DE1103403B - Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusfoermigen Wechselspannung mit in weiten Grenzen veraenderbarer Frequenz - Google Patents

Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusfoermigen Wechselspannung mit in weiten Grenzen veraenderbarer Frequenz

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DE1103403B
DE1103403B DEL35119A DEL0035119A DE1103403B DE 1103403 B DE1103403 B DE 1103403B DE L35119 A DEL35119 A DE L35119A DE L0035119 A DEL0035119 A DE L0035119A DE 1103403 B DE1103403 B DE 1103403B
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DE
Germany
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voltage
voltages
sinusoidal
frequency
generators
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Pending
Application number
DEL35119A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Otto Mohr
Dipl-Ing Hans-Helmut Feldmann
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/10Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being vacuum tube

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  • Inverter Devices (AREA)

Description

  • Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung mit in weiters Grenzen veränderbarer Frequenz Für die Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen mit veränderlicher Frequenz sind Röhrengeneratoren mit Schwingungskreisen oder sogenannten RC-Kombinationen (RC-Generatoren) seit langem bekannt. Diese Anordnungen können in grundsätzlich gleicher Wirkungsweise statt mit Röhren auch mit Transistoren oder anderen Verstärkerelementen erstellt werden, die eine stetige Beeinflussung von Strömen und Spannungen durch eine steuernde Eingangsspannung oder einen Eingangsstrom erlauben. Die Prinzipien für den Aufbau dieser Systeme sind seit langem bekannt, die Anwendung dieser Aufbaugrundsätze auf verschiedene Verstärkerelemente bereitet keine Schwierigkeiten.
  • Die sinusförmige Ausgangskurvenform der von diesen Generatoren erzeugten Spannungen und Ströme wird durch die Schwingungsvorgänge in Kreisen, die die Energiespeicher L und C enthalten, oder in den Anordnungen, die aus Widerständen und Kondensatoren im RC-Generator aufgebaut sind, sichergestellt. Mit Zusatzmaßnahmen muß erreicht werden, daß die durch die Verstärkerelemente bewirkte Entdämpfung dieser Kreise im Verstärkerelement selbst auf dessen linearen Steuerbereich beschränkt bleibt.
  • Der grundsätzliche Nachteil dieser bekannten Generatoren liegt einerseits in der Tatsache begründet, daß die an der Erzeugung der Sinusform von Strom oder Spannung beteiligten Bauelemente mit ihren elektrischen Energiespeichern erst einer Reihe von Umladevorgängen, d. h. Perioden der Ausgangsspannungen, bedürfen, um in den eingeschwungenen Zustand zu kommen und damit die eingestellte Frequenz und die Sinusform zu erreichen. Darin liegt auch die Tatsache begründet, daß derartige Generatoren, wenn man sie durch Einfügung äußerer synchronisierender Steuerspannungen, z. B. in Form von Impulsreihen, auf eine durch den Impulsabstand vorgegebene Frequenz abzustimmen versucht, zwar im stationären Zustand befriedigende Kurvenformen ergeben können, bei plötzlichen Frequenzänderungen aber unangenehme Übergangserscheinungen zeigen.
  • Außer diesen Anordnungen zur Erzeugung sinusförmiger Wechselspannungen ist auch ein grundsätzlich anderes System bekannt, das in sinusförmige Spannungskurve für den Ausgang durch Verformung und Umsetzung von nicht sinusförmigen Spannungsverläufen herstellt. Bei einer bekannten Ausführung wird durch einen Multivibrator eine rechteckförmige Spannung erzeugt, die durch einen Integrator in eine Spannung mit Dreieckkurvenform umgewandelt wird. Diese Spannung wird einer Verzerreranordnung zugeführt, die die bei gewissen Momentanwerten der der nach einer Dreieck form ansteigenden und abfallenden Spannung im Sinne einer Verflachung des Anstieges bzw. des Abfalles umformt und so aus dieser Dreieckform mit relativ wenigen Verzerrerelementen für jede Halbwelle durch einen mehrfach geknickten Geradenzug eine recht gute Annäherung für die Sinusform der Ausgangsspannung herstellt. Diese Lösung hat gegenüber den Generatoren mit Schwingungskreisen und den RC-Generatoren den entscheidenden Vorteil, daß sich eine plötzliche Änderung der Frequenz der rechteckigen Eingangsspannung ohne Änderung des Energieinhaltes schwingender Speicher sofort auf die Ausgangsgröße überträgt, so daß eine neu eingestellte geänderte Frequenz ohne Übergangseffekte sofort in der endgültigen Größe und in einwandfreier Kurvenform zur Verfügung steht. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß bei Änderung der Frequenz die Integrationskonstante des Integrators, der die Rechteckkurve des Multivibrators in eine Dreieckkurve umwandelt, entsprechend geändert wird, so daß bei verkürzten oder verlängerten Rechteckblölzken des Multivibrators stets eine Dreieckkurve definierten Scheitelwertes entsteht. Um dies zu erreichen, werden die Scheitelwerte der Dreieckspannung des Integrators in den Multivibrator zurückgeführt, der dadurch kippt.
