DE906125C - Elektrisches Regel- und Steuergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Regel- und Steuergerät mit Fühler, Fithiergeber, Einstellgeber, Meßwerk und) Regelorgan. Es sind¹ elektrische Regel- und Steuergeräte dieser Art bekannt, die durch Temperatur oder andere physikalische Größen beeinflußbare elektrische Widerstände oder auch Einfachr oder Doppeldrosseln als Fühler- bzw. ESnstellgaber enthalten. Zur Verbesserung· der Regeleigenschaften dieser Regler sind auch bereits Rückführungen, und zwar vorwiegend thermischer Bauart benutzt worden. Weiterhin ist es bekannt, Kontaktwattmeter als Regelmeßwerk zu Verwendern

Die Rückführung hat die Aufgabe, den Regelvorgang zu stabilisieren. Diese Stabilisierung wird durch die vorliegende Erfindung wesentlich verbessert, indem die Trägheit des Rückführsystems weitgehend¹ unwirksam gemacht wird.

!Instabilität beim Regeln entsteht durch die stets vorhandene Reaktionsverzögerung des regulierten Objekts. Sie hat zur Folge, daß jedes Regelkommando um diese Verzögerungszeit zu spät kommt und demzufolge eine Überregulierung stattfindet. Die Rückführung soll dem Regler einen Istwert vortäuschen, der dem wirklichen Istwert gerade um die Reaktionsverzögerung ,voreilt, so daß der Regler rechtzeitig eingreift und eine Überregulierung verhindert.

Die Rückführgröße muß sich nach Maßgabe des nach dem Stillsetzen des Regelorgans infolge der Verzögerung der Anlage stattfindenden Ausgleiichsvor-

ganges des Istwertes auf den Sollwert zurückbilden.

Diese Rückbildungsgeschwindiigkeit ist demnach der Ausgleichsgeschwindigkeit der Anlage zugeordnet.

Die Anfangsgeschwindigkeit der Ausbildung der Rückführgröße unterliegt jedoch noch einer anderen Bedingung, indem sie mitbestimmend ist für die Länge des kürzest möglichen Regelimpulses. Die Unempfindlichkeitszone des Reglers soll möglichst klein sein. Das bedeutet aber, daß die Auswirkung

ίο des kürzesten Regelimpulses kleiner sein muß als diese Zone, da sonst der Regler dauernd pendeln würde. Je kürzer der kürzeste Regelimpuls ist, um so größer kann die Verstellgeschwindigkeit des Regeiongans und damit die Regelgeschwindägkeit sein.

Es muß demnach nach Mitteln gesucht werden, den Regelimpuls möglichst kurz zu 'halten. Hierfür ist Bedingung, daß die thermische Rückführung möglichst rasch anspricht, d.h. eine meßbare Verstellung des Reglers erzeugt. D(ie !Kontaktdauer, d. h. die Diauer des 'Riegelimpulses hängt demnach nur von der Ansprechzeit der Rückführung ab. Dieselbe kann erheblich verkürzt werden, wenn die Heizleistung der thermischen Rückführung erhöht wird. Um dies zu ermöglichen, ohne daß die Erwärmung zu groß wird und die Rückführgröße einen unnötig höhen Wert erreicht, speist man die Heizwicklung anstatt mit der vollen Länge der Regelimpulse nur während eines Bruchteils dieser Zeit, beispielsweise V₃ eingeschaltet, ²/₃ ausgeschaltet, so daß die Heizleistung bei gleicher Erwärmung und Rückführgröße etwa dreimal größer gewählt werden kann.

Bei einem Regler mit sehr kleiner Unempfindlichkeitszone genügt jedoch, diese Maßnahme allein noch nicht. Die Heizung der thermischen Rückführung und diese selbst haben ebenfalls eine Reaktionsverzögerung, die zur Folge hat, daß erstens der Impuls mindestens solange dauert wie diese Reaktionsverzögerung und! daß nach dem Aufhören des Impulses noch ein weiteres Ansteigen der Rückführgröße während der Zeit dieser Verzögerung stattfindet. Die erstere Wirkung ergibt einen kürzesten Regelimpuls, der mindestens so lang ist wie die Reaktionisverzögerung der Rückführung. Die zweite Wirkung hat zur Folge, daß nach dem Aufhören des Impulses der Kontakt des Regelwattmeters sich während der Reaktionszeit der Rückführung noch weiterbewegt, was zur Kontaktgabe auf der Gegenseite führt und somit den> Regler zum Pendeln bringt.

