DE1908606B2

DE1908606B2 - Stellantrieb

Info

Publication number: DE1908606B2
Application number: DE19691908606
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Seuzach Konig (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1971-12-16
Also published as: SE389240B; ES376299A1; FI53515C; FI53515B; DE1908606A1; GB1243958A; NL6903162A; FR2049042A1; SE365670B; US3614566A; CH503316A; SE380949B; FI53514B; BE745253A; JPS5126967B1; FI53514C; FR2049042B1; NL143084B

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem η beiden Drehrichtungen arbeitenden Asynchronmotor, der über eine getriebeartige oder hydraulische Übersetzung ein Stellglied, z. B. ein Ventil, antreibt und der durch Ein- und Ausschalten seines Drehfeldes gesteuert wird, indem ein aus dem Vergleich eines Sollwertsignals mit dem Istwertsignal der Stellung des Stellgliedes resultierendes Fehlersignal beim Überschreiten eines oberen Grenzwertes den Motor ein- und beim Unterschreiten eines unteren Grenzwertes wieder ausschaltet, und bei dem das Vorzeichen des Fehlersignals die Drehrichtung des Motors bestimmt.

Ein Stellantrieb der vorstehend genannten Art ist aus dem britischen Patent 1094 512 bekannt. Als Antrieb für Stellglieder — wie z. B. Durchflußregelorgane in einer Leitung einer Dampfkraftanlage —, bei denen eine hohe Einstellgenauigkeit — um Regelabweichungen und damit die Schalthäufigkeit klein zu halten — und gleichzeitig ein rasches Einfahren in die gewünschte Stellung unter Last gefordert werden, genügt dieser bekannte Antrieb den Forderungen nicht, da — besonders bei kurzzeitigen Einschaltintervallen — die von der vorherigen Einschaltdauer abhängige momentane kinetische Energie der bewegten Teile beim Abbremsen des Stellgliedes, d. h. bei der Wahl des richtigen Ausschaltzeitpunktes, nicht berücksichtigt wird.

Der Erfindung liest daher die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zu schaffen, bei dem diese momentane kinetische Energie für die Ermittlun.· des Ausschaltzeitpunktes berücksichtigt wire*, ohne daß dadurch der Aufwand, z. B. für die Messung ler Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der bewegten Teile und die anschließende Berechnung des Trägheitsmomentes, erheblich vergrößert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Stellantrieb der eingangs genannten Art Mittel vorgesehen sind, die, durch das Einschaltsignal für den Motor ausgelöst, ein in seinem Betrag von der jeweiligen Einschaltdauer des Motors abhängiges Korrektursignal erzeugen, dessen Amplitude von der momentanen kinetischen Energie der bewegten Teile abhängig ist und das den unteren Grenzwert für den Ausschaltzeitpunkt verändert. Durch die Ausschaltung des die mechanische Trägheit der bewegten Teile simulierenden Korrektursignals erfolgt eine Verschiebung des Ausschaltzeitpunktes für den Motor; dadurch wird die Einstellgenauigkcit des Stellgliedes erheblich verbessert.

Zusätzliche Anforderungen an Stellantriebe der genannten Art sind z. B. höchstens eine schleichende Bewegung des Stellgliedes im Bereich der Einstcllunpstolcranz unter Einwirkung der statischen Stellkräftc, die z. B. von einem die Leitung durchströmenden Medium herrühren, und eine möglichst große Leistung, d. h. ein holies Drehmoment des Motors bei hoher Stellgeschwindigkeit und rascher Abbremsung, ohne daß der Motor, besonders thermisch, überlastet wird. Die genannten Zusatzbedingungen sind vorzugsweise derart zu erfüllen, daß nur ein Minimum an Vcrbindungslcitungcn zwischen der Steuereinrichtung und den Stellorgancn vorhanden ist und daß insbesondere Signalleitungen für Slcllungscndsdialter und mechanische Lastschalter vermieden werden. Bei den vorliegenden Stellantrieben kann diesen Zusatzfordcrungen durch verschiedene zusätzliche Maßnahmen Rechnung getragen werden.

Die Einstellgenauigkeit bei hohen Geschwindigkeiten kann verbessert werden, wenn zur Abbremsung der bewegten Teile eine Gleichspannungsquelle mit entsprechenden Schaltmitteln vorgesehen ist, die beim Ausschalten des Drehfeldes auf den Stator des Motors aufgeschaltet wird. Weiterhin können Umschaltmittel vorgesehen sein, durch die die an den Motor angelegte Bremsgleichspannung auf eine niedrigere Haltespannung herabgesetzt wird, nachdem der Motor zum Stillstand gekommen ist. Durch die Erniedrigung der Bremsspannung wird vor allem die Gefahr einer thermischen Überlastung des Motors vermindert, während des Vorhandenseins der HaltespaDnung gewährleistet, daß im Bereich der Einstellungstoleranzen unter Einwirkung der statischen Stellkräfte höchstens eine schleichende Bewegung des Stellgliedes auftritt.

Weiterhin ist dafür zu sorgen, daß der Stellantrieb bei dem hohen Anlaufmoment des Motors in den Endstellungen nicht mechanisch überbeansprucht wird. Es kann daher eine Strommeßeinrichtung für den Motorstrom vorgesehen sein, die ein Signal erzeugt, das bei Überschreiten eines Leistungsgrenzwertes den Schaltmitteln — die z. B. in gesteuerten Gleichrichtern (5Ci?) bestehen — für den Motorstrom vorrangig ein Ausschaltsignal zuführt. Diese Maßnahme dient einerseits dazu, eine thermische Überlastung des Antriebsmotors zu verhindern, andererseits wird damit zugleich eine mechanische Überlastung des ganzen Stellantriebs vermieden.

