DE1139568B

DE1139568B - Device for comparing quantities that can be represented as magnetic field strengths in a magnetic circuit

Info

Publication number: DE1139568B
Application number: DES48726A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Kafka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-05-15
Filing date: 1956-05-15
Publication date: 1962-11-15

Description

Einrichtung zum Vergleich von als magnetische Feldstärken darstellbaren Größen in einem magnetischen Kreis In der Elektrotechnik tritt häufig die Forderung auf, zwei oder mehrere als magnetische Feldstärken darstellbare Größen miteinander zu vergleichen. Eine solche Maßnahme kann beispielsweise Grundlage einer Regelung sein. Bei der Verwendung von Magnetverstärkern als Regelverstärker kann sie in einfacher Weise durch Anordnung entsprechender Steuerwicklungen verwirklicht werden. Man hat hierbei den Vorteil, daß die einzelnen Steuergrößen galvanisch voneinander völlig getrennt sind. Device for the comparison of representable as magnetic field strengths Quantities in a magnetic circuit In electrical engineering, the requirement often occurs on, two or more quantities that can be represented as magnetic field strengths with one another to compare. Such a measure can, for example, form the basis of a regulation be. When using magnetic amplifiers as control amplifiers, it can be done in a simpler way Way can be realized by arranging appropriate control windings. One has this has the advantage that the individual control variables are completely galvanically separated from one another are separated.

Bei der Verwendung von elektronischen oder Transistorverstärkern ist ein Durchflutungsvergleich nicht möglich, so daß wegen des erforderlichen galvanischen Vergleichs oft erhebliche Potentialschwierigkeiten auftreten. Zu deren Behebung sind komplizierte und aufwendige Schaltungen erforderlich. When using electronic or transistor amplifiers a comparison of the flow rate is not possible, so that because of the necessary galvanic In comparison, considerable potential difficulties often arise. To fix them complicated and expensive circuits are required.

Es ist ferner bekannt, den Regelvergleich in einem Eisenkreis vorzunehmen, in dessen Luftspalt ein magnetfeldabhängiger Halbleiterwiderstand angeordnet ist. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die aus dem Vergleich gewonnene Größe mit einer Nullkomponente behaftet ist, die auf den Restwiderstandswert des magnetfeldabhängigen Widerstandes zurückgeht. Daher ist es auch nicht ohne weiteres möglich, das Vorzeichen der Regelabweichung zu bestimmen. It is also known to make the rule comparison in an iron circle, a magnetic field-dependent semiconductor resistor is arranged in the air gap. However, this has the disadvantage that the size obtained from the comparison with a Zero component is afflicted, which depends on the residual resistance value of the magnetic field Resistance is decreasing. Therefore it is not easily possible to find the sign to determine the control deviation.

Es ist ferner bekannt, den Regelvergleich mittels eines Hallspannungserzeugers vorzunehmen. Diese sind jedoch leistungsmäßig nicht belastbar, und die Empfindlichkeit ist gering. It is also known to compare the rules by means of a Hall voltage generator to undertake. However, these are not resilient in terms of performance, and the sensitivity is low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Sie baut auf einer Einrichtung zum Vergleich von als magnetische Feldstärke darstellbaren Größen mit einem Hallspannungserzeuger im Luftspalt eines Eisenkreises auf, dem die einzelnen Größen über Steuerwicklungen oder durch Permanentmagnete zugeführt werden. Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich ein an sich bekannter Hallgenerator aus einem Material mit hoher Trägerbeweglichkeit (z. B. einer halbleitenden Verbindung der A111 Bv-Gruppe) dient, daß die zu vergleichenden Durchfiutungen für sich um mehrere Größenordnungen höher gewählt sind als zur Aussteuerung des Hallgenerators erforderlich wäre und daß die Kerne so bemessen sind, daß bei einer bestimmten Maximalaussteuerung Sättigung eintritt. The invention is based on the object of eliminating these disadvantages. It is based on a facility for comparing what can be represented as a magnetic field strength Sizes with a Hall voltage generator in the air gap of an iron circle, the the individual sizes are supplied via control windings or permanent magnets will. The device according to the invention is characterized in that for comparison a Hall generator known per se made of a material with high mobility of the carrier (e.g. a semiconducting compound of the A111 Bv group) that the to be compared Flows are chosen to be several orders of magnitude higher than for modulation of the Hall generator would be required and that the cores are dimensioned so that at a certain maximum level saturation occurs.

