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Mit Impulsen arbeitende Steuervorrichtung für Spannungsregler oder
andere Gräte Bei einer bekannten, mit Impulsen arbeitenden Steuervorrichtung für
Spannungsregler oder andere Geräte wirken je für Höher- und Tieferregelung ein von
der Regelgröße, also der Spannung beeinflußtes integrierendes Laufwerk, beispielsweise
ein E2-Zähler, und ein Zeitlaufwerk gegensinnig über ein Differentialrauf einen
Kontaktgeber ein, derbeim Ansprechen einen Impuls an den Regler gibt und dann durch
Abschalten des in der Kontaktgaberichtung wirkenden Laufwerks wieder zurückgestellt
wird. Für Höher- und Tieferregelung wird aus dem Grunde je ein Kontaktgeber mit
einem solchen Laufwerkpaar verwendet, damit nicht bei jeder geringfügigen Spannungsänderung
ein Impuls an das Regelwerk gegeben wird, sondern Spannungsänderungen innerhalb
eines gewissen Toleranzbereichs wirkungslos bleiben. Die Laufwerkpaare sind deshalb
so abgeglichen, daß der eine Kontaktgeber nur beim Unterschreiten der unteren Toleranzgrenze
einen Höherimpuls, der andere Kontaktgeber nur beim Überschreiten der oberen Toleranzgrenze
einen Tieferimpuls gibt. Die Regelvorrichtung arbeitet dadurch wesentlich ruhiger,
und die Schaltkontakte sowie das Regelwerk werden geschont. Das vom Kontaktgeber
durch Impulse gesteuerte Regelwerk ist meist so ausgeführt, daß zunächst ein Spannwerk
geladen, nach einer bestimmten Laufzeit des Regelwerks entladen wird, und dabei
unaufhaltsam
die verschiedenen zur Regelung dienenden Schaltschritte durchlaufen werden. Oft
wird das Regelwerk durch den Impuls nur in Gang gesetzt und schließt dann für die
Dauer des Regelvorgangs einen Selbsthaltekontakt, so daß es auch nach Aufhören des
Impulses noch bis zur Vollendung der Schaltakte durchlaufen kann.
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Trotz all dieser Maßnahmen können Fälle auftreten, in denen die Spannung
sich derart ändert, daß das Regelwerk vorübergehend gestört wird, beispielsweise
dadurch, daß der vom Kontaktgeber gegebene Impuls infolge einer plötzlichen neuen
Spannungsänderung aufhört, bevor sich das Regelwerk seine Selbsthaltung herstellen
konnte.
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Die Erfindung beseitigt diese Mängel und sichert auch für außergewöhnliche
Spannungsschwankungen ein geordnetes zuverlässiges Arbeiten des Regelwerks. Erfindungsgemäß
ist für Höher- und Tieferregelung je ein mittel- oder unmittelbar vom genannten
Kontaktgeber geschaltetes Zeitrelais, vorzugsweise einstellbarer Laufzeit, vorgesehen,
das die Abschaltung des in der Kontaktgaberichtung wirkenden Laufwerks verzögert.
Das Zeitwerk wird dabei so abgeglichen, daß die Impulsdauer des Kontaktgebers mindestens
gleich der Aufladezeit des Regelwerkspannwerks, der Zeit für die Herstellung der
Selbsthaltung des Regelwerks od. dgl. ist. Man hat dadurch die Sicherheit, daß,
wenn schon das Regelwerk- in Gang gesetzt wird, es auch seinen Schaltschritt durchführt
und nicht in Zwischenstellungen stehenbleibt.
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Um ferner zu verhüten, daß an das Regelwerk vor Vollendung eines Regelschritts
ein Impuls für einen zweiten Regelschritt gegeben wird, kann erfindungsgemäß durch
die weiter untenbeschriebenen Maßnahmen auch die Mindestdauer der Pausen zwischen
zwei Impulsen entsprechend eingestellt werden. Unter Umständen kann man auch diese
Mindestdauer in der Weise von dem jeweiligen Über- oder Unterwert der Spannung abhängig
machen, daß dieImpulse um so rascher aufeinanderfolgen, je größer die Über- oder
Unterschreitung der Sollspannung ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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In den Figuren sind die Regelwerke selbst nicht dargestellt, sondern
nur die zu ihnen führenden Steuerleitungen L. Mit T ist jeweils das auf Unterspannungen,
mit H das auf Überspannungen ansprechende Impulsgabewerk bezeichnet. Ferner ist
mit E jeweils das von der Spannung abhängige integrierende Laufwerk, beispielsweise
ein sogenannter EZ-Zähler, mit S das Zeitlaufwerk und mit K der von beiden Laufwerken
über ein Differential gegensinnig angetriebene Kontaktgeber bezeichnet. Die Ruhestromkontakte
sind durchweg in geschlossener Stellung, die Arbeitskontakte in offener Stellung
gezeichnet.
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In Fig. i und in den folgenden Figuren hat das auf Unterspannung ansprechende
Kontaktgeberwerk T einen EZ-Zähler E, also ein integrierendes Meßgerät, das mit
einer dem Quadrat der Spannung entsprechenden Geschwindigkeit umläuft, ferner ein
Zeitlaufwerk S, beispielsweise einen Synchronkleinmotor, dessen Drehgeschwindigkeit
von der Größe der Spannung unabhängig ist. Beide wirken über ein Differentialgetriebe,
das der Einfachheit halber weggelassen ist, auf einen Kontaktgeber K ein. Die Laufgeschlvindigkeit
bzw. Übersetzungsverhältnisse sind so abgeglichen, daß, solange die Spannung nicht
die untere Toleranzgrenze überschreitet, die Bewegung des Spannungslaufwerks E,
die des Zeitlaufwerks S im Sinne des eingezeichneten Pfeils überwiegt, der Kontaktgeber
K also gegen einen einstellbaren Anschlag A gedrückt wird. Läßt die Spannung nach,
unterschreitet sie also die untere Toleranzgrenze, dann läuft das Spannungslaufwerk
E langsamer als das Zeitlaufwerk S, und der Impulsgeber K wird nach einer bestimmten
Zeit geschlossen. Diese Zeit kann durch Verstellung des Anschlags A eingestellt
werden, d. h. also, daß der Kontaktgeber K nur dann geschlossen wird, wenn die untere
Toleranzgrenze eine bestimmte Zeit lang unterschritten bleibt. Dies trägt wesentlich
zur Beruhigung der Regelwerksarbeit bei.
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Bevor nun auf die Wirkung des Kontaktgebers K eingegangen wird, soll
noch auf die Arbeitsweise des Laufwerkpaares für das auf Überspannung ansprechende
Kontaktgabewerk H eingegangen werden. Solange sich hier die Spannung unterhalb der
oberen Toleranzgrenze hält, überwiegt die Geschwindigkeit des Zeitlaufwerks S im
Sinne des eingezeichneten Pfeils. Wird die obere Toleranzgrenze überschritten, dann
läuft das Spannungslauf -werk E schneller, und der Kontaktgeber K wird nach einiger
Zeit geschlossen. Im übrigen ist die Arbeitsweise die gleiche wie auf der T-Seite.
Auf beiden Seiten kann durch Öffnen eines Schalters k nach der Kontaktgabe das eine
oder andere Laufwerk, das die Kontaktgabe veranlaßt hat, abgeschaltet werden mit
der Folge, daß der Kontaktgeber K zum. Anschlag A zurückkehrt.
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Auf der T-Seite ist an den Kontaktgeber K ein Zeitrelais Z und ein
Schütz R angeschlossen. Das Zeitrelais Z öffnet nach einer bestimmten Laufzeit den
Kontakt h. Nach dem Abschalten fällt das Relais unter Schließung des Kontakts K
wieder in die Ausgangsstellung zurück. Das Schütz R schließt beim Einschalten einen
Befehlsschalter r und übermittelt dadurch dem Regelwerk einen die Höherregelung
der Spannung bewirkenden Impuls. Unterhalb des Impulsgabewerks T ist der Zeitfahrplan
für die Arbeitsweise aufgetragen.
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Im Zeitpunkt 31 unterschreitet die Spannung die untere Toleranzgrenze.
Der KontaktgeberK bewegt sich entgegen dem Pfeilsinn und erreicht im Zeitpunkt 32
die Schließstellung. Dadurch wird (Punkt 32o) das Zeitwerk Z in Gang gesetzt und
(Punkt 321) mittels des Schützes R der Befehlsschalter r geschlossen. Nach einer
bestimmten, der Impulsdauer entsprechende Zeit (Punkt 33) öffnet das Zeitrelais
Z den Kontakt k und schaltet dadurch vorübergehend das Zeitlaufwerk S (Punkt 33o)
ab. Nun wird zunächst der Kontaktgeber K schnell durch das Spannungslaufwerk E im
Pfeilsinn
geöffnet. Dabei werden (Punkt 331) die Relais Z und R
abgeschaltet, d. h. der Höherimpuls durch Öffnen des Schalters r unterbrochen und
das Zeitwerk Z fällt unter Schließung des Schalters k in die Ausgangsstellung zurück.
Inzwischen hat das Regelwerk um eine Stufe höher geregelt, und die Spannung liegt
nun oberhalb der unteren Toleranzgrenze. Das wiedereingeschaltete Zeitlaufwerk S
verzögert jetzt (Punkt 3q.) den Rücklauf des Kontaktgebers K, der im Punkt 35 wieder
den Anschlag A erreicht.
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Ist nach dem ersten Regelschritt die Spannung immer noch zu niedrig,
dann läuft vom Punkt 34 an nach dem Wiedereinschalten des Zeitlaufwerks S der Kontaktgeber
K wieder in die Schließstellung (Punkt 322), und es spielt sich noch einmal der
beschriebene Schaltplan ab.
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Genau in der gleichen Weise, jedoch beim Überschreiten der oberen
Toleranzgrenze, arbeitet das Impulsgeberwerk H, das einen Tieferimpuls an das Regelwerk
gibt. Wie der Schaltplan erkennen läßt, bewirkt das Zeitrelais Z ein Festhalten
des Kontaktgebers K in der Schließstellung während der Impulsdauer zwischen den
Punkten 32 und 330.
Das Zeitrelais ist so eingestellt, daß das Regelwerk entweder
seinen Regelvorgang durchlaufen oder, falls es mit Selbsthaltung arbeitet, seine
Selbsthaltung herstellen kann.
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Fig. 2 zeigt im wesentlichen die gleiche Ausführungsform (für entsprechende
Teile sind gleiche Bezugszeichen verwendet) ; nur haben hier die Werke
T und H ein gemeinsames Zeitrelais Z, das die beiden Ruhekontakte
kz am Ende der Laufzeit öffnet. Parallel zu diesen Kontakten liegen von den Schützen
R gesteuerte Ruhekontakte kr. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie beim Schaltplan
der Fig. i, nur wird hier jeweils beim Einschalten eines Schützes R durch Öffnen
der Kontakte kr die Abschaltung der entsprechenden Laufwerke durch die Kontakte
kz vorbereitet. Zwar öffnet das Schaltrelais Z beide Kontakte kz, aber für das nicht
betroffene Impulsgeberwerk ist diese Öffnung wirkungslos, weil hier der betreffende
Schalter kz durch den Kontakt kr überbrückt wird, und weil beim nicht betroffenen
Werk der Kontaktgeber K offen und deshalb das zugehörige Schütz R in Ruhe bleibt.
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Auch die Fig. 3 zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie in
Fig. i, nur mit dem Unterschied, daß hier der Kontaktgeber K von der Schaltarbeit
für das Zeitrelais Z entlastet ist. Dieses Relais wird mittelbar vom Schütz R durch
den Arbeitskontakt rz geschaltet. Dadurch wird der Kontaktgeber K entlastet.
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Fig. q. zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Fig. 2 mit
gemeinsamen Zeitrelais Z für die Werke T und H. Das Relais Z wird
durch das Schütz R von der T-Seite her mittels des Arbeitskontakts zt, von der H-Seite
her mittels des Arbeitskontakts zh eingeschaltet. Die Arbeitsweise ist immer die
gleiche wie beim Schaltplan der Fig. i.
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Bei den Ausführungsformen nach Fig. i bis q. kann es bei außergewöhnlichen
Spannungsänderungen vorkommen, daß ein zweiter Impuls gegeben wird, bevor das Regelwerk
seinen Regelschritt vollendet hat. Dies läßt sich bei den Ausführungen der folgenden
Figuren vermeiden. In Fig. 5 sind wieder für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen
verwendet wie in Fig. i bis q., jedoch sind hier statt eines Zeitrelais zwei Zeitrelais
B und P verwendet. Das Relais P liegt an dem Kontaktgeber K, das Relais B wird nach
Ablauf des Zeitrelais P mittels des Kontakts p eingeschaltet. Das Zeitrelais
B öffnet nach Ablauf den Ruhekontakt k zum Abschalten des einen Laufwerks
und den Ruhekontakt br zum Abschalten des Schützes R. Der Arbeitsplan ist aus der
Fig. 6 ersichtlich, in der zugleich für die T-Seite nochmals das Impulsgeberwerk
darübergezeichnet ist.
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Sinkt die Spannung unter die untere Toleranzgrenze (Punkt i), dann
bewegt sich der Kontaktgeber K in die Schließstellung (Punkt 2) und schaltet das
Zeitrelais P ein (Punkt 2o). Nach Ablauf schließt dieses Relais den Kontakt p (Punkt
3) und schaltet dadurch das Zeitrelais B (Punkt 30) und das Schütz R (Punkt 31)
ein. Am Ende der Laufzeit (Punkt q.) schaltet das Relais B mittels des Kontakts
br das Schütz R ab (Punktq.o) und mittels des Kontakts k das Zeitlaufwerk S (Punkt
41). Der Kontaktgeber K läuft nun zurück (Punkt 5) und schaltet dabei das Relais
P ab (Punkt q.2). Da aber die Spannung immer noch unterhalb der Toleranzgrenze liegt,
läuft er, sobald das inzwischen abgeschaltete Zeitrelais B mittels des Kontakts
K das Zeitlaufwerk S wieder eingeschaltet hat, wieder in die Schließstellung (Punkt
6). Dort wird wieder das Relais P eingeschaltet (Punkt 6o), das am Ende der Laufzeit
(Punkt 7) das Relais B (Punkt 70) und R (Punkt 71) einschaltet. Am Ende der Laufzeit
(Punkt 8) wird wieder das Schütz R (Punkt 8o) und das Zeitlaufwerk S (Punkt 81)
abgeschaltet, so daß der Kontaktgeber K wieder öffnet und das Relais P abschaltet
(Punkt 82).
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Während der Zeiten tb wurden Höherimpulse an das Regelwerk gegeben,
während der Pause t, hatte das Regelwerk genügend Zeit für die Durchführung des
Regelschritts. Nach dem zweiten Regelimpuls sei die Spannung ausgeregelt, so daß
der Kontaktgeber K wieder zum Anschlag A zurückkehrt (Punkt 9).
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Die Pause t. ist ein Mindestwert, der unter allen Umständen eingehalten
wird. Er wird durch entsprechende Abgleichung des Relais P so eingestellt, daß das
Regelwerk genügend Zeit für einen Regelschritt hat. Die Impulsdauer tb wird wie
bei Fig. i eingestellt.
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Daß bei Spannungsabweichungen (Punkt 2, Fig. 6) zunächst das Pausenrelais
P (Punkt 20) eingeschaltet und erst am Ende seiner Laufzeit (Punkt 3) der Impuls
gegeben wird (Punkt 31), wirkt ebenfalls beruhigend für das Regelwerk, und zwar
in ganz ähnlicher Weise wie die Impulsverzögerung durch die Laufzeit des Kontaktgebers
K.
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Fig. 7 zeigt im wesentlichen die gleiche Anordnung wie Fig. 5 und
6, nur mit dem Unterschied,
daß statt der beiden Zeitrelais B und
P ein einziges Zeitrelais Z verwendet ist, das in zwei Zeitstufen schaltet, und
zwar entsprechend dem Punkt 3, Fig. 6, in der ersten Stufe den Schalter p und entsprechend
dem Punkt 4 in der zweiten Stufe die Schalter k und br.
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Fig.8 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 5 in dem Sinne,
daß beim Schließen des Kontaktgebers K (Punkt 22) sogleich ein Höherimpuls während
der Zeit tb gegeben wird und dann erst die Pause t, folgt. Hier schaltet der Kontaktgeber
K gleichzeitig die Zeitrelais P und B ein. Der Kontakt k wird vom Zeitrelais P betätigt.
Der Kontakt y fällt fort. Es ergibt sich demnach folgender Schaltplan. Bei Spannungsrückgang
beginnt der Kontaktgeber K zu laufen (Punkt 2i), schließt im Punkt 22 und schaltet
dadurch (Punkt 22o) das länger laufende Zeitrelais P und (Punkt 222) das kürzer
laufende Zeitrelais B sowie das Schütz R ein (Punkt 22i). Nach dem Ablaufen des
Relais D (Punkt 23) wird das Schütz R abgeschaltet (Punkt z30). Nach dem Ablaufen
des Relais P (Punkt 24) wird das Zeitlaufwerk S abgeschaltet (Punkt 24o). Der Kontaktgeber
K läuft zurück (Punkt 25) und schaltet dabei das Relais P und das Relais B (Punkt
241) ab. Nachdem nun inzwischen (Impulspause tp) das Regelwerk um eine Stufe höher
geregelt hat, die Regelung aber nicht ausreichte, schließt sich wieder der Kontaktgeber
K (Punkt 26), schaltet die Relais P und B (Punkt 26o und 262) ein sowie das
Schütz R (Punkt 26i), dann wird wieder am Ende der Laufzeit des Relais B (Punkt
27) das Schütz R abgeschaltet (Punkt 270) und am Ende der Laufzeit des Relais P
(Punkt 28) das Zeitlaufwerk S (Punkt 28o). Der Kontaktgeber K öffnet sich und schaltet
die Relais P und B ab (Punkt 28 und 28i). Nachdem durch diesen zweiten Regelschritt
die Spannung genügend ausgeregelt wurde, kehrt der Kontaktgeber K zum Anschlag A
zurück (Punkt 29). Sollen bei stärkeren Spannungsabweichungen die Pausen zwischen
den einzelnen Impulsen kürzer sein als bei kleineren Spannungsabweichungen, was
mitunter mit Rücksicht auf rasche Spannungsausregelung erwünscht ist, dann kann
eine Anordnung gemäß Fig. 9 verwendet werden.