Um jedoch ein Abschalten des Motors durch die vorgenannte Einrichtung während der Anlaufphase verhindern zu können, können zusätzliche Mittel vorgesehen sein, durch die der Leistungsgrenzwert für ein vorgegebenes Zeitintervall der Anlaufphase des Motors erhöht wird. Diese können z. B. aus einer monostabilen Kippschaltung mit bestimmter Zeitkonstante bestehen.

Um während eines sogenannten »schweren Anlaufs«, bei dem die Anlaufphase mit ihrem erhöhten Strombedarf durch zusätzliche mechanische Kräfte oder Widerstände — z. B. durch zusätzliche Reibung und durch zusätzliche Druckkräfte, besonders beim Abheben eines Stellorgans vom Sitz beim Anlaufen in Öffnungsrichtung — über das vorgegebene Zeitintervall hinaus verlängert sein kann, ebenfalls ein Abschalten des Motors zu verhindern, können darüber hinaus weitere MiUeI vorgesehen sein, die von dem Vorzeichen und dem Betrag des Istwertsignals für die Stellung des Stellgliedes beeinflußt werden und die Erhöhung des Leistungsgrenzwertes über das vorgegebene Zeitintervall hinaus zulassen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß das leistungsabhängige Ausschaltsignal eine Alarmanlage auslöst, wenn das Istwcrtsignal für die Stellung des Stellgliedes nicht eine vorgegebene Endstellung desselben anzeigt.

Um das Anlaufen des Motors zu verbessern und Kurzschlüsse zwischen der Brems- bzw. der Haltespannung und der abgeschalteten Wechselspannung zu verhindern und darüber hinaus die, z. B. als Schalter verwendeten, gesteuerten Gleichrichter vor Überlastung zu schützen, ist es weiterhin vorteilhaft, daß ein Verglcichsorgan vorgesehen ist, das die Momentanwerte der geschalteten Phase der zu schaltenden Wechselspannung miteinander vergleicht und ein Frdgnbesignal für das Ein- und Ausschalten des

Drehfeldes erst auslöst, wenn die Momentanwerte Strömen abhängige Potential an den Stellen 37 in

der genannten Phasen gleich und positiv sind. Parallelschaltung auf den Ausgang 38 der Einrich-

Schließlich kann der Motor mit einer gesteuerten tungl5 geführt. Auf diese Weise ist der MomenUtn-

Bremse ausgerüstet sein. _wert der an der Stelle 38« auftretenden Spannung

Durch diese letzte Maßnahme ist es möglich, den 5 £/38 gleich dem Maximalwert der in jedem Augen-

Motor im Stillstand weitgehend von mechanischen blick in den Leitern H, 12 und 13 fließenden Stroms.

Kräften zu entlasten und so den ihn durchfließenden Parallel zu dem Motor 2 ist über Leitungen 11«,

Gleichstrom und damit seine thermische Belastung 12a und 13« an das Drehstromnetz weiterhin ein

/u erniedrigen. Vergleichsorgan 30 angeschlossen. Dieses Vergleichs-

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der io organ 30 erzeugt ein als kurzzeitiger Spannungsim-

t ι l'mdung ist in den Zeichnungen dargestellt. In die- puls ausgebildetes Signal in, das über eine Leitung 31

v-n zeigt in dj_e Schaltlogik 10 eingeführt wird. Dieses Signal

F i g. 1 schematisch einen Stellantrieb mit einem dient als Freigabesignal für das Ein- und Ausschal-

i iiirchflußregelvcntil, dem zugehörigen Motor und ten des Drehfeldes und wird dann, und nur dann, er-

der den Motor steuernden Schaltlogik, 15 zeugt, wenn die Momentanwerte der Spannungen der

F i g. 2 die Funktionsweise der Anordnung nach beiden zu schaltenden Phasen S und T gleich und

F i g. 1 in Abhängigkeit von der Zeit, ebenfalls in positiv sind,

thematischer Darstellung, Der Schaltlogik 10, von der das Signalflußbild in

Fig. 3a die elektrische Schaltung eines Details einer üblichen Symboldarstellung dargestellt und die

«;is Fig. 1, während 20 zum überwiegenden Te., in der Digitaltechnik mit

Fig. 3b die Wirkungsweise dieses Details ver- bekannten Elementen ausgeführt ist, wird über eine

«Jeutücht. Signalleitung 40 ein Sollwertsignal s zugeführt, das

Gemäß F i g. 1 besitzt der Stellantrieb 1 einen zusammen mit dem Istwert / auf ein Sollwert-Istwert-

Asynchronmotor 2, der über ein Schraubengetriebe 3 Verglaichsgerät 44 wirkt. In diesem Vergleichsgerät

«:ie Ventilspindel 4 mit dem Ventilkegel 5 eines Ven- aj 44 wird ein Fehlersignal α aus der Differenz beider

tis in einer Durchflußleitung 6 einstellt. Die Ventil- Eingangsgrößen s und / gebildet, das dem Verzwei-

»;-iiiidel 4 ist mit einem mechanisch-elektrischen gungspunkt 45 zufließt. Von diesem Punkt 45 aus ge-

Λ\ Midier als Istwertgeber 7 verbunden, der über eine langt das Fehlersignal α zu dem Proportionalver-

SiL-nalleitung 8 auf eine Schaltlogik 10 einwirkt. Als stärker 47 bekannter Bauart, der den Absolutwert b

Signale in der Schaltlogik 10 werden durchgehend 30 des Fehlersignals bildet, das einem Grenzwertgeber

elektrische Spannungen verwendet. 46 mit Hystereseglied bekannter Bauart zufließt.

