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Beschreibung zum Patentgesuch betreffend: "Stellantrieb" == = = Die
Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem in beiden Drehrichtungen arbeitenden
Asynchron-Motor, der über getriebeartige oder hydraulische Übersetzungen ein Stellglied,
z.B. ein Ventil, antreibt und der durch Ein-und Ausschalten seines Drehfeldes gesteuert
wird, wobei ein aus dem Vergleich eines Sollwertsignals mit dem Istwertsignal für
die Stellung des Stellgliedes resultierendes Fehlersignal beim Überschreiten eines
oberen Grenzwertes den Motor ein- und beim Unterschreiten eines unteren Grenzwertes
wieder ausschaltet, und wobei ferner das Vorzeichen des Fehlersignals die Drehrichtung
des Motors bestimmt.
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An einen Stellantrieb, der ein Stellglied, z.B. ein Durchflußregelorgan
in einer Leitung einer Dampfkraftanlage, antreibt und einen elektrischen Antriebsmotor,
in diesem Falle einen mit Wechsel- oder Drehstrom betriebenen Asynchron-Motor und
eine getriebeartige oder hydraulische Übersetzung umfaßt, werden mehrere Anforderungen
gleichzeitig gestellt. Die wichtigsten dieser Anforderungen sind:
Möglichst
hohe Einstellgenauigkeit, um Regelabweichungen und die Schalthäufigkeit klein zu
halten; höchstens eine schleichende Bewegung des Stellgliedes im Bereich der Einstellungstoleranz
unter Einwirkung der statischen Stellkräfte, die z.B. von einem die Leitung durchströmenden
Medium herrühren; und schließlich eine große Leistung, d.h. ein hohes Drehmoment
des Motors bei hoher Stellgeschwindigkeit und rascher Abbremsung, ohne daß der Motor,
besonders thermisch, überlastet wird. Die genannten Aufgaben sind vorzugsweise derart
zu erfüllen, daß ein Minimum an Verbindungsleitungen zwischen der 2--euereinrichtung
und dem Stellorgan benötigt wird. Insbesondere sind Signalleitungen für Stellungsendschalter
und mechanische Lastschalter zu vermeiden.
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Die Erfindung dient vor allem der Lösung der ersten Teilaufgabe,
wobei den weiteren Forderungen durch zusätzliche Maßnahmen Rechnung getragen wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, die durch das
Einschaltsignal für den Motor ausgelöst, ein in seinem Betrag von der jeweiligen
Einschaltdauer des Motors abhängiges Korrektursignal erzeugen, welches die momentane,
kinetische Energie der bewegten Teile wieder gibt und den unteren Grenzwert für
den Ausschaltzeitpunkt verändert. Durch die Aufschaltung des die mechanische Trägheit
der bewegten Teile berücksichtigenden Korrektursignals zur Verschiebung des Ausschaltzeitpunktes
für den Motor wird die Einstellgenauigkeit des Stellgliedes erheblich verbessert.
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Diese Wirkung kommt besonders in den ° bei Stellgliedern der genannten
Art - sehr häufig auftretenden Fällen zum Tragen, bei denen ein dauerndes Verstellen
des Stellgliedes erforderlich ist, dieses also nur selten seine
volle
Geschwindigkeit erreicht. Die Einstellgenauigkeit bei hohen Geschwindigkeiten kann
verbessert werden, wenn zur Abbremsung der bewegten Teile eine Gleichspannungsquelle
mit entsprechenden Schaltmitteln vorgesehen ist, die beim Ausschalten des Drehfeldes
auf den Stator des Motors aufgeschaltet wird, wobei weiterhin Umschaltmittel, vorgesehen
sein können, durch die die an den Motor angelegte Bremsgleichspannung erniedrigt
wird, nachdem der Motor zum Stillstand gekommen ist. Durch die Erniedrigung der
Bremsspannung wird vor allem die Gefahr einer thermischen Überlastung des Motors
vermindert.
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Weiterhin ist dafür zu sorgen, daß der Stellantrieb bei dem hohen
Anlaufmoment des Motors in den Endstellungen nicht mechanisch überbeansprucht wird.
Es kann daher eine Strommeßeinrichtung für den Motorstrom vorgesehen sein, die ein
Leistungssignal erzeugt, das bei Überschreiten eines Leistungsgrenzwertes den Schaltmitteln
-die z.B. in gesteuerten Gleichrichtern (SCR) bestehen -für den Motorstrom ein dominierendes
Ausschaltsignal zuführt. Diese Maßnahme dient einerseits dazu, eine thermische Überlastung
des Antriebsmotors zu verhindern, andererseits wird damit zugleich eine mechanische
Überlastung des ganzen Stellantriebs vermieden.
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Um jedoch ein Abschalten des Motors durch die vorgenannte Einrichtung
während der Anlaufphase verhindern zu können, können zusätzliche Mittel vorgesehen
sein, die z.B.
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in einer monostabilen Kippschaltung mit bestimmter Zeitkonstante bestehen,
und durch die der Leistungsgrenzwert für ein vorgegebenes Zeitintervall der Anlaufphase
des Motors erhöht wird.
