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Nachgiebige Rückführung mit Rückführmotor Die nachgiebige Rückführung
wird bei Reglern zur Erzielung günstiger Stabilitätsverhältnisse sehr viel verwendet.
Bei den üblichen mechanischen Rückführanordnungen wird mit Öl- oder Luftbremsen
gearbeitet. Da solche Bremsen gewisse Mängel aufweisen, Verharzung des Öls, Klemmen
des Bremskolbens in, Zylinder u. dgl., sind auch schon rein elektrische Rückführanordnungen
angegeben worden. Nach einem Vorschlag wird z. B. bei Reglern mit Verstellmotor
bei einer Verstellung des Reglers eine Spannung wirksam, die auf das Meßwerk im
Sinne einer vorzeitigen Unterbrechung des Regelvorgangs einwirkt. Durch einen besonderen
Hilfsmotor, der mit einer dieser Spannung verhältnisgleichen Geschwindigkeit läuft,
wird diese Spannung über ein Potentiometersystem so verstellt, daß sie allmählich
verschwindet, und damit das Meßwerk wieder allein durch die Regelgröße beeinflußt
ist. Da die Nachstellung je nach den im Regelsystem wirksamen Zeitverzögerungen
schneller oder langsamer erfolgen soll und außerdem als Hilfsmotoren nur schnell
laufende Maschinen in Frage kommen, müssen zwischen Hilfsmotor und zugehörigem Verstellglied
Getriebe vorgesehen werden, bei denen die Übersetzung, z. B. bei Zahnradgetrieben
durch auswechselbare Zahnradsätze, verändert werden kann.
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Um nun die Verwendung von Getrieben zu vermeiden und damit die Rückführung
wesentlich einfacher zu gestalten, soll für die nachgiebige Rückführung erfindungsgemäß
das Meßwerk durch eine vom Regler verstellte Spannung über einen einfachen, konstant
erregten, leer laufenden Gleichstrommotor als Rückführmotor im Sinne einer vorzeitigen
Unterbrechung des Reglereingriffs beeinflußt werden.
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Durch den Regler muß auch hier direkt oderindirekt über Zwischenglieder
eine Hilfsspannung verstellt werden, die auf das Meßwerk durch eine Hilfswicklung
im Sinne einer vorzeitigen Unterbrechung des Regeleingriffs einwirkt. In Reihe mit
der Hilfswicklung liegt
der Rückführmotor. Die Wirkungsweise der
Anordnung ist folgende: Im stationären Betrieb, wenn sich nicht gerade ein
Regelvorgang abspielt, läuft der Motor mit einer der durch den Regler eingestellten
Hilfsspannung etwa proportionalen Drehzahl und nimmt dabei einen geringen Strom,
seinen Leerlaufstrom, auf, der auch die Hilfswicklung des Meßwerks durchfließt.
Arbeitet nun der Regler bei einer Abweichung der Regelgröße, d. h. der zu regelnden
Größe, vom Sollwert und verstellt damit auch die Hilfsspannung, so muß der Rückführmotor
beschleunigt oder verzögert werden. Entsprechend nimmt er also vorübergehend einen
größeren oder kleineren Strom auf, der auf das Meßwerk im Sinne einer vorzeitigen
Unterbrechung des Regelvorgangs einwirkt. Verstellt z. B. der Regler ruckartig die
Hilfsspannung und wird diese dann festgehalten, so nimmt der Motor ruckartig einen
entsprechenden Zusatzstrom auf, der aber dann exponentiell mit seiner Anlaufzeitkonstanten
wieder verschwindet. Das Meßwerk wird also durch die Stellung des Reglers beeinflußt
(rückgeführt), aber nur vorübergehend, es liegt also eine nachgiebige Rückführung
vor, der Regler arbeitet vorübergehend statisch.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel. Ein Wälzregler besitzt
ein astatisches elektromagnetisches Meßwerk mit zwei Erregerwicklungen i und 2.
