Magnetverstärkerschaltung Die Erfindung betrifft eine Magnetverstärker schaltung, die sich besonders für Steuer- und Regel zwecke eignet.
Bei Steuer- und Regelgeräten werden häufig Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung ver wendet, in deren Arbeitsstromkreis ein Relais ein geschaltet ist, mit dem ein Steuermotor ein- und ausgeschaltet wird. Solche Einrichtungen weisen den Nachteil auf, d,ass sich bei langsam ändernder Ver= stärkereingangsgrösse die Arbeitsweise des Relais nur schleichend vollzieht, wodurch die Lebensdauer der Kontakte stark herabgesetzt wird.
Werden Ma gnetverstärker in ebenfalls bekannter Weise mit einer überkritisch eingestellten Rückkopplung versehen, so ergibt sich eine kippende Arbeitsweise, wobei eine Schaltdifferenz auftritt, das heisst, 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 Steuer motors einen neuen grossen Nachteil zur Folge.
Bei den üblicherweise verwendeten Schaltungen mit zwei mit überkritischen Rückkopplungen versehenen Ma gnetverstärkern, die als Nullindikator eines Steuer- oder Regelgerätes dienen, wobei sie einen Steuer motor mit gegebener Auslaufzeit steuern, wird. die Einstellgenauigkeit bzw. die sogenannte Unempfind- lichkeitszone nicht durch die Empfindlichkeit der den Magnetverstärkern die Eingangsgrösse liefernden Messeinrichtung begrenzt, sondern durch das instabile Verhalten der gesamten Anordnung.
Eine solche Instabilität entsteht dadurch, dass der Steuermotor mit voller Geschwindigkeit bis zum Erreichen der Unempfindlichkeitszone dreht, infolge der Schalt differenz und der Trägheit des betreffenden Ma gnetverstärkers verzögert abgeschaltet wird und über die Unempfindlichkeitszone weiterdreht.
Der an dere Verstärker des Nullindikators schaltet ein und steuert den Motor um, so dass dieser mit voller Ge- schwindigkeit wieder zurückdreht, woraus sich Pen- delungen ergeben, die nur durch eine genügend grosse Einstellung der Unempfindlichkeitszone vermeidbar sind. Es sind zwar Schaltungen bekannt, bei denen die Schaltdifferenz dadurch verkleinert wird,
d'ass 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 Steuer stromes das Abfallen des Relais begünstigt wird. Dadurch wird jedoch nur ein Teil der Aufgabe ge löst, da die Schaltdifferenz nicht völlig beseitigt wird und die Trägheit des Magnetverstärkers sowie der störende Einfluss der Auslaufzeit des Steuer motors unverändert bestehen bleiben.
Die Erfindung betrifft eine Magnetverstärker schaltung mit mindestens einem im Arbeitsstrom kreis des Magnetverstärkers eingeschalteten Relais, bei welcher die oben erwähnten Nachteile dadurch umgangen sind, dass im Steuerstromkreis des Ma gnetverstärkers ein Widerstand und mindestens ein diesem parallel geschalteter Ruhekontakt vorgesehen sind, wobei das Arbeitsstromkreisrelais die Steue rung des Ruhekontaktes bewirkt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 die Schaltung einer Nachlaufsteuerung mit zwei Magnetverstärkern, Fig. 2 die Charakteristik eines erfindungsgemäss geschalteten Magnetverstärkers mit überkritischer Rückkopplung, Fig. 3 die Charakteristik eines erfindungsgemäss geschalteten Magnetverstärkers ohne Rückkopplung bzw. mit unterkritischer Rückkopplung.
In der Fig. 1 ist an das Netz 1, 2 die Primär wicklung 3 eines Transformators 4 angeschlossen, an dessen Sekundärwicklung 5 über Gleichrichter 6 die Arbeitswicklungen 7 zweier Magnetverstärker 8, 9 und mit diesen in Serie zwei Spulen 10, 11 eines mit Kontakten 12, 13, 14 versehenen Arbeitsstrom- kreisrelais 15 mit neutraler Mittelstellung ange schlossen sind. Die Magnetverstärker 8, 9 sind in bekannter Weise mit Vormagnetisierungswicklungen 16 versehen, die über Gleichrichter 17 und Wider stände 18, 19 ebenfalls von der Sekundärwicklung 5 gespeist werden.
