Einrichtung zum Verhindern von Regelpendelungen bei über Magnetverstärker
betriebenen elektrischen Verbrauchern Die Erfindung bezieht sich auf die Verhinderung
von Regelpendelungen bei elektrischen Verbrauchern, insbesondere Drehzahltpendelungen
bei elektrischen Maschinen, die über Magnetverstärker an eine Wechselspannung angeschlossen
sind, zum Zwecke der Regelung, insbesondere der Drehzahlregelung. Dies geschieht
in bekannter Weise dadurch, daß die Impedanz .der Magnetiverstärkerausgangswicklung
von einem regelbaren Strom in einer Vormagnetisierungswicklung verändert wird: Es
ist bekannt, bei Magnetverstärkerregelschaltungen eine Rückführung vorzusehen, indem
die gesteuerte Ausgangsgröße des Magnetverstärkers in einem Differentiator nach
der Zeit abgeleitet und dieses Differential auf den. Ma;gnetverstärkereingang zurückgeführt
wird. Das Differential wirkt dabei Änderungen entgegen und verhindert Pendelerscheinungen.
In einer bekannten Schaltung ist an den Magnetverstärkerausgang ein Kondensator
angeschaltet, der mit einer Rückführungswicklung des Magnetverstärkers in. Reihe
liegt. Diese Schäl-.tung hat den Nachteil, daß zum Erreichen eines wirksamen Rückführungswertes
der Kondensator eine verhältnismäßig große Kapazität haben muß, insbesondere, wenn
durch irgendwelche erforderlichen Schaltmaßnahmen eine Pendelneigung unterstützt
wird. Ein anderer Weg zum Erhöhen der Rückführungswirkung ist die Vergrößerung der
Windungszahll der Rückführungswicklung: Hierbei sind durch. den verfügbaren Wickelraum
und die Feindrähtigkeit der Wicklung jedoch bald Grenzen gesetzt.
Gemäß
der Erfindung wird bei einer Einrichtung zum Verhindern von Regelpendelumgen, insbesondere
Drehzahlpendelungen, bei über Magnetwerstiärker betriebenen elektrischen Verbrauchern,
insbesondere Gleichstrommotoren mit großem Drehzahlbereich zum Antrieb von Werkzeugmaschinen,
der Magnetverstärker mit einer Hilfssteuerwicklung versehen; welche über den Kontakt
eines vom ersten zeitlichen Differentialquotienten des Stromes und'/oder der Spannung
des Verbrauchers oder einer mit diesen in Abhängigkeit stehenden. Größe, z. B der
Maschinendrehzahl, vorzeichenabhängig gesteuerten Schaltmittels an eine Spannung
an-°schaltbar ist mit der Wirkung einer Impedanzänderung der Magnetverstärkerausgangswicklung
im Sinne einer Rückführung.Device to prevent regular oscillations when using a magnetic amplifier
operated electrical consumers The invention relates to the prevention
of regular fluctuations in electrical consumers, in particular speed fluctuations
in electrical machines that are connected to an alternating voltage via magnetic amplifiers
are, for the purpose of regulation, in particular speed regulation. this happens
in a known manner in that the impedance of the magnetic amplifier output winding
is changed by a controllable current in a bias winding: Es
it is known to provide feedback in magnetic amplifier control circuits by
the controlled output of the magnetic amplifier in a differentiator
derived from time and this differential to the. Magnetic amplifier input fed back
will. The differential counteracts changes and prevents pendulum phenomena.
In a known circuit, a capacitor is connected to the magnetic amplifier output
switched on, which is in series with a feedback winding of the magnetic amplifier
lies. This peeling. Tung has the disadvantage that to achieve an effective return value
the capacitor must have a relatively large capacity, especially if
a tendency to pendulum supported by any necessary switching measures
will. Another way to increase the recirculation efficiency is to increase the
Number of turns of the feedback winding: Here are through. the available changing room
and the fine wire strength of the winding soon set limits.
