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Elektrische Regeleinrichtung mit Regelzeiger, Nacheil- und Rückführeinrichtung
Die bekannten elektrischen Regeleinrichtungen dieser Gruppe haben gemeinsam einen
Regelzeiger, der infolge Schwankungen der zu regelnden Betriebsgröße bewegt wird,
eine Nacheileinrichtung, welche den infolge Abweichung der Regelzeigerstellung von
der Sollstellung eingeleiteten Regelvorgang durch Verschieben der Regelmittelstellung
(Mittelstellung-. des Regelkontaktzeigers zwischen den beiden Gegenkontakten) in
Richtung der Betriebsgrößenabweichung zu beendigen sucht, und eine Rückführeinrichtung,
welche die Regelmittelstellung wieder zur Sollstellung zurückführt.
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Hierbei ist es gleichgültig, wie der Regelzeiger ausgebildet ist (Metallzeiger,
Lichtzeiger oder andersartig) und wie er auf die übrigen Regelteile einwirkt. Der
Aufbau der Nacheil- und Rückführeinrichtung kann sehr verschiedenartig aussehen,
wobei es an sich gleichgültig ist, ob Elektromotoren, Schwingmotoren, Magnetmotoren,
Federmotoren, o. dgl. Verwendung finden.
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Normalerweise bewegt sich der Regelzeiger zwischen zwei Gegenkontakten
(Nacheilkontaktsatz), die bei Kontaktgabe den Regelvorgang einleiten. Mit dem Verstellmotor,
der den eigentlichen Regelvorgang ausführt, wird der Nacheilmotor (Nacheileinrichtung)
wirksam, welcher den Nacheilkontaktsatz im Sinne der Kontaktaufhebung bewegt.
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Weicht der Regelkontakt wenig von der Sollstellung ab, so erfolgt
eine kleine Verstellung. Ist die Abweichung größer, so dauert die Verstellung länger.
Im Anschluß an jeden Verstellvorgang erfolgt ein Rückführvorgang. Um möglichst schnell
wieder den Gleichgewichtszustand zu haben, der mit der Sollstellung übereinstimmt,-
ist es in vielen Fällen erwünscht, mit zunehmender Abweichung von der Nullstellung
eine stärkere Beeinflussung der Steuerung herbeizuführen. Dieses kann dadurch geschehen,
daß mit zunehmender Abweichung die Verstellgeschwindigkeit des Steuermotors erhöht,
die Nacheilgeschwindigkeit der Gegenkontakte verlangsamt oder die Rückführgeschwindigkeit
der Gegenkontakte erhöht wird. Diese Mittel oder die Vereinigung dieser Mittel komplizieren
jedoch die Regeleinrichtung.
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Während bei den bekannten Regeleinrichtungen die Nacheileinrichtung
stets nur im Sinne der Aufhebung des Regelvorganges wirkt, führen bei der neuen
Regeleinrichtung gemäß der Erfindung, sofern bei Einleitung des. Regelvorganges
die Stellung des Regelkotaktzeigers um einen vorbestimmten
Mindestbetrag
von der Sollstellung abweicht, die Gegenkontakte zunächst eine dem Zeigerausschlag
entgegengerichtete Bewegung aus und wirken erst dann, also anschließend im Sinne
der Aufhebung des Regelvorganges. Die Verstellung der Steuerung (Verstellvorgang)
dauert also um so länger, je größer die Ausgangsabweichung des Regelkontaktzeigers
von der Sollstellung ist, wobei die Geschwindigkeiten von Verstell-, N acheil-und
Rückführmotor auch gleich sein können.
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Die erfindungsgemäße Regelung wird an Hand einer schematischen Darstellung
in Abb. i der Zeichnung näher erläutert.
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Diese Darstellung zeigt die Regeleinrichtung in drei verschiedenen
Stellungen, I, 1I und 11I. I ist eine Stellung innerhälb der Sollzone 2 a, II eine
mittlere Stellung innerhalb der Nahregelzone /i und schließlich III eine Stellung
innerhalb der Fernregelzone ;@. Die Kontakteinrichtung besteht aus dem Regelkontakt
9 und den beiden Nacheil- oder Gegenkontakten 4, 4, die in einem Abstand
von 2 ö angeordnet sind.
