DE1220035B

DE1220035B - Method for determining the sign of a direct current measured by a direct current converter and arrangement for carrying out the same

Info

Publication number: DE1220035B
Application number: DEL40785A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Juergen Bederke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-12-22
Filing date: 1961-12-22
Publication date: 1966-06-30

Description

Verfahren zum Ermitteln des Vorzeichens eines durch einen Gleichstromwandler gemessenen Gleichstromes und Anordnung zum Durchführen desselben Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung zum Ermitteln des Vorzeichens eines Gleichstromes, dessen Größe mittels eines aus zwei stromsteuernden Magnetverstärkerelementen aufgebauten Gleichstromwandlers gemessen wird.Method of determining the sign of a by a DC / DC converter measured direct current and arrangement for carrying out the same The present The invention relates to a method and implementation arrangement for determining the sign of a direct current, its magnitude by means of one of two current-controlling Magnetic amplifier elements built-up DC converter is measured.

Ein Gleichstromwandler besteht bekanntlich aus zwei stromsteuernden Magnetverstärkerelementen Wechsel- und Gleichstromwicklungen beider Elemente werden hintereinandergeschaltet, wobei diese Hintereinanderschaltung in der Weise erfolgt, daß die Vormagnetisierung in bezug auf die Wechselspannung für beide Kerne in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Der im Wechselstromkreis fließende Strom ist bekanntlich ein Maß für den die Gleichstromwicklungen durchfließenden Meßstrom. Der Wechselstrom sagt jedoch über die Richtung dieses Gleichstromes nichts aus. As is well known, a DC / DC converter consists of two current-controlling devices Magnetic amplifier elements are alternating and direct current windings of both elements connected in series, this series connection being carried out in such a way that that the bias with respect to the alternating voltage for both cores is opposite Direction takes place. The current flowing in the AC circuit is known to be a measure for the measuring current flowing through the direct current windings. The alternating current says however nothing matters about the direction of this direct current.

Es sind bereits Schaltungen bekanntgeworden, die es ermöglichen, auch das Vorzeichen des Gleichstromes zu erfassen. Diese bekannten Schaltungen sind aus zwei gewöhnlichen Gleichstromwandlem aufgebaut, die außerdem noch eine weitere Wicklung besitzen, die mit einer Vordurchflutung beaufschlagt wird, die mindestens die Größe des Meßstromes hat. Circuits have already become known that make it possible to also to record the sign of the direct current. These known circuits are made up of two ordinary DC current converters, plus one more Have winding that is subjected to a pre-flow that is at least has the size of the measuring current.

