DE1078621B

DE1078621B - Arrangement for controlling transductor amplifiers

Info

Publication number: DE1078621B
Application number: DEA31833A
Authority: DE
Inventors: Georg Sonesson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1958-04-18
Filing date: 1959-04-16
Publication date: 1960-03-31
Also published as: GB855639A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung von Transduktorverstärkern, insbesondere solchen mit innerhalb weiter Grenzen liegenden Nennbelastungen, bei welchen ein Steuerstrom erforderlich ist, um eine kontinuierliche Einstellung der Belastungsgröße herzustellen.The invention relates to an arrangement for controlling transductor amplifiers, in particular such with nominal loads lying within broad limits, at which a control current is required is to establish a continuous adjustment of the load size.

Bei Transduktorverstärkern ist es wünschenswert, daß die Reaktionszeit für die Herstellung einer Steueränderung so kurz wie möglich ist. Andererseits müssen Maßnahmen getroffen werden, daß die Regulierungsgenauigkeit so groß wie möglich ist. Große Schwierigkeiten für die Erfüllung dieser beiden Forderungen ergeben sich besonders in den Fällen, in denen nur ein beschränkter Steuereffekt zur Verfügung steht. In manchen Fällen ist es auch wünschenswert, daß das Belastungsobjekt mit innerhalb der Nennleistung des Verstärkers variierenden Größen angeschlossen werden kann, ohne daß die Regulierungseigenschaften des Verstärkers nennenswert beeinflußt werden. Es ist auch wünschenswert, daß der erforderliche Steuereffekt so klein wie möglich ist, und zwar auch bei Erzielung kurzer Reaktionszeit und großer Regulierungsgenauigkeit. Um die letztgenanten Wünsche zu erfüllen, ist es wünschenswert, daß der Verstärker nur aus einer Stufe besteht.With transductor amplifiers, it is desirable that the response time for making a Tax change is as short as possible. On the other hand, measures must be taken that the regulation accuracy is as big as possible. Great difficulties for the fulfillment of these two requirements arise especially in the cases in who only have a limited tax effect. In some cases it is also desirable that the load object with sizes varying within the rated power of the amplifier can be connected without affecting the regulating properties of the amplifier to be influenced. It is also desirable that the required control effect be as small as possible is, even if short response times and high regulation accuracy are achieved. In order to fulfill the latter wishes, it is desirable that the amplifier consists of only one stage.

.Alle Forderungen werden von einem Transduktorverstärker nach der Erfindung erfüllt. Das Kennzeichnende des Verstärkers ist ein drei Zweige enthaltendes Netzwerk. Der eine dieser Zweige ist von einem weitgehend konstanten Gleichstrom durchflossen, der von einer ersten Hilfsspannungsquelle in Reihe mit einem hochohmigen Widerstand erzeugt wird und der in zwei durch die beiden übrigen Zweige fließende Gleichströme geteilt ist, von welchen der eine Zweig eine Steuerspannungsquelle in Reihe mit einer Steuerwicklung des Transduktors und der andere eine andere Hilfsspannungsquelle enthält, wobei beide letztgenannten Spannungsquellen Gleichspannungsquellen sind, deren Polarität mit der.Richtung der Teilströme übereinstimmt. Weiter enthält der letztgenannte Zweig ein Element, das einen Strom von der Steuerspannungsquelle durch die andere Hilfsspannungsquelle verhindert..All demands are made by a transducer amplifier met according to the invention. The characteristic of the amplifier is that it contains three branches Network. One of these branches has a largely constant direct current flowing through it, generated by a first auxiliary voltage source in series with a high-value resistor and which is divided into two direct currents flowing through the two remaining branches, of which the a branch a control voltage source in series with a control winding of the transductor and the other contains a different auxiliary voltage source, both last-mentioned voltage sources being direct voltage sources whose polarity corresponds to the direction of the partial currents. The the latter branch an element that carries a current from the control voltage source through the other Auxiliary voltage source prevented.

