DE1284986B - Power amplifier with low time constant for electrical control and regulation circuits with digital control signals - Google Patents
Power amplifier with low time constant for electrical control and regulation circuits with digital control signalsInfo
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Description
1 21 2
Die Erfindung betrifft einen Leistungsverstärker mit F i g. 2 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgegeringer Zeitkonstante für elektrische Steuer- und mäßen Leistungsverstärkers in einem Spannungsregel-Regelschaltungen, bei denen die dem Leistungsver- kreis,The invention relates to a power amplifier with F i g. 2 an example of the application of the invention Time constant for electrical control and moderate power amplifiers in a voltage control circuit, in which the service group,
stärker zugeführten, von der Regelabweichung ab- Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgehängigen Steuersignale in binär verschlüsselter Digital- 5 mäßen Leistungsverstärkers zur Folgeregelung einesmore strongly supplied, deviating from the control deviation Control signals in binary-coded digital power amplifier for the follow-up control of a
form gewonnen werden. Ofens in Abhängigkeit von einer sich in vorgegebenerform can be obtained. Oven depending on a given in
Solche Leistungsverstärker sind beispielsweise er- Weise zeitlich ändernden Führungsgröße,
wünscht, um mit Eingangssignalen geringer Leistung Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße
bestimmte Operationen durchführen zu können und Leistungsverstärker umfaßt einen Übertrager, welcher
mit möglichst wenigen Zwischengliedern auszukom- io mit einer Primärwicklung 1 über Anschlüsse 2 an eine
men, einerseits aus Gründen notwendiger Investi- Leistungsquelle (hier die Netzspannung) 3 angetionen,
andererseits aus Raumgründen. Trotz der sehr schlossen ist. Vier Sekundärwicklungen A1, A2, A3, 44
geringen Eingangssignalleistung soll häufig die ge- sind hinsichtlich ihrer Windungszahlen so ausgelegt,
forderte Ausgangsleistung ein Vielfaches hiervon be- daß die Klemmenspannung En der η-ten Wicklung
tragen. Zweckmäßig sollte hierbei die Ausgangs- 15 folgenden Wert hat:
leistung proportional der des Eingangssignals sein. _ -v»-i\
In jedem Fall ist eine sehr niedrige Zeitkonstante er- Ln = E0'Λ ) ·
wünscht. Diese vorangehend erläuterten, zu erfüllenden Die Basis q = 2 ist dabei willkürlich gewählt.
Bedingungen machten es bisher bei Folgereglern un- Vier Kontaktrelais S1, 52, 58, 54 wirken mit je einer
möglich, beispielsweise ein Stellglied mit einer sehr 20 entsprechenden Sekundärwicklung 4 zusammen. Jedes
großen Zeitkonstante nachzuführen und verhinderten der Relais 5 ist über ein entsprechendes Paar von Zudie
direkte Auswertung von arithmetischen Steuer- leitungen 7l5 72, 73,74 zu erregen, wobei diese Erregung
Signalen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Leistungs- beim Betrieb der Anordnung entsprechend dem Vorverstärker
gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch liegen eines bestimmten Digitalwertes erfolgt. Die
einen primärseitig an die Leistungsquelle ange- 25 Spannung einer oder mehrerer Sekundärwicklungen 4
schlossenen Übertrager mit η Sekundärwicklungen, liegt an einem Verbraucheraußenwiderstand 6.
deren Spannungen nach der Gleichung Ferner ist gemäß F i g. 1 zwischen zwei Punkte X1, X2
ρ—ρ (»-ι) eme zusätzliche Sekundärwicklung 8 geschaltet, welche
En- E0-q ejne jn ^em Stromkreis des Verbraucherwiderstandes 6
Vielfache einer kleinsten Spannung E0 in progressiver 30 liegende Grundspannung liefert.
