DE1463140B2 - Einrichtung zur Drehzahlregelung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dreh- Die britische Patentschrift 942 680 zeigt ein Regelzahlregelung eines über eine elektromagnetische system der bereits eingangs genannten Art für einen Schlupfkupplung wirkenden Antriebs, bei der aus geschwindigkeitsgeregelten Antrieb mit einem Aneinem den Istwert der Winkelgeschwindigkeit darstel- triebsglied, einem Abtriebsglied und einer diese verlenden Rückkopplungssignal und einem den Sollwert 5 bindenden, auf Strom ansprechenden Kupplung. Eine der Winkelgeschwindigkeit darstellenden Bezugssignal Vorrichtung fühlt die Winkelgeschwindigkeit ab. Der die Differenz gebildet und ein diese Differenz dar- festgestellte Istwert wird mit einem Bezugssignal entstellendes erstes Korrektursignal erzeugt wird, bei der sprechend der gewünschten Winkelgeschwindigkeit eine ein ÄC-Zeitintegrierglied einschließende Vor- des Abtriebsgliedes verglichen und ein Korrekturrichtung zum Vergleich des Rückkopplungssignals io signal erzeugt. Eine Trigger-Zündschaltung dient zum mit dem Bezugssignäl vorgesehen ist, die ein zweites, Modulieren des Stromes durch die Kupplung mittels eine Funktion des -Zeitintegrals aus der Differenz des Korrektursignals, so daß die Abweichung von der dieser beiden Signale darstellendes Korrektursignal gewünschten Winkelgeschwindigkeit korrigiert wird, erzeugt, und bei der die beiden Korrektursignale ge- Dieses bekannte System hat jedoch den Nachteil, daß mischt und deren Summe zur Modulation des Erre- 15 die Geschwindigkeit, mit der die Regelung erfolgt, gungsstromes der elektromagnetischen Kupplung über relativ niedrig ist, da die Regelung von kurzfristig eine Halbleiter-Schaltvorrichtung herangezogen wird. auftretenden Änderungen in der Drehzahl des Ab-

Die Erfindung ist; eine Verbesserung einer bereits triebsgliedes durch die Forderung der Systemstabili-

vorgeschlagenen, jedoch nicht vorbekannten Vorrich- tat begrenzt ist.

tung (deutsche Offenlegungsschrift 1463 885), die 20 Die Erfindung besteht bei einer Einrichtung der einen Antrieb mit geregelter Geschwindigkeit dar- eingangs genannten Art darin, daß die Vorrichtung stellt. Das Regelsystem der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen des zweiten Korrektursignals eine webringt eine noch bessere Geschwindigkeitsregelung sentlich größere Zeitkonstante besitzt, als die Vor-(nämlich in der Größenordnung von ungefähr 0,1 %) richtung zum Erzeugen des ersten Korrektursignals im Vergleich zu der auch schon sehr guten Regelung 25 und daß die Kapazität des Zeitintegriergliedes sich von etwa 1 °/o mit der vorstehend erwähnten Vor- durch eine kapazitive Gegenkopplung an einem Verrichtung. · stärker mit hötier~Verstärkung ergibt, so daß die

Während das Regelsystem gemäß dem älteren Vor- effektive Kapazität der Gegenkopplung wesentlich

schlag unter Vermeidung von Systeminstabilitäten größer als die tatsächlich verwendete ist.

eine ausgezeichnete Geschwindigkeitsregelung mit 30 In der österreichischen Patentschrift 215 547 ist

einem Ansprechen auf Geschwindigkeits- und Be- beschrieben,- daß ein zweites Korrektursignal in Form

lastungsänderungen in optimaler Zeit aufweist, sind des Integrals der Regelabweichung eingeführt wird,

für gewisse Anwendungen noch größere Genauig- das zum ersten Korrektursignal hinzuaddiert wird,

keiten erforderlich. Diese zusätzliche Präzision ergibt Die in dieser Patentschrift zur Lösung verwendeten

sich nicht lediglich durch eine zusätzliche Verstär- 35 Mittel, nämlich ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler mit

kung in der üblicherweise verwendeten Rückkopp- angeschlossenem Digital-Analogwandler, sind jedoch

lungsregelschleife, da hierbei beträchtliche Instabili- so komplex, daß die Anordnung unwirtschaftlich wird

täten auftreten würden. Wird aber das ganze System und die Gefahr von Fehlerquellen in sich birgt,

gedämpft, um diese Instabilitäten zu überwinden, Auch die deutsche Auslegeschrift 1121176 ver-

dann geht das zur Kompensation plötzlicher Ge- 40 wirklicht nur das vorstehend genannte Prinzip, wobei

schwindigkeits-und Belastungsänderungen erwünschte zwischen den Drehzahlregler und den Stromregler

Optimalzeitverhalten verloren. ein Beschleunigungsregler mit Integralverhalten ge-

Demgemäß liegt die Aufgabe der Erfindung in der schaltet ist, der in Abhängigkeit von der Differenz Schaffung eines Festkörper-Regelsystems für eine zwischen dem vom Drehzahlregler gelieferten Beelektromagnetische Kupplung mit besonders exakten 45 schleunigungssollwert und dem Beschleunigungsist- und verbesserten Geschwindigkeitsregeleigenschaften wert den Stromsollwert bestimmt. Von den wesentüber einen ausgedehnten Geschwindigkeitsbereich, liehen kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung wobei das System frei von Instabilitäten sein soll, wird kein Gebrauch gemacht.

und in der Schaffung eines derartigen Systems, das Die deutsche Auslegeschrift 1079 117 zeigt zwar,

ein optimal schnelles Ansprechen auf plötzliche Be- 5° daß ein P/-Zeitverhalten durch ein ÄC-Glied in Ge-

lastungs- und Geschwindigkeitsänderungen besitzt. genkopplung für einen magnetischen Verstärker er-