  • In der Technik der Anwendungen sinusförmiger Wechselspannungen mit in weiten Grenzen veränderlichen Frequenzen ist in den letzten Jahren die Anforderung an die Genauigkeit der Frequenzhaltung immer weiter gestiegen. Im Zusammenhang mit der Zähltechnik sind unter Verwendung von Quarzen als Frequenznormalen in den letzten Jahren Anordnungen entwickelt worden, die von Frequenznormalen sehr genaue Impulsfolgen finit außerordentlich präzisen Zeitabständen zwischen den einzelnen Impulsen abzuleiten gestatten. Außerdem wurden auf der Basis der Zählgeräte Anordnungen bekannt, mit denen man aus einer gegebenen Impulsfolge eine feste Zahl von Impulsen herausschneiden und damit in genauen Abständen Einzelimpulse aussortieren kann, die als Zeitbasis für die Herstellung von sinusförmigen Spannungen oder Strömen mit sehr genauen Frequenzweiten auf)erordentlich zweckdienlich sind.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung mit in weiten Grenzen veränderbarer Frequenz unter @-erwendung eines -lultivibrators, eines Integrators und einer dem Integrator nachgeschalteten Virzerreranordnung, an der die verzerrte Wechselspannung auftritt. Die Erfindung ermöglicht es, aus einer Impulsfolge mehrere sinusförmige Wechselspannungen gleicher Frequenz, aber definierter Phasenversetzung, also 1Tehrphasensysteme, abzuleiten, die für die Antriebe von Motoren und viele andere Aufgalten häufig benötigt werden und Phasenmessungen bei der gegebenen Frequenz nach dem Verfahren der komplexen und polaren Kompensatoren erlauben. Durch die Erfindung ist es weiter möglich, die rechteckige Eingangsspannung für einen Erzeuger sinusförtniger Ausgangsspannungen mit Hilfe einer Begrenzfrschaltung und einer Dreieck-Integralkurve von einer vorgegebenen Impulsfolge steuern zu lassen. Die Erfindung ergibt ferner Anordnungen, mit denen aus einer gegebenen Impulskurve zwei um genau 90° versetzte sinusförmige Ausgangsspannungen hergestellt werden können und nach denen eine Phasenverschiebung einstellbarer Größe zwischen zwei derart hergestellten Teilspannungen gewonnen werden kann.
  • Die Erfindung besteht darin, daß der Multiv ibrator eine fremdgesteuerte bistabile Kippschaltung ist und daß der Scheitel- oder arithmetische Mittelwert der Dreieckspanuung des Integrators mit einer Sollwertspannung verglichen und die als Regelabweichung auftretende Differenzspannung einer zwischen dem Multivibrator und dem Integrator angeordneten Amplitudenbegrenzeranordnung zugeführt ist. Zweckmäßig erhalten zwei Teilgeneratoren, in denen Rechteckspannungen, von zugeführten Impulsfolgen erzeugt, durch Integration in Dreieckspannungskurven verwandelt und durch amplitudengestufte Begrenzungen in Sinusform verwandelt werden, von einer durchlaufenden Impulsfolge zwei Impulsfolgenzüge, die in einer Frequenz-L-ntersetzungsstufe durch abwechselnde Zuordnung der Impulse zu den beiden Generatoren entstellen, und daß in jedem der Generatoren hinter der die Rechteckspannung erzeugenden Stufe eine einstellbare Begrenzeranordnung liegt, die der Anpassung der Integrationskonstante an die Arbeitsfrequenz zwecks Erzielung einer definierten Amplitude der Dreieckspannung dient. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplituden- oder Mittelwerte der Dreieckspannung hinter dem Integrator ein integrierend wirkender Verstärker angeordnet, dessen Integrationskonstante so gewählt ist, daß sie die zwischen den einzelnen Meßpunkten innerhalb des Kurvenzuges der Dreieckspannung ermittelten Abweichungen immer gerade innerhalb einer halben Periode zur Ausregelung bringt. Einer weiteren Ausführungsform entsprechend werden die Regelkreise für die beiden um 90° hinsichtlich der Ausgangsspannung versetzt betriebenen Generatoren derart zusammengefaßt, daß als Istwert der Regelgröße die Summe der Dreieckspannungen beider Generatoren gebildet, mit einem gemeinsamen Sollwert verglichen und über ein. oder zwei rein proportional wirkende Regelverstärker auf die beiden Begrenzeranordnungen zur Einwirkung gebracht ist. Zweckmäßig werden zur Überstreichung eines weiten Frequenzbereiches unter genauer Einhaltung der 90°-Bedingung für die beiden erzeugten sinusförmigen Ausgangswechselspannungen zwei Generatoren mit den Spannungsumformstufen Rechteck, Dreieck und