DE736531C - Selbsttaetige Einrichtung zur Regelung physikalischer und elektrischer Groessen - Google Patents

Description

• Selbsttätige Einrichtung zur Regelung physikalischer und elektrischer Größen Es sind Regeleinrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen in einem Stromkreis sich ändernde Ströme erzeugt werden und bei denen durch Wirkung dieser Änderung eine mehr oder weniger schnelle Verstellung des Regelorganes eintritt, je nachdem wie groß die Abweichung des Meßwertes vom Sollwert ist. Diese periodische Veränderung wird bewirkt z. B. durch einen Widerstand, von dem durch eine sich ständig drehende Schleifbürste mehr oder weniger abgegriffen wird.
• Diese Einrichtungen halben den Nachteil, daß die Geschwindigkeit des Regelorganes den Betriebsverhältnissen nicht genügend angepaßt werden kann, da der wechselnde Strom durch die im Stromkreis befindlichen Widerstände und durch den Relaiswiderstand festgelegt ist. Man könnte nun die Schleifbürste verschieden schnell laufen lassen; aber auch damit läßt sich ein Erfolg nicht in genügendem Maße erzielen, da die Summe der hierbei wirkenden -Regelzeiten trotzdem nahezu gleichbleibt.
• Die Erfindung betrifft nun eine Regelung mechanischer, physikalischer und elektrischer Größen mittels elektrisch oder hydraulisch betätigter Regelorgane. Es wird das an sich bekannte Verfahren verwendet, daß mit der sich durch die Wirkung der Regelung verringernden Abweichung der mechanischen, physikalischen oder elektrischen Größe vom eingestellten Sollwert selbsttätig eine Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Regelorganes stattfindet. Diese Verringerung kann aber auch nur in der Nähe des Sollwertes vorgesehen werden, während das übrige Verstellgebiet mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit durchlaufen wird. Es wird ähnlich gearbeitet wie hei bereits bekannten Regeleinrichtungen, bei denen eine Vorrichtung vorgesehen ist, die den Steuerstrom periodisch verändert und die der Einfachheit

  halber iilWechselividerstand bezeichnet -sein

  möge. Diese rin :ich bekannte Ausführung

  wird dadurch verbessert, daß parallel zum

  Wechselwiderstand ein weiterer fester oder

  einstellbarer Widerstand angeordnet ist. hei-

  periodisch sich ändernde Strain geht daher

  nicht auf -Null zurück, da ein konstanter Zti--

  satzstrom hinzukommt. Dadurch läßt sich

  die Regelgeschwindigkeit in hohem 3-Jaße be-

  einflussen und den Betriehsverhältiiissen an-

  passen. Abh. i zeigt ein Beispiel für die Schaltung.
• Abb. 2 und 3 den Stromverlauf in den Relais. -Nach Abb. i wird der Strom aus der Stromquelle i über den Wechselwiderstand 2. der sich ständig dreht und beispielsweise durch einen kleinen Motor angetrieben wird. einem Widerstand 3 -zugeleitet. Dieser Widerstand wird beispielsweise durch ein MeL@gerät To, z. B. einen Druckmesser,, Mengenmesser oder ähnliches, betätigt, entspricht also einem Fernsender. wie derselbe üblicherweise in der Regeltechnik verwendet wird. Der Meßwert selbst wird durch das Regelorgan 6 verändert und dadurch das Meßgerät in seiner Anzeige beeinflußt. Der Strom geht dann über die Relais .I zu dem zweiten Widerstand 5, der zur Einstellung des Regelsollwertes dient. Die Relais steuern nun den otor7 in einer oder anderer Drehrichtung 2 und setzen das zu verstellende Regelorgan 6 (als Drosselklappe gezeichnet) in Tätigkeit. Der Strom für den Motor wird aus dein .\;etz 8 entnommen.
• Die Wirkung ist nun folgende: Besteht im Stromkreis Gleichgewicht zwischen dein vom Meßgerät eingestellten Widerstand 3 und dem Widerstand 5, so ist die ganze Anordnung in Ruhe. Wird jetzt der Widerstand 3 infolge einer Änderung des lTeßtvertes durch das 3Teßgerät verstellt, so wird das eine Relais q früher ansprechen als das andere: denn der den Strom allmählich verstellende Wechselwiderstand wird infolge der ungleichen Verteilung des Stromes in dem einen Relais .I früher die für die Schaltung erforderliche Stromstärke erhalten als im anderen Relais. Der Arbeitsstromkreis der Relais ist aller nun so geschaltet, daß der Zeitunterschied zwischen den Schaltungen der beiden Relais zur Regelung benutzt wird. Es wird also in dieser Zeit der Motor 7 in Tätigkeit gesetzt. Dieser verstellt das Regelorgan 6 im erforderlichen Sinne. Die Regelung kommt dann zur Ruhe, wenn «-leder das elektrische Gleichgewicht eingetreten ist, wenn also die beiden Relais ,4 gleichzeitig an-. sprechen. Es ist jetzt die erforderliche Stelhin- des Regelorganes erreicht und der der 3Te!'lgröße eingeregelt.