Ein weiteres Ziel liegt in der Schaffung einer Fest- zielt werden kann. Die Einschaltung eines RC-

körper-Schaltregelung für eine elektromagnetische Gliedes allein genügt jedoch nicht, um das optimale

Kupplungsvorrichtung mit verbesserten Geschwindig- Ansprechverhalten zu erzielen, ohne die Stabilität der

keitsregeleigenschaften über einen sehr großen Ge- 55 Anordnung zu gefährden. Dies kann nur erreicht

schwindigkeitsbereich; ferner die Schaffung eines Ge- werden, wenn der Rückkopplungsweg, der das zeit-

schwindigkeitsregelsystems, das kritisch gedämpft ist, integrierte Korrektursignal erzeugt, eine wesentlich

so daß sich ein optimales Ansprechen auf Geschwin- höhere Schleifenverstärkung als der nicht integrie-

digkeits- und Belastungsänderungen ergibt, während rende Weg besitzt, so daß die Langzeitregelung

unerwünschten Systemschwingungen gegenüber ein 60 im Verhältnis zur Kurzzeitregelung verbessert

natürlicher Widerstand entgegengesetzt wird; außer- wird.

dem die Schaffung einer derartigen Art von Regelung An Hand der Zeichnungen wird nun ein Ausfüh-

mit verhältnismäßig niedriger Wärme- und Eigen- rungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

driftcharakteristik und die Schaffung eines geschwin- Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung

digkeitsgeregelten Systems, das verhältnismäßig billig 65 der Funktion der wesentlichen Bestandteile dieses

ist, leicht und ohne große Kosten unterhalten werden Ausführungsbeispieles und ihre Verbindung,

kann und einen hohen Grad an Zuverlässigkeit im F i g. 2 ein Schaltbild des Systems gemäß F i g. 1

Betrieb aufweist. und

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F i g. 3 verschiedene Wellenformen zur Erläuterung tung anlegt. Parallel zur Sekundärwicklung TlS liegt

der Arbeitsweise der Regeleinrichtung gemäß Fig. 2. über zwei LeiterLl und L2 und eine SicherungFU2

Gleiche Bezugszeichen zeigen gleiche Teile in den eine Primärwicklung T2P eines zweiten Transfor-

verschiedenen Figuren der Zeichnung an. mators T2, der eine Sekundärwicklung T2S (Fig. 2

Es wird nun auf die Zeichnung und insbesondere 5 unten) mit Mittelanzapfung besitzt. Eine übliche auf F i g. 1 Bezug genommen. Die Erfindung befaßt Steuerung mit den Stellungen »Kurzzeitbetrieb/ sich mit einer Festkörper-Schaltsteuerung oder -rege- Dauerbetrieb/Halt« für die elektromagnetische Kupplung für selektives Erregen der Feld- oder Steuer- lungsvorrichtung besteht aus einem Kurzzeit-Langwicklung einer elektromagnetischen Schlupfkupp- zeit-Schalter Sl (mit einem ersten Teil 51^4 und lungsvorrichtung, beispielsweise einer Wirbelstrom- ίο einem zweiten Teil S IB), einem Halt-Schalter 5 2 kupplung. Diese Kupplung ist in F i g. 1 durch den und einem Relais, dessen Wicklung bei E angedeutet Block 11 angezeigt. Sie dient dazu, Leistung von ist und dessen normalerweise geöffnete Kontakte bei einem nicht gezeigten rotierenden Antriebsglied auf El und E2 gezeigt sind. Für eine augenblickliche ein Belastungs- oder Abtriebsglied, das mit 13 be- Erregung der Kupplungswicklung (d.h. für einen zeichnet ist, zu übertragen. 15 Kurzzeitbetrieb) wird der Schalterteil SlA kurz-

Ein Tachometergenerator 25 erzeugt ein Signal, zeitig geschlossen, wobei der Schalterteil SIB geöffdessen Spannung proportional zu der Winkel- net bleibt, wodurch die Wicklung E erregt wird und geschwindigkeit der Last 13 ist, und eine Bezugsspan- der Kontakt El für eine kurze Zeit geschlossen wird, nungsquelle 15 gibt ein Bezugssignal ab, dessen Span- Soll die Kupplung erregt bleiben (d.h. wenn ein nung der vorgewählten oder gewünschten Winkel- 20 Langzeitbetrieb gewünscht wird), dann werden beide geschwindigkeit entspricht. Sowohl die Bezugsspan- Kontakte des Schalters Sl geschlossen. Hierdurch nung als auch das Rückkopplungssignal werden an wird nicht nur die Wicklung E erregt, sondern auch zwei Summierglieder 12 und 14 angelegt. Wie aus eine Halteschaltung über die Kontakte SIB und El' Fig. 2 ersichtlich, können diese Summierglieder ein- für die WicklungE geschaffen, die erregt bleibt, bis fach aus widerstandsmäßig isolierten Lötverbindun- 25 der Halt-Schalter S 2 geöffnet wird,
gen innerhalb der Regelschaltung bestehen. Das zu- Die Bezugsspannungs- und Vorspannungsversorsammengesetzte Ausgangssignal am Verbindungs- gung der Regelung-gemäß Fig.l ist in Fig. 2 wie punkt 14 (d. h. die algebraische Summe der dort an- folgt veranschaulicht: Sie besteht aus einem Transgelegten Signale) wird weiter über eine Emitterfolger- formator Γ2, dessen Sekundärwicklung T2S einen schaltung 26 an ein anderes Summiersignal 17 ange- 30 Mittelabgriff besitzt, die Leistung an zwei Gleichlegt. ^ ' richterdiodenF3 und F 4 anlegt, welche eine unge-