Sinusform von einem gemeinsamen Impulsgenerator gespeist, dessen Frequenz in weiten Grenzen mit einem geeigneten Stehelement verändert werden kann, wobei dieses Stellelement mit den Betätigungselementen für die Begrenzer der Rechteckspannungen direkt gekuppelt ist. Einer vorteilhaften Weiterbildung entsprechend werden zur Überprüfung der Kurvenformen und Amplituden in der Rechteck-, Dreieck- und Sinusformstufe die entsprechenden Spannungen beider Generatoren auf die Ablenkplattenpaare einer Braunschen Röhre gegeben, wobei auf dem Schirm dieser Röhre durch entsprechende Signierungen die Kontrollpunkte für die vier Eckpunkte im Rechteckspannungssystem, für das auf der Spitze stehende Ouadrat des Dreieckspannungssystems und für den Kreis der Sinusspannungssysteme angezeichnet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Spannungswerte für die amplitudengestuften Begrenzersysteme zur Herstellung der Sinus form aus der Dreieckform aus derselben Gleichspannungsquelle genommen wie die Sollwertspannung für den Regelkreis zur Einhaltung der Amplitudenbedingung für die Dreieckspannung, so daß beide Spannungen gemeinsam v erhältig entsprechend der gewünschten Ausgangsamplitude in Grenzen verändert werden können. Zweckmäßig ist die für die Steuerung der beiden Teilgeneratoren ursprünglich benutzte Impulsfolge nicht durch eine einfache Teilung 1:2, sondern durch zwei getrennte Zähleinrichtungen so unterteilt, daß die Summe der Zählschritte der vorgeschalteten Zähler die Ausgangsfrequenz, die beiden Teilsummen der beiden Zähler die gegenseitige Phasenlage der erzeugten Ausgangsspannungen unabhängig von der Gesamtfrequenz präzise festlegen.
  • Es ist bekannt, die an einem Verbraucher anliegende Spannung zu messen, diese mit einer Bezugsspannung zu vergleichen und mit Hilfe der Differenzspannung einen Widerstand auf dem Wege zum Verbraucher zu regeln.
  • Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • In Bild 1 und 2 sind die grundsätzliche Schaltung eines derartigen Spannungserzeugers und einige der wichtigsten Kurvenformen innerhalb dieses Gerätes schematisch dargestellt. Durch einen Rechteckspannungsgenerator RG, der aus einer bistabilen Kippschaltung besteht, wird eine Rechteckspannung uR gemäß Bild 2 erzeugt, wobei die Röhren oder Transistoren der Anordnung von einer vorgegebenen Impulsfolge spitzer Spannungsstöße aus einem Impulsfolgengenerator PF jeweils so beaufschlagt werden, daß beim Eintreffen einer Spannungsspitze die Anordnung kippt, d. h. eine der beiden Flanken der rechteckigen Spannungskurve uR erzeugt. Die Rechteckspannung uR wird einer Begrenzeranordnung RB zugeführt, die die Amplituden nach Maßgabe einer zugeführten Steuergleichspannung US auf den Wert uB einzuschränken erlaubt, und gelangt dann zu einem Integrator 1. In dieser in der einfachsten Form aus einer RC-Kombination bestehenden, bei höheren Anforderungen als Miller-Integrator oder als kapazitiv rückgehoppelter Gleichstromverstärker ausgebildeten oder auf ähnlichen Grundlagen beruhenden Anordnung wird die Rechteckspannung 3B in eine um 90° versetzte Dreieckspannung der Kurvenform ziD verwandelt, wie in Bild 2 phasenrichtig zur Rechteckspannungskurve angedeutet ist. Die kennzeichnende Funktionsgröße für diesen Integrator J ist die Integrationskonstante, die die Neigung der Dreieckflanken der Amplitude der rechteckigen Spannungskurve zuordnet. Die dreieckige Ausgangsspannung des Integrators J wird einer Verzerreranordnung SB zugeführt, die aus der Dreieckspannungeine sinusförmige Ausgangsspannung u_ herstellt, die das Generatorsvstem für eine Phase nach außen liefert. Die amplitudenbegrenzenden Elemente der Anordnung SB sind in geeigneter Form auf eine Dreieckspannungskurve vorgegebener Größe abgestimmt, so daß aus dieser damit die Sinusform entsteht. Die Anordnung SB erfüllt ihre Aufgabe nicht mehr, wenn die vom Integrator J gelieferte dreieckige Spannungskurve größere oder kleinere Amplituden als vorgeschrieben hat.
  • Gemäß der Erfindung wird der Zeitpunkt für das Kippen des Multivibrators RG durch eine äußere Impulsfolge (Impulsfolgegenerator PF) vorgeschrieben, dann kann diese verschiedenen Frequenzen entsprechen, d. h., es können die Zeitabstände zwischen den einzelnen Impulsen größer oder kleiner werden.
