DE1059547B

DE1059547B - Arrangement for generating an electrical control variable as a function of an electrical control variable

Info

Publication number: DE1059547B
Application number: DES39828A
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-07-01
Filing date: 1954-07-01
Publication date: 1959-06-18

Description

Anordnung zur Erzeugung einer elektrischen Steuergröße in Abhängigkeit von einer elektrischen Regelgröße In der Hauptpatentanmeldung S 34523 VIIIb/21 c ist eine Anordnung beschrieben zur Erzeugung einer elektrischen Steuergröße in Abhängigkeit von einer elektrischen Regelgröße, wobei in einer magnetischen Brückenschaltung mit einem Dauermagneten als Sollwertnormal und einem Elektromagneten als Meßwertumformer für die Istwertgröße eine Drossel in Abhängigkeit von der Differenz der Magnetflüsse der beiden erwähnten Magneten vormagnetisiert wird. Dabei besitzt diese Drossel einen z@veischenkeligen Eisenkern, auf welchem die Teilwicklungen derart angeordnet und geschaltet sind, daß ihre Wechselflüsse sich im wesentlichen innerhalb des Drosselkernes schließen und in bezug auf die Differenz der Flüsse der Brückenanordnung jeweils in einem der beiden Schenkel gleichsinnig, im anderen Schenkel dagegen gegensinnig gerichtet sind. Zur Beseitigung der Einflüsse von Schwankungen der Hilfswechselspannung, welche die Drossel speist, wurde eine zweite Drossel mit vorzugsweise gleicher Schaltung von einer Wechselspannung gleicher Höhe wie die erste Drossel gespeist und die Differenzwirkung der Wechselströme beider Drosseln, gegebenenfalls nach Gleichrichtung, als Steuergröße verwendet.Arrangement for generating an electrical control variable as a function of an electrical control variable In the main patent application S 34523 VIIIb / 21 c describes an arrangement for generating an electrical control variable as a function of an electrical controlled variable, being in a magnetic bridge circuit with a permanent magnet as the setpoint standard and an electromagnet as the transducer a throttle for the actual value variable depending on the difference in the magnetic fluxes of the two magnets mentioned is premagnetized. This has a throttle a two-legged iron core on which the partial windings are arranged in this way and are connected so that their alternating fluxes are essentially within the inductor core close and with respect to the difference in the flows of the bridge arrangement, respectively in the same direction in one of the two legs, but in opposite directions in the other leg are directed. To eliminate the effects of fluctuations in the auxiliary AC voltage, which feeds the choke was a second choke with preferably the same circuit fed by an alternating voltage of the same level as the first choke and the differential effect the alternating currents of both chokes, possibly after rectification, as a control variable used.

Bei dieser Anordnung wurde der Wechselstrom jeder Drossel getrennt durch je einen besonderen jeder Drossel zugeordneten Gleichrichter gleichgerichtet. Eine solche Anordnung läßt sich erfindungsgemäß vereinfachen, indem für beide Drosseln eine gemeinsame Gleichrichteranordnung benutzt wird.With this arrangement, the alternating current of each reactor was separated rectified by a special rectifier assigned to each choke. Such an arrangement can be simplified according to the invention in that both throttles a common rectifier arrangement is used.

