DE971855C

DE971855C - Elektrisches Rueckfuehrnetzwerk, insbesondere fuer elektrische Regler

Info

Publication number: DE971855C
Application number: DEH10450A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr-Ing Oppelt
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1951-11-17
Filing date: 1951-11-17
Publication date: 1959-04-09

Description

Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Reglern Rückführ netzwerke vorzusehen, die auf elektrischem Weg einen Rückführimpuls zur Auswirkung bringen. Insbesondere sind derartige Anordnungen bei solchen Reglern vorgesehen worden, die ein elektrisches Meßgerät als Kraftschaltglied enthalten. Die Stellung dieses Meßgerätes wird auf irgendeine Weise, z. B. über Fotozellen, Induktivitäten, Kapazitäten oder durch Potentiometerabgriff, möglichst rückwirkungsfrei abgegriffen und verstärkt. Die verstärkte Ausgangsspannung wird einem Stellglied zugeführt und gleichzeitig als Rückspannung benutzt. DieseRückführspannung wird entweder galvanisch in den Meßkreis eingespeist oder auf eine zweite Meßwicklung des elektrischen Kraftschaltgliedes gegeben.

Es sind elektrische Rückführnetzwerke bekannt, die ein verzögernd ansteigendes oder mit der Zeit nachgebendes oder auch ein solches Signal liefern, welches einen verzögerten Anstieg und eine darauffolgende nachgebende Charakteristik besitzt. Die Erfindung befaßt sich mit Rückführnetzwerken der letztgenannten Art, bei denen der verzögerte Anstieg des Rückführsignals eine ähnliche Wirkung hat wie die Einführung des Differentialquotienten der Regelgröße, während durch die nachgebende Charakteristik eine Kontrolle darüber erfolgt, ob durch den bisherigen Eingriff des Reglers die Regelabweichung bereits herausgeregelt worden ist oder nicht. Derartige Rückführnetzwerke sind bereits bekannt mit zwei oder mehr mit Scheinwiderständen versehenen Stromkreisen ver-

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schiedener Zeitkonstante, wobei als Eingangsspannung des Netzwerkes diejenige Spannung dient, von welcher das Rückführsignal abgeleitet werden soll.

Die bekannten Rückführnetzwerke dieser Art bestehen aus einer Kaskadenschaltung zweier RC-Glieder, wobei diejenige Spannung, von welcher das Rückführsignal abgeleitet werden soll, nur dem vorgeschalteten i?C-Glied zugeführt wird, während ίο die Speisespannung für das nachgeschaltete RC-Glied dem vorgeschalteten entnommen wird. Da der Leistungsverbrauch des nachgeschalteten Systems vom vorgeschalteten zu liefern ist, so muß das vorgeschaltete dementsprechend bemessen sein, beispielsweise durch Anwendung eines großen Kondensators und eines kleinen ohmschen Widerstandes, damit infolge der Leistungsentnahme aus dem vorgeschalteten System die elektrischen Verhältnisse nicht in unerwünschter Weise beeinflußt werden.

Hiervon unterscheidet sich das Netzwerk der Erfindung dadurch, daß das Rückführsignal von zwei einander parallel geschalteten, mit Scheinwiderständen versehenen Stromkreisen, die beide von der gleichen Spannung gespeist werden, als Differenz zweier von beiden Stromkreisen abgegriffener Spannungen geliefert wird. Hierbei liegen beide i?C-Glieder an der vollen Spannung und entnehmen ihre Leistung dem speisenden Netz, so daß an der Rückführung mehr Leistung zur Verfügung steht. Die so gewonnenen Schaltungen zeichnen sich ferner durch Einfachheit und weitgehende Einstellbarkeit aus.

Der Gegenstand der Erfindung sei an Hand der Abbildungen näher erläutert.

Zunächst sei die Wirkungsweise einer derartigen Schaltung an Hand von Abb. 1 erläutert. Die zwei Kapazitäts-Widerstand-Kombinationen werden jeweils durch die beiden Kapazitäten 4 und 5 und die Widerstände 6 und 7 gebildet. Kapazität und Widerstand sind jeweils hinteinandergeschaltet und an die gleiche Ausgangsspannung gelegt. An diesen Gliedern, und zwar in dem Beispiel an den Kapazitäten, wird je eine Spannung abgegriffen, deren Differenz über den Widerstand 9 auf die Rückführwicklung 8 des Meßwerkes wirkt.