Das resultierende Ausgangssignal des Summier- filterte, durch Doppelweggleichrichtung erzeugte pul-

gliedes 12 wird einer Zeitintegratorschaltung 24 zu- sierende Gleichspannung zwischen einem Punkt A

geführt, und das Ausgangssignal dieser Schaltung und dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung T 2 S

wird ebenfalls über eine weitere Emitterfolgerschal- 35 liefern. Diese Mittelanzapfung ist mit einer Verbin-

tung28 zusammen mit dem nichtintegrierten resul- dung Pl verbunden, die die gemeinsame Leitung der

tierenden Signal vom Glied 14 an das Summierglied Schaltung bildet. Ein Kondensator C 9 liegt parallel

17 gelegt. Die innere Rückkopplungsschleife wird zur Wicklung T 2 S und bildet einen niederohmigen

durch eine Stromrückkopplungsregelung 27 gebildet. Übergang für hochfrequente Schaltvorgänge. Zum

Diese Schaltung spricht auf Änderungen des Stromes 40 Schütze der Dioden F 3 und F 4 verhindert der Kon-

durch die Kupplungswicklung 11 an und erzeugt ein densator C 9 außerdem das ungewollte Zünden der

drittes Rückkopplungssignal, um die Ausgangsleistung noch zu beschreibenden Impulszündschaltung. Die

entsprechend zu verändern. Dieses dritte Rückkopp- Wellenform der Spannung am Punkt A in bezug auf

lungssignal wird ebenfalls an das Summierglied 17 den Punkt Pl ist in Fig. 3 bei A dargestellt,

angelegt. Wie noch erläutert wird, bildet diese Strom- 45 Ein Strombegrenzungswiderstand i? 1 ist in Reihe

rückkopplung eine empfindliche Rückkopplungs- mit einer Zenerdiode F 5 geschaltet. Die letztere führt

schleife mit hoher Verstärkung, die die Ansprechzeit eine Beschneidung durch, so daß sich am Punkt B

der Regelung verrringert, während sie die Schaltung eine in F i g. 3 B veranschaulichte Wellenform ergibt,

gegen unerwünschte Systemschwingungen absichert. Die mittlere Gleichspannung dieses Potentials

Das zusammengesetzte Ausgangssignal des Sum- 50 (wiederum in bezug auf den Punkt Pl) ist +12V

miergliedes 17 wird dem Eingang eines Differential- +10%. Die am Punkt B anliegende ungeglättete

Verstärkers 19 zugeführt, der zum Steuern des Spannung versorgt den Differentialverstärker und die

Triggerns einer Impulszündschaltung 21 dient. Die Impulszündschaltung, die beide noch beschrieben

Schaltung 21 steuert die Erregung einer Festkörper- werden, mit Leistung. Da die Zenerdiode F 5 nicht

Schaltvorrichtung 23, die einen gesteuerten Silizium- 55 temperaturkompensiert ist, kann die mittlere Gleich-

Gleichrichter enthält und zur Steuerung der Erregung spannung am Punkt B mit der Temperatur sich

der Kupplung 11 dient, um die Geschwindigkeit des ändern.

abgetriebenen Gliedes 13 gleich der gewünschten Ge- Ein temperaturkompensierter Bezugs- und Vor-

schwindigkeit zu halten. spannungsversorgungsteil der Schaltung ist an den

Es wird nun auf F i g. 2 Bezug genommen, die die 60 Punkt B geschaltet und besteht aus einem Strombe-

einzelnen Bauteile, aus denen das System gemäß grenzungswiderstand R 7 und einer Isolier- oder

F i g. 1 zusammengesetzt ist und deren Verbindungen Trenndiode F 6. Ein Filter- oder Glättungskonden-

zeigt. Die Stromversorgung für das Regelsystem er- sator Cl ist zwischen die Kathode der Diode F6 und

folgt über einen Transformator Tl mit einer Primär- den Punkt Pl gelegt. Die Spannung, die an diesem Wicklung Γ1Ρ und einer Sekundärwicklung TlS. 65 Kondensator liegt, kann beispielsweise in der Größen-

Die erstere kann beispielsweise an eine Wechselspan- Ordnung von 11,5 V Gleichspannung sein. Die Di-

nung von 220 oder 440 V gelegt sein, während die ode F 6 verhindert, daß diese Spannung an den Diffe-

letztere 115 V Wechselspannung an die Regelschal- rentialverstärker oder die Pulsierschaltung gelangt.

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Parallel zum Kondensator Cl liegt die Reihenschal- Es ist ersichtlich, daß die an die Summierglieder

rung eines Regelwiderstandes R 8 mit einer tempe- 12 und 14 angelegten Potentiale entgegengesetztes

raturkompensierten ZenerdiodeF7. Diese Reihen- Vorzeichen besitzen, da das am Schleifer des Poten-

schaltung gewährleistet eine kontinuierliche tempe- tiometers R 5 auftretende Bezugspotential eine Polari-

raturkompensierte Gleichspannung zwischen dem 5 tat besitzt, die entgegengesetzt der Polarität des am

Punkt F 2 und der Verbindung P1. Diese Spannung Schleifer des Potentiometers R 3 erscheinenden

kann beispielsweise einen Wert zwischen + 8,55 und Tachometerrückkopplungssignals ist (wobei das

+ 9,45 V besitzen. erstere in bezug auf PunktP 1 positiv und das letztere

Ein Potentiometer R 4 und zwei feste Widerstände negativ ist).