Der Asynchronmotor 2 ist durch drei Leiter 11,12, Ein derartiger Grenzwertgeber 46, in dem bei der

13 direkt bzw. über Schaltmittel 14 und über eine vorliegenden Steuerschaltung ein erster Übergang

Si rommeßeinrichtung 15 an ein Drehstromnetz 16 an- von den bisher als Analogsignale ausgebildeten Si-

geschlossen. Zwischen der Einrichtung 15 und dem 35 gnalen α und b am Eingang zu einem digitalen Aus-

Ketzanschluß 16 kann noch ein nicht dargestellter gange stattfindet, arbeitet so, daß beim Ansteigen

Hauptschalter vorgesehen sein. seines Eingangssignals bei Übeischreiten eines ersten,

Die Leiterll und 12 sind ferner über Verbin- höheren Grenzwertes Gl sein Ausgangssignal c von

«Junusleiter 21 und 22 direkt bzw. über Schaltmittel 0 auf L springt, um jedoch erst bei Unterschreiten

23 und 24 mit einer Gleichspannungsquelle 25 vei- 40 eines zweiten, niedrigeren Grenzwertes G2 von L

bunden, die über die Leiter 26 und 27 vom Dreh- auf 0 zurückzuspringen. Der Verlauf des Ausgangs-

»tiomnetz her gespeist wird. signals c in Abhängigkeit der algebraischen Summe

Sie besteht z. B. aus einem Transformator 28, an der Eingangssignale b, d und e besitzt daher die in

«lessen Ausgang, wie schematisch angedeutet, durch Fig. 1 dargestellte Form einer Hystereseschleife,

(ileichrichter 29 Gleichspannungen erzeugt wercjn. 45 woraus sich die Bezeichnung für dieses an sich be-

iiegenübcr der Ausgangsklemme 21« bzw. dem Lei- kannte Schaltelement 46 ableitet.

Ier 21 besitzt dabei der Ausgang 32a, der über die Als weitere Eingangssignale werden dem Grcnz-

I.eiiung32 und den behälter 23 mit der Leitung 22 wertgeber46 ein fest vorgegebenes, negatives Grenz-

vcrbundcn ist, eine Spannung, die zum Abbremsen wertsignal <?, das die Größe des für das Auftreten

«les Motors 2 beim Ausschalten des Drchfeldes dient. 50 eines Ausgangssignals c notwendigen Grenzwertes

Die Spannung am Punkt 33«, der über die Lei- Gl beeinflußt, und ein weiteres positives, von der lung 33 und den Schalter 24 ebenfalls mit der Lei- jeweiligen Einschaltdauer des Motors 2 abhängiges lime 22 verbunden ist, ist gegenüber derjenigen des Korrektursignal d zugeführt. Dieses Signal d berückl'unktcs 32« erniedrigt. Diese zweite Spannung ist sichtigt erfmdungsgcmäß die kinetische Energie der «lic Haltcspannung für den Motor 2 während des 55 bewegten Teile des Stellantriebes. Es wird vom Aus-Stillstandes. »Vie bereits erwähnt, können die Schal- gangssignal c des Signalgebers 46 ausgelöst, das sich ler 23 und 24 sowie die später beschriebenen, in seinerseits im Punkt 48 verzweigt und einmal einem 1·' i g. 1 gezeigten weiteren Schalter 43, 57 und 58 als Und-Glied 49 und zum anderen über ein Nicht- ode£ gesteuerte Gleichrichter (SCR) ausgebildet sein, die Inversionsglied 50 bekannter Bauart als Signal c durch geeignete, von der Schaltlogik 10 ausgelöste 60 einem als Integrator wirkenden RC-G\\cd 51 zufließt. Impulse gezündet werden. Weiterhin gelangt das Signal c auf ein weiteres Und-

Die Strommeßeinrichtung 15 besitzt für jede Glied 52.

Phase R, S und T des Drehstroir.es einen Meßwand- Das /?C-Glied 51 wirkt in der vorliegenden Steuer-

lcr 34, dessen Sekundärwicklung über je einen Wi- schaltung so, daß beim Anstehen eines t -Signals an

clcrstnnd 35 abgeschlossen ist und mit einem An- 65 seinem Eingang das Signal d als zeitliches Integral

schluß auf dem Null- bzw. Bezugspotential 82 der dieses Anstehens von c bis zu seinem Grenzwert,

Stcuercinrichtiina 10 liegt. Über die Dioden 36 wird der durch die Beträge seines Widerstandes/? und

das von den durch die Widerstände 35 fließenden seiner Kapazität L bestimmt ist, integriert wird.

