Elektrische Regel- und Steuereinrichtung. Zur selbsttätigen Konstanthaltung (Re gelung) eines Zustandes (zum Beispiel von Stromstärke, Drehzahl, elektrischer Spannung usw.) lässt man diesen Zustand, soweit mög lich unmittelbar (zum Beispiel bei Druck regelung), sonst mittelbar (zum Beispiel bei Drehzahlregelung) gemeinsam mit einer Vergleichsgrösse auf ein Vergleichsorgan ein- wvirken. Im stationären Zustande halten sich beide Einwirkungen das Gleichgewicht. Bei Überwiegen einer Wirkung jedoch verändert das Vergleichsorgan die Betriebsbedingungen so lange, bis die zu regelnde Grösse wieder der Vergleichsgrösse entspricht, wobei im Vergleichsorgan Gleichgewicht eintritt.
Als Vergleichsorgan dient meist die Kraft einer Feder oder eine Gewichtswirkung, das heisst die Vergleichsgrösse wirkt unmittelbar mecha nisch auf das Vergleichsorgan ein. Mecha nische Vergleichsgrössen sind infolge ihrer Konstanz sehr geeignet, wenn es sich darum handelt, einen bestimmten Zustand konstant zu halten. Für die fallweise betriebsmässige Einstellung in weiteren Grenzen (Steuerung) sind jedoch mechanische Vergleichsgrössen weniger geeignet. Ausserdem lassen sich me chanische Einstellungen nicht unmittelbar aus der Ferne durchführen. Bei Ferneinatel- lung betätigt man daher die mechanischen Einstellorgane mittelst elektrischer Fern antriebe.
Hierbei stehen die auftretenden elek trischen Grössen in keinem Zusammenhang mit der Einstellung selbst, so dass es nicht. möglich ist, den einzustellenden @\'ei-t an der Steuerstelle zu bestimmen. Es ist vielmehr notwendig, dort den geregelten Wert selbst .sichtbar zu machen.
Wird jedoch erfindungs gemäss eine elektrische Grösse (Stromstärke. Spannung, Frequenz oder dergleichen) als Vergleichswert verwendet, welche entweder allein oder in Verbindung mit einer kon stanten mechanischen Einwirkung der zu re gelnden Grösse im Vergleichsorgan das Gleichgewicht hält, so bietet dies den Vor teil, dass der Vergleichswert mit einfachen :Mitteln in weiten Grenzen verstellt und über grosse Entfernungen übertragen, sowie mit einfachen und genauen Geräten gemessen werden kann. Unter einer elektrischen Grösse ist jede messbare Grösse eines elektrischen Stromkreises zu verstehen, wie Spannung, Stromstärke, Widerstand, Scheinwiderstand, Frequenz, Leistungsfaktor.
Die zu regelnde Grösse kann selbst eine elektrische Grösse sein. Andernfalls ist es zweckmässig, die zu regelnde Grösse durch eine von ihr abhängige elektrische Hilfsgrösse anzuzeigen.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt. Im Ofenraum 1 soll die Tempera- tur auf einem bestimmten einstellbaren Wert konstant gehalten werden. Die Heizung des Ofenraumes geschieht durch die Heizwick- lung 2. welche vom Netz 3 über ein Schütz 4 gespeist wird. Ein Thermometer 5 schliesst je nach der Temperatur mehr oder weniger Stufen des Widerstandes 6 kurz. Durch die Batterie 7 werden zwei Stromkreise gespeist, einer über den Widerstand 6 und die Spule 8a des Vergleichsorganes, der zweite über den Einstellwiderstand 9, den Strommesser 10 und die Spule 8b des Vergleichsorganes.
Sind die Wirkungen beider Ströme in bezug auf den Wagebalken 11 gleich, so ist der Kon takt 12 und somit auch das Schütz 4 offen. Sinkt die Temperatur im Ofenraum, so sinkt aucb infolge Zuschaltung von Stufen des Widerstandes 6 der Strom in der Wick lung 8a und der Wagebalken gibt Kontakt, wodurch das Schütz 4 geschlossen wird und die elektrische Heizung einsetzt. Ist die rich tige Temperatur erreicht, so herrscht an der Wage 11 wieder Gleichgewicht, das Schütz 4 fällt ab und die Heizung wird abgestellt. Zur willkürlichen Veränderung der Tempe ratur ist der Regler 9 zu betätigen, wobei einer Vergrösserung des Widerstandes eine tiefere Temperatur, einer Verkleinerung des Widerstandes eine höhere Temperatur ent spricht.
Hat die Stromquelle 7 konstante Spannung, so kann am Strommesser 10, wel cher für diesen Fall unmittelbar in Wärme graden geeicht werden kann, der eingestellte Wert unmittelbar abgelesen werden. Die Regelung nach der in Fig. 1 dar gestellten Art ist für viele Fälle nicht ohne weiteres verwendbar. Es ist bekannt, dass man bei indirekter kontinuierlicher Re gelung meist eine Rückführung benötigt. Zweckmässig erfolgt die Rückführung bei Einrichtungen gemäss der Erfindung eben falls auf elektrischem Wege.
So kann man etwa eine dritte elektrische Grösse durch das Ansprechen des Reglers so zur Wirkung i auf das Vergleichsorgan bringen, dass das Gleichgewicht bereits vor Überein stimmung der geregelten Grösse mit dem durch die Vergleichsgrösse vorgegebenen Sollwert hergestellt wird (l. Rückführung).