R6 und R9 sind zwischen dem Punkt P2 und einem io Die algebraische Summe der an den Punkt 14 anmit dem Bezugszeichen 18 versehenen negativen gelegten Ströme wird ohne Spannungsverstärkung Summierpunkt in Reihe geschaltet. Wie sich noch über den Transistor TRR 2 verstärkt, der als üblicher später ergeben wird, bestimmt die Einstellung des Emitterfolger 26 geschaltet ist. Die Ausgangsspan-Potentiometers R 4 den Minimalstrom durch die nung am Emitter des Transistors TRR 2 wird über Kupplungswicklung, wenn die Steuerung auf die 15 einen Trennwiderstand RR 4 dem Summierglied 17 Dauergeschwindigkeit 0 eingestellt ist. zugeführt. Die Basis des Transistors TRR 2 ist über

Ein Potentiometer R 5 liegt zwischen den Punkten den Widerstand RR 2 von der temperaturkompen-Pl und P 2 und überbrückt die temperaturkompen- sierten Spannungsquelle, die am Punkt P 2, wie besierte, zuvor beschriebene Gleichspannung, wobei der schrieben, abgreifbar ist, vorgespannt. Es ist jedoch Schleifer dieses Potentiometers die in F i g. 1 gezeigte 20 zu beachten, daß die Ausgangsschaltungen beider Quelle 15 für die Bezugssignalspannung darstellt. Der Emitterfolgerverstärker 26 und 28 und der Zeitinte-Schleifer ist über WiderständeRR5 und RR8 mit gratorschaltung24 mit Strom aus einer nicht geden Summiergliedern 12 und 14 verbunden. Diese zeigten getrennten Quelle versorgt werden, die an den entsprechen den Summiergliedern der Fig. 1. Das Klemmen 34 bzw. 36 sowohl positive als. auch nega-Potentiometer-R 5 kann auf -jede vorgewählte Winkel- 25 tive Spannung von 15 V in bezug auf den gemeingeschwindigkeit des Abtriebsgliedes eingestellt werden samen Leiter Pl anbietet. Der Kollektor des Tran- und liefert an seinem Schleifer eine Spannung, die sistors TRR 2 ist .direkt mit der positiven Klemme proportional zu dieser vorgewählten Geschwindigkeit verbunden und der Emitter ist über den Belastungsist, widerstand RR 6 an die negative Klemme ange-

Der Tachometerrückkopplungsteil der Regelung 30 schlossen.

gemäß F i g. 2 enthält einen Wechselstromgenerator Die algebraische Summe aus dem Tachometeroder Tachometer G, der auf der Ausgangswelle tier rückkopplungsstrom und dem Bezugsstrom, die an Wirbelstromkupplung befestigt ist. Dieser Generator das Summierglied 12 angelegt wurden, wird der posigibt ein Ausgangssignal ab, dessen Spannung und tiven Eingangsklemme 2 eines Differentialverstärkers Frequenz sich als eine Funktion der Ausgangswellen- 35 30 mit hoher Verstärkung zugeführt. Der Verstärker geschwindigkeit ändert oder proportional zu dieser ist vorzugsweise ein üblicher Operationsverstärker, ist. Ein Meßgerät Ml ist parallel zum Ausgang des wie er vielfach erhältlich ist. Die positiven und nega-Generators G geschaltet, um dessen Ausgangssignal tiven Stromversorgungsklemmen 34 und 36 sind mit anzuzeigen. Der Generator G versorgt einen Trenn- den Verstärkerklemmen 6 bzw. 8 verbunden, und die transformator Γ 4 und einen Doppel wegbrücken- 40 Verstärkerklemme 7 ist an den gemeinsamen Leiter gleichrichter, der bei F 8 gezeigt ist. Das Ausgangs- (Pl) gelegt. Der Gleichvorspannungspegel für die signal des Gleichrichters F 8 wird über eine Glättungs- negative Eingangsklemme 1 des Differentialverstärschaltung, bestehend aus zwei Kondensatoren C 2 und kers 30 mit hoher Verstärkung wird durch ein Wider-C 3 und einer Drosselspule LL1, geglättet. Diese Standsspannungsteilernetzwerk, bestehend aus den ist eine Drossel mit veränderlicher Induktivität und 45 festen Widerständen RRl und RR19 und dem nur bei sehr niedrigen Frequenzen und Strömen wirk- Potentiometer RR16, bestimmt, das die am Punkt sam. Das gleichgerichtete und geglättete Ausgangs- P 2 abgreifbare temperaturkompensierte Spannung signal des Generators G wird in einem Widerstands- und die negative Spannung von 15 V miteinander netzwerk, bestehend aus der Reihenschaltung der verbindet. Diese Vorspannung wird mittels eines festen Widerstände R 21 und R 30 und dem Poten- 50 Kondensatores CR1 stabilisiert und gefiltert. Der tiometer R 3, aufgeteilt. Innenwiderstand der an der negativen Eingangs-

Die Einstellung des Potentiometers R 3 bestimmt klemme des Verstärkers angelegten Quelle wird jedoch

die maximale Geschwindigkeit des Abtriebsgliedes durch das Potentiometer RR17 begrenzt und be-

oder der Last. Die geeignete Einstellung des Poten- stimmt.

tiometers R 3 erfolgt bei Einstellung des Potentio- 55 Das Ausgangssignal an der Klemme 4 des Diffemeters R 5 auf maximale Geschwindigkeit bei Nenn- rentialverstärkers wird über den Rückkopplungskonlastbedingungen. Das Potentiometer R 3 wird so ein- densator CR 2 an die negative Eingangsklemme 1 gestellt, daß die Ausgangswelle der Kupplung mit der rückgekoppelt. Somit funktioniert der Differentialauf dem Typenschild angegebenen maximalen Nenn- verstärker 30 in üblicher Weise als ein Zeitintegrator ausgangsgeschwindigkeit rotiert. 60 für an seiner positiven Eingangsklemme 2 angelegte

Die an dem Schleifer des Potentiometers R 3 auf- Signale. Die nominale Zeit t, über der die Integration tretende Spannung stellt dann das Rückkopplungs- durchgeführt wird, ist bestimmt durch den Widersignal dar, das der Winkelgeschwindigkeit der Last standswert, auf den das Potentiometer RR17 einge-13 entspricht und das dann mit dem Bezugspotential stellt ist, und durch den Wert des Kondensators Ci? 2 am Arm des Potentiometers R 5 verglichen wird. 65 multipliziert mit der Verstärkung des Verstärkers 30.