Um genügend hohe Verstärkung zu erzielen, muß der Transduktor selbsterregt sein, am besten durch Ventilelemente in Reihe mit zwei gewöhnlich auf getrennten Kernen angeordneten parallel geschalteten Hauptwicklungen, welche Veritilelemente so angeordnet sind, daß die beiden Hauptwicklungen von einem Strom während getrennter Halbperioden des speisenden Wechselstromes durchflossen werden; dies ist die direkte Selbsterregung. Die Güte des Transduktors kann außerdem durch Verwendung orientierter Bleche als Kernmaterial erhöht werden. Ge-Anordnung zur Steuerung
von TransduktorverstärkernIn order to achieve a sufficiently high gain, the transducer must be self-excited, preferably by valve elements in series with two main windings, usually arranged on separate cores, connected in parallel, which veritilelemente are arranged so that a current flows through the two main windings during separate half-cycles of the feeding alternating current will; this is direct self-excitement. The quality of the transducer can also be increased by using oriented sheets as core material. Ge arrangement for control
of transducer amplifiers

Anmelder:Applicant:

Allmänna Svenska ElektriskaAllmänna Svenska Elektriska

Aktiebolaget,
ίο Västeräs (Schweden)Aktiebolaget,
ίο Västeräs (Sweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43Representative: Dipl.-Ing. H. Missling, patent attorney,
Giessen, Bismarckstrasse. 43

_Xg Beanspruchte Priorität: _X g Claimed priority:

Schweden vom 18. April 1958Sweden from April 18, 1958

Georg Sonesson, Enskede (Schweden),
ist als Erfinder genannt wordenGeorg Sonesson, Enskede (Sweden),
has been named as the inventor

a5 wohnlich wird der Transduktor außerdem mit erforderlichen eigentlichen Steuerwicklungen, mit einer separaten Vormagnetisierungswicklung für die Einstellung des Arbeitspunktes und eventuell mit einer Wicklung ausgerüstet, die von einer von einer Belastungsgröße abgeleiteten Spannung (negative Rückkopplung) gespeist ist. In Reihe mit dem Transduktor oder einem Gleichrichter, der in Reihe mit diesem angeschlossen ist, wird die Belastung eingeschaltet, die gesteuert werden soll.a5, the transducer is also homely with the necessary actual control windings, with a separate bias winding for adjustment of the working point and possibly equipped with a winding that is of a load size derived voltage (negative feedback) is fed. In series with the transducer or a rectifier connected in series with this, the load is switched on, the should be controlled.

Die ursprüngliche, sinusförmige Netzspannung wird in der Hauptwicklung der Transduktorelemente deformiert, was eine Induzierung von Oberwellen in den Steuerkreisen mit sich führt. Da die Steuerwicklungen des Transduktors gewöhnlich von einem Gleichrichter gespeist werden, werden die induzierten Oberwellenströme in diesem Gleichrichter gleichgerichtet und dem Steuerstrom überlagert und beeinflussen die Steuerung des Transduktors. Die Oberwellenströme werden im wesentlichen proportional mit dem von dem Transduktor erhaltenen Belastungsstrom sein. Die größten Nachteile hierbei bestehen darin, daß die Anpassungsfähigkeit des Transduktors bei der Steuerung offenbar verschlechtert und die Reaktionszeit des Transduktors verlängert wird. Auch die Regulierungsgenauigkeit wird ungünstig beeinflußt, da die Steuerwirkung der Oberwellenströme abhängig von der Belastungsgröße wird. Die einzige Weise, diese Schwierigkeiten zu meistern, war bisher, große Widerstände in Reihe mit den Steuerwicklungen einzuschalten. Da-The original, sinusoidal mains voltage is deformed in the main winding of the transducer elements, which leads to an induction of harmonics in the control circuits. As the control windings of the transducer are usually fed by a rectifier, the induced harmonic currents rectified in this rectifier and superimposed on the control current and affect the Control of the transducer. The harmonic currents are essentially proportional to that of the Transductor received load current. The main drawbacks here are that the adaptability of the transductor in the control apparently deteriorated and the response time of the Transductor is extended. The regulation accuracy is also adversely affected, since the control effect the harmonic currents depends on the size of the load. The only way this trouble To master, up to now, was to switch on large resistors in series with the control windings. There-

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durch wird indessen s6wöh| der Spannungsbedarf als auch der Leistungsbedarf der Steuerkreise erhöht.through is meanwhile s6wöh | the voltage requirement as the power requirement of the control circuits also increases.