According to
the invention relates to a device for preventing regular pendulums, in particular
Speed fluctuations, with electrical consumers operated via magnetic booster,
in particular DC motors with a large speed range for driving machine tools,
the magnetic amplifier is provided with an auxiliary control winding; which about the contact
one of the first time differential quotient of the current and / or the voltage
of the consumer or someone who is dependent on them. Size, e.g. B the
Machine speed, sign-dependent controlled switching means to a voltage
Can be switched on with the effect of a change in the impedance of the magnetic amplifier output winding
in the sense of a return.
Durch die Erfindung wird es in überraschend einfacher Weise ermöglicht,
auch bei besonders schwierigen Regelaufgaben eine wirksame Rückführung zu erreichen.
Dies erklärt sich ohne weiteres, wenn beachtet wird, daß das vorzeichenabhängig
gesteuerte Schaltmittel als Verstärker wirkt, durch das ein wesentlich größerer
Rückführungswert dem Magnetverstärkereingang zugeführt werden kann, als dem jeweils
von dem differenzierenden Schaltmittel erzeugten Rückführungswert entspricht. Durch,
die Maßnahme nach der Erfindung ist es möglich, wie praktische Versuche bewiesen
haben, eine wirksame Rückführung auch noch in solchen Fälllen durchzuführen, in.
denen selbst bei günstigster Bemessung des differenzierenden Schaltmittels eine
ausreichende Wirkung nicht zu erreichen war. Je nach der vorliegenden Regelaufgabe
ergibt sich im jeweiligen Fall' ein optimaler Bemesslungswert, des differenzierenden
Schaltmittels, der zugleich ein Maximum darstellt. Im Falle von Regelpeudelunägen
bei Antriebsmotoren, die über Magnetverstärker betrieben werden, liegen die optimalen
Werte unverhältnismäßig hoch, so daß der Aufwand wirtschaftlich nicht ohne weiteres
tragbar wird. Durch die Erfindung wird es demgegenüber ermöglicht, mit differenzierenden
Schaltmitteln verhältnismäßig geringer Bemessung auszukommen, so daß sich erhebliche
Verhilligun, gen ergeben und außerdem bedeutende Platzersparnisse, was wiederum
bedingt, daß die Regeleinrichtungen auf- angemessenem Raum untergebracht werden,
können.The invention makes it possible in a surprisingly simple manner
to achieve effective feedback even with particularly difficult control tasks.
This is easily explained if it is noted that this depends on the sign
controlled switching means acts as an amplifier, through which a much larger
Feedback value can be fed to the magnetic amplifier input than the respective
corresponds to the feedback value generated by the differentiating switching means. By,
the measure according to the invention is possible, as practical tests have shown
have to carry out an effective repatriation even in such cases, in.