Hernach wird diese zusätzliche Einwirkung wieder auf Null zurückgeführt, so dass ein dauerndes Gleichgewicht am Vergleichsorgau nur bei genauer Übereinstimmung der zu re gelnden Grösse mit dem Sollwert eintritt (\?. Rückführung). Dieselbe Wirkung kann auch durch eine vorübergehende zusätzliche Änderung des Einflusses der zu regelnden Grösse auf das Vergleichsorgan (zum Beispiel durch Abshunten der betreffenden Wick lung)
oder durch Veränderung der Ver- gleichsgrö.sse oder deren Einwirkung auf das Vergleichsorgan erzielt werden (durch vor übergehende Änderung der Bestimmungs stücke oder Messgröss'en des Stromkreises, wie der Widerstände., Scheinwiderstände, Span nungen oder der Frequenz). Diese Änderung kann sprunghaft (zum Beispiel durch Um schalten von Widerständen mittelst Relais) oder stetig (zum Beispiel durch Schiebewider stände, Drehregler) erfolgen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Die Spannung des Generators 13 soll. auf einem einstellbaren Wert konstant gehalten werden. Hierzu wird der Strom in seiner Feldwicklung 14 mit dem Widerstand 15 ge ändert. Die Verstellung dieses Widerstandes geschieht mit Hilfe eines Motors 16. Durch die Wicklung 8a des Vergleichsorganes fliesst ein der Generatorspannung proportionaler Strom,. durch die Spule 8b ein von der Bat terie 7 entnommener Vergleichsstrom,, welcher mit dem Widerstand 9 einstellbar und durch den Strommesser 10 messbar ist.
In analoger Weise, wie anhand der Fig. 1 beschrieben, wird bei Störung des Gleichgewichtes am Wagebalken 11 entweder das Kontaktpaar 12a oder 12b geschlossen, wodurch der Motor, gespeist durch die Batterie 17, zum Vor- oder Rücklauf veranlasst wird. Hierdurch wird der Widerstand 15 so lange verstellt, bis infolge der geänderten Generatorspan nung am Wagebalken wieder Gleichgewicht eingetreten ist. Durch Abheben des Wage balkens von den Kontakten wird dann der Motor 16 wieder ausgeschaltet.
Die Relais benötigen jedoch zu ihrem Abfallen eine nicht zu vernachlässigende Zeit, der Motor wird nicht sofort zum Stillstand kommen und auch nach Stillstand des Motors wird sieh der Strom in der Feldwicklung infolge der magnetischen Trägheit der Maschine noch etwas ändern. Die Folge hiervon ist, dass die Generatorspannung über den Wert, bei welchem am Ausgleichsorgan 11 Gleichge wicht herrscht, noch um einen bestimmten Betrag hinausgeht, was ein Ansprechen des Vergleichsorganes im verkehrten Sinne zur Folge hat.
Dieser neue Regelvorgang wird seinerseits wiederum zu einer solchen Über regelung führen, so dass ein längeres, unter Umständen dauerndes Pendeln um die Gleich- grewichtslage eintritt. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, bei jedem Reguliervorgang das Gleichgewicht am Wagebalken 11 her zustellen, bevor sich die Wirkungen der Spule 8a und 8b selbst das Gleichgewicht halten (l. Rückführung). Dies geschieht durch die Zusatzwicklung 8e, deren Wir kung sich zu der der Spule 8b addiert. Sie ist an ein Potentiometer, welches von der Batterie 19 gespeist wird, an geschlossen. Bei Mittelstellung des Po tentiometerhebels 20 fliesst kein Strom durch die Spule 8e. Bei Abweichung aus die ser Nullage wird dann die Spule je nach der Richtung des Ausschlages in verschiede nem Sinne erregt.
Der Potentiometerhebel 20 wird durch die Federn 21 in die Nullage gezogen. Die Ablenkung aus der Nullage er folgt durch fallweise Erregung der beiden Solenoide 22a und 226 gleichzeitig mit der Einschaltung des Motors 16. Während des Reguliervorganges wird je nach dem Dreh sinne des Motors stets eine der beiden Spu len erregt und der Potentiometerhebel weicht aus seiner Nullage ab. Die Stromrichtung in der Spule 8c ist hierbei so, dass bei einen Reguliervorgang im Sinne einer Erhöhung der Generatorspannung die Wirkung der bei den Spulen 8b und 8e zusammen kleiner wird als die der Spule 8b allein. Dadurch gelangt der Wagebalken 11 ins Gleichgewicht, bevor die Generatorspannung ihrem Sollwert ent spricht, und öffnet die Kontakte 12a.
Gleich zeitig mit dem Abstellen des Motors 16 wird auch die Spule 22a stromlos und die Federn 21 bringen den Potentiometerhebel in die Mittellage zurück. Bei richtiger Einstellung der Anschläge 23 und geeigneter Hebel geschwindigkeit, die durch ein in der Figur nicht gezeichnetes Hemmwerk geregelt wird, kann die Stärke und Dauer der Rückführeng so eingestellt werden, dass der Hebel 20 zu ,jenem Zeitpunkt in die Mittellage gelangt. in welchem die geregelte Generatorspannung auf ihrem Sollwert angelangt ist.
Das Ausführungsbeispiel Fig. 3 unter scheidet sich von Fig. 2 dadurch, dar' eine durch den Regelvorgang herbeigeführte Än derung des Vergleichswertes zur Rückfüh rung benützt wird. Das Rückführungs- potentiometer wird nicht durch Solenoide, sondern durch einen Motor angetrieben, wo bei die Rückführungsbegrenzung durch Ab schalten Emd der Rücklauf durch T3msehal- ten dieses Motors bewerkstelligt wird.