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Innerhalb der Sollzone 2 a arbeitet die Regeleinrichtung in der bisher
üblichen Weise. Bei Kontaktgabe des Regelkontaktes 9 wird der Nacheilkontaktsatz
4, q' vom Nacheilmotor im Bewegungssinne des Regelkontaktes 9 nachgedreht und so
die Kontaktgabe und damit die Regelwirkung wieder aufgehoben.
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Treten größere Abweichungen der Regelgröße ein und wird infolgedessen
die Sollzone 2 a vom Regelkontakt 9 überschritten, so daß der Kontaktsatz beispielsweise
in die Stellung II gelangt, so wird der Nacheilkontaktsatz 4., 4 gemäß der
Erfindung zunächst im umgekehrten Sinne bewegt, wie die vorhergehende Bewegung des
Regelkontaktes 9 war. Der letztere wird also zunächst in Richtung Sollzone zurückgedrängt,
wie durch den eingetragenen Pfeil angedeutet ist. Nach Zurücklegung eines bestimmten
Weges, dessen Länge je nach den Betriebsverhältnissen verschieden festgelegt sein
kann, was durch die gestrichelte Weiterführung des Pfeiles zum Ausdruck kommen soll,
wird die gegenläufige Bewegung des Nacheilkontaktsatzes in eine gleichläufige umgeschaltet.
Diese gleichläufige Bewegung wird so lange fortgesetzt, bis der Regelkontakt 9 gegenüber
dein zugeordneten' Nacheilkontakt zurückbleibt und damit die Kontaktgabe unterbrochen
wird. In diesem Augenblick setzt der Mittelstellungsmotor ein und dreht den Kontaktsatz
so lange zurück, bis das System innerhalb der Sollzone 2 a zur Ruhe kommt.
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Bei diesem Ausklingen des Regelvorganges kann eine mehrmalige erneute
Kontaktgabe und damit die Einleitung eines neuen Regelvorganges eintreten. Falls
eine Überregelung stattgefunden hat, die eine Kontaktgabe zwischen dem Regelkontakt
und dem anderen Nacheilkontakt zur Folge hat, kann sogar eine im entgegengesetzten
Sinne verlaufende Regelwirkung einsetzen, in welchem Falle von einer gegenläufigen
Bewegung des Nacheilkontaktes im Hinblick auf die im allgemeinen geringe Größe der
Überregelung abgesehen wird. Tritt eine solche dem ursprünglichen Regelvorgang entgegengesetzte
Kontaktgabe innerhalb der Fernregelzone y ein, so wird zweckmäßig eine Regelwirkung
unterbunden, d. h. auf die Darstellung der Abb. i bezogen, daß eine etwaige Kontaktgabe
zwischen Regelkontakt 9 und Nacheilkontakt 4 ohne Einfluß auf die Verstelleinrichtung
der zu regelnden Vorrichtung bleibt. Hierdurch wird erreicht, daß die Betriebsgröße
sich möglichst schnell wieder ihrem Sollwert nähert.
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Die vorstehende Erläuterung des erfindungsgemäßen Regelvorganges zeigt,
daß bei Abweichungen größerer Art die Nacheilkontakte zunächst eine entgegengesetzte
Bewegung ausführen, deren Größe von dem Wert der Abweichung abhängig ist, die beim
Einsetzen des Regelvorganges vorhanden ist. Diese zunächst gegenläufige Bewegung
des Nacheilkontaktsatzes hat zur Folge, daß die Regelwirkung länger andauert, als
dies sonst der Fall wäre. Die Steuerung wird mithin stärker beeinflußt und so eine
unbedingt sichere und schnelle Rückführung der Betriebsgröße auf den Sollwert gewährleistet.
