DE1035732B - Magnetverstaerkeranordnung fuer Steuer- und Regelzwecke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In Steuer- und Regelanordnungen besteht häufig die Aufgabe, einen Steuer- oder Regelbefehl verzögert einzugeben. Das kann z. B. bei Anlaufvorgängen von Motoren der Fall sein, wenn der Hochlauf des Motors nach einer gewünschten Zeitfunktion erfolgen soll, oder bei Beleuchtungen, deren Strom z. B. über magnetische Verstärker gesteuert wird, oder bei Schaltungen, bei denen der magnetische Verstärker als Relais wirkt und das Ansprechen erst nach einer gewissen Zeitverzögerung erfolgen soll. In diesen Fällen soll der Sollwertgeber, an dem die Einstellung des neuen Betriebszustandes vorgenommen wird, verzögert arbeiten oder einen gewissen einstellbaren Unempfindlichkeitsbereich aufweisen. Verzögerungen werden auch in sogenannten verzögerten Rückführungen bei Regelanordnungen benötigt. So soll z. B. die Stellgrößenänderung zeitlich verzögert auf den Reglereingang zurückwirken. Ferner ist es bei Reglern oft erwünscht, ein sogenanntes PI-Verhalten zu erzielen, wobei die Ausgangsgröße des Reglers sich bei einer sprungartigen Änderung der Eingangsgröße ebenfalls zunächst sprungartig, d. h. also proportional, ändern soll, während der weitere Verlauf durch ein mit der Zeit ansteigendes Verhalten gekennzeichnet sein soll.

An elektrischen Verzögerungsmitteln sind die Kombinationen von Kondensatoren und Drosselspulen bekannt. Ferner ist es bereits bekannt, durch kurzgeschlossene Steuerwicklungen die Zeitverzögerung magnetischer Verstärker zu vergrößern. Ebenso kann dies bekannterweise durch Hintereinanderschaltung mehrerer Verstärker erreicht werden, wobei sich die gesamte Zeitverzögerung etwa aus der Summe der einzelnen Zeitverzögerungen ergibt.

Mit allen diesen Maßnahmen gelingt es aber lediglieh ein ganz bestimmtes, in der Natur der Schaltelemente liegendes Zeitvernalten zu erreichen, ohne den grundsätzlichen Charakter einer solchen Übergangsfunktion ändern zu können.

Ein universelles und genau arbeitendes Schaltglied für die Schaffung vieler verschiedenartiger Übergangsfunktionen wird erfindungsgemäß durch eine Magnetverstärkeranordnung für Steuer- und Regeleinrichtungen dadurch erreicht, daß zur Erzielung eines beliebigen Zeitverhaltens des Laststromes zwei oder mehrere miteinander gekoppelte Magnetverstärker vorgesehen sind, bei denen in der einen Verstärkerstufe in an sich 1>ekann.ter Weise zur Verzögerung der Laststromänderung eine Steuerwicklung über einen einstellbaren ohmschen Widerstand kurzgeschlossen ist, der gleichgerichtete Laitstrom der verzögernden Stufe · eine oder mehrere weitere Magnetverstärker in vorbestimmtem Sinne beeinflußt, und daß außerdem wenigstens die Ausgangsverstärker-Magnetverstärkeranordnung
für Steuer- und Regelzwecke

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Alfred Lang, Eßlingen/Neckar,

und Dipl.-Ing. Peter Kratz, Endersbach (Württ.),

sind als Erfinder genannt worden

stufe von der Steuerspannung zusätzlich erregt wird. Mit Hilfe dieser Maßnahme gelingt es nunmehr, ohne Verwendung mechanischer Hilfsmittel oder anderer nicht beeinflußbarer elektrischer Schaltelemente eine beliebige Übergangsfunktion des Laststromes eines Magnetverstärkers zu erhalten bei vorgegebener Steuerspannung. Damit können nahezu alle technisch wichtigen Regelvorgänge, die Unempfindlichkeitsbereiche bzw. Verzögerungen fordern, mit Hilfe zweier oder mehrerer magnetischer Verstärker beherrscht werden. Der Vorteil bei der Verwendung magnetischer Verstärker für Verzögerungsglieder ist die große zur Verfügung stehende Ausgangsleistung bei kleiner Steuerleistung und die Möglichkeit, mit geringem Materialaufwand verhältnismäßig große Verzögerungszeiten zu erzielen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Erzielung von Übergangsfunktionen mit zusätzlicher Totzeit; in

Fig. 2 ist eine Anordnung zur Erreichung einer speziellen Verzögerungsfunktion dargestellt.

