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Regelvorrichtung für durch elektrische Impulsfolgen darstellbare Größen
Die Erfindung betrifft eine Nachlaufregelung von elektrischen Größen, die sich in
Impulsfolgen umwandeln lassen. Die Impulse der zu vergleichenden Größen werden dabei
in einer elektrischen Einrichtung verglichen, und die eine Größe wird der ermittelten
Abweichung entsprechend nachgeführt. Bei einer bel;annten derartigen Regeleinrichtung,
der die Aufgabe zugrunde liegt, die Frequenz eines Wechselstromnetzes der Frequenz
einer Normaluhr anzupassen, wird als Vergleichseinrichtung ein Differentialgetriebe
ver-#j,rendet. Die beiden zu vergleichenden Frequenzen werden in Drehzahlen umgesetzt
und treiben je ein Sonnenrad des Differentialgetriebes. Mit dem die Differenz der
Drehzahlen anzeigenden Planetenrad ist ein Kontaktarm verbunden, der in Abhängigkeit
von der 1Zichtung der Abweichung (Voreilung oder Nacheilung) einen von zwei Kontakten
schaltet und damit den Stellantrieb für die Änderung der Netzfrequenz in der entsprechenden
Richtung zum Ansprechen bringt. Hierbei muß die Bewegung des Kontaktarmes durch
Anschläge begrenzt werden, und es können nur kleine Regelabweichungen zugelassen
werden.
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Es sind außerdem Anordnungen zur Summation von Impulsen bekannt, die
mit Schrittschaltwerken arbeiten. Nach Erreichen einer bestimmten Impulssumme wird
hier beispielsweise ein Schalt- oder Steuervorgang ausgelöst. Bei einer elektrischen
Uhrenanlage mit einer Hauptuhr und mehreren Linienuhren ist es bekannt, die von
der Hauptuhr abgegebenen Impulse und die Impulse einer Linienuhr mit Hilfe von Schr
ittschaltwerken zu speichern. Wenn in der Linie mit den Nebenuhren eine Störung
auftritt, so bleibt das den Linienuhren zugeordnete Schrittschaltwerk stehen und
zeigt eine gegenüber dem Schrittschaltwerk der Hauptuhr anwachsende Differenz. Solange
eine solche Differenz vorhanden ist, spricht ein Relais an, das einen Impulsgeber
an die Linie der -'L\Tebenuhren schaltet, der in Tätigkeit tritt, sobald die Störung
in der Nebenuhrenlinie beseitigt ist. Durch diesen Impulsgeber werden den Linienuhren
zusätzliche Impulse zugeführt, bis sie den gegenüber der Hauptuhr vorhandenen Stellungsunterschied
eingeholt haben. Bei dieser bekannten Einrichtung kann das Nachstellen nur in einer
Schaltrichtung erfolgen, und selbst hierzu sind relativ aufwendige Relaisschaltungen
erforderlich.
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Auch bei der der Erfindung zugrunde liegenden Regeleinrichtung wirken
die Impulse von zwei zu vergleichenden Größen auf je ein Schrittschaltwerk ein (@`'ähler,
Motordrehwähler od. dgl. bekannter Bauart). Jedoch sind hier gemäß der Erfindung
die beiden Schrittschaltwerke mittels zwischen benachbarte Kontakte geschalteter
Widerstände in Potentiometer mit einer der Zahl der Kontakte entsprechenden Anzahl
vonAnzapfungsstellen umgewandelt, und diePotentiotneterschaltungen bzw. gegebenenfalls
die Schaltarme der Schrittschalter sind derart z. B. über Fernleitungen unter Einfügung
einer elektrischen Spannungsquelle miteinander verbunden, daß an der Potentiometerschaltung
des einen Schrittschaltwerkes bzw. an dessen Schaltarm eine dem Stellungsunterschied
beider Schrittschaltwerke nach Größe und Richtung entsprechende Spannung abgreifbar
ist. Mittels dieser Spannung wird dann beispielsweise mit Hilfe eines polarisierten
Relais ein Regler für die nachzuführende Größe beeinflußt. Mit Hilfe der Vorrichtung
gemäß der Erfindung können die verschiedenartigsten Größen über die Schrittschaltwerke
miteinander verglichen werden, wenn diese Größen in elektrische Impulsfolgen umgesetzt
werden können. So lassen sich beispielsweise die Frequenzen elektrischer Spannungen
oder Mengenströme von festen Stoffen, Flüssigkeiten und Gasen miteinander vergleichen
und unter Verwendung entsprechender Regeleinrichtungen auf ein gewünschtes Verhältnis
einregeln. Die zu vergleichenden Mengenströme werden mit Hilfe der bekannten Mengenzähler
gemessen, die gleichzeitig als Impulsgeber ausgebildet werden, so daß sie beispielsweise
nach Zurücklegen eines bestimmten Drehwinkels einen Impuls abgeben.