Handelt es sich insbesondere um als elektrische Ströme darstellbare Größen, so werden die Ströme in der jeweils erforderlichen Richtung je einer Steuerwicklung des magnetischen Kreises zugeführt. Es ist ohne weiteres möglich, eine oder mehrere Größen permanentmagnetisch nachzubilden. Dies hat insbesondere Bedeutung für die Darstellung des Sollwertes in Regelungen, wobei durch mechanische Verstellung des Permanentmagneten auch eine Sollwerteinstellung erzielbar ist. In particular, if they can be represented as electrical currents Sizes, the currents are each in the required direction of a control winding supplied to the magnetic circuit. It is easily possible, one or more To simulate sizes with permanent magnets. This is particularly important for the Representation of the setpoint in controls, whereby mechanical adjustment of the Permanent magnets also a setpoint adjustment can be achieved.

Als Hallgenerator wird ein Hallspannungserzeuger benutzt, dessen Halbleiterplättchen aus einem Material mit hoher Trägerbeweglichkeit, insbesondere über 6000 cm2/Vsec, besteht. Hierzu gehören vor allem halbleitende Verbindungen der bekannten A111 Bv-Gruppe. Die hohe Trägerbeweglichkeit hat beim Hallgenerator eine hohe Belastbarkeit der Hallelektroden zur Folge. A Hall voltage generator is used as the Hall generator Semiconductor wafers made from a material with high carrier mobility, in particular over 6000 cm2 / Vsec. Above all, this includes semiconducting compounds the well-known A111 Bv group. The high mobility of the wearer has the Hall generator result in a high load capacity of the hall electrodes.

Besitzt eine der zu vergleichenden Größen einen erheblich höheren Wert als die übrigen, wie es beispielsweise bei Hochstromanlagen der Fall ist, so kann es vorteilhaft sein, den Eisenkreis mit mehreren Luftspalten zu versehen, so daß er gewissermaßen als magnetischer Spannungsteiler wirkt. Es ist dann nicht erforderlich, auch die übrigen Durchflutungen auf hohe Werte zu bringen. If one of the variables to be compared has a significantly higher one Value than the rest, as is the case, for example, with high-current systems, so it can be advantageous to provide the iron circle with several air gaps, see above that it acts as a kind of magnetic voltage divider. It is then not necessary to bring the other throughflows to high values as well.

Die Durchflutungen der einzelnen Steuerwicklungen für sich sind um mehrere Größenordnungen höher gewählt, als zur Aussteuerung des Hallgenerators erforderlich wäre. Dies erhöht die Regelgenauigkeit. Da die einzelnen Größen bzw. Durchflutungen einander entgegenwirken, tritt im Normalbetrieb keine unzulässige Übersteuerung der Vergleichseinrichtung auf. Mit solchen Übersteuerungen ist dagegen bei plötzlichen Anderungen des Sollwertes, bei Unterbrechungen im Regelkreis oder anderen Störungen zu rechnen. Um einen ungünstigen Einfluß auf den nachgeschalteten Verstärker zu vermeiden, schlägt die Erfindung außerdem vor, den magnetischen Kreis so auszubilden, daß er sich in an sich bekannter Weise von einer bestimmten Maximaldurchflutung an sättigt. Hierzu kann der Eisenkreis Engpaßstellen enthalten oder auch aus einem sich früh sättigenden Material, beispielsweise Ferrit, hergestellt sein. The flooding of the individual control windings are in themselves selected several orders of magnitude higher than required to control the Hall generator were. This increases the control accuracy. Because the individual sizes or flows counteract each other, no impermissible overload occurs in normal operation the comparison device. With such overmodulation, on the other hand, is sudden Changes in the setpoint, in the event of interruptions in the control loop or other disturbances to be expected. To have an adverse impact on the downstream To avoid amplifiers, the invention also proposes the magnetic circuit to be trained so that he is in a known manner from a certain maximum flow at saturates. For this purpose, the iron circle can contain bottleneck points or from one early saturation material, such as ferrite, be made.

Durch den Magnetkreis der Vergleichseinrichtung ergibt sich eine gewisse zusätzliche Zeitkonstante im Regelkreis. Um sie so niedrig wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, die magnetische Feldstärke niedrig und den magnetisch steuerbaren Leiter sehr klein und für eine relativ. niedrige Ausgangsleistung zu bemessen. Dafür wird der nachfolgende Verstärker mit entsprechend hohem Verstärkungsgrad ausgeführt. The magnetic circuit of the comparison device results in a certain additional time constant in the control loop. To keep them as low as possible it is advantageous to keep the magnetic field strength low and the magnetic field low controllable head very small and for a relatively. low output power too measured. The following amplifier is used for this with a correspondingly high degree of amplification executed.

Statt eines Durchflutungsvergleichs ist auch ein Flußvergleich möglich. Durch Einschalten von Luftspalten in den Eisenkreis kann in bekannter Weise ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Durchflutung, d. h. der magnetischen Spannung, und dem Fluß hergestellt werden. Instead of a flow comparison, a flow comparison is also possible. By switching on air gaps in the iron circuit, a clear connection between the flow, d. H. the magnetic tension, and the river.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Further details of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments shown schematically in the drawing are.