Die Zeichnung zeigt drei schematische Ausführungsformen der Erfindung. The drawing shows three schematic embodiments of the invention.

In Fig. 1 ist ein Transduktor 1 in Reihe mit einem Gleichrichter 2 an -einem'Wechselstromnetz mit den Klemmen 3 angeschlossen. Der Transduktor ist mit einem vereinfachten Symbol gezeigt, in welchem der Pfeil 4 die sogenannte direkte Selbsterregung bezeichnet. Der Transduktor ist mit einer Steuerwicklung 5 versehen. Fig. 2 zeigt, wie ein solcher Transduktor aufgebaut sein kann. Gewöhnlich werden zwei getrennte Eisenkerne 6 und 7 verwendet, auf welchen die Wechselstromwicklungen S, 9 und die Steuerwicklung 5 angebracht sind. Die Selbsterregung wird mit Hilfe der Ventile 10 und 11 erhalten, welche so geschaltet sind, daß die Hauptwicklungen des Transduktors während getrennter Halbperioden stromdurchflossen sind. Die Steuerwicklung 5 in Fig. 1 liegt in einem Stromzweig, in welchem ein Gleichrichter 12 eingeschaltet ist, der von einer Wechselstromquelle mit den Klemmen 13 über ein Potentiometer 14 gespeist ist. In Reihe mit diesem Stromzweig ist ein anderer Stromzweig angeschlossen; der einen hochohmigen Widerstand 15 und einen Gleichrichter 16 enthält, wobei der letztgenannte eine Polarität hat, die mit dem Gleichrichter 12 übereinstimmt und von einer Wechselstromquelle mit den Klemmen 17 gespeist ist. Der Gleichrichter 12 kann dabei, als eine Steuerspannungsquelle und der Gleichrichter 16 als eine Hilfsspannungsquelle bezeichnet werden; der letztere liefert einen weitgehend konstanten Strom durch den Widerstand 15. Zwischen zwei Punkten 18 und 19 des so gebildeten Stromkreises ist ein dritter Stromzweig eingeschaltet, der eine andere Hilfsspannungsquelle enthält, in dem gezeigten Beispiel der Spannungsabfall über der Belastung 20, und in Reihe damit ein Ventil 21, das so angeordnet ist, daß ein Strom der Steuerspannungsquelle durch die Belastung 20 verhindert wird. Die Belastung 20 ist an den beiden Gleichstromklemmen des Gleichrichters 2 angeschlossen. Da die zweite HilfsSpannung in dem gezeigten Fall von der Belastung abgeleitet ist, erzielt man eine Rückkopplung des Transduktors. Es ist indessen auch möglich, die zweite Hilfsspannung von einer Spannungsquelle unabhängig von der Belastung zu nehmen. Oberwellenströme, die in der Steuerwicklung 5 erzeugt werden, können nur durch den Widerstand 15, den Gleichrichter 16 und den Gleichrichter 12 geschlossen werden. Da der Widerstand 15 groß ist, werden die Oberwellenströme so klein, daß sie keine merkbare Steuerwirkung haben.In FIG. 1, a transducer 1 is connected in series with a rectifier 2 to an alternating current network with terminals 3. The transducer is shown with a simplified symbol in which the arrow 4 denotes the so-called direct self-excitation. The transducer is provided with a control winding 5. Fig. 2 shows how such a transducer can be constructed. Usually two separate iron cores 6 and 7 are used on which the alternating current windings S, 9 and the control winding 5 are mounted. The self-excitation is obtained with the aid of the valves 10 and 11, which are switched in such a way that the main windings of the transductor have current flowing through them during separate half-periods. The control winding 5 in FIG. 1 lies in a branch in which a rectifier 12 is switched on, which is fed from an alternating current source with the terminals 13 via a potentiometer 14. Another branch is connected in series with this branch; which contains a high-resistance resistor 15 and a rectifier 16, the latter having a polarity which corresponds to that of the rectifier 12 and is fed from an alternating current source to the terminals 17. The rectifier 12 can be referred to as a control voltage source and the rectifier 16 as an auxiliary voltage source; the latter supplies a largely constant current through resistor 15. Between two points 18 and 19 of the circuit formed in this way, a third branch is connected, which contains another auxiliary voltage source, in the example shown the voltage drop across load 20, and one in series with it Valve 21 arranged to prevent the control voltage source from flowing through load 20. The load 20 is connected to the two direct current terminals of the rectifier 2. Since the second auxiliary voltage is derived from the load in the case shown, feedback of the transducer is achieved. However, it is also possible to take the second auxiliary voltage from a voltage source independently of the load. Harmonic currents that are generated in the control winding 5 can only be closed by the resistor 15, the rectifier 16 and the rectifier 12. Since the resistor 15 is large, the harmonic currents become so small that they have no noticeable control effect.