Wurde also bisher z. B. für jede Drossel ein Gleichrichter in Brückenschaltung mit vier Ventilen benutzt, so sind nach der erfindungsgemäßen Anordnung nur noch vier Ventile für beide Drosseln gemeinsam erforderlich. -Nach der neuen Lösung sind die beiden die Drosseln speisenden Wechselspannungen bzw. die Sekundärwicklungen des Speisetransformators einpolig miteinander verbunden. Hierbei kann die Anordnung derart gewählt werden., daß entweder gleichsinnige Anschlüsse, bezogen auf den Richtungssinn der Wechselspannungen, oder unglei@chsinnige Anschlüsse miteinander verbunden werden. Die gespeiste Steuerwicklung, die einem magnetischen Verstärker z. B. angehören kann, ist dabei mit einer Mnttelanzapfung versehen, die an die Verbindung der beiden Spannungsquellen bzw. Transformatorwicklungen angeschlossen ist.So has been z. B. a rectifier in a bridge circuit for each choke used with four valves, so are only after the arrangement according to the invention four valves are required for both throttles together. -After the new solution are the two alternating voltages feeding the chokes or the secondary windings of the supply transformer connected to one another with one pole. Here, the arrangement be chosen in such a way that either connections in the same direction, based on the sense of direction the alternating voltages, or inconsistent connections are connected to one another. The fed control winding, which is a magnetic amplifier z. B. belong can, is provided with a Mnttelanzapfung that connects the two Voltage sources or transformer windings are connected.

Im Falle, daß gleichsinnige Anschlüsse der Transformatorwicklungen bzw. Spannungsquellen miteinander verbunden werden, fließt bei einer erfindungsgemäßen Anordnung über die Steuerwicklung der gesamte Drosselstrom je einer Drossel. Hierbei wird die zur Steuerung benötigte Differenzwirkung der beiden Drosselströme durch Durchflutüngsdifferenzbildung am Verstärker erzielt. In dem anderen Falle, wenn eine Verbindung zwischen ungleichsinnigen Anschlüssen der beiden Transformatorwicklungen bzw. Wechselspannungsquellen besteht, fließt über die Steuerwicklung unmittelbar die Differenz der beiden gleichgerichteten Wechselströme. Die Steuerwicklung braucht daher in diesem Falle nur für die Differenz der Drosselströme bemessen zu werden.In the event that the transformer windings are connected in the same direction or voltage sources are connected to one another, flows in an inventive Arrangement via the control winding of the entire choke current for each choke. Here the differential effect of the two inductor currents required for control is carried out Achieved flow difference formation at the amplifier. In the other case, if a connection between unequal connections of the two transformer windings or AC voltage sources exist, flows directly through the control winding the difference between the two rectified alternating currents. The control winding needs therefore in this case only to be dimensioned for the difference between the inductor currents.

Einige Ausführungsbeispiele für die Anwendung der Erfindung veranschaulicht die Zeichnung.Some embodiments for practicing the invention are illustrated the drawing.

In Fig. 1 bezeichnet 1 den Transformator, der die Wicklungen der beiden Drosseln 2 bzw. 3 speist. Die Sekundärwicklungen des Transformators 1 sind in diesem Falle einpolig miteinander an gleichsinnigen Anschlüssen verbunden, -wie es aus der Fig. 1 zu entnehmen ist. Beide Drosseln arbeiten auf das gemeinsame Gleichri.chtersystem mit den Ventilen 4 a bis 4 d. An dem Ausgang dieser Gleichrichteran.ordnung liegt die gesteuerte Wicklung 5. Die Mittelanzapfung 5 a dieser Wicklung ist mit dem gemeinsamen Pol der beiden Sekundärwicklungen des Transformators 1 verbunden. Während der ersten Halbperiode des Wechselstromes fließt der Strom der Drosselt über das Ventil 4 b und die obere Hälfte der Steuerwicklung 5 zu dem gemeinsamen An.schlußpünkt der beiden Sekundärwicklungen des Transformators. Gleichzeitig fließt der Strom der Drossel 3 über das Ventil 4d und den unteren Teil der Steuerwicklung 5 zum gemeinsamen Pol der beiden Sekundärwicklungen des Transformators 1. Die eingetragenen Pfeile veranschaulichen die Durchflutungen der betreffenden Wicklungsteile. Für die oben betrachtete Halbperiode sind die Pfeile ausgezogen dargestellt, während die gestrichelt eingetragenen Pfeile die Durchflutungsrichtungen in der darauffolgenden Halbperiode angeben.In Fig. 1, 1 denotes the transformer, which the windings of the two Feeds throttles 2 or 3. The secondary windings of the transformer 1 are in this Fall unipolar connected to each other at connections in the same direction, -as it turns out the Fig. 1 can be seen. Both throttles work on the common rectifier system with valves 4 a to 4 d. Located at the output of this rectifier arrangement the controlled winding 5. The center tap 5 a of this winding is common with the Pole of the two secondary windings of transformer 1 connected. During the first Half-cycle of the alternating current flows the current of the throttle via the valve 4 b and the upper half of the control winding 5 to the common connection point of the two secondary windings of the transformer. Simultaneously flows the Current of the throttle 3 via the valve 4d and the lower part of the control winding 5 to the common pole of the two secondary windings of transformer 1. The entered Arrows illustrate the flow through the relevant winding parts. For the half-period considered above, the arrows are shown in solid lines, while the dashed arrows indicate the flow directions in the following Specify half-period.

