DE1056183B - Rueckgekoppelter Magnetverstaerker - Google Patents

Description

DEUTSCHES

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Die Erfindung betrifft einen Magnetverstärker, der sich besonders für Steuer- und Regelzwecke eignet.

Bei Steuer- und Regelgeräten werden häufig Magnetverstärker in Selhstsättigungsschaltung verwendet, mittels denen über Relais Steuermotoren ein- und ausgeschaltet werden. Bei solchen Magnetverstärkern erweist es sich als nachteilig, daß bei- langsamer Änderung der Steuergröße das Schalten der Relaiskontakte schleichend erfolgt, wodurch deren Lebensdauer stark herabgesetzt wird. Werden- die Magnetverstärker in ebenfalls bekannter Weise mit überkritisch eingestellter Rückkopplung versehen, so- nehmen sie ein kippendes Verhalten mit Schaltdifferenz an, d. h., die Einschaltunig der Relais erfolgt bei einem größeren Wert der Steuergröße als ihre Ausschaltung. Die Relaiskontalcte werden in diesem Fall geschont, die Schaltdifferenz ergibt jedoch in Verbindung mit der Schaltzeit der Magnetverstärker und der Auslaufzeit des Steuermotors einen neuen Nachteil. Bei den üblicherweise verwendeten Schaltungen mit zwei Magnetverstärkern mit derartiger Rückkopplung, die. einen Nullindikator in einem Steuer- oder Regelgerät bilden, und bei einer gegebenen Auslaufzeit des Steuermotors wird die Einstellgenauigkeit bzw. die sogenannte Umempnnd¹Iidhkeitszone nicht nur durch die Empfindlichkeit der Meßeinrichtung, sondern auch durch das instabile Verhallten der gesamten Anordnung begrenzt. Eine solche Instabilität entsteht dadurch, daß der Steuermotor so lange mit voller Geschwindigkeit dreht, bis die Unempfindlichkeitszone erreicht ist, worauf er infolge der Schaltdifferenz und der Trägheit des zugeordneten Magnetverstärker« verzögert abgeschaltet wird, so daß er während" seiner Auslaufzeit die Unempfindilichkeitszone überschreitet, was zur Folge hat, daß der zweite Verstärker eingeschaltet wird und der- Steuermotor mit voller Geschwindigkeit wieder zurückdreht. Es ergeben sich also' Pendelungen, die nur durch eine genügend große Einstellung der UnempfindMohkeitszone vermieden werden können. Es sind zwar schon Einrichtungen bekannt, bei denen die Schaltdifferenz dadurch verkleinert wird, daß z. B. mittels eines Arbeitskontaktes eines -im Arbeitsstromkreis eines Magnetverstärkers liegenden Relais ein· Magnetisierangsstrom hinzugesahaltet wird, der den Gesamtnuß des Magnet-Verstärkers schwächt, wodurch bei abnehmendem Steuerstrom das Abfallen des Relais begünstigt wird.

Dadurch wird jedoch noch keine befriedigende Lösung erreicht, da, abgesehen von zusätzlichen Korrekturen, die Schaltdifferenz wegen des Auftretens von durch das Zusammenwirken von Relais und Magnetverstärker bedingten Instabilitäten nicht völlig beseitigt werden darf und die Trägheit des Magnet-Rückgekoppelter Magnetverstärker

Anmelder:
Landis & Gyr A. G., Zug (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, Jenaer Str. 14

Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 8. September 1958

Till Ulmer₁ Zug (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Verstärkers sowie der störende Einfluß der Auslaufzeit des Steuermotors unverändert weiterwirken.

Die Erfindung betrifft einen rückgekoppelten Magnetverstärker, bei welchem die Rückkopplung vom zeitlichen Differential wert der Ausgangsgröße abhängig ist. Bei diesem Magnetverstärker sind die obenerwähnten Nachteile dadurch umgangen, daß die auf den Eingang des Magnetverstärker rückgekoppelte Spannung so bemessen ist, daß sie den eingangsseitigen Steuerstrom in positivem Sinne derart unterstützt, daß die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers zwischen dem Durchlaß- und dem Sperrwert des Steuerstromes eine Zone, deren Grenzen durch die untere und obere Knickstelle der Steuerkennlinie des Magnetverstäfkers gegeben sind, aufweist, in welcher annähernd sinusförmige Schwingungen auftreten, deren Frequenz und Nulllinie mit zunehmendem Steuerstrom ansteigen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandas schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung einer Nachlaufsteuerung mit zwei Magnetverstärkern,

Fig. 2 die Charakteristik eines Magnetverstärkers mit Vormagnetisierung,

Fig. 3 die Charakteristiken von zwei nach Fig. 1 zusammenges'chailteten Magnetverstärkern mit Vormagnetisierung und

Fig. 4 die Charakteriistiken von zwei zusammengeschalteten Magnetverstärkerai ohne Vormagnetisierung.

In der Fig. 1 ist an das Netz 1, 2 die Primärwicklung 3 eines Transformators 4 angeschlossen, an

90S: 508/289

dessen Sekundärwicklung 5 über Gleichrichter 6 die Arbeitswicklungen 7 von zwei Magnetverstärkarn 8, 9 und mit diesem in Serie zwei die Last bildende Wicklungen IO_j 11 eines mittels eines Umschalters 12, 13, 14 zwei Stromwege eines Steuermotors 15 schaltenden Relais 16 mit neutraler Mittelstellung angeschlossen sind. Die Magnetverstärker 8, 9 sind mit je einer Vormagnetisierungiswickiung 17 versehen, die über Gleichrichter 18 und Widerstände IQ_j 20 ebenfalls von der Sekundärwicklung 5 gespeist werden. Die Steuerwicklungen 21 der als Nullindikator dienenden Magnetverstärker 8; 9 werden vom Difierenzstrom einer durch ein Geberpotentiometer 22 und ein durch den Anker des Steuermotors 15 verstellbares NacMaufpotentiometer 23 gebildeten Brückenschaltung durchflössen, die auch über die Gleichrichter 18 gespeist wird. Eine Antiparallelschaltung zweier Gleichrichter

24 dient zur Begrenzung von unzulässig großen Spannungsdifferenzen.

Jeder der beiden Magnetverstärker 8., 9 ist mit einer Rückkopplungswicklung 25 versehen, welche erfindungsgemäß an den Verbindungspunkt 26 einer Reihenschaltung eines Widerstandes 27 und eines Kondensators 28 angeschlossen ist. Diese Reihenschaltungen sind je zwischen dem Ausgang eines der Magnetverstärker 8, 9 und einer zu einem Mittelabgriff 29 der Sekundärwicklung 5 führenden Leitung eingeschaltet und liegen parallel zu der durch die Relaiswicklunig 10,11 gebildeten Last. Mit 31 ist ein zwischen dem Steuermotor 15 und dem Nachlaufpotentiometer 23 angeordnetes Getriebe bezeichnet. Bei einem Regelgerät würde sich an dieser Stelle die Regelstrecke befinden. Die Widerstände 33 dienen zur Ableitung von induzierten Oberwellen.

Bei der beschriebenen Anordnung wird der Rückkopplungswicklung 25 keine vom Betrag der an der Last 10 bzw. 11 liegenden Ausgangsspannung des zugeordneten Magnetverstärkers abhängige Spannung zugeführt, wie dies bei den bekannten Schaltungen der Fall ist, sondern der zeitliche Drfferentialwert der Ausgangsspannung. Dies kann grundsätzlich auf verschiedene Arten geschehen, z. B. dadurch, daß ein Kondensator oder ein Tranisfoirmator zwischen die Arbeitswicklungen 7 und die Rückkopplungswicklung

25 geschaltet wird. Die in der Fig. 1 gezeichnete Reihenschaltung eines Widerstandes 27 und eines Kondensators 28 hat jedoch den Vorteil, daß sie den geringsten Aufwand erfordert, da die Kondensatoren 28 bereits zur Fernhaltung der Oberwellen des Ausgangsstromes von der Last IO_j 11 benötigt werden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist aus der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie K ersichtlich, die den Verlauf der Ausgangsspannung 17 eines der beiden Magnetverstärker S_j 9 in Abhängigkeit vom SteuerstromJ_s ohne Rückkopplung zeigt. Bei geeigneter Dimensionierung der Rückkopplungswicklung 25 und der ihr- zugeführten Spannung schwingt die Ausgangsspannung U in einem zwischen den Werten a und b des Steuerstromes I_s liegenden Bereich a, a_v b, b_v und zwar annähernd sinusförmig. mit einer Frequenz und einer Nullinie, die mit zunehmendem Steuerstrom I_s ansteigen. Ein an den Ausgang des Magnetverstärkers geschaltetes Relais, dessen Anzugsspannung den Wert d und dessen Abfallspannung den Wert c hat, schaltet seinen Kontakt mit der Frequenz dieser Schwingungen periodisch ein und aus. Infolge des sinusartigen Charakters der Schwingungen, des Anstieges der Nullinie der oszillierenden Ausgangsspannung U und der Änderung der Frequenz wird dabei das Verhältnis der

Einschalt- zur Aussohaltzeit des Relais größer, wenn sich der Steuerstrom /5 dem Wert b nähert. Überschreitet der Steuerstrom I_s den Wert b, so reißen die Schwingungen ab, U wird zu einer Gleichspannung, und der Kontakt des Relais bleibt dauernd eingeschaltet. Die beiden Werte a, b des Steuerstromes I_s sind von der Richtung, in welcher die Kennlinie durchlaufen wird, nicht abhängig, d. h., der Magnetverstärker hat keine Schaltdifferenz.

Die Fig. 3 zeigt die Kennlinien der beiden Magnetverstärker 8, 9 gemäß der Schaltung nach Fig. 1. Zwischena und —α befindet sich eine Unempfmdlichkeitszone. Weist der Steuerstrom I_s, d. h. der von der Brückenschaltung 22, 23 gelieferte Differenzstrom, einen in diesem Bereich liegenden Wert auf, so< wird das Relais 16 nicht betätigt. Im Bereich a, b wird durch die Schwingungen der Ausgangsspannung des Magnetverstärkers 8 einer der Stromwege des Steuermotors 15 z. B. über die Kontakte 12_J 13 des Umschalters periodisch geschlossen. Dadurch wird der Anker des Steuermotors 15 in eine schrittweise Drehbewegung versetzt, deren mittlere Geschwindigkeit sich infolge der Trägheit des Ankers mit dem erwähnten Verhältnis der Einsähalt- zur Ausschaltzeit des Relais ändert. Die Geschwindiglceit der Drehbewegung wird also um so größer, je mehr sich der Wert des Steuerstromes I_s vom Wert a dem Wert b nähert. Wird der Steuerstrom I_s größer als b, bleiben die Kontakte 12, 13 des Umschalters dauernd geschlossen, und der Anker des Steuermotors 15 dreht sich mit voller Geschwindigkeit in der einen Drehrichtung. Das mit dem 'Anker des Steuermotors 15 verbundene Nacihlaufpotentiometer 23 wird im Sinne einer Verkleinerung des Steuerstromes I_s verstellt.

Ändert sich die Polarität des Steuerstromes I_s, so tritt der Magnetverstärker 9 in Tätigkeit, und durch die Kontakte 12, 14 des Umschalters wird der zweite Stromweg des Steuermotors 15 eingeschaltet, so daß sich sein Anker in entgegengesetzter Drehrichtung dreht.