Das Rückkopplungssignal am Schleifer des Poten- Im wesentlichen entspricht die Operation der Inte-

tiometers R 3 wird über die Widerstände RR 3 und gratorschaltung derjenigen eines Widerstandskonden-

RR 9 den Summiergliedern 12 und 14 zugeführt. satornetzwerkes, bei dem die effektive Kapazität, die

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veränderliches Widerstandsnetzwerk, bestehend aus an die Steuerelektrode von SCR 1 angekoppelt wird, dem Potentiometer R 2 und dem Widerstand R 24, wodurch gewährleistet wird, daß SCR 1 während der zugeführt. Leitperioden des Transistors TR3 in seinem ausge-

Die Arbeitsweise der Regelung gemäß F i g. 2 ist schalteten oder nichtleitenden Zustand bleibt, wie folgt: Bei offenem Schalter SWl wird das Poten- 5 Die Aufladung des Kondensators C 5 bewirkt, daß tiometer R 4 für die niedrige Vorspannung anfangs die Spannung am Punkt C mit einer Geschwindigkeit so eingestellt, daß ein minimaler Strom in der Kupp- abnimmt, die proportional zur Ladegeschwindigkeit lungswicklung fließt, während das Dauergeschwindig- des Kondensators ist. Diese abnehmende Spannung keitspotentiometer R S auf Null eingestellt ist. Es hat ist mit C in F i g. 3 C angezeigt, wobei die nach unsich gezeigt, daß in einem typischen Fall das Poten- io ten gehende Neigung dieses Teiles eine Funktion des tiometer R 4 so eingestellt werden sollte, daß eine Leitens von Transistor TR1 ist. Der Transistor TR 3 5%ige Erregung der Kupplungswicklung erzielt wird, bleibt leitend, bis der Teil C den 10-V-Triggerpegel wenn das Dauergeschwindigkeitspotentiometer RS der Schmitt-Triggerschaltung erreicht, wobei zu dieauf Null gestellt ist. Diese Einstellung erzeugt opti- ser Zeit der Transistor TR 3 gesperrt wird. Dies bemale thermische Drifteigenschaften. 15 wirkt ein Leiten des Transistors TR 4, was wiederum

Das Dauergeschwindigkeitspotentiometer R 5 wird eine positive Impulsspitze an der Steuerelektrode von dann auf die gewünschte Winkelgeschwindigkeit des SCRl zur Folge hat. Wird angenommen, daß die Abtriebsgliedes eingestellt. Ein geeignet kalibrierter Wechselspannung zwischen Ll und L2 die richtige Knopf oder eine Scheibe können beispielsweise vor- Polarität besitzt, so bewirkt diese Spitze ein Leiten gesehen sein, um die Einstellung zu erleichtern. Der 20 von SCR 1 und eine gleichzeitige Erregung der Wick-Schalter Sl wird nun betätigt und in seine Dauer- lung CLl. Der an die Spule angelegte Impuls ist in betriebsposition gestellt. Wie oben beschrieben, wird F i g. 3 F gezeigt, und es ist dabei angenommen, daß hierdurch die Relaiswicklung E erregt, wodurch die während des ersten Halbzyklus der Wellenform genormalerweise geöffneten Kontakte El und E2 ge- maß Fig. 3 der Leiter Ll in bezug auf den Leiter schlossen werden. Durch Schließen des Kontaktes 25 L 2 negativ ist.

E 2 wird ein Haltestromkreis- für die Wicklung E ge- Es ist nun ersichtlich, daß die Dauer des in F i g. 3 F

bildet, während der Kontakt El einen Reihenstrom- gezeigten Impulses und damit der Grad der Erregung pfad mit der Kupplungswicklung CLl lind dem der Wicklung CLl :.abhängig ist allein von der AufGleichrichter SCR 1 zwischen den Leitern L1 und L 2 laderate des Kondensators C 5. Diese Aufladerate schließt. Hiernach hängt der Grad der Erregung der 30 oder -geschwindigkeit ist wiederum abhängig von der Kupplungswicklung von der Zeitspanne ab, während Spannung am Verbindungspunkt 17. der der gesteuerte Gleichrichter SCRl während eines' Während des folgenden Halbzyklus der Wellen-

zwischen Ll und L 2 auftretenden Wechselspan- formen gemäß F i g. 3 erfolgen dieselben Steuerfunknungszyklus leitend wird. Es ist ersichtlich, daß in- tionen, d. h. die Impulszündschaltung triggert wiederfolge der Polarität der Diode Fl und von 5CjRI die 35 um die Steuerelektrode von SCRl; es wird jedoch Wicklung CLl nur während des negativen Halb- kein Impuls an die Kupplungswicklung angelegt, da Zyklus der Wechselspannung erregt sein kann. der Leiter L1 nun positiv in bezug auf den Leiter L 2