  • Auf Grund der Entstehung der Dreieckkurve aus der Rechteckkurve ändert sich damit proportional der Scheitelwert der Dreieckkurve. Die Integrationskonstante im Integrator bleibt erhalten, so daß die Scheitelwerte der Dreieckkurve proportional der Halbwellen- oder der Periodendauer größer oder kleiner werden. Da jedoch gefordert ist, daß bei einer Änderung der Impulsfolgefrequenz die Integrationskonstante des Integrators J entsprechend geändert wird, ist gemäß der Erfindung zwischen dem bistabilen Multivibrator RG und dem Integrator J ein Begrenzer RB angeordnet, wobei aus diesem, dem Integrator J und einem weiteren Verstärker V ein Regelkreis gebildet ist. Als Regelgröße wird der Scheitel- oder arithmetische Mittelwert der Dreieckspannung hinter dem Integrator J abgegriffen, gleichgerichtet und mit einem vorgegebenen Sollwert Uw verglichen. Die Regelabweichung zwischen diesen beiden Größen kennzeichnet also, um wieviel die Dreieckspannungskurve größer oder kleiner ist als der Idealwert, auf den die nachfolgenden Begrenzer zur Umformung in die Sinusform abgestimmt sind. Diese Regelabweichung wird in dem Verstärker h entsprechend verstärkt und dem Amplitudenbegrenzer RB zugeführt, dessen beispielsweise Ausführung Bild 3 zeigt. Dieser Begrenzer RB beschneidet die Rechteckspannung des Multivibrators RG, indem er ihre Scheitelwerte in positiver und negativer Richtung nach der in Bild 3 angegebenen Gleichung um U,/2 verkleinert festlegt. Der Wirkungssinn im Regelkreis ist so gewählt, daß mit einer Vergrößerung des Sollwertes auch die Amplitude der Rechteckspannung zunimmt, und umgelehrt. Ist dann der gemessene Scheitel- oder Mittelwert der Dreieckspannung größer als der Sollwert, dann wird die Amplitude der Rechteckspannung verkleinert, und mit ihr nimmt dann bei der gegebenen Frequenz auch die Amplitude der Dreieckspannung entsprechend ab, so daß sie sich dem Idealwert nähert, auf dem der Begrenzer RB eingestellt ist. Sind Mittel-oder Scheitelwert der Dreieckkurve kleiner, als dem Sollwert entspricht, so liefert dessen Quelle das Signal, das die Amplituden der Rechteckspannungskurve ansteigen läßt. Wird die Frequenz der den Multivihrator RG steuernden Impulsfolge größer, so werden die Rechteckblöcke des Multivibrators RG schmaler, und die durch Integration entstehende Dreieckkurve bekommt einen zu kleinen Wert, der nun wieder über den Regelkreis den Begrenzer RG öffnet, so daß dem Integrator J größere Rechteckblöcke zugeführt werden.
  • Wird umgekehrt der Zeitabstand zwischen den einzelnen steuernden Impulsen größer, dann verbreitern sich die Rechteckblöcke, die durch Integration entstehende Dreieckkurve erhält höhere Scheitelwerte und löst einen Regelbefehl aus, der die Rechteckspannung am Eingang des Integrators J kleiner werden läßt.
  • Von den im Regelkreis liegenden Elementen ist allein die nicht dargestellte Glättungseinrichtung, die hinter dem Gleichrichter an der Dreieckkurve den Mittelwert oder Scheitelwert der Dreieckspannung proportional abbildet, ein zeitverzögerndes Glied. Sie läßt sich innerhalb der üblichen Frequenzen ohne Schwierigkeit so ausführen, daß eine Zeitkonstante von etwa 10 bis 20 Perioden Dauer im Kreis entsteht. Um diesen Betrag kommt also die Regelung gegebenenfalls zu spät, d. h., für etwa 10 bis 20 Perioden weicht bei plötzlichen erheblichen Frequenzänderungen der steuernden Pulsfolge die Ausgangsspannung von der Sinusform in Richtung auf Rechteck oder Dreieck ein wenig ab.
  • Die Begrenzeranordnung RB zwischen dem Multivibrator RG und dem Integrator J muß die Amplitude der Rechteckspannungen bei Überstreichen eines Frequenzbereiches im Verhältnis dieses Frequenzbereiches verkleinern bzw. vergrößern. Es werden sich daher mit dieser Anordnung zwar sehr große, aber nicht beliebig große Frequenzbereiche überstreichen lassen. Es bereitet mit handelsüblichen Röhren keine Schwierigkeiten, einen präzise arbeitenden Multivibrator mit einer Ausgangs-Rechteckspannung von etwa 300 eventuell auch 500 V Scheitelwert aufzubauen. Die heute bekannten Integratoren können ohne Schwierigkeiten noch ein präzises Arbeiten bei Rechteck-Eingangsspannungen von etwa 10 V Scheitelwert garantieren. Der Begrenzer hat also die Möglichkeit, die Spannungen des Multivibrators RG im Verhältnis von etwa 1:20 bis 1:40 herunterzusetzen. Dieses ist im Sinne der Regelungstechnik sein Stellbereich. Er erfüllt also die Regelaufgabe noch so lange einwandfrei, als sich die Frequenz der Rechteckspannung im gleichen Verhältnis ändert. Will man einen Generator dieser Art für sehr weite Frequenzbereiche, beispielsweise zwischen 1 und 10 000 Hz, erstellen, dann empfielt es sich, die Integrationskonstante im Integrator J mit den bekannten Mitteln in etwa drei logarithmisch über den Bereich 1:10000 verteilten Stufen, d. h. je etwa 1:22, zu ändern. Ein Frequenzbereich 1:22 kann den oben gegebenen Darlegungen mit relativ einfachen Mitteln mit einem derartigen Begrenzer noch überstrichen werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung in Bild 1 gekennzeichnete Schaltung ermöglicht es, einen Generator für sinusförmige Ausgangsspannungen ohne Beteiligung von Energiespeichern von einer Impulsfolge zu steuern, deren Frequenz sich erheblich ändern kann, ohne daß die Kurvenform der Ausgangsspannung u- des Generators beeinflußt wird, deren Frequenz und Phasenlage dabei gleichzeitig der Impulsfolge sehr genau entspricht.
