DE948262C - Anordnung zur Regelung von Betriebsgroessen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors - Google Patents

Anordnung zur Regelung von Betriebsgroessen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors

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DE948262C
DE948262C DEP48064A DEP0048064A DE948262C DE 948262 C DE948262 C DE 948262C DE P48064 A DEP48064 A DE P48064A DE P0048064 A DEP0048064 A DE P0048064A DE 948262 C DE948262 C DE 948262C
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DE
Germany
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contact
relay
voltage
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controlled
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DEP48064A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Adolf Leonhard
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ADOLF LEONHARD DR ING
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ADOLF LEONHARD DR ING
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

  • Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors Kontaktrelais nach ,dem einfachem Schema der Fig. i werden seit Jahren für die Spannungsregelung kleiner Gleichstromgeneratoren, vor allem bei Fahrzeugen, verwendet. Die Wirkungsweise der Schaltung ist hierbei grundsätzlich immer die folgende: Bei geöffnetem Kontakt ist der Erregerwicklung des Generators ein Widerstand vorgeschaltet, entsprechend stellt sich eine tiefe Spannung ein; bei geschlossenem Kontakt ist der Widerstand kurzgeschlossen, ,die Spannung steigt auf -einen hohen Wert an. Bei richtigem Arbeiten der Spannungsregelung schließt und öffnet nun das Relais, gesteuert von der damit etwas schwankenden Generatorspannung, dauernd -den Kontakt so, daß im Mittel ein bestimmter Widerstand wirksam wird, bei dem sich gerade die richtige Spannung einstellt.
  • Auch zur Drehzahlsteuerung kleiner Gleichstrommotoren ist das Kontaktrelais schon verwendet worden. In den Ankerkreis des. Motors wird in diesem Fall ebenfalls ein Widerstand gelegt, der durch den Relaiskontakt periodisch. kurzgeschlossen wird. Bei einem bestimmten Verhältnis von Einschalt- zu Gesamtzeit einer Periode - in Zukunft einfach »Schaltverhältnis« genannt -wird im Mittel ein ganz bestimmte- Widerstand im Ankerkreis wirksam, und damit stellt sich eine ganz bestimmte Drehzahl ein. Änderung des Schaltverhältnisses bedeutet damit Änderung des wirksamen Widerstandes und dementsprechend der Drehzahl des Motors.
  • Im Prinzip arbeitet bei diesen Schaltungen das Relais so, daß es. einen Strom oder eine Spannung oder allgemein eine Gleichstromgröße G der Größe nach ändert, je nach dein Schaltverhältnis y entsprechend Fig. 2. Ist das Schaltverhältnis y = o, d. h. ist der Kontakt dauernd geöffnet, so stellt sich der Mindestwert G.in, ist y = i, d'. h. ist der Kontakt ganz geschlossen, der Höchstwert G.Rx ein.
  • Ferner ist eine Anordnung zur Regelung der Spannung eines Gleichstromgenerators bekannt. Die Erregerwicklung des Generators wird von einer besonderen Erregermascibine gespeist, und deren Feldwicklung wiederum liegt irr' Diagona:lzweig einer Brückenschaltung, die aus ohmschen Widerständen besteht. An dem anderen Diagonalzweig liegt die Spannung des zu regelnden Generators sowie ein Hilfsrelais, das bei Erreichen der Nennspannung anspricht und zwei Arbeitskontakte öffnet. Jeder dieser Arbeitskontakte überbrückt einen von zwei sich in der Brückenschaltung gegenüberliegenden Widerständen. Beim Ansprechen des Relais werden die Brückenwiderstände zur Wirkung gebracht und dadurch wird die Stromrichtung in der. Erregerwicklung gegenüber dem Stromfluß bei geschlossenen Kontakten umgekehrt. Die Spannung der Erregermaschine fällt dadurch sehr plötzlich ab, so@ daß die- Spannung des Hauptgenerators unter seine Nennspannung absinkt. Das Relais schließt damaufhin seine Kontakte wieder und verändert sprunghaft den Widerstand der Brückenschaltung sowie den Stromfluß in der Erregerwicklung des Hilfsgenerators. Das Verhältnis von Öffnungs- zu, Schließungszeit der Kontakte wird sieh bei veränderlicher Drehzahl so einstellen, daß jeweils die Spannung des Hauptgenerators konstant gehalten wird.
  • Bei der Erfindung handelt es sich jedoch um eine Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors, der taktmäßig aufeinanderfo:lgende Impulse von wechselnder Polarität erhält. Zur Steuerung der Impulse ist ein Kontaktrelais vorgesehen, das nur einen Arbeits- oder Ruhekontakt beisitzt und dessen Schaltverhältnis vom Istwert der zu regelnden Größe abhängt. Abhängig vorm SChaItverhältnis wird die dem Stellmotor im Mittel zugeführte Spannung nach Größe und Richtung verändert. Das Kontaktrelais arbeitet mit einer durch Fremd-oder Selbststeuerung erzielten Impulsfrequenz ständig, und zwar auch dann, wenn der Istwert mit dem Sollwert übereinstimmt. Während also bei der bekannten Einrichtung das Schaltrelais zumindest theoretisch aufhört zu arbeiten, wenn Ist-und Sollwert übereinstimmen, so arbeitet im Gegensatz dazu das Kontaktrelais gemäß der Erfindung auch in diesem Falle mit einer endlichen Impulsfrequenz, so daß ein fehlerhafter Zustand sofort erkennbar wird und abgestellt werden kann. Außerdem wird der Regelbereich wesentlich erweitert.
