DE1538496B2 - Elektronischer Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Regler, dessen Stellglied mittels eines Zweistellungs-Umschalters wahlweise in einer ersten Stellung auf den Ausgang des Reglers zur selbsttätigen Regelung in Abhängigkeit von der Regelabweichung oder in einer zweiten Stellung auf den Ausgang einer Steuereinrichtung zur Verstellung der Stellgröße z. B. von Hand, schaltbar ist, mit einem Verstärker, dessen Eingang über eine Serieneingangsimpedanz mit einer der Regelabweichung entsprechenden Spannung beaufschlagbar ist, mit einem einen Rückkopplungswiderstand enthaltenden Rückkopplungsnetzwerk zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers und mit einem Kondensator, der in der ersten Schaltstellung des Zweistellungs-Umschalters Teil der Rückkopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers ist und in der zweiten Stellung auf eine von der Stellgröße und der Regelabweichung abhängige Spannung aufladbar ist.

Ein derartiger Regler ist aus der US-Patentschrift 68 387 bekannt. Bei diesem bekannten Regler ist beispielsweise das Stellglied ein mittels eines Elektro-

motors betätigtes Ventil. Das bekannte Regelsystem enthält ebenfalls einen Verstärker mit einem Eingangswiderstand und einer Rückkopplung. Mittels eines Umschalters kann zwischen einer handbetriebenen Steuerung und der automatischen Regelung ausgewählt werden. Während der Regelung besteht die Rückkopplung des Verstärkers aus der Reihenschaltung eines Rückkopplungswiderstandes mit Kondensator zur Erzielung eines integralen Regelverhaitens. Dieser Kondensator wird während des Handsteuerbetriebs dazu verwendet, eine dem Unterschied zwischen der Regelabweichung und der Stellgröße entsprechende Spannung zu speichern, um ein stoßfreies Rückschalten in den automatischen Betrieb zu ermöglichen. Die bekannte Anordnung ist jedoch durch eine ein Relais erforderlich machende hohe Anzahl an Umschaltkontakten sowie durch das Erfordernis eines zusätzlichen Magnetverstärkers und eines die Stellung des Motors angebenden Meßwertgebers sehr aufwendig. Bei einer weiteren Ausführungsform dieses bekannten Reglers ist zusätzlich eine Einrichtung vorgesehen, die auch ein stoßfreies Umschalten vom automatischen in den Handbetrieb ermöglichen soll. Diese Einrichtung erfordert zwei motorbetriebene Potentiometer sowie einen Servoverstärker und wird dadurch äußerst aufwendig und umfangreich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Regler der eingangs definierten Art zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand der Umschaltvorgang in jede Richtung stoßfrei erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einem Regler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der ersten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (Automatikbetrieb) die Serieneingangsimpedanz und der Rückkopplungswiderstand über einen gemeinsamen Verbindungspunkt mit einem ersten Eingang des Verstärkers verbunden sind, daß der Kondensator zwischen einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang des Verstärkers und ein zweiter Kondensator zwischen ersten und zweiten Ausgang des Verstärkers geschaltet sind, und daß in der zweiten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (Handbetrieb) der gemeinsame Verbindungspunkt von Serieneingangsimpedanz und Rückkopplungswiderstand von dem ersten Eingang des Verstärkers getrennt und stattdessen der erste Kondensator zwischen ersten Ausgang des Verstärkers und den genannten Verbindungspunkt geschaltet ist, während der zweite Ausgang des Verstärkers auf den ersten Ausgang zurückgekoppelt und der zweite Kondensator zwischen den ersten Ausgang des Verstärkers und dessen zweiten Eingang geschaltet sind.

Während der Regler bei automatischem Betrieb die Regelgröße regelt, wird die Größe der Stellspannung gleichzeitig einem Speicherkreis mit dem zweiten Kondensator aufgeprägt welcher seine jeweilige Ladung über verhältnismäßig lange Zeitspannen hinweg aufrecht zu erhalten vermag.

Wenn der Zweistellungs-Umschalter aus "seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung (Handbetrieb) umgeschaltet wird, wird die eine Seite des genannten zweiten Kondensators über einen Schalterkontakt unmittelbar mit dem zweiten Verstärkereingang verbunden. Gleichzeitig verbindet ein weiterer Schalterkontakt den ersten Verstärkereingang über eine Rückkopplungsleitung mit dem Verstärkerausgang. Da dieser Ausgang im Augenblick vor dem Umschalten das Potential der genannten Seite des zweiten Kondensators hatte, besitzen die beiden Verstärkereingänge im ersten Augenblick nach dem Umschalten im wesentlichen dasselbe Potential. Die vom Verstärker abgegebene Spannung wird mithin während des Umschaltens und unmittelbar nach dem Umschalten auf Handsteuerbetrieb im wesentlichen konstant gehalten, so daß der gesteuerte Verfahrensablauf keine Störung infolge des Umschaltens erfährt.

Weiter ist der zweite Kondensator nach dem Umschalten auf Handsteuerbetrieb zwischen den einen Ausgang und den einen Eingang des Verstärkers eingeschaltet, so daß die durch den Verstärker hervorgebrachte Rückkopplungswirkung bestrebt ist, den zweiten Kondensator in dem auf seine ursprüngliche Spannung aufgeladenen Zustand zu halten, wodurch Verschiebungseffekte auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Während der Regler auf Handbetrieb geschaltet ist, dient jedoch der erste Kondensator als ein Speicher, der den Istwert der Regelgröße gegenüber ihrem Sollwert sowie das Verhältnis dieses Istwerts gegenüber dem tatsächlichen von Hand eingestellten Stellsignal speichert.

Wenn der Zweistellungs-Umschalter wieder in seine erste Stellung (Automatikbetrieb) zurückgestellt wird, ist im ersten Augenblick nach dem Umschalten praktisch kein Potentialunterschied zwischen den Verstärkereingängen vorhanden, da der erste Kondensator und der Verbindungspunkt zwischen der Serieneingangsimpedanz und dem Rückkopplungswiderstand durch einen Umschaltkontakt unmittelbar miteinander verbunden waren. Da die Spannung des ersten Kondensators während des Handbetriebes auf dem richtigen, sowohl die Regelabweichung als auch das vom Regler abgegebene Stellsignal wiedergebenden Wert gehalten worden ist, bewirkt die Kondensatorspannung keine sofortige Änderung der Verstärker-Eingangsspannung nach dem Umschalten auf Automatikbetrieb, so daß das Umschalten ohne Änderung der Stellspannung vor sich geht.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Reglers mit einem Zweistellungs-Umschalter,

Fig.2 ein Detail-Schaltbild des Stromversorgungsiikreises mit der Sollwert-Signalerzeugungseinrichtung und , ■ ' . · ■ ... .··.,-■;■■■:;. ·■.·... ; ; . . .

Fig.3 und 4 zusammen ein Schaltbild, welches Einzelheiten des Reglers gemäß F i g. 1 veranschaulicht. Gemäß Fig. 1 weist der Regler drei Eingangsklemmen 10, 12 und 14 auf, die über zwei miteinander in Reihe liegende Widerstände 16 und 18 untereinander

verbunden sind. Über die Klemme 10 und 12 sowie den Widerstand 16 (500 Ω) fließt ein Sollwertstrom, jedoch normalerweise fester Größe von beispielsweise 2 bis 10 mA, während über die Klemmen 12 und 14 sowie den Widerstand 18 (100 Ω) ein Meßstrom von beispielsweise 10 bis 50 mA fließt, dessen Größe dem Wert des zu regelnden Verfahrenszustands proportional ist. Diese beiden Ströme fließen, durch die Pfeile angedeutet, in entgegengesetzte Richtungen, so daß die an den Widerständen Ί6 und 18 erzeugten Spannungen entgegengesetzte Polarität besitzen.