Dieser Effekt kann erfindungsigemäß behoben werden durch Zuschalten einer zweiten, verzugslos arbeitenden elektrischen Rückführung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Regel-und Steuergeräten gemäß der Erfindung zur Regulierung von Temperaturen veranschaulicht. Fig. ι zeigt das Prinzipschaltbild eines Progressivreglers mit nachgiebiger Rückführung; Fig. 2 zeigt einen Einstellgeber mit eingebauter thermischer Rückführung;

Fig. 3 zeigt das Ausdehnrohr für die Regelung von Objekten mit kleinerem Zeitkonstanten, während Fig. 4 das Ausdehnrohr für die Regelung von Objekten mit größeren Zeitkonstanten darstellt.

Bei den grundsätzlichen Schaltungen des Meßsystems mit Fühlergeber, Efestellgeiber und Rückführung nach Fig. 1 sind die Stromspulen 9 und 10 eines Ferrariswattmeteirs 9 bis 13 in Gegenwirkung geschaltet, d.h. sie bilden mit der Spannungsspule 13 zusammen eim Drehmoment, welches o- wird, wenn die Ströme in den Schenkeln 9 und 10 des Stromeisens 11 gleich groß sind. Die Wicklung 1 des Fühlergebers 1 bis 4 und die Wicklung 5 des iE'instellgebers 5 bis 7 sind in Reihe mit der Stromspule 10 geschaltet, während die Wicklung 2 des Fühlergebers und die Wicklung 6 des Elinstelligebers in Reihe mit der Stromspule 9 geschaltet sind. Fühlergeber 1 bis 4 und (Eiinstellgeber 5 bis 7 sind an sich bekannte Dtosseln mit verstellbarem Luftspalt, wobei derjenige des Einstellgebers durch eine Gewindespindel 8 mittels Einstellknopf 8₀ und derjenige des Fühlergebers durch einen (nicht dargestellten) Fühler verstellt wird, der von der Meßgröße in mechanische Bewegung gesetzt wird.

Stellt man am Einstellgeber einen bestimmten Luftspalt ein, so ergibt sich, sofern die Meßgröße vorher den richtigen Wert hatte, eine Unsymmetrie der Strome in den Wicklungen 9, 10 des Stromeisens "ii. Demzufolge verdreht das Wattmeter über die Triebscheibe 12 den IReglerkontakt 17, wodurch das Regelorgan 18., welches die Meßgröße steuert, im Sinne einer Korrektur verstellt wird. Dadurch verändert die sich ändernde Meßgröße mittels des Fühlers den Luftspalt dies Fühlergebers, bis er denselben Wert wie der Elinistellgeber erreicht hat, wo-durch die Ströme in 9 und 10 wieder gleich sind und der Reglerkontakt 17 in die Mittellage geschwenkt wird. Mit 16 und i6_a sind Rückführungen bezeichnet, die weiter unten näher erläutert sind.

Ohne auf die zur Erläuterung der Erfindung nicht interessierenden Einzelheiten, näher einzugehen, sei erwähnt, daß mit 19 und 20 Relais, mit 21 eim Stufenwiderstand, mit 22 ein Abtastmotor io? und mit 23 ein Rückführwiderstand bezeichnet sind.

Sowohl der Fühlengeber 1, 2, 3, 4 als auch der Eiinstellgeber 5, 6, 7, 8 bewirken eine Verstellung des Reglers.

Eis ist möglich, entweder den Fühlergeber oder den Eiinstellgeber durch die Rückführgröße zusätzlich zu beeinflussen!. In Anbetracht dessen, daß der Fühlergeber aus thermischen Gründen möglichst wenig mit Masse behaftet und aus elektrischen n₅ Gründen mit möglichst wenig Zuleitungen ausgeführt sein soll, ist bei dem vorliegenden Beispiel die Rückführeinrichtung mit dem Einstellgeber verbunden.

