DE3215596A1

DE3215596A1 - Ventilaktuator

Info

Publication number: DE3215596A1
Application number: DE19823215596
Authority: DE
Inventors: Jeremy J. Bath Fry
Original assignee: Rotork Controls Ltd
Current assignee: Rotork Controls Ltd
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-04-27
Publication date: 1982-11-18
Also published as: IN156485B; FR2505012A1; GB2101355B; CA1184627A; US4445075A; GB2101355A; IT8220990A0; IT1151350B

Description

Anwaltsakte: P 790 Rotork Controls Limited

Bath, England

I ha

Ventilaktuator

Die Erfindung betrifft Yentilaktuatoren, insbesondere die zugehörenden Regeleinrichtungen.

Die Erfindung betrifft besonders relativ große Ventilaktuatoren, die selbst am kleineren Ende des Bereiches dazu in der Lage sind, ein Ventilbetriebsmoment zu übertragen, das in der Regel von drei Meterkilogramm und am größeren Ende in der Größenordnung von 1000 Meterkilogramm liegt. Derartige Ventilaktuatoren finden verbreitete Anwendung, beispielsweise bei thermischen Kraftwerken, in der Gas- und öllagerung sowie bei der Marine, bei Stauanlagen und auf anderen Gebieten. Im Betrieb sind die ausgelegte Betriebsgeschwindigkeit sowie die Drehmomentanforderungen von großer Bedeutung; gleiches gilt für das züge-

ordnete Kontrollsystem, das sicheren und zuverlässigen Betrieb gewährleisten soll.

Derartige Ventilaktuatoren haben im allgemeinen eine Ausgangswelle, die von einem Elektromotor über ein Getriebe angetrieben ist, beispielsweise über ein Schneckenantrieb. Hiermit läßt sich die Ausgangswelle in beiden Richtungen antreiben, um ein mit der Ausgangswelle in Drehverbindung stehendes Ventil zu öffnen oder zu schließen. Um ganz bestimmte Charakteristika des gesamten Drehmomentverhaltens sowie einer besonders gewünschten Geschwindigkeit zu erhalten, müssen ein besonderer Motor und ein besonderes Übersetzungs- oder Untersetzungsverhältnis gewählt und vom Hersteller des. Aktuators entsprechend berücksichtigt werden; sodann lassen sich diese Charakteristika nicht ohne Ausbau des Aktuators wieder verändern.

Demgemäß war es bisher nicht möglich, einen "off-the-shelf"-Aktuator zu schaffen, d.h. einen solchen, der für die Anwendung bei einem ganzen Bereich von Aktuatoren mit unterschiedlichen Charakteristika bezüglich Geschwindigkeit und Drehmoment geeignet wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen "offthe-shelf "-Aktuator zu schaffen, der für einen ganzen Bereich von Ventilen geeignet wäre.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Ventilaktuator gelöst, dem ein drehzahlregelbarer Motor sowie ein Drehzahlregelkreis zum Regeln der Motorgeschwindigkeit zugeordnet sind, mit einem Geschwindigkeitsselektor, diirch welchen die Motordrehzahl auf bestimmte Werte eingestellt werden kann, ferner mit einem Momentenbegrenzungsregelkreis, der für wenigstens eine UmIaufrichtung des Motors ausgelegt ist, um den Motor dann anzuhalten, wenn ein vorgegebener Momentengrenzwert über-

schritten wird, und der einen Momentensensor umfaßt, der seinerseits für das Drehmoment aus einem oder mehreren Drehmoment-abhängigen elektrischen Parametern des Motors ableitet, schließlich mit Einstellmitteln zum Einstellen des genannter. Momentenbegrenzungsregelkreises auf verschiedene Momenfcen-Grenzwerte.

Durch das erfindungsgernäße Vorsehen eines Motors mit veränderlicher Drehzahl, dessen Drehzahl auf verschiedene Werte eingestellt werden kann sowie einer einstellbaren Drehmomentenbegrenzungskontrolle läßt sich ein einziger Motor von genügend großer Leistung sowie ein einziges Getriebe zwischen Motorwelle und Aktuatorausgangswelle zur Anwendung bei einem weiten Bereich von Ventilen vorsehen.