Die Einstellung des Potentiomters R 5 bewirkt ein ist. Es ist verständlich, daß, wenn zwei gesteuerte positives Potential mit einem Wert, der proportional Gleichrichter mit der Wicklung CL1 zu einer Doppelzu der vorgewählten Geschwindigkeit ist, wobei die- 4° weggleichrichtung verbunden werden (an Stelle der ses Potential über den WiderstandRRS, den Emitter- Halbweggleichrichtung gemäß Fig.-2), ein Impuls folger TRR 2 und den Widerstand RR 4 an die Basis mit einer gesteuerten Dauer an die Wicklung CLl des Transistors TR1 angelegt wird. Da der Emitter- während jedes Halbzyklus der an die Leiter Ll und kollektorkreis dieses Transistors in Reihe mit dem L 2 angelegten Wechselspannung angelegt würde. Kondensator C 5 geschaltet ist, steuert das Leiten die- 45 Die Erregung der Wicklung CLl koppelt das Anses Transistors die Aufladegeschwindigkeit dieses triebsglied (beispielsweise einen Motor) mit dem dreh-Kondensators. Anders ausgedrückt, der Kondensator bar angetriebenen Glied oder der Last 13. Die Win-C 5, der Widerstand R13, die Emitter-Kollektorschal- kelgeschwindigkeit des Abtriebsgliedes hängt größtentung von TR1 und der Widerstand R17 stellen eine teils von dem Grad der Erregung der Wicklung CL1 jRC-Schaltung dar, deren R durch die Basis-Emitter- 50 ab. Um diese Winkelgeschwindigkeit abzunehmen spannung des Transistors TR1 gesteuert wird. Somit und ein Steuersignal, das zu dieser porportional ist, bewirkt ein Ansteigen des positiven Potentials an rückzukoppeln, ist, wie schon erwähnt, ein Tachodem Summierglied 17, daß der Kondensator C 5 metergenerator G auf der Abtriebswelle der Kuppschneller aufgeladen wird. lungsvorrichtung angeordnet. Unmittelbar nach der Da die Spannung am Kondensator nicht plötzlich 55 Anfangserregung der Wicklung CLl ist das Ausgangswechseln kann, baut sich die Spannung am Punkt C signal der Generatorrückkopplung (gekoppelt durch gleichzeitig mit der Anstiegskante eines Impulses am Widerstand RR 3, Emitter-Folger TRR 2 und WiderPunkt B auf. Anfangs, d. h. im Ruhezustand, ist der stand RR 4 nach Punkt 17) auf einem sehr niedrigen Transistor TR 4 der modifizierten Schmitt-Trigger- Wert. Dementsprechend ist das positive Potential am schaltung leitend und der Transistor TR 3 gesperrt. 60 Summierglied 17 auf einem verhältnismäßig hohen Während sich das negative Potential am Punkt C Wert. Dies erhöht die Leitfähigkeit von Transistor aufbaut, um den Schwellwert des Schmitt-Triggers zu TRl, bewirkt die Aufladung des Kondensators C5 überschreiten, der zur Veranschaulichung mit 10 V mit einer höheren Geschwindigkeit und erhöht hierangenommen sei, wird der Transistor TR 3 leitend durch die der Kupplungswicklung über SCR 1 zugegetastet. Die Leitperioden von TR 3 sind in F i g. 3 D 65 führte Leistung. Dies erhöht den Kupplungsgrad gezeigt. Gleichzeitig wird der Transistor TR 4 ge- zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsglied, wosperrt. Dies bewirkt einen ins Negative gehenden Im- durch die Geschwindigkeit des letzteren erhöht wird, puls (Fig. 3E), der über die Sekundärwicklung T3S Das sich ergebende Anwachsen der Geschwindigkeit

größer ist als eine in einfacher Weise mit vorhandenen Bauteilen leicht herstellbare Kapazität, durch Verwendung einer Schaltung erhalten wird, die aktive Bauelemente als Kapazitätsmultiplikator aufweist. Die Zeitkonstante t des Integriersystems ist so gewählt, daß sie wesentlich größer als die Ansprechzeit der nicht integrierenden Rückkopplungsschleife mit den mechanischen Bauteilen, wie die Kupplung, ist.

Das Ausgangssignal an der Klemme 4 des Verstärkers 30 wird auch über einen Trennwiderstand RR10 an die Basis des Transistors TRR 3 gelegt, der als Emitterfolger geschaltet ist und eine Quelle mit niedriger Impedanz ohne Spannungsverstärkung darstellt. Die Betriebsvorspannung für die Basis des Emitterfolgers ergibt sich von der positiven 15-V-Klemme 34 über den Widerstand RR11; der Emitter ist über einen Lastwiderstand RR12 an die negative 15-V-Klemme 36 geschaltet.

Das Ausgangssignal des Emitterfolgers 28 wird über den Schalter SWl und den Widerstandspannungsteiler, bestehend aus den festen Widerständen RR13 und RR14, über einen Isolierwiderstand RR15 an das Summierglied 17 gelegt. Dieses Signal ist, wie gesagt, ein Korrektursignal, das durchgehend proportional zu dem Zeitintergral aus der Differenz zwischen dem Winkelgeschwindigkeits-Rückkopplungssignal (Istwert) und dem Bezugssignal (Sollwert) ist.

Am Summierglied 17 wird das integrierte" Korrektursignal mit dem nicht integrierten Korrektursignal, wie es sich aus dem Emitterfolger 26 mit .Transistor TRR2 ergibt, gemischt. Es ist verständlich, daß für eine gegebene feste Abweichung der Winkelgeschwindigkeit von dem gewünschten Wert infolge der hohen Verstärkung des Verstärker 30 das letzte oder Langzeitkorrektursignal vom Integrierglied wesentlich stärker als das nicht integrierte Korrektursignal sein wird.

Die algebraische Summe der beiden Korrektursignale wird ebenfalls mit dem Ausgangsstromrückkopplungssignal im Summierglied 17 gemischt. Diese weitere algebraische Summe der Ströme wird der Basis eines Transistors TR1 zugeführt, der den einen der Transistoren des Differentialverstärkerteiles der Regelung darstellt. Der andere Transistor dieses Verstärkers ist mit TR 2 bezeichnet.