Dadurch besitzt das Signal d seinen positiven Maximalwert, solange kein Ausgangssignal c des Grenzwertgebers 46 vorhanden ist, das eine der Einschaltbedingungen für das Drehfeld bildet, wie später noch beschrieben wird. S

Bei Auftreten des Signals c verschwindet das Eingangssignal c am Eingang des /?C-Gliedes 51, und sein Kondensator beginnt sich gemäß dem bekannten Verlauf einer Kondensatorentladung zu entladen. Die Summe der beiden positiven Eingänge b und d to des Grenzwertgebers 46 wird dadurch in Abhängigkeit von der jeweiligen Einschaltdauer des Motors 2, d. h. von der Zeitdauer des Signals c, kleiner. Da durch Einschalten des Motors 2 das Signal b in seinem Betrag ebenfalls rückläufig ist, wird das Eingangssignal des Grenzwertgebers 46 als Summe der Signale b, d und e kleiner, bis bei Erreichen des Grenzwertes G 2 der Motor durch Verschwinden der Einschaltbedingung c ausgeschaltet wird. Gl wird dabei um so schneller erreicht, je weiter sich der ao Kondensator des /?C-G!iedes 51 entladen hat. Dadurch wird aber der Grenzwert G 2 und damit der Ausschaltzeitpunkt für den Motor 2 mit steigender Einschaltdauer relativ zu seinem Wert bei maximalem Signal d in der Darstellung nach rechts verscho- »5 ben bzw. vorverlegt. Diese Maßnahme erhöht die Einstellgenauigkeit für das Stellorgan 1 beträchtlich, da auf diese Weise die in den bewegten Teilen enthaltene kinetische Energie bei der Abbremsung des Motors 2 berücksichtigt wird.

Es sei noch erwähnt, daß in dem flC-Glied 51 eine Umformung des digitalen Eingangssignals c in ein Analogsignal d stattfindet, die in dem Grenzwertgeber 46 wieder rückgängig gemacht wird. Die im Symbol des ÄC-Gliedes 51 dargestellte Funktion d=f (t) ist, wie allgemein üblich, für einen Verlauf des Ausgangssignals d bei einem Einheitssprung des Eingangssignals c im Nullpunkt dargestellt.

Die beiden Und-Glieder 49 und 52 wirken auf einen Speicher 53, z. B. eine bistabile Kippschaltung bekannter Bauart. Dieser Speicher 53 mit zwei Eingängen A und B und zwei Ausgängen X und Y besitzt eine definierte Einschaltanlage, d. h., beim Einschalten seiner Speisespannung kippt er in die in der Zeichnung dargestellte Grundstellung, bei der ein Ausgangssignal h an seinem Ausgang X ansteht.

Um den Speicher 53 in die nicht dargestellte andere Lage zu kippen, ist es notwendig, daß an seinem Eingang B ein Signal ansteht. Ein solches ist vorhanden, sobald alle vier Schaltbedingungen am Einsang des Und-Gliedes 49 vorhanden sind. Neben dem Signal c sind dies ein Signal Jc, das anzeigt, daß der Motor 2 sich im Stillstand befindet, ein Signal m, das angibt, daß in dem Vergleichsorgan 30 die Bedingung EZ₅=CZ₇-X) erfüllt ist. und ein Signal n, das als Ausgangssignal eines zweiten Speichers 70 gleicher Bauart auftritt, wenn er über seinen Eingang A' in jene Lage gekippt ist. welche am Ausgang X' ein Signal »ibt.

Außer beim Einschalten seiner Speisespannung wird der Speicher 53 in seine Grundstellung durch :in Ausgangssignal des Und-Gliedes 52 an seinem Eingang A gekippt, wobei für das Anstehen dieses Eingangssignal die Bedingungen c und m erfüllt sein nüssen.

Das Si.pnal / am Aussane Y des Speichers 53 geangt zu den beiden Und-Gliedern 54 und 55. deren ^usgangssignale über Zündeinrichtungen 56 und 59 auf die als Schalter dienenden, gesteuerten Gleich richter 57 und 58 wirken und so das Einschalten de Drehfeldes für den Motor 2 entweder in Schließrich tung — Und-GIied 54, Zündeinrichtung 59 um Schalter 57 — oder Öffnungsrichtung — Und-Gliec 55, Zündeinrichtung 56 und Schalter 58 — des Ventils 5 veranlassen.

Welcher der beiden Schalter 57 bzw. 58 gezündei wird, hängt ab von dem Vorzeichen des Fehlersignals a. Ein dessen Vorzeichen wiedergebendes Signal r wird in einem Trigger 60 gebildet, an dessen Eingang das von Verzweigungspunkt 45 kommende, analoge Fehlersignal α ansteht. Das Ausgangssignal; an seinem digitalen Ausgang erscheint dabei nur, wenn das Vorzeichen des Fehlersignals α positiv ist, d. h., wenn der Sollwert ί am Eingang des Vergleichsgerätes 44 größer ist als der Istwert /'. Das Vorzeichenrignal r gelangt als zweite Fortschaltung auf das Und-GIied 55 für das Einschalten des Motors 2 in Öffnungsrichtung des Ventils 5. Weiterhin wird das Signal r über ein Nicht-Glied 61 als Signal T auf das Und-GIied 54 als zweites Eingangssignal für das Einschalten des Motors 2 in Gegenrichtung geführt. Schließlich wird das Signal r noch einem weiteren Und-GIied 62 zugeführt, dessen Funktion später beschriehsn wird.