Irr dem Ausführungsbeispiel nach Fig. ? sind für die gleichen Teile wieder die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt worden. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, sind in diesem Falle ingleichsinnige Anschlüsse der beiden Sekundärwicklungen des Transformators 1 miteinander verbunden. In der ersten Halbperiode des Wechselstromes fließt ein Strom über die Drossel 2 und über den Gleichrichter 4 b durch die obere Hälfte der Steuerwicklung 5 zurück zu dem gemeinsamen Punkt der beiden Sekundärwicklungen. Gleichzeitig fließt ein Strom in umgekehrter Richtung durch die obere Hälfte der Wicklung 5 und das Ventil 4c über die Drossel 3 zu dem der Drossel 3 zugeordneten Anschluß der Sekundärseite des Transformators 1. Das veranschaulichen die ausgezogen eingetragenen Pfeile der Figur.Irr the embodiment of Fig.? are for the same parts the same reference numerals as in FIG. 1 have been chosen again. As from the figure It can be seen that in this case the connections of the two secondary windings are in the same direction of the transformer 1 connected to each other. In the first half cycle of the alternating current A current flows through the choke 2 and the rectifier 4 b through the upper one Half of the control winding 5 back to the common point of the two secondary windings. At the same time, a current flows in the opposite direction through the upper half of the Winding 5 and the valve 4c via the throttle 3 to the one assigned to the throttle 3 Connection of the secondary side of the transformer 1. This is illustrated by the drawn out registered arrows of the figure.

Hieraus ist zu entnehmen, daß über die obere Hälfte der Steuerwicklung 5 nur die Differenz der Ströme der beiden Drosseln 2 und 3 fließt. In der anderen Halbperiode des Wechselstromes fließt dieser Differenzstrom sinngemäß über die untere Hälfte der Steuerwicklung 5, wie es die gestrichelt eingetragenen Pfeile zeigen.From this it can be seen that over the upper half of the control winding 5 only the difference in the currents of the two chokes 2 and 3 flows. In the other Half-cycle of the alternating current flows this differential current analogously over the lower Half of the control winding 5, as shown by the dashed arrows.

Bei dieser Anordnung werden die Ventile nur mit einer sehr geringen Sperrspannung beansprucht, denn die Sperrspannung, die die Ventile 4 a und 4 d gemeinsam zu sperren haben, ist gleich der Spannung in Durchlaßrichtung an den Ventilen 4 b und 4 c.With this arrangement, the valves are only very low Reverse voltage claimed, because the reverse voltage that the valves 4 a and 4 d together have to block is equal to the voltage in the forward direction at the valves 4 b and 4 c.