  • Die Verwendung einer Impulsfolge erlaubt aber gleichzeitig die Anwendung der Erfindung auch noch auf einen zweiten Rechteckspannungsgenerator, der jeweils vom 2., 4., 6. . .. Impuls angestoßen wird. Da die gegenseitigen Abstände der Impulse genau gleich sind bzw. sich nur entsprechend den Frequenzänderungen im übergang etwas verändern, entsteht damit im zweiten Generator eine um genau 90° versetzte sinusförmige Spannungskurve. Durch Verwendung logischer Elemente bekannter Bauform oder durch Einsatz einer zusätzlichen #X-lultiv ibratorschaltung ist es dabei ohne Schwierigkeiten möglich, von der Impulsfolge die geradzahligen Impulse für den einen Generator, die ungeradzahligen für den anderen wirksam zu machen und damit eine genaue Versetzung der entstehenden beiden Spannungen um 90° auch dann sicherzustellen, wenn sich die Frequenz der Impulsfolge erheblich ändert. Unter geeigneter Zusammensetzung der beiden sinusförmigen Ausgangsspannungen in entsprechenden Anteilen kann nach der Methode der Darstellung in den Komponenten der komplexen Ebene jede beliebige Phasenlage für eine Ausgangsspannung - bezogen auf eine der beiden Erzeugungsspannungen - hergestellt werden. Die Anordnung ist in dieser Form geeignet, einmal für ein Untersuchungsobjekt die Speisespannung (eventuell über einen zusätzlichen Verstärker) zu liefern, außerdem aber eine in zwei bei allen Frequenzen um 90° versetzten Komponenten aufzubauende Bezugsspannung zu liefern, wie man sie z. B. bei einer komplexen Kompensation benötigt. Beim Betrieb zweier genau gleicher Generatoren mit um 90° versetzten Ausgangsspannungen ergibt sich außerdem noch eine Möglichkeit, die im vorstehenden geschilderten Schwierigkeiten für den Regelkreis zu umgehen, die in der für die Erfassung von Mittel- oder Scheitelwert der Dreieckspannung erforderlichen Glättungseinrichtungen enthalten sind. Addiert man die beiden von den Generatoren erzeugten Dreieckspannungen jeweils direkt nach Gleichrichtung mit ihren Momentanwerten, so ergeben sie eine zeitlich konstante Spannung, deren Amplitude genau gleich dem Scheitelwert jeder der beiden Drei -eckkurven ist. Faßt man also die Erfassung der Regelgrößen für beide Generatoren in der geschilderten Art zusammen und gibt diese Ausgangsspannung direkt nach Gegenschaltung gegen den Sollwert UW auf den Gleichstromverstärker 1', der beide Rechteckbegrenzer RB der beiden Generatoren beaufschlagt, dann braucht man auf das Zeitverhalten dieses Regelkreises überhaupt nicht Rücksicht zu nehmen, da in ihm keinerlei Verzögerungselemente mehr enthalten sind und weil nunmehr die Regelgröße nicht gerastert, sondern kontinuierlich erfaßt, also auch ohne weiteres rein proportional verstärkt am Stellglied zur Einwirkung gebracht werden kann.
  • Die Ableitung der Phasenlagen der beiden Rechteckspannungen für die Teilgeneratoren von einer ursprünglichen Impulsfolge gibt nun aber auch die Möglichkeit, die Ausgangsspannungen der beiden Teilgeneratoren in mehr oder minder feinen diskreten Schritten gegeneinander direkt zu versetzen. Bild,1 zeigt ein Schaltungsbeispiel mit zwei Zählern Z 1 und Z2 und zwei Toren T 1 und T 2 sowie einem Verriegelungsglied 1-'G. Der Gesamtanordnung wird eine Impulsfolge PE zugeführt, deren Frequenz beispielsweise 36mal größer sei als die Frequenz, die in der Ausgangsspannung der beiden Generatoren gewünscht wird und in Gien beiden Ausgangsimpulsfolgen P,41 und PA2 auftritt. Jeder der beiden Zähler zählt von der ihm über sein Tor zugeleiteten Impulsfolge eine eingestellte Zahl von Z1 bzw. Z2 Impulsen ab und läßt erst nach Erreichen dieser Zahl den nächsten Impuls in der Folge PA1 bzw. PA., zum Ausgang durchtreten. Dieser Impuls stellt dann gleichzeitig den eigenen Zähler über die Rückstelleitung r1 bzw. wieder auf Null zurück und schließt das eigene bzw. öffnet das zum anderen Zähler gehörige Tor über das Verriegelungselement TVG. Für die angegebene Eingangs-Impulsfolge sind die beiden Zähler Z1 und Z2 auf zwei Zahlenwerte einzustellen, deren Summe um 2 kleiner ist als die Hälfte von 36, also 16 beträgt.