Dem Und-GIied 55 wird noch eine dritte Schaltbedingung zur Zündung des Schalters 58 aufgeschaltet. Dieses dritte Signal u wird in einem Trigger 63 als digitales Ausgangssignal gebildet, solange an dessen Eingang das Istwertsignal / einen fest eingestellten Sollwert, der einer Öffnung des Ventils 5 von 100% entspricht, noch nicht erreicht hat. Das Signal u hat die Aufgabe, ein Anlaufen des Motors in Öffungsrichtung zu verhindern, falls das Ventil 5 bereits vollständig offen ist. Weiter gelangt das Signal η noch auf ein nicht gezeigtes Anzeigeinstrument, das beim Verschwinden dieses Signals die Stellung des Ventils mit »100%« (offen) anzeigt.

Wie schon beschrieben, kippt der Speicher 53 bei vorhandenem Signal an seinem Eingang A in die definierte Einschalt- oder Grundstellung. Damit verschwindet aber an seinem Ausgang Y das Signal /, wodurch die Schalter 57 bzw. 58 geöffnet, d. h. die gesteuerten Gleichrichter wegen der an ihnen anliegenden Wechselspannung gelöscht werden.

Das am Ausgang X des Speichers 53 in seiner Grundstellung auftretende Signal h dient zum Einschalten der Bremsspannung für den Motor 2 mit Hilfe des Schalters 23. Ein Zeitglied 64, verwirklicht durch eine monostabile Kippvorrichtung bekannter Bauart, erzeugt bei anstehendem Eingangssignal h ein Ausganessignal k, das den Schalter 23 schaltet und entweder bei vorhandenem Eingangssignal h nach einer bestimmten Zeit oder bei Verschwinden des Signals h gleichzeitig mit diesem wieder verschwindet. Daher sind in F i g. 1 in dem Symbol 64 in Abhängigkeit von der Zeit die Verläufe des Eingangssignals h und des Ausganssignals k des Zeitgliedes 64 eingetragen. Die Zeitkonstante, d. h. die Impulsdauer des Äusgangssignals A-. ist dabei so festgelegt, daß ein Signal k so lange ansteht, bis der Motor 2 aus seiner maximal erreichbaren Geschwindigkeit bis zum Stillstand abgebremst ist. Diese Impulsdauer des Signals k reicht dann auch immer aus. den Motor 2 abzubremsen, wenn er nur irgendeine kleinere Geschwindigkeit erreicht hat.

Das Signal k steht gleichzeitig an einem Nicht-

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glied 66, um dann als das Signal Ti auf das Und-Glied •7 und auf das Und-Glied 49 zu gelangen, an dem es eine Bedingung für das Kippen des Speichers 53 •us seiner Grundlage heraus und damit die erwähnte Einschaltbedingung für den Motor 2 bildet, daß die-,er vor dem erneuten Anlaufen bis zum Stillstand abgebremst sein muß. An dem Und-Glied 67 bjdet das Signal* zusammen mit dem Signal ή die Emichaltbedingungen für den Schalter JA, rni dem übe die Zündeinrichtung 68 die erniedrigte Oleich- oder Haltespannung nach Stillstand des Motors 2 auf diesen aufgeschaltet wird.

Die relativ kurze Zeit, während der die volle Bremsspannung am Motor 2 anliegt und der anschließende übergang auf die kleinere Haltespannung schützen den Motor 2 vor thermischen Überlastungen bei Stillstand des Stellgliedes 5. Be. Verschwinden des Signals/, im Augenblick des erneuten Emschaitens des Drehfeldes wird der Schalter 24 durch Ae auf ihn gelangende Wechselspannung des Drehfeldes selbsttätig gelöscht, so dt«J die Haltespannung in diesem Augenblick vom Motor 2 abgeschalte* wird Wie erwähnt, dient die Strommeßeinnchtung15 dazu, den Motor vor überströmen zu .schützen. Als Auseanessienal ρ dieser Einrichtung tritt das Poten-ÄS'Stelle 38« als das erwähnte Le.stungssienal auf. Dieses Signalp wird aIs analoge; Bn- ^ngssignal einem Trigger 69 züge uhrt. an dessen dieitalem Ausgang ein Signal ansteht, sobald das oSve Signale L zweite negative Eingang».^?. 3« ehr, den fest eingestellten Sollwert fur den maximal zulässigen Strom/_m„ für den M°tor 2 wiederaib übersteigt. Das Ausgangssignal n- des Triggers 69 ge lanet auf den Eingang B' des zweiten Speichers 70, dcr^ebenso wie der Speicher 53 ausgebildet ist.

Durch das Signal iv an «mem Eingang Bw, d der Speicher 70 aus seiner gezeichneten'Einschalt oder Grundlage in seine zweite stabile Lag gekippt, in der ein Ausgangssignal y an se,nem f^gj erscheint. Dieses Signal y wird auf zwei Und-Gheder

DasKi_ppendes Speichers 70 bewirkt ein Ve, schwindendes Signals η am Speicherausgang Xund damit das Verschwinden einer der vi« EinwhaU bedingungen am Und-Glied 49 welches^ das Kippen des Speichers 53 und damit das Einschalten do ^DhfldSse, d.h. durch das Verschwinden

S übersfrom f.; den Motor! gemessen ™A Bekanntlich benötigt *'^Mot°^r jS^f f_adu,C

das g

das

durch den Motor 2 fließen kann.