Es bedeutet wieder in Fig. 3: 13 den Generator, 14 seine Feldwicklung, 15 den Regulierwider- stand, 16 seinen Antrieb, 8a und, 8b die Spu len des Vergleichsorganes für die Spannung und für den Vergleichsstrom, 11 den Wage balken und 12a und 12b die Kontakte. Der Antrieb 16 für den Regulierwiderstand und der Antrieb 24 für das Schleifstück 20 des Potentiometers 18 wird vom Generator ge speist. Der Vergleichsstrom wird der Bat terie 26 über ein Einstellpotentiometer 27 entnommen. Da er, wie später angeführt wird, sich während des Regelvorganges ändert.
wird die Einstellung vorteilhafterweise an statt mit einem Strommesser mit dem Span nungsmesser 28 vorgenommen, der von der Änderung kaum beeinflusst wird, wenn der Vergleichsstrom klein gegen den Potentio meterstrom ist. Bei Schliessen der Kontakte 12a (12b) infolge Störung des Gleichgewich tes am Wagebalken 11 fliesst Strom aus der Batterie 31 über das Schütz 29a (29b), das den Motor 16 einschaltet, sowie über das Schütz 30a (30b) für den Motor 241. Das Schleifstück 20 läuft dadurch aus seiner Mittellage und ändert so den Vergleichsstrom zum Ausgleich der Überregulierung im Sinne der vorzeitigen Erreichung des Gleichgewich tes am Wagebalken 11.
Gleich nach Ver lassen der Mittellage läuft das Schleifstück 20 des Potentiometers auf den Kontakt 32a (32b) auf. Bei Erreichen des Kontaktes 33a (33b) wird die Wicklung des Schützes 30a (30b) kurzgeschlossen, so dass dieser ab fällt und den Motor 24 abschaltet (Rück führungsbegrenzung). Nach Erreichen des Gleichgewichtes am Wagebalken 11 durch das Zusammenwirken des geregelten Wertes der Vergleichsgrösse und des zusätzlichen Einflusses der Rückführung fällt infolge Off- nens der Kontakte 12a (12b) dlas Schütz 29a (29b) ab.
Hierdurch wird ein Stromkreis von Batterie 31 über den Mittelteil des Schleif stückes 20, über den Kontakt 32a (32b), so wie die Öffnungskontakte des Schützes 29a (29b), die Wicklung des Schützes 30b (30a) und zurück zur Batterie 31 geschlossen. Das Schütz 30b (30a) schaltet dadurch den Motor 24 zur Rückstellung des Schleif stückes 20 in seine Nullage ein. Die Ab schaltung erfolgt nahe der Nullage durch Verlassen des Kontaktes 32a (32b). Bei vor beschriebener Schaltung sind die Wicklungen der Schütze 29 und 30 in Reihe geschaltet. Die Rückführungsbegrenzung geschieht durch Schliesskontakte, welche die Wicklung 30 kurzschliessen. Man kann auch die Wick lungen der Schütze 29 und 30 parallel schal ten.
Dann sind die Schliesskontakte 33 durch Öffnungskontakte, welche den Spulenstrom der Schütze 30 unterbrechen, zu ersetzen.
Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ver gleichsorgan kann in verschiedener, an sich bekannter Weise ausgebildet werden, zum Beispiel als Stromwage mit zwei Sulenoiden, oder als Doppelmessgerät mit zwei in ent gegengesetztem Sinne wirkenden Messsyste- men. Letztere Ausführung gestattet unter Beibehaltung einer Stromstärke als Ver gleichsgrösse, diese gegen ein durch andern elektrische Grössen erzeugtes Drehmoment ab zuwiegen, wie dies zum Beispiel zur Regu lierung elektrischer Leistungen von Ein- und Mehrphasensystemen notwendig sein kann.
Eine spezielle, von der vorbeschriebenen abweichende Ausführungsform ist dann nötig, wenn die zu regelnde Grösse entweder selbst die Frequenz eines WN"echselstromes ist oder durch eine solche gemessen wird. Dann ist es vorteilhaft, auch als Vergleichsgrösse eine Frequenz zu verwenden. Das Vergleichs organ kann beispielsweise aus zwei Synchron maschinen bestehen, von denen eire durch die zu regelnde Frequenz, die andere durch Vergleichsfrequenz betrieben wird, wobei ,jede der beiden Maschinen ein Sonnenrad eines Planetengetriebes antreibt.
Das Pla netenrad des Getriebes wird sich relativ zur Achse des Getriebes in Ruhe befinden, so bald die zugeführten Frequenzen überein stimmen. Bei Abweichung der zu regelnden Frequenz von der Vergleichsfrequenz weicht (las Planetenrad von seiner Nullage ab, wel che Bewegung zur Betätigung von Steuer kontakten ausgenützt werden kann. Die Steuerwelle, wo die Vergleichsfrequenz er zeugt wird. kann von der zu regelnden Ha- schine oder Einrichtung weit: entfernt. sein.
Die Frequenz eines Wechselstromes als Ver gleichswert eignet sich infolge ihrer Unab hängigkeit von Leitungskonstanten vorzüg lich zur Übertragung über grössere Entfer nungen. Die Erzeugung der Vergleichs frequenz kann (furch eine mit veränderlicher (einstellbarer) Geschwindigkeit angetriebene Wechselstrommaschine erfolgen. Um beim Vergleichsorgan dauernd rotierende Bestand- teile zu vermeiden und ausserdem eine be sondere Genauigkeit der Regeleinrichtung zu erzielen, wird erfindungsgemäss das Ver gleichsorgan als Wage ausgebildet, der ein Wechselstrom zugeführt wird,. dessen Fre quenz proportional der Schwebungsfrequenz aus der zu regelnden und der Vergleichs frequenz ist.