Eine prinzipielle Ausführungsform der Rück- iao führung auf thermischer Basis ist in Fig. 2 dargestellt und nachstehend beschrieben:

An einer auf Füßen 25 ortsfest angeordneten Platine 26 sind zwei mit Heizwicklungen versehene Messingrohre 27 und 28 angeordnet, die durch 1*5 eine zweite Platine 29 miteinander verbunden sind.

In der Platine 29 ist das Einstellorgan 30 mit Zeiger 31 über einer Skala an der Platine 29 ein- und ausschraubbar. Mit der Einstellschraube 30 steht ferner eine Platine 32 in Verbindung, an der zwei mit Heizwicklungen versehene Messingrohre 33 und 34 befestigt und durch eine weitere Platine 35 miteinander verbunden sind. An der Platine 35 ist über eine Stange 36 ein mit einer Doppeldrossel 37, 38 zusammenarbeitender Anker 39 befestigt.

Die Dbppeldrossel 37, 38 ist über starre Halter 40, 41 und Stützen 42, 43 auf der ortsfesten Platine 26 befestigt.

Zwischen den Platinen 29 und 32 ist noch eine die Einstellschraube 30 umgebende Druckfeder 44 eingeschaltet, die einen spielfreien Abstand¹ der Platinen 29 und 32 und der an ihnen angeordneten Teile gewährleistet.

Hinsichtlich der Wirkung der vorstehend beschriebenen Einrichtung ist folgendes auszuführen:

Grundsätzlich hat eine der Rückführgrößen (Rohre 33, 34) zwischen der Einstellschraube 30 des Einstellgebers und dem über die Einstellschraube 30 verschiebbaren Anker 39 einzugreifen. Die andere Rückführgröße (Rohre 2."J, 28) ist jedoch zwischen der Einstellschraube 30 und der ortsfesten Basis 25, 26 einzuschalten.

[Die Anbringung von Rückführorganen 33, 34 lediglich zwischen Einstellschraube 30 und Anker 39 würde die Einrichtung von der Umgebungstemperatur abhängig machen. Um dies zu kompensieren, ist das zweite System von Rückführungsorganen 2¹J, 28 zwischen der festen Basis 25, 26 und der Einstellschraube 30 angeordnet. Die Kompensation wird dadurch erreicht, daß sich die beiden Rückfülirungssysteme entgegenwirken.

D&.S wohl einfachste, als Rückführorgan mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten dienende Bauelement ist ein Messingrohr mit angebrachter Heizwicklung.

Beheizt man nur das eine Rohrpaar, so erhält man eine Verschiebung auf die entsprechende Seite, beheizt man dagegen das andere, so entsteht eine Verschiebung auf die andere Seite. Man kann also auf diese Art eine Sollwertverschiebung des Reglers auf diese oder die andere Seite erreichen, deren Größe durch die Heizleistung bestimmt ist.

Fig. 3 zeigt eines der Ausdehnungsrohre 2j, 28, 33, 34 in gegenüber Fig. 2 vergrößertem Maßstab im Längsschnitt, geeignet für die Regulierung von Objekten mit kleinen Zeitkonstanten.

Das Ausdehnungsrohr gemäß Fig. 4 zeigt eine Variante, bei welcher durch Abisolierung des Rohres, z. B. 28, gegenüber dem übrigen Rahmen mittels Glasrohre 45, 46 die Rückkühlgeschwindigkeit verringert wird, welche Eigenschaft für die Regulierung von Objekten mit großen Zeitkonstanten geeignet ist.

Zur Verbesserung der Stabilität dient der Widerstand 23 (Fig. 1), der zu dem einen oder anderen Teil der Stromspule des Kontaktwattmeters 10 bis 13 im Augenblick des Ansprechens des Reglers zugeschaltet wird und das Wattmeter verstimmt. Dadurch wird der Regelimpuls wesentlich verkürzt, indem der Kontakt 17 sogleich abhebt. Bis die thermische Rückführung auf den Impuls anspricht, ist derselbe bereits abgelaufen; die Rückstellung des Wattmeters nach Ablauf des Zyklus des Abtastautomaten 22 erfolgt infolge seiner Dämpfung relativ langsam, so daß die thermische Rückführung inzwischen eine meßbare Rückführgröße ausgebildet hat, bevor der Kontakt neuerdings zur Berührung kommt. Sofern nicht die regulierte Größe sich verändert hat, erfolgt der nächste Impuls erst nach Ablauf der Rückbildung der thermischen Rückführgröße.

Mittels dieser Maßnahmen gelingt es, die Diauer des kürzesten Regelimpulses auf einen Bruchteil zu verkürzen.

Die Verstimmung des Wattmeters, also die elektrische Rückführung, hat außerdem aber noch eine Wirkung, welche den Regler in einem Bereich, welcher der doppelten Rückführgröße der elektrischen Rückführung entspricht, stetig macht.

Dias Verhältnis der Länge der Regelimpulse zu der aus Impuls + Pause bestehenden Periode ist abhängig von der Abweichung des Istwerts (+Rückführgröße der thermischen Rückführung) vom Sollwert. Ist diese Abweichung gleich groß wie die elektrische Rückführgröße, so entsteht Dlauerkontakt.

Innerhalb dieses Bereiches ist also jeder Abweichung vom Sollwert eine andere mittlere Verstellgeschwindigkeit des Regelorgans zugeordnet.

Die gleichzeitige Anwendung der schnell wirkenden elektrischen und der langsam wirkenden thermischen Rückführung ergibt einen stetigen !Regler mit astischer Rückführung ohne bleibende Ungleichförmigkeit, d. h. mit gleichbleibendem Sollwert bei jeder Belastung des regulierten Objekts.

Die beschriebene Kombination hat ferner die Wirkung, daß die Regelgeschwindigkeit wesentlich größer gewählt werden kann als bei Anwendung entweder nur der thermischen oder nur der elektrischen, eine stetige Wirkung erzeugenden Rückführung.

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Claims (3)

1. Pat entanspruche:

   ι. Elektrisches Regel- und¹ Steueigerät mit Fühler, Fühlergeber, Einstellgeber, Meßwerk . und Regelorgan, wobei sowohl Fühlergeber als auch fEinstellgeber als Doppeldrosseln und das Meß werk als Kontaktwattmeter ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Fühlergeber oder EEnstellgeber mit einer thermischen Rückführeinrichtung versehen ist und daß außerdem eine elektrische Rückführung vorgesehen ist, welche durch Zuschalten eines Widerstandes in den Wattmeterkreis diesen jeweils verstimmt.
2. 2. Elektrisches Regel- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Rückführeinrichtung des Einstell- iao gebers einen mit der Elinstellspindel einstellbaren Rahmen aufweist, an dem unter Zwischenschaltung von mindestens einem beheizten Rohr der zwischen dem feststehenden Döppeldrosseln angeordnete Dbppeldrosselanker befestigt ist, und daß mindestens ein zweites

   beheiztes Rohr zwischen dem Eiinstellgebergehäuse und der Lagerstelle der Etinstellspindel vorgesehen ist, dessen Wirkung auf die Ankerstellung entgegengesetzt derjenigen des zuerst genannten fRückführungsrohres ist, derart, daß die ganze Einrichtung von der Umgebungstemperatur unabhängig ist.
3. 3. Elektrisches Regel- und Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ■Energiezufuhr zu den Rückführungseinrichtungeni impulsweise stattfindet, wobei die Impulsleistung so gewählt ist, daß die mittlere Rückführleistung unverändert und die [Diauer der Impulse durch die 'Differenz zwischen Ist- und Sollwert der Regelgröße bestimmt ist, welche Impulsdauer mit wechselnder Differenz zunimmt, derart, daß die Rückführwirkunig beschleunigt wird.

   Angezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 670485, 741 193, 485213, 196 291, 698861.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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