Besonders bei geschlossenem Ventil 5 kann während des Anfahrens in öffnungsrichtung bei sogenanntem »schwerem Anlauf« das vorgegebene Zeitintervall der Anlaufphase nicht ausreichen, um das Ventil in der gewünschten Richtung zu bewegen. Es ist deshalb vorgesehen, für diesen Fall die Anlaufphase zu verlängern, um ein Abschalten des Drehfeldes durch die Einrichtung 15 zu verhindern.

Zu diesem Zweck wird aus dem Istwertsignal / und einem festen Sollwertsignal »2°'n« ein Trigger 75 mit digitalem Ausgang geschaltet. Sein Ausgangssignal ν tritt auf, sobald das Istwertsignal / den fest vorgegebenen Sollwert »2°/o« erreicht. Die Bezeichnung »2°'o« ist als zulässiger Toleranzbereich für die Anzeige »Ventil geschlossen« gewählt worden, da eine Ermittlung des exakten Wertes »O°/o« schwierig ist. Innerhalb des Beieiches 0 bis 2°/o wird das Ventil 5 also als geschlossen betrachtet, solange der Speicher 70 am Ausgang Y' ein Signal y abgibt.

Das Signal ν gelangt auf das Und-Glied 62, für das es zusammen mit dem das Vorzeichen für den Anlauf in öffnungsrichtung meldenden Signal r das Auftreten eines Signals ζ an seinem Ausgang ermöglicht, welches zu einem Oder-Glied 77 gelangt. Durch dieses Oder-Glied 77, an dessen anderem Eingang ein durch eine Handtaste auslösbares Signal / zugeführt werden kann, wird ein Eingangssignal auf den Eingang A' des Speichers 70 gegeben, durch das dieser in seiner Grundstellung festgehalten oder in diese gekippt wird. Bedingt durch die besondere Bauart dieses Speichers 70 fordert ein Eingangssignal am Eingang A' auf jeden Fall ein Ausgangssignal π bei Ausgang X', unabhängig davon, ob gleichzeitig ein Signal w vorhanden ist oder nicht. Damit ist aber erstens die Möglichkeit geschaffen, mit der nicht dargestellten Handtaste die Steuereinrichtung und damit den Motor 2, z. B. nach einer Störung, wieder in Betrieb zu setzen. Zweitens wird ein Abschalten bei »schwerem Anlauf« dadurch \ erhindert, solange ein Signal ζ ansteht. Das bedeutet aber, solange sich das Ventil im Schließbereich Z 2°/o befindet und ein Vorzeichensignal r für den Anlauf in Öffnungsrichtung gegeben ist, ist ein Signal η vorhanden, und trot/ Überstromes wird der Motor 2 nicht abgeschaltet.

Das Signal ν gelangt weiterhin auf ein Und-Glied 71. dessen Ausgangssignal bei gleichzeitigem Vorhandensein des überstromsignals y am Ausgang Y' des Speichers 70 auf eine Anzeigevorrichtung für die Anzeige »Ventil geschlossen« gelangt. Über das Inversionsglied 76 wird das Signal ν invertiert und gelangt als Signal ν auf das Und-Signal 72. Stehen an dessen Eingang die Signale ν und y gleichzeitig an, d. h., wird ein Überstrom für den Motor 2 angezeigt, ohne daß sich das Ventil 5 im Schließbereich Z. 2 °/o befindet, so löst das Ausgangssignal dieses Und-Giiedes 72 eine nicht dargestellte Alarmanlage optischer und/oder akustischer Art aus, um anzuzeigen, daß eine Störung in dem erfindungsgemäßen Stellantrieb vorhanden ist.

Der Stellantrieb nach Fig. 1 funktioniert beispielsweise, wie in F i g. 2 über der Zeitachse grafisch dargestellt. Bis zum Zeitpunst r₀ ruht das Stellorgan 1, wobei der Sollwert 5 um einen geringen Betrag von dem Istwert ί abweicht. Vom Zeitpunkt ;_ft an wird der Sollwert 5 linear hochgefahren bis zum Zeitpunkt t_e, wonach er wiederum festgehalten wird. Das Fehlersignal a, dessen Null-Linie in F i g. 2 mit 82 bezeichnet wird, steigt entsprechend vom Zeitpunkt t_a, bis

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ι ζ ι

es zur Zeit I₁ den Grenzwert Gl erreicht. Der Grenzwertgeber 46 gibt in diesem Augenblick ein Ausgangssignal c, das, falls die Signale £ und η vorhanden sind, im Moment des Auftretens eines aus dem Vergleichsorgan 30 kommenden Freigabesignals m mit Hilfe des Und-Gliedes 49 den Speicher 53 kippt und so tin Signal / auslöst.

Wenn die weiteren Fortschaltbedingungen erfüllt sind (Yorzeidiensienal r und Signal u vorhanden), zündet das Ausgangssignal des Und-Gliedes 55 über die Zündeinrichtung 56 den Schalter 58. Der Asynchronmotor 2 läuft in ÖfTnunüsrichlung an. Er erreicht nach kurzer Zeit die dei Neigung der Geraden 81 entsprechende volle Hubgeschwindigkeit.

Mit dem Auftreten des Signais c beginnt sich v.eiterhin das /?C-G!ied 51 in der beschriebenen Form zu entladen und verschiebt den Grenzwert G2 nach oben, und zwar in diesem Fall bis zu seinem oberen Endwert, da der Motor 2 die maximale Geschwindigkeit erreicht.