Die bisher beschriebene Schaltung stellt, einen Eingangsvergleichkreis dar, der zwischen den Klemmen 10 und 14 eine Abweichspannung liefert, deren Größe

der Regelabweichung proportional ist und deren Polarität dadurch bestimmt ist, ob der Istwert über oder unter dem Sollwert liegt. Wenn die gemessene Regelgröße genau dem Sollwert entspricht, ist die Abweichspannung gleich Null. Wenn sich jedoch der Meßstrom über dem Widerstand 18 ändert, ändert sich das Potential der Klemme 10 gegenüber demjenigen der Klemme 14 entsprechend. Um eine Bezugsbasis für die verschiedenen im Regler vorhandenen Potentiale zu schaffen, kann die Klemme 14 der Einfachheit halber als »Stromkreiserde« und die mit ihr verbundene Leitung 20 als »Bezugsleitung« bezeichnet werden. Wenn der Sollwertstrom über den Widerstand 16 auf seinen Mittelwert von 6 mA eingestellt wird, kann die an der Klemme 10 liegende Abweichspannung irgendeinen Wert zwischen -2 V und +2V gegenüber der Bezugsleitung besitzen, wobei der genaue Wert selbstverständlich von dem festgestellten Wert der Regelgröße abhängt.

Die Abweichspannung wird über eine Serieneingangsimpedanz 22 (10OkQ) und einen Abschnitt 70a eines Zweistellungs-Umschalters 72 an den Eingang 24 eines Wechselstrom-Verstärkers 26 mit hohem Verstärkungsgrad angelegt. Dieser Verstärker, der noch näher erläutert werden wird, kann beispielsweise einen Voraus-Verstärkungsgrad von 2000 besitzen. Die Ausgangsleitungen 28 und 30 dieses Verstärkers sind an die beiden Enden eines Potentiometers 32 (600 Ω) angeschlossen, dessen unteres Ende gleichzeitig mit der Bezugsleitung 20 in Verbindung steht. Der Abgriff 34 des Potentiometers 32 liefert eine Rückkopplungsspannung, die über einen Rückkopplungs-Widerstand 36 (100 Ω) dem Verstärker-Eingang 24 eingespeist wird. Der Strom fließt »aufwärts« durch das Potentiometer 32, so daß das Potential am Verstärkereingang 24 gegenüber der Bezugsleitung 20 negativ ist.

Ersichtlicherweise bilden die Widerstände 22 und 36 einen Spannungsteiler mit einem Teilungsverhältnis von 2:1. Da der Verstärker 26, wie aus der folgenden genauen Beschreibung noch deutlicher werden wird, praktisch keinen Strom in seinem Eingangskreis benötigt, sind die über die Widerstände 22 und 36 fließenden Ströme gleich groß und liegt somit das Potential an der Abzweigung zwischen diesen beiden Widerständen in der Mitte zwischen den an den Enden vorhandenen Spannungen. Wenn beispielsweise die Abweichspannung an der Klemme 10 Null beträgt und das Potentiometer 32 zur Lieferung einer Spannung von -3 V am Abgriff 34 eingestellt ist, liegt der Verstärker-Eingang 24 auf —15 V. 5"

Der Potentiometerabgriff 34 ist weiterhin über einen aus zwei Reihen-Widerständen 40 und 42 bestehenden zweiten Spannungsteiler 38 mit der Bezugsleitung 20 verbunden. Die Abzweigung 44 dieses Spannungsteilers ist an einen Rückkopplungskreis angeschlossen, der aus einem einstellbaren Widerstand 46 (beispielsweise 100Ω) und einem nachgeschalteten Kondensator 48 besteht, wobei der Verzweigungspunkt 50 zwischen dem Widerstand 46 und dem Kondensator 48 über den Abschnitt 706 des Zweistellungs-Umschalters 72 an den zweiten Verstärker-Eingang 52 angeschlossen ist. Die andere Platte des Kondensators 48 ist über einen Schalter 54 an die Bezugsleitung 20 angeschlossen. Wie aus der genauen Beschreibung anhand der F i g. 3 und 4 noch deutlicher werden wird, ist der Schalter 54 eigentlich nicht erforderlich, sondern in F i g. 1 nur eingezeichnet, um die Erläuterung zu vereinfachen.

Der Spannungsunterschied zwischen den beiden Verstärker-Eingängen 24 und 52 bestimmt die Größe des über die Ausgangsleitungen 28 und 30 fließenden Stroms. Wenn beide Eingänge auf demselben Potential liegen, ist der vom Verstärker gelieferte Strom typischerweise auf seinen Mittelwert eingestellt, d. h. auf einen Wert, der über dem Potentiometer 32 einen Spannungsabfall von 9 V erzeugt. Wenn sich die vom Verstärker abgegebene Spannung über ihren vollen Bereich ändert, variiert der Spannungsabfall über dem Potentiometer 32 zwischen 3 und 15 V. Ein Spannungsanstieg am Verstärker-Eingang 24 hat eine Erhöhung des Stromflusses durch das Potentiometer 32 zur Folge und umgekehrt. Die maximale Abweichung der vom Verstärker abgegebenen Spannung von ihrem Mittelwert wird bei einer Änderung der Eingangsspannung von etwa 1 mV erzielt.

Die Schaltung gemäß F i g. 1 arbeitet wie folgt: Zunächst sei angenommen, daß die an der Klemme 10 liegende Abweichspannung gleich Null ist und daß alle anderen Spannungen der Schaltung stabilisiert sind; in diesem Zustand erzeugt eine Erhöhung des Meßstroms über dem Widerstand 18 eine positive Abweichspannung an der Klemme 10, wodurch sich das Potential am Verstärker-Eingang 24 zu erhöhen trachtet. Infolgedessen erhöht sich der über das Potentiometer 32 fließende Strom und läßt das Potential des Potentiometerabgriffs 34 abfallen. Der Kondensator 48 verhindert jedoch eine sofortige Änderung des Potentials des zweiten Verstärker-Eingangs 52 und die Rückkopplungswirkung wird anfänglich durch den Einfluß des Rückkopplungs-Widerstands 36 auf den ersten Verstärker-Eingang 24 hervorgebracht.

Als übertriebenes Beispiel sei angenommen, daß das Potential der Klemme 10 +1 V wird, wenn sich der Meßstrom über den Widerstand 18 plötzlich um 10 mA, beispielsweise von 30 mA auf 40 mA erhöht. Wenn das Potential des Potentiometerabgriffs 34 anfänglich —3 V betrug, hat eine derartige Erhöhung der Abweichspannung um 1 V zur Folge, daß sich das Potential des Potentiometerabgriffs 34 auf ein neues niedrigeres Potential verschiebt und danach trachtet, das Potential des Verstärker-Eingangs 24 auf seinem ursprünglichen Wert zu halten. Ersichtlicherweise muß dieses neue niedrigere Potential —4 V betragen, d.h. eine Verminderung der Abweichspannung um 1 V erfordert eine Verminderung der Rückkopplungsspannung am Potentiometerabgriff 34 um 1 V, da bei dem durch die Widerstände 22 und 36 gewährleisteten Teilungsverhältnis das Potential des Verstärker-Eingangs 24 nur dann konstant gehalten werden kann, wenn sich die Spannungen an den Enden des Spannungsteilers um gleiche Beträge und in entgegengesetzten Richtungen ändern. Selbstverständlich ist es nicht möglich, den Eingang 24 des Verstärkers genau auf der ursprünglichen Spannung zu halten, da eine Spannungsänderung zwischen seinen beiden Eingängen 24 und 52 vorhanden sein muß, um den zur Verschiebung des Potentials des Potentiometerabgriffs 34 um 1 V erforderlichen erhöhten Verstärker-Ausgangsstrom zu erzeugen. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers ist jedoch so hoch, daß diese Änderung des Eingangspotentials gegenüber der Änderung des Abweichsignals und der Rückkopplungsspannung praktisch vernachlässigbar ist. .