Die Erfassung des Vorzeichens erfordert also nicht nur eine größere Anzahl von Magnetverstärkerelementen, sondern auch größere Typen und die Bereitstellung einer Vormagnetisierungsleitung.Detecting the sign therefore not only requires a larger one Number of magnetic amplifier elements, but also larger types and provision a bias line.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Erfassung des Vorzeichens sowie Durchführungsanordnungen für dieses Verfahren zu entwickeln. The present invention is based on the object of a simple Procedure for recording the sign as well as implementation arrangements for this Process to develop.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst mit Hilfe einer Wicklungsanordnung eine der Summe der in den beiden Gleichstromwicklungen induzierten Wechselspannungen proportionale Wechselspannung abgeleitet wird, die je nach der Richtung des Gleichstromes angenähert die Form entweder einer Sinusfunktion oder einer negativen Sinusfunktion mit jeweils einem 1800-Phasensprung zu den Zeitpunkten (2n - 1). 12 2 (n = 1, 2, 3 .. .) aufweist, daß diese Summenspannung dann mit Hilfe einer Impulswandlerstufe, die auf die Richtungsänderung des jeweils bei einem Phasensprung erfolgenden Polarttätswechsels der sie speisenden Eingangswechselspannung anspricht, in eine Pulsspannung umgewandelt wird, deren Polarität von der jeweiligen Kurvenform der Summenspannung abhängig ist, und daß die Polarität dieser Pulsspannung als Kriterium für das Vorzeichen des Gleichstromes gewertet wird. According to the invention, this object is achieved in that initially with Using a winding arrangement, one of the sum of the two DC windings induced alternating voltages proportional alternating voltage is derived, the depending on the direction of the direct current, the shape approximates either a sine function or a negative sine function with a 1800 phase jump at each point in time (2n - 1). 12 2 (n = 1, 2, 3 ...) Has that this sum voltage is then with the help of a pulse converter stage, which reacts to the change in direction of the in each case with a phase jump subsequent polarity change of the AC input voltage feeding it responds, is converted into a pulse voltage, the polarity of which depends on the respective waveform the total voltage is dependent, and that the polarity of this pulse voltage as a criterion is evaluated for the sign of the direct current.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Umwandlung der Summenspannung in der Weise vorgenommen werden, daß diese zunächst mit Hilfe an sich bekannter Differentiierglieder differenziert wird und nachfolgend die dadurch entstandenen positiven und negativen Impulse der differenzierten Spannung mit Hilfe einer Impuls-Abtrennstufe abgetrennt werden. Die nadelförmige Pulsspannung kann dann in der Weise zur Anzeige der Polarität des Gleichstromes verwertet werden, daß sie ein an sich bekanntes Speicherglied mit zwei stabilen Lagen, das in Abhängigkeit von seiner Lage eine Umschaltung der Flußrichtung des gleichgerichteten Sekundärstromes des Gleichstromwandlers bewirkt, in Abhängigkeit von ihrer Polarität umsteuert. According to a further development of the invention, the conversion of the sum voltage be made in such a way that this is initially known with the help of Differentiating members are differentiated and subsequently the resulting ones positive and negative pulses of the differentiated voltage with the help of a pulse separator be separated. The needle-shaped pulse voltage can then be used for display purposes the polarity of the direct current can be used so that it is known per se Storage element with two stable layers, which, depending on its location, one Switching the direction of flow of the rectified secondary current of the DC converter causes reversed depending on their polarity.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Anordnung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Summenspannung entweder durch zusätzliche Wicklungen auf den Kernen der Magnetverstärkerelemente gewonnen wird oder mittels eines Impedanzwandlers (Transformator) durch galvanische Ankopplung an die Gleichstromwicklungen. To carry out the method, an arrangement is proposed, which is characterized in that the total voltage either by additional Windings on the cores of the magnetic amplifier elements is obtained or by means of an impedance converter (transformer) through galvanic coupling to the direct current windings.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert wird. Further details can be found in the following description, in which the invention is explained in more detail with reference to drawings.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der an sich bekannte Gleichstromwandler besteht aus den Magnetverstärkerelementen 1 und 2, auf deren Kernen die Gleichstromwicklungen la und 2a und die Wechselstromwicklungen lb und 2 b aufgebracht sind. Die beiden Gleichstromwicklungen sind gleichsinnig hintereinandergeschaltet und werden von dem zu messenden Strom durchflossen. Fig. 1 shows an embodiment of the invention. The one known per se DC converter consists of the magnetic amplifier elements 1 and 2, on their Cores the direct current windings la and 2a and the alternating current windings lb and 2 b are applied. The two DC windings are connected in series in the same direction and are traversed by the current to be measured.

Die Wechselstromwicklungen sind gegensinnig in Reihe geschaltet und an eine Wechselspannung u angeschlossen. Der Wechselstromkreis ist über den Widerstand 5 belastet. Auf beiden Kernen sitzt je eine weitere Wicklung 1 c und 2 c, die in der gleichen Weise in Reihe geschaltet sind wie die vom Meßstrom durchflossenen Wicklungen la und 2 a. Die an den in Reihe geschalteten Wicklungen-lc und 2 c abgegriffene Summenspannung Ue dient der Ermittlung des Vorzeichens des Gleichstromes Ig.The alternating current windings are connected in series and in opposite directions to an alternating voltage u connected. The AC circuit is loaded through the resistor 5. There is another winding on each of the two cores 1 c and 2 c, which are connected in series in the same way as that of the measuring current through which windings 1 a and 2 a. The windings connected in series-lc and 2 c tapped sum voltage Ue is used to determine the sign of the Direct current Ig.