In der Zeichnung bedeutet 1 einen magnetischen Verstärker mit Trockengleichrichtern 2 zur direkten Selbsterregung (Selbstsättigung). 3 ist der Ausgangs? widerstand des Verstärkers 1, an dem die zeitlich verzögerte elektrische Größe (Strom und Spannung) abgenommen wird. 4a, 4b, 4 e sind Steuerwicklungen des magnetischen Verstärkers 1, welche die Leistungswicklungen umfassen.

5 ist die speisende Wechselspannungsquelle, 6 die Steuergleichspannungsquelle, 7 und 10 sind Gleichrichter, 8 ein magnetischer Hilfsverstärker mit den .Steuerwicklungen 9a und 9b; 11, 12, 13 und 14 sind einstellbare ohmsche Widerstände.

^:-· 809 580/401

In der Schaltung nach Fig. 1 a ist (ohne Steuerwicklung 4c) bei U_st = 0 (Pfeile von oben nach unten bedeuten öffnende Aussteuerung, und umgekehrt) der Hilfsverstärker 8 gemäß seiner in Fig. 1 c dargestellten Verstärkerkennlinie auf den Punkt A eingestellt, da kein Steuerstrom durch die Steuerwicklung 9 a fließt. Die Steuerwicklung 4 & des Ausgangsverstärkers 1 ist mit diesem Strom in negativer Aussteuerrichtung beaufschlagt, wodurch der Ausgangsverstärker gemäß der in Fig. 1 d dargestellten Verstärkerkennlinie, Arbeitspunkt A, bis weit in das negative Gebiet gesperrt ist. Beim Einschalten der Steuerspannung U_st steigt nun der Steuerstrom in der Steuerwicklung 4a im positiven Sinne an, wobei die Schnelligkeit des Anstieges mittels des ohmschen Widerstandes 11 eingestellt werden kann. Da al>er die negative Steuerdurchflutung in 46 überwiegt, bleibt der Ausgangsverstärker 1 nach wie vor gesperrt. Nunmehr steigt der in sperrendem Sinne wirkende Steuerstrom in Wicklung 9a des Hilfsverstärkers 8 an, wol>ei die Schnelligkeit des Anstieges mit den ohmschen Widerständen 12 und 13 eingestellt werden kann. Dadurch sinkt der Steuerstrom in 4& gemäß Fig. Ic langsam ab, der Last- ^trom J_a nimmt jedoch nach Fig. 1 d erst dann zu, wenn der Steuerstrom bis zum Wert, der dem Punkt B in Fig. 1 d entspricht, abgesunken ist. dann beginnt der Strom J_a zu steigen. Man erhält somit eine Übergangsfunktion beim Zuschalten oder Aufwärtssteuern gemäß Fig. 1 b. Beim Ausschalten oder Abwärtssteuern geht der Strom des Verstärkers 8 und damit auch J₁₁ nach einer ^-Funktion zurück.

Die Größe der Totzeit T_t und der Übergangszeit T_u kann mittels der ohmschen Widerstände 11, 12, 13 und 14 eingestellt werden. Die Schaltung nach Fig. 1 a eignet sich somit als kontaktloses Zeitrelais.

Wenn man in der Schaltung nach Fig. 1 a die Steuerwicklung 4c als zusätzliche Spannungs- oder Stromrückkopplung einschaltet, so verringert sich dadurch der zur Aussteuerung des Ausgangsverstärkers notwendige Steuerstrom J_stit,.

Die ohmschen Widerstände 11, 14 und 15 können bü eingestellt werden, daß der Ausgangsverstärker nicht nur im steilen Gebiet der Kennlinie (Fig. 1 d) ausgesteuert wird, sondern bis voll in die Sättigung kommt.