In Fig. 1 sind mit 1, 2 und 3 drei Wicklungen auf dem Eisenkem 4 bezeichnet, denen die zu vergleichenden Größen in Form von Strömen zugeführt sind. Es sei beispielsweise angenommen, daß es sich um einen Regelvergleichskreis handelt und die Wicklung 1 die Istgröße, die Wicklung 2 eine Rückführgröße und die Wicklung 3 die Sollgröße führt. Im Luftspalt des Kernes 4 ist ein Hallgenerator 14 angeordnet, der mit einem konstanten Stromlos gespeist wird. Infolge der Änderungen des Magnetfeldes im Luftspalt entsteht an den Klemmen 8 und 9, die den Eingang des Verstärkers 10 darstellen, eine entsprechende Änderung der Spannung Uv, die nach Verstärkung an den Klemmen 11 und 12 abnehmbar ist. Die übrigen Verbindungen der Regeleinrichtung sind für die Erfindung unwesentlich und daher nicht dargestellt. In Fig. 1, 1, 2 and 3 are three windings on the iron core 4 denotes to which the variables to be compared are supplied in the form of currents. It is assumed, for example, that it is a control comparison circuit and the winding 1 is the actual size, the winding 2 is a feedback size and the winding 3 leads the target size. A Hall generator 14 is arranged in the air gap of the core 4, which is fed with a constant current. As a result of the changes in the magnetic field in the air gap occurs at terminals 8 and 9, which are the input of amplifier 10 represent a corresponding change in the voltage Uv, which after amplification at terminals 11 and 12 can be removed. The other connections of the control device are not essential to the invention and are therefore not shown.

Es ist leicht ersichtlich, daß bei der Gesamtdurchflutung Null auch die Vergleichs spannung Uv gleich Null ist. It is easy to see that the total flow rate is also zero the comparison voltage Uv is zero.

Die Konstanthaltung des Wertes von Is ist nicht allzu kritisch, da Schwankungen dieses Wertes den Regelvergleich an sich nicht stören, sondern sich nur in einer größeren Verstärkung der Regel abweichung auswirken. Im abgeglichenen Zustand kann Is in relativ weiten Grenzen schwanken, ohne daß schädliche Einflüsse auftreten. Keeping the value of Is constant is not too critical, there Fluctuations in this value do not disturb the comparison of rules per se, but rather themselves only have an effect in a greater amplification of the deviation. In the matched The state of Is can fluctuate within relatively wide limits without harmful influences appear.

Diese letztere Eigenschaft der Vergleichseinrichtung nach der Erfindung ist von besonderer Wichtigkeit bei Regelungen in Hochstromanlagen. Bisher wurde hierbei zunächst durch einen Stromwandler aus dem hohen Strom ein für den Vergleich brauchbarer proportional niedrigerer Wert gebildet. Fehler in diesem Wandler gingen dabei in voller Größe in den Regelvergleich ein, auch dann, wenn in bereits bekannter Weise ein Hallgenerator als Gleichstromwandler verwendet wurde. Bei dem letztgenannten Gleichstromwandler war es daher erforderlich, den Steuerstrom des Hallgenerators mit höchster Genauigkeit konstant zu halten. Dies ist dank der Erfindung nicht mehr nötig. This latter property of the comparison device according to the invention is of particular importance for controls in high-current systems. So far has been here first through a current transformer from the high current for the comparison usable proportionally lower value formed. Errors in this converter went in full size in the rule comparison, even if it is already known Way a Hall generator was used as a DC converter. With the latter DC converter it was therefore necessary to supply the control current of the Hall generator constant with the highest accuracy to keep. Thanks to the invention, this is no longer the case necessary.

In Fig. 2 ist wieder mit 4 der Eisenkreis einer Vergleichseinrichtung nach der Erfindung bezeichnet, durch welchen die im Schnitt dargestellten Stromschienen 1 hindurchgehen. Ferner ist eine Rückführungswicklung 2 und eine Sollwertwicklung 3 vorgesehen. Zur Herabsetzung der hohen magnetischen Spannung sind Luftspalte 15 im Eisenkreis 4 ausgespart, während der den Hallgenerator enthaltende Schenkel mit dem Luftspalt 5 mit wesentlich geringerem Querschnitt als der Haupteisenkreis ausgeführt ist, um bei plötzlichen Sprüngen von Soll- und Istwert eine Übersteuerung des Verstärkers 10 zu vermeiden. In Fig. 2, 4 is again the iron circle of a comparison device referred to according to the invention, through which the busbars shown in section 1 go through. There is also a feedback winding 2 and a setpoint winding 3 provided. To reduce the high magnetic voltage, there are air gaps 15 recessed in the iron circle 4, while the leg containing the Hall generator with the air gap 5 executed with a much smaller cross section than the main iron circle is to override the amplifier in the event of sudden jumps between the setpoint and actual value 10 to avoid.