  Parallel zum Weehsel-,viderstand 2 ist nur

  rin weiterer Widerstand o geschaltet, der in:

  allgemeinen von Hand betätigt wird. Diesel

  bewirkt eine Vergröl'krung der Regel-

  geschwindighe#it.

  Atls Abb. 2 ist nun der Stroinverlatif in

  Abhängigkeit von der Zeit zti ersehen. Weini

  die Widerstände 3 und 5 so stehen, dafll in

  beiden Relais .I die Stromstärke gleich ist, s()

  wird eine Zackenform --1 des Regelstromes in-

  folge der dauernden Drehung des Wechsel-

  widerstandes erreicht werden. Die beiden

  Relais q, die bei einer Regelstromstärke t an-

  sprechen, arbeiten gleichzeitig und schalten

  sich gegenseitig aus. Die Schaltzeit ist

  t° = 0 Sek. Wird nun durch das Meßgerät

  der Widerstand 3 verstellt, so tritt inf@-)l-e der

  Änderung der Regelstromstärke die Zacken-

  form h des Regelstromes auf. Die Zacken

  sind verschieden hoch, und es ergibt sich eine

  Schaltzeit t' für eines- der beiden Relais. iii

  der das Regelorgan betätigt wird. Dadurch

  wird die llel@gröl;ie dein Sollwert genä her t

  und der Widerstand 3 verstellt. Die klöliv

  der Stromzacken C wird geringer, und clie

  Schaltzeit verringert sich auf t" und t"'. his

  die Stellung erreicht ist, bei der beide Relais

  wieder den gleichen Strom erhalten liz«-.

  gleichzeitig schalten. Die Schaltzeit ist daiiii

  t° - 11 Selz., und damit ist der Sollu-ert

  «-leder eingeregelt (Zackenform _1). Te gi,0-

  ßer also die Abweichung des 1Tel'i@c-ertes v@ uni

  Sollwert ist, desto länger ist die Einschaltzeit

  des Motors, der das zu verstellende Organ

  betätigt, find desto schneller erfolgt auch die

  Einregehing des veränderten Istwertes auf

  den Sollwert.

  Der Widerstand 9 dient dazu, den Regel-

  vorgang zu beschleunigen. Da derselbe

  parallel zum Widerstand 2 geschaltet ist. be-

  wirkt ei-, daß die Gesamtstromstärke erhöht

  wird. Diese setzt sich also zusammen aus

  einer Komponente l', die dein durch den

  Widerstand c) fliel-)enden Stromteil entspricht,

  und aus einer zweiten Komponente, die sich

  in ihrer Gröle ändert entsprechend dein sich

  ändernden Widerstand 2. Es ist zu erreichen.

  daß bei größeren Abweichungen das Kegel-

  or-an 6 ohne Unterbrechung betätigt wird.

  Der Widerstand cl bewirkt, daß die Zacke

  flacher wird und daß dadurch <1er'Zeitunter-

  schied der Schaltung der Relais .1 ver-i-ölaei-t

  wird. Dies bedeutet eine längere Arbeitszeit

  des Motors 7, also eine raschere Verstellung

  des Organs 6.

  Im folgenden wird theoretisch nach _11b. ;

