DE767636C

DE767636C - Anordnung zur elektrischen Regelung technisch physikalischer Betriebsgroessen

Info

Publication number: DE767636C
Application number: DEA86616D
Authority: DE
Inventors: Eduard Dipl-Ing Krochmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-04-28
Filing date: 1938-04-28
Publication date: 1953-02-02

Description

Anordnung zur elektrischen Regelung technisch physikalischer Betriebsgrößen Es ist bereits vorgeschlagen,, eine an sich astatische Regelung dadurch pendelungsfrei zu machen, daß man im Augenblick des Laststoßes, der zur Störung des Gleichgewichts führte und den Regler zum Eingreifen brachte, der Regelung vorübergehend einen statischen Charakter gibt.
Statischer Charakter der Regelung bedeutet dabei, daß bei Auftreten einer Störung des Regelgleichgewichts dem Betrag dieser Störung ein .bestimmter Betrag der Verstellung der Steuerung der geregelten Anordnung zugeordnet wird. Durch diese Zuordnung ist man in. der Lage, der Steuerung uriverzögert eine Stellung zu geben, die dem neuen Gleichgewichtszustand ungefähr entspricht, ohne daß man die Auswirkung der Veränderung der Steuerungsverstellung der geregelten Anordnung auf den eingeregelten Meßwert abwartet. Diese Abhängigkeit zwischen einer auftretenden Störung und der Steuerungsverstellung muß damit in gleichem Maße auf Null zurückgehen, d. h. sie muß im gleichen Maße von der Zeit in dem Maße abhängen, wie sich die Verstellung der Steuerung der geregelten Anordnung auf den Regesmeßwert auswirkt.
Abb. z zeigt ein, Prinzipschema einer derartigen Anordnung. In Abb. ä a bis a d ist der -Vorgang dargestellt, der sich bei Auftreten einer Störung ergibt, wobei angenommen ist, daß die Verstellzeit deseRegelargans vernachlässigbarklein ist gegenüber der Geschwindg ikeit, mit der sich die Verstellung der Steuerung der geregelten Anordnung auf den Meßwert auswirkt. Der Regler wird infolge richtiger Bemessung des Rückführeinflusses sofort in die dem neuen Gleichgewichtszustand entsprechende Stellung gebracht. Als Rückführeinfluß ist hierbei die Statik in ihrem ganzen zeitlichen Verlauf bezeichnet. Da nun der Rückführeinfluß praktisch nicht so genau eingestellt werden kann, erfolgt eine langsame übergeordnete astatische Korrektur.
In Abb. i bezeichnet i die geregelte Anordnung, also beispielsweise die Kraftmaschine eines Wechselstromerzeugers. 2 ist eine Einrichtung, die den Regelmeßwert erfaßt, also beispielsweise den Istwert einer li'bergabeleistung. die von dem Generator i geliefert wird und auf einen vorgeschriebenen Soll-,vert eingeregelt werden soll. 3 bezeichnet den zugehörigen Sollwertgeber, 4. ein Verstellorgan, das bei auftretenden Abweichungen des Regelmeßwerts entsprechend dem ibni zugefiihrten Differenzimpuls die Steuerung der geregelten Anordnung i beeinflußt. Mit und 6 sind Verbraucher bezeichnet, bei deren Veränderung das Regelgleichgewicht gestört wird. Hiervon ist (-) ein Verbraucher. dem die auf einen Sollwert einzuregelnde Übergabeleistung zugeführt wird.