In Abb. 2 sind die beiden Kurven für den Spannungsverlauf an den beiden Kondensatoren 4 und 5 bei plötzlich an das Netzwerk angelegter Spannung in Abhängigkeit von der Zeit gezeigt. Die Kurve I am kleinen Kondensator 4 steigt bei gleichen Widerständen 6 und 7 wesentlich schneller an als die Kurve II für den größeren Kondensator. Auf die Rückführspule 8 wirkt die Differenz der beiden Spannungen, die in Abb. 2 durch die senkrechten Abstände beider Kurven gegeben ist und in Abb. 3 noch einmal gesondert gezeichnet ist. Man erkennt, daß das dargestellte Netzwerk den angelegten konstanten Impuls in einen verzögert ansteigenden mit darauf nachgebenden Impuls verwandelt hat. Es ist nun von besonderer Wichtigkeit bei der praktischen Anwendung derartiger Schaltungen, daß man die verschiedenen kennzeichnenden Größen des Rückführimpulses, nämlich seine absolute Höhe H, das Verhältnis der Zeitkonstanten T_v für die Verzögerung, also für den Anstieg der Kurve, und T_n für die Nachgebezeit, also für den Abfall der Kurve, und die Gesamtdauer, gegeben durch die Breite I? der Kurve, einzeln und unabhängig voneinander leicht regeln kann, mit anderen Worten, es soll bei der in Abb. 3 gezeichneten Kurve, in der die Größen H, B, T_v und T_n eingetragen sind, möglich sein, folgende Werte zu ändern:

1. die Höhe ff ohne Verschiebung des Maximums auf der Zeitachse und Veränderung der gesamten Breite;

2. die gesamte Breite unter Beibehaltung der Höheii des Maximums und des bestehenden Verhältnisses der Zeitkonstanten T_v :T_n;

3. das Verhältnis der Zeitkonstante T_v : T_n ohne Änderung der Größe des Maximums und der gesamten Breite der Kurve.

Diese Forderungen müssen erfüllt werden, um eine einwandfreie Anpassung der Rückführung an die Regelstrecke zu ermöglichen. Die erste Förderung ist verhältnismäßig einfach zu erfüllen, indem man das Rückführnetzwerk an einen veränderlichen Spannungsteiler anschließt, an dem man die Größe des auf das Netzwerk wirkenden Impulses abgreift. Um die Breite der Kurve bei gleichbleibendem Verhältnis T_v : T_n zu ändern, muß man eine entsprechende Änderung der für die Zeitkonstanten maßgebenden Glieder, Widerstand oder Kapazität, vorsehen. Es ergeben sich dann aber Schwierigkeiten, weil damit auch die Größe des Rückführimpulses geändert wird. Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten vermieden werden können, indem man die beiden Widerstände 6 und 7 gleich groß macht und die Änderung der Zeitkonstante durch gleichmäßiges Ändern beider Widerstände hervorruft. Um schließlich noch die dritte Forderung zu erfüllen, kann man die Größe des kleineren Kondensators durch Zu- und Abschalten von Teilkondensatoren veränderbar machen. Die Dauer des Impulses ist durch den größeren Kondensator gegeben und bleibt unveränderlich. Um die damit verbundene Änderung des Maximums auszugleichen, wird gleichzeitig der Vorwiderstand 9 vor der Rückführspule entsprechend verändert. Dieser Vorwiderstand 9 ist groß gegenüber den Widerständen 6 und 7, so daß der Rückführstrompfad 8, 9 als spannungsmessender Pfad wirkt.

In Abb. 4 ist eine vollständige Schaltung aufgezeichnet für einen Regler mit einer verzögert nachgiebigen Rückführung, der die vorstehend wieder- ;egebenen Möglichkeiten zur Änderung der einzelnen Konstanten aufweist. Es handelt sich um einen Temperaturregler, der an das Thermoelement 10 angeschlossen ist. Das Thermoelement ist in üblicher Weise mit der Drehspule 11 eines Drehspulgalvanometers verbunden, welches über die Blende 14 den Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle 12 und einer Fotozelle 13 bei Erreichen des Sollwertes abdeckt. Die Fotozelle liegt im Gitterkreis einer Verstärkerröhre 15, in deren Anoden-

kreis die Anodenspannungsquelle 16 liegt. 17 ist der Nutzwiderstand, etwa die Spule eines elektromagnetisch wirkenden Ventils, welches z. B. bei Erreichen des Sollwertes je nach der Stellung der Blende 14 mehr oder weniger geschlossen wird. Im Anodenstromkreis liegt außerdem das einstellbare Potentiometer 18, an dem die Rückführspannung abgegriffen wird. Diese Rückführspannung wird dem vorstehend beschriebenen Rückführnetzwerk zugeführt. Es besteht aus den beiden Kapazitäten 19 und 20 und den beiden Widerständen 21 und 22. Die beiden Widerstände 21 und 22 sind gleich, und auf ihnen läuft ein gemeinsam betätigter Schleifer 23, dem die bei 18 abgegriffene Rückführspannung zugeführt wird. Jeweils zwischen Widerstand 21 und Kapazität 19 und Widerstand 22 und Kapazität 20 ist über Vorwiderstände 24 und 25 die Rückführspule 26 angeschlossen. Die Rückführspule ist mit der an dem Thermoelement angeschlossenen Spule 11 des Galvanometers auf ein Rähmchen gewickelt. Parallel zur kleineren Kapazität 19 kann durch den Schalter 27 eine Zusatzkapazität 28 eingeschaltet werden. Gleichzeitig mit der Einschaltung der Zusatzkapazität 28 wird durch einen weiteren mit 27 gekuppelten Schalter 29 der Widerstand 24 kurzgeschlossen.