  • Sind Z1 und Z2 je auf 8 eingestellt, dann werden in PAi und PA2 zwei Folgen abgegeben, die gegenüber PE=1: 18 untersetzt sind, also je die auf den 36. Teil untersetzte Frequenz ergeben, von denen aber der Impuls der einen Reihe immer gerade genau in der zeitlichen Mitte zwischen den Impulsen der anderen Reihe liegt. In dieser Einstellung der beiden Zähler Z 1 und Z2 sind die Ausgangsspannungen der beiden nachgeschalteten Generatoren um genau 90° elektrisch gegeneinander versetzt.
  • Vergrößert man nun den Vorwahlwert von Z 1 z. B. auf 16 und stellt den Vorwahlwert von Z2 auf Null zurück, dann sind die Spannungen der beiden Generatoren nur mehr um ein Achtzehntel einer Halbwelle, d. h. um 10° elektrisch versetzt. Das Vorzeichen der Versetzung kann umgetauscht werden, wenn man die Zähler umgekehrt hinsichtlich der Vorwahlstellung einstellt, d. h. Z1 die Vorwahlstellung Null und Z2 die Vorwahlstellung 16 gibt. Für dazwischenliegende Werte gilt Entsprechendes. Werden die Vorwahlwerte der Zähler Z 1 und Z2 in ihrer Summe größer als 16 gewählt, dann ist die Untersetzung gegenüber der ursprünglichen Impulsfolge entsprechend größer. Gleichzeitig wird aber nach Maßgabe der vorgewählten Schritte die Unterteilung der Halbwelle, d. h. die Beträge, um die die Ausgangsspannungen präzise unterteilt gegeneinander versetzt werden können, noch feiner unterteilt, so daß die Phaseneinstellung der beiden Ausgangsspannungen gegeneinander entsprechend präzise ausgeführt werden kann. Wird eine der beiden Generatoren jetzt zur Speisung eines zu untersuchenden Elementes benutzt, dann kann der zweite direkt als Generator für die Lieferung einer gleichfrequenten, nach dem angegebenen Verfahren in der Phase zwar nicht ganz stetig, aber gegebenenfalls sehr feinstufig verstellbaren Kompensationsspannung benutzt werden, für die dann nur noch mit den bekannten Mitteln eine Größenteilung notwendig ist, um einen kompletten polaren Kompensator damit herzustellen.
  • Kennzeichen für die Wirkungsweise des in Bild 1 dargestellten Regelkreises zur Einhaltung der Größenbedingungen für die Dreieckspannung im Ausgang des Integrators ist eine Rasterung im Wege der Signalübertragung. Durch die Wirkungsweise des Integrators bedingt, kann das Meßglied eine Regelabweichung, die durch Änderung der Frequenz oder Amplitude der Rechteckspannung im Kreis als Störung entsteht, frühestens nach Ablauf einer Halbwelle oder nach Erreichen des nächsten Scheitelpunktes der dreieckigen Spannungskurve erfassen und zur Einwirkung auf das Stellglied, nämlich den Begrenzer RB, bringen. 1lan kann bekanntlich solche Regelkreise mit integrierendem Verhalten aufbauen, wenn man in den Regelkreis einen Integrator mit solcher Integrationskonstante einsetzt, der die Regelabweichung gerade während eines Rasterabstandes, d. h. hier in der Zeit zwischen zwei Flanken der Rechteckkurve, ausregelt. Diese Zeit ist aber im vorliegenden System variabel, ihre Veränderlichkeit ist gerade ein Kennzeichen für die vorliegende Lösung des Wechselspannungsgenerators. Infolgedessen ist es vor allem bei häufigen großen Frequenzänderungen des Generators nicht empfehlenswert, den Regelkreis mit rein integrierendem Verhalten auszuführen, vielmehr wird man ihn mit proportionalen Elementen ausstatten und die Kreisverstärkung möglichst groß machen. Es bleibt aber dann in diesem proportionalen Regelkreis immer noch eine Regelabweichung bestehen. Es ist für eine eingestellte Frequenz, bei der der Sollwert gerade dem dann entstehenden Mittel- oder Scheitelwert der Dreieckspannungskurve entspricht, eine Einstellung des Begrenzers möglich, die als Ruhelage bestehenbleibt, wenn keine Regelabweichung zugeführt wird. Für diese Einstellung kann auch die Verzerreranordnung SB hinter dem Integrator so abgestimmt werden, daß es eine genaue Sinusform liefert. Bei abweichenden Frequenzen werden Abweichungen von der Sinusform auftreten, damit durch die Regelabweichungen zwischen einer dem Sollwert nicht genau entsprechenden Dreieckspannungskurve und diesen selbst die Steuerspannung für den Begrenzer geliefert wird. Der Regelkreis für die Größeneinhaltung der Dreieckspannung hat einen Proportionalbereich, der sich bei abweichenden Frequenzen in Verzerrungen der Sinusform der Ausgangsspannung äußert. Diese Vorbehalte verschwinden allerdings, wenn - wie bereits an anderer Stelle erläutert - die Erfassung des Istwertes in der Amplituden- und Kurvenform der Dreieckspannung unter Zusammenfassung der Spannungen der beiden um 90° versetzt betriebenen Generatoren erfolgt, so daß -- wie bereits geschildert - dann eine rein proportionale hohe Regelkreisverstärkung allen Ansprüchen genügt.