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Um während eines sogenannten "schweren Anlaufs", bei dem die Anlaufphase
mit ihrem erhöhten Strombedarf durch zusätzliche mechanische Kräfte oder Widerstände
- z.B. durch zusätzliche Reibung und durch zusätzliche Druckkräfte, besonders beim
Abheben eines Stellorgans vom Sitz beim Anlaufen in Öffnungsrichtung - über das
vorgegebene Zeitintervall hinaus verlängert sein kann, ebenfalls ein Abschalten
des Motors zu verhindern, können darüber hinaus weitere Mittel vorgesehen sein,
die von dem Vorzeichen und dem Betrag des Istwertsignals für die Stellung des Stellgliedes
beeinflußt werden und die Erhöhung des Leistungsgrenzwertes über das vorgegebene
Zeitintervall hinaus zulaseen.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das leistungsabhängige Ausschaltsignal
eine Alarmanlage auslöst, sofern das Istwertsignal für die Stellung des Stellgliedes
nicht eine vorgegebene Endstellung für dieses anzeigt.
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Um das Anlaufen des Motors zu verbessern und Kurzschlüsse in der
Motorwicklung zwischen der Brems- bzw. der Haltespannung und der aufgeschalteten
Wechselspannung zu verhindern und darüber hinaus die, z.B. als Schalter verwendeten,
gesteuerten Gleichrichter vor Überlastungen zu schützen, ist es weiterhin vorteilhaft,
wenn ein Vergleichsorgan vorgesehen ist, das die Momentanwerte der geschalteten
Phase der zu schaltenden Wechsel spannung miteinander vergleicht und ein Freigabesignal
für das Ein- und Ausschalten des Drehfeldes erst auslöst, wenn die Momentanwerte
der genannten Phasen gleich und positiv sind.
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Schließlich kann der Motor mit einer gesteuerten Bremse ausgerüstet
und/oder die mechanische oder hydraulische Ubersetzung selbsthemmend ausgebildet
sein.
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Durch diese letzten Maßnahmen ist es möglich, den Motor im Stillstand
weitgehend von mechanischen Kräften zu entlasten und so den ihn durchfließenden
Gleichstrom und damit seine thermische Belastung zu erniedrigen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 schematisch einen Stellantrieb
mit einem Durchflußregelventil, dem zugehörigen Motor und der den Motor steuernden
Schaltlogik, Fig. 2 die Funktionsweise der Anordnung nach Fig. 1 in Abhängigkeit
von der Zeit, ebenfalls in schematischer Darstellung, Fig. 3s die elektrische Schaltung
eines Details aus Fig. 1, während Fig. 3b die Wirkungsweise dieses Details verdeutlicht.
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Gemäß Fig. 1 besitzt der Stellantrieb 1 einen Asynchron-Motor 2,
der über ein Schraubengetriebe 3 eine Ventilspindel 4 mit dem Ventilkegel 5 eines
Ventils in einer Durchflußleitung 6 einstellt. Die Ventil spindel 4 ist mit einem
mechanischWlektrischen Wandler als Istwertgeber 7 verbunden, der über eine Signalleitung
8 auf eine Schaltlogik ao einwirkt. Als Signale in der Schaltlogik 10 werden durchgehend
elektrische Spannungen verwendet.
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Der Asynchron-Motor 2 ist durch drei Leiter 11, 12, 13 direkt bzw.
über Schaltmittel 14 und über eine Strommeßeinrichtung
15 an ein
Drehstromnetz 16 angeschlossen. Zwischen der Einrichtung 15 und dem Netzanschluß
16 kann noch ein nicht dargestellter Hauptschalter vorgesehen sein.
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Die Leiter 11 und 12 sind ferner über Verbindungsleiter 21 und 22
direkt bzw. über Schaltmittel 23 und 24 mit einer Gleichspannungsquelle 25 verbunden,
die über die Leiter 26 und 27 vom Drehstromnetz her gespeist wird.
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Sie besteht z.B. aus einem Transformator 28, an dessen Ausgang, wie
schematisch angedaute= durch Gleichrichter 29 Gleichspannungen erzeugt werden. Gegenüber
der Ausgangsklemme 21a bzw. dem Leiter 21 besitzt dabei der Ausgang 32a, der über
die Leitung 32 und den Schalter 23 mit der Leitung 22 verbunden ist, eine Spannung
von beispielsweise + 40 V. Diese dient zum Abbremsen des Motors 2 beim Ausschalten
des Drehfeldes.
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Die Spannung am Punkt 33a, der über die Leitung 33 und den Schalter
24 ebenfalls mit der Leitung 22 verbunden ist, ist gegenüber demjenigen des Punktes
32a erniedrigt und beträgt beispielsweise gegenüber dem Punkt 21a etwa + 20 V. Diese
zweite Spannung ist die erniedrigte Brems-oder Haltespannung für den Motor 2 während
des Stillstandes. Wie bereits erwähnt können die Schalter 23 und 24, sowie die später
beschriebenen, in Fig. 1 gezeigten weiteren Schalter 43, 57 und 58 als gesteuerte
Gleichrichter (SCR) ausgebildet sein, die durch geeignete, von der Schaltlogik 10
ausgelöste Impulse gezündet werden.
