Elektrische Reguliereinrichtung. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Reguliereinriehtung zur Regulierung einer Zustandsgrösse mit mindestens einem von einer variablen Grösse beeinflussten Steuerorgan, einem mit Rückführelement versehenen Regulierorgan sowie einem durch ein Steuerorgan und das Regulierorgan beein flussten, das Regulierorgan beherrschenden Differenzsteuergerät.
Diese Einrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerorgan und das Regulierorgan elektrische Widerstände beherrschen und dass das Differenzsteuergerät zwei Erregerspulen aufweist, von denen mindestens die eine mit mindestens einem der elektrischen Wider stände und einer Stromquelle und die andere mindestens mit dieser Stromquelle in Serie geschaltet ist.
Die beiliegende schematische Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 stellt das Schaltungsschema einer Reguliereinrichtung zur Regelung einer Tem peratur dar mit Steuerorgan a, Regulier- Organ b, Rückführelement b', Differenz steuergerät c und Stromquelle d; Fig. 2 zeigt dieselbe Einrichtung wie Fig. 1, jedoch mit veränderter Schaltung der einzelnen Organe; Fig.3 stellt wiederum die gleiche Ein richtung dar wie Fig.l und 2, jedoch mit; einer weiteren Art der Schaltung.
Die Einrichtungen gemäss Fig. 1, 2 und 3 besitzen die folgenden Teile: Steuerorgan cc mit von der zu regelnden Temperatur beein flusstem Dehnungsrohr 1, am untern Rohr ende befestigtem Übertragungsstab 2, regu lierbarem elektrischem Widerstand 3 sowie drehbarem, auf dem Widerstand 3 schleifen dem Kontaktarm 4, der mit dem Stab 2 ge lenkartig und elektrisch isoliert verbunden ist; ferner besitzen sie ein Regulierorgan b mit reversierbarem Motor (Anker 6, Erreger wicklungen 7 und S), Welle 9 und Regulier ventil 28, das den Heizmittelstrom in der Leitung 29 regulieren kann.
Das am Regu lierorgan<I>b</I> angebaute Rückführelement <I>b'</I> besitzt einen verstellbaren Widerstand 10 mit einem auf der Welle 9 isoliert befestigten Kontaktarm 11; ferner ist ein Differenz steuergerät c vorhanden, das einen um die Achse 30 schwenkbaren Magnetanker 12, zwei Erregerspulen 13 und 14, eine am Magnetanker befestigte Kontaktzunge 15 mit Steuerkontakten 16 und 17 sowie einen Ein stellwiderstand 18 besitzt; schliesslich ist eine Stromquelle d, bestehend aus einem durch Kraftnetz 19 gespeisten Transformator mit Primärwicklung 20 und Sekundärwicklung 21, vorgesehen.
Die in Fig. 1 gebildeten Stromkreise sind die folgenden: Erregerstromkreise des Differenzsteuer gerätes: Sekundärwicklung 21. Leitung 22, Regulierwiderstand 18, Spule 14, Leitung 23 und zurück zum Transformator. Trans formatorwicklung 21, Leitung 22, Spule 13, Kontaktarm 4, Widerstand 3, Leitung 24, Widerstand 10, Kontaktarm 11, Leitungen 25 und 23 und zurück zum Transformator. Motorstromkreise zur Verstellung des Regu- lierorganes: Kraftnetz 19, Leitung 26, Kon taktzunge 15, Steuerkontakt 16 oder 17, Wicklung 7 oder 8, Motoranker 6, Leitung 27 und zurück zum Kraftnetz.
Die Reguliereinrichtung gemäss Fig. 1 hat die Aufgabe, die Temperatur eines Mediums durch Steuerung des Heizmittelflusses in der Leitung 29 zu regulieren. Die Temperatur des Mediums, das heisst die zu regulierende Grösse wirkt auf das Steuerorgan a und damit auf die Grösse des elektrischen Wider standes 3 und auf den Strom in der Erreger spule 13 ein. Entspricht die zu regulierende Grösse dem Sollwert, so sind die beiden Ströme in den Erregerspulen 13 und 14 gleich gross, und der Magnetanker 12 befin det sich in einer Mittellage. Die Kontakt zunge 15 steht hierbei ebenfalls in der Mittel stellung und berührt keinen der Steuerkon takte 16 oder 17.