In Abb. 2a ist in Abhängigkeit von der Zeit der Verlauf des Regelmeßwerts dargestellt, und zwar ist angenommen, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt eine vorübergehende Störung des Regelmeßwerts eintritt. Der Betrag dieser Störung ist, L'. Auf Grund dieser Störunwird nun ein Regelimpuls ausgebildet, dessen zeitlicher Verlauf in Abb. -2 b dargestellt ist und der in jedem Augenblick den Wert > = C- S hat. Darin bezeichnet S den Sollwert. Entsprechend der getroffenen Voraussetzung ändert sich die Stellung der Steuerung der geregelten Anordnung nach einer Kurve gemäß Abb. a c. Der Betrag der Steuerungsverstellung steht in direkter Beziehung zu der Generatorleistung bzw. der Übergabeleistung und ist mit dieser durch eine Gleichung von der Art -t G = f (I L") verbunden. Schließlich zeigt Abb. 2 d den Rückführeinfluß in seinem ganzen zeitlichen Verlauf. Die Statik muß dabei in dem gleichen Maße auf lull zurückgehen. wie sich die Änderung der Steuerungsverstellung der geregelten Anordnung auf den -_Xleßwert auswirkt. Der Rückführeinfluß muß also mit einer Zeitkonstanten bzw. einer Geschwindigkeit vorgenommen werden, die der Trägheit der geregelten Anordnung angepaßt ist. Ferner muß die Amplitude des Einflusses der Statik der geregeltere Anordnung angepaßt sein. Bei genau al)gestimmter Amplitude und

Form fles Rückführeinflusses ist die Pende-

lungsneigung Zollkommen beseitigt.

Es ist nun schon bekannt, bei elektrischen

Regelvorrichtungen eine Rückführung vor-

zusehen. um Pendelungen zu vermeiden.

Beispielsweise wird auf dein Spannungsrelais

ine zusätzliche Rückführungsspule angeord-

iiet, die von der Ankerspannung eines Haupt-

strominotors erregt wird. welcher, je nach-

dem ob die Spannung des Generators zu groß

oder zu klein ist. zum Rechts- oder Links-

lauf gebracht wird und einen Widerstand im

Erregerstromkreis des Generators verändert.

Man erreicht durch diese Anordnung, daß die

Rückstellkraft infolge der -Massenträgheit des

-Motors allmählich ansteigt.

Bei einer anderen bekannten Anordnung

zur elektrischen Regelung technisch-physika-

lischer Betriebsgrößen, bei der auf den Regler

liei Kontaktgabe eine Rückstellkraft einwirkt,

die nach öffnen des Kontaktes allmählich auf

Null verringert wird, sind besondere Mittel

zier Erzeugung der Rückstellkraft vorgesehen.

Die Rückstellkraft wird hier mit Hilfe elek-

trischer Kondensatoren, Drosselspulen, Dros-

selketten oder ähnlicher Elemente erzeugt.