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Die Abb. 2 bis 5 der Zeichnung zeigen im einzelnen Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
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Abb.2 zeigt eine Regeleinrichtung, bei der die Nacheil- und Rückführeinrichtung
je durch einen kleinen selbstanlaufenden Synchronmotor i, i' bzw. 2, 2' mit Rechts-
und Linkslaufwicklung über ein Umlaufrä.dergetriebe 3 angetrieben wird. Der Nacheilkontaktsatz
4, 4' steht mit dem Rückführkontaktsatz 5, 5' durch ein Getriebe 6 ins Schnelle
in Verbindung. Mit dem Nacheilkontaktsatz dreht sich ebenfalls der Abfallkontakt
7, der bei Einleitung eines Regelvorganges den Weg des Regelkontaktes q zum anderen
-Nacheilkontakt 4 bzw. 4 versperrt. Der Abfallmagnet 8, welcher den Abfallkontakt
7 in die Bewegungsbahn des Regelzeigers 9 bringt, wird über den einen oder den anderen
Hilfskontakt ioa oder io,@ des Nacheilrelais io oder io' eingeschaltet und durch
den Ruhekontakt i i, des Abfallrelais i i ausgeschaltet.
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Die Nacheilrelais io, iö haben außer den Einschaltkontakten ioi" io,
bzw. iov, io,'
für den Verstellmotor 13, 13' und den Einschaltkontakten
ioa, iod für den Abfallmagneten 8 noch einen Selbstspeisekontakt Iod bzw. 10d' für
die eigene Spule Ios bzw. IOS und einen Verriegelungskontakt ioe bzw. Ioe für die
Spule des jeweils anderen Nacheilrelais. Weiter besitzt jedes Nacheilrelais noch
einen Verriegelungskontakt i of, i of für das zugeordnete Rückführrelais 12, i2'.
Dieser Kontakt läßt ein Einschalten der Rückführspule 12, bzw. 12s durch den entsprechenden
Rückführkontakt 5 bzw. 5' nur bei abgefallenem Nacheilrelais zu. Jedes Rückführrelais
besitzt einen Hilfskontakt 12a, i2ä, der bei eingeschaltetem Rückführrelais den
Verriegelungskontakt iof bzw. iof am Nacheilrelais überbrückt. Neben den Hauptkontakten
I2v, 12b für Steuerung des Rückführinotors 2 bzw. 2' weist jedes Rückführrelais
noch einen Umschaltkontakt 12" I2d bzw. I2C , I2d zur Steuerung des Nacheilmotors
i bzw. i' in der einen bzw. anderen Richtung auf.
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Für die Steuerung des Relais wurde Gleichstrom gewählt; die Linien
für die Gleichstromkreise sind schwach ausgezogen. Die Motoren liegen an Wechselstrom.
Es ist selbstverständlich, daß bei größeren Verstellmotoren die Nacheilrelais unter
Zwischenschaltung von Schützen den Verstellmotor auf Rechts- oder Linkslauf schalten.
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Zur Wirkungsweise der Regeleinrichtung diene folgende Erklärung Das
Regelinstrument R bewegt bei Abweichung von der Sollstellung den Regelzeiger 9 infolge
Gleichgewichtsstörung nach rechts und berührt den rechten Nacheilkon-' takt 4.'.
Das rechte Nacheilrelais io' spricht an und speist sich selbst über den Ruhekontakt
iiz aes Abfallrelais ii, dem Verriegelungskontakt io, des anderen Nacheilrelais
io und dem eigenen Selbstspeisekontakt iod'. Durch den Hilfskontakt i o" wird .der
Abfallmagnet 8 eingeschaltet und der Kontakt 7 in die Bewegungsbahn des Regelzeigers
geschoben. Gleichzeitig schalten die Hauptkontakte I O f,', i o,' direkt den @ erstellmotor
13 und über den Umschaltkontakt I2,' des Rückführrelais 12' auch den Nacheilmotor
i' im Rechtslaufsinne, und zwar letzteren derart, daß die Kontaktgabe zwischen Regelkontakt
9 und Nacheilkontäkt q.' unterbrochen wird. Das Nacheilrelais io' wird erst ausgeschaltet,
wenn der Regelkontakt 9 den Abfallkontakt 7 berührt und damit das Abfallrelais i
i erregt. Außer dem Nacheilrelais io' wird auch der Abfallmagnet 8 ausgeschaltet
und so der Abfallkonakt 7 -in die Ruhelage zurückgeführt. Das Abfallrelais i i fällt
hiernach ebenfalls ab. Da der Nacheilkontaktsatz 4., q.' aus der Sollage nach rechts
gedreht wurde, hat sich ebenfalls der Schaltfinger 5o für den Rückführkontaktsatz
5, 5' nach rechts gedreht, so daß der rechte Rückführkontakt 5' eingeschaltet wurde.
