DE2940374A1

DE2940374A1 - Elektronischer regler

Info

Publication number: DE2940374A1
Application number: DE19792940374
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Burghard 8561 Unterhaidelbach Post Oberhaidelbach Krahl
Original assignee: Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH; Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2940374C2

Description

Elektronischer Regler
Die Erfindung betrifft einen elektronischen Regler. Derartige Regler werden unter anderem bei der Regelung elektrischer Größen in einem Verbrauchernetzwerk verwendet.
Sie sollen z.B. den Verbraucherstrom selbsttätig auf einem vorgegebenen Wert halten.
Dabei wird im allgemeinen so vorgegangen, daß eine Fdhrungsspannung z.B. an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers gelegt wird, während an den invertierenden Eingang eine zum Verbraucherstrom proportionale Spannung gegeben wird. Die als Stellqr*Be wirkende Ausgangsspannung des Operationsverstärkers verstellt das Stellglied, das z.B. bei der Stromregelung, ein steuerbarer Widerstand im Verbraucherstromkreis ist.
Das Übertragungsverhalten des Reglers ist durch die Beschaltung des Operationsverstirkers bestimmt, d.h. im wesentlichen durch das Rückkopplungsnetzwerk. Es muß so gewählt werden, daß eine Selbsterregung des Regelkreises vermieden wird. Die Ausgestaltung des Rückkopplungsnetzwerks hängt darum von allen restlichen Ubertragungsgliedern des Regelkreises ab, u.a. auch von der Regelstrecke.
Ist die Stabilität des Regelkreises durch die Ausgestaltung des Rückkopplungsnetzwerkes des Operationsverstärkers gesichert, so ist damit auch die Geschwindigkeit festgelegt, mit der Abweichungen der Regelgröße von ihrem Sollwert ausoeregelt werden. Durch starke Störungen kann allerdings die Regelgröße in einen Bereich kommen, der eine Gefahr für die Bauteile im Energiezweig bedeutet.
Bei der Stromregelung z.B. kann durch einen plMtzlichen Kurzschluß ein sehr hoher Strom im Verbraucherkreis fließen. Da die Gegenreaktion des Reglers mit einer Zeitverzögerung erfolgt, die unter Umständen viel zu groß ist, um Gefahr abzuwenden, muß auf eine andere Weise dafür gesorgt werden, daß die Regelgröße möglichst rasch in den gefahrlosen Bereich zurückgeregelt wird. Einen Regler anzugeben, der die Möglichkeit einer derartigen schnellen Rückregelung enthält, ist die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt. Dabei wird von einem Regler mit einem rückgekoppelten Differenzverstärker ausgegangen. Die erfindungsgemäße Lehre, nach der eine zusätzliche Beschaltung des Reglers vorzunehmen ist, um unter den genannten Voraussetzungen die erwünschte schnelle Rückregelung zu erhalten, ist dem Kennzeichen des Anspruches 1 zu entnehmen. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruches 1 an. Anhand der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Schaltungsbeispiel für die erfindungsgemäße Lehre.
Die Schaltung regelt den Strom in einem Verbraucherkreis.
Der Verbraucherkreis enthält den Meßwiderstand 13, den steuerbaren Widerstand 11, den Verbraucherwiderstand 12 und die Batterie 14, deren negativer Pol auf Bezugspotential gelegt ist.
Das Gegenkopplungsnetzwerk besteht eus der Serienschaltung des mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstrkers 6 verbundenen Widerstandes 7 mit dem an seinem Ausgang angeschlossenen Kondensator 10.
Der Widerstand 3 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und das Gegenkopplungsnetzwerk legen das Übertragungsverhalten des Reglers für den Normalfall fest.
Im Beispiel handelt es sich um PI-Verhalten. Als Normalfall soll derjenige Betriebszustand des Reglers angesehen werden, in dem die Diode 8 unwirksam ist. Die Diode 8 ist so gepolt, daß ihre Katode an die Klemme 9 des Wider- standes 7 führt, wShrend ihre Anode mit den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Diesem Eingang wird auch über den Widerstand 2 die positive Führungsspannung zugeleitet, die an der Klemme anliegt.