Eine vollständige Anordnung unter Ausnutzung einer Regeleinrichtung nach den Fig. 1 bzw. 2 veranschaulicht die Fig. 3 der Zeichnung. In dieser Einrichtung bezeichnet 6 eine Anordnung zur Lieferung einer elektrischen Steuergröße, welche die Anordnung nach den Fig. 1 bzw. 2 bis auf die Steuerwicklung 5 einschließt, die in dieser Figur durch die beiden Teile 7 und 8 gebildet wird. 9, 10. 11 bezeichnen die Anschlußleitungen an ein Drehstromnetz, von welchem über die Regeldrosseln 12 und den Transformator 13 sowie einen Gleichrichter 14 niit einer nachgeschalteten Glättungseinrichtung 15 über die Klemrnen 16 und 17 ein Verbrancher gespeist wird. Die Spannung an den Verbraucherklemmen 16,17 wird als Regelgröße der Regeleinrichtung 6 über die Leitungen 18 bzw. 19 zugeführt. Eine Einstellung der Hähe des Istwertes ist durch Veränderung des Widerstandes 20 möglich. Die bereits erwähnten Wicklungen 7 und 8 bilden eine Steuerwicklung des magnetischen Verstärkers 21. Dieser umfaßt weiterhin die beiden von der Wechselstromquelfe 22 gespeisten Arbeitswicklungen 23 und 24, die derart mit Ventilen 25 bis 28 beschaltet sind, daß an den Ausgangsklemmen 29 und 30 der Anordnung eine Gleichspannung geliefert wird. Der Verstärker speist über den Widerstand 31 die Steuerwicklung 32 mit den Endanschlüssen a-b. Diese Steuerwicklung gehört den Drosseln 12 an, wie auch aus der gleichlaut.enden Bezeichnung der dortigen Steuerwicklung zu entnehmen ist. Eire weitere Wicklung 33 mit den Klemmen c und d wird über den Widerstand 34 gegensinnig von der Spannung an den Klemmen 16, 17 gespeist. Diese Wicklung ist an den Drosseln ebenfalls wieder mit der gleichen Bezeichnung 33 eingetragen. Durch die Ausbildung, der Drosseln 12 als sogenannte Ventildrosseln, bei denen mit jeder der Wechselstromarbeitswicklungen je ein Ventil in Reihe liegt, so daß über die eine der Arbeitswicklungen nur die eine Halbwelle und- über die andere der Arbeitswicklungen nur die andere Halbwelle fließt, ergibt sich eine lastabhängige Vormagnetisierung an der Drossel. Es sei beispielsweise angenommen gemäß den rechts an den beiden Wicklungen 32 und 33 eingetragenen Synibolen, daß in der betrachteten Halbwelle des Wechselstromes dasjenige der Ventile mit der eingetragenen Durchlußrichtung für den Laststrom wirksam sei. Das Ventil bestimmt daher die Richtung der Vorinagnetisierung, die lastabhängig an der Drossel 12 hervorgerufen wird. Gleichzeitig liefert die Wicklung 32 nach dem angenommenen Falle eine Magnetisierung in Richtung eines an dieser Wicklung eingetragenen Pfeiles. Bei Ansteigen der Spannung an den Verbraucherklemmen 16-17 liefert die Anordnung 6 einen Steuerstrom über die Wicklungen 7-8 an den Verstärker 21 in dein Sinne, daß die Ausgangsspannung an den Klemmen 29-30 und damit der Strom über die Wicklung 32 in der Richtung b-a ansteigt. Das bedeutet eine Vergrößerung des Spannungsabfalles an den Drosseln 12 und damit eine Herabsetzung der Spannung am Transformator 13 und dementsprechend auch am Gleichrichter 14.A complete arrangement using a control device according to FIGS. 1 and 2 is illustrated in FIG. 3 of the drawing. In this device, 6 denotes an arrangement for supplying an electrical control variable, which includes the arrangement according to FIGS. 1 and 2 except for the control winding 5, which is formed by the two parts 7 and 8 in this figure. 9, 10, 11 denote the connection lines to a three-phase network, from which a consumer is fed via the regulating chokes 12 and the transformer 13 and a rectifier 14 with a downstream smoothing device 15 via the terminals 16 and 17. The voltage at the consumer terminals 16 , 17 is fed as a controlled variable to the control device 6 via the lines 18 and 19, respectively. The level of the actual value can be adjusted by changing the resistor 20. The already mentioned windings 7 and 8 form a control winding of the magnetic amplifier 21. This also includes the two working windings 23 and 24 fed by the alternating current source 22, which are connected to valves 25 to 28 that one at the output terminals 29 and 30 of the arrangement DC voltage is supplied. The amplifier feeds the control winding 32 with the end connections via the resistor 31. This control winding belongs to the chokes 12, as can also be seen from the designation of the control winding there. A further winding 33 with the terminals c and d is fed in opposite directions by the voltage at the terminals 16, 17 via the resistor 34. This winding is also entered again with the same designation 33 on the chokes. The design of the throttles 12 as so-called valve throttles, in which a valve is in series with each of the AC working windings, so that only one half-wave flows over one of the working windings and only the other half-wave over the other of the working windings a load-dependent premagnetization at the choke. It is assumed, for example, according to the syniboles entered on the right of the two windings 32 and 33, that in the half-wave of the alternating current under consideration, that of the valves with the entered flow direction is effective for the load current. The valve therefore determines the direction of the pre-magnetization that is caused at the throttle 12 as a function of the load. At the same time, according to the assumed case, the winding 32 supplies a magnetization in the direction of an arrow entered on this winding. When the voltage at the consumer terminals 16-17 rises, the arrangement 6 supplies a control current via the windings 7-8 to the amplifier 21 in the sense that the output voltage at the terminals 29-30 and thus the current via the winding 32 in the direction ba increases. This means an increase in the voltage drop across the chokes 12 and thus a reduction in the voltage across the transformer 13 and, accordingly, also across the rectifier 14.