Nach Abfall des Nacheilrelais iö bekommt also die Rückführspule 12s Strom. Der Rückführmotor
2' läuft. Er dreht N acheilkontaktsatz 4., q.' und Schaltfinger 50 in Richtung
Sollstellung, also nach links.
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Macht jetfit beispielsweise infolge ungenügender Regelwirkung der
Regelkontakt 9 nochmals Kontakt mit dem rechten Nacheilkontakt 4.', so wird das
rechte Nacheilrelais io' und damit das Abfallrelais ii und der Verstellmotor 13'
im alten Sinne erneut eingeschaltet, der Nacheilmotor i jedoch im entgegengesetzten
Sinne, da das Rückführrelais 12' angezogen und der Umschaltkontakt I2d eingeschaltet
ist. Nacheil- und Rückführmotor drehen den Nacheilkontaktsatz mit ihrer Summengeschwindigkeit
in Richtung Sollstellung, bis der rechte Rückführkontakt 5' sich öffnet. Das Rückführrelais
12" fällt ab, der Nacheilmotor i wird unwirksam, der Nacheilmotor i' wird wirksam,
d. h. der Nacheilmotor wird reserviert und läuft so lange, bis, wie vorher beschrieben,
sich Regelkontakt 9 und Abfallkontakt 7 berühren. Abfallrelais ii arbeitet, Nacheilrelais
iö fällt ab. Rückführspule 12S bekommt Strom, da sich inzwischen der Kontakt 5'
erneut einschaltete. Eilt jetzt der Regelkontakt 9 schneller der Sollstellung zu
als der Nacheilkontaktsatz q., q.', so berührt der linke Nacheilkontakt q. den Regelkontakt
9, das linke Nacheilrelais io zieht an, der Verstellmotor 13 läuft in entgegengesetzter
Richtung, der Nacheilmotor i im Sinne der Kontaktaufhebung, da der linke Rückführkontakt
5 noch geöffnet ist. Diese beschleunigte Rückführung bei gleichzeitiger Gegensteuerung
des Verstellmotors dauert so lange, bis 9 und 7 in Berührung kommen.
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Die Regeleinrichtung mit dem Abfallkontakt hat den Nachteil, daß die
Sollzone nicht beliebig klein gemacht werden kann. Sie kann bei Verwendung von zwei
Abfallkontakten noch etwas verkleinert werden.
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Abb. 3 zeigt, daß auch ohne Abfallkontakt eine gleichwertige Regelung
möglich ist. Die Schaltung ist hier so ausgeführt, daß der eine Nacheilkontakt den
Regelvorgang beendet, wenn der andere Nacheilkontakt ihn eingeleitet hat und umgekehrt,
wobei ein neuer Regelvorgang erst eingeleitet werden kann, nachdem der Regelkontakt
keinen der Nacheilkontakte mehr berührt.
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Die Rückführrelais sind genau so ausgeführt wie in Abb. 2; das gleiche
gilt für ihre Wirkungsweise. Die Nacheilrelais io', io und das Hilfsrelais 14 sind
andersartig aufgebaut.