  • Die erfindungsgemäße Ausführung des Generators mit zwei getrennten Erzeugersystemen für zwei um 90° versetzte Spannungen erlaubt nun eine zusätzliche, sehr einfache Kontrolle auf Einhaltung der Sinusform. Zwei um 90° versetzte Wechselspannungen von reiner Sinusform ergeben auf einer Braunsehen Röhre - als Lissajoufigur gezeichnet - einen Kreis. Diesen kann man auf dem Schirm der Röhre durch eine entsprechende Signierung vorgeben und damit außerordentlich genau selbst kleine Abweichungen von der Sinusform feststellen, die durch Unterschiede in der Wirkungsweise der beiden Generatoren, durch Störungen an den Begrenzern oder durch unvollständiges Arbeiten der Regelkreise entstehen können. Sieht man die Möglichkeit vor, für die beiden Generatoren die beiden Dreieckspannungen ebenfalls als Lissajoufigur auf den Schirm zu zeichnen, so ist hier eine weitere, sehr präzise Kontrolle möglich, weil diese beiden Kurven bei Erfüllung der 90°-Bedingung und bei gleichen Amplituden sehr genau ein auf der Spitze stehendes Quadrat ergeben müssen, dessen Eckpunkte ; oder Umgrenzungslinien durch entsprechende Richtgeraden auf dem Schirm selbst sehr genau überwacht werden können.
  • Mit der gleichen Einrichtung lassen sich auch die Amplitudengleichheiten der beiden rechteckigen Span- ; nungen kontrollieren, die in der RG-Stufe der beiden Generatoren erzeugt werden. Werden von zwei um 90° versetzt arbeitenden Generatoren diese Rechteckspannungen auf die Ablenkplatten eines Lissajou-Elektronenstrahlrohres gegeben, so entsteht als Ergebnis eine Punktmarkierung eines Quadrates, dessen Viereckpunkte jeweils durch die Verweilzeit der beiden Spannungswerte auf den Amplituden der Rechteckkurven zustande kommen. Durch eine entsprechende Maske auf dem Rohr kann die Erfüllung der Gleichheitsbedingung für beide Spannungskurven gut überwacht werden.
  • Das in der Schaltung nach Bild 1 angegebene Regelungssystem für die Amplituden der dreieckigen Spannungskurven geht von der Vorgabe eines Sollwertes, am besten in der Form einer Gleichspannung, aus, dem der Regler die Amplituden oder arithmetischen Mittelwerte der Dreieckspannung möglichst genau angleicht. Abweichungen dieses Sollwertes von dem Betrag, auf den die entsprechenden Begrenzer bei der Umformung in die Sinusform eingestellt sind, ergibt Abweichungen von derselben. Entnimmt man aber die Gleichspannungen, die für den Einsatz der Begrenzerelemente zur Erzeugung der Sinuskurvenform dienen, der gleichen Quelle, die auch die Sollspannungen für den Regelkreis mit dem Begrenzer als Stellglied liefert, dann können sich diese Gleichspannungen gemeinsam gleichsinnig ändern, ohne daß an der Zuordnung der Begrenzereinsatzpunkte zu den Amplituden der Dreieckspannungskurve irgendetwas variiert wird. Man kann - sofern man potentialmäßig diese Gleichspannungen an einem Potentiometer abgreift und gemeinsam veränderlich macht - mit dieser Anordnung auch die Ausgangsspannung des Generators in der Sinusform in ihrer Größe in gewissen Grenzen verstellen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPROCHE: 1. Generatorsystem zur Erzeugung einer vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung mit in weiten Grenzen veränderbarer Frequenz unter Verwendung eines Multivibrators, eines Integrators und einer dem Integrator nachgeschalteten Verzerreranordnung, an der die verzerrte Wechselspannung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator eine fremdgesteuerte bistabile Kippschaltung ist und daß der Scheitel- oder arithmetische Mittelwert der Dreieckspannung des Integrators mit einer Sollwertspannung verglichen und die als Regelabweichung auftretende Differenzspannung einer zwischen dem Multivibrator und dem Integrator angeordneten Amplitudenbegrenzeranordnung zugeführt ist.