Bevor die Erläuterung der Anordnungen nach Fig. 1 fortgesetzt wird, soll an Hand der Fig. 2 und 3 die Form und das Zustandekommen der Spannung ue erläutert werden. Fig. 2 stellt die Kennlinie des Kernmaterials der Magnetverstärkerelemente dar. Die vollausgezogene Kennlinie ist eine idealisierte. Bei der wirklichen sind die rechten Ecken abgerundet (punktierte Linien). In Fig.3 ist die an den Klemmen 3 und 4 in Fig. 1 angelegte Wechselspannung u dargestellt. In F i g. 3 b ist der zu messende Gleichstrom abgebildet. Es ist dabei einmal das Fließen eines positiven und einmal das Fließen eines negativen Stromes angenommen. In Fig. 3 c ist der im Wechselstromkreis fließende Strom i dargestellt. Dieser Strom fließt unter der Voraussetzung, daß am LastwiderstandS sowie an den Wirkwiderständen der Wicklungenib und 2 b keine Spannungen abfallen. Der Strom ist dann ein reiner Blindstrom, also um 900 hinter der Wechselspannung U hereilend. Bei Berücksichtigung der Wirkwiderstände im Wechselstrom kreis gestalten sich die Verhältnisse etwas komplizierter. Da hierdurch jedoch die Wirkungsweise der Erfindung nicht beeinflußt wird, soll die Erläuterung unter der vereinfachenden Voraussetzung vorgenommen werden. In den Fig. 3d und 3e sind die in den Wechselstromwicklungen lb und 2 b induzierten Spannungen dargestellt. Da sie im Wechselstromkreis in entgegengesetzter Richtung in Reihe geschaltet sind, ergänzen sie sich zu einer sinusförmigen Wechselspannung, die mit der von außen angelegten Wechselspannung U im Gleichgewicht steht. Die gleichen Spannungen u, und u2 werden auch in allen übrigen auf den Kernen sitzenden Wicklungen induziert. Jedoch sind die Wicklungen lc und 2c in entgegengesetzter Weise in Reihe geschaltet, wie die beiden Wechselstromwicklungen. Man erhält also die Summenspannung tte, indem man die beiden Spannungen u, und u2 der Fig.3e und 3d voneinander subtrahiert. In Fig.3f ist der Verlauf von u, dargestellt Man erkennt, daß die Phasensprünge, die in dem Spannungsverlauf auftreten, in Abhängigkeit der Richtung des zu messenden Gleichstromes entweder ausschließlich von negativen nach positiven Werten erfolgten oder von positiven nach negativen Werten. Differenziert man die Spannungen Ue, dann erhält man den in F i g. 3 g dargestellten Spannungsverlauf. Es versteht sich, daß die Sprünge in den Fig. 3 d bis 3f nur unter den idealisierenden Voraussetzungen erfolgen. In Wirklichkeit handelt es sich nicht um senkrechte Sprünge, sondern um sehr steile Anstiege bzw. Abfälle. Die Differentiation ergibt also endliche Spannungsspitzen, wie sie F i g. 3 g zeigt. Unterdrückt man von der Spannung nach F i g. 3 g einen beiderseits des Nuliwertes liegenden Bereich, dann erhält man eine Impulsfolge u,, wie sie Fig. 3 h zeigt. Before continuing the explanation of the arrangements according to FIG. 1, is to be explained with reference to FIGS. 2 and 3, the shape and the creation of the voltage ue will. Fig. 2 shows the characteristics of the core material of the magnetic amplifier elements The fully extended characteristic is an idealized one. When the real ones are the right corners rounded (dotted lines). In Fig.3 is the one on the terminals 3 and 4 shown in Fig. 1 applied alternating voltage u. In Fig. 3 b is the Direct current to be measured is shown. There is once a positive flow and once assumed the flow of a negative current. In Fig. 3 c is the im AC circuit flowing current i shown. This current flows under the condition that at the load resistance S as well as at the effective resistances of the windings ib and 2 b none Tensions drop. The current is then a pure reactive current, i.e. by 900 behind of the alternating voltage U. Taking into account the effective resistances in alternating current Kreis, the situation is a little more complicated. Since this, however, the Operation of the invention is not affected, the explanation under the simplifying prerequisite. In Figs. 3d and 3e are the voltages induced in the alternating current windings lb and 2b are shown. There they are connected in series in the alternating current circuit in the opposite direction, they complement each other to form a sinusoidal alternating voltage that corresponds to that from the outside applied alternating voltage U is in equilibrium. The same voltages u, and u2 are also induced in all other windings on the cores. However, the windings lc and 2c are connected in series in opposite ways, like the two AC windings. The sum voltage tte is thus obtained by adding the two voltages u, and u2 of FIGS. 3e and 3d are subtracted from one another. In 3f is the course of u, shown. It can be seen that the phase jumps, the occur in the voltage curve, depending on the direction of the to be measured Direct current either exclusively from negative to positive values or from positive to negative values. If one differentiates the voltages Ue, then one obtains the in FIG. 3 g voltage curve shown. It goes without saying that the jumps in FIGS. 3d to 3f only under the idealizing conditions take place. In reality it is not about vertical jumps, but about very steep climbs or drops. The differentiation thus results in finite voltage peaks, as they F i g. 3g shows. If one suppresses the stress according to FIG. 3 g one range lying on both sides of the zero value, then one obtains a pulse sequence u ,, as shown in Fig. 3h.