An den Verstärker 26 ist ein Stellsignalkreis 56 angeschlossen, der in F i g. 1 symbolisch als an die Ausgangsleitung 28 angeschlossene Einzelleitung angedeutet ist. Dieser Kreis ist an ein entferntes Stellglied, wie ein nicht dargestelltes Ventil od. dgl. angeschlossen

und liefert diesem ein dem Strom über dem Potentiometer 32 entsprechendes Stellsignal. Bei dem in den F i g. 3 und 4 genauer dargestellten Regler, wie er tatsächlich verwendet wird, ist dieser Kreis 56 wesentlich komplizierter als in F i g. 1 dargestellt, doch wirkt er im wesentlichen auf herkömmliche Weise zur Erzeugung eines Stellsignals in der Größenordnung von 10 bis 5OmA, während der über das Potentiometer 32 fließende Strom im Bereich von 5 bis 25 mA liegt. Wenn die Abweichspannung von Null auf 1 V übergeht, erhöht sich das Stellsignal im Kreis 56 anfänglich entsprechend.

Nach der anfänglichen Änderung des Potentials des Potentiometerabgriffs 34 tritt eine weitere und fortdauernde Änderung infolge der allmählichen Änderung des Potentials des anderen Verstärker-Eingangs 52 auf, die sich aus einer Aufladung bzw. Entladung des Kondensators 48 ergibt. Genauer gesagt, wenn das Potential des Potentiometerabgriffs 34 auf die vorher beschriebene Weise von —3 V auf —4 V übergeht, verschiebt sich das Potential der Abzweigung 44 des Spannungsteilers 38 von -1,5 V auf —2 V, so daß sich der Kondensator 48 entsprechend von — 1,5 V in Richtung auf — 2 V aufzuladen beginnt Dieser Abfall des Potentials des Kondensators 48 führt zu einer Erhöhung des Spannungsunterschieds zwischen den beiden Eingängen 24 und 52 des Verstärkers, so daß sich der Verstärker-Ausgangsstrom entsprechend zu erhöhen trachtet.

Selbstverständlich erfolgt die Aufladung des Kondensators 48 infolge der großen Zeitkonstante des Widerstandes 46 und des Kondensators 48 normalerweise verhältnismäßig langsam. Diese Zeitkonstante kann für Verfahren mit verhältnismäßig großer Zeitverzögerung bis zu 30 Minuten betragen. Außerdem bewirkt die anfängliche Änderung des Stellsignals im Kreis 56 eine entsprechende Änderung der Einstellung des Stellglieds, was wiederum bewirkt, daß die Regelgröße auf den Sollwert zurückzugehen beginnt. Infolgedessen wird die an der Klemme 10 erscheinende Abweichspannung entsprechend reduziert, was dem Anstieg des Stellstroms infolge der Rückführwirkung entgegenzuwirken trachtet Diese verschiedenen Effekte der Schaltung wirken auf dynamische Weise zusammen und gewährleisten als Endergebnis eine einwandfreie Regelwirkung, welche die Regelgröße mit beträchtlicher Schnelligkeit und geringstem Überlauf auf den Sollwert stabilisiert

Die Einstellung des Potentiometers 32 bestimmt den P-Bereich des Reglers, d. h. die Größe der Änderung der vom Verstärker gelieferten Spannung für eine vorgegebene Änderung der Abweichspannung. Jeder Änderung des Potentials der Klemme 10 wird durch eine gleich große und entgegengesetzte Änderung des Potentials des Potentiometerabgriffs 34 entsprechen, während die entsprechende Änderung des Stromflusses über die Leitungen 28 und 30 von der Einstellung des Potentiometers 32 abhängt

Bei zahlreichen Verfahren ist es wünschenswert daß das Stellsignal auch eine Komponente enthält weiche der Änderungsgeschwindigkeit des zu messenden Zustands proportional ist Beim beschriebenen Regler wird dies durch einen Ober dem Meßwiderstand 18 liegenden änderungsgeschwindigkeitsabhängigen Kreis 60 erreicht der aus einem mit einem Gleichstrom-Verstärker 66 in Reihe liegenden Kondensator 62 und einem den Verzweigungspunkt zwischen diesen beiden Elementen mit der Bezugsleitung 20 verbindenden einstellbaren Widerstand 64 (1ΜΩ) besteht. Der Kondensator 62 und der Widerstand 64 wirken zusammen und erzeugen über dem Widerstand 64 eine Spannung, die im wesentlichen der Geschwindigkeit proportional ist, mit der sich die über dem Widerstand 18 erzeugte Meßspannung ändert. Die beiden Eingänge des Gleichstrom-Verstärkers 66, der einen Verstärkungsgrad von ungefähr 1 :5 besitzt, sind an die beiden Enden des Widerstandes 64 angeschlossen, und die beiden Ausgänge des Verstärkers sind zwischen den Kondensator 48 und die Bezugsleitung 20 eingeschaltet, so daß bei geöffnetem Kurzschließschalter 54 die verstärkte Geschwindigkeitsspannung vom Verstärker 66 dem Eingang 52 des Hauptverstärkers 26 in Reihe mit der Rückkopplungsspannung über dem Kondensator 48 eingespeist wird.

Im folgenden ist das Umschalten des Reglers auf Handsteuerung beschrieben. Während der Regler bei automatischem Betrieb die Regelgröße regelt, wird die Größe der Stellspannung gleichzeitig einem Speicherkreis mit einem zweiten Kondensator 74 aufgeprägt, welcher seine jeweilige Ladung über verhältnismäßig lange Zeitspannen hinweg aufrechtzuerhalten vermag. Genauer gesagt, ist die eine Platte des Kondensators 74 über den Kontakt 70c des Zweistellungs-Umschalters 72 mit dem zweiten Ausgang 30 des Verstärkers 26 verbunden, während die andere Platte unmittelbar an den ersten Ausgang 28 angeschlossen ist, der seinerseits mit der Bezugsleitung 20 in Verbindung steht Der Kondensator 74 liegt also unmittelbar parallel zum Potentiometer 32, so daß er stets auf der vom Verstärker abgegebenen Spannung gehalten wird. Genauer gesagt wird das Potential der unteren Platte des Kondensators auf dem negativen Potential der Oberseite des Potentiometers 32 gehalten.

Wenn der Zweistellungs-Umschalter 72 aus seiner in den Figuren eingezeichneten Stellung in im folgenden als »Handsteuer«-Stellung bezeichnete Stellung für nicht-automatischen Betrieb umgelegt wird, wird die untere Platte des Kondensators 74 über den Schalterkontakt 70c unmittelbar mit dem zweiten Verstärker-Eingang 52 verbunden. Gleichzeitig verbindet der Schalterkontakt 70d den ersten Verstärker-Eingang 24 über eine Rückkopplungsleitung 80 mit dem Verstärker-Ausgang 30 und mit dem oberen Ende des Potentiometers 32 Da dieser Ausgang im Augenblick vor dem Umschalten das Potential der unteren Platte des Kondensators 74 hatte, besitzen die beiden Verstärker-Eingänge 24 und 52 im ersten Augenblick nach dem Umschalten im wesentlichen dasselbe Potential. Anschließend verändert sich die Differenz der Eingangsspannungen selbstverständlich geringfügig, beispielsweise um einen Bruchteil eines Millivolts, was auf die Rückkopplungswirkung der Leitung 80 zurückzuführen ist welche bewirkt, daß die vom Verstärker abgegebene Spannung auf diesem Wert gehalten wird, und somit eine Anpassung zwischen dem Potential des Verstärker-Ausgangs 30 und dem durch den Kondensator 74 dem Verstärker-Eingang 52 aufgeprägten Potential gewährleistet Die vom Verstärker abgegebene Spannung wird mithin während des Umschaltens und unmittelbar nach dem Umschalten auf »Handsteuerung« im wesentlichen konstant gehalten, so daß der Verfahrensabtauf keine Störung infolge des Umschaltens erfahrt Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß dieses Ergebnis ohne Erfordernis für einen Ausgleichvorgang während des Umschaltens erzielt wird

Es ist zu beachten, daß der zweite Kondensator 74 nach dem Umschalten auf »Handsteuer«-Betrieb

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zwischen den Ausgang 28 und den Eingang 52 des Verstärkers 26 eingeschaltet ist. Die durch diesen Verstärker hervorgebrachte Rückkopplungswirkung ist daher bestrebt, den Kondensator 74 in auf seine ursprüngliche Spannung aufgeladenem Zustand zu halten, wodurch Verschiebungseffekte auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Wenn der vom Regler gelieferte Stellstrom geändert werden soll, braucht lediglich die Ladung des Kondensators 74 geändert zu werden, da die Rückkopplungswirkung der Leitung 80 die Ausgangsspannung des Verstärkers 26 dann entsprechend ändert. Diese Änderung der Kondensatoraufladung läßt sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch Betätigung des bewegbaren Kontaktes 76 eines Schalters 78 auf eine von zwei Stellungen 82 oder 84 bewirken.