which even with the most favorable dimensioning of the differentiating switching means
sufficient effect could not be achieved. Depending on the regular task at hand
In each case, this results in an optimal design value, the differentiating one
Switching means, which at the same time represents a maximum. In the case of regular peacocks
with drive motors that are operated via magnetic amplifiers, the optimal ones are
Values are disproportionately high, so that the cost is not easy economically
becomes portable. By contrast, the invention makes it possible to use differentiating
Switching means get along with relatively small dimensions, so that considerable
Reduction, surrender and also significant space savings, which in turn
requires that the control equipment be accommodated in an appropriate space,
can.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß richtungsabhängige Schaltmittel,
wie polarisierte Relais u. dgl., rückwirkungsfrei arbeiten, d. h. Änderungen im
Ausgangskreis des Schaltmittels wirken auf dessen Eingangskreis nicht zurück. Günstig
für die Rückführungswirkung erweist sich auch die hohe Schalt- und Ansprechgeschwindigkeit
hochentwickelter, richtungsempfindlicher Schaltmittel, wie sie vor allem bei den
sogernannten Telegrafenrelais vorliegen.. Für die Erfindung ist es an sich gleichgültig,
auf welchem Wege der Rückführungswert erzeugt ist, d. h. welcher Art das differenzierende
Schaltmittel ist; die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen nämlich nicht
nur gegenüber Kondensatoren, sondern beispielsweise auch gegenüber Transformatoren,
wenn diese zum Erzeugen des Rückführungswertes verwendet werden; denn ein richtungsabhängiges
Schaltmittel in Verbindung mit einem 'kleinen Rückführungstransformator ist einfacher
:und billiger als ein Rückführungstransformator verhältnismäßig großer Bemessung
allein.Another advantage is that direction-dependent switching means,
like polarized relays and the like, work without feedback, d. H. Changes in
The output circuit of the switching device does not affect its input circuit. Cheap
The high switching and response speed also proves to be beneficial for the feedback effect
highly developed, direction-sensitive switching means, such as those found in the
so-called telegraph relays are present .. For the invention it is of no consequence
the way in which the feedback value is generated, d. H. what kind of differentiating
Switching means is; the advantages achieved by the invention do not exist
only to capacitors, but also to transformers, for example,
if these are used to generate the feedback value; because a directional one
Switching means in connection with a 'small feedback transformer is simpler
: and cheaper than a feedback transformer of relatively large size
alone.
In der Zeichnung ist ein, Anwendungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es -handelt sich um die Drehzahlregelschaltung eines nur
durch seine Läuferanschlüsse i und Feldanschlüsse 2 dargestellten Gleichstrommotors
zum Antrieb einer Werkzeugmaschine, deren Drehzahl in einem großen; Bereich, beispielsweise
i : ioo, .veränderbar sein. soll. Der Läuferdes Motors wird mit Gleichstrom, von
einer Gleichrichteranordnung 3 gespeist, die über einen Stromwandler 5, einen Magnetverstärker
6 in Sparselbstmagnetisierungsschaltung und die Klemmen 7 an ein Wechselstromnetz
anschaltbar ist. Der Magnetverstärker 6 besteht aus zwei magnetisch getrennten Teilen
für die beiden verschiedenen Halbwellen des zu steuernden Wechselstromes. -Jedem
der beiden Teile .ist eine Ausgangswicklung 8., ein Ventil 9, eine Steuerwicklung
io, eine Kompoundierungswicklung i i und eine Hi`Yfssteuerwicklung 12 zugeordnet.In the drawing is an, application example of the subject matter of
Invention shown. It is only one thing about the speed control circuit
DC motor represented by its rotor connections i and field connections 2
to drive a machine tool, the speed of which in a large; Area, for example
i: ioo,. be changeable. target. The rotor of the motor is supplied with direct current from
a rectifier arrangement 3 fed via a current transformer 5, a magnetic amplifier
6 in energy-saving self-magnetization circuit and terminals 7 to an alternating current network
can be switched on. The magnetic amplifier 6 consists of two magnetically separated parts
for the two different half-waves of the alternating current to be controlled. -Each
of the two parts .is an output winding 8, a valve 9, a control winding
io, a compounding winding i i and a Hi`Yfs control winding 12 are assigned.
