DE1255773B - Contactless AC regulator - Google Patents
Contactless AC regulatorInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
Int. α.:Int. α .:
G05bG05b
G05f
Deutsche Kl.: 21c-46/51 G05f
German class: 21c-46/51
Nummer: 1255773Number: 1255773
Aktenzeichen: S 57518 VIII b/21cFile number: S 57518 VIII b / 21c
Anmeldetag: 25. März 1958 Filing date: March 25, 1958
Auslegetag: 7. Dezember 1967Opened on: December 7, 1967
Die Mehrzahl der rein elektrisch wirkenden Regler arbeitet sowohl im Eingangskreis als auch auf der Stellgliedseite mit Gleichstrom. Dies ist zum Teil durch die Tatsache begründet, daß die auf der Anlagenseite verfügbaren Bauelemente, wie Erregermaschinen, Gleichstrommotoren, Synchrongeneratoren, Magnetverstärker, Stromrichter, fast ausnahmslos mit Gleichstrom gesteuert werden. Ferner ist bei Gleichstromreglern eine Stabilisierung des Regelkreises durch Rückführungen mit Blindwiderständen leicht erzielbar.Most of the purely electrical regulators work both in the input circuit and on the Actuator side with direct current. This is due in part to the fact that those on the plant side available components, such as excitation machines, DC motors, synchronous generators, magnetic amplifiers, Power converters, almost without exception, can be controlled with direct current. Furthermore, with DC regulators a stabilization of the control loop can easily be achieved by feedback with reactances.
Bei vielen Regelproblemen erscheint jedoch die Anwendung eines Wechselstromreglers angebracht, sei es, weil die Regelgröße bzw. die Regelabweichung als Wechselspannung anfällt, wie z. B. bei der Spannungsregelung eines Synchrongenerators, oder auf der Stellgliedseite eine Wechselspannung benötigt wird, wie dies beispielsweise bei dem drehmeldergesteuerten Wechselstromservomotor der Fall ist. Hier fällt die Fehlermeldung als Wechselspannung an und wird von einem Regelverstärker in eine Wechselspannung zur Speisung der Hilfsphase des Motors umgewandelt.For many control problems, however, the use of an AC regulator seems appropriate, be it: because the controlled variable or the control deviation occurs as alternating voltage, such as B. in voltage regulation a synchronous generator, or an AC voltage is required on the actuator side, such as this is the case, for example, with the speed sensor-controlled AC servo motor. Here it falls Error message as alternating voltage and is converted into an alternating voltage by a control amplifier Power to the auxiliary phase of the motor converted.
Für den Einsatz eines Wechselstromreglers, unter dem im folgenden ein Regler verstanden werden soll, der im Wirkungskreis vom Meßort bis zum Reglerausgang ausschließlich mit Wechselgrößen arbeitet, sprechen neben Gründen, die durch die jeweils vorliegende Regelanlage bedingt sind, auch grundsätzliche, spezifisch regeltechnische Vorteile. Beispielsweise macht beim Gleichstromregler das Problem der Nullpunktwanderung (Drift) sowie die Potentialtrennung und Impedanzanpassung beträchtliche Schwierigkeiten. Beim Wechselstromregler kann dagegen eine Drift überhaupt nicht auftreten, Impedanzanpassung und Potentialtrennung sind mit Hilfe von Transformatoren auf einfache Weise erreichbar.For the use of an AC regulator, which in the following is to be understood as a regulator, which works exclusively with alternating variables in the sphere of activity from the measuring location to the controller output, In addition to reasons that are due to the respective control system, there are also fundamental, specific technical control advantages. For example, there is the problem of zero point drift in the DC regulator (Drift) as well as the potential separation and impedance matching cause considerable difficulties. In the case of an alternating current regulator, on the other hand, drift cannot occur at all, impedance matching and electrical isolation can be easily achieved with the help of transformers.