Der Luftspalt 16 im Haupteisenkreis verhindert einen magnetischen Kurzschluß. Der Steuerstrom Is des Hallgenerators hat nach dem oben Gesagten auf den eigentlichen Vergleich zwischen Soll- und Istwert keinen Einfluß, sondern wirkt sich nur hinsichtlich der Verstärkung von Regelabweichungen aus. Im abgeglichenen Zustand ist die volle Genauigkeit der Regelstrecke erreicht, ohne daß Änderungen des Steuerstromes Is in Erscheinung treten.The air gap 16 in the main iron circle prevents a magnetic one Short circuit. The control current Is of the Hall generator has according to the above the actual comparison between setpoint and actual value has no influence, but works only with regard to the amplification of system deviations. In the matched State, the full accuracy of the controlled system is achieved without any changes of the control current Is appear.

Schließlich sei im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 noch die Darstellung einer der zu vergleichenden Größen durch einen Permanentmagneten und gleichzeitig der Flußvergleich gezeigt. Durch die Luftspalte 17 wird erreicht, daß in dem Eisenweg, der den Hallgenerator enthält, nur die Differenz der Flüsse des Kernes 4 und des Permanentmagneten 18 wirksam werden. Auf diesem Eisenweg ist dann beispielsweise nur noch eine Rückführungswicklung2 erforderlich. Finally, let us see the illustration in the exemplary embodiment according to FIG. 3 one of the variables to be compared by a permanent magnet and at the same time the flow comparison shown. The air gap 17 ensures that in the iron path, which contains the Hall generator, only the difference between the fluxes of the core 4 and the Permanent magnets 18 are effective. On this iron way is then for example only one return winding2 required.

Der Sollwert wird vom Permanentmagneten 18 gebildet und ist etwa durch mechanische Verschiebung desselben einstellbar.The nominal value is formed by the permanent magnet 18 and is approximately through mechanical displacement of the same adjustable.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind nicht als erschöpfende Beschreibung des Erfindungsgedankens aufzufassen. Vielmehr sind Abwandlungen in großer Zahl möglich. Soll die Einrichtung zu Meßzwecken dienen, so kann an die Klemmen 8, 9 ein Meßgerät angeschlossen werden. Man erhält auf diese Weise ein neuartiges Differenzmeßwerk. The illustrated embodiments are not intended to be exhaustive Description of the inventive concept to be understood. Rather, modifications are in large numbers possible. If the device is to be used for measuring purposes, the terminals 8, 9 a measuring device can be connected. In this way you get a new one Differential measuring mechanism.

PATENTANSPRCHE: 1. Einrichtung zum Vergleich von als magnetische Feldstärken darstellbaren Größen mit einem Hallspannungserzeuger im Luftspalt eines Eisenkreises, dem die einzelnen Größen über Steuerwicklungen oder durch Permanentmagnete zugeführt werden, insbesondere für Regelzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich ein an sich bekannter Hallgenerator aus einem Material mit hoher Trägerbeweglichkeit (z. B. einer halbleitenden Verbindung der AIIlBv-Gruppe) dient, daß die zu vergleichenden Durchflutungen für sich um mehrere Größenordnungen höher gewählt sind, als zur Aussteuerung des Hallgenerators erforderlich wäre, und daß die Kerne so bemessen sind, daß bei einer bestimmten Maximalaussteuerung Sättigung eintritt. CLAIMS: 1. Means for comparing as magnetic Field strengths representable quantities with a Hall voltage generator in the air gap of a Iron circle, to which the individual sizes via control windings or permanent magnets are supplied, in particular for control purposes, characterized in that for Comparison of a Hall generator known per se made of a material with high mobility of the carrier (z. B. a semiconducting compound of the AIIlBv group) serves that the to be compared Floods are chosen to be several orders of magnitude higher than for modulation of the Hall generator would be required, and that the cores are dimensioned so that at a certain maximum level saturation occurs.

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that the operational Field strength selected to be low and the Hall generator dimensioned for low output power and is connected to a high gain amplifier.

3. Device according to claim 1, characterized by having a core Bottlenecks.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that uses a low saturation product material such as ferrite is.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the core has several air gaps and forms a magnetic voltage divider.

Publications considered: Swiss patents No. 291 333, 272 720; French Patent Nos. 677 049, 1019046; U.S. Patents No. 2551 265, 2 2649569; British Patent No. 689,024; Journal journal of applied physics, 1953, pp. 166 to 175.