Die Wirkungsweise ist folgende: Durch Verstellen des Abgriffes am Potentiometer 18 wird die Größe des Rückführimpulses eingestellt, ohne daß dabei die anderen Konstanten des Rückführnetzes geändert werden. Durch Betätigung des Schiebers 23 wird die gesamte Breite des Rückführimpulses geändert, ohne daß das Verhältnis der Zeitkonstanten und die Größe des Rückführimpulses beeinflußt wird. Durch Betätigung der Schalter 27, 29 wird einmal durch Zuschaltung der Kapazität 28 zu der Kapazität 19 das Verhältnis der Zeitkonstanten bei gleichbleibender Breite des Gesamtimpulses verändert und dabei durch die gleichzeitige Kurzschließung des Widerstandes 24 die Einwirkung auf die Spule 26 so geändert, daß die Höhe des wirksamen Rückführimpulses konstant bleibt. Es ist oft zweckmäßig, an Stelle einer einzigen zuschaltbaren Kapazität mehrere vorzusehen, um eine Änderung in mehrere Stufen vornehmen zu können. Entsprechend viele Widerstände 24 müssen mit umgeschaltet werden. Es ist auch möglich, für die verschiedenen eingeschalteten Zusatzkapazitäten 28 verschiedene Skalen für die Einstellung des Potentiometers 18 vorzusehen.

Eine weitere Möglichkeit zur Abnahme des Rückführimpulses am Netzwerk ist in Abb. S dargestellt. Wir erkennen dort wieder dasselbe Rückführnetzwerk wie in Abb. 1, bestehend aus zwei Widerstand-Kapazitäts-Kombinationen, die parallel geschaltet sind. Es ist jetzt aber nicht eine Rückführspule zwischen den beiden Zweigen eingeschaltet, sondern es sind zwei Rückführspulen 30 jeweils an jeden Widerstand oder, wie Abb. 6 zeigt, an jeder Kapazität angeschaltet. Beide Rückführspulen wirken gleichzeitig mit der Meßwerkspule auf das Steuermeßwerk und sind so geschaltet, daß ihre Differenz zur Auswirkung kommt. Eine derartige Schaltung hat den Vorteil, daß die beiden Kreise elektrisch vollkommen ge- 6s trennt sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Rückführnetzwerk, insbesondere für elektrische Regler, bei dem ein Rückführsignal mit verzögert ansteigender und darauffolgender nachgebender Charakteristik von zwei oder mehr mit Scheinwiderständen versehenen Stromkreisen verschiedener Zeitkonstante geliefert wird und als Eingangsspannung des Netzwerkes diejenige Spannung dient, von welcher das Rückführsignal abgeleitet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführsignal von zwei einander parallel geschalteten, mit Scheinwiderständen versehenen Stromkreisen, die beide von der gleichen Spannung gespeist werden, als Differenz zweier von beiden Stromkreisen abgegriffener Spannungen geliefert wird.

2. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der einzelnen Glieder der mit Scheinwiderständen versehenen Stromkreise verändert werden kann.

3. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk aus zwei parallel geschalteten Stromverzweigungen besteht, die je einen Widerstand und eine Kapazität in Reihe geschaltet aufweisen, und daß die Rückführspannung zwischen den beiden Verbindungsstellen von Widerstand und Kapazität abgenommen wird.

4. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Größe der einzelnen Glieder der zeitabhängigen Stromkreise so miteinander oder mit anderen Schaltelementen verbunden sind, daß nur eine oder eine beschränkte Zahl der kennzeichnenden Größen des Rückführimpulses (Größe, Verhältnis der Zeitkonstanten, Gesamtdauer) geändert wird, während die anderen konstant bleiben.

5. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände gleich groß sind und zur Einstellung der Gesamtdauer des Rückführimpulses um die gleichen Beträge verändert werden.

6. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstände mit gleichlaufenden Abgriffen versehen sind.

7. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zuschalten von Teilkapazitäten zur kleineren Kapazität das Verhältnis der Verzögerung zur Nachgebezeit des Rückführimpulses geändert wird.

8. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleich-

zeitig mit der Zuschaltung von Teilkapazitäten Zusatzwiderstände im Rückführkreis so verändert werden, daß die Größe des Rückführimpulses erhalten bleibt.

9. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter für die Zuschaltung von Kapazitäten mit einem Schalter zum Kurzschließen von Widerständen im Rückführkreis gekuppelt ist.

10. Elektrisches Rückführnetzwerk nach Anspruch ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede oder mehrere der an den zeitabhängigen Kreisen abgegriffenen Spannungen auf eine besondere Wicklung des Meßwerkes wirkt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 641 391, 670253, 082;

dänische Patentschrift Nr. 64450;

schweizerische Patentschriften Nr. 193 741, 202581;

österreichische Patentschrift Nr. 134 191.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen