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Anordnung zur Steuerung eines im Arbeitsstromkreis eines Magnetverstärkers
liegenden Relais Bei Steuer- oder Regelgeräten werden als Kraftschalter für ein
Stellglied, z. B. einen Stellmotor, häufig Relais verwendet, die in dem Arbeitsstromkreis
eines Magnetverstärkers liegen und deren Schaltzustand somit von dem Steuerstrom
des Magnetverstärkers abhängt. Wird dabei ein Magnetverstärker ohne oder mit unterkritisch
eingestellter Rückkopplung benutzt, so vollzieht sich bei langsamen Änderungen des
Steuerstromes das Anziehen und Abfallen des Relais nur schleichend, was die Lebensdauer
der Relaiskontakte stark beeinträchtigt. Aus diesem Grunde werden für den vorliegenden
Zweck meist Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung mit überkritisch eingestellter
Rückkopplung benutzt. Dabei ergibt sich eine kippende Arbeitsweise, d. h., der Arbeitsstrom
des Magnetverstärkers springt bei Überschreitung eines bestimmten Steuerstromwertes
auf einen höheren Betrag, so daß auch das als Kraftschalter dienende Relais schlagartig
anspricht und seine Kontakte geschont werden. Dafür tritt jedoch ein neuer Nachteil
insofern auf, als der Wert des Steuerstromes, bei dessen Unterschreitung der Arbeitsstrom
wieder auf den niedrigeren Betrag zurückspringt, kleiner ist als der Steuerstromgrenzwert,
bei dem der Arbeitsstrom aufwärts springt. Die hierdurch bedingte Schaltdifferenz
beeinträchtigt die Genauigkeit der Steuerung bzw. der Regelung und kann bei integral
wirkenden Regelgeräten leicht zu instabilem Verhalten Anlaß geben, weil das Stellglied
noch in Bewegung gehalten wird, wenn die Regelgröße längst wieder auf ihren Sollwert
zurückgegangen ist oder diesen sogar schon in entgegengesetztem Sinn überschritten
hat. Verstärkt wird diese störende Erscheinung, wenn das Stellglied infolge seiner
Eigenträgheit noch ein Stück weiterläuft, nachdem es von dem als Kraftschalter dienenden
Relais bereits abgeschaltet worden ist. Die dadurch entstehende Regelabweichung
nach der anderen Seite bewirkt, sobald sie einen gewissen Betrag erreicht hat, daß
das Stellglied mit voller Geschwindigkeit im entgegengesetzten Sinne zu laufen beginnt,
so daß Pendelungen entstehen, die nur dadurch unterdrückt werden können, daß man
der Regeleinrichtung eine genügend große Unempfindlichkeitszone gibt.
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Es ist bereits bekannt, bei einer Regeleinrichtung, bei der im Arbeitsstromkreis
eines rückgekoppelten Magnetverstärkers ein als Kraftschalter für ein Stellglied
dienendes Relais liegt, einen Widerstand vorzusehen, der durch das Relais- in den
Steuerstromkreis des Magnetverstärkers geschaltet wird, sobald das Relais infolge
Anwachsens des Steuerstromes über den Ansprechgrenzwert abfällt." Dadurch wird derjenige
untere Grenzwert des Steuerstromes, bei dem das Relais wieder zum Anziehen gebracht
wird, schon bei einer geringeren Abnahme der für den Steuerstrom maßgebenden Regelabweichung
erreicht, als dies ohne Einschaltung des Widerstandes der Fall wäre. Die Schaltdifferenz
wird damit verkleinert, aber nicht völlig beseitigt. Vor allem bleibt aber der Nachteil
voll bestehen, daß ein an das Relais angeschlossenes Stellglied beim Schließen der
Relaiskontakte sofort mit voller Geschwindigkeit zu laufen beginnt und so infolge
seiner eigenen Trägheit und der des Magnetverstärkers zu Pendelungen Anlaß geben
kann..
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Die Erfindung vermeidet bei einer Anordnung zur Steuerung eines im
Arbeitsstromkreis eines Magnetverstärkers liegenden, als kraftschalter für ein Stellglied
dienenden Relais,` bei dessen Ansprechen ein Widerstand mit der Steuerwicklung des
Magnetverstärkers in Reihe geschaltet wird, die geschilderten Nachteile dadurch,
daß der genannte Widerstand so bemessen ist, daß seine Einschaltung in den Steuerstromkreis
den Stenerstrorri von dem Ansprechgrenzwert auf einen Wert vermindert, der höchstens
gleich demjenigen Stenerstromgrenzwert ist, bei dem das Relais abfällt.
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Diese Bemessung des Widerstandes gemäß der Erfindung hat folgende
Arbeitsweise zur Wirkung: Angenommen, die im Steuerkreis wirksame Regelgröße habe
sich so geändert, daß der Steuerstrom seinen oberen Ansprechgrenzwert_erreicht.