Bei Wechselstromreglern soll nun auch die Möglichkeit der dynamischen Anpassung seines Übertragungsverhaltens an das der Reglerstrecke bestehen, ähnlich wie bei Gleichstromreglern, wo bekanntlich mittels Rückführ- oder Eingangsbeschaltungen ein PD-IP- oder IPD-Verhalten bzw. andere Übertragungsfunktionen erzielbar sind.In the case of AC regulators, there should now also be the possibility of dynamically adapting its transmission behavior to that of the regulator system, similarly as with direct current regulators, where it is known that a PD-IP- or IPD behavior or other transfer functions can be achieved.
Es ist hierzu ein elektromechanischer Wechselstromregler bekanntgeworden, bei welchem die Regelgröße mittels eines Drehmelders einem Wechselspannungsverstärker in Form eines trägerfrequenten amplitudenmodulierten Eingangssignals zugeführt wird und die Ausgangsgröße des Wechselspannungsverstärkers über einen Wechselstrommotor in eine mechanische Stellgröße umgewandelt wird. Zur Erzielung des gewünschten dynamischen Verhaltens wurden bei dieser für sich nur proportional wirkenden Einrichtung Rückführ-Kontaktloser WechselstromreglerFor this purpose, an electromechanical alternating current controller has become known in which the controlled variable an alternating voltage amplifier in the form of a carrier-frequency amplitude-modulated by means of a resolver Input signal is supplied and the output of the AC amplifier via an AC motor is converted into a mechanical manipulated variable. To achieve the desired dynamic behavior became feedback contactless with this device, which in itself only acts proportionally AC regulator
Anmelder:Applicant:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Claus Keßler, ErlangenDr.-Ing. Claus Keßler, Erlangen
bzw. Vorschaltkreise vorgesehen, welche Drehmelder-Scheibeninduktionsmotor-Kombination zur Umwandlung von mechanischen Drehungen in Spannungen und umgekehrt enthielten. Zwar läßt sich auf diese Weise grundsätzlich jedes gewünschte dynamische Verhalten des Wechselstromreglers erreichen, die mehrmalige Verwendung von rotierenden Meßwertumformern bedeutet jedoch einen nicht unbeträchtlichen Aufwand und erfordert zudem noch eine Wartung der beweglichen Teile.or ballasts are provided, which resolver disk induction motor combination for converting mechanical rotations into stresses and vice versa. True, it can be done this way basically achieve any desired dynamic behavior of the AC regulator, the multiple However, the use of rotating transducers means a not inconsiderable effort and also requires maintenance of the moving parts.
Eine andere bekannte Möglichkeit zur direkten Vorhaltbildung bei rein elektrischen Regelkreisen mit Trägerfrequenz besteht darin, im Eingangskreis eines Wechselspannungsverstärkers passive ÄC-Filternetzwerke vorzusehen. Es läßt sich damit aber nur ein sogenannter PD-Regler realisieren, welcher durch die Verwendung von passiven Filternetzwerken erhebliche Nachteile aufweist, welche in einem stark belastungsabhängigen Frequenzverhalten sowie in dem Erfordernis einer hochkonstanten Trägerfrequenz, insbesondere bei der Anwendung in Regelkreisen mit großen Zeitkonstanten, bestehen.Another known possibility for direct lead formation with purely electrical control loops Carrier frequency consists of passive AC filter networks in the input circuit of an AC voltage amplifier to be provided. However, only a so-called PD controller can be implemented with it, which is achieved by using of passive filter networks has considerable disadvantages, which in a highly load-dependent Frequency behavior as well as in the requirement of a highly constant carrier frequency, in particular when used in control loops with large time constants.