Ein gemeinsamer Emitterwiderstand R17 ist zwischen die Emitter der Transistoren TjR 1 und TR 2 und dem Punkt P1 eingeschaltet, und zwei angepaßte Belastungswiderstände R11 und R13 sind mit den entsprechenden Kollektoren dieser Transistoren verbunden. Der Widerstand R11 ist direkt mit dem Punkt B verbunden, während der Widerstand R13 an die eine Belegung eines Kondensators C S angeschlossen ist, dessen andere Belegung andemPunktß liegt. Ein Strombegrenzungswiderstand R12 verbindet die Basis des Transistors Ti? 1 mit der Klemme Pl. Ein ähnlicher Widerstand R 23 verbindet die Basis des Transistors TR2 mit der Klemme oder dem Punkt Pl. Die gemeinsame Verbindung zwischen den ElementenR13 und C5, nämlich Punkte, stellt die Ausgangsklemme des Differentialverstärkers dar. Die Wellenform des am Punkt C auftretenden Potentials ist in Fig. 3C veranschaulicht. Dieses Potential steuert, wie noch erläutert wird, das Triggern der Impulszündschaltung, die wiederum die Betätigung der Festkörper-Schaltvorrichtung steuert.

Die Impulszündschaltung besteht aus einer abgewandelten Schmitt-Triggerschaltung mit zwei Transistoren TR 3 und TR 4, einem gemeinsamen Emitterwiderstand R16 und zwei angepaßten Belastungswiderständen R18 und i?20. Ein Koppelnetzwerk, bestehend aus einem Widerstand R19 und einem dazu parallelgeschalteten Kondensator C 6, verbindet den Kollektor des Transistors TR 3 mit der Basis des Transistors TR 4. Ein Filter- oder GlättungskondensatorC4 ist zwischen dem gemeinsamen Emiiterwiderstand R16 und dem Punkt P1 vorgesehen und

ίο hält den Schwellwertpegel des Schmitt-Triggers im wesentlichen konstant, so daß Schaltvorgänge im System ohne Einfluß bleiben. Der Ausgang des Differentialverstärkers am Punkte ist über einen Strombegrenzungswiderstand R14 an die Basis des Transistors Ti? 3 gelegt. Die gemeinsame Verbindung zwischen dem Widerstand i? 14 und dem Kondensator C 5 ist über einen Widerstand i? 15 mit dem Punkt B verbunden.

Der Ausgang der Impulszündschaltung ist über einen Trennimpulstransformator an die Steuerelektrode eines gesteuerten Silizium-Gleichrichters SCR 1 angekoppelt, der die obenerwähnte Festkörper-Schaltvorrichtung darstellt. SCR 1 und seine zugehörigen Bauteile stellen den Leistungsausgangsteil der Regelung dar. Die Primärwicklung des Impulstransformators, angezeigt durch T 3P, ist in der Ausgangsschaltung des modifizierten Schmitt-Triggers zwischen Belastungswiderstand i? 20 und Punkt Pl angeschlossen. Die Sekundärwicklung T35 dieses Transformators ist zwischen die Gatter- oder Steuerelektrode von SCR 1 und dessen Kathode gelegt.

Die Feldwicklung der elektromagnetischen Schlupfkupplung, die zu regeln ist, ist mit CLl bezeichnet. Diese Wicklung ist in Reihe mit einer SicherungFt/l, dem Kontakt E1, einem Widerstand i? 26, einer Diode Fl und dem Anoden-Kathoden-Kreis von SCR 1 geschaltet; die sich ergebende Reihenschaltung ist zwischen die Leiter Ll und L 2 gelegt. Eine Freilaufdiode F 2 ist parallel zur Wicklung CLl geschaltet und leitet Schaltvorgänge in der Wicklung außerhalb des Zyklus ab, so daß diese praktisch als eine ohmsche Belastung erscheint. Die Diode Fl und ein Widerstand i? 27 sind sekundäre Schutzvorrichtungen, die dazu dienen, den gesteuerten Gleichrichter SCR 1 von hohen Spannungsspitzen zu schützen und eine Fehlzündung desselben infolge hoher Ubergangsschaltspannungen zu verhindern. SchaltunterdrükkungskondensatorenC7 und C 8 sind entsprechend über die Kupplungswicklung CL1 und die Sekundärwicklung Γ2Ρ gelegt und stellen einen niederohmigen Pfad für hochfrequente, in der Schaltung auftretende Schaltvorgänge dar. Ein Ableiter, angezeigt bei F 9 ist über die Wicklung T2P geschaltet, um die Schaltung vor niederfrequenten Leitungsschaltvorgängen zu schützen.

Ein Voltmeter M 2 ist in Reihe mit einem Widerstand i? 28 über die Wicklung CLl geschaltet unc dient zur ständigen Anzeige des Erregungsgrades derselben.

Ein Stromrückkopplungsteil der Regelung, der der Strom durch die Wicklung CLl abtastet, besteht au: einem Widerstand i? 26 und einer Reihenschaltunj aus einem Potentiometer i? 2 und einem Widerstanc i?24. Der Widerstand i? 26 liegt in Serie mit de Kupplungswicklung, und somit ist die Spannung a; diesem Widerstand proportional zu dem Strom durc die Wicklung bzw. eine Funktion dieses Strome: Diese Spannung wird dem Summierglied 17 über ei

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wird von dem Generator G abgefühlt, der eine negative Korrekturspannung an den Punkt 17 legt, wodurch die Basis-Emittervorspannung zum Transistor TRl erniedrigt und die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators C 5 reduziert wird. Dies wiederum hat eine Verringerung der Zeit zur Folge, während der SCRl leitend ist, wodurch der Grad der Erregung der Wicklung CLl vermindert wird. Wenn die Geschwindigkeit des Abtriebsgliedes den voreingestellten Wert erreicht, dann ist der der Wicklung CL1 zügeführte Strom gerade ausreichend, um diese gewünschte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Abweichungen in der tatsächlichen Geschwindigkeit der Last über oder unter die gewünschte Geschwindigkeit werden von der Tachometerrückkopplung abgefühlt, und die Leistung der Spule CL1 wird entweder erhöht oder erniedrigt, je nachdem, welche Wirkung erforderlich ist, um die tatsächliche Geschwindigkeit auf den gewünschten Wert zu bringen.