Die Steuerwicklungen 20 der als Nullindikator dienenden Magnetverstärker 8, 9 wer den in ebenfalls bekannter Weise von als Steuer ströme wirkenden Differenzströmen einer durch ein Geberpotentiometer 21 und ein durch den Anker eines Steuermotors 22 verstellbares Nachlaufpoten- tiometer 23 gebildeten Brückenschaltung, die über die Gleichrichter 17 gespeist wird, durchflossen. Eine Antiparallelschaltung von Gleichrichtern 24 dient zum Begrenzen übermässiger Spannungsdiffe renzen.
Jeder der Magnetverstärker 8, 9 ist mit einer Rückkopplungswicklung 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 Steuerwicklungen 20 ist ein Wider stand 27 geschaltet, der durch in Reihe liegende Ruhekontakte 28, 29 zweier Relais 30, 31 über 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 Re lais 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 ver stellt. Bei einem Regelgerät z. B. würde hingegen der Steuermotor 22 das Stellglied der Regelstrecke betätigen, und der Fühler würde auf das Potentio- meter 23 einwirken.
Die Funktion der erfindungsgemässen Schaltung wird' anhand der Fig. 2 erläutert, in der k die Kenn linie eines der Magnetverstärker 8 bzw. 9 der Fig. 1, das heisst den Verlauf der Ausgangsspannung U in Abhängigkeit des Steuerstromes i, darstellt. Die Ein schaltspannung des Relais 15 ist durch den Span nungswert e, seine Ausschaltspannung durch den Spannungswert d angegeben.
Die Abszissenwerte <I>a</I> und<I>b</I> des Steuerstromes<I>i</I> grenzen die Schaltdifferenz ab, das heisst, erreicht der zunehmende Steuerstrom<I>i</I> den Wert <I>i = b,</I> so schaltet der Magnetverstärker ein, nimmt der Steuer strom<I>i</I> hierauf auf den Wert<I>i = a</I> ab, so schaltet der Magnetverstärker aus.
Erreicht nun bei der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung der Steuerstrom i, das heisst der in der Brückenschaltung 21, 23 gebildete Differenzstrom, den Wert<I>i = b,</I> so wird entsprechend dem Vor zeichen des Steuerstromes i beispielsweise der Ma gnetverstärker 8 erregt, und das Relais 15 schliesst den Stromweg über die Kontakte 12, 13. Dadurch wird das Relais 30 erregt, öffnet seinen Ruhekontakt 28 und schliesst seinen Arbeitskontakt 32. Durch den Kontakt 32 wird der entsprechende Stromweg des Steuermotors 22 geschlossen, und letzterer dreht in der entsprechenden Richtung, wodurch das Nach laufpotentiometer 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 Steuerwick lungen 20 der Steuerstromkreiswiderstand 27 ein geschaltet, da dessen Überbrückung unterbrochen wird. Durch den erhöhten Widerstand des Steuer stomkreises wird der durch diesen fliessende Steuer strom i auf einen Steuerstrom<B><U>1.7</U></B> verkleinert. Vor teilhafterweise wird der Steuerstromkreiswiderstand 27 so gross gewählt, dass durch dessen Einschalten der Steuerstrom<I>i</I> in der Fig. 2 von einem Wert<I>i = b</I> auf einen Wert i27, der kleiner als a ist, vermindert wird. Infolgedessen. schaltet der Magnetverstärker 8 wieder aus.
Da durch dieses Ausschalten aber gleichzeitig der Steuerstromkreiswiderstand 27 wie der überbrückt 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 aus geschaltet bleibt und der Kontakt 32 in seiner ge öffneten 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 i.7 annimmt, der grösser als a ist.
Der Magn; tverstärker 8 bleibt daher erregt, und der Kontakt 32 wird nicht mehr geöffnet. Der beschriebene Magnetver stärker weist also zwischen den Steuerstromwerten <I>i = b</I> und<I>i</I> = c eine Zone Z auf, in der er ab wechselnd ein- und ausschaltet. Auf den Steuermotor 22 wirkt sich die beschriebene Arbeitsweise so aus, dass dieser bei grösser werdendem Steuerstrom. i zwi schen 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.
Zwischen den Steuerstromwerten <I>i</I> = c und<I>i = b</I> erfolgt wieder ein fortwährendes Ein- und Ausschalten. Unterschreitet der Steuer strom<I>i</I> hingegen den Steuerstromwert <I>b,</I> so kann der Magnetverstärker, wenn einmal ausgeschaltet, nicht mehr einschalten, so dass der Steuermotor 22 dauernd ausgeschaltet bleibt. Ändert der Steuerstrom i sein Vorzeichen, so tritt der Magnetverstärker 9 in gleicher Weise in Tätigkeit, und der Steuermotor 22 dreht im entgegengesetzten Sinne.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird durch die er findungsgemässe Schaltung der ungünstige Einfluss der Schaltdifferenz der Magnetverstärker beseitigt, da die Erregung und Entregung der letzteren immer beim gleichen Wert<I>b</I> des Steuerstromes<I>i</I> erfolgt.
