregt werden kann, das Relais 15 ausgeschaltet bleibt und der Kditakt 32 in seiner geöffneten Ruhelage verbleibt, oder so lange, bis der Steuerstrom i einen so grossen Wert (c in der Fig. 2) erreicht, dass er auch nach dem Einschalten des Steuerstromkreiswiderstandes 27 einen Wert i27 annimmt, der grösser als a ist. Der Magnetverstärker 8 bleibt daher erregt und der Kontakt 32 wird nicht mehr geöffnet. Der beschriebene Magnetverstärker weist also zwischen den Steuerstromwerten i = b und i = c eine Zone Z auf, in der er abwechselnd einund ausschaltet.
Auf den Smuermotor 22 wirkt sich die beschriebene Arbeitsweise so aus, dass dieser bei grösser werdendem Steuerstrom i zwischen den Werten b und c ein-und ausgeschaltet wird und nach Überschreiten des Steuerstromwertes c dauernd eingeschaltet bleibt. Bei abnehmendem Steuerstrom i bleibt der Steuermotor 22 so lange dauernd eingeschaltet, bis der Steuerstrom den Wert i = c erreicht hat. Zwi-
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terschreitet der Steuerstrom i hingegen den Steuerstromwert b, so kann der Magnetverstärker, wenn einmal ausgeschaltet, licht mehr einschalten, so dass der Steuermotor 22 dauernd ausgeschaltet bleibt. Än-
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und der Steuermotor 22 dreht sich im entgegengesetzten Sinne.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird durch die erfindungsgemässe Schaltung der ungünstige Einfluss der Schaltdifferenz der Magnetverstärker beseitigt, da die Erregung und Entregung der letzteren immer beim gleichen Wert b des Steuerstromes i erfolgt.
Durch das fortwährende Schalten innerhalb der Zone Z kann die Drehgeschwindigkeit des Steuermotors 22 vor seinem endgültigen Ausschalten vermindert werden, wodurch dessen Auslaufzeit verkleinert wird. Dies erfolgt dadurch, dass sich das Verhältnis zwischen der Ein- und Ausschaltung des Magnetverstärkers ändert, u. zw. wird die Dauer, während welcher der Magnetverstärker erregt bleibt umso kürzer, je mehr sich der kleiner werdende Steuerstrom i dem Wert b nähert.
Auch die Trägheit der Magnetverstärker wird durch die beschriebene Schaltung in günstiger Weise beeinflusst, da dnch die Vergrösserung des Steuezstromkreiswiderstandes 27 bekanntlich ein rascheres Ausschalten des Magnetverstärkers erzielt wird.
Der Steuerstromkreiswiderstand 27 braucht nicht so gross ge wählt werden, dass durch sein Einschalten in den Steuerstromkreis der Steuerstrom i vom Wert i = b auf einen kleineren Wert als i27 = a sinkt. Wird der Steuerstromkreiswiderstand 27 gerade so gross gewählt, dass durch sein Einschalten der Steuerstrom i vom Wert i = b genau auf den Wert i27 = a verkleinert wird, so besteht bei der beschriebenen Schaltung keine Zone Z, die Magnetverstärker 8,9 arbeiten nach wie vor, ohne eine Schaltdifferenz aufzuweisen.
Wird schliesslich der Steuerstromkreiswiderstand 27 so gewählt, dass der Steuerstrom i vom Wert i = b auf einen Wert, der grösser als i27 = a ist, vermindert, so tritt noch eine gewisse Schaltdifferenz auf, deren Grösse durch Änderung des Steuerstromkreiswidrstandes 27 beeinflusst werden kann.
Werden beispielsweise Magnetverstärker ohne eigene Schaltdifferenz verwendet, so ergibt sich bei Verwendung eines, eine Schaltdifferenz aufweisenden Relais im Arbeitsstromkreis trotzdem eine solche, weil wegen des Verlaufes der Verstärkerkennlinie kl in der Fig. 3 die Pelaisschaltpunkte d und e jetzt Einfluss gewinnen und zu den Steuerstromwerten i = al und i = bl auf der Abszisse führen, wobei beim Steuerstromwert i = al das Arbeitsstromkreisrelais 15 ausgeschaltet und beim Steuerstromwert i = bl eingeschaltet wird, was zur Schaltdifferenz al-bl führt. Durch die erfindungsgemässe Schaltung kann auch diese Schaltdifferenz in der bereits beschriebenen Weise beseitigt bzw. verkleinert werden.
Ebenso kann eine Arbeitszone Zl erhalten werden, in welcher ein fortwährendes Ein- und Ausschalten des Arbeitsstromkreisrelais auftritt, wodurch die vorteilhafte Arbeitsweise des Steuermotors 22 ebenfalls erhalten wird.
An Stelle eines besonderen Steuerstromkreisrelais 30 bzw. 31 für die Betätigung des dem Steuerstromkreiswiderstand 27 parallelgeschalteten Ruhekontaktes 28 bzw. 29 kann auch das im Arbeitsstromkreis des Magnetverstärkers 8 bzw. 9 geschaltete Relais 15 selbst so ausgebildet sein, dass es die Betätigung des Ruhekontaktes 28 bzw. 29 unmittelbar bewirkt.
Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäeen Magnetverstärkerschaltung ist nicht auf Steuer- oder Regelgerät beschränkt. Diese Schaltung kann vielmehr für verschiedene Zwecke Verwendung finden, so z. B. auch mit nur einem einziger Magnetverstärker als Schalter ohne Schaltdifferenz bzw. mit veränderlicher Schaltdifferenz.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Steuerstromkreis für Magnetverstärker mit mindestens einem im Arbeitsstromkreis des Magnetverstärkers eingeschalteten, ein Stellglied steuerndes Relais, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerstromkreis ein Widerstand (27) und mindestens ein diesem parallelgeschalteter Ruhekontakt (28 bzw. 29) vorgesehen sind, wobei das Arbeitsstromkreisrelais die Steuerung des Ruhekontaktes (28 bzw. 29) bewirkt.