  2. 2. Generatorsystem zur Erzeugung einer zweiphasigen Wechselspannung mit Sinusform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teilgeneratoren, in denen Rechteckspannungen, von zugeführten Impulsfolgen erzeugt, durch Integration in Dreieckspannungskurven verwandelt und durch amplitudengestufte Begrenzungen in Sinusform verwandelt werden, von einer durchlaufenden Impulsfolge zwei Impulsfolgenzüge erhalten, die in einer Frequenz-Untersetzungsstufe durch abwechselnde Zuordnung der Impulse zu den beiden Generatoren entstehen, und daß in jedem der Generatoren hinter der die Rechteckspannung erzeugenden Stufe eine einstellbare Begrenzeranordnung liegt, die der Anpassung der Integrationskonstante an die Arbeitsfrequenz zwecks Erzielung einer definierten Amplitude der Dreieckspannung dient.
  3. 3. Generatorsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplituden- oder Mittelwerte der Dreieckspannung hinter dem Integrator ein integrierend wirkender Verstärker angeordnet ist, dessen Integrationskonstante so gewählt ist, daß sie die zwischen den einzelnen Meßpunkten innerhalb des Kurvenzuges der Dreieckspannung ermittelten Abweichungen immer gerade innerhalb einer halben Periode zur Ausregelung bringt.
  4. 4. Generatorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkreise für die beiden um 90° hinsichtlich der Ausgangsspannung versetzt betriebenen Generatoren derart zusammeng01 efaßt werden, daß als Ist wert der Regelgröße die Summe der Dreieckspannungen beider Generatoren gebildet, mit einem gemeinsamen Sollwert verglichen und über ein oder zwei rein proportional wirkende Regelverstärker auf die beiden Begrenzeranordnungen zur Einwirkung gebracht ist.
  5. 5. Generatorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überstreichung eines weiten Frequenzbereiches unter genauer Einhaltung der 90°-Bedingung für die beiden erzeugten sinusförmigen Ausgangswechselspannungen zwei Generatoren mit den Spannungsumformstufen Rechteck, Dreieck und Sinusform von einem gemeinsamen Impulsgenerator gespeist werden, dessen Frequenz in weiten Grenzen mit einem geeigneten Stellelement verändert werden kann, wobei dieses Stellelement mit den Betätigungselementen für die Begrenzer der Rechteckspannungen direkt gekuppelt ist.
  6. 6. Generatorsystem nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Kurvenformen und Amplituden in der Rechteck-, Dreieck- und Sinusformstufe die entsprechenden Spannungen beider Generatoren auf die Ablenkplattenpaare einer Braunschen Röhre gegeben werden und daß auf dem Schirm" dieser Röhre durch entsprechende Signierungen die Kontrollpunkte für die vier Eckpunkte im Rechteckspannungssystem, für das auf der Spitze stehende Quadrat des Dreieckspannungss.ystems und für den Kreis der Sinusspannungssysteme angezeichnet sind.
  7. 7. Generatorsystem nach Anspruch 2 bis 6 zur Größeneinstellung der Ausgangsspannung zweier Generatoren für sinusförmige Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswerte für die amplitudengestuften Begrenzersysteme zur Herstellung der Sinusform aus der Dreieckform aus derselben Gleichspannungsquelle genommen werden wie die Sollwertspannung für den Regelkreis zur Einhaltung der Amplitudenbedingung für die Dreieckspannung und daß beide Spannungen gemeinsam verhältig entsprechend der gewünschten Ausgangsamplitude in Grenzen verändert werden können. B. Generatorsystem zur Erzeugung von in weiten Frequenzbereichen veränderbaren, insbesondere nach Impulsfolgen präzise gesteuerten sinusförmigen Wechselspannungen, bei dem die Phasenlage zweier sinusförmiger Ausgangsspannungen einstellbar ist, nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Steuerung der beiden Teilgeneratoren ursprünglich benutzte Impulsfolge nicht durch eine einfache Teilung 1:2, sondern durch zwei getrennte Zähleinrichtungen so unterteilt ist, daß die Summe der Zählschritte der vorgeschalteten Zähler die Ausgangsfrequenz, die beiden Teilsummen der beiden Zähler die gegenseitige Phasenlage der erzeugten Ausgangsspannungen unabhängig von der Gesamtfrequenz präzise festlegen. In Betracht gezogene Druckschriften: »Revista de Ciencia Aplicada«, Madrid, November/ Dezember 1959, S. 481 bis 488.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3350575A (en) * 1965-01-21 1967-10-31 Ibm Application of triangular waveforms to exponential impedance means to produce sinusoidal waveforms
US3441727A (en) * 1965-02-12 1969-04-29 Melpar Inc Function generator for simultaneously producing electrical wave forms of like wave shape and of predetermined phase displacement
US3633043A (en) * 1970-02-16 1972-01-04 Dorn Thomas E Constant slew rate circuits

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