Betrachtet man einen ausgesteuerten Transduktor, was bedeutet, daß die Spannung E₁₂ über dem Gleichrichter 12 und die Spannung E₂₀ über der Belastung 20 im wesentlichen Null ist, wird sich der konstante Strom des Gleichrichters 16 in dem Punkt 18 in zwei Teilströme teilen, der eine durch die Belastung 20 und das Ventil 21 zu dem Punkt 19 und der andere durch den Gleichrichter 12 und die Steuerwicklung 5 zu dem Punkt 19. Die Summe dieser beiden Teilströme wird von der Spannung E₁₆ über dem Gleichrichter 16 und dem Widerstand 15 bestimmt. Der Teilstrom, der durch die Steuerwicklung 5 geht, kann in der Praxis von einer auf dem Transduktor angeordneten entgegenwirkenden Steuerwicklung kompensiert werden. Eine solche Steuerwicklung 22 ist in Fig. 3 gezeigt, wo sie in Reihe mit einem Widerstand 23 am Gleichrichter 16 angeschlossen ist. Wenn die Spannung E₁₂ schnell von Null ab steigt, bekommt das Stromventil 21 bei einem -, gewissen Spannungswert seine Sperrspannung, und der ganze Strom des Gleichrichters 16 geht durch die Steuerwicklung 5. Dieser Strom wird hauptsächlich konstant, wenn die Spannung E_ie viel größer als die Spannung E₁₂ ist. Es ist daher wichtig, daß dieser Strom so reichlich bemessen ist, daß eine schnelle Aufsteuerung des Transduktors erhalten werden kann. Die Spannung über der Belastung 20 wird wegen der Einschaltung des Transduktors steigen, und wennIf one considers a modulated transducer, which means that the voltage E ₁₂ across the rectifier 12 and the voltage E ₂₀ across the load 20 is essentially zero, the constant current of the rectifier 16 will split into two partial currents at point 18, the one through the load 20 and the valve 21 to the point 19 and the other through the rectifier 12 and the control winding 5 to the point 19. The sum of these two partial currents is determined by the voltage E ₁₆ across the rectifier 16 and the resistor 15. The partial current that goes through the control winding 5 can in practice be compensated for by a counteracting control winding arranged on the transducer. Such a control winding 22 is shown in FIG. 3, where it is connected in series with a resistor 23 to the rectifier 16. If the voltage E ₁₂ rises rapidly from zero, the flow control valve 21 gets its reverse voltage at a certain voltage value, and the entire current of the rectifier 16 goes through the control winding 5. This current is mainly constant when the voltage E _ie much greater than the voltage E is ₁₂ . It is therefore important that this current be sufficiently large that rapid turn-on of the transducer can be obtained. The voltage across the load 20 will increase because of the switching on of the transductor, and if so