Die Differenz zwischen Istwert / und Sollwert s verkleinert sich durch das Nachfahren des Stellgliedes 5 an seinen Sollwert heran, bis sie den Grenzwert G 2 umerschreitet. In diesem Augenblick verschwindet das Signal c: beim Auftreten des nächsten Signals m kippt der Speicher 53 in seine Grundstellung zurück: der Schaher 58 wird ausgeschaltet, gleichzeitig werden die Gleichspannungsschaltmittel 23 durch das neu aufgetretene Ausgangssignal /1 des Speichers 53 für eine vom Zeitglied 64 abhängige Zeitdauer eingeschaltet. Nach Ableuf dieser Zeitdauer öffnen die Schaltmittel 23. während die Gleichspannungsschaltmittel 24 wegen An Stehens der Signale Ti und h schließen.

Durch das Anstehen einer Gleichspannung an zwei Klemmen des Synchronmotor; 2 wird dieser scharf gebremst, bis er zum Zeitpunkt Λ, stillsteht. Anschließend wird er gegen Fortaufen gehalten durch die über die Schaltrrättel 24 zugeführte erniedrigte Gleichspannung, deren Wärmeverlustleistung vom Motor 2 ohne unzulässige Temperaturerhöhung durch Wärmeableitung abgeführt wird.

Da der Sollwert noch immer ansteigt, wächst der Betrag von α wieder an, bis im 2Seitpunkt /₄ der Drehstromschalter 58 ein zweites Mal auf die beschriebene Weise eingeschaltet wird. Im Zeitpunkt t., der in Fi g. 2 so gewählt worden ist, daß der Motor in ihm seine volle Hubgeschwindigkeit noch nicht erreicht hat. wird der Drehstromschalter 58 wiederum abgeschaltet, da das Fehlersignal b zu diesem Zeitpunkt den ·— in diesem Augenblick seinen Maximalwert noch nicht erreichenden — Grenzwert G 2 unterschreitet. Im Zeitpunkt t. wird der Motor 2. wie ebenfalls schon beschrieben, in zwei Stufen mit Gleichspannung gebremst und festgehalten, wobei sich schließlich wiederum eine kleine Regelabweichung zwischen dem Istwert / und dem Sollwert 5 einstellt.

Unter den Verlaufen der Signale / und s bzw. des Signals b sind in F i g. 2 die Schaltstellungen der Schalter 58, 43, 24 und 23 für die verschieden beschriebenen Zeiträume /₀ bis r₆ eingetragen. Die Einschaltzustände der genannten Schafter sind dabei mit dem Symbol L und die Ausschaltzustände mit dem Symbol 0 bezeichnet.

F i g. 3 a zeigt die elektrische Schaltung für das Vergleichsorgan 30, durch das impulsartige Signale m auf "die beiden Und-Glieder 49 und 52 für den Zeitpunkt der Weitergabe der entsprechenden Ein- und Ausschaltsignale für das Drehfeld gegeben werden, Die Bedingung für das Auftreten eines Signals m ist, daß die beiden Phasenspannungen EZ₅ und U_T gleich sind, d. h. ihre Potentialdifferenz U_ST gegeneinandei betragsmäßig gleich Null ist. Außerdem sollen l'_s und L_T zusätzlich positiv· sein. Es werden also negative Werte EZ₅ = V_T <Z0 nicht zur Auslösung eine? Impulses m herangezogen.

Aufgabe des Vergleieh^organgs 30 ist es. ein Ein- und Ausschalten des Drehfeldes nur in den durch die vorstehend genannte Koinzidenz von L₅ und T₇ mit der Nebenbedingung »positiv* gegebenen Zeitpunkten zu ermöglichen, um Kurzschlüsse infolge fehlerhaften Zündens und Überlastungen der al? Schalter benützten, gesteuerten Gleichrichter zu verhindern.

Über die Leitungen 13« und 12₍j (Fig. 1) werd:n die beiden Phasen 5 und T an die Primärwicklung eines Transformators 85 geführt, während die Phase R über eine Leitung 11 α und die Primärseite :ine? weiteren Transformators 86 mit der Phase S verbunden ist. Die Sekundärseite des Transformator« 85 :si über zwei Dioden 87 und 88 abgeschlossen, so daß an der Stelle 89 der Absolutwert i"_sr der Potentialdifferenz U_ST auftritt, der nur positive Halbwellen besitzt. Dieser Absolutwert dient als Steuerspannung an der Basis eines npn-Transistors 90. Dieser liegt über einen Widerstand 91 mit seinem Kollektor ajf einem gegenüber seinem Emitter positiven Potential. Der Emitter ist seinerseits mit einem Mittelangrfl 83 der Sekundärwicklung des Transformators 115 verbunden. Der Mittelabgriff 83 ist wiederum a .if dem Bezugspotential 82 der ganzen Anordnung. Die Widerstände 92 und 93 bilden einen Spannung<teil:T für die Spannung EZ₅₇- .