Die Brückenschaltung aus den Gleichrichterventilen 4 a bis 4 d bäßt sich erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise dahingehend, weiter ausnutzen, daß sie unmittelbar als ein hoehohmiger Abschlußvid'erstand für die angeschlossene Steuerwicklung 5 des Magnetverstärkers wirkt. Das erfolgt dadurch, daß in der Brückenschaltung aus den Ventilen 4a bis 4d je Zweig dieser Schaltung die Zahl der in Reihe geschalteten Gleichrichterp-latten größer ist, als es mit Rücksicht auf die im statischen Betrieb zu übernehmende Sperrspannung bedlingt ist. Durch einen solchen erfindungsgemäßen. Aufbau einer Schaltungsanordnung im Sinne der Fig. 3 ist es zur Erzielung einer möglichst kleinen Regelzeit dann möglich, an dem Magnetverstärker eine Vorhalteeinrich:tung zu benutzen in Form einer besonderen Steuerw.ickluiig mit vorzugsweise kleinerer Wind@ungszahl, als die genannte Steuerwicklung sie besitzt, und welche über einen Kondensator abhängig von der Regelgröße gespeist wird. Diese Steuerwicklung ist im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 miit 35 bezeichnet und der Kondensator mit 36. Die Reihenschaltung beider liegt an der zu regelnden Spannung, welche an den Klemmen 16 und 17 besteht. Bei Änderung dieser Spannung in der einen oder anderen Richtung ergibt sich dann ein zusätzlicher Steuerimpuls über die Wicklung 35 unter Umgehung der Anordnung 6, so daß die Regelabweichung in kürzerer Zeit beseitigt wird. Durch die Wahl der Windungszahlen für die Wicklungen 35 und 7, 8 hat man es in der Hand, die Regelzeit auf einen für die Gesamtanordnung erwünschten günstigen Wert abzustimmen, Diese Anordnung aus Kondensator 36 und Steuerwicklung 35 wirkt an der Einrichtung im Sinne eines sogenanaten Vorhaltes der Regelung, dessen Wirkungssinn entsprechend der Spannungsänderung an den Klemmen 16 und 17 ist. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis, das durch die Windungszahl an der Steuerwicklung 35 und die @Vin@dun:gszahl an der Steuerwicklung 7-8 gegeben ist, entsteht bei Änderung der zu regelnden Spannung als den Klemmern 16-17 eine entsprechend hohe Spannung an der Steuerwicklung 7-8. Durch die als .hochohmiger Abschluß der Steuerwicklung 5 wirkende Brückenschaltung aus den Ventilen 4a bis 4d ist verhindert, daß die Wirkung des Vorhaltekreises 35-36 durch einen Kurzschluß dieser Spannung an der Steuerwicklung 7-8, welche der Steuerwicklung 5 nach den Fig. 1 bzw. 2 entspricht, vermindert wird.The bridge circuit consisting of the rectifier valves 4 a to 4 d lowers according to the invention in an advantageous manner to the effect that they further exploit directly as a high-ohmic terminating resistor for the connected control winding 5 of the magnetic amplifier acts. This is done in that in the bridge circuit from the valves 4a to 4d per branch of this circuit the number of those connected in series Rectifier plates is larger than it is with regard to the static operation reverse voltage to be taken over is conditional. By such an inventive. Structure of a circuit arrangement in the sense of FIG. 3 is to achieve a The smallest possible control time is then possible with a hold-up device on the magnetic amplifier to be used in the form of a special Steuerw.ickluiig with preferably smaller Number of turns than the control winding mentioned, and which one has one Capacitor is fed depending on the controlled variable. This control winding is in the embodiment according to FIG. 3 with 35 and the capacitor with 36. The series connection of both is due to the voltage to be regulated, which is applied to the terminals 16 and 17 consists. When changing this voltage in one direction or the other there is then an additional control pulse via the winding 35, bypassing it the arrangement 6, so that the system deviation is eliminated in a shorter time. By the choice of the number of turns for the windings 35 and 7, 8 is in your hand, adjust the control time to a favorable value desired for the overall arrangement, This arrangement of capacitor 36 and control winding 35 acts on the device in the sense of a so-called proviso of the regulation, its sense of effect accordingly the change in voltage at terminals 16 and 17. According to the gear ratio, by the number of turns on the control winding 35 and the @ Vin @ dun: gszahl on the Control winding 7-8 is given, occurs when the voltage to be regulated changes than the terminals 16-17 a correspondingly high voltage on the control winding 7-8. By acting as a high-resistance termination of the control winding 5, the bridge circuit from the valves 4a to 4d prevents the action of the lead circuit 35-36 by short-circuiting this voltage on control winding 7-8, which is the control winding 5 corresponds to FIGS. 1 and 2, respectively, is reduced.