In der Stellung 82 schaltet der Schalter 78 die Verstärker-Eingänge 24 und 52 in einen aus einem strombegrenzenden Widerstand 86 und einer Gleichstromquelle 88 bestehenden Kreis ein, während sich der Speicherkondensator 74 infolge der Rückkopplungswirkung mit einer durch die Zeitkonstante des aus dem Kondensator 74 (2 μΡ) und dem strombegrenzenden Widerstand 86 (10 ΜΩ) bestehenden Stromkreises bestimmten Geschwindigkeit allmählich entlädt. Solange der Schalter 78 in der Stellung 82 gehalten wird, entlädt sich der Kondensator 74 mit praktisch konstanter langsamer Geschwindigkeit, wobei der vom Regler gelieferte Stellstrom entsprechend abnimmt.

Wenn der Schalter 78 in seine andere Stellung 84 umgelegt wird, erhöht sich der Stellstrom mit praktisch konstanter langsamer Geschwindigkeit, da in dieser Schalterstellung eine Gleichstromquelle 90 anstelle der Stromquelle 88 in den Kreis eingeschaltet ist, welche gegenüber der Stromquelle 88 umgekehrte Polarität besitzt.

Wenn der Schalter 78 in seine mittlere Stellung zurückgestellt wird, ist der Kondensator 74 von den Spannungsquellen 88 und 90 getrennt und ist seine Aufbzw. Entladung unterbrochen. Infolgedessen bleibt der Stellstrom auf einem konstanten, der Kondensatorladung entsprechenden Wert.

Im folgenden ist das Umschalten von Handbetrieb auf automatischen Betrieb näher erläutert. Solange der Regler auf »Handsteuerung« geschaltet ist, verbindet der Kontakt 70i des Zweistellungs-Umschalters 72 die obere Platte des Kondensators 48 unmittelbar mit der Abzweigung zwischen den beiden Widerständen 22 und 36 des Rückkopplungskreises, so daß die Kondensatorspannung ständig dem Unterschied zwischen der der Regelabweichung entsprechenden Eingangsspannung an der Klemme 10 und dem von Hand eingestellten, durch das Potential des Potentiometerabgriffs 34 dargestellten Stellspannung entspricht. Während der Regler auf Handsteuerung geschaltet ist, dient der Kondensator 48 also als ein Speicher, der den Istwert der Regelgröße gegenüber ihrem Sollwert sowie das Verhältnis dieses Istwerts gegenüber dem tatsächlichen von Hand eingestellten Stellsignal »im Gedächtnis behält«.

Wenn der Zweistellungs-Umschalter 72 in seine Stellung »Automatik« zurückgestellt wird, ist im ersten Augenblick nach dem Umschalten praktisch kein Potentialunterschied zwischen den Verstärker-Eingängen 24 und 52 vorhanden, da der Kondensator 48 und der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 22 und 36 durch den Umschalterkontakt 706 unmittelbar miteinander verbunden waren. Da die Spannung des Kondensators 48 während des »Handsteuer«-Betriebs auf dem richtigen, sowohl die Regelabweichung als auch das vom Regler abgegebene Stellsignal wiedergebenden Wert gehalten worden ist, bewirkt die Kondensa-

torspannung keine sofortige Änderung der Verstärker-Eingangsspannung nach dem Umschalten auf automatischen Betrieb, so daß das Umschalten ohne wesentliche Änderung der Stellspannung vor sich geht. Wenn anschließend der Istwert nicht gleich dem Sollwert ist,

d. h. wenn der Eingang 10 eine einer Regelabweichung entsprechende Spannung führt, arbeitet der Regler selbstverständlich in der ihm eigenen Weise, die Regelgröße stoßfrei und schnell wieder auf den Sollwert einzustellen.

Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß auch bei Vorhandensein des von der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung abhängigen Kreises 60 das Zurückschalten auf automatischen Betrieb stoßfrei vor sich geht, selbst wenn der Kurzschließschalter 54 offen ist und sich die Regelgröße im Augenblick des Umschaltens ändert. Unter diesen Bedingungen wird die Änderung der Regelgröße durch eine entsprechende Ausgangsspannung des Verstärkers 66 wiedergegeben, / die jedoch sowohl vor als auch nach dem Zurückschalten in Reihe mit der der Regelabweichung entsprechenden Spannung und der Kondensatorspannung liegt und somit im Augenblick des Zurückschaltens keinen Einfluß auf die in den Verstärker 26 eingespeiste Spannung hat. Nach dem Umschalten hat diese der

Änderungsgeschwindigkeit entsprechende Spannung jedoch selbstverständlich den vorgesehenen Einfluß auf die Gewährleistung einer einwandfreien automatischen Regelung der Regelgröße.

Im folgenden ist der Aufbau des Reglers des Ausführungsbeispiels der Erfindung in weiteren Einzelheiten beschrieben.

Die in F i g. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist zwei Eingangsklemmen 10 und 12a auf, über die der Sollwertstrom dem Widerstand 16 zugeführt wird, über welchem eine entsprechende Sollwertspannung erzeugt wird. Das eine Ende des Widerstandes 16 steht über einen Kaskadenschalter 100 und den Kontakt 102a eines gekoppelten Umschalters 104 mit der Serieneingangsimpedanz 22 in Verbindung, / während das mit der Klemme 12a in Verbindung stehende Ende des Widerstands 16 über zwei andere Kontakte tO2b und 102c des Umschalters an den Meßspannungs-Widerstand 18 angeschlossen ist, welcher von den Klemmen 126 und 14 mit Meßstrom gespeist wird. Diese letztgenannten Klemmen sind typischerweise über eine zweiadrige Übertragungsleitung mit einem herkömmlichen Meßgeber verbunden, beispielsweise einem, der einen einer Temperatur des Verfahrens entsprechenden Strom erzeugt. Die über dem Widerstand 18 erzeugte Meßspannung liegt somit in Reihe mit der Sollwertspannung über dem Widerstand 16 und ist dieser entgegengesetzt, so daß diese Widerstände nebst der ihnen zugeordneten Schaltung einen Vergleichskreis bilden. Der Unterschied zwischen den beiden verglichenen Spannungen stellt die Abweichungsspannung dar, welche dem Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert proportional ist.

Das untere Ende des durch die Widerstände 16 und 18 gebildeten Eingangs-Vergleichskreises ist über den Kontakt 102c/ des Umschalters 104 an durch die Bezugsleitung 20 gebildete Stromkreiserde angeschlossen, während die am oberen Ende des Vergleichskreises erscheinende Abweichspannung über die Serienein-

gangsimpedanz 22 dem Eingang 24 des Verstärkers 26, dessen Einzelheiten in Fig.4 dargestellt sind, eingespeist wird. Per von diesem Verstärker abgegebene Strom fließt über die Ausgangsleitungen 28 und 30 sowie ein in der rechten oberen Ecke von Fig.3 eingezeichnetes Filter 112. Der gefilterte Gleichstrom erzeugt einen entsprechenden Spannungsabfall über einer Last, die aus dem Potentiometer 32 und einem mit diesem in Reihe liegenden Festwert-Widerstand 114 (10 Ω) besteht Der Abgriff 34 des Potentiometers 32 ist einerseits über den Rückkopplungswiderstand 36 an die Verstärker-Eingangsleitung 106 und andererseits an den durch die Widerstände 40 und 42 (je 100 kΩ) gebildeten Spannungsteiler 38 angeschlossen, in welchem ein Abgleichpotentiometer 116 (1OkQ) eingeschaltet ist, dessen Abgriff 44 gleichzeitig die Abzweigung 44 des Spannungsteilers 38 bildet. Das Potential des Punktes 44 wird über einen Festwert-Widerstand 118 (390 kQ) und den mit diesem in Reihe liegenden einstellbaren Widerstand 46 (100 ΜΩ) an den Kondensator 48 (18 μί) angelegt, dessen obere Platte über den einen Kontakt 706 eines Zweistellungs-Umschalters 72 mit einer Leitung 124 verbunden ist, welche zum anderen Eingang 52 ( F i g. 4) des Verstärkers 26 führt.