Der Ül>ergang des Stromes J_a vollzieht sich beim Zuschalten oder Aufwärtssteuern durch die Rückkopplung schneller, und das Verhältnis Totzeit T, zu Übergangszeit T₁₁ kann größer werden. Beim Ausschalten erfolgt das Abwärtssteuern des Stromes /„ langsamer.

Je nach dem Verwendungszweck kann die Ausschaltverzögerungszeit mittels der ohmschen Widerstände 11, 12, 13, 14 und 15 in weiten Grenzen eingestellt werden.

Mittels Kaskadenschaltung von zwei oder mehreren Verstärkern, wobei der Laststrom eines Verstärkers jeweils die Aussteuerung des folgenden Verstärkers übernimmt, ist es möglich, Exponentialfunktionen höherer Ordnung mit horizontalen Anfangstangenten zu erhalten.

In der Schaltung gemäß Fig. 2 a beeinflußt der mittels Gleichrichter 7 gleichgerichtete Laststrom /„ des magnetischen Verstärkers 1 die Steuerwickiung 9a des Hilfsverstärkers 8 in öffnendem Sinn bei zunehmendem Laststrom J_a. Der infolge der über den einstellbaren ohmschen Widerstand 12 geschlossenen Steuerwicklung 9 b verzögert ansteigende Laststrom dieses Verstärkers 8 wirkt nun über den Gleichrichter auf die Steuerwicklung 4 b des Ausgangsverstärkers in öffnendem Sinne ein, so daß also für den Ausgangsverstärker eine langsam wirkende zusätzliche Rückkopplung des Laststromes /₍, im Sinne einer Mitkopplung stattfindet. Gemäß Fig. 2 b entsteht dadurch ein zeitlicher Verlauf des Laststromes J_u, der durch einen anfänglichen schnellen

ίο Verlauf (Proportionalanteil T₁) und einen darauffolgenden, langsam ansteigenden Teil (Integralanteil T₂) gekennzeichnet ist. Die Schnelligkeit des ersten Anstieges kann mittels des ohmschen Widerstandes 11 und die Verzögerung im langsamen Anstieg mittels des ohmschen Widerstandes 12 eingestellt werden.

Claims (5)

PATENTANSPRUCH!·::

1. Magnet Verstärkeranordnung für Steuer- und Regeleinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines beliebigen Zeitverhaltens des Laststromes zwei oder mehrere miteinander gekoppelte Magnetverstärker vorgesehen sind, bei denen in der einen Verstärkerstufe in an sich bekannter Weise zur Verzögerung der Laststromänderung eine Steuerwicklung über einen einstellbaren ohmschen Widerstand kurzgeschlossen ist, der gleichgerichtete Laststrom der verzögernden Stufe eine oder mehrere weitere Magnetverstärker in vorbestimmtem Sinne beeinflußt, und daß außerdem wenigstens die Ausgangsverstärkerstufe von der Steuerspannung zusätzlich erregt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom des verzögernden magnetischen Verstärkers (8) einen Ausgangsverstärker (1) über dessen zweite Steuerwicklung (4 b in Fig. 1 a) sperrt, wobei die Hauptsteuerwicklungen beider magnetischen Verstärker (1 und 8) gemeinsam von der Steuerspannung beaufschlagt werden, und zwar der Ausgangsverstärker (1) im öffnenden Sinne und der Verstärker (8) im sperrenden Sinne (Fig. la).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichgerichtete Laststrom des schnell wirkenden Ausgangsverstärkers (1) der Steuerwicklung des verzögernden Verstärkers (8 in Fig. 2 a) zugeführt wird, wol>ei der Laststrom des letzteren eine zweite Steuerwicklung des Ausgangsverstärkers in öffnendem Sinne erregt (Fig. 2 a).

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungen beider Verstärker mit einstellbaren Widerständen in Reihe geschaltet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der sohneil wirkende Ausgangsverstärker (1) eine zusätzliche Rückkopplung der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes auf eine weitere Steuerwicklung (4c in Fig. 1 a) hat und voll in die Sättigung ausgesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
The Proceedings of the JEE, vol. 99, Part. II, No. 70, vom August 1952, S. 297ff.;

AEÜ (Archiv für Elektrische Übertragungen), 1953, S. 249 ff., insbesondere S. 255.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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