Steigerung vorzugsweise auf der Basis q = 2 sind und Wenn die Spannung E0 als Einheit für eine zusätzdie
durch Relais, an die die Steuersignale angelegt sind, lieh zu der Grundspannung an dem Verbraucherin
Reihe mit dem Verbraucher geschaltet werden, und außenwiderstand 6 liegende Ausgangsspannung geferner
gekennzeichnet durch eine zusätzliche Sekun- wählt wird, ergeben sich gemäß der vorangehend
därwicklung des Übertragers, deren Spannung dauernd 35 angegebenen Formel bei Einschaltung der verschiedeüber
dem Verbraucher liegt, dessen Leistungsumsatz nen Sekundärwicklungen A1 bis 44 folgende Zusatzgeregelt
werden soll. spannungen:Such power amplifiers are, for example, reference variables that change over time,
in order to be able to carry out certain operations according to the invention shown in FIG. 1 with input signals of low power, and the power amplifier comprises a transformer which can be achieved with as few intermediate elements as possible with a primary winding 1 via connections 2 to a men, on the one hand for reasons of necessary investment. Power source (here the mains voltage) 3 angetions, on the other hand for reasons of space. Despite being very closed. Four secondary windings A 1 , A 2 , A 3 , 4 4 with low input signal power should often be designed with regard to their number of turns so that the output power required is a multiple of this so that the terminal voltage E n of the η-th winding carry. The output 15 should expediently have the following value:
power must be proportional to that of the input signal. _ -v »-i \
In any case, a very low time constant er L n = E 0 'Λ) ·
wishes. These previously explained to be fulfilled The basis q = 2 is chosen arbitrarily.
Four contact relays S 1 , 5 2 , 5 8 , 5 4 each work with one possible, for example an actuator with a very corresponding secondary winding 4. To track each large time constant and prevented the relay 5 is connected via a corresponding pair of Zudie direct evaluation of arithmetic control lines 7 l5 7 2, 7 3, 7 4 to excite, said excitation signals. In order to achieve this object, the power output during operation of the arrangement corresponding to the preamplifier according to the invention is characterized by the presence of a specific digital value. The one transformer with η secondary windings connected on the primary side to the power source voltage of one or more secondary windings 4 is connected to an external load resistance 6.
their voltages according to the equation. Furthermore, according to FIG. 1 connected between two points X 1 , X 2 ρ-ρ (»-ι) eme additional secondary winding 8, which E n - E 0 -q e j ne j n ^ em circuit of the consumer resistance 6 multiples of a smallest voltage E 0 in progressive 30 provides lying basic voltage.
Increase preferably on the basis q = 2 and when the voltage E 0 as a unit for an additional output voltage borrowed by relays to which the control signals are applied to the basic voltage at the consumer are connected in series with the consumer, and external resistance 6 furthermore characterized by an additional second is obtained according to the previous winding of the transformer, the voltage of which is continuously 35 specified formula when switching on the various over the consumer, whose power conversion NEN secondary windings A 1 to 4 4 the following additional control is to be controlled. tensions:
Ein primärseitig an die Leistungsquelle ange- Für die Sekundärwicklung 4X eine Spannung £0,A primary side connected to the power source For the secondary winding 4 X a voltage £ 0 ,
schlossener Übertrager mit η Sekundärwicklungen, Für die Sekundärwickhmg 4a eine Spannung IE0, closed transformer with η secondary windings, for the secondary winding 4a a voltage IE 0 ,
deren Spannungen nach der Gleichung 4° Für die Sekundärwicklung 43 eine Spannung AE0, their voltages according to the equation 4 ° For the secondary winding 4 3 a voltage AE 0 ,
Für die Sekundärwicklung 44 eine Spannung 8 .E0.
En = E0- qfr-1) For the secondary winding 4 4 a voltage 8 .E 0 .