Es sind hier zwei Relais mit je drei Kontak-

ten vorgesehen, von denen das eine bei Kon-

taktgabe des Reglers nach der einen Seite,

das andere bei Kontaktgabe des Reglers nach

der anderen Seite zum Ansprechen gebracht

wird. Die ersten Kontakte der beiden Relais

bilden in Reihe mit einem Widerstand und

einem Kondensator einen geschlossenen Strom-

kreis. während die zweiten und dritten Kon-

takte je so mit dem Widerstand und Konden-

sator und mit der Gleichspannungsquelle ver-

bunden sind. daß bei Ansprechen des einen

Relais der Kondensator in dem einen Sinne,

bei Ansprechen des anderen Relais in dem

anderen Sinne aufgeladen wird. Diese Anord-

nung ist im ganzen so ausgebildet, daß der

Steuerimpuls direkt oder unter Zwischen-

schaltung eines Relais bzw. eines Verstärkers

auf ein elektrisches Speicherglied, nämlich

den Kondensator geleitet und zur Herstellung

des Rückführeinflusses verwendet wird. Aller-

dings ist der Apparateaufwand der beschrie-

benen Einrichtung sehr groß. Man könnte

daher daran denken. die Anordnung so aus-

zubilden, daß der Rückführeinfluß nicht von

dem Weg abhängig gemacht wird, um den

das Steuerorgan etwa durch einen Motor oder

einen hydraulischen Servomotor verstellt

wird, sondern so, daß man den Rückführ-

einflul:'# durch einen kleinen Hilfsmotor vor-

nehmen läßt, dessen Geschwindigkeit propor-

tional der Geschwindigkeit des Verstellmotors

ist. Der gewünschte zeitliche Verlauf wird

dadurch erzielt, dar man die Statik unter der

Einwirkung einer Feder und einer Wirbel-

strombremse rückführt. Durch Einstellung der Wirbelstrombremse kann die Zeitkonstante der Anordnung verändert werden.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anordnung zur elektrischen Regelung technischphysikalischer Betriebsgrößen, bei der der Steuerimpuls direkt oder unter Zwischenschaltung eines Relais bzw. eines Verstärkers auf ein elektrisches Speicherglied, vorzugsweise einen Kondensator geleitet und zur Herstellung des Rückführeinflusses verwendet wird. Gemäß der Erfindung werden Amplitude und Zeitkonstante des Rückführeinflusses durch getrennte Potentiometer bzw. Verstellwiderstände' eingestellt. Durch diese Maßnahme wird eine weitgehende Anpassungsmöglichkeit der Regelung an die jeweils vorliegenden Betriebsverhältnisse erzielt. Es kann im Bedarfsfall nur die Amplitude des Rückführeinflusses geändert, also z. B. verstärkt werden, und es kann in einem anderen Fall die Zeitkonstante verändert werden, so daß die Rückführung schneller oder langsamer erfolgt. Vorausgesetzt ist dabei, daß zwischen dem elektrischen Impuls und der Verstellgeschwindigkeit der Steuerung der geregelten Anordnung Proportionalität besteht; durch die Schaltung wird erreicht, daß der Rückführeinfluß proportional der Aufladung des Speichers ist.' Wie l@ereits oben ausgeführt, muß dieser Rückführeinfluß stetig auf Null korrigiert werden (Abb. a d), und die Geschwindigkeit der Korrektur muß einstellbar sein. Mit der erfindungsgemäßen: Anordnung läßt sich aber diese Einstellung ohne weiteres -erreichen.
In Abb. 3 und .4 sind zwei Ausführungsbeispiele für eine derartige Schaltung angegeben. Bei der Anordnung nach Abb, 3 handelt es sich um eine Schützensteuerung. Das Schema der Anordnung entspricht dem nach Abb. i, d. h. mit i ist wieder die geregelte Anordnung, mit a der Istwertgeber, mit 3 der Sollwertgeber bezeichnet. Außerdem ist ein Regulierrelais RR vorhanden, das die Schütze H und T zur Beeinflussung des Verste41-motors VM einschaltet. Die Kontakte dieser Schütze sind mit kleinen Buchstaben bezeichnet. Die Schaltung enthält ferner als Speicher einen Kondensator C sowie verschiedene Widerstände, deren Zweck bei der Beschrei-1>ung der Wirkungsweise angegeben wird." Tritt eine Abweichung zwischen Ist- und Sollwert ein, so, erhält das Regulierrelais RR infolge dieser Störung des Gleichgewichts einen Impulsstrom i,,. Unter der Wirkung ;, dieses Stroms spricht - das Relais an und schließt je nach-dessen Richtung seinen oberen oder unteren Kontakt dl bzw. d2 und schaltet damit eines der beiden Schütze H bzw. T ein. Über die Kontakte h1 b@zw. t1 wird der Verstellmotor VM im Sinne einer Aus.regelung der Abweichung an Spannung gelegt. Gleichzeitig wird aber ein weiterer Kontakt h2 bzw. t2 geschlossen. Je nachdem, welcher dieser beiden Kontakte geschlossen wurde, d. h. je nach dem Sinne der Regelung fließt ein