Die über den Widerstand 18 erzeugte Meßspannung wird weiterhin an den einen Eingang 126 eines geschwindigkeitsempfindlichen Kreises 60 angelegt, dessen anderer Eingang 130 mit der Bezugsleitung 20 verbunden ist. Der Eingang 126 dieses Kreises ist an den Kondensator 62 (100 mF) angeschlossen, dessen andere Platte über einen Aus-Schalter 134 an den Widerstand 64 angeschlossen ist, welcher bei dieser Ausführungsform aus einem Festwert-Widerstand 138 (2,2 kQ) in Reihe mit einem einstellbaren Widerstand 140 (1 ΝΩ) besteht. Wenn die Meßspannung über dem Widerstand 18 konstant ist, tritt über dem Widerstand 64 keine Spannung auf, da sich der Kondensator 62 auf die Meßspannung auflädt Sobald sich jedoch die Meßspannung ändert, tritt über dem Widerstand 64 eine der Änderungsgeschwindigkeit der Meßspannung proportionale Spannung auf, deren Größe durch die ÄC-Zeitkonstante der Stromkreiselemente 62 und 64 bestimmt wird und mit Hilfe des einstellbaren Widerstands 140 nach Belieben geändert werden kann.

Die über dem Widerstand 64 erzeugte Spannung wird dem zwei direktgekoppelten Transistoren 142 und 144 aufweisenden Verstärker 66 eingespeist, der über zwei gemäß F i g. 2 an eine herkömmliche 43 V-Gleichstromquelle 150 angeschlossene Leitungen 146, 148 mit Arbeitsstrom gespeist wird und dessen Ausgang positiv vorgespannt ist so daß bei Eingangsspannung 0 V an der Klemme 152 eine Ausgangsspannung von etwa 20 V liefert, die unter Betriebsbedingungen zwischen etwa 0 und 40 V schwankt

Wenn der Einfluß der Änderungsgeschwindigkeit auf das Stellsignal ausgeschaltet werden soll, wird der Aus-Schalter 134 in seine AUS-Stellung umgelegt, wobei er den Kondensator 62 über einen Widerstand 154 (^Ω) mit der Bezugsleitung 20 verbindet wodurch der Kondensator 62 stets auf das Potential der Meßspannung über dem Widerstand 18 aufgeladen bleibt und ein Umschalten auf EIN ohne Störung des Verfahrensablaufs erfolgen kann. Der Widerstand 154 ist zur Verhinderung einer Verschlechterung der Ansprechgeschwindigkeit des Reglers vorgesehen, wie sie vorkommen könnte, wenn der Kondensator 62 unmittelbar über den Meßwert-Widerstand 18 geschaltet wäre.

An das linke Ende des Widerstands 22 ist ein Instrument 156 angeschlossen, das die Größe der Regelabweichung anzeigt. Da über die Widerstände 16 und 18 nicht nur der Sollwert- und der Meßstrom fließt, sondern auch ein auf der Rückkopplungsspannung am Potentiometerabgriff 34 beruhender geringer Zusatzstrom, kann die Regelabweichung nicht einfach in der Weise erhalten werden, daß das Anzeigeinstrument 156 unmittelbar über die Widerstände 16 und 18 geschaltet wird. Zum Ausgleich für diesen geringen Zusatzstrom ist vielmehr die untere Klemme des Anzeigeinstruments 156 über einen Widerstand 158 (600 Ω) an die Bezugsleitung 20 und über einen weiteren Widerstand 169 (100 kΩ) an den Potentiometerabgriff 34 angeschlossen, die so aufeinander abgeglichen sind, daß der Spannungsabfall über dem Widerstand 158 den durch den Zusatzstrom über die Widerstände 16 und 18 bewirkten zusätzlichen Spannungsabfall über diesen Widerständen genau kompensiert, so daß das Instrument 156 nur die tatsächliche Abweichspannung anzeigt.

Das obere Ende des Potentiometers 32 ist über den Kontakt 70c des Zweistellungs-Umschalters 72 mit der einen Platte eines Kondensators 74 (2 μΡ) angeschlossen, dessen andere Platte über einen Stabilisierwiderstand 164 (100 kΩ) an die Bezugsleitung 20 angeschlossen ist. Die an Spannung liegende Platte des Kondensators 74 ist außerdem mit dem Wählarm 76 eines Fünfstellung-Schalters 78a verbunden, dessen mittelster Gegenkontakt tot ist. Normalerweise liegt der Wählarm 76 gegen diesen mittleren Gegenkontakt an, so daß die Spannung des Kondensators 74 stets genau der Ausgangsspannung des Verstärkers 26 folgt und eine »Speicherung« der Größe der Stellspannung bewirkt wird, die dann ausgenutzt wird, wenn der Regler von automatischem auf Handbetrieb umgeschaltet wird.

Wenn der Zweistellungs-Umschalter 72 in die Stellung »Handsteuerung« umgeschaltet wird, trennt der Kontakt 70a dieses Schalters (F i g. 4) die Leitung 106 vom Verstärker-Eingang 24, so daß dem Verstärker die Abweichspannung nicht mehr zugeführt wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 74 über den Kontakt 70c des Umschalters 72 mit dem Verstärkereingang 24 verbunden, um die vom Regler gelieferte Stellspannung auf den unmittelbar vor dem Umschalten auf Handsteuerung vorhandenen Wert festzulegen. Da der Kondensator 74 jedoch auf die Stellspannung aufgeladen ist, besitzt er ein viel zu hohes Potential, um unmittelbar an den Verstärkereingang angeschlossen werden zu können, da der Verstärker sofort auf seinen Grenzwert getrieben werden würde. Erfindungsgemäß wird dieser Effekt jedoch durch eine Schaltungsanordnung verhindert, die beim Umschalten des Zweistellungs-Umschalters 72 auf Handsteuerung die Größe der Kondensatorspannung kompensiert, so daß die vom Verstärker gelieferte Spannung auf ihrem vorherigen Wert gehalten wird. ■

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht diese Schaltungsanordnung aus einer Rückkopplungsleitung 80, die bei auf Handbetrieb umgestellten Schalter 72 den Verstärker-Eingang 24 über den Umschalterkontakt 70a mit der Verstärker-Ausgangsleitung 30 verbindet, so daß die vom Verstärker gelieferte Spannung automatisch auf ihrem vorherigen Wert gehalten wird, da die Rückkopplungswirkung der Leitung 80 die Verstärker-Ausgangsspannung auf den Wert einstellt, welcher das Potential der

Ausgangsleitung 30 auf demselben Wert wie das Potential des Kondensators 74 hält, d. h. auf dem Wert, welchen diese Teile vor dem Umschalten hatten. Das Umschalten auf Handsteuerung geht somit ohne Störung -des Verfahrensablaufs vor sich. Danach trachtet die Rückkopplungswirkung des Verstärkers 26 danach, die ursprüngliche Ladung des Kondensators 74 aufrechtzuerhalten, so daß alle Verschiebungseffekte während einer bestimmten Zeitspanne auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Wenn die vom Regler gelieferte Stellspannung während des Handbetriebs der Anlage geändert werden soll, legt die Bedienungsperson den Schalter 78a auf den Kontakt 82 oder 84 um, wodurch der bewegbare Schalterkontakt 76 über die jeweiligen die Aufladegeschwindigkeit begrenzenden Widerstände 86a bzw. 866 (jeweils 10 ΜΩ) an eine positive bzw. negative Speisespannung 88 bzw. 90 von beispielsweise 3 V gelegt wird; der Stromkreis ist hierbei über einen Widerstand 92 und eine gemeinsame Rückleitung 94 geschlossen. Einzelheiten der betreffenden Stromversorgung 168 sind in Fig.2 dargestellt. Der von der Spannungsquelle 88 oder 90 gelieferte Strom lädt bzw. entlädt den Kondensator 74 allmählich auf einen neuen Wert, wobei sich die vom Regler gelieferte Stellspannung entsprechend ändert. Um eine sehr schnelle Änderung der Kondensatoraufladung zu ermöglichen, ist der Schalter 78 mit zwei weiteren Kontakten 170 und 172 versehen, die unter Umgehung der Begrenzungswiderstände 86a und 866 unmittelbar an die positive bzw. negative Spannungsquelle 88 bzw. 90 angeschlossen sind.