Die Wertea_j —a des Steuerstromes₁Z_s, bei dem die Schwingungen der Magnetverstärker einsetzen, sind von der Größe der duroh die Vo'rmagnetisierungswicklungen 17 gelieferten Vormagnetisierung abhängig. Die beschriebene Magnetverstärkeranordnung nach Fig. 1 arbeitet jedoch auch einwandfrei, wenn keine Vormagnetisierung wirksam ist. In diesem Fall ergibt sich als Vorteil ein einfacherer Aufbau des Magnetverstärkers. Die Kennlinien für die beiden Magnetverstärker 8, 9 sind für diesen Fall in Fig. 4 dargestellt. Beim Wert 0' des Steuerstromes I_s schwingen die Ausgangsspannungen beider Magnetverstärker 8, 9 synchron und mit annähernd gleicher Amplitude. Da die beiden Relaiswicklungen 10,11 gleichzeitig erregt werden, reagiert das Relais 16 nicht. Zwischen den beiden Werten a, —a des Steuerstromes I_s befindet sich auch hier eine Unempfindlichkeitszone. Überschreitet der Steuerstrom I_s einen dieser Werte, so hören die Schwingungen der Ausgangsspannung des betreffenden Magnetverstärkers auf, und das Relais 16 wird vom anderen Magnetverstärker betätigt, wodurch sich der Anker des Steuermotors 15 wieder in der einen oder anderen Richtung dreht.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 weist bei kippendem Verhalten zwischen den beiden Erregungszuständen eine Zone von Schwingungen der Ausgangsspannung auf, besitzt aber keine Schaltdifferenz und zeigt nur eine verhältnismäßig kleine Trägheit. Bei Steuer- und Regelanlagen wird dadurch eine bedeutend genauere

Claims (6)

Arbeitsweise erreicht und im allgemeinen der schädlische Einfluß von äußeren Trägheiten, wie z. B. die durch die Auslaufzeit eines Steuermotors bedingte, vermindert. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht an die Existenz einer Rückkopphingswieklung gebunden, da die Rückkopplungsgröße dem Verstärkereingang auch direkt zugeführt werden kann. Ferner kann auch eine Kombinationswicklung zur Anwendung kommen, die z. B. gleichzeitig als Steuer-, Rückkopplungs- und Vormagnetisierwicklung dient. Patentansprüche:

1. Rückgekoppelter Magnetverstärker, bei welchem die Rückkopplung vom zeitlichen Differentialwert der Ausgangsgröße abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Eingang des Magnetverstärkers rückgekoppelte Spannung so bemessen ist, daß sie den eingangsseitigen Steuerstrom (Ig) in positivem Sinne derart unterstützt, daß die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers zwischen dem Durchlaß- und dem Sperrwert des Steuerstromes (I_s) eine Zone (a, a_v b, deren Grenzen durch die untere (a) und obere (b_t) Knickstelle der Steuerkennlinie (K) des Magnetverstärkers gegeben sind, aufweist, in welcher annähernd sinusförmige Schwingungen auftreten, deren Frequenz und Nullinie mit zunehmendem Steuerstrom ansteigen.

2. Rückgekoppelter Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer an seinem Ausgang angeschlossenen Last eine Reihenschaltung eines Kondensators (28) und eines Widerstandes (27) geschaltet ist und parallel zu letzterem über einen weiteren, der Anpassung dienenden Widerstand (32) die Rückkopplungsleitung angeschlossen und der Kondensator (28) einerseits für die Aussiebung von störenden Oberwellen der Ausgangsspannung und andererseits zur Bildung des zeitlichen Differentialwertes derselben dient.

3. Rückgekoppelter Magnetverstärker nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetversränkerekiheiten vorgesehen- sind, welche je eine Steuer-, eine Rückkopplungs- und eine Vormagnetisierungswicklung aufweisen und zu einem Nullindikator zusammengeschaltet sind.

4. Rückgekoppelter Magnetverstärker nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetverstärkereinheiten vorgesehen sind, welche je nur eine Steuer- und eine Rückkopplungswicklung aufweisen und zu einem Nullindikator zusammengeschaltet sind.

5. Rückgekoppelter Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Nullindikator eines Regelgerätes dient.

6. Rückgekoppelter Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Nullindikator eines Steuergerätes dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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