Ein Strom doppelter Schwe- hungsfrequenz kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die beiden zugeführten Frequenzen zur Schwebung gebracht werden und der so entstandene Wellenstrom mittelst Transformation in einen Wechselstrom der doppelten Schwebungsfrequenz verwandelt wird. Gemäss Fig. 4 wird der Transformator 34 mit der zu regelnden Frequenz, der Trans formator 35 mit der Vergleichsfrequenz ge speist. Letztere wird vom Generator 36 er zeugt und über die Fernleitung 37 der Steuereinrichtung zugeführt. Im gemein samen Sekundärkreis der beiden Transfor- nmatoren 34 und 35 ist ein Gleichrichter 38 anigeordliet.
In diesem Strontlkreis fliesst in daher ein Wellenstrom, dessen Frequenz durch die zwischen der zu regelnden Fre quenz und der Vergleichsfrequenz auftretende Schwebung bestimmt ist. Der Wellenstrom wird durch, den Transformator 39 in einen Wechselstrom verwandelt. Dieser fliesst einerseits über die Drosselspule 41 und die Spule 4()a des Vergleiclhsorganes, anderseits über den Kondensator 42 (der allenfalls durclh einen Ohmschen Widerstand ersetzt, werden kann) und die Spule 40u des Ver- gleichsorganes. Die Ströme in den Spulen 40a und 40u werden nur bei einer bestimm ten Schwebungsfrequenz gleich sein, bei nie drigerer Frequenz wird der Strom in 4(0a, bei höherer Frequenz in 40ö überwiegen.
Dem- gemnäss wird nur bei der bestimmten Frequenz der Wangeballken 11 in seiner Mittellage verhar ren, sonst aber die Steuerkontakte 43a oder 43b schliessen. Schwankungen des Wage balkens infolge wechselnder Zugkräfte und Resonanz sind durch Ausstattung des Sy stems mit entsprechender Masse und Dämp fung verhindert. Die vorbeschriebene Ein richtung zeichnet sich durch eine besondere Präzision aus. Soll beispielsweise die zu regelnde Grösse 50 Perioden pro Sekunde be tragen und sind die Solenoidkreise des Ver gleichsorganes auf eine Schwebungsfrequenz von 4 Perioden pro Sekunde albbestimmt, so beträgt bei Gleichgewichtslage die Ver gleichsfrequenz 52 Perioden pro Sekunde.
Ändert sich nun die zu regelnde Grösse um 2 % auf 49 Perioden pro Sekunde, so hat sich die Schwebungsfrequenz auf 6 Perioden pro Sekunde, das ist um 50 % gegenüber dem früheren Wert erhöht.
Um die Einrichtung von Spannungs schwankungen gänzlich unabhängig zu ma chen, ist es vorteilhaft als Vergleichsgrösse nicht eine, sondern zwei verschiedene, ge meinschaftlich veränderliche Frequenzen als Vergleichsgrösse zu verwenden. Fig. 5 stellt eine solche Anordnung dar. Die beiden Ver gleichsfrequenzen können etwa durch zwei verschiedenpolige, miteinander gekuppelte Wechselstrommaschinen 36a und 36b erzeugt werden. Diese speisen die Primärwicklungen der beiden Transformatoren 35d und 35)b. Die Sekundärwicklungen dieser Transforma toren sind mit denen der beiden mit der zu regelnden Frequenz gespeisten Transforma- toren 34a und 34b in Reihe geschaltet.
In diesen Sekundärstromkreisen liegen auch zwei Gleiehrichter 38a und 38b,. sowie die Primärwicklungen zweier Transformatoren 39a und 39b. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren speisen über ,je eine Drosselspule 41a bezw. 411) die Solenoide 40a und 40ö des Vergleichsorganes.
Wird die Drehzahl der Generatoren 36 beispielsweise so eingestellt, da.ss die 14aschine 36a 48 Pe rioden und die Maschine 36ö 52 Perioden pro Sekunde erzeugt, so herrscht unter der Voraussetzung einer symmetrischen Anord nung der Apparate Gleichgewicht. wenn die zu regelnde Frequenz genau 50 Perioden pro Sekunde beträgt. Die beiden Spulen des Vergleichsorganes 40a und 40b führen dann Mrechselstrom von gleichem Effektivwert und von einer Frequenz von 4 Perioden pro Sekunde.
-deicht die zu regelnde Frequenz etwa um 2 % auf 51 Perioden pro Sekunde: ab, so steigt die Frequenz in der Spule 40a auf 6 Perioden pro Sekunde, während die in der Spule 40b auf 2 Perioden pro Sekunde abfäDt. Ist die Induktivität in dieser Spule sehr gross gegenüber dem Ohmschen Wider stand, so verhalten sich die Ströme nahezu wie 1:3. Die Einrichtung ist daher imstande, auf sehr geringe Abweichungen der zu re gelnden Frequenz vom Vergleichswerte an zusprechen.
Wenn die zu regelnde Frequenz oder die Vergleichsfrequenz über grössere Entfernungen übertragen wird, so ist unter Umständen die der Steuereinrichtung zu geführte Energie zur Betätigung eines ent sprechend kräftigen Vergleichsorganes nicht ausreichend. Es kann dann ausser einer Gleichrichtung auch eine Verstärkung des Schwebungsstromes angewendet werden, bei spielsweise unter Verwendung von Elektro nenröhren (bei höheren Frequenzen), oder durch im Takte der Schwebung spielende Relais (bei kleinen Frequenzen).