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An Hand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Beim Aus= führungsbeispiel nach Fig. 1 handelt es sich dabei um
die Aufgabe, eine in bestimmten Grenzen mit großer Zeitkonstanten schwankende Frequenz
einer Synchronmaschine auf eine durch eine Uhr vorgegebene Normalfrequenz einzuregeln.
Fig. 2 zeigt eine abge= wandelte Ausführungsform für die Zusammenschaltun
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der beiden Potentiometer. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegt die Aufgabe
vor, die Feuerungsleistun- eines Kessels, d. h. die zugeführte Brennstoffmenge,
der jeweils vorgegebenen Menge des Speisewassers anzupassen. Die Speisewassermenge
wird bei dem hier angenommenen Beispiel primär von einer anderen Größe, beispielsweise
von der verlangten Last, eingeregelt.
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Nach Fig. 1 speist der von einem Gleichstrommotor 2 angetriebene Synchrongenerator
1 ein Wechselstromnetz, an das eine Anzahl von Synchronmotoren 10 angeschlossen
sind. Diese Motoren treiben beispielsweise den Papiervorschub von registrierenden
Meßgeräten an. Der Gleichstrommotor 2, dessen Drehgeschwindigkeit mit Hilfe des
im Feldkreis liegenden Widerstandes 3 eingestellt werden kann, wird beispielsweise
aus dem öffentlichen Stromversorgungsnetz gespeist. Infolge von Frequenz- und Spannungsschwankungen
des Versorgungsnetzes schwankt die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 2 und
damit die Frequenz des Generators 1 sowie die Drehzahl der angeschlossenen Synchronmotoren.
Um die Registrierstreifen der einzelnen Schreibgeräte miteinander vergleichen zu
können, muß jedoch die Drehzahl der Antriebsmotoren10, über die Zeit integriert,
zumindest annähernd gleich sein. Diese Bedingung wird durch eine Regelvorrichtung
gemäß der Erfindung erfüllt. Die vom Synchrongenerator 1 gelieferte Spannung wird
einem Impulsgeber 4 zugeführt, der beispielsweise aus einem Synchronmotor besteht,
welcher über eine mechanische Untersetzung in periodischen Zeitabständen beispielsweise
von einer Minute einen Schalter betätigt und hierdurch einen Stromimpuls auf den
Drehmagneten 5 eines Schrittschaltwerks 9 gibt. Der Schaltarm 15 des Schrittschaltwerks
9 wird durch diesen Impuls um einen Kontakt weitergeschaltet. Wenn der Magnet 5
durch den Impuls erregt wird, zieht er die Klinke 11 an, welche mit ihrem Ende in
ein Klinkenrad 12 eingreift und dieses um eine Zahnteilung weiterbewegt. Zwischen
je zwei benachbarten Kontakten des Schrittschaltiverkes liegt ein fester ohmscher
Widerstand von beispielsweise 5 Ohm. Ein gleichartig ausgebildetes Schrittschaltwerk
8 wird durch die von einer Pendeluhr 32 abgeleiteten Impulse weitergeschaltet. Die
Pendeluhr ist so ausgebildet, daß in gleicher Zeitfolge wie die des Impulssgebers
4 ein Kontakt betätigt wird, wodurch ein Stromimpuls auf den Drehmagneten 13 des
Schrittschaltwerkes 8 trifft. Der Schaltarm 14 des Schrittschaltwerks 8 wird somit
jede Minute um einen Schritt weitergeschaltet. Auch zwischen die benachbarten Kontakte
des Schaltwerkes 8 sind feste Widerstände gleicher Größe, beispielsweise von 5 Ohm,
geschaltet.