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Die Strommeßeinrichtung 15 besitzt für jede Phase R, S und T des
Drehstromes einen Meßwandler 34, dessen Sekundärwicklung über je einen Widerstand
35 abgeschlossen ist und mit einem Anschluß auf dem Null- bzw, Bezugspotential 82
der Steuereinrichtung 10 liegt. Über
die Dioden 36 wird das von
den durch die Widerstände 35 fließenden Strömen abhängige Potential an den Stellen
37 ;in Paralelschaltung auf den Ausgang 38 der Einrichtung 15 geführt Auf diese
Weise ist der Monentanwert der an der Stelle 38a auftretenden Spannung U38 gleich
dem Maximalwert der in jedem Augenblick in den Leitern 11, 12 und 13 fließenden
Ströme. Die weitere Verwendung und die Wirkungsweise der das Ausgangssignal p der
Einrichtung 15 bildenden Spannung U38 und die Aufgabe und Wirkungsweise des durch
Widerstände 41 und 42 gebildeten Spannungsteilers sowie eines Schalters 43 werden
später beschrieben.
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Parallel tu dem Motor 2 ist über Leitungen'lia, 12a und 13a an das
Drehstromnetz weiterhin ein Vergleichsorgan 30 angeschlossen. Dieses Vergleichsorgan
30 erzeugt ein als kurzzeitiger Spannungsimpuls ausgebildetes Signal , das über
eine Leitung 31 in die Schaltlogik 10 eingeführt wird. Dieses Signal dient als Freigabesignal
für das Ein- und Ausschalten des Drehfeldes und wird dann, und nur dann, erzeugt,
wenn die Momentanwerte der Spannungen der beiden zu schaltenden Phasen S und T gleich
und positiv sind. Aufbau und Wirkungsweise des Vergleichsorgans 30 werden ebenfalls
später im Zusammenhang mit Fig. 3a und 3b beschrieben.
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Der Schaltlogik 10, von der das Signalflußbild in einer in den USA
üblichen Symboldarstellung dargestellt und die zum überwiegenden Teil in der Digitaltechnik
mit bekannten Elementen ausgeführt ist, wird über eine Signlleitung 40 ein Sollwertsignal
s zugeführt, das zusammen mit dem Istwert i auf ein Sollwert-Istwert-Vergleichsgerät
44 wirkt. In diesem Vergleichsgerät 44 wird ein Fehlersignal a aus der Differenz
beider Eingangsgrößen s und i
gebildet, das dem Verzweigungspunkt
45 zufließt. Von diesem Punkt 45 aus gelangt das Fehlersignal a zu dem Proportionalverstärker
47 bekannter Bauart, der den AbsolutWert b des Fehlersignals bildet, das einem Grenzwertgeber
46 mit Hystereseglied bekannter Bauart zufließt.
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Ein derartiger Grenzwertgeber 46, in dem bei der vorliegenden Steuerschaltung
ein erster Übergang von den bisher als Analogsignale ausgebildeten Signalen a und
b am Eingang zu einem digitalen Ausgang c stattfindet, arbeitet so, daß beim Ansteigen
seines Eingangssignals bei Überschreiten eines ersten, höheren Grenzwertes G1 sein
Ausgangssignal c von 0 auf L springt, um jedoch erst bei Unterschreiten eines zweiten,
niedrigeren Grenzwertes G2 von L auf 0 zurückzuspringen. Der Verlauf des Ausgangssignals
c in Abhängigkeit der algebraischen Summe der Eingangssignale b, d und e besitzt
daher die in Fig. 1 dargestellte Form einer Hystereseschleife, woraus sich die Bezeichnung
für dieses, an sich bekannte Schaltelement 46 ableitet.
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Als weitere Eingangssignale werden dem Grenzwert geber 46 ein fest
vorgegebenes, negatives Grenzwertsignal e, das die Größe des für das Auftreten eines
Ausgangssignales c notwendigen Grenzwertes G1 beeinflußt, und ein weiteres positives,
von der jeweiligen Einschaltdauer des Motors 2 abhängiges Korrektursignals d zugeführt.
Dieses Signal d berücksichtigt erfindungsgemäß die kinetische Energie der bewegten
Teile des Stellantriebes. Es wird vom Ausgangssignal c des Signalgebers 46 ausgelöst,
das sich seinerseits im Punkt 48 verzweigt und einmal einem Und-Glied 49 und zum
anderen über ein Nicht- oder Inversionsglied 50 bekannter Bauart als Signal c (nicht
c" oder "c quer") einem als Integrator wirkenden RC-Glied 51
zufließt.
Weiterhin gelangt das Signal c auf ein weiteres Und-Glied 52.
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Das RC-Glied 51 wirkt in der vorliegenden Steuerschaltung so, daß
beim Anstehen eines c-Signals an seinem Eingang das Signal d als zeitliches Integral
dieses Anstehens von c bis zu seinem Grenzwert, der durch die Beträge seines Widerstandes
R und seiner Kapazität L bestimmt ist, integriert wird.