Das Relais möge dabei im Sinne des Anziehens ansprechen; dann sinkt der Steuerstrom
infolge der Einschaltung des Widerstandes unter seinen unteren Grenzwert. Deshalb
fällt
das R.elais# wieder ab, um infolge der dadurch bewirkten Überbrückung
des Widerstandes sofort wieder an:-' zuziehen. Das Relais schaltet also das von:
ihm.- gesteuerte Stellglied periodisch ein und aus, so daß sich das Stellglied,
beispielsweise ein Stellriiötor; zunächst nur langsam bewegt: Erst wenn die Regelabweichung
so groß geworden und der Steuerstrom infolgedessen so weit angestiegen ist, daß
er auch durch das Einschalten des Widerstandes in den Steuerstromkreis nicht mehr
unter den unteren Grenzwert abgesenkt wird, bleibt das Relais daueröd _ angezogen,
und das Stellglied bewegt sich nun mit voller Geschwindigkeit. Ebenso wird beim-Zurückgehen
der Regelabweichung das Stellglied nicht plötzlich stromlos, sondern es wird auch
hierbei ein Zwischenbereich durchlaufen, in dem der mittlere Strom des Stellgliedes
durch periodische Unterbrechung zunächst nur herabgesetzt- wird. Die Geschwindigkeit
der Verstellbewegung des Stellgliedes wird also innerhalb bestimmter Grenzen der
Größe der Regelabweichung angepaßt, die Unempfindlichkeitszone kann- nahezu beliebig
klein -gemacht werden, ohne daß die Trägheit des Stellgliedes zu Pendelungen führen
kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt 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.
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In der Fig. 1 ist an das Netz 1, 2 die Primärwicklung--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 Arbeitsstromkreisrelais 15 mit neutraler Mittelstellung
angeschlossen sind. Die Magnetverstärker 8, 9 sind in bekannter Weise mit Vormagnetisierungswicklungen
16 versehen, die über Gleichrichter 17 und Widerstände 18, 19 ebenfalls von der
Sekundärwicklung 5 gespeist werden. Die Steuerwicklungen 20 der als Nullindikator
dienenden Magnetverstärker 8, 9 werden in ebenfalls bekannter Weise von als Steuerströme
wirkenden Differenzströmen einer durch ein Geberpotentiometer 21 und ein durch den
Anker eines Stellmotors 22 verstellbares Nachlaufpotentiometer 23 gebildeten Brückenschaltung,
die über die Gleichrichter 17 gespeist wird, durchflossen. Eine Antiparallelschaltung
von Gleichrichtern 24 dient zum Begrenzen übermäßiger Spannungsdifferenzen. 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 Widerstand 27 geschaltet, der durch in Reihe liegende
Ruhekontakte 28; 29 zweier Relais'30, 31 überbrückt wird. Die Relais 30, 31 sind
mit weiteren Kontakten 32, 33 versehen, die zwei Stromwege des Stellmotors 22 schalten.
Die Spülen 34, 35 der Relais 30, 31 sind an die Kontakte 13; 14 des Relais
15 angeschlossen. Mit 36 ist ein.zwischen dem Steuermotor22 und dem Nachlaufpotentiometer
23 befindliches Getriebe bezeichnet, über welches der Stellmotor 22.das Nachlaufpotentiometer
23 verstellt. Bei einem Regelgerät z. B. würde hingegen der Steuermotor 22 das Stellglied
der Regelstrecke--betätigen, und der Fühler würde auf das Potentiometer 23 einwirken.
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Die Funktion ller erfindungsgemäßen Anordnung wird an Hand der: Fig.
2 erläutert, in der k die Kennlinie eines 7der Magnetverstärker 8 bzw. 9 der Fig.
1, d.-h-. -den Verlauf der Ausgangsspannung U in Abhängigkeit vom Steuerstrom i,
darstellt. Die Einschaltspannung des Relais 15 ist durch den Spannungswert e, seine
Ausschaltspannung durch den Spannungswert d angegeben.
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Die Abszissenwerte a und b des Steuerstromes i grenzen die
Schaltdifferenz ab, d. h., erreicht der zunehmende Steuerstrom i den Wert
i = b, so schaltet der Magnetverstärker@ein, nimmt der Steuerstrom i hierauf
auf den- Wert i = ä ab,- so schältet der Magnetverstärker aus.
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Erreicht nun bei der in der Fig.1 dargestellten Schaltung der Steuerstrom
i, d. h. der in der Brückenschaltung 21, 23 gebildete Differenzstrom, den Wert i
-- b, so wird entsprechend dem Vorzeichen des Steuerstromes i beispielsweise der
Magnetverstärker 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 einer der beiden Stromwege
des Stellmotors 22 geschlossen, und letzterer dreht in der entsprechenden Richtung,
wodurch das Nachlaufpotentiometer 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 Steuerwicklungen 20 der Steuerstromkreiswiderstand
27 eingeschaltet, da dessen Überbrückung unterbrochen wird. Durch den erhöhten Widerstand
des Steuerstromkreises wird der durch diesen fließende Steuerstrom i verkleinert.