E n = E 0 - qfr- 1 )
Eine fehlende Zusatzspannung an dem Verbraucher-Vielfache einer kleinsten Spannung E0 in progressiver außenwiderstand 6 entspricht einem Zustand, bei dem Steigerung auf der Basis q = 2 und die durch Relais, 45 keines der Relais S1 bis 54 erregt ist. Somit entspricht an die die Steuersignale angelegt sind, in Reihe mit die Erregung eines oder einer Kombination mehrerer einem Verbraucher geschaltet werden, sind an sich aus der Relais S1 bis 54 einer bestimmten Zahl in binär der deutschen Patentschrift 1 046 680 bekannt. Diese verschlüsselter Darstellung. Wenn keines der Relais S1 bekannte Schaltungsanordnung wird nun erfindungs- bis 54 erregt ist, ergibt sich an dem Verbraucheraußengemäß bei einem Leistungsverstärker eingesetzt, wobei 50 widerstand eine Zusatzspannung zur Grundspannung, man eine überraschend einfache Lösung des der Erfin- welche einer Zahl 0000 in Binärverschlüsselung entdung zugrunde liegenden Problems erhält. spricht. Erfolgt eine Erregung des Relais 5X, so ergibtA lack of additional voltage at the consumer multiple of a smallest voltage E 0 in progressive external resistance 6 corresponds to a state in which an increase on the basis of q = 2 and in which none of the relays S 1 to 5 4 is excited by relays 45, 45. Thus corresponds to which the control signals are applied, in series with the excitation of one or a combination of several of a consumer are connected, are known per se from the relays S 1 to 5 4 of a certain number in binary from the German patent specification 1 046 680. This encrypted representation. If none of the relays S 1 known circuit arrangement is now energized according to the invention to 5 4 , the result is used on the external consumer in a power amplifier, where 50 withstood an additional voltage to the basic voltage, a surprisingly simple solution of the invention which a number 0000 in Binary encryption for the underlying problem. speaks. If the relay 5 X is excited , the result is
Die Relais können, wie an sich bekannt, als elektro- sich an dem Verbraucheraußenwiderstand 6 eine magnetische Kontaktrelais oder auch, wie ebenfalls an Zusatzspannung entsprechend der Binärzahl 0001. sich bekannt, als elektronische Schalter aufgebaut sein. 55 Bei Erregung des Relais 52 ergibt sich eine Binärzahl Im Handel erhältliche Kontaktrelais haben sich dank von 0010. Bei Erregung sowohl der Relais 5L als auch ihrer hohen Verstärkung besonders bewährt. 52 ergibt sich eine Zusatzspannung von 3UT0 an demThe relays can, as is known per se, be constructed as an electrical contact relay on the external consumer resistor 6 or, as is also known on the additional voltage corresponding to the binary number 0001, as an electronic switch. 55 When relay 5 2 is energized, a binary number results. Commercially available contact relays have proven themselves thanks to 0010. Both relays 5 L and their high amplification are particularly effective when energized. 5 2 results in an additional voltage of 3UT 0 on the
Bei einer Anordnung mit beispielsweise vier Sekun- Verbraucheraußenwiderstand 6 entsprechend einer därwicklungen in einem Leistungsverstärker gemäß Binärzahl 0011. Bei Erregung des Relais 53 beträgt die der Erfindung verbrauchte jeder Kontakt 150 bis 60 Spannung an dem Verbraucheraußenwiderstand 6 200 Watt, so daß die Steuerleistung insgesamt maximal AE0 plus Grundspannung entsprechend einer Binärzahl 600 bis 800 Watt betrug. Die Ausgangsleistung, die so von 0100. Bei Erregung sämtlicher Relais S1 bis 54 gesteuert wurde, betrug dagegen 250 Kilowatt. ergibt sich eine Spannung von 15 E0 plus Grund-In an arrangement with, for example, four seconds external consumer resistance 6 corresponding to a därwicklungen in a power amplifier according to binary number 0011. When the relay 5 3 is energized, each contact consumed by the invention is 150 to 60 voltage on the external consumer resistance 6 200 watts, so that the total control power is at a maximum AE 0 plus basic voltage, corresponding to a binary number, was 600 to 800 watts. The output power, which was controlled by 0100. When all relays S 1 to 5 4 were energized, however, was 250 kilowatts. results in a voltage of 15 E 0 plus basic
Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang spannung an dem Verbraucheraußenwiderstand 6 mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt 65 entsprechend einer Binärzahl von 1111. Somit lassenThe invention is described below in the context of voltage at the external load resistance 6 described with the drawings. It shows 65 corresponding to a binary number of 1111. So let's leave
Fig. 1 den Leistungsverstärker gemäß der Erfin- sich durch Einschaltung der ReIaIsS1 bis 54 Zusatzdung mit einem Verbraucher und einer Leistungs- spannungen zwischen dem Werte 0 und (24 — I)Ui0 quelle, zur Grundspannung addieren. Bei Verwendung vonFig. 1 the power amplifier according to the invention by switching on the ReIaIsS 1 to 5 4 additional dung with a consumer and a power voltage between the values 0 and (2 4 - I) Ui 0 , add to the basic voltage. When using
η Sekundärwicklungen 4 lassen sich in analoger Weise Zusatzspannungen im Bereich von 0 bis (2n — I)E1 erzielen. η secondary windings 4, additional voltages in the range from 0 to (2 n − I) E 1 can be achieved in an analogous manner.