Entsprechend den obigen Überiegungen wird also in F i g. 1 die Spannung ue in einem Glied 7 differenziert. Die differenzierte Spannung wird einer Impuls- Abtrennstufe 8 zugeführt, an deren Ausgang die Impulsspannung u5 erscheint. Das Vorzeichen dieser Impulse bestimmt das Vorzeichen des zu messenden Gleichstromes. Die Impulsfolge wird einem speichernden Glied 9 zugeführt, das durch zwei stabile Lagen gekennzeichnet ist, von denen jede einem Impulsvorzeichen zugeordnet ist. Trifft also ein Impuls am Glied 9 ein, dann wird das Glied in seine eine Gleichgewichtslage geschaltet. Mit dem Eintreffen jedes weiteren Impulses wird die Richtigkeit dieser Lage überprüft, d. h., hat der Impuls das gleiche Vorzeichen wie der vorangegangene, so wird die eingenommene Lage beibehalten; hat der eintreffende Impuls jedoch ein anderes Vorzeichen als der vorangegangene, so wird die andere Gleichgewichtslage eingenommen. In Abhängigkeit von der Lage des speichernden Gliedes 9 kann der gleichgerichtete Sekundärstrom des Gleichstromwandlers umgepolt bzw. die Gleichrichtung von vornherein in der einen oder der anderen Richtung vorgenommen werden. Diese Vorgänge spielen sich im Schalt-und Gleichrichterglied 6 ab. In diesem Glied 6 werden also zwei Funktionen ausgeführt. Einmal wird die Wechselspannung gleichgerichtet, und zum anderen wird die so gewonnene Gleichspannung in Abhängigkeit der Lage des speichernden Gliedes 9 in der einen oder anderen Weise gepolt. In accordance with the above considerations, FIG. 1 the tension ue differentiated in a term 7. The differentiated voltage is a pulse Separation step 8, at the output of which the pulse voltage u5 appears. The sign of this Impulse determines the sign of the direct current to be measured. The pulse train is fed to a storing member 9, which is characterized by two stable layers each of which is assigned a pulse sign. So hits an impulse on member 9, then the member is switched to its one equilibrium position. With the arrival of every further impulse, the correctness of this position is checked, d. i.e. if the impulse has the same sign as the previous one, the maintain the current position; however, the incoming impulse has a different sign than the previous one, the other position of equilibrium is assumed. Dependent on the rectified secondary current can depend on the position of the storing element 9 polarity reversal of the DC / DC converter or rectification from the start in one or the other way. These processes play out in switching and Rectifier element 6 from. Two functions are therefore carried out in this member 6. On the one hand, the alternating voltage is rectified, and on the other hand, the one obtained in this way is used DC voltage as a function of the position of the storing member 9 in the one or otherwise polarized.