Der Verstellmotor 13 wird über Umschaltsfütze
17, 17' gesteuert. Die Nacheilrelais besitzen ebenfalls Verriegelungs- und
Selbstspeisekontakte ioe, iod bzw. ioe' ioä . Die Verriegelung iof, iof' für das
Rückführrelais ist ebenso unverändert wie der Hauptkontakt IOb, IO6 , der zur Steuerung
von Nacheil- und Verstellmotor dient. Die Abhängigkeitskontakte iog, iofl bzw. log
, loh, arbeiten mit dem Hilfsrelais 14 zusammen, wie später gezeigt wird. 14 besitzt
einen Kurzschlußbegrenzungswiderstand io", und einen Selbstspeisekontakt ioa. Der
Kontakt lob beherrscht den Selbstspeisestrom der Nacheilrelais io und io'. Die Kontakte
14, und 14d sind Sperrkontakte für die Umkehrschützen 17 und 17' des Verstellmotors.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise dienen noch folgende Ausführungen:
Bewegt das Regelinstrument R den Regelkontakt 9 nach rechts, so daß der Regelkontakt
9 den Nacheilkontakt 4' berührt, so bekommt die Spule los Strom. Dieser Spulenstrom
wird aufrechterhalten . über den eingeschalteten Kontakt 14b, den Verriegelungskontakt
ioe und Selbstspeisekontakt iod' . Der Kontakt lob wurde geschlossen. Über 14, wird
das Umkehrrelais 17' eingeschaltet, so daß der Verstellmotor 13 läuft. Ein
weiterer Stromkreis geht über los und I2s zum Nacheilkontakt i', welcher den Nacheilkontaktsatz
4, q' über Umlaufrädergetriebe 3 und Hilfsgetriebe 6 nach rechts bewegt. Ist die
Rechtsdrehung so weit erfolgt, daß der Regelkontaktanzeiger 9 den linken Nacheilkontakt4
berührt, so wird ebenfalls die Spule los eingeschaltet. Hierdurch schließt sich
ebenfalls der Kontakt log, und da log bereits vorher geschlossen war, wird die Spule
Ios über diese Kontakte kurzgeschlossen, so daß das Relais 14 abfällt. Das Nacheilrelais
io' fällt ebenfalls ab. Infolge Aufhebung der Kontaktgebung bei 14, und 14 wird
dasUmkehrschütz 17' und damit der Verstellmotor 13
stromlos. Nacheilrelais
io bleibt jedoch infolge Berührung von 9 und 4 zunächst eingeschaltet. Da Kontakt
IOb eingeschaltet ist, dreht der Nacheilmotor i den Kontaktsatz 4, 4' nach links
im Sinne der Aufhebung der Kontaktgabe zwischen 9 und 4. Während dieser Zeit wirkt
lediglich der Nacheilmotor ohne den Verstellmotor. Hört die Kontaktgabe zwischen
4 und 9 auf, so fällt auch das Nacheilrelais io ab, da eine Selbstspeisung infolge
des geöffneten Kontaktes 14b nicht erfolgen konnte. Durch das Schließen des Ruhekontaktes
lob wird in Reihe mit dem bereits geschlossenen Kontakt iof, die Spule Ios wieder
erregt, so daß das Relais 14 von neuem anzieht und ein neues Regelspiel wieder beginnen
kann. In manchen Fällen ist es angängig, das Schaltungsschema zu vereinfachen, so
daß die Regelung derartig wirkt, daß bereits nach Aufhebung des jeweilig wirksamen
Nacheilkontaktes die Steuerung sich wieder in der Ausgangsstellung befindet.
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Abb. 4 gibt ein Ausführungsbeispiel dieser vereinfachten Schaltung.