Um die vorbeschriebene Regeleinrichtung fmnit einer Rückführung zu versehen, genügt es, den Antrieb des Vergleichsstromerzeugers während eines Regelvorganges zu einer vor übergehenden Drehzahländerung zu ver anlassen. Die Betriebsbedingungen dieses Antriebes können hierbei unstetig, etwa durch Zu- und Abschaltung von Widerstän den, geändert werden, da infolge der Massen trägheit die Drehzahländerung auch in die- semn Falle stetig erfolgt. In Fig. 5 ist als Antrieb für die Vergleichstromerzeuger ein Nebenscblussmotor 49 dargestellt. Seine Feld wicklung 50 wird über den Einstellwider stand 9 von einem Potentiometer 51 gespeist. Von den Kontakten 43 werden fallweise die beiden Schütze 45a und 45b betätigt.
Diese Schütze steuern mit Hilfe von Kontakten 46a und 46b ein auf die zu regelnden Ma schinen direkt wirkendes elektrisches Organ, zum Beispiel einen Tourenverstellmnotor. Ausserdem besitzen diese Schütze je einen Schliess- und Öffnungskontakt 47 und 48. In der Gleichgewichtslage des Wagebalkens 11 sind die beiden Schütze 45 abgefallen, Der Erregerstrom des Motors 49 fliesst dann vom Mittelpunkt 52 des Potentiometers 51 über die in Reihe geschalteten Kontakte 48b und 48a, sowie über den Einstellwiderstand 9 durch die Feldwicklung 50. Bei Ansprechen des Schützes 45a werden nun die Kontakte 46a und 47H geschlossen. Gleichzeitig wird der Kontakt 48a geöffnet, so dass der über den Nullpunkt 52 des Potentiometers führende Stromkreis unterbrochen wird.
Nunmehr ist der Feldstromkreis des Motors 49 über den Frontakt 47a und die Potentiometeranzapfung 53a geschlossen. Infolge der Veränderung des Feldstromes strebt nun der Motor 49 und damit auch die beiden Stromerzeuger einer andern Drehzahl stetig zu. Bei Er reichung des Gleichgewichtes am Wagebal ken 11 fällt das Schütz 45 wieder ab, wo durch die Feldwicklung 50 wieder ihren früheren Strom erhält und der Motor seine ursprängliche Drehzahl annimmt.. Durch die geeignete Wahl der An.z.apfpunkte 53 im Po <B>,</B> @o- tentiometer 51 kann die Grösse der Rück führung eingestellt werden,
sa dass eitle Rück führungsbegrenzung, wie- sie bei Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, bei dieser Anordnung ohne zusätzliche Einrichtungen von selbst erreicht ist.
In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn dem Vergleichsorgan die zu regelnde Grösse oder die Vergleichsgrösse über .längere Lei tungen zugeführt wird, ist es erforderlich, eine Sicherheitseinrichtung vorzusehen, wel rhe bei Defekten dieser Leitungen Fehl regulierungen verhindert. Ein Leitungsbruch im Vergleichsstromkreis hätte beispielsweise bei der Anordnung nach Fig. 3 eine Ab erregung des Geilerators zur Folge. In sol chen Fällen ist es. zweckmässig, die automa tische Regeleinriehtung ausser Betrieb zu set zen.
Dies kann ebenfalls durch einen Vergleich des zu regelnden Wertes mit dem Vergleichs werte geschehen. Im normalen Betrieb wer den nämlich im allgemeinen die auszuregeln- den Schwankungen und somit auch die Differenzwirkungen am Vergleichsorgan einen gewissen Betrag nicht überschreiten. Bei Leitungsbrüchen oder Leitungskurz schlüssen treten hingegen momentan verhält- nismässig grosse Differenzwirkungen auf.
Stattet man daher das Vergleichsorgan mit einem Öffnungskontakt aus, welcher bei Überschreiten einer bestimmten Differenz wirkung den Betätigungsstromkreis der Steuereinrichtung unterbricht (zum Beispiel gemäss Fig. 1 den Spulenstromkreis des Schützes 41, so kann die weitere Regulierung nicht mehr vor sich gehen. Man kann dlas Vergleichsorgan auch so ausführen, dlass eine mit dem Wagebalken fest verbundene Bür ste bei Abweichungen aus der Nullage auf einen Schleifkontakt aufläuft, diesen jedoch bei Überschreiten einer bestimmten Differenz wirkung überläuft. Die Steuerung spricht dann nur an, wenn die Differenzwirkung am Vergleichsorgan sich innerhalb bestimm ter, durch die Länge der Schleifbahn vor gegebener Grenzen bewegt.
Wird grosse Ge nauigkeit der Steuerung gefordert, so muss dlas Vergleichsorgan sehr empfindlich aus geführt werden. Es empfiehlt sich dann, die Abschaltung im Störungsfalle durch ein zweites, weniger empfindliches Vergleichs organ ausführen zu lassen. Mit den Kon takten desselben können dann nicht nur die Steuerstromkreise unterbrochen, sondern auch Signalstromkreise zur Alarmierung des Wärters geschlossen werden.
