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Regler, insbesondere mittelbar wirkender Regler Bei allen Reglern,
insbesondere bei den mittelbar wirkenden Reglern, spielt die Stabilität eine hervorragende
Rolle. Je kleiner die Stabilität ist, um so mehr neigt der Regler bekanntlich zum
überregeln und damit zum Pendeln. Es sind nun zahlreiche Vorschläge gemacht und
auch praktisch verwirklicht worden, die alle darauf .abzielen, die Regelung genügend
stabil zu machen. Das am weitesten verbreitete Mittel ist die Rückführung, und zwar
die Stellungsrückführung, durch die bekanntlich erreicht wird, daß jedem Ausschlag
des Kraftschalters gesetzmäßig eine bestimmte Stellung des Stellmotors zugeordnet
ist. Dadurch wird zwar die Regelung stabil. Jedoch zeigt sich der Nachteil der sogenannten
Ungleichförmigkeit.
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Es wurde aus diesem Grunde unter anderem vorgeschlagen, die Stellungsrückführung
durch eine Geschwindigkeitsrückführung zu ersetzen, bei welcher .der auf den Kraftschalter
wirkende Rückführ- oder Stabilisierungssteuerwert sich in Abhängigkeit von der Stellmotorgeschwindigkeit
ändert. Hier wirkt also der Stabilisierungswert auf denKraftschalter imSinneeiner
unerwünschten Leistungsverminderung.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Stabilisierung mit
einem von der Beschleunigung des Verstellmotors abhängigen Steuerwert mindestens
ebenso stark stabilisierend und schwingungsdämpfend wirkt, wie eine Stellungs-oder
Geschwindigkeitsrückführung, ohne daß weder der Nachteil der Ungleichförmigkeit
noch jener der verminderten Regelgeschwindigkeit in Kauf genommen werden muß; denn
bei der Stabilisierung mit Hilfe eines Beschleunigungssteuerwertes
bleibt
,die Regelgeschwindigkeit unbeeinträchtigt. Sie wird also nicht herabgesetzt. Der
Stabilisierungssteuerwert bremst nur Geschwindigkeitsänderungen, d. h. Beschleunigungen"d.
h. jene Beschleunigungen besonders wirksam, die erfahrungsgemäß durch Überregelungsschwingungen
verursacht werden. -DerErfindunggernäß: soll, al@o:derReglermnt einer Einrichtung
zur Erzeugung eines von .den Regelgeschwindigkeitsänderungen oder, sofern ein Stellmotor
vorhanden ist, von den Motorbeschleunigungen abhängigen Stabilisierungs- oder Dämpfungssteuerwertes
versehen werden, der im Sinne einer Bes@chleunig!ungsb@remmse aufgeschaltet wird.
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Dubei isst es grumdsäbzml'ich g@eichgülitig, ob, es sich um einen
unmittelbar wirkenden Regler oder einen mittelbar wirkenden Regler mit von einem
Meßwert gesteuertem Kraftschalter und einem Stellmotor handelt. Im Falle eines mittelbar
wirkenden Reglers wird es sich empfehlen, mit dem Stabilisierungssteuerwert den
Kraftschalter im entgegengesetzten Sinne zum Meßwert zu beaufschlagen, während ein
unmittelbar wirkender Regler gemäß der Erfindung mit einer Beschleunigungsbremse
ausgerüstet werden könnte, welche an dem nach Maßgabe des Meßwertes zu verstellenden
Regelorgan anzuordnen wäre. ,Eber auch im Falle eines mittelbar wirkenden Reglers
wäre es grundsätzlich möglich, mit einer derartigen Beschleunigungsbremse zu arbeiten.
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch einige Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Abb. i das Schaltschema für einen elektrischen
Regler mit der Stabilisierung gemäß der Erfindung, Abb. z eine besondere Vorrichtung
zur Messung der Stellmotorbeschleunigung, Abb. 3 einen Schnitt gemäß III-III der
Abb. a und Abb. q. eine direkt auf .die Stellmotorwelle aufzubringende Beschleunigungswirbelstrombremse
und Abb. 5 und 5 a einen mechanischen Regler mit einem Strahlrohrkraftschalter nach
dem Grundgedanken gemäß der Erfindung.