Ein spezielles Ausfuhrungsbeispiel der Anordnungen 7 bis 9 nach der Erfindung zeigt F i g. 4. Die Spannung u, wird an einem RC-Glied 12 und 11 differenziert. Am Widerstandl2 wird die differenzierte Spannung abgegriffen. Beide Anschlüsse 12a und 12 b dieses Widerstandes werden in Sperrichtung über je eine Diodel3 und 1L4 und einen gemeinsamen Widerstand 25 an die Emitter zweier Transistoren 19 und 20 angeschlossen. Diese Transistoren sind Teile einer an sich bekannten bistabilen Schaltung, zu der die Widerstände 21 bis 25 gehören und die von der Speisespannung UA gespeist wird. Die beiden Anschlüsse des Widerstandes 12 werden außerdem über je eine Zenerdiode 15 und 16 und je eine Diode 17 und 18 an die Basen der Transistoren 19 und 20 angeschlossen. Durch den Schwellwert der Zenerdioden wird der Nullbereich der differenzierten Spannung unterdrückt, so daß jeweils nur ein reiner Impuls an die Basis des einen oder anderen Transistors gelangt. Ist beispielsweise der Transistor 20 stromführend und ist die Impulsspannung am Anschluß 12 a positiv gegenüber der am Anschluß 12b, dann wird durch einen Impuls das Potential der Basis des bereits sperrenden Transistors 19 erhöht. Der Transistor 20 bleibt stromführend. Ist dagegen die Impulsspannung am Anschluß 12 b gegenüber der Spannung am Anschluß 12 a positiv, dann wird der Transistor 20 durch einen auf seine Basis wirkenden positiven Impuls gesperrt. Um das in diesem Augenblick stattfindende Öffnen des Transistors 19 zu erleichtern, kann noch der in Fig. 4 gestrichelt angedeutete Widerstand 26 bzw. 27 vorgesehen werden. A special exemplary embodiment of the arrangements 7 to 9 according to the Invention shows FIG. 4. The voltage u is differentiated at an RC element 12 and 11. The differentiated voltage is tapped off at the resistor 12. Both connections 12a and 12 b of this resistor are reversed via a Diodel3 and 1L4 and a common resistor 25 to the emitters of two transistors 19 and 20 connected. These transistors are parts of a bistable known per se Circuit to which the resistors 21 to 25 belong and that of the supply voltage UA is fed. The two connections of the resistor 12 are also over one Zener diode 15 and 16 and one diode 17 and 18 each to the bases of the transistors 19 and 20 connected. The zero range becomes due to the threshold value of the Zener diodes the differentiated voltage is suppressed, so that only one pure pulse at a time reaches the base of one or the other transistor. For example is the transistor 20 live and the pulse voltage at terminal 12 a is positive compared to the at connection 12b, then the potential of the base of the already blocking transistor 19 increased. The transistor 20 remains energized. Is against the pulse voltage at connection 12 b is positive compared to the voltage at connection 12 a, then transistor 20 is turned on by a positive pulse acting on its base locked. In order to open the transistor 19 taking place at this moment The resistor 26 or resistor indicated by dashed lines in FIG. 27 are provided.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Spannung ue nach F i g. 3 f und entsprechend die Spannung nach Fig. 3g nicht von der Größe des zu messenden Gleichstromes abhängig ist. Bei Zugrundelegung einer idealen Magnetisierungscharakteristik, wie sie F i g. 2 zeigt, erscheinen die Spannungen nach Fig. 3 f und 3 g bereits beim Vorliegen von infinitesimal kleinen Gleichströmen. Die Änderung des Spannungsverlaufes erfolgt also schlagartig mit dem Nulldurchgang des Gleichstromes. Abweichungen von dem idealisierten Verlauf kommen nur in dem Maße zustande, in dem die rechten Ecken der Magnetisierungscharakteristik verschliffen sind. Das bedeutet, daß bei gutem Kernmaterial die Vorzeichenerfassung bereits bei sehr kleinen Strömen möglich ist. It should be noted that the voltage ue according to F i g. 3 f and accordingly, the voltage according to FIG. 3g does not depend on the size of the direct current to be measured is dependent. If an ideal magnetization characteristic is used as a basis, such as they F i g. 2 shows, the stresses according to FIGS. 3 f and 3 g already appear at Existence of infinitesimally small direct currents. The change in the voltage curve he follows so suddenly with the zero crossing of the direct current. Deviations from the idealized one Course only come about to the extent that the right corners of the magnetization characteristic are sanded. This means that if the core material is good, the sign detection is possible even with very small currents.

