DE975316C - Elektrischer Regler - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 9. NOVEMBER 1961

S 7933 VIIIb j

Elektrischer Regler

(Ges. v. 15. 7. 51)

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Regler zur selbsttätigen Regelung beliebiger physikalischer Größen, bei welchem ein der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert entsprechender Meßwert über einen magnetischen Nullpunktverstärker den Regelungsvorgang anregt und zur Vermeidung von Überregelungen und/oder Pendelungen eine den Verstärkungsgrad des Verstärkers beeinflussende Rückführung vorgesehen ist, unter Verwendung einer auf die Kennliniensteilheit unter Erhaltung des Kennliniennullpunktes einwirkenden Rückführung. Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für solche Regler, deren Stellglied sich mit konstanter Geschwindigkeit in der einen oder der anderen Richtung bewegen kann, bei denen also der Meßwert aus einem einfachen Kontaktsystem besteht, welches den einen oder den anderen Kontakt schließt, sobald der ihm zugeführte Meßwert einen bestimmten Wert mit dem einen oder anderen Vorzeichen überschreitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Regler der eingangs genannten Art eine Rückführung zu schaffen, welche einen möglichst geringen zusätzlichen Aufwand erfordert und die Abmessungen des Reglers nicht wesentlich vergrößert. Die Rückführung hat bei einem Regler bekanntlich den Zweck, Überregelungen und Pendelungen des Regelvorganges zu vermeiden, welche ihren Ursprung in der Trägheit des Regelkreises haben. Es ist in der Reglertechnik vielfach gebräuchlich, zum Zwecke der Rückführung den Sollwert des Reglers zu verstellen, sobald der Regelvorgang angelaufen ist, und auf diese Weise den der Regelabweichung entsprechenden Meßwert auf NuE zurückzuführen, obwohl zwischen dem wirklichen Sollwert und dem Istwert der Regelgröße noch eine Ab-

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•weichung besteht. Eine Änderung der Einstellung des Sollwerteinstellers ist aber meist mit einfachen Mitteln nicht durchführbar. Man kann statt dessen auch den Meßwert durch Herabsetzung der Empfindlichkeit des Fühlers verkleinern, beispielsweise dadurch, daß man die Speisespannung einer Brückenschaltung, in welcher der Fühler liegt, vermindert. Dann sinkt der Meßwert unter die Empfindlichkeitsgrenze des Meßwerkes, und der Regelvorgang hört auf, obwohl die ίο Regelabweichung noch weiterbesteht. Auch diese Methode ist meist nur schwierig durchführbar. Es ist dabei zu bedenken, daß die Rückführung entsprechend der Zeitkonstanten des Regelkreises nach einer bestimmten Zeit wieder unwirksam gemacht werden muß, damit, nachdem sich die Regelung ausgewirkt hat, die ursprüngliche Empfindlichkeit des Reglers wieder vorhanden ist.

Es ist nun eine Rückführung bekannt, bei der es mit relativ einfachen Mitteln und ohne Eingriffe in den Sollwert-Istwert-Kreis gelingt, den Pendelungen entgegenzuwirken. Die Rückführung wirkt hierbei auf eine Steuerwicklung eines Magnetverstärkers derart, daß eine Parallelverschiebung der Kennlinie eintritt. Wenn es sich jedoch um einen Nullstromverstärker handelt, so wird durch eine solche Parallelverschiebung ein Stück der Summenkennlinie der beiden Verstärkerteile in der Umgebung des Nullpunktes eine andere Steilheit aufweisen als die äußeren Kennlinienabschnitte. Es entsteht daher eine "Kennlinienverzerrung, welche in höchstem Maße unerwünscht ist, bisher jedoch nicht vermeidbar schien.