Erfindungsgemäß wird der Steuerstromkreiswiderstand 27 so groß gewählt, daß durch
dessen Einschalten der Steuerstrom i in der Fig. 2 von einem Wert i = b auf einen
Wert, der kleiner als a ist, vermindert wird. Infolgedessen schaltet der Magnetverstärker
8 wieder aus. Da durch dieses Ausschalten aber gleichzeitig der Steuerstromkreiswiderstand
27 wieder 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 ausgeschaltet bleibt und der Kontakt 32 in seiner geöffneten 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
annimmt, der größer als a ist. Der Magnetverstärker 8 bleibtdaher erregt, und der
Kontakt 32 wird nicht mehr geöffnet. Die Anordnung weist also zwischen den Steuerstromwerten
i = b und i = c eine Zone Z auf, in der er abwechselnd ein- und ausschaltet.
Auf den Stellmotor 22 wirkt sich die beschriebene Arbeitsweise so aus, daß dieser
bei größer werdendem Steuerstrom izwischen den Werten b und c ein- und ausgeschaltet
wird und nach Überschreiten des Steuerstromwertes c dauernd eingeschaltet bleibt.
Bei. abnehmendem Steuerstrom i bleibt der Stellmotor 22 so lange dauernd eingeschaltet,
bis der Steuerstrom den Wert i = c erreicht hat. Zwischen den Steuerstromwerten
i = c und i = b
erfolgt wieder ein fortwährendes Ein- und Ausschalten.
Unterschreitet der Steuerstrom i hingegen den Steuerstromwert b, so kann der Magnetverstärker,
wenn einmal ausgeschaltet, nicht mehr -einschalten, so daß der Stellmotor 22 dauernd
ausgeschaltet bleibt,
Ändert der Steuerstrom i sein Vorzeichen,
so tritt der Magnetverstärker 9 in gleicher Weise in Tätigkeit, und der Stellmotor
22 dreht sich im entgegengesetzten Sinne.
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Wie aus Fig.2 ersichtlich, wird durch die erfindungsgemäße Schaltung
der ungünstige Einfluß der Schaltdifferenz der Magnetverstärker beseitigt, da die
Erregung und Entregung der letzteren immer beim gleichen Wert b des Steuerstromes
i erfolgt.
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Durch das fortwährende Schalten innerhalb der Zone 7. kann die Drehgeschwindigkeit
des Stellmotors 22 vor seinem endgültigen Ausschalten vermindert werden, wodurch
dessen Auslaufzeit verkleinert 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 dem Wert b
nähert.
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Auch die Trägheit der Magnetverstärker wird durch die beschriebene
Schaltung in günstiger Weise beeinflußt, da durch die Vergrößerung des Steuerstromkreiswiderstandes
27 bekanntlich ein rascheres Ausschalten des Magnetverstärkers erzielt wird.
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Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht auf die Benutzung von Magnetverstärkern
mit überkritisch eingestellter Rückkopplung beschränkt. Fig.3 zeigt die Kennlinie
k1 eines Magnetverstärkers ohne bzw. mit unterkritisch eingestellter Rückkopplung.
Hier wird beim Steuerstrom bi die Ansprechgrenze des Relais erreicht. Wird dabei
durch Einschalten des entsprechend bemessenen Widerstandes in den Steuerstromkreis
der Steuerstrom unter den unteren Grenzwert a1 abgesenkt, so tritt auch hier eine
Zone Z1 auf, in der ein fortwährendes Ein- und Ausschalten des Relais stattfindet,
und das Relais bleibt nur dann dauernd geschlossen, wenn der Steuerstrom den Wert
c1 überschreitet. Ebensowenig beschränkt sich die Anwendbarkeit der Erfindung auf
Steuer- und Regelgeräte mit zwei Magnetverstärkern und einem Umschaltrelais. In
jedem Fall wird durch die Erfindung; abgesehen von dem Fortfall einer Schaltdifferenz,
der entscheidende Vorteil erreicht, daß trotz Verwendung eines Relais als Kraftschalter
der Betätigungsstrom des Stellgliedes sich innerhalb gewisser Grenzen der Größe
der Regelabweichung bzw. der Änderung der Steuergröße anpaßt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann an Stelle eines besonderen
Steuerstromkreisrelais 30 bzw. 31 für die Betätigung des dem Steuerstromkreiswiderstand
27 parallel geschalteten Ruhekontaktes 28 bzw. 29 auch das im Arbeitsstromkreis
des Magnetverstärkers 8 bzw. 9 liegende Relais 15 selbst so ausgebildet sein, daß
es die Betätigung des Ruhekontaktes 28 bzw. 29 unmittelbar bewirkt.