Die Kompoundierungswicklung i i dient dazu, den ohmschen Spannungsabfall
im Motoranker durch eine Ankerspannungserhöhung im Sinne der Erzielung einer konstanten
Drehzahl auszugleichen. Die Kompoundierungsspannung wird an dem Stromwandler 5 gewonnen
mit Hilfe der Gleichrichteranordnung 13 und ist an dem Spannungsteiler 14 durch
-den Abgriff 4 einstellbar. Von den mit plus und minus bezeichneten Anschlüssen
der Gleichricbteranordnung 13 wird die Kompoundierungsspannung einem Potentiometer-
15 zugeführt und von,diesem über den, veränderlich einstellbaren Abgriff 16 der
Kompoundienungswicklung ii. Die Kompoundierungsspannung ist zum Teil mit der Magnetverstärkersteuerspannung
in Reihe geschaltet. Letztere wird als Differenzspannung der durch das Potentio@meter
17 einstellbaren, von der Erregungsspannungsquelle des Motors abgenommenen Spannung
(Sollgröße)- mit der Ankerspannung (Istgröße) gebildet. Die beiden Abgriffe der
Potentiometer 15 und' 17 sind außerdem derart miteinander gekoppelt, daß bei Einstellung
der Steuerspannung bzw. der Drehzahl sich dne Kompöundierungsspannüng im Sinne einer
Anpassung mitändert. Die zuletzt genannten Maßnahmen sind zur Erzielung einer gleichmäßigen
Kompoundierungswirkung im gesamten Drehzahlregelbereich des Motors vorteilhaft.The compounding winding i i serves to reduce the ohmic voltage drop
in the motor armature by increasing the armature voltage in order to achieve a constant
Compensate for speed. The compounding voltage is obtained at the current transformer 5
with the aid of the rectifier arrangement 13 and is passed to the voltage divider 14
-Adjustable tap 4. Of the connections marked plus and minus
the rectifier arrangement 13, the compounding voltage is a potentiometer
15 supplied and from this via the variably adjustable tap 16 of the
Compounding winding ii. The compounding voltage is in part with the magnetic amplifier control voltage
connected in series. The latter is shown as the differential voltage of the potentiometer
17 adjustable voltage taken from the excitation voltage source of the motor
(Target value) - formed with the armature voltage (actual value). The two taps of the
Potentiometers 15 and '17 are also coupled to one another in such a way that when adjusted
the control voltage or the speed is dne Kompöundierungsspannüng in the sense of a
Adjustment also changed. The last mentioned measures are to achieve a uniform
Compounding effect advantageous in the entire speed control range of the engine.
Die vorbeschriebene Schaltung stellt ein Schaltungsbeispiel dar, bei
dem es besonders schwierig ist, eine Drehzahlpendelung zu verhindern. Da die Ventilanordnung
3 Strom nur in einer Richtung durchläßt, kann der Motor nur beschleunigt werden.
Ist seine Drehzahl jedoch zu hoch, so kann er nur durch mechanische Reibung abgebremst
werden. Beim Einschalten des Motors ergibt es sich, z. B.
wenn dieser
zunächst über die eingestellte Solldrehzahl hinausgelaufen war, daß der Strom des
Motors eine. erhebliche Zeit Null ist, um erst wieder anzuseigen, wenn; der Motor
die an dem Potentiometer 17 eingestellte Drehzahl angenommen hat. Durch diese Erscheinung
wird -die Pendelneigung stark begünstigt. Der Kompoundierungskreis bildet ferner
einen Rückkopplungsweg, der ebenfalls,, jedoch nur beim Steigen der Ankerspannung
wirksam ist. Bei starker Kompoundierung des Magnetverstärkers kann; es sich ergeben,
daß die -Pendelschwingungen selbst bei Verwendung bekannter Rückführungsschaltungen,
d. h. also bei großen Kondensatoren zur Bildung des Differentialquotienten, nicht
mehr allein abklingen. Demgegenüber .läßt sich durch den Gegenstand der Erfindung
eine genügend starke Rückführungswirkung auch bei verhältnismäßig kleinem Konden,
Bator mit geringem Aufwand erzielen. In dem dargestellten Schaltungsbeispiel ist
zur Rückführung die Hilfssteuerwicklung 12 über einen Kontakt i9 an die Feldspannungsquelle
des Motors angeschaltet. Der Kontakt i9 wird durch das polarisierte Relais 2o bei
einem plötzlichen Spannungsanstieg an. .den. Klemmen i, die z. B. durch eine plötzliche
Entlastung des Motors hervorgerufen sein kann., geschlossen. Bei plötzlichen Belastungen