ίο diese Spannung denselben Wert wie die Spannung E₁₂ erreicht hat, hört die Sperrung des Stromventils 21 auf, und ein Teil des Stromes durch die Steuerwicklung 5 wird zu dem die Belastung 20 enthaltenden Stromkreis zwischen den Punkten 18 und 19 kommutiert. Der Strom durch den Gleichrichter 12 wird dadurch vermindert, bis eine statische Gleichgewichtslage erreicht wird, wobei die Spannung E₂₀ beinahe gleich mit der Spannung E₁₂ wird.ίο this voltage has reached the same value as the voltage E ₁₂ , the blocking of the current valve 21 stops, and part of the current through the control winding 5 is commutated to the circuit containing the load 20 between points 18 and 19. The current through the rectifier 12 is thereby reduced until a static equilibrium position is reached, the voltage E ₂₀ becoming almost equal to the voltage E ₁₂ .

Die Steuerwicklung 5 soll niederohmig sein, damit nur eine sehr kleine Spannungsdifferenz E₁₂—E₂₀ erforderlich ist, um eine volle Aussteuerung des Transduktors zu erhalten. Dies bedeutet, daß der Transduktor eine große Spannungsverstärkung und hohe statische Genauigkeit bekommt. Da der Transduktor große Spannungsverstärkung hat, kann man mit Anwendung der Rückkopplung große Geschwindigkeit erhalten. The control winding 5 should have a low resistance so that only a very small voltage difference E ₁₂ -E _{20 is} required in order to obtain full modulation of the transductor. This means that the transducer has a large voltage gain and high static accuracy. Since the transducer has a large voltage gain, one can obtain high speed using the feedback.

Da der maximale Steuerstrom durch die Wicklung 5 auf den Wert, den der Gleichrichter 16 geben kann, beschränkt ist, steigt der Steuereffekt nur linear mit der Steuerspannung, was bedeutet, daß die beschriebenen Vorteile mit beachtenswert niedrigem Steuereffekt erreicht werden können.Since the maximum control current through the winding 5 to the value that the rectifier 16 can give, is limited, the control effect increases only linearly with the control voltage, which means that the described Advantages can be achieved with a remarkably low tax effect.

Außer der schon beschriebenen Steuerwicklung 22 in Fig. 3 zeigt diese Figur einige weitere Abänderungen. So sind die Gleichrichter 12 und 16 mit Abflachungskondensatoren 24 bzw. 25 versehen. Die Belastung 20 ist in diesem Falle mit Wechselspannung gespeist, und die Spannung über der Belastung wird in den Steuerstromkreis mit Hilfe eines GleichrichtersIn addition to the control winding 22 already described in FIG. 3, this figure shows a few further modifications. Thus, rectifiers 12 and 16 are provided with flattening capacitors 24 and 25, respectively. The load In this case, 20 is supplied with alternating voltage, and the voltage across the load becomes into the control circuit with the help of a rectifier

26 eingeführt, der in Serie mit einem Resonanzkreis26 introduced in series with a resonant circuit

27 an die Belastung 20 geschaltet ist. Mit Hilfe des Resonanzkreises 27, der z.B. aus einer Spule 28 besteht, die mit einem Kondensator 29 parallelgeschaltet ist, ist es möglich, schädliche Oberwellen der Belastungsspannung zu unterdrücken, besonders die dritte Oberwelle. Die Spannung des Gleichrichters 26 wird mit Hilfe des Kondensators 30 abgeflacht. Mit Hilfe des Resonanzkreises werden solche Oberwellen unterdrückt, die ungünstig die Linearität der Rückkopplungsspannung des Gleichrichters 26 beeinflussen können. Um zu verhindern, daß Oberwellenspannungen, die in den Steuerwicklungen des Transduktors induziert und in dem Gleichrichter 26 gleichgerichtet werden, die Steuerwicklung 5 passieren, kann man mit Vorteil ein Stromventil 31 bei dem Punkt 19 mit Richtung gegen diesen Punkt einschalten.27 is connected to the load 20. With the help of the resonance circuit 27, which for example consists of a coil 28, which is connected in parallel with a capacitor 29, it is possible to avoid harmful harmonics of the load voltage suppress, especially the third harmonic. The voltage of the rectifier 26 is flattened with the help of the capacitor 30. With the help of the resonance circuit, such harmonics suppressed, which adversely affect the linearity of the feedback voltage of the rectifier 26 can. To prevent harmonic voltages being induced in the control windings of the transductor and rectified in the rectifier 26, the control winding 5 can be passed with Advantageously, switch on a flow valve 31 at point 19 with a direction towards this point.