Ist die Temperatur des Mediums zu hoch, so ist der Widerstand 3 infolge des sich ausdehnenden Rohres 1 zu niedrig und der Erregerstrom in Spule 13 zu hoch. Hierdurch dreht sich der Magnet- anker im Sinne der thrzeigerbewegung, Zunge 15 kommt mit Steuerkontakt 16 in Berührung und setzt Erregerwicklung 7 unter Strom, wodurch der Motor zum Anlau fen kommt und das Ventil 28 im Schliess sinne verstellt. Gleichzeitig mit der Ver drehung der Welle 9 wird auch der Kon taktarm 11 verstellt, und zwar so, dass der Widerstand 10 vergrössert wird.
Da Wider stand 10 mit Widerstand 3 und Erreger spule 13 in Serie geschaltet sind, wird nach einer bestimmten Drehung der Welle 9 das Gleichgewicht am Magnetanker 12 wieder hergestellt. Der zwangsläufig mit dem Regu lierventil 28 verstellte Widerstand 10, der auch als Rückführwiderstand bezeichnet wird, dient also dazu, das Regulierorgan b nach einer bestimmten Verstellung wieder zur Ruhe zu bringen. Diese Verstellung muss um so grösser sein, je grösser die Abweichung der zu regulierenden Grösse vom Sollwert ist.
Nähert sich diese infolge der erfolgten Ven tilverstellung dem Sollwert, so wird auch infolge Störung des Gleichgewichtes am Magnetanker 12 das Ventil 28 und Kontakt arm 11 langsam gegen die Mittellage gedreht, bis der Wärmefluss in Leitung 29 gerade aus reicht, um den Sollwert der zu regulierenden Grösse aufrechtzuerhalten. Eine zu niedere Temperatur des Mediums würde den um gekehrten Reguliervorgang hervorrufen, das heisst infolge zu grossen Widerstandes 3 würde der Magnetanker im Gegenuhrzeiger sinne geschwenkt, Steuerkontakt 17 geschlos sen und das Ventil 28 im Offnungssinne be wegt.
Der Regulierwiderstand 18, mit wel chem der Strom in Spule 14 abgeglichen wird, dient dazu, den gewünschten Sollwert der zu regulierenden Grösse einzustellen. Eine Spannungsänderung am Transformator d be einträchtigt die Lage des Magnetankers 12 nicht, da sich die Ströme in den Spulen 13 und 14 in gleichem Masse ändern.
Die Reguliereinrichtungen nach Fig. 2 und 3 arbeiten grundsätzlich nach dem für Fig. 1 beschriebenen Prinzip; der Unterschied besteht lediglich in der Zusammenschaltung der Erregerspulen 13 und 14 mit den Wider- ständen 3 und 10 des Steuerorganes bezw. Rückführelementes b.
In Fig.2 liegen. die Erregerstromkreise 21, 22, 18, 14, 33, 10, 11, 34, 32, 21 und ferner 21, 22, 13, 4, 3, 31, 32, 21 vor. In jedem der beiden Erregerstromkreise ist also ein durch das Steuerorgan a oder das Regu lierorgan b beeinflusster Widerstand in Serie geschaltet. Gegenüber der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 besteht der Unter schied, dass z. B. beim Überschreiten des Sollwertes durch die zu regulierende Grösse, also bei zu kleinem Widerstand 3, der Wider stand 10 verkleinert und nicht vergrössert werden muss, um das Gleichgewicht am Magnetanker 12 wieder herzustellen; dem entsprechend ist auch der Widerstand 10 um gekehrt geschaltet als in Fig. 1.