Während des Handbetriebs der Anlage verbindet der Kontakt 706 des Zweistellungs-Umschalters 72 die obere Platte des Kondensators 48 mit der Abzweigung zwischen dem Widerstand 22 und dem Rückkopplungs-Widerstand 36, so daß der Kondensator auf einer dem Unterschied zwischen der Abweichspannung an der Klemme 10 (gegebenenfalls zuzüglich der von der Änderungsgeschwindigkeit abhängigen Spannung, wenn sich der Zustand ändert) und der durch das Potential des Potentiometerabgriffs 34 dargestellten Stellspannung entsprechenden Spannung aufgeladen bleibt Tatsächlich gewährleistet also der Kondensator eine »Speicherung« des Verhältnisses zwischen. dem Zustand der Regelgröße und dem tatsächlich vom Regler gelieferten Stellwert, so daß der Regler jederzeit ohne Störung des Verfahrens wieder auf automatischen Betrieb zurückgeschaltet werden kann.

Wenn die Anlage wieder auf automatischen Betrieb zurückgestellt wird, verbindet der Abschnitt 706 des Zweistellungs-Umschalters 72 den Kondensator 48 erneut mit dem unteren Verstärker-Eingang 52, während der Kontakt 70a den anderen Verstärkereingang 24 mit der Abzweigung zwischen den Widerständen 22 und 36 verbindet Da der Kondensator und diese Abzweigung unmittelbar vor dem Umschalten auf automatischen Betrieb miteinander verbunden waren und daher genau dasselbe Potential besaßen, besitzen die beiden Verstärker-Eingänge unmittelbar nach dem Zurückschalten ersichtlicherweise ebenfalls dasselbe Potential. Aus diesem Grund braucht die vom Regler abgegebene Stellspannung nicht geändert zu werden, um einen stabilen Zustand zu erzielen, so daß die Rückschaltung auf automatischen Betrieb ohne Störung des Verfahrensablaufs vor sich geht.

Die Umschaltung auf automatischen Betrieb erfolgt selbst bei sich ändernder Regelgröße glatt, so daß am Ausgang des Verstärkers 66 eine geschwindigkeitsabhängige Spannung erzeugt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Ausgang des Verstärkers 66 sowohl vor als auch nach dem Umschalten auf automatischen Betrieb mit dem Kondensator 48 in Reihe geschaltet ist. Die Aufladung des Kondensators wird mithin auf dem Wert gehalten, der beim Rückschalten auf automatischen Betrieb erforderlich ist, um einen praktisch Null betragenden Spannungsunterschied zwischen den Verstärker-Eingängen 24 und 52 zu gewährleisten, und zwar unabhängig von etwaigen im Augenblick des Umschaltens auftretenden Regelabweichungen.
Nach dem Umschalten auf automatischen Betrieb regelt der Regler wieder auf normale Weise, d. h. beim Auftreten einer Regelabweichung wird das Stellsignal bzw. die Stellspannung automatisch auf einen Wert geändert, der das Stellglied in solcher Weise zurückstellt, daß die Regelgröße schnell und glatt wieder auf den Sollwert gebracht wird.

Der an die Klemmen 10 und 12a angelegte Sollwertstrom wird durch einen in F i g. 2 genauer dargestellten Sollwertgenerator 200 mit einem Vollweg-Gleichrichter 202 erzeugt, dessen Sekundärspannung über ein RC-Filter 204 an eine spannungsregelnde Zehnerdiode 206 angelegt wird. Die durch diese Diode festgelegte Gleichspannung wird dem eigentlichen stromführenden Kreis des Sollwertgenerators aufgeprägt, welcher aus einem Festwert-Widerstand 208, einem einstellbaren »Bereich«-Widerstand 210, dem Emitter und dem Kollektor eines Transistors 212, den Sollwertklemmen 10 und 12a und einem Festwert-Widerstand 214 (100 Ω) besteht der eine Anzeigespannung für ein Fern-Anzeigegerät oder für andere Regelfunktionen liefert.

Die Größe des durch den Transistor 212 fließenden Stroms wird durch ein Sollwert-Potentiometer 216 eingestellt dessen Abgriff eine Steuerspannung für die Basis des Transistors abgreift Die Stromversorgung dieses Potentiometers erfolgt durch einen »Null«-Einstellwiderstand 218 und einen Festwert-Widerstand 220, an welchen eine zweite Regel-Zehnerdiode 222 angeschlossen ist. Letztere wird über zwei Kompensierdioden 224 und einen Festwert-Widerstand 226 gespeist der mit der ersten Zenerdiode 206 in Reihe liegt. Die Diode 222 liefert eine sehr genau geregelte Spannung zur Einstellung des Potentials der Basis des Transistors 212.

Ein Vorteil dieses Sollwert-Generators 200 besteht in seiner gegenüber vergleichbaren, bisher erhältlichen Schaltungen einfachen Eichbarkeit Zu diesem Zweck wird der Abgriff des Sollwert-Potentiometers 216 zuerst auf geringes Potential und der Null-Widerstand 218 so eingestellt, daß über den Transistor 212 ein Strom von 2 mA fließt Danach wird der Abgriff des Potentiometers 216 auf hohes Potential gestellt und der Bereich-Widerstand 210 so eingestellt daß über den Transistor ein Strom von 10 mA fließt Eine Nachstellung des Null- und des Bereich-Widerstands kann erforderlich sein, um genaue Einsteilungen von 2 und 10 mA zu gewährleisten; in jedem Fall geht jedoch die Eichung schnell vor sich. Es ist außerdem zu beachten, daß bei dieser Anordnung das Sollwert-Potentiometer 216 kein Präzisionswiderstand zu sein braucht, da die Eich-Einstellungen einen Ausgleich für jede Ungenauigkeit des tatsächlichen Widerstandswerts gewährleisten. Das einzige Erfordernis besteht darin, daß die Widerstandsänderung bei Änderung der Potentio-

metereinstellung gleichmäßig und folgerichtig ist.

Mit Hilfe des Kaskadenschalters 100 kann dem Regler eine ferngesteuerte Sollwert-Spannung eingespeist werden, die beipsielsweise dem Ausgang eines ähnlichen, eine zweite Regelgröße regelnden Reglers entnommen wird. Diese Sollwert-Spannung wird an die Klemmen 180 und 182 angelegt und erzeugt über einem Widerstand 184 (100 Ω) einen entsprechenden Stromfluß von beispielsweise 10 bis 50 mA. Die über diesem Widerstand abgegriffene Spannung wird über einen Kompensier-Widerstand 186 (400 Ω) und den Kaskadenschalter 100 an die Kontakte 102a und 1026 des Umschalters 104 angelegt, d. h. der am Widerstand 18 erzeugten Meßspannung mit umgekehrter Polarität in Reihe geschaltet. Der ohmsche Widerstand der Widerstände 184 und 186 ist gleich demjenigen des Widerstands 16 gewählt, um zu gewährleisten, daß das die Regelabweichung anzeigende Instrument 156 eine genaue Anzeige liefert.

Der Umschalter 104 kehrt auf übliche Weise die vom so Regler abgegebene Stellspannung bei einer vorgegebenen Änderung entweder der Meß- oder der Sollspannung um. Genauer gesagt, hat in der einen Stellung dieses Schalters eine Erhöhung des Meßstroms zur Folge, daß das Potential des Potentiometerabgriffs 34 as stärker negativ wird, während eine Erhöhung des Meßstroms in der anderen Stellung des Umschalters das Potential des Potentiometerabgriffs 34 stärker positiv werden läßt.