Claims

PA1'ENTANSPKCCHE. 1. Arrangement for generating an electrical control variable in dependence of. an electrical control variable according to patent application S 34523 VIIIbl21 c with a throttle that depends on the difference in magnetic fluxes a permanent magnet and an electromagnet excited by the actual value is, with a second throttle to eliminate influences of the fluctuations the auxiliary AC voltage feeding the first choke, derived from an AC voltage the same amount as the first throttle is fed is provided. is and where the Differential effect of the alternating currents of both chokes after rectification as a control variable is used, characterized in that a common rectifier arrangement for both chokes is used in the form of a bridge circuit of valves.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage sources for the two chokes are connected in the same direction: Poles are unipolarly connected to each other and the connection point to the 1VIittelanzapfung one fed from the output of the rectifier arrangement. Control winding connected is.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the same direction Poles of the voltage sources for the chokes are connected to one another.

4. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that uneven poles of the Voltage sources for the chokes are connected to one another.

5. Arrangement according to Claim 1 or one of the following, characterized in that in the bridge circuit of valves per branch of this circuit is the number of rectifier plates connected in series is chosen larger than it is with regard to the static operation to be taken over Reverse voltage is caused, and thereby the bridge circuit has a high-impedance termination the control winding of the magnetic amplifier forms.

6. Arrangement according to claim 5, characterized characterized in that on the magnetic amplifier, which the output of the Control winding (7-8) fed to the rectifier arrangement (contained in 6) belongs to, a holding device (35-36) is used in the form of a special control winding (35) with preferably a smaller number of turns than the control winding mentioned (7-8), which is dependent on changes in the controlled variable via a capacitor (36) (16-17) is fed (Fig. 3).