erzeugt der Kondensator 18 in den Relais 2o einen Stromstoß entgegengesetzter Richtung,
wodurch der Kontakt i9 jedoch nicht geschlossen wird, da das Relais 2o richtungsempfindlich
ist. Durch die Sperrwirkung der Gleichrichteranordnung 3 ist es bedingt, daß Pendelschwingungen
nur bei steigender Ankerspannung des Motors durch den Kompoundierungskreis verstärkt
werden. Eine Rückführungswirkung bei sinkender Ankerspannung ist deshalb in dem
Schaltungsbeispiel nicht vorgesehen. In Schaltungen, bei denen eine Richtungsabhängigkeit
nicht gegeben ist, bei denen also der Verbraucher nicht über ein Ventil gespeist
wird, wird man gegebenenfalls eine Rückführungswirkung sowohl beim Steigen der Verbraucherspannung
wie beim Sinken derselben vorsehen.. Dies kann in. der Weise geschehen:, daß das
polarisierte Relais beim Ausschlag der einen Richtung, z. B. eine positive Spannung
und beim Ausschlag der anderen Richtung eine negative Spannung an die Hilfssteuerwicklung
anschließt.The circuit described above represents a circuit example at
which it is particularly difficult to prevent a speed oscillation. As the valve assembly
If current only passes in one direction, the motor can only be accelerated.
However, if its speed is too high, it can only be braked by mechanical friction
will. When switching on the motor it results, for. B.
if this
initially exceeded the set target speed that the current of the
Motor one. significant time is zero, only to rise again when; the motor
has assumed the speed set on the potentiometer 17. Through this appearance
- the tendency to pendulum is strongly favored. The compounding circle also forms
a feedback path, which also, but only when the armature voltage rises
is effective. With strong compounding of the magnetic amplifier can; it turns out
that the pendulum oscillations even when using known feedback circuits,
d. H. So with large capacitors for the formation of the differential quotient, not
fade away more alone. In contrast, can be through the subject matter of the invention
a sufficiently strong recirculation effect even with a relatively small condensation,
Achieve Bator with little effort. In the circuit example shown is
for feedback the auxiliary control winding 12 via a contact i9 to the field voltage source
of the motor switched on. The contact i9 is through the polarized relay 2o at
a sudden increase in voltage. .the. Terminals i, the z. B. by a sudden
Discharge of the engine can be caused., Closed. With sudden loads
the capacitor 18 in the relay 2o generates a current surge in the opposite direction,
whereby the contact i9 is not closed, however, since the relay 2o is direction-sensitive
is. Due to the blocking effect of the rectifier arrangement 3, it is necessary that pendulum oscillations
only amplified by the compounding circuit when the armature voltage of the motor increases
will. There is therefore a feedback effect when the armature voltage drops
Circuit example not provided. In circuits where there is a directional dependency
is not given, in which the consumer is not fed via a valve
If necessary, there will be a feedback effect both when the load voltage rises
as foreseen when sinking the same .. This can be done in the following way: that the
polarized relay on deflection in one direction, e.g. B. a positive voltage
and when the other direction is deflected, a negative voltage is applied to the auxiliary control winding
connects.
Die im. Stromkreis des polarisierten Relais 2o liegende Drossel ei
dient zur Anpassung an die Betriebsbedingungen der angetriebenen Arbeitsmaschine.
Sie darf nicht zu klein gewählt werden, da anderenfalls mögliche Oberwellen. des
Motorankerstromes ein richtiges Schalten, des Relais 2o in Frage stellen können.
Die Drossel 21 darf auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst die Anordnung nicht
mehr genügend empfindlich ist. An Stelle der Drosselei kann auch ein anderes Siebmittel
verwendet werden. Der Widerstand 22 und der Kondensator 23 sind zur Löschung von
Funken vorgesehen, :die an .den Kontakt i9 auftreten können. Im Rückführungsstromkreis
liegt außerdem ein veränderbarer Widerstand 2@q. zur Einstellung der Rückführungswirkung.