Wenn der Regler auf automatischen Betrieb umgeschaltet ist, wird gemäß F i g. 4 den Verstärker-Eingängen 24 und 52 über die Leitungen 106 bzw. 124 und den Kontakt 70a des Umschalters 72 je eine Spannung eingespeist, die einen Stromfluß über ein T-Filternetz 300, die eine Wicklung 302 eines Transformators 304 und zwei Halbleiterdioden 306 und 308 erzeugt Diese Dioden, die in der Praxis aus als Dioden geschalteten Transistoren bestehen können, arbeiten im nichtleitenden Bereich ihrer Charakteristik und führen einen kapazitiven Widerstand ein, dessen Größe derjenigen der angelegten Spannung entspricht.

Die allgemeine Arbeitsweise der Dioden 306 und 308 zur Steuerung des Verstärkers 26 ist in der USA-Patentschrift 29 56 234 näher beschrieben. Kurz gesagt, bilden diese Dioden einen Teil eines veränderbaren Dämp-. fungsnetzes in einem positiven Rückkopplungs-Schwingkreis um den Verstärker 26 herum und regeln die Größe der Dämpfung in der Weise, daß die Amplitude der Schwingungen auf einen der eingespeisten Gleichspannung entsprechenden Wert eingestellt wird. Diese kapazitive Dioden-Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie eine außerordentlich hohe Eingangsimpedanz für den Verstärker 26 gewährleistet, wodurch wiederum eine Anzahl von wichtigen Vorteilen für die Konstruktion und die Arbeitsweise des Reglers gewährleistet werden.

Die im Verstärker 26 erzeugten Schwingungen werden durch einen Resonanzkreis 310 beispielsweise auf eine Frequenz von 130 kHz abgestimmt. Die in diesem Kreis erzeugten Schwingungen werden durch den Transformator 312 einer direktgekoppelten Zweistufen-Transistorverstärkereinheit 314 eingespeist. Jeder Transistor dieser Einheit wird über zugeordnete Lastwiderstände 3J6 und 318, die mit einer Gleichstrom-Speiseleitung 320 verbunden sind, mit Arbeitstrom versorgt. Diese Speiseleitung ist ihrerseits über einen einen Spannungsabfall bewirkenden Widerstand 322 an die positive Klemme 324 einer 65 V-Stromversorgung 325 angeschlossen, deren negative Klemme 326 in F i g. 2 eingezeichnet ist.

Die von der Verstärkereinheit 314 gelieferte Wechselspannung wird über einen Kondensator 328 einer weiteren direktgekoppelten Zweistufen-Transistorver-Stärkereinheit 330 eingespeist. Der erste Transistor dieser Einheit wird über einen Lastwiderstand 332 mit Gleichstrom gespeist, während der zweite Transistor über einen Lastwiderstand 334 und zwei in Reihe geschaltete Kopplungskreise 336 und 338 mit Strom versorgt wird. Der erste dieser Kreise, nämlich der Kreis 336, enthält die Primärwicklung 340 eines Transformators 342, dessen Sekundärwicklung.344 eine Leistungsverstärkerstufe 346 speist. Der Kopplungskreis 336 weist einen Abstimmkondensator und einen Lastwiderstand auf, die auf übliche Weise arbeiten. Der andere Kopplungskreis 338 enthält die Primärwicklung 348 eines Transformators 350, dessen Sekundärwicklung 352 an zwei positive Rückkopplungsleitungen 354 angeschlossen ist. Dieser Kopplungskreis 338 weist einen Abstimmkondensator und einen Lastwiderstand sowie zwei gegeneinandergeschaltete Dioden 356 auf, die zur Begrenzung der Amplitude der positiven Rückkopplungsspannung zwecks Gewährleistung besserer Stabilitätseigenschaften dienen.

Die positiven Rückkopplungsleitungen 354 führen die in der Sekundärwicklung 352 des Transformators 350 erzeugte Wechselspannung an die Wicklung 358 des Transformators 304 im Verstärker-Eingangskreis zurück, dessen andere Wicklung 302 zwei Mittelanzapfungen 360 und 362 aufweist, welche zu einem Ausgleich-Einstellpotentiometer 364 führen, dessen Abgriff zur Vervollständigung des Wechselstrom-Eingangskreises mit dem Transformator 312 verbunden ist. Wenn den Gleichstrom-Eingängen 24 und 52 des Verstärkers 26 keine Spannung aufgeprägt wird, besitzen die Dioden 306 und 308 gleiche Kapazität. Für diesen Zustand wird das Potentiometer 364 so eingestellt, daß es den Wechselstrom-Eingangskreis soweit in Unabgleich bringt, daß der Verstärker mit einer zwischen den Grenzen des Konstruktionsbereichs der Amplitudenänderungen liegenden Amplitude schwingt Wenn den Eingängen 24 und 52 jedoch eine Gleichspannung eingespeist wird, erhalten die Dioden 306 und 308 unterschiedliche Kapazität, wobei sich je nach der Polarität der eingespeisten Gleichspannung die Amplitude der Schwingungen erhöht oder vermindert.

Der Leistungsverstärker 346 weist zwei Transistoren 366 und 368 auf, deren Basen an das eine bzw. andere Ende der Transformatorwicklung 344 angeschlossen sind, so daß die beiden Transistoren abwechselnd aktiviert werden. Die Emitter dieser Transistoren sind mit dem einen bzw. anderen Ende einer Wicklung 370 eines Ausgangstransformators 372 verbunden. Die Mittelanzapfung 374 dieser Wicklung ist mit dem negativen Ausgang 376 des Reglers verbunden, während der positive Ausgang 378 des Reglers über ein die vom Regler erzeugte Stellspannung anzeigendes Instrument 380 an die Stromversorgungsklemme 324 angeschlossen ist Die zwischen den Ausgängen 376 und 378 eingeschaltete Reglerlast kann aus einer oder mehreren Einheiten verschiedener Art bestehen: der gesamte ohmsche Widerstand dieser Last kann bis zu etwa 600 Ω betragen.

Der Regler-Ausgangslastkreis umfaßt die Stromversorgungsklemme 324, das die Stellspannung anzeigende Instrument 380, die nicht dargestellte Reglerlast, die eine oder die andere der beiden Hälften der

ςηο <;<π is.

Transformatorwicklung 370, den Transistor 366 oder 368, den Widerstand 382 oder 384, einen Reihen-Widerstand 386 (100 Ω) und die negative Stromversorgungsklemme 326. In diesem Lastkreis leiten die Transistoren 366 und 368 abwechselnd, wobei die Größe des Gleichstromflusses der Amplitude der über den Transformator 342 an diese Transistoren angelegten Wechselspannung entspricht.

Es hat sich gezeigt, daß die Stärke des vom Regler abgegebenen Stroms sowohl bezüglich ihres Mindestals auch ihres Höchstwerts begrenzt werden sollte. In einigen Fällen ist es wünschenswert, den Regler-Ausgangsstrom auf seinen normalen vorgesehenen Betriebsbereich zu begrenzen, während es in anderen Fällen, wenn der Regler beispielsweise zur Lieferung einer Kaskaden-Sollwertspannung für einen anderen Regler benutzt wird, wünschenswert sein kann, den Regler-Ausgangsstrom auf einen schmäleren Bereich von beispielsweise 25 bis 75% seines Normalbereichs zu beschränken. Die den vom Regler abgegebenen Strom ao begrenzende Einrichtung sollte daher einstellbar sein. Außerdem hat es sich gezeigt, daß diese Einrichtung so angeordnet sein sollte, daß sie den Strom, der von der vom Regler abgegebenen Spannung unterschieden werden muß, innerhalb eines gewünschten Bereichs hält, da die Ausgangslast in einem Bereich von bis zu 600 0hm liegen kann und eine Spannungsbegrenzung zu unterschiedlichen Ergebnissen bei unterschiedlichen Lasten führen würde. Diese Merkmale werden durch die im folgenden zu beschreibenden Schaltungselemente gewährleistet

Parallel zum Transistor 366 und dem ihm nachgeschalteten Widerstand 382 liegt ein weiterer Transistor 388, dessen Basis durch ein Vorspannungsnetz 390 auf einem festen, aber einstellbaren Potential gehalten wird. Dieses Netz weist eine Regel-Zenerdiode 392 auf, die über einen einen Spannungsabfall bewirkenden Widerstand 394 von den Stromversorgungsklemmen 324 und 326 aus gespeist wird. Das an den Transistor 388 angelegte Potential ist so groß, daß er normalerweise sperrt. Falls jedoch der vom Regler abgegebene Strom auf einen vorbestimmten unteren Grenzwert von beispielsweise 10 mA abfällt, bei welchem der über dem Reihen-Widerstand 386 erzeugte Spannungsabfall unter das Potential der Basis des Transistors 388 fällt, wird dieser Transistor leitend, wobei der über diesen Transistor fließende Strom den Leistungstransistor 366 umgeht und der Reglerlast genügend Strom liefert, um zu verhindern, daß der gesamte Laststrom unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert abfällt.