  • Abhängig vom Schaltverhältnis wird nicht nur die Höhe, sondern auch die Richtung einer elektrischen Größe verändert, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Fig. 4 dient zur Erläuterung .des Regelprinzips " und die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele. Bei dem Ausführungsbeispiel Fig.4 bezeichnet i das Kontaktrelais, 2 seinen Kontakt, R einen ohmschen Widerstand und! Tl einem. Verbraucher, dessen Widerstandswert mit R" bezeichnet sei.
  • Ist bei dieser Schaltung der Kontakt dauernd geschlossen, . also das Schaltverhältnis y = i, so stellt sich am Verbraucher V, der As reiner Ohmwiderstand eingezeichnet ist, die Spannung Uv,=Uo, ist er geöffnet, das Schaltverhältnis arlso y = o, die Spannung ein, wenn R" den Widerstand des Verbrauchers darstellt. Wählt man nun den Ohmwert des Widerstandes R so, daß wird, so ergibt sich U" 2 = - Uo.
  • Abhängig vom steilalt sich daher jetzt eine Spannung am Verbraucher entsprechend Fig. 3 ein. Die Spannung ändert sich von einem negativen auf einen gleich großen positiven Maximalwert. Bei einem- Schaltverhältnis y = o,5 wird sie Null.
  • Schaltet man an Stelle des ohmschen Widerstandes V einen Gleichstrommotor und wählt die Spannungsverhältrnisse a und den Widerstand R der Belastung des Motors entsprechend, so ergibt sich für die Drehzahl abhängig vom Schaltverhältnis ebenfalls der in Fig. 3 aufgezeichnete Verlauf.
  • Man hat zur Erreichung des gleichen Zweckes - Steuerung der Drehzahl eines Motors nach Größe und Richtung abhängig von einer Regelgröße - auch schon Kontaktrelais. mit Umschaltkontakten verwendet. Während aber bei der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung theoretisch überhaupt kein Kontaktweg erforderlich ist, wenn der Motor umgesteuert werden soll, muß bei der bisherigen Anordnung mit Umschaltkontakten bei einer Umsteuerung des Motors der Zwischenkontakt den Weg zwischen den beiden Außenkontakten zurücklegen. Dieser kann aber nicht beliebig klein gewählt werden, da sonst besonders bei Vorhandensein eines Schaltlichtbogens die Gefahr einer leitenden Verbindung zwischen den Außenkontakten auftreten würde. Dementsprechend läßt sich bei der Anordnung gemäß der Erfindung eine wesentlich größere Ansprechempfindlichkeit und damit Regelgenauigkeit erzielen. Außerdemkönnen bei der neuen Anordnung die Vi'brationswege des Kontaktes wesentlich kleiner, gewählt werden, was natürlich eine entsprechend geringere mechanische Beanspruchung des Relais bedeutet.
  • Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Fig. q., und zwar handelt es sich darum, die Drehzahl eines Gleichstrommotors io konstant zu halten. Zur Speisung des Motors io dient ein Gleichstromgenerator i i, der von einer Kraftmaschine 12 angetrieben wird. Der Generator ii wird aus einem Netz 13 fremd erregt und zur Regelung seiner Erregung dient ein Regler 1.4, der von einem konstant erregten Gleichstromhilfsmotor 15 verstellt werden kann. 16 ist das Kontaktrelais. Es wird von einer mit dem Motor io gekuppelten Gleichstromtachometermaschine 17 erregt. Im Relaisstromkreis liegt ein Transformator 18, durch den eine im Verhältnis zur Gleichspannung kleine Wechselspannung eingeführt wird. Durch diese überlagerte Wechselspannung wird die erforderliche Vibration des Relaiskontaktes hervorgerufen. Die Vibration kann aber auch auf andere Weise, z. B. durch Selbststeuerung des Relais nach Art eines Wagnerschen Hammers, erfolgen. Zu diesem Zweck kann das Relais beispielsweise noch eine zweite Wicklung erhalten, die parallel zu einem Widerstand i9 angeschlossen wird. Ein Widerstand 2o wird vom Kontakt des Kontaktrelais geschaltet und bildet einen Spannungsteiler, der gleichzeitig an der Spannung .des Netzes 13 liegt. Der Widerstand 2o entspricht der in Fig. q. gezeichneten unterteilten Spannungsquelle «To + a, Uo), i9 dem Widerstand R. Die mit Rücksicht auf stabiles Arbeiten der Regelung meist noch erforderlichen Rückführeinrich,tungen sind in der Zeichnung weggelassen.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung ist die folgende: Bei richtiger Drehzahl stellt sich ein Schaltverhältnis ein, bei dem die Spannung am Stellmotor 15 im Mittel Null ist, so daß dieser stillsteht. Bei zu niedriger bzw. zu hoher Drehzahl ändert sich das Schaltverhältnis so, daß sich entsprechend Fig.3 eine mittlere Spannung in der einen oder anderen Richtung am Motor 15 einstellt und dieser demzufolge den Regler im Sinne einer Korrektur der Generatorspannung bzw. der Motordrehzahl verstellt.