Die Zeitkonstante des RC-Gliedes wird etwa so bemessen, daß sie das 0,02- bis 0,2fache der Dauer einer Speisehalbwelle der Spannung U beträgt. The time constant of the RC element is roughly dimensioned so that it 0.02 to 0.2 times the duration of a supply half-wave of the voltage U is.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht neben der geringen Anzahl und der geringen Größe der erforderlichen Magnetverstärkerelemente in seiner schon bei sehr kleinen Gleichströmen einsetzenden Anzeige und seiner geringen Ansprechzeit. Letztere beträgt eine Halbwelle der Wechselspannung uS. The advantage of the present invention is besides the minor one Number and the small size of the required magnetic amplifier elements in his display that starts even with very small direct currents and its short response time. The latter is a half-wave of the alternating voltage uS.

Claims

Claims: 1. Method for determining the sign of a Direct current, its size by means of one of two current-controlling magnetic amplifier elements built-up DC converter is measured, characterized in that initially with the help of a winding arrangement (1c and 2c) one of the sum of the in the two Direct current windings (la and 2a) induced alternating voltages (ut and u2) proportional Alternating voltage (ue) is derived, depending on the direction of the direct current approximates the shape of either a sine function or a negative sine function each with an 1800 phase jump at the points in time (2n - 1). l2 2 (n = 1, 2, 3 ...) that this total voltage is then with the help of a pulse converter stage (7), which take place on the change in direction of each phase jump Polarity change of the AC input voltage supplying it responds to a Pulse voltage (u5) is converted, the polarity of which depends on the respective waveform the total voltage is dependent, and that the polarity of this pulse voltage as a criterion is evaluated for the sign of the direct current.

2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion the sum gspannung (ue) is carried out in such a way that this is initially carried out with Help known differentiators is differentiated and below the resulting positive and negative needle-shaped impulses of the differentiated Voltage can be separated with the help of a pulse separation stage (8).

3. The method according to claim 2, characterized in that the needle-shaped The pulse voltage is used to indicate the polarity of the direct current is that they have a known memory member (9) with two stable layers that depending on its position, a changeover of the direction of flow of the rectified Secondary current caused by the DC converter, depending on their polarity reverses.

4. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the total voltage (u,) either by additional windings (1c, 2c) is obtained on the cores of the magnetic amplifier elements or by means of an impedance converter (transformer) by galvanic coupling to the direct current windings (1 a, 2a).

5. Arrangement for performing the method according to claim 2, characterized characterized in that the differentiation of the sum voltage (ue) preferably by means of an RC element (11; 12) takes place.

6. Arrangement for performing the method according to the claims 1, 2 and 3, characterized in that the two connections (12a, 12b) between to which the differentiated voltage du, ldt lies, on the one hand, in the reverse direction a diode (13, 14) and a common resistor (25) to the emitters of two transistors (19, 20) belonging to a known bistable circuit are connected and on the other hand via a diode (17, 18) and a Zener diode each (15, 16) are connected to the bases of the two transistors.

Considered publications: German Patent Specifications No. 907096, 913 077, 961 463; British Patent No. 704746.