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In dem Beispiel nach Abb. i wird der Meßwert in Form einer Wechselspannung
bei i in den Regler eingeführt. Diese Wechselspannung wird in einem Verstärker .2
verstärkt, um einem elektrischen Stellmotor 3 zugeführt zu werden, .der mit dem
nach Maßgabe des bei i eingeführten Meßwertes zu verstellenden (nicht dargestellten)
Regelorgan gekuppelt ist. Die Drehzahl des Verstellmotors 3 ist in erster Annäherung
verhältnisgleich,dem Meßwert, d. h. also der bei i eingeführten Wechselspannung.
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Insoweit stimmt der Regler im wesentlichen mit den bekannten elektrischen
Reglern überein. Die Erfindung besteht nun darin, daß zur Stabilisierung nach Maßgabe
der Stellmotorbeschleunigung der Motor 3 mit einer Tachometermaschine q. gekuppelt
wird, deren Erregerwicklung 5 nach A ibb. i -an einer Gleichspannung liegt, die
eine mit der Drehzahl verhältnisgleiche Gleichspannung erzeugt, die an den Klemmen
6 und 7 abgenommen wird, und daß die Spannungsänderungen, die proportional der Verstellmotorbeschleuniguing
sind, .dazu benutzt werden, in einem Kondensator 8 kapazitive Verschiebungsströme
zu erzeugen, die ihrerseits ein Maß für die Verstellmotorbeschleunigung darstellen.
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Der so gewonnene elektrische Beschleunigungssteuerwert ist nun' in
Gegenkopplung in den Verstärker einzuführen.
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Dazu ist zuvor die Umwandlung des Meßwertes in eine Wechselspannung
notwendig, weil der bei i eingeführte Meßwert eine Wechselspannung ist und demgemäß
auch ein Wechselstromverstärker verwendet wird.
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Nach der in Abb. i veranschaulichten Schalturig kann diese Umwandlung
mit Hilfe einer unter der Bezeichnung Ringmodulator bekannten Modulationseinrichtung
R erfolgen.
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Durch Abstimmung des Kondensators 8 und eines Potentiometers 9 kann
die in den Verstärker einzuführende Stabilisierungs- oder Dämpfungsspannung eingestellt
werden, und zwar nach Maßgabe der gewünschten Empfindlichkeit. Durch eine solche
Abstimmung kann die Steilheit der Regelcharakteristik (Empfindlichkeit) auf ein
Mehrfaches gesteigert werden, ohne daß Überregelungen und Pendlungen zu befürchten
sind.
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Gelegentlich kann es erwünscht sein, die Gleichstromtachometermaschine
3 .durch eine solche zu ersetzen; die eine Wechselspannung liefert. Alsdann ist
der Ringmodulator entbehrlich, und .die Schaltung kann also wesentlich vereinfacht
werden. Außerdem entfallen jene Schwierigkeiten, die darin begründ& sind', daß,
eine Gleiohsttaeh!orn:etermaschine eine pulsierende Gleichspannung liefert, deren
Oberwelligkeit, vornehmlich bei kleinen Drehzahlen, Schwingungen verursacht, die
dazu angetan sind, die Regelschwingungen zu verstärken, anstatt sie zu dämpfen.
Diese Gefahr besteht bei Verwendung einer Wechselspannung liefernden Tachometermaschine
deshalb nicht, weil ohne Schwierigkeit die Frequenz der Wechselspannung weit oberhalb
derjenigen Frequenzen gewählt werden kann, auf welche das Regelsystem noch an= zusprechen
in der Lage ist.
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Schließlich muß eine Gleichstromtachometermaschine eine Mindestdrehzahl
einhalten, um eine im Verhältnis zu .den Pulsationsoberwellen genügend große Grundgleichspannung
zu erzeugen. Diese Drehzahl liegt so hoch, daß die vom Verstellmotor aufzubringende
zusätzliche Beschleunigung des Dynamoläufers eine Belastung bedeutet, die beträchtlich
im Verhältnis zu der geringen Leistungsabgabe ausfällt, für welche in den meisten
Fällen der Verstellmotor ausgelegt ist.
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Aus diesem Grunde wind es, tundIch sein, eimne Tachometermaschine
zu verwenden, die Wechselspannung liefert. Der Erfindung gemäß kann man nun noch
einen Schritt weitergehen und den sonst ortsfest anzuordnenden Teil der Tachometermaschine,
.d. h. also den Ständer, kräftefrei drehbar
lagern, derart, daß
er bei Geschwindigkeitsänderungen des Läufers infolge seiner Massenträgheit eine
Drehung relativ zum Läufer erfährt und eine diesen Geschwindigkeitsänderungen unmittelbar
verhältnisgleiche Spannung erzeugt.