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Dadurch besitzt das Signal d seinen positiven Maximalwert, solange
kein Ausgangs signal c des Grenzwertgebers 46 vorhanden ist, das eine der Einschaltbedingungen
für das Drehfeld bildet, wie später noch beschrieben wird.
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Bei Auftreten des Signals c verschwindet das Eingangssignal c am
Eingang des RC-Gliedes 51, und sein Kondensator beginnt sich gemäß dem bekannten
Verlauf einer Kondensatorentladung zu entladen. Die Summe der beiden positiven Eingänge
b und d des Grenzwertgebers 46 wird dadurch in Abhängigkeit von der jeweiligen Einschaltdauer
des Motors 2, d.h. von der Zeitdauer des Signals c, kleiner. Da durch Einschalten
des Motors 2 das Signal b in seinem Betrag ebenfalls rUckläufig ist, wird das Eingangs
signal des Grenzwertgebers 46 als Summe der Signale b, d und e kleiner, bis bei
Erreichen des Grenzwertes G2 der Motor durch Verschwinden der Einschaltbedingung
c ausgeschaltet wird. G2 wird dabei um so schneller erreicht, je weiter sich der
Kondensator des RC-Gliedes 51 entladen hat. Dadurch wird aber der Grenzwert G2 und
damit der Ausschaltzeitpunkt für den Motor 2 in Abhängigkeit von der und mit steigender
Einschaltdauer relativ zu seinem Wert bei maximalem Signal d in der Darstellung
nach rechts verschoben bzw. vorverlegt. Diese Maßnahme erhöht die Einstellgenauigkeit
für das Stellorgan 1 beträchtlicht da auf diese Weise die in den bewegten
Teilen
enthaltene kinetische Energie bei der Abbremsung des Motors 2 berücksichtigt wird.
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Es sei noch erwähnt* daß in dem RC-Glied 51 eine Umformung des digitalen
Eingangssignals c in ein Analogsignal d stattfindet, die in dem Grenzwertgeber 46
wieder rückgängig gemacht wird. Die im Symbol des RC-Gliedes 51 dargestellte Funktion
d t f (t) ist, wie allgemein üblich, für einen Verlauf des Ausgangssignals d bei
einem Einheitssprung des Eingangssignals c im Nullpunkt dargestellt.
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Die beiden Und-Glieder 49 und 52 wirken auf einen Speicher 53, z.B.
eine bistabile Kippschaltung bekannter Bauart. Dieser Speicher 53 mit zwei Eingängen
A und B und zwei Ausgängen X und Y besitzt eine definierte Einschaltanlage, d.h.
beim Einschalten seiner Speisespannung kippt er in die in der Zeichnung dargestellte
Grundstellung, bei der ein Ausgangssignal h an seinem Ausgang X ansteht.
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Um den Speicher 53 in die nicht dargestellte andere Lage zu kippen,
ist es notwendig, daß an seinem Eingang B ein Signal ansteht. Ein solchessist vorhanden,
sobald alle vier Schaltbedingungen am Eingang des RJndOGliedes 49-vorhanden sind.
Neben dem Signal c sind dies ein Signal k, das anzeigt, daß der Motor 2 sich im
Stillstand befindet, ein Signal m, das angibt, daß in dem Vergleichs organ 30 die
Bedingung US = UTZ O erfülltist, und ein Signal n, das als Ausgangssignal eines
zweiten Speichers 70 gleicher Bauart auftritt, wenn er über seinen Eingang A' in
jene Lage gekippt ist, welche am Ausgang Xt ein S nal gibt.
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Außer beim Einschalten seiner Speisespannung WiEd der Speicher 53
in seine Grundstellung durch ein Ausgangs
signal des Und-Gliedes
52 an seinem Eingang A gekippt, wobei für das Anstehen dieses Eingangssignals die
Bedingungen c und m erfüllt sein müssen.
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Das Signal 1 am Ausgang Y des Speichers 53 gelangt zu den beiden
Und-Gliedern 54 und 55, deren Ausgangssignale über Zündeinrichtungen 56 und 59 auf
die als Schalter dienenden, gesteuerten Gleichrichter 57 und 58 wirken und so das
Einschalten des Drehfeldes für den Motor 2 entweder in Schließrichtung - Und-Glied
54, Zündeinrichtung 59 und Schalter 57 - oder Öffnungstichtung - Und-Glied 55, Zündeinrichtung
56 und Schalter 58 : des Ventils 5 veranlassen.
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Weicher der beiden Schalter 57 bzw. 58 gezündet wird, hängt ab von
dem Vorzeichen des Fehlersignals a. Ein dessen Vorzeichen wiedergebendes Signal
r wird in einem Trigger 60 gebildet, an dessen Eingang das von Verzweigungspunkt
45 kommendes analoge Fehlersignal a ansteht. Das Ausgangssignal r an seinem digitalen
Ausgang erscheint dabei nur, wenn das Vorzeichen des Fehlersignals a positiv ist,
d.h., wenn der Sollwert s am Eingang des Vergleichsgerätes 44 größer ist als der
Istwert i. Das Vorzeichensignal r gelangt als zweite Fortschaltung auf das Und-Glied
55 für das Einschalben des Motors 2 in Öffnungsrichtung des Ventils 5. Weiterhin
wird das Signal r über ein Nicht-Glied 61 als Signal r auf das Und-Glied 54 als
zweites Eingangssignal für das Einschalten des Motors 2 in Gegenrichtung geführt.
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Schließlich wird das Signal r noch einem weiteren Und-Glied 62 zugeführt,
dessen Funktion später beschrieben wird.
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Dem Und-Glied 54 wird noch eine dritte Schaltbedingung zur Zündung
des Schalters 58 aufgeschaltet. Dieses dritte Signal u wird in einem Trigger 63
als digitales Ausgangssignal
gebildet, solange an dessen Eingang
das Istwertsignal i einen fest eingestellten Sollwert, der einer Öffnung des Ventils
5 von 100 % entspricht, noch nicht erreicht hat.
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Das Signal u hat die Aufgabe, ein Anlaufen des Motors in Öffnungsrichtung
zu verhindern, falls das Ventil 5 bereits vollständig offen ist. Weiter gelangt
das Signal u noch auf ein nicht gezeigtes Anzeigeinstrument, das beim Verschwinden
dieses Signals die Stellung des Ventils mit "100%' (offen) anzeigt.
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Wie schon beschrieben, kippt der Speicher 53 bei vorhandenem Signal
an seinem Eingang A in die definierte Einschalt- oder Grundstellung. Damit verschwindet
aber' an seinem Ausgang Y das Signal 1, wodurch die Schalter 57 bzw.
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58 geöffnet, d.h. die gesteuerten Gleichrichter wegen der an ihnen
anliegenden Wechseispannung gelöscht werden.
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Das am Ausgang X des Speichers 53 in seiner Grundstellung auftretende
Signal h dient zum Einschalten der Bremsspannung für den Motor 2. Es gelangt über
ein Zeitglied 64 als Signal k auf die Zündeinrichtung 65 für den gesteuerten Gleichrichter
bzw. Schalter 23, durch den die Bremsspannung U23 von etwa 40 Volt auf den Motor
aufgeschaltet wird. Das Zeitglied 64 verwirklicht durch eine monostabile Kippvorrichtung
bekannter Bauart, erzeugt bei anstehendem Eingangssignal h ein Ausgangssignal k,
das entweder bei vorhandenem Eingangssignal h nach einer bestimmten Zeit oder bei
Verschwinden des Signals h gleichzeitig mit diesem wieder verschwindet. Daher sind
in Fig. 1 in dem Symbol 64 in Abhängigkeit von der Zeit die Verläufe des Eingangssignals
h und des Ausgangssignals k des Zeitgliedes 64 eingetragen. Die Zeitkonstante, d.h.
die Impulsdauer des Ausgangssignals k ist dabei so festgelegt, daß
ein
Signal k solange ansteht, bis der Motor 2 aus seiner maximal erreichbaren Geschwindigkeit
bis zum Stillstand abgebremst ist. Diese Impulsdauer des Signals k reicht dann auch
immer aus, den Motor 2 abzubremsen, wenn er nur irgendeine kleinere Geschwindigkeit
erreicht hat.
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Das Signal k steht gleichzeitig an einem Nicht glied 66, um dann
als das Signal k auf das Und-Glied 67 und auf das Und-Glied 49 zu gelangen, an dem
es eine Bedingung für das Kippen des Speichers 53 aus seiner Grundlage heraus und
damit die erwähnte Einschaltbedingung für den Motor 2 bildet, daß dieser vor dem
erneuten Anlaufen bis zum Stillstand abgebremst sein muß. An dem Und-Glied 67 bildet
das Signal k zusammen mit dem Signal h die Einschaltbedingungen für den Schalter
24, mit dem über die Zündeinrichtung 68 die erniedrigte Gleich- oder Haltespannung
U24 nach Stillstand des Motors 2 auf diesen aufgeschaltet wird.
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Die relativ kurze Zeit, während der die volle Bremispannung U23 am
Motor 2 anliegt, und der anschließende Ubergang auf die kleinere Haltespannung U24
schützen den Motor 2 vor thermischen Überlastungen bei Stillstand des Stellgliedes
5. Bei Verschwinden des Signals h im Augenblick des erneuten Einschaltens des Drehfeldes
wird der Schalter 24 durch die auf ihn gelangende Wechselspannung des Drehfeldes
selbsttätig gelöscht, so daß die Haltespannung in diesem Augenblick vom Motor 2
abgeschaltet wird.
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Wie erwähnt, dient die Strommeßeinrichtung 15 dazu, den Motor vor
Überströmen zu schützen. Als Ausgangssignal p dieser Einrichtung tritt das Potential
U38 an der Stelle 38a als das erwähnte Leistungssignal auf. Dieses Signal p
wird
als analoges Eingangssignal einem Trigger 69 zugeführt, an dessen digitalem Ausgang
ein Signal ansteht, sobald das positive Signal p das zweite negative Eingangssignal
q, das den fest eingestellten Sollwert für den maximal zulässigen Strom Imax für
den Motor 2 wiedergibt, übersteigt. Das Ausgangssignal * des Triggers 69 gelangt
auf den Eingang Be des zweiten Speichers 70, der ebenso wie der Speicher 53 ausgebildet
ist.
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Durch das Signal w an seinem Eingang B' wird der Speicher 70 aus
seiner gezeichneten Einschalten oder Grundlage in seine zwelte stabile Lage gekippte
in der ein AUS-gangssignal y an seinem Ausgang Y' erscheint. Dieses Signal y wird
auf zwei Und-Glieder 71 und 72 geführt.
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Das Kippen des Speichers 70 bewirkt ein Verschwinden des Signals
n am Speicherausgang X' und damit das Verschwinden einer der vier Einschaltbedingungen
am UndGlied 69, welches das Kippen des Speichers 53 und damit das Ein schalten des
Drehfeldes auslöst.
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Auf diese Weise, d.h. durch das Verachwinden des Signals n wird von
der Strommeß und--summiereinrichtung 15 ein dominierendes Ausschaltsignal für das
Dr&nfeld gegeben, sobald von dieser Einrichtung 15 ein Überstrom für den Motor
2 gemessen wird.
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Bekanntlich benötigt der Motor während der Anlaufen phase einen höheren
Strom. Dies ist dadurch berücksichtigt, daß durch das Einschaltsignal 1 in einem
Zeitglied 73, das gleich aufgebaut ist wie das Zeitglied 64, jedoch eine kürzere
Impulsdauer für seinen Ausgang ei anstehenden Eingangssignal 1 besitzt, über dä
Zündeirchtung 74 dr
Schalter 43 betätigt wird. Durch diesen wird
für die Zeit der Impulsdauer des Ausgangssignals x des Zeitgliedes 73 das Signal
p am Eingang des Triggers 69 durch den Spannungsteiler 41 und 42 im Verhältnis dieser
Widerstände geteilt, so daß für diese Zeitdauer das Eingangssignal p des Triggers
69 künstlich erniedrigt ist. Damit ist sichergestellt, daß während der Anlaufphase
ein den Sollwert 1max übersteigender Strom durch den Motor 2 fließen kann.
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Besonders bei geschlossenem Ventil 5 kann während des Anfahrens in
dffnungsrichtung bei sogenanntem schweren Anlauf" das vorgegebene Zeitintervall
der Anlaufphase nicht ausreichen, um das Ventil in der gewünschten Richtung zu bewegen.
Es ist deshalb vorgesehen, für diesen Fall die Anlaufphase zu verlängern, um ein
Abschalten des Drehfeldes durch die Einrichtung 15 zu verhindern.
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Zu diesem Zweck wird aus dem Istwertsignal i und einem festen Sollwertsignal
S§2%9' ein Trigger 75 mit digitalem Ausgang geschaltet. Sein Ausgangssignal v tritt
auf, sobald das Istwertsignal i den fest vorgegebenen Sollwert "2%" erreicht. Die
Bezeichnung "2X" ist als zulässiger Toleranzbereich für die Anzeige "Ventil geschlossen"
gewählt worden, da eine Ermittlung des exakten Wertes naX" schwierig ist. Innerhalb
des Bereiches O bis 2 % wird das Ventil 5 also als geschlossen betrachtet, solange
der Speicher 70 am Ausgang Y ein Signal y abgibt.
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Das Signal v gelangt auf das Und-Glied 62, für das es zusammen mit
dem das Vorzeichen für den Anlauf in Öffnungsrichtung melder-en Signal r das Auftreten
eines Signals z an seinem Ausgang ermöglicht, welches zu einem Oder-Glied 77 gelangt.
Durch dieses Oder-Glied 77, an dessen anderem Eingang ein durch eine Handtaste auslösbares
l'Reset"-Signal f
zugeführt werden kann, wird ein Eingangssignal
auf den Eingang A' des Speichers 70 gegeben, durch das dieser in seiner Grundstellung
festgehalten oder in diese gekippt wird. Bedingt durch die besondere Bauart dieses
Speichers 70 fordert ein Eingangssignal am Eingang A' auf jeden Fall ein Ausgangssignal
n bei Ausgang X', unabhängig davon, ob gleichzeitig ein Signal w vorhanden ist oder
nicht. Damit ist aber erstens die Möglichkeit geschaffen, mit der nicht dargestellten
Handtaste die Steuereinrichtung und damit den Motor 2, z.B. nach einer Störung,
wieder in Betrieb zu setzen. Zweitens wird ein Abschalten bei schwerem Anlauf" dadurch
verhindert, solange ein Signal z ansteht.
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Das bedeutet aber, solange sich das Ventil im Schließbereich -2% 2X
befindet und ein Vorzeichensignal r für den Anlauf in Öffnungsrichtung gegeben ist,
ist ein Signal n vorhanden und trotz Überstromes wird der Motor 2 nicht abgeschaltet.
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Das Signal v gelangt weiterhin auf ein Und-Glied 71, dessen Ausgangssignal
bei gleichzeitigem Vorhandensein des Uberstromsignals y am Ausgang Y' des Speichers
70 auf eine Anzeigevorrichtung für die Anzeige 2'Ventil geschlossen" gelangt. ffber
das Inversionsglied 76 wird das Signal v invertiert und gelangt als Signal v auf
das Und-Glied 72. Stehen an dessem Eingang die Signale v und y gleichzeitig an,
d.h. wird ein Überstrom für den Motor 2 angezeigt, ohne daß sich das Ventil 5 im
Schließbereich 4 2% befindet, so löst das Ausgangssignal dieses Und-Gliedes 72 eine
nicht dargestellte Alarmanlage optischer und/oder akustischer Art aus, um anzuzeigen,
daß eine Störung in dem erfindungsgemäßen Stellantrieb vorhanden ist.
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Bei Stellantrieb nach Fig. 1 funktioniert beispielsweise, wie in
Fig. 2 über der Zeitachse grafisch dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t ruht das Stellorgan
1, wobei der Sollwert s beispielsweise um einen geringen Betrag von dem Istwert
i abweicht. Vom Zeitpunkt t an wird der Sollwert s rampenartig hochgefahren bis
zum Zeitpunkt + wonach er wiederum festgehalten wird. Das Fehlersignal a bzw. b,
dessen Null-Linie in Fig. 2 mit 82 bezeichnet wird, steigt entsprechend vom Zeitpunkt
t0,bis es zur Zeit t1 den Grenzwert G1 erreicht. Der Grenzwertgeber 46 gibt in diesem
Augenblick ein Ausgangssignal c, das, falls die Signale k und n vorhanden sind,
im Moment des Auftretens eines aus dem Vergleichsorgan 30 kommenden Freigabesignals
m mit Hilfe des Und-Gliedes 49 den Speicher 53 kippt und so ein Signal 1 auslöst.
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Wenn die weiteren Fortschaltbedingungen erfüllt sind (Vorzeichensignal
r und Signal u vorhanden) zündet dan Ausgangssignal des Und-Gliedes 55 über die
Zündeinrichtung 56 den Schalter 58. Der Asynchron-Motor 2 läuft in Öffnungsrichtung
an. Er erreicht nach kurzer Zeit die der Neigung der Geraden 81 entsprechende volle
Hubgeschwindigkeit.
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Mit dem Auftreten des Signals c beginnt sich weiterhin das RC-Glied
51 in der beschriebenen Form zu entladen und verschiebt den Grenzwert G2 nach oben,
rund zwar in diesem Fall bis zu seinem oberen Endwert, da der Motor 2 die maximale
Geschwindigkeit erreicht.
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Die Differenz zwischen Istwert i und Sollwert s verkleinert sich
durch das Nachfahren des Stellgliedes 5 an seinen Sollwert heran, bis sie den Grenzwert
G2 unterschreitet. In diesem Augenblick verschwindet das Signal c;
beim
Auftreten des nächsten Signals m kippt der Speicher 53 in seine Grundstellung zurück;
der Schalter 58 wird ausgeschaltet, gleichzeitig werden die Gleichspannungsschaltmittel
23 durch das neu aufgetretene Ausgangssignal h des Speichers 53 für eine vom Zeitglied
64 abhängige Zeitdauer eingeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeitdauer öffnen die Schaltmittel
23, während die Gleichspannungsschaltmittel 24 wegen Anstehens der Signale k und
h schließen.
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Durch das Anstehen einer Gleichspannung an zwei Klemmen des Synchron-Motors
2 wird dieser scharf gebremst, bis er zum Zeitpunkt t3 stillsteht. Anschließend
wird er gegen Fortlaufen gehalten durch die über die Schaltmittel 24 zugeführte
erniedrigte Gleichspannung, deren Wärmeverlustleistung vom Motor 2 ohne unzulässige
Temperaturerhöhung durch Dissipation abgeführt wird.
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Da der Sollwert noch immer ansteigt, wächst der Betrag von a, also
das Signal b, wieder an, bis im Zeitpunkt t4 der Drehstromschalter 58 ein zweites
Mal auf die beschriebene Weise eingeschaltet wird. Im Zeitpunkt t5, der in Fig.
2 so gewählt worden ist, daß der Motor in ihm seine volle Hubgeschwindigkeit noch
nicht erreicht hat, wird der Drehstromschalter 58 wiederum abgeschaltet, da das
Fehlersignal b zu diesem Zeitpunkt den - in diesem Augenblick seinen Maximalwert
noch nicht erreichenden -Grenzwert G2 unterschreitet. Im Zeitpunkt t5 wird der Motor
2, wie ebenfalls schon beschrieben, in zwei Stufen mit Gleichspannung gebremst und
festgehalten, wobei sich schließlich wiederum eine kleine Regelabweichung zwischen
dem Istwert i und dem Sollwert s einstellt.
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Unter den Verläufen der Signale i und s bzw. des Signals b sind in
Fig. 2 die Schaltstellungen der Schalter 58, 43, 24 und 23 für die verschieden beschriebenen
Zeit
räume t0 bis t6 eingetragen. Die Einschaltzustände der genannten
Schalter sind dabei mit dem Symbol L und die Ausschaltzustände mit dem Symbol 0
bezeichnet.
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Fig. 3a zeigt die elektrische Schaltung für das Vergleichsorgan 30,
durch das impulsartige Signale m auf die beiden Und-Glieder 49 und 52 für den Zeitpunkt
der Weitergabe der entsprechenden Ein- und Ausschaltsignale für das Drehfeld gegeben
werden. Die Bedingung für das Auftreten eines Signals m ist, daß die beiden Phasenspannungen
U5 und UT gleich sind, d.h. ihre Potentialdifferenz UST gegeneinander betragsmäßig
gleich Null ist. Außerdem sollen U5 und UT zusätzlich positiv sein. Es werden also
negative Werte UQ s UT<O nicht zur Auslösung eines Impulses m herangezogen.
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Aufgabe des Vergleichsorganes 30 ist es, ein Ein-und Ausschalten
des Drehfeldes nur in den durch die vor stehend genannte Koinzidenz von U5 und UT
mit der Nebenbedingung '|positiv" gegebenen Zeitpunkten zu ermöglichen, um Kurzschlüsse
infolge fehlerhaften Zündens und über lastungen der als Schalter benützten, gesteuerten
Gleichrichter zu verhindern.
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Über die Leitungen 13a und 12a (Fig.1) werden die beiden Phasen S
und T an die Primärwicklung eines Transformators 85 geführt, während die Phase R
über eine Leitung lla und die Prisärseite eines weiteren Transformators 86 mit der
Phase 5 verbunden ist. Die Sekundärseite des Transformators 85 ist über zwei Dioden
87 und 88 abgeschlossen, so daß an der Stelle 89 der Absolutwert| UST| der Potentialdifferenz
UST auftritt, der nur positive Halbwellen besitzt. Dieser Absolutwert dient als
Steuerspannung an der Basis eines npn-Transistors 90. Dieser
Dieser
liegt über einen Widerstand 91 mit seinem Kollektor auf einem gegenüber seinem Emitter
positiven Potential.
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Der Emitter ist seinerseits mit einem Mittelabgriff 83 der Sekundärwicklung
des Transformators 85 verbunden. Der Mittelabgriff 83 ist wiederum auf dem Bezugspotentail
82 der ganzen Anordnung. Die Widerstände 92 und 93 bilden einen Spannungsteiler
für die Spannung I YST1-Die Sekundärwicklung des Transformators 86 ist der Basis-Emitterstrecke
des Transistors 90 über die Diode 94 und den Widerstand 95 paralelgeschaltet. An
ihrem Ausgang entsteht die Wechselspannung URS, von der infolge der Diode 94 nur
die positiven Halbwellen auf die Basis des Transistors 90 gelangen. Mit 96 ist der
Ausgang der Schaltanordnung bezeichnet, an dem das gewünschte Signal m erscheint,
das den beiden Und-Gliedern 49 und 52 zufließt.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung nach Fig. 3a ist folgende: Solange
die Basis des Transistors 90 ein positives Potential besitzt, ist der Transistor
90 leitend und der Ausgang 96 liegt etwa auf dem Potential des Mittelabgriffes 83,
d.h. auf dem Null-Potential der ganzen Anordnung. Ein Signal am Ausgang 96 kann
daher während dieser Zeit nicht auftreten.
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Sieht man zunächst einmal von der Wirkung der Spannung URS ab, so
wird nach dem Vorhergehenden ein Ausgangssignal m' erzeugt, wenn auf der Basis des
Transistors 90 kein positives Potential liegt; dies ist aber der Fall bei )UST1
O, d.h. wenn U5 = UT ist, unabhängig davon1 mob positiv oder negativ.
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Die Auslese der Signale m' zur Weitergabe als gewünschte
Signale
m nur bei U5 = UT> 0 erfolgt mit Hilfe der Halbwellen URS, die als positive,
d.h. den Ausgang 96 auf Null-Potential ziehende Spannungen an der Basis des Transistors
90 liegen, wenn Impulse m' infolge |UST| = O für US = UT <o entstehen. Die positiven
Spannungen URS verhindern also das Auftreten der Signale m' bei Us ~ u <o.
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T Da andererseits die negativen Halbwellen von URS infolge der Diode
94 nicht auftreten, ergeben sich, wie gewünscht, am Ausgang 96 Signale m bei US
= UT>0.
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Fig. 3b zeigt in Abhängigkeit von der Zeit t die relative Phasenlage
und den Verlauf der Spannungen UR, U5 und UT; UST; |URS| und m. Dabei sind in der
Darstellung für die Spannungen der drei Phasen R, S und T mit vollen Punkten die
Zeitpunkte für die Signale m und mit kleinen Kreisen die Zeitpunkte der unterdrückten
Signale m' eingetragen; die schraffierte Fläche in dieser Darstellung zeigt den
Bereich der als positive Werte auf die Basis des Transistors 90 gelangenden Spannung
URS, Es sei noch erwähnt, daß die Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist. Es ist z.B. möglich, die Shhaltlogik 10 auch als Steuerung in der
Analogtechnik auszuführen oder z.B. die gesteuerten Gleichrichter durch mechanische
Schalter, die von einem Solenoid gesteuert werden, zu ersetzen. Weiterhin kann der
Asynchron-Motor 2 statt durch Drehstrom auch durch Ein- oder Zweiphasenwechselstrom
angetrieben werden.