DE976560C

DE976560C - Elektromagnetischer PI-Regler mit einer Reglerfeder

Info

Publication number: DE976560C
Application number: DES4288D
Authority: DE
Inventors: Ilija Dr-Ing Obradovic
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1943-09-26
Filing date: 1943-09-26
Publication date: 1963-11-14

Description

Elektromagnetischer PI-Regler mit einer Reglerfeder Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen PI-Regler, der sich in mehrfacher Hinsicht von bekannten Reglern unterscheidet und diesen gegenüber Vorteile bietet. Der Regler nach der Erfindung ist dabei von besonderer Bedeutung für das Sondergebiet der Gleichlaufregelung.
Fig. i zeigt die Anordnung eines bekannten PI-Reglers. Ein längs eines Regelwiderstandes i bewegliches Stellglied 2 wird durch einen Elektromagneten 3 bewegt, der von der zu regelnden Größe, beispielsweise der Spannung eines zu regelnden Generators, erregt wird. Das Stellglied :2 ist über eine Feder 4 elastisch mit einer Dämpfungsbremse 5 verbunden. Bei diesem bekannten Regler ist die Feder q. mit der Dämpfungsbremse 5 verbunden, und aus diesem Grunde steht die für die Bewegung des Punktes 6 maßgebende Kraft in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Spannen der Feder q..
Gegenstand der Erfindung ist ein PI-Regler mit einer Reglerfeder, der ebenso wie der bekannte Regler nach Fig. i Schnellreglereigenschaften hat, der sich jedoch von dem bekannten Regler dadurch unterscheidet, daß unmittelbar aus der Regelabweichung eine ihrem Zeitintegral proportionale Größe abgeleitet ist, die zusätzlich auf die Federverstel- Jung einwirkt. Dies kann entweder so erfolgen, daß die dem Zeitintegral der Regelabweichung proportionale Größe zwangläufig den Fußpunkt der Reglerfeder verstellt oder bei fester Einspannung des Federfußpunktes mittels einer weiteren Erregerwicklung das andere Federende verstellt.
Es ist eine Regeleinrichtung bekanntgeworden, bei welcher aus der durch einen Verstärker verstärkten Regelabweichung ein Differentialeinfluß gebildet und damit zusätzlich auf die Auslenkung der Regelfeder Einfluß genommen wird. Bisher wurde jedoch ein Integraleinfluß bei einem Regler mit Reglerfeder stets durch eine Dämpfungsbremse realisiert.
Bei dem Regler nach der Erfindung wird also der Integraleinfluß nicht durch eine störanfällige Dämpfungsbremse im Zusammenwirken mit der Federspannung, sondern in genau definierter Weise durch eine besondere Vorrichtung erzeugt. Dadurch wird ein freizügiger Aufbau und eine präzisere Wirkungsweise des Reglers ermöglicht.
Es sind zwar Regeleinrichtungen bereits bekannt, bei denen je ein Proportional-, Integral- und Differentialeinfluß über Getriebe überlagert werden, doch haben diese Einrichtungen keine Reglerfeder. Gerade bei einem Regler mit Feder konnte eine äquivalente Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes nicht erwartet werden, da dort der Federfußpunkt wegen des Fehlens einer dauernden Richtkraft räumlich unbestimmt ist, während beim neuen Regler der Fußpunkt eine ganz bestimmte Lage einnimmt, und zwar entweder fest eingespannt oder zwangläufig eingestellt wird.
In den Fig. 2 und 3 sind Grundanordnungen von zwei bevorzugten Ausführungsformen eines Reglers nach der Erfindung dargestellt. Die der Schaltung der Fig. i entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Regler nach Fig. 2 ist das von dem Stellglied 2 abgewandte Ende der Reglerfeder 4 fest eingespannt. Zum Unterschied gegenüber dem Regler der Fig. i wirkt auf das Verstellglied 2 außer der Erregerspule 3 noch eine zusätzliche Erregerspule 7. Die von dieser Spule auf das Reglersystem ausgeübte Kraft wird so bemessen, daß sie in jedem Augenblick des Regelvorganges dem Zeitintegral der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert proportional ist. Beider Ausführungsform des Reglers nach Fig. 3 ist die Reglerfeder 4 ebenso wie bei dem Regler der Fig. i nicht fest eingespannt. Auf das dem Verstell-Cr 2 abgewandte Ende der Feder 4 wirkt in diesem Fall eine Magnetspule 8 ein. Die von dieser Spule ausgeübte Kraft wird ebenso wie bei der Spule 7 des Reglers nach Fig. 2 so bemessen, daß diese Kraft in jedem Augenblick des Regelvorganges dem Integral der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert proportional ist. Der Kern der Spule 8 wird mit einer Feder 9 fest verbunden. Damit wird der Weg des Kernes bzw. des Punktes 6 proportional dem Zeitintegral der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert. Es ist angenommen, daß die Kräfte der Spule 8 und der Feder 9 so groß sind, daß sie nicht von der Spannung der Reglerfeder 4 beeinflußt sein können. In