Der Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 wird als zur Regelgröße proportionale meßgröße an den Widerstand 3 gelegt. Der kleinste Wert dieses Seannungsabfalles ist Null. Für diesen Wert w5chst die Ousgangsspannung des Operationsverstrkers wegen der Aufladung des Kondensators 10 ständig an. nas Stellglied 11 muß daher so beschaffen sein, daß der im Eneroiekreis 11, 12, 13, 14 liegende steuerbare Widerstand bei steigender Stellspannung verkleinert wird. Hierdurch vergrößert sich der Strom im Verbraucherstromkreis und damit auch die Ssannung an der Klemme 15 des Meßwiderstands 13. Mit Vergrößerung der Meßgröße fällt die Ausgangsspannung des Operationsverstä.rkers 6, wobei der Zeitverlauf des Abfalls u.a. durch die Widerstände 3 und 7, sowie den Kondensator 10 bestimmt ist. Das Fallen der Stellspannung geht so lange vor sich, bis der Verbraucherstrom seinen Sollwert erreicht hat.
Eine plötzliche Verkleinerung des Verbraucherwiderstandes 12, etwa durch einen Kurzschluß, muß zu einem ebenso plötzlichen Anstieg der YeRnrdße führen, die dann erheblich größer als Führungsspannnq an der Klemme 1 werden kann. Der Operationsverstärker 6 reagiert hierauf mit einer Erhöhung des Stromes durch die Widerstände 3 und 7, und zwar fließt dieser Strom nun in die Richtung, die durch die Reihenfolge der Anschlüsse 5 und 9 angedeutet ist. Da die Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen 5 und 4 praktisch Null ist, liegt über der Diode 8 eine Spannung in Durchlaßrichtung an, die ebenso groß ist wie der Spannungsabfall über dem Widerstand 7. Ist dieser Spannungsabfall größer als die Schwellspannung der Diode, wird sie voll wirksam und verändert damit augenblicklich das Übertragungsverhalten des Reglers. Jetzt wird das Ubertraqungsverhalten nicht mehr vom Gegenkopplungszweig mit den Widerständen 7 und dem Kondensator 10 bestimmt, sondern von dem wesentlich kleineren Widerstand der Diode 8, die zusammen mit dem Kondensator 10 einen Mitkopplungszweig bildet.
Diese Mitkopplung führt zu einem sofortigen steilen Abfall der Ausgangsspannung und damit zu einer schnellen Vergrößerung des steuerbaren Widerstandes 11 auf einen Wert, der den Strom im Verbraucherkreis wieder in die Nähe seines Sollwertes bringt. Die Diode 8 sorgt also dafür, daß der Strom im Verbraucherkreis niemals bedenkliche 'werte annimmt oder sich schlimmstenfalls nur sehr kurze Zeit in einem bedenklichen Wertebereich bewegt. Die Kennlinie der Diode bestimmt die Grenze, die bedenkliche und unbedenkliche Stromwerte im Verbraucherkreis voneinander trennt.
Um diese Grenze von Fall zu Fall zu verschieben, können mehrere Dioden in Serie geschaltet oder Zenerdioden verwendet werden. Sollte sich in einem konkreten Anwendungsbeispiel das Durchschalten der Dioden als zu sprunghaft erweisen, so können zusätzliche Widerstände zwischen den Anschlüssen 9 und 4 das Schaltverhalten im gewünschten Sinne verändern. Je nach Anwendungsbeispiel ist also die Diode 8 durch ein Netzwerk mit Schaltereigenschaft zu ersetzen, dessen nähere Ausgestaltung zum handwerklichen Können des Fachmanns gehört.
Die Ausgestaltung kann auch so ausfallen, daß das Netzwerk erst nach Empfang eines Steuerimpulses wirksam wird. Der Steuerimpuls wird dann zum Beispiel von einem Fühler abgegeben, der an einer Stelle des Regelkreises angebracht ist und dann einen Impuls abgiht, wenn die zu erfassende Größe einen kritischen Wert über- oder unterschreitet.
Im dargestellten Beispiel wird die Diode 8 wirksam geschaltet, wenn die Regelgröße ihren Sollwert um einen bestimmten Betrag überschreitet. Es sind auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die Anderungsgeschwindigkeit der Regelgröße eine Grenze nicht über oder unterschreiten darf, z.B. bei Stronkreisen, die stark induktiv belastet sind. In einem solchen Fall läßt sich durch eine günstige Wahl der Stelle, die das Gegenkopplungsnetzwerk mit der Diode 8 verbindet, ein zusätzlicher Fühler einsparen, weil an dieser Stelle z.B. eine Spannung anliegt, die der Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße proportional ist, z.B. bei Reglern, deren Übertragungsverhalten einen D-Anteil enthält.
Auch das Aufsuchen einer solchen Stelle bleibt dem handwerklichen Können des Fachmanns überlassen.

Claims

Patentansprüche lektronischer Regler mit einem gegengekoppelten Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stelle (9) des Gegenkopplungsnetzwerks (7, 10) über ein Netzwerk mit Schaltereigenschaften (8) mit dem nichtinvertierenden Eingang (4) des Differenzverstärkers (6) verbunden ist.
2. Elektronischer Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (6) als Operationsverstärker ausgebildet ist.
3. Elektronischer Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk mit Schaltereigenschaften eine Diode (8) oder Zenerdiode enthält.