Es ist ferner bekannt, bei Magnetverstärkern in einem Rückkopplungskreis Mittel zur selbsttätigen Regelung der Rückkopplung im Sinne der Beeinfmssung des Verstärkungsfaktors vorzusehen und diese Mittel in Abhängigkeit von den elektrischen Größen der Ausgangsenergie zu steuern. Hierzu kann entweder ein nichtlinearer Widerstand im Rückkopplungskreis verwendet werden, oder man legt in diesen ein Potentiometer, das auf mechanischem Wege in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des Verstärkers gesteuert wird. Beispielsweise kann das Potentiometer parallel zu der Rückkopplungswicklung liegen, deren Rückführwirkung beeinflußt werden soll. Die Erfindung gibt für magnetische Nullpunktverstärker einen weit vorteilhafteren Weg an, eine auf die Kennliniensteilheit einwirkende Rückführung vorzusehen. Hierbei ist es wesentlich, zur Vermeidung der oben geschilderten Kennlinienverzerrung die einzelnen Kennliniennullpunkte zu erhalten und die Summenkennlinie gewissermaßen um ihren Nullpunkt zu verdrehen.

Gemäß der Erfindung erhalten sämtliche Drosseln des magnetischen Nullpunktverstärkers über einen allen Drosseln gemeinsamen Magnetkreisteil eine zusätzliche Gleichstromerregung, die, als Rückführung ausgebildet, die Drosselkerne gleichsinnig vormagnetisiert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit einer derartigen zusätzlichen Gleichstromerregung gerade beim magnetischen Nullpunktverstärker das gewünschte Ziel auf einfache Weise und unter Vermeidung von mechanischen Mitteln oder nichtlinearen Widerständen erreichbar ist. Die Erfindung bringt größte Freizügigkeit in der speziellen Anwendung der von der Ausgangsgröße abhängigen Rückführung, da der zusätzliche Gleichstromerregerkreis beliebig beschaltet werden kann.

Der magnetische Nullpunktverstärker, der zur Verarbeitung von positiven und negativen Regelabweichungen erforderlich ist und dessen Ausgangsspannung je nach der Richtung der Regelabweichung mit dem einen oder anderen Vorzeichen in Erscheinung tritt, ist bereits bekannt. Er besteht im wesentlichen aus zwei Drosselgruppen, die durch den Steuergleichstrom in entgegengesetztem Sinne beeinflußt werden und die zu einer Art Brückenschaltung zusammengeschaltet sind.

Die Wicklung für die zusätzliche Gleichstromerregung im Sinne der Erfindung kann an einem Kondensator liegen, der bei Auslösung des Regelvorganges über einen Widerstand an eine Gleichspannung gelegt wird und der sich nach Abschalten der Ladespannung über einen Widerstand entladen kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Es sei angenommen, daß es sich um die Regelung eines Druckes an der Meßstelle M auf einen konstanten Wert handele. Zur Beeinflussung des Druckes dient als Stellglied eine Drosselklappe 1, welche von dem Stellmotor 2 angetrieben wird. Als Fühler dient eine Druckmeßdose 3, welche einen Widerstand 4 verstellt. Dieser Widerstand 4 ist mit einem gleichartigen, aber willkürlich einstellbaren Widerstand 5 zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt, so daß der Widerstand 5 den Sollwerteinsteller bildet. Zwischen den Diagonalpunkten der Brücke wird dann als Meßwert eine Spannung abgegriffen, welche der Abweichung des zu regelnden Druckes von dem an dem ioo Widerstand 5 einstellbaren Sollwert entspricht und zusammen mit dieser Abweichung durch Null hindurchgeht. Dieser Meßwert wird einem magnetischen Nullpunktverstärker zugeführt, welcher aus den beiden Drosselpaaren 8 und 8' besteht. Die Wechselstromwicklungen 10 und 10' der beiden Drosselpaare werden über einen Transformator 22 aus dem Wechselstromnetz 30 gespeist. Die Steuerwicklungen der Drosselpaare, denen die zwischen den Punkten 6 und 7 auftretende Brückenspannung zugeführt wird, sind mit 9 und 9' bezeichnet. Diesen Wicklungen wird außerdem über den Hilfsgleichrichter 23 noch ein konstanter Gleichstrom zugeführt, und zwar so, daß der konstante Gleichstrom dem von der Brückenschaltung gelieferten Gleichstrom in dem einen Drosselpaar gleich-, in dem anderen Drosselpaar entgegengerichtet ist.