  die Wirkung der Danerkontaktgabe hei

  Danerregehin g (ohne Unterbrechung ) noch

  untersucht. Da sich infolge der stetigen

  Änderung des Widerstandes 3 während der

  Regelung auch der Stromwert im Meßwerk ändert, entspricht eine Kurve, wie sie _111>. 2 zeigt, nicht ganz der Wirklichkeit.
• Es wird daher in Abb. 3 jede einzelne Impulsperiode getrennt gezeichnet und dabei angenommen, daß der Widerstand 3 für jede Impulsperiode an der gleichen Stelle stehenbleibt. Es wird also der Einfluß. der Regeleinrichtung, durch die der Widerstand 3 verstellt wird, vernachlässigt. Die Kurve zeigt den Verlauf bei eingestelltem Sollwert., Kurve B bringt den Fall, bei dem das Relais schon durch Wirkung des durch Widerstand9 fließenden Stromes anspricht, so daß gewissermaßen der Wechselwiderstand z außer Wirkung gekommen ist. Bei der Gegenkurve wird überhaupt nicht der Wert erreicht, der zum Ansprechen der Relais führt.
• Eine Verstellung des Regelorganes wird daher während der ganzen Impulsperiode und auch bei weiter anschließenden dauernd stattfinden, und es tritt keinerlei Unterbrechung ein. Die Kurve C zeigt dagegen Dauerregelung nur während der Zeit, in der der Wechselwiderstand ? eingeschaltet -ist. Die Bewegung des Motors wird daher nach jeder Periode kurzzeitig unterbrochen. In den Kurven D, E und F ist nun der Fall aufgezeichnet, bei dem die zwei Relais mit immer geringer werdendem Zeitunterschied ansprechen: Dieser Zeitunterschied wird immer kleiner und wird schließlich- bei erreichtem Sollwert wieder Null betragen.
• Die Lage der Stromkurve ist von ausschlaggebender Bedeutung, und es ist klar, daß je flacher die Stromkurve verläuft, desto schneller auch die Regelung vor sich geht. Durch die Dauerkontaktgabe kann erreicht werden, daß bis an die Nähe des Sollwertes eine sehr schnelle Bewegung stattfindet, die dann kurz vor erreichtem Sollwert immer langsamer und langsamer wird, so daß das Regelo,rigan genau am Sollwert stehenbleibt und Überregelungen vermieden werden. Die 1Tassenträgheit des Regelorganes kann berücksichtigt werden durch entsprechende Einstellung des Widerstandes g. Der Motor 7 kann auch so geschaltet werden, daß er gebremst wird, wenn der Antriebsstromkreis nicht geschlossen ist. Es tritt also auf diese Weise, je näher das zu verstellende Organ dem Sollwert kommt, eine länger wirkende und daher verstärkte Bremsung auf (Bremszeit tbbl, tU2 und tbg). Selbstverständlich können auch andere Bremsen, wie z. B. Bandbremsen, vorgesehen werden, die während der Stromlosigkeit des Motors betätigt werden.
• Die Betätigung des Widerstandes 3 durch ein Meßgerät ist nur beispielsweise angegeben worden. Selbstverständlich kann die Erfindung für alle Fälle Verwendung finden, für die auch der an sich bekannte Wechselwid°rstand verwendet wird.
• Beispielsweise kommen auch hier Fälle in Frage, bei denen ein elektrischer Strom als solcher direkt eingeregelt werden soll. In diesem Fall fällt der Widerstand 3 völlig fort. Der Strom, der eingeregelt wird, wird den Relais .4 unter Zwischenschaltung des Wechselwiderstandes 2 direkt zugeleitet, und zwar so, daß das eine Relais mit dem einen Ende, das andere Relais mit dem anderen Ende des Wechselwiderstandes verbunden wird. Es ergeben sich dadurch Strotnzacl:en, deren Form in den beiden Relaiskreisen gerade entgegengesetzte Richtung haben. Wenn daher der einzuregelnde Strom größer wird, so werden auch die Stromzacken größer. Aber infolge der entgegengesetzten Richtung der Zacken ergeben sich auch hier bei Abweichung vom Sollwert verschiedene Schaltzeiten, während der der Regelmotor läuft. so daß die Arbeitsweise auch in diesem Fall die gleiche Wirkung hat wie bei der zuerst beschriebenen Ausführung. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß der ztt messende Strom durch den Wechselwiderstand beeinflußt wird und die Relais betätigt. Es kann aber auch eine Anordnung vorgesehen werden, bei der der zu messende Strom nicht im Stromkreis des Wechselwiderstandes liegt und von diesem also nicht beeinflußt wird. Der Wechselwiderstand ist in einen weiteren Stromkreis eingeschaltet, der zu je einer weiteren Spule in den Relais führt. Durch Zusammenwirken der beiden Ströme. also des einzuregelnden Stromes und des Stromes aus dem Wechselwiderstand, wird nun jedes Relais beeinflußt und dadurch die Regelung bewirkt in gleicher Weise wie oben beschrieben. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß auch Ströme höherer Spannung eingeregelt werden können und daß der Stromkreis, der den Wechselwiderstand enthält, mit geringer Spannung arbeiten kann.
• Selbstverständlich kann statt der elektrischen Ausführung auch eine pneumatische oder hydraulische vorgesehen werden, bei der das Steuerorgan pneumatisch oder hydraulisch betätigt wird. Der Einfachheit halber wurde die Begrenzung Stromzacken in Abb. und 3 geradlinig angenommen. Der Verlauf dürfte kurvenförmig sein und ist abhängig von den vorgesehenen Widerständen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Selbsttätige Einrichtung zur Rege-# lung beliebiger physikalischer oder elektrischer Größen mittels elektrischer Werte (Spannung, Strom, Leistung), bei der in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung des Meßwertes vom Sollwert die Verstellung des Regelorganes bewirkt wird und bei der ein oder mehrere Wider. stände oder als Widerstand wirkende Einrichtungen vorgesehen sind, die den elektrischen Meßwert oder gegebenenfalls auch hei einem von diesen Einrichtungen unbeeinflußten Meßwert einen zusätzlichen elektrischen, von einer an sich konstanten Spannungsquelle herrührenden Hilfsbznv. Vergleichsstrom periodisch verändern, dadurch gekennzeichnet, daß zu dieser den Meß- oder Hilfsstrom periodisch verändernden Einrichtung (2) parallel ein fester oder verstellbarer Widerstand (g) angeordnet ist, durch den die Empfindlichkeit der Regelung bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit des Regelorganes (6, 7) eingestellt oder verändert werden kann.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch F, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan bei geringer Abweichung vom Sollwert nur periodisch bewegt wird und daß in der Zeit zwischen den einzelnen Perioden eine Bremsung der Verstelleinrichtung stattfindet.