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Ein Beispiel hierfür zeigt Abb.2. Bei dieser handelt es sich um eine
vielpolige Ferraris-Tachometermaschine, deren trommelförmiger Läufer io unmittelbar
auf die Welle I I -des Verstellmotors aufgesetzt ist, während der Ständer 12 kräftefrei
an der Stellmotorwelle gelagert ist. Diese Tachometermaschine hat zwei Polkränze
i2a und i2b mit je einer Wicklung. Die Pole der beiden Kränze sind gegeneinander
versetzt (vgl. Abb. 3). Die eine der Wicklungen (im Beispiel die Wicklung des Polkranzes
i2a) ist mit Hilfe von Schleifringen und Leitungen 13, 14 an eine Erregerwechselspannung
angelegt. Die zweite Wicklung ist an zwei weitere Schleifringe angeschlossen, von
,denen die erzeugte Wechselspannung mit Hilfe von Leitungen 15 und 16 abgenommen
wird. Die Wicklung ist bei beiden Polkränzen so geführt, .daß beim Übergang von
einem Pol zum nächsten der Wicklungssinn sich umkehrt, so daß -ungleichm,ä8ige Pule
mitein#-arider abwechseln und die beiden Wicklungen um 9o e1. Grade glegenenniander,
versetzt sind.
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Ed.ne,solche vielpolige Ferrariis-Maschine hat eine starke Eigendämpfung,
so .daß der kräftefrei gelagerte Ständer i2 von dem Stellmotor ohne Schlupf mitgenommen
wird, solange die Geschwindigkeit sich nicht ändert. Bei einer solchen Mitnahme
ist die Relativbewegung und damit die Relativgeschwindigkeit zwischen der Läufertrommel
io und dem Ständer 12 Null, so daß auch zwischen den Leitungen 15 und 16 keine Spannung
herrscht. Sobald sich aber die Geschwindigkeit ändert, d. h. also, sobald eine Beschleunigung
auftritt, bleibt der Ständer 12 hinter der Trommel io zurück und erreicht erst mit
Abklingen der Beschleunigung wieder den vorher vorhanden gewesenen Gleichlauf. Die
bei der Relativbewegung zwischen Läufer und Ständer erzeugte Spannung zwischen 15
und 16 ist proportional der Geschwindigkeit des Läufers gegenüber dem Ständer und
infolgedessen proportional ,der Beschleunigung des Stellmotors 3.
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Die beiden Leitungen 15 und 16 sind identisch mit den beiden an die
Klemmen 6 und 7 angeschlossenen Leitungen nach Abb. i und können unmittelbar"d.
h. ohne Zwischenschaltung einest Rimgmodulators R und eines Kondensators 8, in den
Verstärker eingeführt werden.
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Die Zeitkonstante des Stabilisierungssteuerwertes kann im Falle einer
Ferraris-Tachometermaschine nach Abb.2 durch Zusatzmassen verändert werden, die
am Ständer 12 anzubringen sind.
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Es liegt klar auf der Hand, daß der Wert einer derartigen Beschleunigungsmeßvorrichtung
weder an einen Regler nach Abb. i noch an einen Regler überhaupt gebunden ist; .denn
selbstverständlich kann die Einrichtung nach Abb. 2 auch als Winkelbeschleunigungsmeßvorrichtung
schlechthin verwendet werden. Sie hat auch als solche den Vorzug, daß sie in ihrem
Aufbau verhältnismäßig einfach ist und die von ihr gelieferte Wechselispannung unmittelbar
ein Maß für .die zu messende Winkelbeschieunigung darstellt.
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Dies gilt übrigens; nicht nur für dien Sonderfall einer vielpoligen
Ferraris-Tachometermaschine, wie sie Abb.2 veranschaulicht, sondern auch für jede
Gleichstromtachometermaschine, deren Ständer kräftefrei gelagert ist, so daß die
abgegebene Gleichspannung unmittelbar der zu messenden Beschleunigung folgt.