Eine Zunahme der Meßspannung bedeutet also in dem einen Drosselpaar eine Verstärkung, in dem anderen eine Schwächung des Steuergleichstromes.

Die den Wicklungen 10 bzw. 10' der beiden Drosselpaare zugeführten Wechselströme werden in den Hufsgleichrichtern 11 und 11' gleichgerichtet. Die Differenz der gleichgerichteten Ströme durchfließt die Erregerwicklung eines als Meßwerk dienenden polarisierten Relais 13 und den Widerstand 20. An

diesem Widerstand 20 liegen hintereinandergeschaltet die Wicklungen 12 und 12', welche als Rückkopplungswicklungen für die Verstärkerdrosseln dienen. Je nach der Richtung der Spannung, die an dem Widerstand 20 auftritt, wird durch die Rückkopplungswicklung die Gleichstromerregung in dem einen Drosselpaar verstärkt, in dem anderen geschwächt.

Allen Drosseln des Verstärkers gemeinsam ist nun noch die Erregerwicklung 18 vorgesehen, welche auf einem besonderen Joch untergebracht ist. Die Anordnung kann dabei zweckmäßig so getroffen sein, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Hier ist das Joch 24, welches die gemeinsame Erregerwicklung 18 trägt, U-förmig ausgebildet, und zwischen seinen Schenkeln sind die vier Drosselkerne des magnetischen Verstärkers übereinander angeordnet.

Zum besseren Verständnis der Schaltung nach Fig. 1 und der Wirkungsweise des magnetischen Verstärkers sei auf dessen einzelne Stromkreise noch näher eingegangen. Die Wechselstromwicklungen 10 und 10' der beiden Drosselspulenpaare 8 bzw. 8' werden über den Transformator 22 aus dem Wechselstromnetz 30 über je eine besondere, jedoch nicht näher bezeichnete Sekundärwicklung dieses Transformators gespeist. Die Wechselstromwicklungen 10 sowie die Wicklungen 10' sind jeweils in Reihe geschaltet und über die Ventilanordnungen 11 bzw. 11' und die Erregerwicklung des Relais 13 an die verschiedenen Sekundärwicklungen des Transformators 22 angeschlossen. Der Stromkreis der Steuerwicklungen 9 und 9' hat folgenden Verlauf: Punkt 6 der Brückenschaltung, Steuerwicklungen 9', Steuerwicklungen 9, Punkt 7 der Brückenschaltung. Parallel zu den Punkten 6 und 7 liegen zwei nicht näher bezeichnete Widerstände. An dem Verbindungspunkt dieser Widerstände einerseits und dem Verbindungspunkt der Steuerwicklungen 9 und 9' andererseits wird über den Hilfsgleichrichter 23 die oben bereits erwähnte konstante Hilfsgleichspannung in den Steuerwicklungskreis eingespeist. Der Hilfsgleichrichter 23 ist eingangsseitig an das Wechselstromnetz 30 angeschlossen. Die Rückkopplungswicklungen 12 und 12' bilden eine Reihenschaltung und liegen parallel an dem Widerstand 20, der seinerseits mit der Erregerwicklung des polarisierten Relais 13 in Reihe liegt.

Der Stromkreis der Schütze 14 und 15 verläuft von — (Minus) über den Kontakt des polarisierten Relais 13, und zwar je nach dessen Kontaktstellung entweder über die Erregerwicklung des Schützes 14 oder die Erregerwicklung des Schützes 15 nach -f (Plus).