Der Aktuatormotor ist vorzugsweise von solcher Art, daß seine Drehzahl durch Veränderung der Eingangsspannung zum Motor verändert werden kann. Der Aktuator kann demgemäß einen Motor aufweisen, der von einer pulsierenden Stromquelle gespeist ist, wobei die mittlere Eingangsspannung und damit auch die Drehzahl des Motors verändert werden kann. Der Motor kann beispielsweise ein Gleichstrommotor sein; die pulsierende Stromzufuhr .läßt sich durch Zerhacken einer kontinuierlichen Gleichspannung erzielen, was durch Gleichrichten der vollen Welle (full wave rectification) und wahlweises Glätten einer einzelnen Phase oder durch mehrphasigen Wechselstrom erreicht xvird. Der Regeibereich über die pulsierende Energiezufuhr kann derart gewählt sein, daß derselbe Bereich der an den Motor angelegten mittleren Eingangsspannung und damit auch derselbe Geschwindigkeitsbereich aus einem weiten Bereich von Werten einer Wechselspannungsquelle' erhalten werden. Die Regelung kann beispielsweise darin bestehen, daß derselbe Bereich der mittleren Eingangs-Gleichspannungen aus einer Wechselspannungsquelle jeglichen Wertes zwischen 250 und 500 Volt erhalten werden, ohne daß die Motordrehzahl und die Drehmomentcharakteristika hiervon nennenswert beeinflußt werden.

-9.

Mit einem derartigen Regelungsbereich über der pulsierenden Energiezufuhr ist es möglich, dieselben Terminalen für den Anschluß an 3-Fhasenstrom oder Einphasenstrom zu verwenden. Im letztgenannten Falle verwendet man drei Terminalen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, einen der inneren Kreise zu verändern.

Arbeitet man bei einem derartigen Regelbereich mit einer 3-Phasen-Stromquelle, so ist es möglich, den Betrieb auch dann aufrecht zu erhalten, wenn eine dieser Phasen verloren geht.

Üblicherweise wird eine Momentenbegrenzungskontrolle nur in Schließrichtung eines Ventilaktuators ausgeführt. Demgegenüber wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Momentenbegrenzungskontrolle auch in Öffnungsrichtung des Ventiles vorgesehen, was automatisch gleichzeitig mit der Momentenbegrenzungskontrolle für die Schließrichtung vorgenommen wird.

Die Momentenbegrenzung für das öffnen hat stets höher zu liegen als die Momentenbegrenzung für das Schließen. Die beiden Momentengrenzwerte können in einem festen Verhältnis über den gesamten Bereich der Momentenbegrenzungswerte voneinander abweichen. Alternativ hierzu können sie in einem sich verändernden Verhältnis voneinander abweichen. Wird beispielsweise der Momentengrenzwert für das Schließen in das untere Ende des Momentenbegrenzungsbereiches gelegt, so liegt der Wert für die Momentenbegrenzung für das öffnen relativ höher, als wenn die Momentenbegrenzung für das Schließen in den oberen Endbereich des gesamten Momentenbegrenzungsbereiches gelegt worden wäre.

Der Drehzahlregelkreis kann derart gestaltet werden, daß er die Motordrehzahl bei einem vorgegebenen Punkt auf dem Verschiebewege des Aktuators in einer oder in beiden Richtungen verringert. So läßt sich die Drehzahl beispielsweise dann verringern, wenn ein von dem Aktuator angetriebenes Ventil kurz vor dem Schließen ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ventilbetätigungsmechanismus .

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die die Einstellbarkeit der Momentenbegrenzungsregelung sowie in öffnungs- als auch in Schließrichtung des Ventilaktuators veranschaulicht.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Stromführung innerhalb des Aktuators.

Fig. 4 ist ein Schaltbild eines Teiles der Stromführung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 veranschaulicht Einzelheiten der zerhackten Gleichspannung, die dem Aktuatormotor zugeführt wird, in Relation zu der gleichgerichteten Wechselspannung, aus welcher sie abgeleitet ist.

Im Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles umfaßt der Ventilaktuator einen Drehzahl-regelbaren Gleichstrommotor 1, ein Getriebe 2, dessen Ausgangswelle in herkömmlicher Weise mit der Gewindespindel eines als Block dargestellten Ventiles in Drehverbindung steht. Motor 1 wird von einer 3-Phasen-Stromquelle über ein Kabel 4 gespeist, das zu einer Motorregeleinrichtung 5 führt. Wie noch beschrieben werden wird, ist der Ausgang aus einer Richtung 5 eine pulsierende (d.h. zerhackte) Gleichspannung, deren Pulsationsbreite (Periodenlänge) variiert werden kann, um eine variable mittlere Eingangs-Gleichspannung in Motor 1 zu schaffen. Diese Gleichspannung wird über Leitung an den Motor angelegt.

NACH^SREiCHT

Die Motorregeleinrichtung 5 hat Regeleingänge 10, 11, 12 und Eingang 10 kommt von einem Drehzahl-Einstellpotentiometer 15 mit einem Einstellknopf 16. Auf diese Weise wird ein Bezugssignal "Drehzahl eingestellt" der Regeleinrichtung 5 eingespeist; dieses Signal ist einstellbar, um die erforderliche Motordrehzahl durch Verstellen von Potentiometer 15 auf verschiedene Werte einzustellen. Eingang 11 kommt von einem Motordrehzahl-Sensor 17· Dieses Eingangssignal gibt die tatsächliche Drehzahl des Motors wieder. Es dient dazu, mit dem Signal "eingestellte Drehzahl" verglichen zu werden. Ergibt dieser Vergleich eine Abweichung von der eingestellten Drehzahl, so wird die mittlere Eingangs-Gleichspannung zum Motor 1 dahingehend abgewandelt, daß die Motordrehzahl korrigiert wird. Sensor 17 ist über eine Leitung derart angeschlossen, daß die rückwärtige EMF (elektromotorische Kraft), die vom Motoranker während aufeinanderfolgende Impulse des Gleichstromes erzeugt werden, erfaßt und somit ein Signal abgibt, das repräsentativ für die Motordrehzahl ist und das über einen Synchronschalter im Sensor 17 an Einrichtung 15 weitergegeben wird. Alternativ hierzu kann Eingang 11 von einem Tachometer-Generator l8 kommen, der in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist und der von Motor 1' angetrieben wird.

Eingang 12 wird von einem der Schalter einer Zwischensehaltereinheit 21 über ein Langsamschlußglied 22 herangeführt. Glied ist entweder ständig offen oder ständig geschlossen, je nach den Erfordernissen des Anwenders. In geschlossenem Zustand schließt Glied 22 die Eingangsleitung 12 zur Zwischenschaltereinheit 21 kurz, um eine Langsamschließmö'glichkeit zuschaffen, die noch zu beschreiben sein wird. In geöffnetem Zustand des Gliedes 21 ist diese Möglichkeit nicht gegeben.

In Einheit 21 sind zwei Satz von Zwischenschaltern enthalten. Deren einer umfaßt den obenerwähnten Zwischenschalter, der an einem vorgegebenen Punkt im Bereich des Endes der Bewegungsbahn des Ventilaktuators in Schließrichtung betätigt wird; der andere

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NAOHGEREICHT

Satz wird an einem vorgegebenen Punkt der Bewegungsbahn des Ventilaktuators in Öffnungsrichtung betätigt. Die Betätigung der Zwischenschalter wird mittels eines Zählwerkes 23 vorgenommen, das in herkömmlicher Weise von der Motorwelle 1 angetrieben wird, so daß seine Position, d.h. sein Zählwert, zu jedem Zeitpunkt eine Anzeige der Drehzahl der Aktuator-Ausgangswelle und damit der Ventilposition liefert. Die Punkte, an welchen die beiden Satz von Zwischenschaltern betätigt werden, lassen sich mittels eines Einstellknopfes 24 von Hand betätigen.

Ist das "Langsamschluß"-Glied 22 geschlossen und wird der zuvor erwähnte"Zwischenschalter im Bereich des Endes der Aktuator-Bewegungsbahn in Schließrichtung betätigt, so wird über Eingang der Regeleinrichtung 5 ein Signal eingespeist. Dieses Eingangssignal überfährt das Drehzahleinstellsignal aus Potentiometer und veranlaßt den Motor dazu, während des verbleibenden Bewegungsweges des Aktuators in Schließrichtung mit einer vorgegebenen, verringerten Geschwindigkeit umzulaufen. Eingang Ij5 kommt von einem Umkehrschaltkreis 25 und bestimmt im wesentlichen die Drehrichtung von Motor 1. Umkehrschaltkreis 25 hat zwei Steuereingänge über die Leitungen 2β und 27. Leitung 26 kommt von einer Einheit 28 "geschlossen halten", während Leitung 27 von einer Einheit 29 "geöffnet halten" kommt. Zur Einheit 28 führt eine Eingangsleitung 30 von dem hand-einstellbaren "schließen" Schalter 31. Wird dieser Schalter 31 betätigt, so wird der Regeleinrichtung 5 über den Kreis 28 "geschlossen halten", dem Umkehrschaltkreis 25 und dem Eingang 13 ein Eingangssignal eingegeben, um den Motor 1 in Schließrichtung des Betatigungsaktuators umlaufen zu lassen. Die "geschlossen halten" Einheit 28 hält den Eingangskreis zu Einheit 5, sobald der "geschlossen" Schalter von der Bedienungsperson betätigt wurde. In gleicher Weise hat die "Offenhalt"-Einheit eine Eingangsleitung 32 von einem "offen"-Schalter 33. Wird der "offen"-Schalter kurzfristig betätigt, so wird ein Regelsignal der Regeleinheit 5 über die Einheiten 29 und 25 eingegeben. Eingang 13 veranlaßt Motor 1, in Öffnungsrichtung des Ventilaktuators zu laufen. Einheit 29 hält den Motor 1 am Laufen, sobald der "offen"-Schalter von der Bedienungsperson betätigt wurde.

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. η.

Zwischen den Einheiten 28 und 29 ("geschlossen halten" und "offen halten") ist eine Verriegelungsleitung 34 vorgesehen, um sicherzustellen, daß diese beiden Einheiten gleichzeitig arbeiten. An die genannten Einheiten 28 und 29 ist ein Stopsehalter 35 angeschlossen, und zwar über Leitung 36, die ihrerseits an die beiden Einheiten 28 und 29 miteinander verbindende Leitung 37 angeschlossen ist. Wird Stopschalter 36 betätigt, so wird demgemäß diejenige der beiden Einrichtungen 28, 29, die arbeitet, stillgesetzt, um Motor 1 anzuhalten.

An die "geschlossen halten"-Einheit 28 und an die "offen halten"-Einheit 29 sind ferner Eingangsleitungen 39 bzw. 40 angeschlossen, die von einer Grenzschaltereinheit 4l herangeführt sind.

Einheit 41 enthält zwei Satz von Grenzschaltern, deren erster in einer Grenzposition des Aktuators inSfcbließrichtung und deren zweiter in einer Grenzposition des Aktuators in Öffnungsrichtung betätigt werden. Die Betätigung der Grenzschalter wird durch das Zählwerk 23 ausgelöst, ähnlich wie die Zwischenschalter von Einheit 21. Die Punkte, an welchen die beiden Satz von Grenzschaltern betätigt werden, lassen sich von Hand durch einen Einstellknopf 42 einstellen.

Ist die "geschlossen halten"-Einheit 28 in Betrieb und wird der erste Satz der Grenzschalter betätigt, so setzt einer von diesen die "geschlossen halten"-Einheit 28 außer Betrieb, um den Motor stillzusetzen. Ist hingegen die "offen halten"-Einheit 29 in Betrieb und wird der zweite Satz der Grenzschalter betätigt, so setzt einer von diesen die "offen halten"-Einheit 29 außer Betrieb, um den Motor 1 stillzusetzen.

Wie man sieht, sind die Leitungen 43 und 44 von der Zwischenschaltereinheit 21 bzw. der Grenzschaltereinheit 4l hinweggeführt. Diese Leitungen 43 und 44 diehen dazu, Monitorsignale einer außerhalb befindlichen Kontrollstation des Ventilaktuators zuzuführen.

Die Einheiten 28 und 29 erhalten über die Leitungen 51 und einen weiteren Eingang, und zwar von einer Momentengrenzkontrolle- und Halteeinheit 46. Ein Eingang 47 zur Einheit 46 stellt ein Maß des von Motor 1 ausgeübten Drehmomentes dar. Eingang 47 wird von der Stromleitung 4 abgegriffen und gibt ein Maß des Stromes an, der von Motor 1 aufgenommen wird, und damit des von Motor 1 ausgeübten Drehmomentes.

Die Drehmomentengrenzkontroll- und Halteeinheit 46 hat eine Eingangsleitung 48 von einer Drehmomenten-Begrenzungseinstell-Vorrichtung; diese umfaßt im Falle des gewählten Ausführungsbeispieles geeichte Potentiometer 49 und 50. Eine Handeinstelleinrichtung 52 dient dem gleichzeitigen Einstellen der Werte der Potentiometer 49 und 50.

Eine der Potentiometer 49 und 50 gibt ein ⁿDrehmomenteinstell"-Signal die Schließrichtung des Ventilaktuators ab, das andere ein "Drehmomenteinstell"-Signal für die Öffnungsrichtung des Ventilaktuators. Sollte das Motormoment die eingestellte Momentengrenze in eine der beiden Richtungen, also Schließrichtung oder Öffnungsrichtung des Ventilaktuators überschreiten, so wird die in Betrieb befindliche der beiden Einheiten 28, außer Betrieb gesetzt, um somit zugleich den Motor 1 stillzusetzen.

Der Momentenbegrenzungs-Kontroll- und Halteeinheit 46 wird über Leitung 53 aus dem Umkehrschaltkreis 25 ein weiterer Eingang zugeführt, um der Einheit 46 eine Mitteilung über die Richtung zu machen, in welcher der Motor umläuft, so daß die richtige Momentenbegrenzung aufgegeben werden kann.

In Fig. 2 ist graphisch ein praktisches Verhältnis zwischen den Momentenbegrenzungen in Schließ- und Öffnungsrichtung des Ventilaktuators wiedergegeben. Auf der Abzisse ist die Einstellung der Einstelleinrichtung 52, und auf der Kordinaten das tatsäch-

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liehe Moment angegeben, das von dem Aktuator aufgebracht werden kann, bevor die Momentenbegrenzung arbeitet. So gibt der Aktuator z. B. bei einem ausgewählten Moment von 65 # des ausgelegten Momentes die in Schließrichtung gewählten 65 % (Punkt A), gibt jedoch nur 85 % des ausgelegten Momentes in Öffnungsrichtung. In Fig. 2 ist ein weiteres Merkmal der Momentenkontrolle wiedergegeben. Bei geringem Moment ist es wünschenswert, ein größeres Verhältnis als IOO/13O vorzusehen; bei kleinen Ventilen muß nämlich mehr Kraft aufgewandt werden, um Reibung oder Klemmen des Ventilsitzes zu überwinden, als bei größeren Ventilen. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, einen einstellbaren Grenzpunkt ("cut-off"-point) für das durch die Linien C₁, C₃ und C, dargestellte Öffnungsmoment zu haben, so daß das Öffnungsmoment niemals unter C, usw. fallen wird, ungeachtet der Stellung des Einstellknopfes 52. Die Linien C,, Cp und C-* brauchen nicht horizontal zu verlaufen, wie dargestellt, sondern könnten auch geneigt sein.

Es ist ferner eine Verbindungsleitung 54 "Momentenauswahl beim Schließen" ("select torque on close") vorgesehen; genau wie im Falle der Langsamschließverbindung 22 ist diese Verbindung entweder ständig geöffnet oder ständig geschlossen, je nach den Anforderungen des Benutzers. In geschlossenem Zustand (bzw. je nach dem logistischen Gebrauch in geöffnetem Zustand) stellt Verbindungsglied 54 innerhalb der Einheit 46 den erforderlichen Kreis her, so daß ein Stillsetzen des Motors 1 in Schließrichtung des Ventiles nicht durch die Grenzschalter der Einheit 4l, sondern durch das vom Motor ausgeübte Moment bestimmt wird, und damit durch die Kraft, mit welcher ein Ventil gegen seinen Sitz angedrückt wird. Ist Verbindungsglied 54 geöffnet, so unterliegt das Stillsetzen von Motor 1 der Kontrolle der Grenzschalter.

Da das durch den Motor 1 ausgeübte Drehmoment während des Anfahrens insbesondere in Öffnungsrichtung mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit die gesetzten Grenzen überschreitet, ist eine Langsamstart-Einheit 55 in der Stromzufuhrleitung 4 vorgesehen. Die Langsamstart-Einheit 55 läßt sich derart betätigen, daß der Strom begrenzt wird, was beschrieben werden wird.

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Ein weiteres mögliches Merkmal besteht in dem Umlaufeinste 11-schalter 59 ("set rotation switch"), der einen Eingang für den Umkehrschaltkreis 25 liefert. Schalter 29 reversiert die Wirkung des Betriebes der "Schließ"- und "Offendschalter 31 ■ und 33. So läuft Motor 1 beim einen Zustand des Sxhalters 59 bei Betätigen des Schließschalters 31 im Uhrzeigersinn um, während das Einschalten des "OfferT-Schalters Motor 1 dazu veranlaßt, im Gegenzeigersinn umzulaufen. Deswegen läßt der "Geschlossen"-Schalter den Motor im anderen Zustand im Gegenzefeersinn laufen. Besteht die Anforderung eines Benutzers darin, den Motor beim Schließen im Zeigersinne laufen zu lassen, so wird Schalter 59 in den einen Zustand verbracht; besteht hingegen das Bedürfnis des Benutzers darin, den Motor zum Schließen im Gegenzeigersinne laufen zu lassen, so wird Schalter 59 in den anderen Zustand verbracht. Demgemäß müssen die Schalter "Schließen" und "öffnen" für die verschiedenen Anforderungen nicht umbeschriftet werden.

Fig. 3 zeigt die wesentlichen Elemente der Stromföhrung. Das Zufuhrkabel 4 umfaßt eine 3-Hiasen-Leitung, die zu einem VoIlwellen-3-Phasen-Gleichrichter 6θ führt, der seinerseits Dioden 6l verwendet, die in üblicher Weise geschaltet sind, so wie in Pig. 4 dargestellt. Der Ausgang 62 aus Gleichrichter 60 ist aus Fig. 5 (a) erkennbar. Dieser kann durch ein Filter 63 hindurchgeschickt werden, um einen geglätteten Gleichstrom 64 zu erzeugen, so wie in Fig. 5 (c) dargestellt. Der geglättete Gleichstrom wird sodann einem '"Hacker" 65 (chopper) zugeführt, mit den Regeleingängen 66, 67 und 68. Die Wirkung des "Hackers" 65 besteht darin, eine pulsierende rechteckige Wellenform 69 zu erzeugen - siehe Fig. 5 (c). Die Schließlich resultierende mittlere Gleichspannung 70 in Fig. 5 (c), die an Motor 1 angelegt wird, wird durch das mark-space-Verhältnis bestimmt, das durch den Hackerkreis erzeugt wurde, so wie in Fig. 5 (c) veranschaulicht.

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Bei Verwendung dieses Stromführungssystemes werden die Regelparameter derart ausgewählt, daß die mittlere Gleichspannung am Motoranker bei gegebenem Maximalwert gehalten oder gegenüber diesem Maximalwert durch das Drehzahlregelsystem verringert werden kann, während der 3-Phaseneingang über den Bereich von beispielsweise 250 bis 500 V (Phase zu Phase) variiert werden kann.

Falls eine der Phasen des dem Gleichrichter zugeführten 3-Phasenstromes verloren geht, so kehrt der Gleichrichter zu einem Einphasen-Vollwellengleichrichter zurück; die Spannungswelle nimmt nunmehr die mit den Bezugszeichen 71 in Fig. 5 (b) veranschaulichte Form an. Die resultierende geglättete Gleichspannung kann nunmehr auf beispielsweise annähernd das 0,β-fache ihres vorausgegangenen Wertes fallen, so wie durch das Bezugszeichen 72 in Fig. 5 (d) veranschaulicht. Dieser Abfall kann in jenem Bereich liegen, der durch den Hackerkreis 65 kompensiert werden kann. Das mark-space-Verhältnis des pulsierenden Gleichstromes wird gemäß Bezugszeichen 73 in Fig. 5 (d) durch den Regelkreis verändert, um die mittlere Gleichspannung 70 in Fig. 5 (d) an den Motorklemmen als denselben Wert zu halten.

Die an die Regeleinheiten angelegte niedrige Spannung gemäß Fig. 1, üblicherweise zwischen 12 und 24 V Gleichstrom, läßt sich aus einem 3-Phasen-Transformer-Gleichrichter-Kreis 8l (siehe Fig. 4) ableiten, wobei der Primärkreis des Transformers im Stern geschaltet ist. Damit der Regelkreisantrieb nicht verloren geht, falls eine der Phasen verloren geht, werden die Sekundärwindungen nach dem Gleichrichten derart zueinander parallel geschaltet, daß ein niedriger Gleichspannungs-Regelkreis beibehalten wird, ungeachtet dessen, welche der drei Eingangsphasenleitungen geöffnet wird; diese läßt sich aus Fig. 4 erkennen.

Wie veranschaulicht, arbeitet die Momentenbegrenzungskontrolle durch erfassen des gesamten, durch Motor 1 hindurchgesetzten Stromes über Leitung 47, geeignet für einen Motor mit einem

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Dauerraagnetfeld. Es versteht sich, daß im Falle eines sogenannten Shunt-Motors das System derart arbeiten könnte, daß der Ankerstrom im Motor erfaßt wird, wobei die Feldspulen getrennt an die Stromzufuhr angeschlossen sind.

Die Langsamstarteinheit 55 ist deshalb vorgesehen, um beim Motorstart übermäßig hohe Stromwerte zu vermeiden. Einheit 55 stellt sicher, daß ein überschüssiger Strom, der dann auftritt, bevor der Motor eine EMF gebildet hat, die Grenzwerte überschreitet, die durch die Momentenbegrenzungs-Kontrolleinheit 46 vorgegeben sind. Einheit 55 kann auch derart arbeiten, daß Motor 1 aus dem Stand langsam anläuft, womit das Positionieren des Ventiles dann feinfühlig kontrolliert wird, wenn das System zum Modulieren oder Regulieren eingesetzt wird.

Die Motorkontrolleinheit 5 arbeitet derart, um das mark-space-Verhältnis des pulsierenden Gleichstromes derart einzustellen, daß die mittlere Spannung, die an den Motoranker und/oder die Feldspule angelegt wird, variiert wird. Die Motordrehzahl wird durch den Drehzahlsensor 17 gemessen und mit der Bezugsspannung entsprechend der vorgegebenen Drehzahl verglichen. Jegliche Abweichung der Motordrehzahl aufgrund Belastungsänderungen ändern die erzeugte "back EMF" dahingehend, um das Drehzahlsignal aus Sansor 17 an Einheit 5 zu ändern. Kreis 5 arbeitet dahingehend, daß die Motordrehzahl derart eingestellt wird, daß sie im wesentlichen auf dem eingestellten Wert verbleibt.

Der Umkehrschaltkreis 25 kann einen elektro-mechanischen oder Feststoff-Satz von Schaltern oder Gattern umfassen, die derart gestaltet und angeordnet sind, daß sie die Polarität des Ankerstromes in Bezug auf die Feldpolarität ändern.

Die Einheiten 28 und 29 sind üblicherweise Relais oder Kontakte bzw. deren Feststoff-Equivalente und sind mit der Verriegelung j54 (interlock) ausgerüstet, so daß beide nicht gleichzeitig arbeiten können. Diese Verriegelung kann eine elektrische oder mechanische

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sein. Jede der Einheiten 28 und 29 ist derart gestaltet und angeordnet, daß dann, wenn der Öffnungsknopf 31 oder der Schließknopf 33 einmal gedrückt sind, der Motor weiterhin so lange umläuft, bis der Halteknopf 35 oder die Begrenzungsschalter 4l oder die Momentenbegrenzungs-Kontroll- und Halteeinheit 46 betätigt sind.

Die Zwischen- und Grenzschaltereinheiten 21 und 4l können von einem Schaltmechanismus betätigt werden, so wie beispielsweise in GB-PS 1 003 7öl beschrieben. Analog hierzu könnte auch aus einer analogen oder digitalen Vorrichtung ein Signal abgeleitet werden, das die Drehzahl der Aktuatorausgangswelle erfaßt und mit den vorgegebenen Werten zum Regelbetrieb der Einheiten 21 und 4l vergleicht.

Motor 1 wurde oben als Motor beschrieben, der durch Verändern der mittleren Gleichstrom-Eingangsspannung drehzahlgeregelt wird. Es versteht sich jedoch, daß gemäß der Erfindung auch ein Einphasen- oder Mehrphasen-Induktionsmotor verwendet werden könnte, wobei ein Feststoff-Gleichrichter (solid state rectifier) die ankommende Spannung und eine Gleichspannung umwandeln und sodann diese Gleichspannung einem Inverter zuführen könnte, um einen Wechselstrom veränderlicher Frequenz zu erzeugen, womit die Drehzahl des Motors geregelt werden könnte.

Wie man sieht, weist der oben beschriebene Aktuator eine Reihe von manuell betätigbaren Regel- oder Einstellmöglichkeiten ΐβ, 22, 24, 31, 33, 35, 42, 52 und 59 auf. Diese können außerhalb eines Gehäuses angeordnet werden, das schematisch durch die gestrichelte Linie 71 angedeutet ist, so daß die Aktuatorparameter eingestellt werden können, ohne daß der beispielsweise wasserdicht oder explosionssicher ^siegelte Deckel abgenommen werden muß.

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Claims

Anwaltsakte: P 790 Rotork Controls Limited Bath, England PATENTANSPRÜCHE

1. Ventilaktuator mit einem drehzahlveränderliohen Motor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehzahlregelkreis zum Regeln der Motordrehzahl vorgesehen ist, umfassend einen Drehzahlselektor, durch welchen die gewünschte Drehzahl durch erste Einstellmittel auf verschiedene Werte eingestellt werden kann, und einen Momentenbegrenzungsregelkreis, der wenigstens für eine Drehrichtung des Motors gestaltet ist, um den Motor dann stillzusetzen, wenn eine vorgegebene Momentengrenze überschritten wurde und der einen Momentensensor erfaßt, der ein Maß des von einem oder mehreren Momenten bezogenen elektrischen Parametern des Motors abgeleiteten Momentes liefert, und ein zweites Einstellmittel zum Einstellen des genannten Momentenbegrenzungsregelkreises auf verschiedene Momentengrenzwerte.

2. Ventilaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Momentensensor derart gestaltet und angeordnet ist, daß

• er ein Maß des Momentes aus einem durch den Motor fließenden Strom liefert, der zu dem Moment in Beziehung steht.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelkreis derart gestaltet und angeordnet ist, daß er die Drehzahl des Motors dadurch regelt, daß eine an den Motor angelegte Eingangsspannung geregelt wird.

4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromzufuhrkreis zum Anlegen einer pulsierenden Spannung an dem Motorvorgesehen ist, wobei die Motordrehzahl in Beziehung zu dem mittleren Wert der genannten pulsierenden Spannung steht, und durch den Drehzahlregelkreis geregelt wird.

5. Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlselektor da?art gestaltet und angeordnet ist, daß er ein Drehzahl-Sollsignal liefert, und daß Mittel vorgesehen sind, die ein Drehzahl-Istsignal liefern, das die tatsächliche Motordrehzahl wiedergibt, und daß der Drehzahlregelkreis derart gestaltet ist, daß er den Mittelwert der pulsierenden Spannung dann ändert, wenn die Ist-Drehzahl von der Soll-Drehzahl abweicht.

6. Aktuator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromzufuhrkreis einen Voll-Wellen-Gleichrichter umfaßt, um eine kontinuierliche Gleichspannung aus einer Wechselspannung zu erzeugen, und von welchem die pulsierende Spannung abgegriffen wird.

7. Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelkreis einen solchen Regelbereich über die pulsierende Spannung hat, daß bei verschiedenen Wechselspannungs-Eingängen an den Motor dieselbe mittlere Gleichspannung angelegt werden kann.

8. Aktuator nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Regelbereich Ober die pulsierende Spannung derart gewählt ist, daß er bei einem für einen J5-Phasen-Strom ausgelegten Aktuator auch mit einer Phase derselben Stromzufuhr einwandfrei arbeiten kann.

9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer 3-Phasen-Stromzufuhr gearbeitet wird, wobei eine Spannungsquelle für die Regelkreise des Aktuators derart gewählt ist, daß sie von einer J>-Phasen-Spannung derart abgegriffen wird, daß die Spannungsquelle bei Verlust einer der Phasen der Wechselstrom-Zufuhr aufrechterhalten wird,

10. Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Spannungsquelle für die Regelkreise des Aktuators eine Gleichspannungsquelle ist, die aus der J5-Phasen-Zufuhr mittels eines Mehrphasen-Transformators der SekundärwioKlung abgeleitet ist, und daß Gleichrichter zugeordnet sind, die parallel geschaltet sind, so daß die Gleichspannungsquelle bei Verlust einer der 3 Phasen der Wechselstrom-Zufuhr aufrechterhalten wird.

11. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte,momentenbezogene Parameter mit einem Bezugsparamäsr im genannten Momentenbegrenzungsregelkreis verglichen wird, derart, daß dann, wenn der Momentenbezogene Parameter den Bezugswert erreicht, der Motor abgeschaltet wird, wobei der Bezugsparameter durch Einstellmittel eingestellt wird.

12. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenbegrenzungskontrolie in beiden Drehrichtungen des Motors wirksam ist, wobei der Wert der Momentenbegrenzung in öffnungsrichtung des Aktuators größer als in Schließrichtung ist.

13» Aktuator nach Anspruch 12, wobei die Momentenbegrenzungswerte für die öffnungs- und für die Schließrichtung des Ventilaktuators durch zweite Einstellmittel gleichzeitig einstellbar sind.

14. Aktuator nach Anspruch 13, wobei die Momentengrenzwerte für das öffnen und Schließen derart gewählt werden, daß der Unterschied zwischen den Öffnungs-Momentengrenzwerten und den Schließ-Momentengrenzwerten dann variiert, wenn die Einstellung vorgenommen wird.

15· Aktuator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Momentengrenzwert für das öffnen derart geregelt wird, daß er niemals unter einen vorgegebenen Wert fällt, und zwar unabhängig von der Einstellung der genannten zweiten Einstellmittel.

16. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenbegrenzungskontrolle während des Anfahrens des Motors außer Betrieb gesetzt wird,

17. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß eine Strombegrenzungsvorrichtung vorgesehen wird, die während des Anfahrens des Motors arbeitet und die verhindert, daß der Motorstrom einen Wert annimmt, bei welchem die Momentenbegrenzungskontrolle betätigt würde, und die somit die Momentenbegrenzungskontrolle außer Betrieb setzt.

18. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn- · zeichnet, daß die genannten ersten und zweiten Einstellmittel außerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, das den Motor und die Drehzahlkontrolle sowie Momentenbegrenzungskontrollkreise enthält.

19. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlauf des Motors in der einen Richtung von einem ersten Schalter und derjenige in der anderen Richtung von einem zweiten Schalter vorgenommen wird, und daß ein dritter Schalter vorgesehen ist, der derart betätigbar ist, daß er die Wirkung des genannten ersten und des genannten zweiten Schalters bezüglich der Einstellung der Drehrichtung des Motors umkehrt.

20. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gewählten Drehrichtung des Motors die Motordrehzahl bei einer vorgegebenen Position des Aktuators

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auf seiner Bewegungsbahn auf einen geringeren Wert abge senkt wird, und zwar unabhängig von der Einstellung des Drehzahlselektors, und daß die Motordrehzahl hierdurch bis zum Ende des Weges des Ventiles in der gewählten Richtung beibehalten wird.

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