Electrical regulation and control device. To automatically keep a state constant (for example, current strength, speed, electrical voltage, etc.), this state is left, as far as possible, directly (e.g. with pressure control), otherwise indirectly (e.g. with speed control) together with a Influence a comparison variable on a comparison body. In the steady state, both effects are in equilibrium. If an effect predominates, however, the comparison element changes the operating conditions until the variable to be controlled again corresponds to the comparison variable, with equilibrium occurring in the comparison element.
The comparison element is usually the force of a spring or a weight effect, that is, the comparison variable has a direct mechanical effect on the comparison element. Due to their constancy, mechanical comparison values are very suitable when it comes to keeping a certain state constant. For the occasional operational setting within wider limits (control), however, mechanical comparison parameters are less suitable. In addition, mechanical settings cannot be made remotely. With remote control, the mechanical setting elements are therefore operated by means of electrical remote drives.
The electrical variables that occur are not related to the setting itself, so it is not. it is possible to determine the @ \ 'ei-t to be set at the control station. Rather, it is necessary to make the regulated value itself visible there.
If, however, according to the invention, an electrical variable (current, voltage, frequency or the like) is used as a comparison value which, either alone or in conjunction with a constant mechanical effect of the variable to be regulated, maintains the equilibrium in the comparison organ, this offers the advantage that the comparison value can be adjusted within wide limits with simple means and transmitted over large distances, and measured with simple and precise devices. An electrical quantity is to be understood as any measurable quantity of an electrical circuit, such as voltage, current strength, resistance, impedance, frequency, power factor.
The variable to be controlled can itself be an electrical variable. Otherwise it is advisable to display the variable to be controlled by means of an auxiliary electrical variable that is dependent on it.
An exemplary embodiment is shown in FIG. In furnace chamber 1, the temperature should be kept constant at a certain adjustable value. The furnace chamber is heated by the heating winding 2, which is fed from the mains 3 via a contactor 4. A thermometer 5 short-circuits more or fewer steps of the resistor 6 depending on the temperature. Two circuits are fed by the battery 7, one via the resistor 6 and the coil 8a of the comparison element, the second via the setting resistor 9, the ammeter 10 and the coil 8b of the comparison element.
If the effects of the two currents with respect to the balance beam 11 are the same, the contact 12 and thus the contactor 4 is open. If the temperature in the furnace chamber falls, the current in the winding 8a and the balance beam makes contact, as a result of the switching on of stages of the resistor 6, whereby the contactor 4 is closed and the electric heating starts. Once the correct temperature has been reached, equilibrium prevails at the balance 11, the contactor 4 drops out and the heating is switched off. To arbitrarily change the temperature, the controller 9 is to be operated, whereby an increase in the resistance corresponds to a lower temperature, a decrease in the resistance corresponds to a higher temperature.
If the current source 7 has a constant voltage, the set value can be read directly on the ammeter 10, which can be calibrated directly in heat for this case. The scheme according to the type shown in Fig. 1 is not readily usable in many cases. It is known that in the case of indirect continuous control, feedback is usually required. In devices according to the invention, the return is also expediently carried out electrically.
For example, by responding to the controller, a third electrical variable can be brought into effect on the comparison element in such a way that equilibrium is established before the regulated variable agrees with the setpoint specified by the comparison variable (1st feedback).
Afterwards, this additional effect is reduced to zero again, so that a permanent equilibrium at the comparative organ only occurs if the variable to be regulated exactly matches the setpoint (\?. Feedback). The same effect can also be achieved by a temporary additional change in the influence of the variable to be controlled on the comparison element (for example by shunting the relevant winding)
or by changing the comparison variable or its effect on the comparator (by temporarily changing the determinants or measured variables of the circuit, such as resistances, apparent resistances, voltages or frequency). This change can occur suddenly (for example by switching resistors using relays) or continuously (for example by sliding resistors, rotary controls).
Fig. 2 shows an embodiment. The voltage of the generator 13 should. be kept constant at an adjustable value. For this purpose, the current in its field winding 14 with the resistor 15 changes ge. This resistance is adjusted with the aid of a motor 16. A current proportional to the generator voltage flows through the winding 8a of the comparison element. a comparison current taken from the battery 7 through the coil 8b, which can be set with the resistor 9 and measured by the ammeter 10.
In a manner analogous to that described with reference to FIG. 1, if the balance on the balance beam 11 is disturbed, either the pair of contacts 12a or 12b is closed, causing the motor, fed by the battery 17, to move forward or backward. As a result, the resistor 15 is adjusted until equilibrium is re-established as a result of the changed generator voltage on the balance beam. By lifting the balance beam from the contacts, the motor 16 is then switched off again.
However, the relays need a not insignificant amount of time to drop, the motor will not stop immediately and even after the motor has stopped, the current in the field winding will change somewhat due to the magnetic inertia of the machine. The consequence of this is that the generator voltage goes beyond the value at which there is equilibrium on the compensating element 11 by a certain amount, which results in the comparison element responding in the wrong way.
This new control process will in turn lead to such an over-regulation, so that a longer, possibly permanent oscillation around the equilibrium position occurs. In order to avoid this, it is necessary to establish the equilibrium on the balance beam 11 with every regulation process before the effects of the coil 8a and 8b keep their equilibrium (1st return). This is done through the additional winding 8e, the effect of which is added to that of the coil 8b. It is connected to a potentiometer which is powered by the battery 19. In the middle position of the potentiometer lever 20, no current flows through the coil 8e. If there is a deviation from this zero position, the coil is then excited in various senses depending on the direction of the deflection.