Die in der erfindungsgemäßen Anordnung durchgeführte Summierung von Spannungen, welche eine Funktion der eingespeisten Steuersignale sind, ist ohne weiteres möglich, da in dem Sekundärstromkreis lediglich verhältnismäßig geringe Widerstände vorliegen. The summation of voltages carried out in the arrangement according to the invention, which one Function of the fed-in control signals is easily possible, as in the secondary circuit there are only relatively low resistances.
Die Sekundärwicklung 8 liefert eine Grundspannung Ei,, wenn keines der Relais 5X bis 54 erregt ist. Demnach erscheinen an dem Verbraucheraußenwiderstandö Spannungen entsprechend dem Werte (Ei, +pE0), wobei 0 < ρ < (2n — 1) ist. Mithin werden die Spannungen an dem Verbraucheraußenwiderstand 6 nicht von dem Werte Null, sondern vielmehr von einem gegebenen Grundwert Ef, an variiert, wodurch sich die zu schaltende Leistung den Relais anpassen läßt.The secondary winding 8 supplies a basic voltage Ei, if none of the relays 5 X to 5 4 is energized. Accordingly, voltages appear at the external load resistance corresponding to the value (Ei, + pE 0 ), where 0 < ρ < (2 n - 1). The voltages at the external consumer resistance 6 are therefore not varied from the value zero, but rather from a given basic value Ef , whereby the power to be switched can be adapted to the relay.
Die durch Betätigung der Relais 5 an dem Verbraucheraußenwiderstand 6 hervorzurufenden Spannungsänderungen sind nicht stetig, sondern erfolgen vielmehr schrittweise. Jedoch lassen sich beliebig feine Abstufungen erzielen, wenn der Wert« bzw. die Anzahl der Sekundärwicklungen 5 nur genügend hoch gewählt wird.By actuating the relay 5 on the external consumer resistance The changes in voltage to be caused are not continuous, but rather take place step-by-step. However, any fine Achieve gradations if the value or the number of secondary windings 5 is only sufficiently high is chosen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers besteht in der niedrigen Zeitkonstante der Relais (elektrische + mechanische Zeitkonstante). Diese Zeitkonstante liegt bei handelsüblichen Relais selbst für erhebliche zu schaltende Leistungen nur in der Größenordnung von Millisekunden. A particular advantage of the power amplifier according to the invention is the low time constant the relay (electrical + mechanical time constant). This time constant is standard Relays only in the order of milliseconds for considerable power to be switched.
Gemäß F i g. 2 ist ein erfindungsgemäßer Leistungsverstärker 9 an eine ungeregelte Spannung 3 angeschlossen, welche in Form einer geregelten Spannung über Zuleitungen 10 an einen Verbraucher abgegeben werden soll. Eine Rückkopplungsleitung 11 führt die geregelte Spannung der Ausgangsleitungen 10 einem Meßwandler 12 bekannter Art zu, dessen Ausgang an einem Differenzwertbilder 13 liegt. Der Differenzwertbilder 13 ist zusätzlich zu dem Ausgang des Meßwandlers 12 durch eine Bezugsspannung einer Batterie 14 beaufschlagt und gibt ein der Regelabweichung entsprechendes Signal zu einem Steuerschalter 15 ab. Der Steuerschalter 15 weist η Ausgangsleitungen 16 auf, deren jede ein Schaltrelais 5 des Leistungsverstärkers 9 steuert.According to FIG. 2, a power amplifier 9 according to the invention is connected to an unregulated voltage 3, which is to be output in the form of a regulated voltage via feed lines 10 to a consumer. A feedback line 11 feeds the regulated voltage of the output lines 10 to a measuring transducer 12 of known type, the output of which is connected to a difference value generator 13. In addition to the output of the transducer 12, the difference value former 13 is acted upon by a reference voltage of a battery 14 and sends a signal corresponding to the control deviation to a control switch 15. The control switch 15 has η output lines 16, each of which controls a switching relay 5 of the power amplifier 9.