Zur Einstellung des oberen Grenzwerts ist ein weiterer Transistor 396 zwischen die Basis des Leistungstransistors 368 und die negative Stromversorgungsklemme 326 eingeschaltet. Die Basis des Transistors 3% wird vom Netz 390 aus mit einem festen, aber einstellbaren Potential versorgt. Wenn bei dieser Anordnung der Laststrom über den Reihen-Widerstand 386 einen vorbestimmten oberen Grenzwert von beispielsweise 50 mA erreicht, fließt ein Strom über den Emitter-Kollektor-Kreis des Transistors 396, aber nur an aufeinanderfolgenden Spitzen des über dem Transformator 342 fließenden Wechselstroms, wodurch diese Spitzen abgeschnitten werden und die Erregung des Transistors 368 vermindert wird. Dieses Abschneiden beruht vermutlich auf dem effektiven Innenwiderstand des Transformators 342 beispielsweise infolge Sättigung oder auf einem Spannungsabfall über dem Widerstand { , der Transformatorwicklung. In jedem Fall besteht die Wirkung darin, daß der vom Regler abgegebene Strom auf dem vorbestimmten maximalen Grenzwert gehalten wird. Gewünschtenfalls kann der Emitter des Transistors 396 von beiden Enden der Transformatorwicklung 344 her gespeist werden; in diesem Fall ist dann in jede Leitung eine nicht dargestellte entsprechende Trenndiode eingeschaltet, die einen Vollwegbetrieb des Transistors 396 und eine entsprechende Begrenzung an beiden Ausgangstransistoren 366 und 368 gewährleistet.

Der in Verbindung mit F i g. 3 beschriebene Rückkopplungskreis wird durch die Sekundärwicklung 398 des Transformators 372 gespeist, deren Wechselspannung zu diesem Zweck einem Vollweg-Gleichrichterkreis 400 zugeführt wird, welcher die Leitungen 28 und 30 mit Gleichspannung speist, um so die gewünschte Gleichstromspeisung des Rückkopplungskreises hervorzubringen. Ersichtlicherweise entspricht die Größe dieses Gleichstroms dem den Reglerausgängen 376 und 378 entnehmbaren Strom.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Regler, dessen Stellglied mittels eines Zweistellungs-Umschalters wahlweise in einer ersten Stellung auf den Ausgang des Reglers zur selbsttätigen Regelung in Abhängigkeit von der Regelabweichung oder in einer zweiten Stellung auf den Ausgang einer Steuereinrichtung zur Verstellung der Stellgröße, z. B. von Hand, schaltbar ist, mit einem Verstärker, dessen Eingang über eine Serieneingangsimpedanz mit einer der Regelabweichung entsprechenden Spannung beaufschlagbar ist, mit einem einen Rückkopplungswiderstand enthaltenen Rückkopplungsnetzwerk zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers und mit einem Kondensator, der in der ersten Schaltstellung des Zweistellungs-Umschalters Teil der Rückkopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers ist und in der zweiten Stellung auf eine von der Stellgröße und der Regelabweichung abhängige Spannung aufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (72) (Automatikbetrieb) die Serieneingangsimpedanz (22) und der Rückkopplungswiderstand (36) über einem gemeinsamen Verbindungspunkt mit einem ersten Eingang (24) des Verstärkers (26) verbunden sind, daß der Kondensator (48) zwischen einen ersten Ausgang (28) und einem zweiten Eingang (52) des Verstärkers (26) und ein zweiter Kondensator (74) zwischen ersten (28) und zweiten (30) Ausgang des Verstärkers (26) geschaltet sind, und daß in der zweiten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (72) (Handbetrieb) der gemeinsame Verbindungspunkt von Serieneingangsimpedanz (22) und Rückkopplungswiderstand (36) von dem ersten Eingang (24) des Verstärkers (26) getrennt und stattdessen der erste Kondensator (48) zwischen ersten Ausgang (28) des Verstärkers (26) und den genannten Verbindungspunkt geschaltet ist, während der zweite Ausgang (30) des Verstärkers (26) auf den ersten Eingang (24) zurückgekoppelt und der zweite Kondensator (74) zwischen den ersten Ausgang (28) des Verstärkers und dessen zweiten Eingang (52) geschaltet sind.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (78, 88, 90, 74) zur Erzeugung einer Einstellspannung gewünschter Polarität vorgesehen ist, die in der zweitgenannten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (72) mit dem Verstärkereingang (24, 52) verbunden ist und die Stellgröße entsprechend der eingestellten Spannung einstellt.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Einstellspannung den zweiten Kondensator (74) enthält, welcher in der erstgenannten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (72) derart mit dem Verstärkerausgang (30) verbunden ist, daß seine Spannung dem Wert der Stellgröße nachfolgt, und welcher in der zweiten Stellung des Zweistellungs-Umschalters die Stellgröße auf der Spannung hält, auf die der Kondensator unmittelbar vor dem Umschalten in die zweite Stellung aufgeladen war.

4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweistellungs-Umschalter (72) in seiner zweiten Stellung dem Verstärkereingang (24) eine negative Rückkopplungsspannung aufprägt, die der

durch den zweiten Kondensator (74) dem Verstärkereingang aufgeprägten Spannung gleich und entgegengesetzt ist, derart, daß die im Augenblick des Umschaltens in die zweite Schalterstellung dem Verstärkereingang aufgeprägte Spannung praktisch gleich Null ist und die Stellgröße praktisch keine Änderung erfährt.

5. Regler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (78, 74, 88, 90) zur Erzeugung der Einstellspannung einen von Hand einstellbaren Schalter (78) mit einer Neutralstellung und zwei Betriebsstellungen aufweist, der den zweiten Kondensator (74) in seiner einen Betriebsstellung mit einer Spannungsquelle (88) und in der anderen Betriebsstellung mit einer entgegengesetzt gepolten Spannungsquelle (90) verbindet.

6. Regler nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (72) in seiner zweiten Stellung den zweiten Kondensator (74) zwischen den Verstärkerausgang und den Verstärkereingang einschaltet.

7. Regler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangs-Vergleichkreis (16,18) vorgesehen ist und daß an diesen ein von der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung abhängiger Kreis (62, 64, 66) angeschlossen ist, dessen Ausgang in der ersten Stellung des Zweistellungs-Umschalters (72) in Reihe mit dem ersten Kondensator (48) und dem Verstärkereingang und in der zweiten Stellung des Zweistellungs-Umschalters in Reihe mit dem ersten Kondensator und der Serieneingangsimpedanz (22) geschaltet ist.

8. Regler nach Anspruch 7, mit einem zwei Eingänge aufweisenden Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweistellungs-Umschalter (72) in seiner ersten Stellung sowohl den einen Ausgang des Eingangs-Vergleichkreises (16, 18) als auch den Rückkopplungs-Widerstand (36) mit dem ersten Verstärkereingang (24) und den von der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung abhängigen Kreis (62, 64, 66) in Reihe mit dem zweiten Kondensator (48) mit dem zweiten Verstärkereingang (52) verbindet.