Kondensatorladestrom, der verschiedene Richtung haben kann und mit il bzw. i2 bezeichnet ist. Der Kondensator C wird somit aufgeladen, und die Spannung an den Kondensatorklemmen wird der Wicklung w des Regulierrelais RR zugeführt. Nachdem der Kondensator eine bestimmte Elektrizitätsmenge gespeichert und dementsprechend eine bestimmte Spannung angenommen: hat, kompensieren sich die Wirkungen der beiden Ströme i, und i,., und zwar auch ohne daß iA bereits durch die Verstellung der geregelten Anordnung beeinflußt wurde. Es wurde nämlich schon oben die Voraussetzung gemacht, daß die Verstellgeschwindigkeit der Regelung groß ist gegenüber der Geschwindigkeit, mit der sich eine Verstellung der Steuerung der geregelten. Anordnung auf den Rege1-meßwert auswirkt. Aus diesem' Grunde ist es zulässig, die Entladung des Kondensators über den. Widerstand RT zu vernachlässigen. Die Kondensatorspannüng ist also der Verstellung der Steuerung durch den Motor VM proportional. Der Gleichgewichts=störung i,, wurde somit eine bestimmte Verstellung der geregelten Anordnung zugeordnet, was einer vorübergehenden Statik entspricht. Die. Größe der Statik kann durch Einstellung der Schleifkontakte auf dem Potentiometer P auf den erforderlichen Wert gebracht werden.
Da die Statik in der eingangs beschriebenen Weise von der Zeit abhängig sein muß (Abb. 2d), wird der Kondensator durch den Widerstand RT entladen. Die Zeitkonstante, d. h. das Produkt RT ' C, muß also der Zeitkonstanten der geregelten Anordnung entsprechen. Wenn also die Amplitude des: Rückführeinflusses durch das Potentiometer P eingestellt wurde, so, wird die Zeitkonstante des Rückführeeinflusses durch den Widerstand RT eingestellt.
Eine entsprechende Anordnung für eine kontinuierliche Regelung ist in. Abb. q, dargestellt. Die Anordnung entspricht in ihrem Aufbau vollständig derjenigen nach Abb.3, nur werden die Ströme über geeignete Schaltungen, beispielsweise Verstärker V, und T12, geleitet und unmittelbar zur Beeinflussung des Verstellmotors VM verwendet. Der Ladestrom des Kondensators C, der mit i,,' bezeichnet ist, wird von dem Gleichstromverstärker hl abgenommen. Die Vorgänge in bezug auf Auf- und Entladung des Kondensators C sind die gleichen wie bei der Anordnung nach Abb. 3. Der Rückführeinfluß wird auch hier durch einen Strom i,. nachgebildet und dem Verstärker VI zugeführt, so daß die Korrektur des Regelimpulses i., bereits in diesem Verstärker stattfindet.
Die Anordnung hat, abgesehen davon, daß die Mittel für die Stabilisierung vereinfacht sind. noch den Vorteil, daß auch Schnellregelungen einwandfrei stabilisiert werden können, selbst wenn das mit den bisher zur Verfügung stehenden Mitteln nicht möglich ist. Bei hohen Verstellgeschw indigkeiten ist es nämlich notwendig, daß der Rückführimpuls ohne nennenswerte Laufzeit direkt nach Impulserregung des Verstellmotors zur vollen Wirkung kommt. Dies ist aber bei den angegebenen Schaltungen, die ohne mechanische Organe arbeiten, möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur elektrischen Regelung technisch physikalischer Betriebsgrößen, bei der der Steuerimpuls direkt oder unter Zwischenschaltung eines Relais bzw. eines Verstärkers auf ein elektrisches Speicherglied, vorzugsweise einen Kondensator, geleitet und zur Herstellung des Rückführeinflusses verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Amplitude und Zeitkonstante des Rückführeinflusses durch getrennte Potentiometer bzw. Verstellwiderstände eingestellt werden.
2. Anordnung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Potentiometer (P), an das über Schleifkontakte die eine Spule des Vergleichsrelais und der Speicherkondensator angeschlossen sind.
3. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkontakte des Potentiometers (P) zwecks Veränderung der Statik verstellbar sind. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Rückführeinflusses durch den parallel zum Kondensator geschalteten Widerstand (RT) einstellbar ist. ;. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Vergleich und dem Rückführeinfluß herrührenden Ströme gegebenenfalls über Verstärker dem Verstellmotor zugeführt werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vorn Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften N r. 29o 663, 621 235; Archiv für Elektrotechnik, 1935, S. 595 Zr.=3ltg. W. Stäblein, »Die Technik der Fernwirkanlagen«, 1939, S. 112.