Es ist vorteilhaft, den Widerstand 24 bzw. die anderen Mittel', die für das Maß
der Imped'anzänderung maßgebend sind, so zu wählen bzw. so einzustellen, daß eine
Rückführungswirkung im Sinne einer Schnellregelung eintritt. Der Widerstand 24 verändert
die zur Rückführung verwendete Spannung, die beispielsweise ebenso wie die zur Steuerung
des Magnetverstärkers verwendete Sollspannung von der Erregungsgleichrichteranordnung
25 über den Transformator 26 aus dem speisenden Wechselstromnetz entnommen ist,
d. h. von der F.eldspannungsquelle des Motors. Es ist auch möglich, an Stelle der
Motorerregungsspannung , andere Spannungen geeigneter Höhe zu verwenden,.The in. Circuit of the polarized relay 2o lying choke egg
is used to adapt to the operating conditions of the driven machine.
It must not be chosen too small, otherwise possible harmonics. of
Motor armature current a correct switching, the relay 2o can question.
The throttle 21 must also not be chosen too large, otherwise the arrangement will not
more sensitive enough. Another sieve means can be used in place of the throttling
be used. The resistor 22 and the capacitor 23 are to cancel
Sparks are provided: which can occur at the contact i9. In the feedback circuit
there is also a variable resistance 2 @ q. to cease the return effect.
It is advantageous to use the resistor 24 or the other means' for the measure
the change in impedance are decisive, to be selected or set in such a way that a
Return effect in the sense of a quick regulation occurs. The resistor 24 changes
the voltage used for feedback, for example the same as that for control
of the magnetic amplifier setpoint voltage used by the excitation rectifier arrangement
25 is taken from the supplying alternating current network via the transformer 26,
d. H. from the field voltage source of the motor. It is also possible to replace the
Motor excitation voltage to use other voltages of suitable magnitude.
Die Anwendung des Gegenstandes der Erfindung zur Erzielung einer Rückführungswirkung
und zur Vermeidung von Drehzahlpendelungen ist bei beliebigen über Magnetverstärker
betriebenen. elektrischen Verbrauchern möglich, unäbhängig davon, ob der Magnetverstärker
mit einer -Kompoundierung versehen ist oder nicht. Außer Gleichstrommotoren kommen
z. B. auch Wechselstrom m.otören und Generatoren in Frage. Als rich:tungsempfin.dliches
Schaltmittel kann ein: Relais nach Art eines Telegrafenrelais verwendet werden,
ferner andere Schaltmittel, bei denen ein stromrichtungsgemäßes Auslösen erfolgt,
Ungepolte Relais sind z. B. nach Vorschalten von Gleichrichtern. entsprechender
Richtung ebenfalls geeignet.The application of the subject matter of the invention to achieve a recirculation effect
and to avoid speed fluctuations it is possible to use magnetic amplifiers for any
operated. electrical consumers possible, regardless of whether the magnetic amplifier
is compounded or not. Besides DC motors come
z. B. also alternating current m.otören and generators in question. As directional
Switching means can be a: Relay in the manner of a telegraph relay can be used,
furthermore other switching means in which a current-directional tripping occurs,
Unpolarized relays are z. B. after connecting rectifiers. more appropriate
Direction also suitable.
Die erzielte Rückführungswirkung kann anstatt durch eine besondere
Hilfssteuerwicklung auch durch die eigentliche Steuerwicklung eines Magnetverstärkers
bewirkt werden. Es, kann beispielsweise in. den Steuerwicklungs:kreis ein Widerstand
eingeschaltet werden, an den der Kontakt die zur Rückführung dienende Spannung anschaltet.
An Stelle eines Widerstandes kann auch ein Stromwandler verwendet werden.The return effect achieved can instead be through a special one
Auxiliary control winding also through the actual control winding of a magnetic amplifier
be effected. It can, for example, be a resistor in the control winding circuit
be switched on, to which the contact switches on the voltage used for feedback.
A current transformer can also be used instead of a resistor.