Außer der Vereinfachung ist die Schalfung so gebaut, daß eine zonenweise Regelung
erfolgt. Neben der Sollzone (Sollstellung) ist eine rechte und linke Nahregelzone
sowie daran anschließend eine rechte und linke Fernregelzone vorhanden. Innerhalb
der Sollzone kann die Regeleinrichtung in jedem Punkt in Ruhe sein. In der Nahregelzone
kann bei einer beispielsweisen Abweichung nach rechts, je nachdem ob der Regelkontaktzeiger
9 mit dem rechten Nacheilkontakt 4' oder dem linken Nacheilkontakt 4 in Berührung
steht, eine Steuerung in der einen oder anderen Richtung erfolgen. In den Fernregelzonen
kann nur in dem Sinne ein Regelvorgang eingeleitet werden, daß die Steuerung in
Richtung Sollstellung wirkt. Es ist beispielsweise notwendig, in Abhängigkeit von
der Verdrehung des Rückführkontaktsatzes von einer bestimmten Abhängigkeit von der
Sollstellung ab, Kontakte 2 1 und 2I' zu Öffnen, von denen der eine, 2I, im Einschaltstromkreis
der Nacheilrelaisspule i o, und der andere, 2I', im Einschaltstromkreis -der anderen
Nacheilrelaisspule los liegt. Die Schaltung der Rückführrelais sowie auch die Verriegelung
der Rückführspulen im Nacheilrelais ist vollkommen unverändert. Ein Hilfsrelais
ist nicht erforderlich. Die Nacheilrelais besitzen die Hauptkontakte IOb bzw. IOb
für Einschaltung der Nacheilmotoren über Kontakte i2d, I2, bzw. I2ä und i2c". Der
Verstellmotor wird außer durch lob noch durch Kontakt ioc in der einen bzw. IO6
, io.' in der anderen Richtung eingeschaltet. Die Wirkungsweise ist im wesentlichen
die gleiche wie bei den vorhergehenden Ausführungen und ergibt sich am besten aus
der Schaltung.
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An Stelle von Synchronmotoren für die Nacheil- und Rückführeinrichtung
kann man auch gemäß Abb.5 einen einzigen Gleichstrommotor i9 wählen, der beispielsweise
je nachdem, ob er als Nacheil- oder Rückführmotor arbeitet, an höherer oder niederer
Spannung liegt. Da das Feld konstant ist, sind die Motorendrehzahlen den Ankerspannungen
proportional. Ein künstlicher Nullpunkt 18 ist mit der einen Ankerklemme verbunden
und gibt die Möglichkeit, die andere Klemme des Ankers entweder links oder rechts
vom Nullpunkt anzuschließen und somit denAnker zu reversieren. Zweckmäßigerweise
werden die Anschlußkontakte längs der
Nullpunktswiderstände verschiebbar
angeordnet. Bei der Relaisverriegelung ist zusätzlich darauf zu achten, daß die
Nacheil-und Rückführwirkung stets hintereinander, d. h. nie gleichzeitig, erfolgt.
Auch in dieser Schaltung (Abb.5) sind die Rückführrelais gleich ausgestattet. Die
N acheilrelais haben die Kontakte iod, ioe bzw. ioä , io,' für die Steuerung des
Verstellmotors 13, 13'. Die Kontakte 10b, iob dienen zur Betätigung der Nacheilmotoren,
wie bereits vorher beschrieben. Die Kontakte iok bzw. 10k verhüten, daß die Rückführwirkung
freigegeben ist, wenn das Nacheilrelais io oder io' eingeschaltet ist.
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Durch Abwandlung des einen oder anderen Schemas erhält man für die
einzelneBetriebsstelle die jeweils beste Schaltung. An Stelle des gezeichneten Handrades,
welches mit dem Rückführkontakt So in Verbindung steht, tritt beispielsweise bei
druckabhängiger Verstellung ein Bourdonrohr, welches über Hebel die Verstellung
des Kontaktes So vornimmt. Auch kann ein kleiner Verstellmotor, der von irgendeiner
anderen Regeleinrichtung beeinflußt wird, die gewünschte Veränderung der Sollstellung
selbsttätig vornehmen.
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Um die Regeleinrichtung vor zu weitgehender Verdrehung zu schützen,
sind beispielsweise in Abb. 3 Grenzschalter 15 und 16 vorgesehen, die jeweils durch
ihr Ansprechen die Strorrikreise des Nacheil- und des Rückführmotors derart unterbrechen,
daß nur noch eine Rückführung in die Sollstellung möglich ist. Statt dieser Grenzschalter
ist in Abb. 5 eine Rutschkupplung 2o gewählt, welche bei zu starkem Gegenmoment
kein weiteres Verdrehen der Kontaktsätze mehr zuläßt.