Es ist prinzipiell bekannt, ausgehend vom Frequenzgang eines Gleichstromreglers des gewünschten dynamischen Verhaltens, den Frequenzgang eines mit Trägerfrequenz beaufschlagten Wechselstromreglers, dessen Hüllkurve seines Wechselstromausgangssignals sich ebenso verhalten soll wie das Ausgangssignal des entsprechenden Gleichstromreglers, dadurch zu erhalten, daß im Frequenzgang des GleichstromreglersIt is known in principle, based on the frequency response of a DC regulator of the desired dynamic Behavior, the frequency response of an AC regulator to which a carrier frequency is applied, whose envelope of its AC output signal should behave in the same way as the output signal of the corresponding direct current regulator, to be obtained in that the frequency response of the direct current regulator
ρ1 + ω2 Ipρ 1 + ω 2 Ip
ersetztreplaced
der Operator ρ durch den Operatorthe operator ρ by the operator
wird, wobei ω dabei die Trägerfrequenz bedeutet. In diesem Zusammenhang findet sich der ebenfalls bekannte Vorschlag, die bei Gleichstromreglern zur Erzielung des gewünschten dynamischen Verhaltens üblichen passiven Eingangs- und Rückführungsnetzwerke auf Grund der vorerwähnten Transponierungsvorschrift in Wechselstromnetzwerke in Form vonwhere ω is the carrier frequency. In this context there is the also known suggestion that the usual passive input and feedback networks in direct current regulators to achieve the desired dynamic behavior due to the aforementioned transposition rule in alternating current networks in the form of
709 707/443709 707/443
3 43 4
Schwingkreisen umzuwandeln. Nachteilig ist bei dieser Analog kann ein Zeitkonstantenglied, das beimTo convert oscillating circles. A disadvantage of this analog can be a time constant element that is used in
Art von Wechselstromreglern die Forderung nach Gleichstromregler den FrequenzgangType of ac regulators the requirement for dc regulators the frequency response
einer hohen Güte der hierbei verwendeten Schwing- γ a high quality of the oscillation γ used here
kreise. φ(ρ) = y^—-circles. φ (ρ) = y ^ ---
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, 5 "·" " 'τ The present invention has the task of 5 "·""' τ
die Nachteile der bekannten Wechselstromregler zu und nach Anwendung der Transponierungsvorschriftthe disadvantages of the known AC regulators to and after application of the transposition rule
vermeiden, indem ausgehend von der bekannten Trans- den FrequenzgangAvoid by starting from the known trans- ding frequency response
ponierungsvorschrift für den Frequenzgang einer 2Vp Positioning regulation for the frequency response of a 2Vp
Wechselstromschaltung diese mittels gegengekoppelter F(p) = -— -^—— ^-AC circuit this by means of negative feedback F (p) = -— - ^ —— ^ -
elektronischer Verstärker in relativ einfachen Schal- ίο ρ ρ -\- ω electronic amplifier in relatively simple switching ίο ρ ρ - \ - ω
tungsanordnungen realisiert wird. Die Erfindung be- hat (F = Verstärkung, τ = Zeitkonstante), durch eineprocessing arrangements is realized. The invention has been (F = gain, τ = time constant), by a
zieht sich daher auf einen kontaktlosen Wechselstrom- Verstärkerschaltung nach F i g. 2 realisiert werden,therefore draws on a contactless AC amplifier circuit according to FIG. 2 can be realized,
regler, der vom Meßort bis zum Reglerausgang aus- Sie besteht aus einem Zeitkonstantenverstärker 3 mitcontroller, which consists of a time constant amplifier 3 with
schließlich mit ruhenden Mitteln arbeitet und dessen der Verstärkung F3 und der Zeitkonstanten T3, derfinally works with dormant means and the gain F 3 and the time constant T 3 , the