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Eine Beschleunigungsmeßvorrichtung nachAbb.2 kann nun nach der Erfindung
noch dahingehend umgewandelt werden, daß die von ihr gemessene Beschleunigung nicht
in den Kraftschalter in Gegenkopplung zum Meßwert eingeführt, sondern eine dieser
Beschleunigung verhältnisgleiche Bremsung unmittelbar auf den Stellmotor aus,-eübt
wird. Es kann also mit anderen Worten die Beschleunigungsmeßvorrichtung in eine
Beschleunigungsbremse umgestaltet werden. Als solche kann die bekannte Wirbelstrombremse
dienen.
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Bei dieser muß aber in Abweichung von der üblichen Anordnung und Verwendung
der sonst feststehende Teil der Bremse kräftefrei drehbar gelagert werden, damit
WIrbe#Iström# eIström#e nur bei einer Relativdrehung zwischen den beiden Teilen
der Bremse auftreten und sich als Funktion der Relativgeschwindigkeit zwischen den
beiden Bremsteilen und damit als Funktion der zu bremsenden Beschleunigung ändern.
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Hierzu veranschaulicht Abb.4 eine Beschleunigungsbremse einfachster
Art, die aus einem Ferraris-Wirbelstromanker io' und einem kräftefrei an der Stel!lmotoirwelle
gelagerten; Permanentmagnetsystem 12' besteht. Bei einer Beschleunigung des Stellmotors
wird der Anker io' im Magnetfeld des Systems 12' abgebremst, so lange, bis dieses
die gleiche Drehzahl wie der Anker angenommen hat. Sobald also die Geschwindigkeit
sich nicht ändert, tritt keine Bremsung auf. Es gilt also auch hier der für die
Erfindung wesentliche grundsätzliche Vorteil, der darin besteht, daß .die beabsichtigte
Stabilisierung oder Dämpfung ges Regelvorganges gewährleistet ist, ohne auf Regelgeschwindigkeit
zu verzichten, d. h. Leistungsverminderung in . Kauf nehmen zu müssen.
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Wie schon eingangs hervorgehoben, ist eine Beschleunigungsbremse,
wie sie Abb. 4 ,darstellt, auch dann mit Vorteil anzuwenden, wenn im Falle eines
unmittelbar wirkenden Reglers ein Stellmotor fehlt. In einem solchen Falle wäre
die Wirbelstrombremse an .dem nach Maßgabe des Meßwertes zu verstellenden Regelorgan
anzubringen, um dessen Beschleunigung insbesondere dann zu dämpfen, wenn diese große
Überregelungsschwingungen verursachende Werte annehmen.
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Ebenso könnte die Beschleunigungsbremse gemäß der Erfindung auch für
pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Regler benutzt werden. Denn es ist offensichtlich
gleichgültig, ob der Stellmotor gemäß Abb.4 ein elektrischer Motor oder ein
pneumatisch
oder hydraulisch arbeitender Motor ist. Überhaupt ist in diesem Zusammenhang darauf
hinzuweisen, daß die Beeinflussung des Kraftschalters eines mittelbar wirkenden
Reglers auch in Abhängigkeit von .der Stellmotorbeschleunigung nicht unibedingt
einen, ausgesprolchen ed@ekbrischen Regler zur Voraussetzung hat. Vielmehr kann
der Grundgedanke der Erfindung auch in Verbindung mit einem mechanischen Regler
verwirklicht werden. Hierzu das Beispiel nach Abb. 5.
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Diese zeigt einen bekannten Strahlrohrkraftschalter, dessen Strahlrohr
17 von einem Meßwert M verschwenkt wird und in zwei Steuerdruckleitungen i8 und
ig einen Druckunterschied erzeugt, mit dem ein Umlaufmotor 2ö in Umdrehung versetzt
wird. Dieser Motor ist mit einer Tachometermaschine 4 (vgl. Abb. i) gekuppelt. Die
von den beiden Klemmen 6 und 7 kommenden Leitungen führen über einen Kondensator
8 zu einer Tauchspule 21, an der sich eine Feder 22 an einem Ende abstützt, während
das andere Ende am Strahlrohr 17 in entgegengesetztem Sinne wie der Meßwert M einwirkt.
Die Arbeitsweise ist hinsichtlich der Beschleunigungsstabilisierung, wie ohne weiteres
zu erkennen ist, genau die gleiche wie bei dem elektrischen Regler nach Abb. i.
Die Fexkr 22 wird um. so mehr gespannt und damit ,die Dämpfung um so größer, je
größer die Beschleunigung des Stellmotors 2o ist, ohne daß .durch .diese Dämpfung
die Geschwindigkeit gebremst wird.