Gemäß F i g. 3 liegt eine Dreiphasenspannung über Zuleitungen 3 an einem erfindungsgemäßen Leistungsverstärker, welcher über Zuleitungen 17' einen Heizungswiderstand 18 eines Ofens 19 beaufschlagt. Das Ausgangssignal eines Meßwandlers 21 (ζ. B. Thermokreuz) gelangt zu einem Analog-Digital-Wandler (20) bekannter Art. Das Ausgangssignal 26 des Wandlers (20), welches in Form von η Binärzahlen vorliegen kann, gelangt zu einer Digitalvergleichsstufe 23, welche gleichzeitig über eine Leitung 25 durch den Ausgang eines programmgesteuerten Führungsgrößengebers 22 beaufschlagt ist. Die Digitalvergleichsstufe 23 liegt ausgangsseitig über η Ausgänge an Relais S1 bis 5„ des erfindungsgemäßen Leistungsverstärkers 17. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit von der jeweils durch das Programm an dem Führungsgrößengeber 22 eingestellten Führungsgröße die Temperatur des Ofens 19 geregelt.According to FIG. 3, a three-phase voltage is applied via supply lines 3 to a power amplifier according to the invention, which acts on a heating resistor 18 of a furnace 19 via supply lines 17 '. The output signal of a transducer 21 (ζ. B. thermal cross) reaches an analog-digital converter (20) of known type. The output signal 26 of the converter (20), which can be in the form of η binary numbers, reaches a digital comparator 23, which is acted upon at the same time via a line 25 by the output of a program-controlled command variable generator 22. On the output side, the digital comparison stage 23 is connected to relays S 1 to 5 ″ of the power amplifier 17 according to the invention via η outputs.
Der erfindungsgemäße Leistungsverstärker läßt sich, ähnlich wie in den Anordnungen nach F i g. 2 und 3, ίο z. B. auch bei folgenden Aufgaben anwenden:The power amplifier according to the invention can, similarly to the arrangements according to FIG. 2 and 3, ίο z. B. can also be used for the following tasks:
Leistungsverstärkung zum Antrieb sowie zur Steuerung von Produktionsmaschinen (geöffneter Regelkreis);Power amplification for the drive as well as for the control of production machines (open Control loop);
Antrieb von Maschinen mit veränderlicher Drehzahl; Driving machines with variable speed;
Steuerung oder Regelung von Elektrolysevorgängen; Control or regulation of electrolysis processes;
Leistungsverstärkung in einem Folgereglersystem, wobei insbesondere die geringe Zeitkonstante zur Geltung kommt;Power amplification in a slave control system, in particular the low time constant for Applies;
Folgeregelung einer Position oder einer Geschwindigkeit; Follow-up control of a position or a speed;
Heizungssteuerung;Heating control;
Steuerung von Wechselspannungen großer Leistung; Control of high power alternating voltages;
Anwendung bei Digital-Analog-Wandlern und Leistungsverstärkern für Prozeßsteuerungen mit zentraler Steuerung und Kontrolle durch digitale Rechner.Used in digital-to-analog converters and power amplifiers for process controls central control and monitoring by digital computers.
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| DE102008015819B3 (en) * | 2008-03-27 | 2009-11-12 | Zinoviy, Lerner, Dipl.-Ing. | Regulator for regulating alternating voltage, has secondary winding comprising non-switchable section and multiple switchable sections, where number of windings of non-switchable section and switchable sections is equal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH420373A (en) | 1966-09-15 |
| GB1080008A (en) | 1967-08-23 |
| FR1387297A (en) | 1965-01-29 |
| NL6414751A (en) | 1965-06-21 |
| BE656812A (en) | 1965-06-08 |
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