Die Wicklung i wird von der zu regelnden Größe mit einem dieser Größe verhältnisgleichen
Gleichstrom gespeist, sie bildet die eigentliche Meßwicklung. Wicklung 2 ist eine
Hilfswicklung. Vom Meßwerk werden zwei Wälzsegmente 3 und 4 beeinflußt. Durch das
Wälzsegmen t 3 wird ein Widerstand 12 und damit über die Regelstrecke die Regelgröße
selbst verstellt. Das Wälzsegment 4 mit der zugehörigen Kontaktbahn 5 und dem angeschlossenen
Widerstand 6 ist als Potentiometer geschaltet und liefert die Hilfsspannung für
die Rückführung. Der Widerstand 6 liegt an der Gleichspannung 7. Zwischen dem Wälzsegment
4 und dem einen Pol der Gleichspannung liegt der Anker des konstant erregten Rückführmotors
8 in Reihe mit der Hilfswicklung 2. Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende.
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Bei z. B. zu kleinem Wert der Regelgröße bewegt sich das Meßwerk mit
den Wälzsegmenten nach unten. Damit wird durch den von Segment 3 gesteuerten Widerstand
12 über die Regelstärke korrigierend auf die Regelgröße eingewirkt. Diese Einwirkung
macht sich aber im allgemeinen wegen.der in der Regelstrecke wirksamen Trägheiten
erst mit einer gewissen Verzögerung bemerkbar, was erfahrungsgemäß zu instabilem
Arbeiten, Pendeln der Regelung führen kann. Um diese Pendelgefahr zu vermeiden,
ist nun noch die Rückführung angeordnet. Gleichzeitig mit dem Regelwiderstand 12
wird auch das Segment 4 verstellt und damit erhält der Rückführmotor eine andere
Spannung als seiner augenblicklichen Drehzahl entspricht, nimmt also einen Ausgleichsstrom
auf, der über die Wicklung 2 des Meßwerks dieses rückführend beeinflußt, d. h. daß
dieses eine Gleichgewichtslage erreicht, bevor noch die Regelgröße ihren Sollwert
erreicht hat. Da aber der Motor entsprechend seiner Stromaufnahme beschleunigt bzw.
verzögert wird, verschwindet der Ausgleichsstrom allmählich und so wird schließlich
nach Beendigung des Regelvorgangs das Meßwerk bei Vernachlässigung des kleinen Leerlaufstroms
des Motors allein durch die Regelgröße über die Wicklung j beeinflußt, und die Regelgröße
muß wieder ihren Sollwert annehmen.
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Um die nachgiebige Rückführung an die im Regelkreis wirksamen Verzögerungen
angleichen zu können, sind noch die Regelwiderstände 9 und io vorhanden. Durch den
Widerstand 9 kann die Anlaufzeitkonstante, die im vorliegenden Fall der Rückführzeitkonstanten
entspricht, verändert werden. Durch den Widerstand io wird die Größe des durch die
Wicklung 2 fließenden Stroms und damit die vorübergehende Statik eingestellt.
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Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, die Anlaufzeitkonstante
des Rückführmotors durch besondere Schwungmassen ii auf einen gewünschten Wert einzustellen.
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Da der Leerlaufstrom eines konstant erregten Gleichstrommotors im
allgemeinen mit steigender Spannung und damit steigender Drehzahl etwas ansteigt,
wird der Strom in Wicklung 2 auch im stationären Betrieb etwas abhängig von der
Spannung am Motor und damit von der Reglerstellung. Der Regler wird also bei der
bisher beschriebenen Ausführung der Rückführung eine kleine Reststatik aufweisen.
Bei besonders hohen Ansprüchen an die Genauigkeit kann aber die Wirkung der Änderung
des Leerlaufstroms, die ungefähr proportional der Motorspannung angenommen werden
kann, durch eine weitere Zusatzwicklung auf dem Meßwerk beseitigt werden. Die Wicklung
wird im entgegengesetzten Sinn wie die Wicklung 2 von einem der Hilfsspannung, an
der auch der Motor liegt, proportionalen Strom durchflossen und kompensiert so die
Änderung des Leerlaufstroms. Auf diese Weise kann vollkommen astatischer Betrieb
erreicht werden oder, wenn gewünscht, auch ein gewisser Anstieg der Regelgröße mit
steigender Belastung.