In Fig.3 liegen die Erregerstromkreise 21, 22, 18, 14, 23, 21 und ferner 27., 22, 13, von wo aus sich der Strom in zwei Zweig ströme, nämlich über 4, 3, 35 und über 36, 10, 11, 37 aufteilt und über Leitung 23 nach 21 zurückfliesst, vor. Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 3 ist genau die gleiche, wie für Fig. 1 beschrieben. Der Unterschied besteht nur darin, dass die Widerstände 3 und 10 parallel anstatt in Serie geschaltet sind. Gleich wie bei Fig. 1 muss eine Ver grösserung des einen Widerstandes eine Ver kleinerung des andern herbeiführen, um das Gleichgewicht am Differenzsteuergerät wie der herzustellen.
Die verschiedenen Schaltungen gemäss Fig. 1, 2 und 3 wirken sich auf die Emp findlichkeit der Regulierung sowie hinlicht- lieh des Verhältnisses der Ventilverstellung zu der Abweichung der zu regulierenden Grösse vom Sollwert verschieden aus. Die Schaltung nach Fig.1. arbeitet mit konstan tem Strom in den Widerständen des Steuer- organes und des Rückführelementes,wodurch sich für jede Stellung derselben, das heisst für jede Sollwertabweichung konstante Regu lierempfindlichkeit ergibt.
Im weiteren be steht zwischen Änderung des Widerstandes 3 bezw. der Temperaturänderung und der Ver stellung des Regulierorganes bezw. des Widerstandes 10 eine genau lineare te- ziehung.
Die Schaltung nach Fig. 2 arbeitet nicht mit konstantem Erregerstrom in den Spulen 13 und 14, weshalb die Regulierempfindlich keit je nach Stellung des Kontaktarmes 4 verschieden ist. Eine lineare Beziehung zwi schen Änderung des Widerstandes 3 und der Verstellung des Regulierorganes b kann hin gegen aufrechterhalten werden.
Die Schaltung gemäss Fig. 3 ergibt weder konstante Empfindlichkeit noch eine lineare Beziehung zwischen Widerstandsänderung im Steuerorgan a und Verstellung des Regu- lierorganes b über den ganzen Regulier bereich.
Die Schaltung nach Fig.1 ist aus den genannten Gründen die vorteilhafteste. Die Vorteile wirken sich besonders da aus, wo der Sollwert, auf den das Steuerorgan a zu regulieren hat, über einen grösseren Bereich verstellbar sein. muss, sei es durch Verstel lung des Widerstandes 18 von Hand oder durch Einbau eines weiteren, in den Zeich nungen nicht angegebenen Steuerorganes in den Stromkreis der einen oder der andern Er regerspule des Differenzsteuergerätes c.
Durch den Einbau eines zweiten Steuerorganes mit verstellbarem Widerstand ist es nämlich möglich, den Sollwert der zu regulierenden Grösse automatisch in Abhängigkeit einer weiteren Grösse oder eines Zustandes zu ver ändern. Wird dieser Widerstand des zweiten Steuerorganes in Fig.l mit Steuerorgan a in Serie geschaltet, so ergibt sich über den ganzen Verstellbereich sowohl eine konstante Regulierempfindlichkeit als auch eine lineare Beziehung zwischen der Veränderung des Widerstandes im zweiten Steuerorgan und der Veränderung des Sollwertes der zu regu lierenden Grösse.
Die Verstellung des Regulierorganes in Fig.1 bis 3 durch Reversiermotor kann unter Umständen vorteilhaft impulsweise mit kür zeren oder längeren Unterbrüchen erfolgen. Dies kann durch Einbau eines in der Zeich nung nicht angegebenen Impulskontaktes in den Motorstromkreis erzielt werden, der durch einen ständig laufenden, ebenfalls nicht eingezeichneten Motor periodisch ge öffnet und geschlossen wird. Die Geschwin digkeit, mit der das Regulierorgan verstellt wird, kann sowohl bei kontinuierlicher als auch bei impulsweiser Verstellung des Mo tors weitgehend den Verhältnissen angepasst werden.
Die beschriebene Reguliereinrichtung kann grundsätzlich zur Regulierung irgendeiner physikalischen Grösse oder eines Zustandes auf einen gewünschten einstellbaren Wert oder auf einen variablen, von einer andern Grösse oder einem Zustand, abhängigen Wert dienen. Die Steuerorgane können hierbei durch Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Strom, Leistung usw. beeinflusst sein, und die Regulierorgane können Ventile, Drossel klappen, Leistungsregler usw. steuern.