Das polarisierte Relais 13 schaltet, je nachdem, ob es seinen rechten oder linken Kontakt schließt, ein Schütz 14 oder 15 ein, wodurch der Stellmotor 2 für Rechts- oder Lirikslauf in Betrieb gesetzt wird. Die Schütze 14 und 15 sind mit Hilfskontakten versehen, welche beim Schließen des Schützes den Kondensator 16 über einen Widerstand 17 an das Gleichspannungsnetz 21 legen. Der Kondensator 16 liegt parallel zu der gemeinsamen Gleichstromerregerwicklung 18 der Verstärkerdrosseln, so daß, einige Zeit, nachdem das Relais 13 angesprochen hat, der Verstärkungsgrad des Verstärkers infolge Ansteigens des Erregerstromes in der Wicklung 18 so weit herabgesetzt wird, daß das Relais 13 seinen Kontakt wieder öffnet. Die Wirkungsweise der Gleichstromerregerwicklung 18 ist dadurch zu erklären, daß durch eine zusätzliche Vormagnetisierung aller Drosselkerne im gleichen Sinn zwar der induktive Widerstand aller Drosseln verkleinert wird; dies geschieht aber in verschieden starkem Maße: Die Drossel, die schon eine Vormagnetisierung durch die Steuer- und Rückkopplungswindungen 9 und 12 erhalten hat, wird durch die zusätzliche Vormagnetisierung durch die Wicklung 18 nur wenig weiter geöffnet. Die Drosselspulen der anderen Gruppe dagegen, für die sich die Magnetisierungen 9' und 12' praktisch aufgehoben hatten und die daher ein Maximum der Induktivität aufweisen, werden durch die Wicklung 18 erheblich stärker geöffnet. Da an der Bürde, nämlich der Wicklung des Relais 13, die Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Magnetverstärkergruppen zur Wirkung kommt, wird die Differenz durch die zusätzliche Vormagnetisierung der Wicklung 18 kleiner, d. h., der Verstärkungsgrad des gesamten Magnetverstärkers wird kleiner, ohne daß eine Nullpunktverschiebung auftritt. Die Verstärkerkennlinie wird durch diese Maßnahme flacher, und die maximalen Ausgangsspannungen werden in beiden Richtungen kleiner. Dann fällt auch das betreffende Schütz 14 bzw. 15 ab. Der Ladestromkreis des Kondensators 16 wird unterbrochen, und der Kondensator entlädt sich über den einstellbaren Widerstand 19. Der Gleichstrom in der Wicklung 18 verschwindet wieder, bis schließlich der Verstärker seinen ursprünglichen Verstärkungsgrad wieder erreicht hat und das Relais 13 von neuem anspricht, wenn die Regelabweichung noch nicht beseitigt ist. Änderungen der Spannung des Wechselstromnetzes 30 haben ebenso wie Spannungsänderungen im Gleichstromnetz 21 nur einen praktisch vernachlässigbaren Einfluß auf die Empfindlichkeit der Regelung, während die Nulleinstellung und damit der Sollwert voll erhalten bleibt.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Pegler, bei welchem ein der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert entsprechender Meßwert über einen magnetischen Nullpunktverstärker den Regelungsvorgang anregt und zur Vermeidung von Überregelungen und/oder Pendelungen eine den Verstärkungsgrad des Verstärkers beeinflussende Rückführung vorgesehen ist, unter Verwendung einer auf die Kennliniensteilheit unter Erhaltung des Kennliniennullpunktes einwirkenden Rückführung, dadurch ge- kennzeichnet, daß sämtliche Drosseln des Nullpunktverstärkers über einen allen Drosseln gemeinsamen Magnetkreisteil eine zusätzliche Gleichstromerregung erhalten, die, als Rückführung ausgebildet, die Drosselkerne gleichsinnig vormagnetisiert.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Gleichstromerregung über eine Gleichstromwicklung erfolgt, die an einem Kondensator liegt, der bei Auslösung des Regelvorganges an eine Gleichspannung gelegt

wird und der sich nach Abschalten der Ladespannung über einen Widerstand entladen kann.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselkerne übereinander zwischen den Schenkeln eines U-förmigen Magnetkernes liegen, der die zusätzliche Erregerwicklung trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 622 971, 746 949;

USA.-Patentschriften Nr. 2 309 156, 2 227 992, 2247166, 2287754, 2287755;

britische Patentschnften Nr. 446 790, 489 271 ;

»Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus dem Siemens-Konzern«, Jg. 1940, S. 226 bis 260.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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