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Der Kontaktgeber K schaltet hier ein Zeitrelais B, das nach einer
bestimmten Laufzeit Ruhekontakte b,. und bd öffnet. An den Kontakt bd ist ein zweites
Zeitrelais D angeschlossen, das also mit Ruhestrom arbeitet und den Ruhekontakt
k für das Zeitlaufwerk S betätigt. Das Schütz R ist an den Kontakt b,. angeschlossen.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Bei Spannungsrückgang (Punkt
i i) beginnt der Kontaktgeber K in die Schließstellung zu wandern, die er im Punkt
12 erreicht. Dadurch wird das Relais B (Punkt i2o) eingeschaltet, ebenso das Schütz
R (Punkt 12i). Am Ende der Laufzeit (Punkt 13) wird das Schütz R abgeschaltet (Punkt
13o), ferner das Zeitrelais D stromlos gemacht (Punkt 131). Es fällt unter Öffnung
des Kontakts k zurück. Dadurch wird das Zeitlaufwerk S (Punkt 132) abgeschaltet,
und der Kontaktgeber K wandert unter der alleinigen Wirkung des Spannungslaufwerks
E in die Ausgangsstellung zurück (Punkt 14). Nach Unterbrechung des Kontakts K wird
B stromlos und bd und b,. wieder eingeschaltet. Nach Ablauf des Zeitrelais D (Punkt
15) wird wieder das Zeitlaufwerk S eingeschaltet (Punkt i5o), und da durch den ersten
Impuls, während der Zeit tb, die Spannung nicht genügend ausgeregelt wurde, beginnt
jetzt der Kontaktgeber K (Punkt i 5o) wieder in die Schließstellung zu laufen, die
er im Punkt 16 erreicht. Dadurch werden wieder die Relais B und R (Punkt i6o und
161) eingeschaltet usw. Die Pause tp hängt hier im wesentlichen von der Laufzeit
des Kontaktgebers K ab. Diese Laufzeit ist um so kürzer, je langsamer das Spannungslaufwerk
E gegenüber dem Zeitlaufwerk S läuft. So ist z. B. in Fig. 9 die Laufzeit nach dem
ersten Regelimpuls länger (Punkt i5o, 16) als vor diesem (Punkt i i, 12), da inzwischen
durch den Regelakt die Spannung etwas heraufgesetzt wurde. Diese Laufzeit kann durch
Verstellen des Anschlags A so eingestellt werden, daß auch bei starken Spannungsanstiegen
die Pausen t, dem Regelwerk genügend Zeit für die Durchführung des Regelschritts
lassen.
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Verzichtet man auf die Einhaltung eines Toleranzbereichs für die Spannung,
dann kann man auch mit einem Laufwerkpaar ES auskommen und an Stelle des Anschlags
A einen zweiten Festkontakt anordnen. Bei der Anlage an den einen Kontakt gibt der
Kontaktgeber K einen Höher-, bei der Anlage an den anderen einen Tieferimpuls. Im
übrigen kann die Schaltung die gleiche bleiben. Nur müssen beide Laufwerke mit Abschaltvorrichtungen
versehen werden. Eine solche Anordnung arbeitet aber viel unruhiger und ruft in
der Regel ein dauerndes Arbeiten des Regelwerks hervor.
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Ähnlich wie für die Spannungsregelung kann die Anordnung auch für
Regelung anderer physikalischer Größen oder Größenverhältnisse verwendet werden,
wenn man die entsprechende Größe in Form einer Spannung auf das SpannungslaufwerkEeinwirken
läßt oder an Stelle des Spannungslaufwerks ein anderes, die betreffende Größe integrierendes
Laufwerk setzt.