The potentiometer lever 20 is pulled into the zero position by the springs 21. The deflection from the zero position he follows through occasional excitation of the two solenoids 22a and 226 simultaneously with the activation of the motor 16. During the regulation process, depending on the direction of rotation of the motor, one of the two Spu len is always energized and the potentiometer lever deviates from its zero position . The direction of current in the coil 8c is such that during a regulating process in the sense of an increase in the generator voltage, the effect of the coils 8b and 8e together is smaller than that of the coil 8b alone. As a result, the balance beam 11 comes into equilibrium before the generator voltage corresponds to its target value and opens the contacts 12a.
At the same time as the motor 16 is switched off, the coil 22a is also de-energized and the springs 21 bring the potentiometer lever back into the central position. With the correct setting of the stops 23 and a suitable lever speed, which is regulated by an inhibitor not shown in the figure, the strength and duration of the return can be set so that the lever 20 reaches the central position at that point in time. in which the regulated generator voltage has reached its setpoint.
The embodiment of FIG. 3 differs from FIG. 2 in that a change in the comparison value brought about by the control process is used for feedback. The feedback potentiometer is not driven by solenoids, but by a motor, where the feedback limitation is achieved by switching off Emd and the return by holding this motor.
In FIG. 3 it again means: 13 the generator, 14 its field winding, 15 the regulating resistor, 16 its drive, 8a and 8b the coils of the comparison element for the voltage and for the comparison current, 11 the balance beam and 12a and 12b the contacts. The drive 16 for the regulating resistor and the drive 24 for the contact strip 20 of the potentiometer 18 is fed by the generator ge. The comparison current is taken from the battery 26 via an adjustment potentiometer 27. Since, as will be stated later, it changes during the control process.
the setting is advantageously carried out instead of with an ammeter with the voltage meter 28, which is hardly influenced by the change when the comparison current is small compared to the potentiometer current. When the contacts 12a (12b) close as a result of a disturbance of the equilibrium on the balance beam 11, current flows from the battery 31 via the contactor 29a (29b), which switches on the motor 16, and via the contactor 30a (30b) for the motor 241 As a result, the contact strip 20 moves out of its central position and thus changes the comparison current to compensate for the overregulation in terms of the premature achievement of the equilibrium on the balance beam 11.
Immediately after leaving the middle position, the contact strip 20 of the potentiometer runs onto the contact 32a (32b). When contact 33a (33b) is reached, the winding of contactor 30a (30b) is short-circuited so that it drops out and switches off motor 24 (feedback limitation). After equilibrium has been reached on balance beam 11 through the interaction of the regulated value of the comparative value and the additional influence of the feedback, the contactor 29a (29b) drops as a result of the opening of the contacts 12a (12b).
This closes a circuit from battery 31 via the middle part of the sliding piece 20, via contact 32a (32b), as well as the opening contacts of contactor 29a (29b), the winding of contactor 30b (30a) and back to battery 31. The contactor 30b (30a) thereby switches the motor 24 to reset the grinding piece 20 in its zero position. The shutdown takes place near the zero position by leaving the contact 32a (32b). In the circuit described before, the windings of the contactors 29 and 30 are connected in series. The feedback limitation is done by closing contacts which short-circuit the winding 30. You can also switch the windings of the contactors 29 and 30 in parallel.
Then the closing contacts 33 are to be replaced by opening contacts which interrupt the coil current of the contactors 30.
The comparison organ shown in FIGS. 1 to 3 can be designed in various known ways, for example as a power carriage with two columnoids, or as a double measuring device with two measuring systems acting in opposite directions. The latter version allows, while maintaining a current strength as a comparative variable, to weigh this against a torque generated by other electrical variables, as may be necessary, for example, to regulate electrical power in single and multi-phase systems.
A special embodiment that deviates from the above-described embodiment is necessary when the variable to be controlled is either itself the frequency of a WN "alternating current or is measured by such a current. It is then advantageous to use a frequency as a comparison variable. The comparison organ can For example, consist of two synchronous machines, one of which is operated by the frequency to be controlled, the other by comparison frequency, each of the two machines driving a sun gear of a planetary gear.
The planet gear of the transmission will be at rest relative to the axis of the transmission, as soon as the frequencies supplied match. If the frequency to be controlled deviates from the comparison frequency (read the planet gear from its zero position, which movement can be used to actuate control contacts. The control shaft where the comparison frequency is generated. Can be controlled by the machine or device far: to be.
The frequency of an alternating current as a comparison value is ideally suited for transmission over long distances due to its independence from line constants. The comparison frequency can be generated by an alternating current machine driven at a variable (adjustable) speed. In order to avoid constantly rotating components in the comparison device and also to achieve a special accuracy of the control device, according to the invention the comparison device is designed as a balance an alternating current is supplied, the frequency of which is proportional to the beat frequency from the frequency to be controlled and the comparison frequency.
A current of double the beat frequency can be generated, for example, by causing the two supplied frequencies to beat and transforming the resulting wave current into an alternating current of double beat frequency. According to FIG. 4, the transformer 34 is fed with the frequency to be controlled, the transformer 35 with the comparison frequency. The latter is generated by the generator 36 and fed via the trunk line 37 to the control device. A rectifier 38 is connected in the common secondary circuit of the two transformers 34 and 35.
A wave current flows in this current circuit, the frequency of which is determined by the beat occurring between the frequency to be controlled and the reference frequency. The wave current is converted into an alternating current by the transformer 39. This flows on the one hand via the choke coil 41 and the coil 4 () a of the comparison element, on the other hand via the capacitor 42 (which can possibly be replaced by an ohmic resistance) and the coil 40u of the comparison element. The currents in coils 40a and 40u will only be the same at a certain beat frequency; if the frequency is lower, the current will predominate in 4 (0a, at a higher frequency in 40ö.