Durch das fortwährende Schalten innerhalb der Zone Z kann die Drehgeschwindigkeit des Steuer motors 22 vor seinem endgültigen Ausschalten ver mindert werden, wodurch dessen Auslaufzeit ver kleinert wird. Dies erfolgt dadurch, dass sich das Verhältnis zwischen der Ein- und Ausschaltung des Magnetverstärkers ändert, und zwar wird die Dauer, während welcher der Magnetverstärker erregt bleibt, um so kürzer, je mehr sich der kleiner werdende Steuerstrom<I>i</I> dem Wert<I>b</I> nähert.
Auch die Trägheit der Magnetverstärker wird durch die beschriebene Schaltung in günstiger Weise beeinflusst, da durch die Vergrösserung des Steuer- stromkreiswid'erstandes 2.7 bekanntlich ein rascheres Ausschalten des Magnetverstärkers erzielt wird.
Der Steuerstromkreiswid'erstand 27 braucht nicht so gross gewählt zu werden, dass durch sein Einschal ten in den Steuerstromkreis der Steuerstrom i vom Wert <I>i = b</I> auf einen kleineren Wert als "7 <I>= a</I> sinkt. Wird der Steuerstromkreiswiderstand 27 gerade so gross gewählt, d'ass durch sein Einschalten der Steuerstrom<I>i</I> vom Wert<I>i = b</I> genau auf den Wert i>7 = a verkleinert wird,, so besteht bei der beschrie benen Schaltung keine Zone Z, die Magnetverstärker 8, 9 arbeiten nach wie vor, ohne eine Schaltdifferenz aufzuweisen.
Wird schliesslich der Steuerstromkreis widerstand 27 so gewählt, dass der Steuerstrom i vom Wert<I>i = b</I> auf einen Wert, der grösser als i.,7 <I>= a</I> ist, vermindert, so tritt noch eine gewisse Schaltdifferenz auf, deren Grösse durch Änderung des Steuerstromkreiswiderstandes 27 beeinflusst wer den kann.
Werden beispielsweise Magnetverstärker ohne eigene Schaltdifferenz, also gemäss der Fig.3, ver wendet, so ergibt sich bei Verwendung eines eine Schaltdifferenz aufweisenden Relais im Arbeitsstrom kreis trotzdem eine solche, weil wegen des Verlaufes der Verstärkerkennlinie k1 in der Fig. 3 die Relais schaltpunkte d und e jetzt Einfluss gewinnen und zu den Steuerstromwerten <I>i = a 1</I> und<I>i = b 1</I> auf der Abszisse führen,
wobei beim Steuerstromwert <I>i -=</I> a1 das Arbeitsstromkreisrelais 15 ausgeschaltet und beim Steuerstromwert <I>i = b 1</I> eingeschaltet wird, was zur Schaltdifferenz a1 - b1 führt.
Durch die erfindungsgemässe Schaltung kann auch diese Schalt differenz in der bereits beschriebenen Weise beseitigt bzw. verkleinert werden. Ebenso kann eine Arbeits zone Z1 erhalten werden, in welcher ein fort währendes Ein- und Ausschalten des Arbeitsstrom- kreisrelais auftritt, wodurch die vorteilhafte Arbeits weise des Steuermotors 22 ebenfalls erhalten wird.
Anstelle eines besonderen Steuerstromkreisrelais 30 bzw. 31 für die Betätigung des dem Steuerstrom kreiswiderstand 27 parallel geschalteten Ruhe kontaktes 28 bzw. 29 kann auch das im Arbeits stromkreis des Magnetverstärkers 8 bzw. 9 geschal tete Relais 15 selbst so ausgebildet sein, dass es die Betätigung des Ruhekontaktes 28 bzw. 29 unmittel bar bewirkt.
Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Magnetverstärkerschaltung ist nicht auf Steuer- oder Regelgeräte beschränkt. Diese Schaltung kann viel mehr für verschiedene Zwecke Verwendung finden, so z. B. auch mit nur einem einzigen Magnet verstärker als Schalter ohne Schaltdifferenz bzw. mit veränderlicher Schaltdifferenz.