Electric regulator. The present invention relates to a regulating device for regulating a state variable with at least one control element influenced by a variable variable, a regulating element provided with a feedback element and a differential control device which is influenced by a control element and the regulating element and dominates the regulating element.
According to the invention, this device is characterized in that a control element and the regulating element control electrical resistances and that the differential control device has two excitation coils, at least one of which is connected in series with at least one of the electrical resistors and a power source and the other at least with this power source .
The accompanying schematic drawing illustrates several Ausführungsbei games of the subject invention.
Fig. 1 shows the circuit diagram of a regulating device for regulating a Tem temperature with control member a, regulating member b, feedback element b ', difference control device c and power source d; FIG. 2 shows the same device as FIG. 1, but with a modified circuit of the individual organs; Fig.3 again represents the same A direction as Fig.l and 2, but with; another type of circuit.
The devices according to Fig. 1, 2 and 3 have the following parts: control element cc with the temperature to be regulated in influenced expansion tube 1, at the lower end of the tube attached transmission rod 2, adjustable electrical resistance 3 and rotatable, on the resistor 3 grind the Contact arm 4, which is connected to the rod 2 ge articulated and electrically isolated; They also have a regulating element b with a reversible motor (armature 6, exciter windings 7 and S), shaft 9 and regulating valve 28, which can regulate the flow of heating medium in line 29.
The feedback element <I> b '</I> attached to the regulating organ <I> b </I> has an adjustable resistor 10 with a contact arm 11 which is insulated on the shaft 9; Furthermore, there is a difference control device c present, which has a pivotable armature 12, two excitation coils 13 and 14, a contact tongue 15 attached to the armature with control contacts 16 and 17 and an adjustable resistor 18; Finally, a current source d, consisting of a transformer with primary winding 20 and secondary winding 21 fed by power network 19, is provided.
The circuits formed in Fig. 1 are the following: Excitation circuits of the differential control device: Secondary winding 21. Line 22, regulating resistor 18, coil 14, line 23 and back to the transformer. Trans transformer winding 21, line 22, coil 13, contact arm 4, resistor 3, line 24, resistor 10, contact arm 11, lines 25 and 23 and back to the transformer. Motor circuits for adjusting the regulating element: power network 19, line 26, contact tongue 15, control contact 16 or 17, winding 7 or 8, motor armature 6, line 27 and back to the power network.
The regulating device according to FIG. 1 has the task of regulating the temperature of a medium by controlling the flow of heating medium in the line 29. The temperature of the medium, that is to say the variable to be regulated, acts on the control element a and thus on the size of the electrical resistance 3 and on the current in the exciter coil 13. If the variable to be regulated corresponds to the setpoint value, the two currents in the excitation coils 13 and 14 are equal, and the armature 12 is in a central position. The contact tongue 15 is also in the middle position and does not touch any of the control contacts 16 or 17.
If the temperature of the medium is too high, the resistance 3 is too low as a result of the expanding tube 1 and the excitation current in coil 13 is too high. As a result, the magnet armature rotates in the direction of the throttle movement, the tongue 15 comes into contact with the control contact 16 and energizes the excitation winding 7, causing the motor to start and the valve 28 to be adjusted in the closing direction. Simultaneously with the rotation of the shaft 9, the contact arm 11 is also adjusted, in such a way that the resistance 10 is increased.
Since opposing stood 10 with resistor 3 and exciter coil 13 are connected in series, after a certain rotation of the shaft 9, the balance on the armature 12 is restored. The inevitably adjusted with the Regu lierventil 28 resistance 10, which is also referred to as the feedback resistance, is therefore used to bring the regulating member b to rest after a certain adjustment. This adjustment must be greater, the greater the deviation of the variable to be regulated from the target value.