Bei den in Fig. 1 und 3 gezeigten Ausführungen bekommt man nur erhöhte Geschwindigkeit bei der Aufsteuerung des Transduktors in Abhängigkeit vom Rückkopplungsgrad, während die Geschwindigkeit bei der Aussteuerung nicht von der Rückkopplung beeinflußt ist. Wenn ebenfalls eine schnelle Aussteuerung erwünscht ist, kann eine Anordnung nach Fig. 4 verwendet werden. Außer der Steuerwicklung 5 ist der Transduktor dabei mit einer S teuer wicklung 32 versehen, die in Reihe mit der Spannung über der Belastung 20 und dem Ventil 21 geschaltet ist und die so angeordnet ist, daß sie der Steuerwicklung 5 entgegenarbeitet. In the embodiments shown in FIGS. 1 and 3, only increased speed is obtained for the control of the transducer as a function of the degree of feedback, while the speed is the modulation is not influenced by the feedback. If also a quick level control If desired, an arrangement as shown in FIG. 4 can be used. Besides the control winding 5 is the Transductor is provided with an expensive winding 32, which is in series with the voltage across the load 20 and the valve 21 and which is arranged so that it counteracts the control winding 5.

Wenn die Beschreibung auch nur die Spannungsregulierung und Spannungsrückkopplung erwähnt, so ist es doch durch entsprechende Schaltungen möglich, die Erfindung bei Stromregulierung und Stromrückkopplung zu verwenden.If the description only mentions voltage regulation and voltage feedback, so it is possible through appropriate circuits to apply the invention to current regulation and current feedback to use.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for controlling transductor amplifiers, especially those with within Nominal loads lying further limits, at which a control current is required to achieve a produce continuous adjustment of the load size, characterized in that the on-order from one three branches (15., 16; 18, 20, 21, 19; 5, 12) containing network, one of which contains a high-resistance resistor (15) Branch (15, 16) is traversed by a largely constant direct current flowing from a first auxiliary voltage source (16, 17) is generated, and which is divided into two by the other two Branches (18, 20, 21, 19; 5, 12) divides flowing partial flows, of which one branch (5, 12) a control voltage source (12, 13) in series with a S expensive winding (5) of the Trans duct and the the other (18, 20, 21, 19) contains a second auxiliary voltage source (2, 3) and that of the latter two Voltage sources (12, 13; 2, 3) generated direct currents with the direction of the first auxiliary voltage source (16, 17) originating partial currents corresponds, and that the latter Branch (18, 20, 21, 19) contains an element (21), the current of the control voltage source (12, 13) prevented by the other auxiliary voltage source (2, 3) (Fig. 1).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the transducer (1) with a bias winding (22) is provided, the z. B. from the first auxiliary voltage source (16, 17) is fed (Fig. 3).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage of the first auxiliary voltage source (16, 17) significantly greater than the maximum voltage of the control voltage source (12, 13) (Figs. 1 and 3).

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that at one of the connection points (19) of the three current branches, an electric valve (31) in series with said control voltage source (12, 13) and the said S expensive winding is switched on, its polarity with the direction of the partial flow coincides (Fig. 3).

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage of the second auxiliary voltage source (2, 3) is proportional to the output of the amplifier (Fig. 1).

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a blocking filter (27, 28) for the third Harmonics of the output variable mentioned in series with the second auxiliary voltage source (20, 26) is arranged (Fig. 3).

7. Arrangement according to claim 1 or 4, characterized in that the transducer (1) with a special expensive winding (32) is provided in series with the other auxiliary voltage source (20), which the former S expensive winding (5) counteracts (Fig. 4).

1 sheet of drawings