Die Sekundärwicklung des Transformators 86 ist der Basis-Emitter-Strecke des Transistor. 90 über die Diode 94 und den Widerstand 95 parallel geschaltet. An ihrem Ausgang entsteht die Wechselspannung U_RS. von der infolge der Diode 94 nur die positiven Halbwellen auf die Basis des Transistors 90aelanae;i. Mit 96 ist der Ausgang der Schaltanordnung bezeichnet, an dem das gewünschte Signal m erscheint, das den beiden Und-Gliedern 49 und 52 zufließt.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung nach Fig. 3a ist folgende: Solange die Basis des Transistors 90 ein positives Potential besitzt, ist der Transistor 90 leitend, und der Ausgang 96 licet etwa auf dem Potential des Mittelabgriffes 83. d. h. auf dem Null-Potential der ganzen Anordnung. Ein Sianal am Ausgang 96 kann daher während dieser Zeit nicht auftreten.

Sieht man zunächst einmal von der Wirkuna de; Spannung U_RS ab, so wird nach dem Wirhergehenden ein Ausgangssignal in erzeugt, wenn auf det Basis des Transistors 90 kein positives Potentiallieat: dies ist aber der Fall bei EZ₅₇- '■ ^ 0. d. h. wenn U₅ = Uj ist. unabhängig davon, ob positiv oder negativ.

Die Auslese der Signale m' zur Weitergabe als gewünschte Signale m nur bei U_s — l'_r > 0 erfolgt mit Hilfe der Halbwellen U_KS. die als positive. J. h. den Ausgang 96 auf Null-Potential ziehende Spannungen an der Basis des Transistors 90 liegen, wenn Impulse m infolge EZ₅₇- =0 für E₅ == U_T < 0 entstehen. Die positiveu Spannungen TJ_RS verhindern also das Auftreten der Signale ni bei U_s = U_T < 0,

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Da andererseits die negativen Halbwelten von t/_ftv infolge der Diode 94 nicht auftreten, ergeben sich, wie gewünscht, am Ausgang 96 Signale m bei U_S = U_T> 0.

F i g. 3 b zeigt in Abhängigkeit von der Zeit / die relative Phasenlage und den Verlauf der Spannungen U_H, U_s und CZ₇-; U_ST; | U_ST \ m'; U_RS und m. Dabei sind in der Darstellung für die Spannungen der drei Phasen R, S und T mit vollen Punkten die Zeitpunkte für die Signale m und mit kleinen Kreisen die Zeitpunkte der unterdrückten Signale tri eingetragen.

Claims

Patentansprüche:

1. Stellantrieb mit einem in beiden Drehrichtungen arbeitenden Asynchronmotor, der über eine getriebeartige oder hydraulische Übersetzung ein Stellglied, z. B. ein Ventil, antreibt und der durch Ein- und Ausschalten seines Drehfeldes gesteuert wird, indem ein aus dem Vergleich eines ao Sollwertsignals mit dem Istwertsignal der Stellung des Stellgliedes resultierendes Fehlersignal beim Überschreiten eines oberen Grenzwertes den Motor ein- und beim Unterschreiten eines unteren Grenzwertes wieder ausschaltet, und bei dem das Vorzeichen des Fehlersignals die Drehrichtung des Motors bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (51) vorgesehen sind, die, durch das Einschaltsignal (c) für den Motor (2) ausgelöst, ein in seinem Betrag von der jeweiligen Einschaltdauer des Motors (2) abhängiges Korrektursignal (d) erzeugen, dessen Amplitude von der momentanen kinetischen Energie der bewegten Teile abhängig ist und das den unteren Grenzwert (G 2) für den Ausschaltzeitpunkt verändert.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbremsung der bewegten Teile eine Gleichspannungsquelle (25) mit entsprechenden Schaltmitteln (23) vorgesehen ist, die nach Abschalten des Drehfeldes an den Stator des Motors (2) geschaltet wird.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Umschaltung (64 65, 66, 67, 68, 23, 24) vorgesehen sind, durcr die die an den Motor (2) angelegte Gleichspannung herabgesetzt wird, npchdem der Motor (2^ zum Stillstand gekommen ist.

4. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sicherheitseinrichtung ein« Strommeßeinrichtung (15) für den Mstorstron vorgesehen ist, die ein Signal (p) erzeugt, das be Überschreiten eines Leistungsgrenzwertes (q) der Schaltmitteln (53 bis 59) für den Motorstron vorrangig ein Ausschaltsignal zuführt.

5. Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (73, 41, 42, 43) vorgesehen sind, durch die der Leistungsgrenzwert füi ein vorgegebenes Zeitintervall während der Anlaufphase des Motors (2) erhöht wird.

6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (75, 62, 77) vorgeseher sind, die von dem Vorzeichen und dem Betrag des Istwertsignals (/) für die Stellung des Stellgliedes (5) beeinflußt werden und die Erhöhunf des Leistungsgrenzwertes über das vorgegeben« Zeitintervall hinaus zulassen.

7. Stellantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leistungsabhängige Ausschaltsignal eine Alarmanlage auslöst, soferr das Istwertsignal (1) für die Stellung des Stellgliedes (5) nicht eine vorgegebene Endstellung (<: 2°/o) für das Stellglied (5) anzeigt.

8. Stellantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleichsorgar (30) vorgesehen ist, das die Momentanwerte dei beiden geschalteten Phasen (S und T) der zi schaltenden Wechselspannung vergleicht und eir Freigabesignal (m) für das Ein- oder Ausschalter des Drehfeloes erst auslöst, wenn die Momentanwerte der beiden Phasen (S und T) gleich um positiv sind (U_s = U_r > 0).

9. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Async-Vonmotor (2) mi einer gesteuerten Bremse ausgerüstet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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