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Die beiden Schrittschaltwerke bilden auf diese Weise Potentiometer
mit einer der Zahl der Kontakte entsprechenden Anzahl von Anzapfungen. Jede Potentiometerwicklung
ist nun an drei symmetrischen Punkten des Umfangs angezapft und mit den entsprechenden
Punkten der anderen Potentiometerwicklung verbunden. Über den Schaltarm 14 des Schrittschalt--tverks
8 wird die Spannung einer Batterie 16 in die Potentiometerwicklung eingeführt. Der
Schaltarm 15 der Schrittschaltwerks 9 greift entsprechend dem Unterschied der Stellungen
der Schaltarme 14 und 15 an den Potentiometerwiderständen eine Spannung ab, die
einem polarisierten Relais 6 zugeführt wird. Haben die Schaltarme 14 und 15 in bezug
auf die miteinander verbundenen Anzapfpunkte der beiden Potentiometerv: icklungen
die gleiche räumliche Lage, so hat die am Scl_wltarm 15 abgegriffene Spannung den
Wert Null. Eilt der Schaltarm 15 gegenüber dem Schaltarm 14 vor, so tritt eine Spannung
bestimmter Polarität auf, die das Relais 6 zum Ansprechen bringt. Eilt der Schaltarm
15 nach, so tritt eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität auf, die das Relais
nach der anderen Richtung umlegt. Über das Relais 6 wird der Stellmotor 7 im einen
oder anderen Drehsinn angelassen. Der Stellmotor verstellt den im Feldkreis des
Gleichstrommotors 2 liegenden Widerstand 3. Die Schaltung ist nun so aufgebaut,
daß in dem Fall, in dem der Schaltarm 15 nacheilt, das Feld des Gleichstrommotors
2 geschwächt wird und dieser seine Drehzahl erhöht. Die Frequenz des Synchrongenerators
1 nimmt dabei zu, und die davon über den Impulsgeber4 abgeleitete Impulsfolgefrequenz
steigt an, so daß der Schaltarm vorrückt, bis seine Stellung mit der des Schaltarms
14 übereinstimmt.
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Wenn umgekehrt der Schaltarm 15 dem Schaltarm 14 voreilt, so wird
entsprechend die Drehzahl des Gleichstrommotors 2 verringert, die Frequenz des Generators
2 sinkt, und infolge der geringeren Impulsfolgefrequenz des Impulsgebers 4 wird
die Schrittgeschwindigkeit des Arms 15 verringert, bis sie wieder mit dem des Armes
14 übereinstimmt.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung gelingt es, auch bei Versorgungsnetzen
mit stark schwankender Spannung bei allen angeschlossenen Registriergeräten einen
gleichmäßigen Ablauf des Registrierstreifens sicherzustellen, so daß die aufgezeichneten
Werte durch Übereinanderlegen der Kurven unmittelbar verglichen und ausgewertet
werden können. Der Gleichstrommotor 2 wird in bekannter Weise über einen Gleichrichter
aus dem Versorgungsnetz gespeist.
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Die Schaltung der beiden Schrittschaltwerke für die Ableitung einer
dem Stellungsunterschied der Schaltarme entsprechenden Spannung kann auch in anderer
Weise, als in Fig. 1 dargestellt ist, ausgeführt sein. Beispielsweise kann man,
wie in Fig.2 angedeutet, lediglich zwei gegenüberliegende Punkte der zu einer Potentiometerwicklung
zusammengeschalteten Schrittschaltwerkeverbinden und über die Verbindungsleitungen
die Gleichspannung einspeisen. Die Schleifer der Schaltarme sind gleichfalls über
die Leitungen 16 und 17 miteinander verbunden. Auf diese Weise erhält man
zwei Wheatstonsche Brückenschaltungen, deren Diagonalzweige in Differenz geschaltet
sind. Die Verbindungen 16 und 17 werden an das Relais 6 geführt, und dieses bleibt
in der Mittelstellung, wenn die räumliche Lage der Schaltarme in beiden Schrittschaltwerken
8 und 9 übereinstimmt.
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Als Schrittschaltverke im Sinne der Anmeldung lassen sich die aus
der Fernmeldetechnik bekannten Drehwähler oder Motorwähler verwenden.
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In Fig. 3 ist noch eine andere An-,vendungsform der Erfindung dargestellt.
Es möge sich um eine Kesselanlage handeln, bei der die Speisewasserzufuhr und gegebenenfalls
die Brennstoffzufuhr von einem in der Prinzipskizze nach Fig.3 nicht dargestellten
Regler eingestellt wird. Es liegt die Aufgabe vor, die zugeführte Brennstoffmenge,
über die Zeit integriert, der dem Kessel jeweils vorgegebenen Wassermenge anzupassen.
Die Nachführung der Brennstoffmenge erfolgt über einen an die Diagonale einer Brücke
22 angeschlossenA Regler 21. Die Brücke 22 ist als Verhältnisbrücke aufgebaut, und
mittels Verhältnissteller 23 ist das Brückenverhältnis einstellbar. Die Brückenwiderstände
Br und W werden über die Mengenmesser für Brennstoff und Wasser verstellt.
Der Widerstand B.r ändert sich somit entsprechend der der Kesselfeuerung zugeführten
Brennstoffmenge, während der
Wide-stand l1' entsprechend der vom
Wassermesser gemessenen Speisewassermenge selbsttätig eingestellt wird. Der Regler
21 beeinflußt die Geschwindigkeit des Motors 19 für die Brennstoffzuteilung. Mit
dem Bezugszeichen 20 ist der Mengenmesser für die dem Kessel zugeführte Speisewassermenge
bezeichnet. Die bisher beschriebenen Teile sind für die Kesselregelung an sich bekannt.
Gemäß der Erfindung wird nun entsprechend der Drehzahl des Wassermengenmessers 20
ein Impulsgeber 24 angetrieben, der eine der Drehzahl des Wassermengemnessers 20
entsprechende Impulsfrequenz auf den Magneten25 eines Schrittschaltwerks 26 gibt.
Der Zuteilungsmotor 19 für die Brennstoffmenge ist mit einem gleichartig aufgebauten
Impulsgeber 27 verbunden, der entsprechend der Drehzahl des Zuteilungsmotors 19
Impulse auf das Schrittschaltwerk 28 gibt. Die Schrittschaltwerke sind, wie an Hand
der Fig.l erläutert, zusammengeschaltet. Entsprechend dem Unterschied der Stellungen
der Schaltwerke 26 und 28 wird, wie bereits früher beschrieben, eine Spannung entnommen
und einem polarisierten Relais 29 zugeführt. Das Relais 29 schaltet einen Stellmotor
30, der den Verhältnissteller 23 der Brücke 22 verstellt. Bleibt das Schrittschaltwerk
28 gegenüber dem Schaltwerk 26 zurück, so ist die zugeteilte Brennstoffmenge zu
gering, und das Brückenverhältnis wird über das Relais 29 und den Stellmotor 30
in dem Sinne verändert, daß über die in der Brückendiagonalen anfallende Spannung
der Regler 21 die Drehzahl des Zuteilungsmotors 19 erhöht. In gleicher Weise wird
die Drehzahl dieses Motors verringert, wenn das Schrittschaltwerk 28 gegenüber dem
Schrittschaltwerk 26 voreilt.