durch die Amplituden der Wechselstromgrößen defi- 15 über einen Integrierverstärker 4 mit der Integrier-by the amplitudes of the alternating current quantities defi- 15 via an integrating amplifier 4 with the integrating
niertes Verhalten dem dynamischen Verhalten eines zeit T1 gegengekoppelt ist. Der Frequenzgang der An-ned behavior is fed back to the dynamic behavior of a time T 1 . The frequency response of the
Gleichstromreglers entspricht, indem im Frequenz- Ordnung nach F i g. 2 lautet mit den dort angegebenenDC regulator corresponds by in the frequency order according to F i g. 2 is with the ones specified there
gang des Gleichstromreglers der Operator/» durch den Bezeichnungenpassage of the DC regulator the operator / »through the designation
Operator ersetzt ist. π·(η\ Operator is replaced. π ( η \
* Ip ao t (ρ) = * Ip ao t (ρ) =
Erfindungsgemäß ist zur Erzielung eines Integral- 2T3P2 + 2p -\ According to the invention, to achieve an integral 2T 3 P 2 + 2p - \
Verhaltens ein Integrierverstärker vorgesehen, der über 4 Behavior, an integrating amplifier is provided, which has 4
einen weiteren Integrierverstärker gegengekoppelt ist. Durch den Koeffizientenvergleich von F(p) mitanother integrating amplifier is fed back. By comparing the coefficients of F (p) with
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zur F'(p) ergibt sichIn a further embodiment of the invention, F '(p) results
Erzielung eines Nachgebeverhaltens die vorbeschrie- 25 ^ 2 γ Achieving a yield behavior the previously described 25 ^ 2 γ
bene Anordnung im Gegenkopplungskreis eines line- V3= V, T3 = —- τ und T4 = —^—.level arrangement in the negative feedback loop of a line- V 3 = V, T 3 = - - τ and T 4 = - ^ -.
aren Verstärkers angeordnet. ω Τ aren amplifier arranged. ω Τ
Zur Erzielung eines Zeitkonstantenverhaltens be- Ein Nachgebeglied, das beim Gleichstromregler denIn order to achieve a time constant behavior, a follow-up element that is used in the DC regulator
steht die erfinderische Lösung darin, einen Zeitkon- Frequenzgang
stantenverstärker vorzusehen, der über einen Integrier- 30the inventive solution is a time con-frequency response
to provide a constant amplifier that has an integrating 30
verstärker gegengekoppelt ist. <p(p) = V- -γ— amplifier is fed back. <p (p) = V- -γ-
Ein PD-Verhalten kann gemäß einem weiteren I -rρτ A PD behavior can according to a further I -rρτ
Lösungsweg der Erfindung dadurch erzielt werden, hatj kann durch die in F j g. 3 dargestellte Verstärker-Approach of the invention are achieved by hatj can be prepared by the in F j g. 3 illustrated amplifier
daß em linearer Verstärker vorgesehen ist an dessen scnaitung realisiert werden. Es ist ein linearer Ver-that em linear amplifier is provided at whose SCNA be realized tung i. It is a linear
Eingang die Ausgangsspannungen eines Gleichstrom- 35 stärker 5 mit der verstärkung F6 vorgesehen, der überInput the output voltages of a direct current 35 more powerful 5 with the first amplification F 6 provided, which is about
PD-Gliedes und eines Integrierverstärkers summiert einen integrierverstärker 6 mit der Integrierzeit Γβ PD element and an integrating amplifier sums an integrating amplifier 6 with the integrating time Γ β
sm<*· gegengekoppelt ist. Der Integrierverstärker 6 ist über sm < * · is fed back. The integrating amplifier 6 is over
Im folgenden soll die Realisierung der einzelnen einen integrierverstärker 7 mit der Integrierzeit T1 In the following the realization of the individual to an integrating amplifier 7 with the integral time T 1