Fig. 4. ist eine Regelanordnung dargestellt, bei der die Grundschaltung der Fig. 2 angewendet ist. Aufgabe des Reglers ist die selbsttätige Konstanthaltung der von einem Gleichstromgenerator io erzeugten Gleichspannung. Das Stellglied 2 des Reglers steuert einen Widerstand i, der im Stromkreis der Erregerwicklung i i des Gleichstromgenerators io liegt. Die Regelgröße, d. h. die Spannung des Gleichstromgenerators, wirkt auf die Reglerspule 3. Das Stellglied 2 ist ebenso wie bei der Schaltung der Fig. z über eine Feder 4 elastisch mit einem Festpunkt verbunden. Der Integraleinfluß wird bei dem Regler durch eine Magnetspule 7 erzeugt, deren Erregerstrom durch einen Regelwiderstand 12 eingestellt werden kann. Das Stellglied dieses Regelwiderstandes wird durch einen Steuermotor 13 bewegt, der in Reihe mit einer Hilfsgleichstromquelle 14 an die zu regelnde Spannung des Gleichstromgenerators i o. angeschlossen ist. Die Hilfsstromquelle 14 dient als Vergleichsstromquelle. Ihre Spannung ist gleich dem Sollwert der zu regelnden Spannung des Gleichstromgenerators io. Die dem Steuermotor 13 zugeführte Ankerspannung ist also jeweils gleich der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der zu regelnden Größe. Daraus ergibt sich, daß der Verstellweg des Hilfsmotors 13 und damit die über den Widerstand 12 eingestellte Kraft der Magnetwicklung 7 in jedem Zeitpunkt des Regelvorganges dem Integral der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert proportional ist. Der in Fig.4 dargestellte Regler verhält sich daher wie ein PI-Regler, bei dem die zusätzliche Magnetspule 7 nicht vorhanden und das untere Ende der Reglerfeder 4 in bekannter Weise über eine Dämpfungsbremse mit einem Festpunkt verbunden wäre.
In Fig. 5 ist eine Regelanordnung dargestellt, bei der die Grundschaltung nach Fig. 3 angewendet ist. Aufgabe dieser Regelanordnung ist ebenso wie bei Fig.4 die Regelung der Spannung eines Gleichstromgenerators io. Entsprechende Teile der beiden Fig.4 und 5 tragen die gleichen Bezugszeichen. Entsprechend der Grundschaltung der Fig. 3 ist das untere Ende der Reglerfeder 4 über ein geeignetes Getriebe 15 (Hebel mit Schneckentrieb) mit einem Steuermotor 16 verbunden, der -ebenso wie der Motor 13 in Fig. 4 an der Differenz zwischen der Spannung des Gleichstromgenerators io und der Spannung einer Hilfsgleichstromquelle 14 liegt. Die Spannung der Hilfsstromquelle 14 ist gleich dem Sollwert der zu regelnden Spannung des Gleichstromgenerators io. Es wird dadurch erreicht, daß die Bewegung des unteren Endes der Reglerfeder 4 zwangläufig dem Integral der Abweichung der Regelgröße von ihrem Sollwert proportional ist und von der Spannkraft der Feder 4 unabhängig bleibt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektromagnetischer PI-Regler, dessen Reglerfeder mittels einer von der Regelabweichung beaufschlagten Erregerwicklung proportional derselben verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar aus der Regelabweichung eine ihrem Zeitintegral proportionale Größe abgeleitet ist, die zusätzlich auf die Federverstellung einwirkt.
2. Regler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zeitintegral der Regelabweichung proportionale Größe bei fester Einspannung des Federfußpunktes mittels einer weiteren Erregerwicklung das andere Federende verstellt (Fig. 2),
3. Regler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zeitintegral der Regelabweichung proportionale Größe zwangläufig den Fußpunkt der Reglerfeder verstellt (Fig. 3).
4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwangläufige Verstellung mit Hilfe eines Gleichstrommotors erfolgt, dessen Anker an einer Spannung liegt, die der Regelabweichung proportional ist.
5. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Erregung durch eine Magnetspule (7) erzeugt wird, deren Erregerstrom durch einen von einem Hilfsmotor (13) gesteuerten Widerstand (12) eingestellt wird, wobei der Hilfsmotor an eine der Regelabweichung proportionale Spannung angeschlossen ist (Fig. 4).
6. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt der Reglerfeder (4) über ein Getriebe (15) mit einem Hilfsmotor (16) gekuppelt ist, dessen Anker an einer der Regelabweichung proportionalen Spannung liegt (Fig. 5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 654 6oo, 714 266, 64o 683, 641 131, 548 912, 42= 844, 611 58o; Druckschrift der Westinghouse Company »Silverstat Regulator«, S. 6, erschienen im April 1938; Zeitschrift »BBC-Mitteilungen«, Jg.1917, Heft 3, S. 51 bis 58; »VDI-Zeitschrift«, Jg. 1942, S. 59, 63; Zeitschrift »Archiv für Elektrotechnik«, Jg.1939, Heft i i, S. 288.