  • In Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Spannung eines Drehstromgenerators 30 soll konstant gehalten werden. Die Erregermaschine 31 wird aus einem Hilfsnetz 32 erregt. Im Stromkreis der Erregerwicklung liegt ein Regler 33, der durch einen konstant erregten Stellmotor 34 verstellt werden kann. Die Spannung für den Stellmotor 34 wird von einem Generator 36 geliefert, der von einem aus dem Netz 32 gespeisten Motor 35 angetrieben wird. Das Kontaktrelais 37 wird von der Spannung des Generators 30 über einen Spannungswandler 38, einen Gleichrichter 39 und eine Glättungseinrichtung 40 gespeist. Die Glättungseinrichtung4o ist so zu bemessen, daß sie das Wechselstromglied zwar weitgehend, aber nicht vollkommen unterdrückt. Dem Gleichstrom ist also noch ein schwacher Wechselstrom überlagert, durch den die Vibration des Relaiskontaktes hervorgerufen wird. Über die vom Relaiskontakt gesteuerte Widerstandskombination 44 42 wird der Generator 36 je nach dem Schaltverhältnis in dem einen oder anderen Sinne erregt. Auch hier sind die noch erforderlichen Rückführeinrichtungen nicht mit eingezeichnet.
  • Die Wirkungsweise ist ähnlich wie beim vorigen Beispiel die folgende: Bei richtiger Klemmenspannung des Generators stellt sich ein Schaltverhältnis ein, daß die resultierende Spannung an der Erregerwicklung des Generators 36 Null ergibt. Damit ist auch die Spannung des Generators 36 und des Motors 34 Null, der Motor steht also still. Bei Abweichung der Klemmenspannung vom Sollwert ändert sich das Schaltverhältnis und damit der Erregerstrom des Generators 36, und zwar so, daß der Verstellmotor den Regler 33 im Sinne einer Verringerung der Spannungsabweichung verstellt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Regelung von Betriebsgrößen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors, der taktmäßig aufeinanderfo@lgende Impulse von wechselnder Polarität erhält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktrelais mit nur einem Ruhe- oder einem Arbeitskontakt vorgesehen ist, das periodisch seinen. Kontakt öffnet und. schließt, wobei die Kontaktfrequenz durch Fremd- oder Selbststeuerung erzielt wird und das Schaltverhältnis vom Istwert der zu regelnden Größe abhängt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Schaltverhältnis die dem Stellmotor im Mittel zugeführte Spannung nach. Größe und Richtung verändert wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2 mit einem Verbraucher, der bei geschlossenem Kontakt an einer festen Spannung, bei geÖffnetem -Kontakt über einen Vorschaltwid.erstand an einer zweiten Spannung entgegengesetzter Richtung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß Vorschaltwiderstand und Verhältnis der beiden Spannungen so gewählt werden, daß die beiden Spannungen am Verbraucher bei geöffnetem und geschlossenem Kontakt gleich, aber von entgegengesetztem Vorzeichen sind. d..
  4. Anordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktrelais von einem mit dem zu regelnden Motor gekuppelten Tourendynamo gespeist wird und der vom Relais gesteuerte Verstellmotor ein Regelorgan so verstellt, daß sich. der Sollwert der Drehzahl wieder einstellt.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration des Kontaktrelais durch Einführung einer Wechselspannung in den Erregerkreis des Kontaktrelais hervorgerufen wird.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch d., dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration des Kontaktrelais durch Selbststeuerung nach Art eines Wagnerschen Hammers hervorgerufen wird.
  7. 7. Anordnung zur Spannungsregelung eines Generators nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktrelais über entsprechende Schaltglieder von der Klemmenspannung des zu regelnden Generators gespeist wird und vom Relais die Erregerwicklung eines Gleichstromhilfsgenerators, der einen Verstellmotor speist, derart gesteuert wird, daß der Verstellmotor bei Abweichung .der Spannung vom Sollwert ein Regelorgan so verstellt, daB die Abweichung wieder verschwindet. B. Anordnung- nach Anspruoh 7, dadurch gekennnzeichnet, daß die Vibration des Relaiskontaktes durch Oberwellen des speisenden Gleichstroms hervorgerufen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 290 435, 531486; britische Patentschriften Nr. 282 123, 289 862, 313465-
DEP48064A 1949-07-07 1949-07-07 Anordnung zur Regelung von Betriebsgroessen unter Verwendung eines Gleichstromstellmotors Expired DE948262C (de)

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DE1295896B (de) * 1962-09-29 1969-05-22 Weisheit Georg Regeleinrichtung fuer die Regelung von stroemenden Medien

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