Accordingly, the wall beam 11 will only remain in its central position at the specific frequency, but otherwise the control contacts 43a or 43b will close. Fluctuations in the balance beam as a result of changing tensile forces and resonance are prevented by equipping the system with the appropriate mass and damping. The device described above is characterized by a particular precision. If, for example, the variable to be controlled is supposed to be 50 periods per second and the solenoid circuits of the comparative organ are determined to a beat frequency of 4 periods per second, the comparison frequency is 52 periods per second when the system is in equilibrium.
If the variable to be controlled changes by 2% to 49 periods per second, the beat frequency has increased to 6 periods per second, which is 50% higher than the previous value.
In order to make the setup completely independent of voltage fluctuations, it is advantageous to use not one but two different, mutually variable frequencies as a comparison value as a comparison value. Fig. 5 shows such an arrangement. The two comparison frequencies can be generated for example by two different pole, mutually coupled AC machines 36a and 36b. These feed the primary windings of the two transformers 35d and 35) b. The secondary windings of these transformers are connected in series with those of the two transformers 34a and 34b fed with the frequency to be regulated.
Two rectifiers 38a and 38b are also located in these secondary circuits. and the primary windings of two transformers 39a and 39b. The secondary windings of the two transformers feed over, respectively a choke coil 41a. 411) the solenoids 40a and 40ö of the comparison organ.
If the speed of the generators 36 is set, for example, so that the machine 36a generates 48 periods and the machine 366 generates 52 periods per second, then equilibrium will prevail, assuming a symmetrical arrangement of the apparatuses. if the frequency to be controlled is exactly 50 periods per second. The two coils of the comparison element 40a and 40b then carry Mrechsel currents of the same effective value and a frequency of 4 periods per second.
If the frequency to be controlled degrades by about 2% to 51 periods per second: the frequency in the coil 40a rises to 6 periods per second, while that in the coil 40b decreases to 2 periods per second. If the inductance in this coil is very large compared to the ohmic resistance, the currents are almost 1: 3. The device is therefore able to respond to very small deviations of the frequency to be regulated from the comparison value.
If the frequency to be regulated or the comparison frequency is transmitted over larger distances, the energy supplied to the control device may not be sufficient to operate a correspondingly powerful comparison element. In addition to rectification, amplification of the beat current can also be used, for example using electro tubes (at higher frequencies) or by relays that play in time with the beat (at low frequencies).
In order to provide the above-described regulating device fmn with a feedback, it is sufficient to cause the drive of the comparative current generator to change the rotational speed temporarily during a regulating process. The operating conditions of this drive can be changed discontinuously, for example by connecting and disconnecting resistors, since the change in speed is also constant in this case due to the inertia of the mass. In FIG. 5, an auxiliary motor 49 is shown as the drive for the comparison generator. His field winding 50 is on the setting resistor 9 was fed by a potentiometer 51. The two contactors 45a and 45b are actuated by the contacts 43 from time to time.
With the help of contacts 46a and 46b, these contactors control an electrical element that acts directly on the machine to be controlled, for example a tour adjustment motor. In addition, these contactors each have a make and break contact 47 and 48. In the equilibrium position of the balance beam 11, the two contactors 45 have dropped out. The excitation current of the motor 49 then flows from the center point 52 of the potentiometer 51 via the contacts 48b and 48a connected in series, as well as via the setting resistor 9 through the field winding 50. When the contactor 45a responds, the contacts 46a and 47H are now closed. At the same time, the contact 48a is opened, so that the circuit leading via the zero point 52 of the potentiometer is interrupted.
The field circuit of the motor 49 is now closed via the front act 47a and the potentiometer tap 53a. As a result of the change in the field current, the motor 49 and thus also the two power generators constantly strive for a different speed. When equilibrium is reached at the balance beam 11, the contactor 45 drops out again, where the field winding 50 regains its previous current and the motor assumes its original speed. By suitable selection of the Anz.apfpunkt 53 in Po <B >, </B> @ o- tentiometer 51 the size of the feedback can be set,
Said vain return limitation, as described in FIGS. 2 and 3, is achieved by itself with this arrangement without additional devices.
In many cases, especially when the variable to be controlled or the comparison variable is fed to the comparison element via .longer lines, it is necessary to provide a safety device which prevents incorrect regulation in the event of defects in these lines. A line break in the comparison circuit, for example, in the arrangement according to FIG. 3, would result in an excitation of the generator. In such cases it is. It is advisable to put the automatic control unit out of operation.
This can also be done by comparing the value to be controlled with the comparison values. In normal operation, the fluctuations to be regulated and thus also the differential effects on the comparison device will generally not exceed a certain amount. In the event of line breaks or short circuits, however, relatively large differential effects occur at the moment.
If the comparison element is therefore equipped with an opening contact which, if a certain differential action is exceeded, the actuating circuit of the control device is interrupted (for example the coil circuit of the contactor 41 according to FIG. 1, further regulation can no longer take place also run in such a way that a brush firmly connected to the balance beam runs onto a sliding contact in the event of deviations from the zero position, but overflows this when a certain differential effect is exceeded. The control only responds if the differential effect on the comparison element is within certain, moved by the length of the sliding track before given limits.
If a high level of accuracy is required of the control, the comparison device must be very sensitive. It is then advisable to have the shutdown in the event of a malfunction carried out by a second, less sensitive comparator. With the contacts of the same, not only can the control circuits be interrupted, but signal circuits can also be closed to alert the keeper.