If this approaches the target value as a result of the valve adjustment that has taken place, the valve 28 and contact arm 11 is also slowly rotated towards the central position as a result of the disturbance of the equilibrium on the armature 12 until the heat flow in line 29 is just enough to set the target value to be regulated Maintain greatness. Too low a temperature of the medium would cause the reverse regulation process, that is, due to excessive resistance 3, the armature would be pivoted counterclockwise, control contact 17 is closed and the valve 28 is moved in the opening sense.
The regulating resistor 18, with which the current in coil 14 is adjusted, is used to set the desired setpoint of the variable to be regulated. A voltage change at the transformer d does not affect the position of the armature 12, since the currents in the coils 13 and 14 change to the same extent.
The regulating devices according to FIGS. 2 and 3 basically work according to the principle described for FIG. 1; the only difference is in the interconnection of the excitation coils 13 and 14 with the resistors 3 and 10 of the control element respectively. Feedback element b.
In Fig.2 lie. excitation circuits 21, 22, 18, 14, 33, 10, 11, 34, 32, 21 and also 21, 22, 13, 4, 3, 31, 32, 21. In each of the two excitation circuits, a resistor influenced by the control element a or the regulator b is connected in series. Compared to the operation of the device according to FIG. 1, the difference is that, for. B. when the target value is exceeded by the variable to be regulated, ie when the resistance 3 is too small, the counter was reduced 10 and does not have to be increased in order to restore the balance on the armature 12; accordingly, resistor 10 is also switched the other way around than in FIG. 1.
In Figure 3 there are the excitation circuits 21, 22, 18, 14, 23, 21 and also 27., 22, 13, from where the current flows into two branches, namely via 4, 3, 35 and via 36, 10 , 11, 37 and flows back to 21 via line 23. The operation of the device according to FIG. 3 is exactly the same as that described for FIG. The only difference is that resistors 3 and 10 are connected in parallel instead of in series. As in Fig. 1, an increase in one resistor must bring about a reduction in the other in order to restore the balance to the differential control device.
The various circuits according to FIGS. 1, 2 and 3 have different effects on the sensitivity of the regulation as well as on the ratio of the valve adjustment to the deviation of the variable to be regulated from the setpoint. The circuit according to Fig.1. works with a constant current in the resistors of the control element and of the feedback element, which results in constant control sensitivity for each position, that is, for each setpoint deviation.
In the further be is between change in resistance 3 BEZW. the temperature change and the adjustment of the regulating element Ver. of the resistor 10 is an exactly linear relationship.
The circuit of Fig. 2 does not work with a constant excitation current in the coils 13 and 14, which is why the regulating sensitivity speed depending on the position of the contact arm 4 is different. A linear relationship between the change in resistance 3 and the adjustment of the regulating member b can be maintained against.
The circuit according to FIG. 3 results in neither constant sensitivity nor a linear relationship between the change in resistance in the control element a and the adjustment of the regulating element b over the entire regulating area.
The circuit according to FIG. 1 is the most advantageous for the reasons mentioned. The advantages are particularly effective where the setpoint to which the control element a has to regulate can be adjusted over a larger range. must, be it by adjusting the resistor 18 by hand or by installing a further control element not specified in the drawings in the circuit of one or the other of the control coil of the differential control device c.
By installing a second control element with adjustable resistance, it is possible to automatically change the setpoint value of the variable to be regulated as a function of a further variable or a state. If this resistance of the second control element in Fig.l is connected in series with control element a, there is both a constant regulating sensitivity and a linear relationship between the change in the resistance in the second control element and the change in the setpoint to be regulated over the entire adjustment range Size.
The adjustment of the regulating element in FIGS. 1 to 3 by the reversing motor can advantageously be carried out in pulses with shorter or longer interruptions. This can be achieved by installing a pulse contact not specified in the drawing into the motor circuit, which is periodically opened and closed by a constantly running motor, also not shown. The speed at which the regulating element is adjusted can largely be adapted to the circumstances, both with continuous and pulsed adjustment of the motor.
The regulating device described can in principle serve to regulate any physical variable or a state to a desired adjustable value or to a variable value dependent on another variable or a state. The control organs can be influenced by temperature, humidity, pressure, current, power, etc., and the regulating organs can control valves, throttles, power regulators, etc.