Um die Ansprechzeit des Systems zu verringern, fühlt die innere Rückkopplungsschleife 27 den Strom durch die Kupplungswicklung CLl ab und legt ein negatives Rückkopplungssignal an Punkt 17, das proportional zu diesem Strom ist. Diese innere Schleife besteht aus dem Widerstand R26 und der Reihenschaltung der Widerstände R 2 und R 24. Wenn einmal die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist, dann werden auftretende Änderungen im Ström durch die Wicklung CLl auf das Summierglied 17 in der Form einer negativen Rückkopplung gegeben. Diese negative Rückkopplung erfordert eine etwas höhere Gesamtverstärkung für das System; abhängig von der. Einstellung des Potentiometers i?2 kann jedoch die Ansprechzeit beträchtlich, beispielsweise um einen Faktor 10, verringert werden. Da diese Ansprechzeit synthetisch reduziert wird, kann ein System, das unstabil würde, hierdurch stabil werden. Wenn beispielsweise die geschlossene Schleife bei einer Gesamtansprechzeit T von 0,3 Sekunden unstabil würde, dann ergibt die synthetische Reduzierung dieser An-Sprechzeit auf einen Wert von 0,03 Sekunden, daß das System stabil wird. Dieses gewährleistet nicht nur eine Verhinderung von Systemschwingungen, sondern gestattet auch den Aufbau eines kritisch gedämpften Systems.

Gerade mit der Anwendung der nichtintegrierten Rückkopplung, wie es zuvor beschrieben wurde, kann eine Geschwindigseitsregelung innerhalb annähernd ± 1 °/o über einen Geschwindigkeitsbereich von 33:1 erhalten werden.

Beim Umschalten des SchaltersSWl auf die »Abstellung wird eine weitere korrigierende Rückkopplung durch die Summierglieder 14 und 17 zugeführt, und die endgültige oder Langzeit-Geschwindigkeitsregelung kann über denselben Geschwindigkeitsbereich auf annähernd +1 °/o gebracht werden. Wie vorher erläutert, kann kein großer zusätzlicher Rückkopplungswert direkt angelegt werden, da dies eine beträchtliche Systeminstabilität hervorrufen würde. Dieser große Wert der zusätzlichen Rückkopplung wird über ein zeitintegriertes Fehlersignal erzielt, bei dem die Zeit der Integration wesentlich langer ist als die der Rückkopplungsschleife eigentümliche Ansprechzeit, so daß Instabilitäten vermieden werden.

Es ist jedoch zu beachten, daß sich durch Mischen des integrierten Fehlersignals mit dem direkten Korrektursignal am Summierpunkt 17 die optimale Ansprechzeit für einen gegebenen Satz von Systemparametern ergibt und keine Zugeständnisse in der Ansprechzeit im Vergleich zu dem in der eingangs genannten laufenden Patentanmeldung offenbarten System erforderlich sind.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Drehzahlregelung eines über eine elektromagnetische Schlupfkupplung wirkenden Antriebs, bei der aus einem den Istwert der Winkelgeschwindigkeit darstellenden Rückkopplungssignal und einem den Sollwert der Winkelgeschwindigkeit darstellenden Bezugssignal die Differenz gebildet und ein diese Differenz darstellendes erstes Korrektursignal erzeugt wird, bei der eine ein i?C-Zeitintegrierglied einschließende Vorrichtung zum Vergleich des Rückkopplungssignals mit dem Bezugssignal vorgesehen ist, die ein zweites, eine Funktion des Zeitintegrals aus der Differenz dieser beiden Signale darstellendes Korrektursignal erzeugt, und bei der die beiden Korrektursignale gemischt und deren Summe zur Modulation des Erregungsstromes der elektromagnetischen Kupplung über eine Halbleiter-Schaltvorrichümg. herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des zweiten Korrektursignals eine wesentlich größere Zeitkonstante besitzt als die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Korrektursignals und daß die Kapazität des Zeitintegriergliedes sich durch eine kapazitive Gegenkopplung an einem Verstärker mit hoher Verstärkung ergibt, so daß die effektive Kapazität der Gegenkopplung wesentlich größer als die tatsächlich verwendete ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen ist, die auf den durch die Wicklung der elektromagnetischen Kupplung fließenden Strom anspricht und ein sich als Funktion dieses Stromes änderndes negatives Rückkopplungssignal erzeugt, das mit den beiden Korrektursignalen gemischt und die algebraische Summe zur Modulation des Erregerstromes über eine Halbleiterschaltung herangezogen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung einen in Reihe mit der Kupplungswicklung geschalteten Widerstand (26) aufweist, wodurch die Spannung an dem genannten Widerstand proportional zum Strom durch die Kupplungswicklung ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung ferner einen mit dem genannten Widerstand (26) verbundenen variablen Widerstand (/?.,) besitzt, dessen Einstellung die Amplitude des genannten negativen Rückkopplungssignals bestimmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des zweiten Korrektursignals eine höhere Verstärkung als die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Korrektursignals besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen