DE1000910B

DE1000910B - Arrangement for current or voltage limitation

Info

Publication number: DE1000910B
Application number: DEL14798A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Jentsch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-02-27
Filing date: 1953-02-27
Publication date: 1957-01-17

Description

Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung Es ist bekannt, zur Strombegrenzung an einem Widerstand einen dem Laststrom proportionalen Spannungsabfall zu erzeugen, diesen Spannungsabfall über ein Ventil in Durchlaßrichtung gegen eine konstante oder konstant gehaltene Spannung zu schalten und die Differenz dieser beiden Spannungen einem Regler zuzuführen. Ist der haststrom kleiner als der Wert, von dem an die Begrenzung einsetzen soll, so liegt eine Spannung in Sperrichtung am Ventil. Steigt der Laststrom über einen bestimmten Wert an, so kehrt sich die Spannung um, und ein Strom wird durch das Ventil getrieben. Dieser Strom kann nun mittelbar oder unmittelbar zur Strombegrenzung herangezogen werden.Arrangement for current or voltage limitation It is known to Current limitation at a resistor results in a voltage drop proportional to the load current to generate this voltage drop across a valve in the forward direction against a to switch constant or constant voltage and the difference between these feed both voltages to a regulator. If the direct current is less than the value, from which the limitation should begin, there is a voltage in the reverse direction at the valve. If the load current rises above a certain value, the Voltage around, and a current is driven through the valve. This current can now can be used directly or indirectly to limit the current.

So ist beispielsweise bekannt, bei spannungsgeregelten Gleichrichtern eine zusätzliche Strombegrenzung zu verwenden, wie sie etwa Fig. 1 zeigt. Der Gleichrichter ist nicht näher ausgeführt. Ein Last-Gleichstrom J, soll, begrenzt und die abgegebene Gleichspannung U, konstant gehalten werden, und zwar in der Weise, daß unterhalb eines bestimmten Gleichstromwertes auf konstante Spannung geregelt und oberhalb dieses bestimmten Gleichstromwertes in eine Strombegrenzung übergegangen werden soll. Als Regler diene beispielsweise ein magnetischer Verstärker, von dem nur eine Steuerwicklung St gezeichnet ist. Eine feste Bezugsspannung S ist gegen einen Spannungsteiler R1, R2 derart geschaltet, daß im Falle der Gleichheit der Spannungen an S und an R2 kein Strom durch St fließt. Der Widerstand R1 sei einstellbar zur Sollwerteinstellung. Ferner ist ein Widerstand R3 vorgesehen, der mit R2 und S einseitig auf gleichem Potential liegt und von einem dem Laststrom proportionalen Strom J5 ganz oder teilweise durchflossen wird. Der Strom J3 durch R3 erzeugt einen Spannungsabfall U 3. J. wird aus JD beispielsweise durch einen Wandler gewonnen. Am Widerstand R, wird vom Strom ji ein Spannungsabfall Ui und am Widerstand R2, vom Strom j2 ein Spannungsabfall Uz erzeugt. Hat der Regler eine hohe Genauigkeit, d. h. ist der Steuerstrom Jst bedeutend kleiner als J2, so ist J, ,. J2. Das ist jedoch nur dann der Fall, wenn der Spannungspfad mit dem Ventil V stromlos ist. Wenn also U3 < U2 ist, wird auf konstante Spannung geregelt. Wird nun infolge Erhöhung des Laststromes U3 > U2, so fließt ein Strom 1, durch das Ventil und erhöht vorübergehend die Spannung U2, wodurch eine Herabregelung der Gleichspannung U, und damit die gewünschte Strombegrenzung bewirkt wird. Im Endzustand hat die Summe von J1 und J4 und damit annähernd J2 fast genau den ursprünglichen Wert.For example, it is known to use an additional current limitation in voltage-regulated rectifiers, as shown for example in FIG. 1. The rectifier is not detailed. A load direct current J, is to be limited and the output direct voltage U, to be kept constant, namely in such a way that below a certain direct current value it is to be regulated to a constant voltage and above this certain direct current value it is to be switched to a current limitation. A magnetic amplifier, for example, of which only one control winding St is shown, serves as a controller. A fixed reference voltage S is connected to a voltage divider R1, R2 in such a way that if the voltages at S and R2 are equal, no current flows through St. The resistor R1 is adjustable for the setpoint adjustment. Furthermore, a resistor R3 is provided, which is at the same potential on one side with R2 and S and through which a current J5 proportional to the load current flows wholly or partially. The current J3 through R3 produces a voltage drop U 3. J. is obtained from JD, for example by a converter. A voltage drop Ui is generated across resistor R, from current ji, and a voltage drop Uz is generated across resistor R2, from current j2. If the controller has a high level of accuracy, ie if the control current Jst is significantly smaller than J2, then J,,. J2. However, this is only the case when the voltage path with valve V is de-energized. So if U3 <U2, the voltage is regulated to be constant. If, as a result of the increase in the load current U3> U2, a current 1 flows through the valve and temporarily increases the voltage U2, which brings about a downward regulation of the direct voltage U and thus the desired current limitation. In the final state, the sum of J1 and J4 and thus approximately J2 has almost exactly the original value.

Im allgemeinen wird aber die Spannung U3 wellig sein.In general, however, the voltage U3 will be wavy.

In der Nähe des kritischen Wertes, wo U"" = U2", wird, können infolge Spitzenwertgleichrichtung Stromstöße J4 durch das Ventil fließen, obwohl für die mittleren Spannungswerte U"" < U2,. gilt. Im Regler wird daher der Übergang von Spannungsregelung zur Strombegrenzung unscharf. Um das zu vermeiden, wird bei einer Anordnung zur Strom- oder Spannungsbegrenzung, bei der ein dem zu begrenzenden Strom bzw. der Spannung proportionaler Spannungsabfall an einem Widerstand über ein Ventil in Durchlaßrichtung gegen eine konstante oder konstant gehaltene Spannung geschaltet und die Differenz zwischen beiden Spannungen bestimmend für die Beaufschlagung des Reglers ist, erfindungsgemäß in Reihe mit dem Ventil eine vorzugsweise schnell sättigbare Drosselspule vorgesehen. Im Falle einer Anlage gemäß Fig. 1 würde die Drossel so zu schalten sein, wie es in Fig. 2 ausschnittweise mit der Drossel D,. dargestellt ist. In diesem Falle besteht die Gegenspannung aus der Spannung U2, welche durch den Regler annähernd gleich der Bezugsspannung gehalten wird. Die Drossel soll zweckmäßig deshalb schnell sättigbar sein, damit die im Regelkreis wirksame Induktivität möglichst gering ist. Der Vorschlag der Erfindung bringt also einen Eingriff in einen an sich vollständigen Regelkreis, indem eine Drossel eingeschaltet wird. Es hat sich gezeigt, daß damit keine Reglerschwingungen erzeugt werden; vielmehr werden Reglerschwingungen gerade verhindert, obwohl man ein trägheitsbehaftetes Schaltmittel verwendet.In the vicinity of the critical value, where U "" = U2 ", current surges J4 can flow through the valve as a result of peak value rectification, although U""<U2, ... applies to the mean voltage values In order to avoid this, in an arrangement for current or voltage limitation in which a voltage drop proportional to the current or voltage to be limited across a resistor via a valve in the forward direction is switched against a constant or constant voltage and the difference According to the invention, a preferably rapidly saturable choke coil is provided in series with the valve between the two voltages. In the case of a system according to FIG D. In this case, the counter voltage consists of the voltage U2, which is generated by the controller a is held approximately equal to the reference voltage. The choke should therefore expediently be rapidly saturable so that the inductance effective in the control loop is as low as possible. The proposal of the invention thus intervenes in a control loop that is complete per se, in that a throttle is switched on. It has been shown that this does not generate any controller oscillations; rather, controller oscillations are prevented even though an inertial switching device is used.

Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise der Erfindung. Das obere Diagramm zeigt den Fall, daß die Spannung U3" < U2,m ist. Durch die Welligkeit der Gleichspannung entstehen jedoch positive Spannungsstöße U4, die einen entsprechenden Stromstoß 1, durch das Ventil treiben würden, wenn die Drossel fehlte. Gerade solche periodischen Stöße können den Regler zum Schwingen bringen, ,veil der Spannungsregler an sich stabil ausgebildet ist, aber nun zusätzlich periodisch angestoßen wird. Die Drossel nimmt jedoch eine Spannungsfläche F, auf und gibt während der negativen Halbwelle (bezogen auf Ulm) die gleiche Fläche F3 ab. Da aber F1 > F3 = F2, liegt während der übrigen Zeit die negative Spannung U3 als Sperrspannung am Ventil. Die Drossel ist gemäß der Erfindung so ausgelegt, daß der Maximalwert des Magnetisierungsstromes, der zwischen Null und diesem schwankt (J ), kleiner als der Stromwert im Sättigungsknick bleibt. Dadurch fließt kein nennenswerter Strom J4. Im Falle der Flächengleichheit von F1 und F2 ist Ulm = U3,m (mittleres Diagramm). Hier reicht die Gegenspannungsfläche gerade aus, um einen nennenswerten Strom J4 zu verhindern. Wird jedoch U3 ,n > U"" (unteres Diagramm), so geht die Drossel etwa dann, wenn die positive Spannungsaufnahme der vorhergehenden negativen gleich wird (Fig. 1), in die Sättigung, und ein dem restlichen Spannungsstoß entsprechender Stromstoß 1, fließt durch den Pfad. Wird der Sollwert geändert, so folgt der Strom J4 spätestens nach einer Periode der Welligkeitsfrequenz.Fig. 3 shows the mode of operation of the invention. The upper diagram shows the case in which the voltage U3 ″ <U2, m. The ripple of the direct voltage, however, creates positive voltage surges U4 which would drive a corresponding current surge 1 through the valve if the throttle was missing. Precisely such periodic surges can the controller bring to oscillate, the voltage regulator is formed stably on itself veil, but is now initiated addition periodically. However, the throttle takes a voltage surface F, and outputs during the negative half-wave (based on Ulm), the same area F3 from. but since F1> F3 = F2, is located during the remaining time the negative voltage U3 as a reverse voltage to the valve. the throttle is designed according to the invention, that the maximum value of the magnetizing current, which varies between zero and this (J) is smaller than the Current value remains in the saturation kink. As a result, no significant current flows J4. In the case of the equality of areas of F1 and F2, Ulm = U3, m (middle diagram). Here the counter-voltage area is just sufficient to prevent a significant current J4. However, if U3, n > U "" (lower diagram), the choke goes into saturation approximately when the positive voltage consumption is equal to the previous negative one (FIG. 1), and a current surge 1 corresponding to the remaining voltage surge flows through the path. If the setpoint is changed, the current J4 follows at the latest after one period of the ripple frequency.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung vorstehend beschriebener Regeleinrichtung für Stromrichter beschränkt.The invention is not to the application of any of the above Control device for converters limited.

Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel zur Beschränkung der Ankerspannung eines Motors. Zur Messung der Ankerspannung eines Motors G sei wieder ein Widerstand R3 vorgesehen, dessen Spannungsabfall mit einer Bezugsspannung S verglichen wird. Beispielsweise ein Relais Rl soll dann beaufschlagt werden, wenn die Spannung U3 den Schwellwert übersteigt. Bei kleineren Werten sperrt das Ventil. Um nun zu verhindern, daß durch Stromspitzen das Relais kurzzeitig, eventuell periodisch, beaufschlagt wird, ist die Drossel D, vorgesehen, um den Stellstrom zu glätten.Fig. 4 shows an application example for limiting the armature voltage of an engine. To measure the armature voltage of a motor G, let us use a resistor again R3 is provided, the voltage drop of which is compared with a reference voltage S. For example, a relay Rl should be acted upon when the voltage U3 exceeds the threshold. The valve blocks with lower values. To prevent now that the relay is acted upon briefly, possibly periodically, by current peaks the throttle D is provided to smooth the actuating current.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for current or voltage limitation, with a voltage drop proportional to the current or voltage to be limited at a resistance via a valve in the forward direction against a constant or voltage kept constant switched and the difference between the two voltages is decisive for the application of the controller, characterized in that in In series with the valve, a preferably rapidly saturable choke coil is provided is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the throttle such is designed so that the maximum value of the magnetizing current is smaller than the current value is in the sharply developed saturation kink.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by its use in arrangements for voltage regulation and current limitation to ensure a precisely defined transition from voltage regulation to current limitation.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the Gegenenspanflung is one that is indirectly held constant by the control device, and that the current through the current path and the choke influences this counter voltage.

Arrangement according to Claims 1 to 4, characterized by its use in the control loop of rectifier systems controlled and regulated by magnetic amplifiers.

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized by the use in arrangements for voltage and current limitation of electrical machines.