Wechselstromreglertypen gemäß vorliegender Erfin- gegengekoppelt. Die Bemessungsvorschriften ergebenAC regulator types according to the present invention are counter-coupled. The design rules result
dung näher veranschaulicht werden. Das Integralglied 40 sjcn m can be illustrated in more detail. The integral term 40 s j cn m
hat beim Gleichstromregler den Frequenzgang 1 -has the frequency response 1 -
1 y _ γ τ = -_ Vx T = 1 y _ γ τ = -_ Vx T =
^) = T^r- s ' 6 2 ' 7 ω*ντ' ^) = T ^ r- s ' 6 2 ' 7 ω * ντ '
. . In F i g. 4 ist ein Wechselstrom-IP-Glied dargestellt. . In Fig. 4, an AC IP circuit is shown
Dann bedeutet T1 die Integnerzeit. Auf Grund der 45 Der Frequenzgang eines Gleichstrom-IP-GHedes lautet: erwähnten Transponierungsvorschnft ergibt sich furThen T 1 means the integer time. On the basis of the 45 The frequency response of a direct current IP-GHede reads: The above-mentioned transposition precedence results for
den Frequenzgang des entsprechenden Wechselstrom- („\ __ *■ Ί" Ρτ the frequency response of the corresponding alternating current ("\ __ * ■ Ί" Ρ τ
reglers ΨΚΡ} pTt ' regulator ΨΚΡ} pT t '
fip\ _ ^P Der Wechselstromregler besteht aus einem Ver-T1
· (p2 + ω2) " 5o stärker 8 mit der Verstärkung F8, in dessen Eingang
_. . , Λ . . „ „r , , die Summe aus der Regelgröße χ und dem Ausgang
Dies ist der Origmalfrequenzgang eines Wechsel- eines Integrierverstärkers 9 mit der Integrierzeit T9
strom-Integralghedes, das gemäß Fig 1 einen Me- wirkt Der integrierverstärker9 ist über einen Integrierverstärker 1 mit der Integrierzeit Ti verwendet, ^„3^,-10 mit der Integrierzeit T10 gegengeder
über einen weiteren Integrierverstärker 2 mit der 55 k lt Die Bemessungsvorschriften lauten:
Integrierzeitig gegengekoppelt ist. Der Frequenzgang fip \ _ ^ P The AC regulator consists of an encryption T 1 · (p 2 + ω 2) "5o stronger 8 m i t of the reinforcing F 8, in whose input _.., Λ.. '' r, which χ sum of the controlled variable and the output This is the Origmalfrequenzgang an alternating Int an e gr ierverstärkers 9 with the integral time T 9-current Integralghedes that of Figure 1 a metal acts the ntegr i i he verstärker9 is a integrating amplifier 1 with the integration time Ti is used, ^ "3 ^, - 10 with the integration time T 10 on the other hand via a further integrating amplifier 2 with the 55 k lt The dimensioning rules are:
Integration time is negative feedback. The frequency response
dieser Verstärkeranordnung hat den Wert ν — JL r — JL r — __?__this amplifier arrangement has the value ν - JL r - JL r - __? __
„ τ 8 Ti ' 9~ 2 ' 10~ ω2τ "" Τ 8 Ti ' 9 ~ 2' 10 ~ ω 2 τ"
^ = ~\ _]_ ^2 y jY ' Schließlich zeigt F i g. 5 ein Wechselstrom-PD-Glied.^ = ~ \ _] _ ^ 2 y jY 'Finally, F i shows g. 5, an AC PD circuit.
° Der Frequenzgang eines Gleichstrom-PD-Gliedes° The frequency response of a direct current PD element
Der Vergleich von i7!» und F (p) liefert die Be- iautefThe comparison of i 7 ! " and F (p) provides the loading i au tef
messungsvorschrift 'measurement specification '
1 ~ 2 * Der Frequenzgang des entsprechenden Wechsel- 1 ~ 2 * The frequency response of the corresponding alternating
und 5s Stromreglers lautet:and 5s current regulator reads:
2 ~~ ω2 Ti ' 2 ~~ ω 2 Ti '
Claims (4)
Hartmann & Braun-Druckschrift Nr. 789, »Die induktive Regelung«, erschienen Dezember 1955;Considered publications:
Hartmann & Braun publication No. 789, "The inductive control", published December 1955;
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