DE1513142A1

DE1513142A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Stabilisierung der Stromverteilung von parallelgeschalteten elektronischen Stromreglern

Info

Publication number: DE1513142A1
Application number: DE19651513142
Authority: DE
Inventors: Georg Hecht; Karl Sacher
Original assignee: Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Current assignee: Tekade Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Priority date: 1965-12-14
Filing date: 1965-12-14
Publication date: 1969-02-27
Also published as: GB1138748A; US3466455A

Description

NÜRNBERG 1 5 1

Schaltungsanordnun2_und_Verfahren_zur^Stabilisierun2_der_Stroniverteilung von rcarallelgeschalteten ^e^^e'^1<iE^on^S£GSi}_§i£22i!^e.SiSED

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahre zur Stabilisierung der Stromverteilung parallelgeschalteter elektro nischer Stromregler, die aus jeweils einer, als veränderlicher Widerstand dienender und mit dem Verbraucher in Serie geschalteter Elektronenröhre, einem Sollwertgeber und einem Regelverstärker bestehen.

In Seekabel eingeschaltete Unterwasserverstärker werden von Küst Stationen aus über den Innenleiter des koaxialen Seekabels mit Gleistrom ferngespeist. Zur Erzielung einer möglichst langen Lebensdau der in den Unterwasserverstärkern verwendeten Elektronenröhren muß dieser Fernspeisestrom außerordentlich konstant gehalten werden. Λ diesem Grund müssen die in Küstenstationen verwendeten Gleichstromregler mit großer Genauigkeit arbeiten. Auch ihre'-Betriebssicherhe: muß außerordentlich groß sein, weil bei Ausfall des Fernspeisestromc die gesamte Nachrichtenübertragung unterbrochen und durch die dabei auftretenden Abkühlungs- und Erwärmungsvorgänge die lebensdauer der Elektronenröhren herabgesetzt wird.

Zur Gewährleistung der erforderlichen Betriebssicherheit werden deshalb in den Küstenstationen jeweils zwei miteinander parallelpeschaltete Fernspeisestromregler angeordnet. Bei Normalbetrieb liefe jeder dieser beiden Regler die Hälfte des benötigten Stromes; bei Ausfall eines Stromregiers muß jedoch der andere Stromregler automatisch und unterbrechungsfrei den vollen erforderlichen Strom abgeben. Die beiden Stromregler sind vollkommen gleichartig aufgebaut so daß bei Ausfall eines Reglers der andere als vollkommen selbständiger Regelkreis an die Stelle der Parallelschaltung treten kanr

Um zu erreichen, daß der eine Regler bei Ausfall des anderen Reglers automatisch den vollen Strom liefert, müssen die beiden Regel-• kreise miteinander gekoppelt werden. Ein einfaches Verfahren, das keine zusätzlichen Bauteile oder Einrichtungen - die ja eine Ver-

QRlGiNAL INSFCCTS3 909809/Q439 " . COPY

β2 ί.ίί 10W0

G. FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. _{Dat Blattl} NÜRNBERG IO IO !4^! ^⁵' ^1:L' ^iybi>

Pat/Pe/Gr

■βατ ringerung der Gesamtzuverlässigkeit herbeiführen würden - benötigt, besteht darin,-für beide Regelkreise einen gemeinsamen Meßwiderstand aber getrennte Sollwertgeber zu verwenden. Die Sollwertgeber der beiden Regelkreise sind dabei auf den Nennwert des Fernspeisestromes r eingestellt, während jeder R2 gier nur die Hälfte des Fernspeise-Stromes liefert. Bei Ausfall einer Regeleinrichtung erhöht die andere Regeleinrichtung ihren Strom automatisch, bis der durch den Meßwiderstand fließende Strom wieder den durch den Sollwertgeber vorgeschriebenen Wert erreicht hat.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Stromverteilung zwischen zwei Stromreglern, die die erforderliche hohe Genauigkeit besitzen und unter Verwendung eines gemeinsamen Meßwiderstandes t>arallel geschaltet sind, nicht stabil ist. Ändert sich der Strom, eine Reglers, z.B. unter dem Einfluß einer Störgröße, so wird durch diese Änderung der andere Regler veranlaßt, seinen Strom in entgegengesetzter Weise zu ändern. Die Lage des Arbeitspunktes würde sehr labil werden. Die Verhältnisse sind um so kritischer, je genauer die parallelgeschalteten Regler arbeiten und je kleiner ihre p-Fehler sind.

Ein Regler hätte ohne p-Fehler eine vollkommen horizontal verlaufende Regelcharakteristik und es wäre unmöglich, bei zwei Oarallelgeschalteten Reglern einen stabilen Arbeitspunkt zu erreichen. Infolge des p-Fehlers ist jedoch die Regelcharakteristik jedes Reglers mehr oder weniger stark geneigt und es ergibt sich ein Schnittpunkt, der einen momentan stabilen Arbeitspunkt darstellt.. Dieser Arbeitspunkt wird sich jedoch unter dem Einfluß von Störgrößen ständig verschieben, weil jede Störgröße eine Verschiebung der Regelcharakteristik in der Größenordnung des p-Fehlers, also der Gesamtneigung verursachen kann.

Ein bekanntes Verfahren zur Stabilisierung des Arbeitspunktes bei Parallelschaltung von zwei Stromreglern besteht darin, jedem Regler eine genau definierte Kennlinie mit bestimmter Neigung zu geben, so daß sich ein Schnittpunkt ergibt, der einen stabilen

Arbeitspunkt darstellt.

909809/0439

FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. Dotum,25. 11. 1965 Blatt: - NORNBERG | 0 I O I 4 I

Pat/Pe/Gr

P_28O J

In Fig. 1 ist dies graphisch dargestellt; auf der linken Ordinate ist der Sollwert des Reglers A und auf der rechten Ordinate der Sollwert des Reglers B in stark vergrößertem 1-faßstab aufgetragen. Auf der Abszisse ist der von den Reglern gelieferte Prozentsatz des rernspeisestromes aufgetragen und zwar für den Regler A von links nach rechts und für den Regler B von rechts nach links. Damit die durch die Kennlinienneigung bedingte Abweichung des Speisestromes der Unterwasserverstärker vom Sollwert bei Ausfall eines Reglers möglichst klein bleibt, muß die Neip.ung der Kennlinien möglichst gering sein.

Da die Kennlinienneigung also außerordentlich genau eingehalten werden muß, ist es erforderlich, daß die durch den p-Fehler verursachte, bei einem Proportionalregler ohnehin vorhandene natürliche Kennlinienneigung um eine Größenordnung kleiner ist als die künstlich erzeugte Neigung.

Es sind bereits Schaltungen zur Erzeugung solcher künstlicher Kennlinienneigungen bekannt geworden, die jedoch einen außerordentlichen hohen Aufwand an Bauelementen erfordern. Wegen der unvermeidbaren Temperaturabhängigkeit dieser Bauelemente muß die Neigung der Kennlinien relativ groß gemacht werden, um eine ausreichende Stabilität des eingestellten Arbeitspunktes zu erreichen.

Diese Nachteile lassen sich mit der Schaltung gemäß der Erfindung mit einem Mindestmaß an Aufwand dadurch vermeiden, daß zur Erzeugung der gewünschten Kennlinien im Stromweg jedes der beiden Stromregler je ein Meßwiderstand angeordnet ist und die beiden Regler über einen weiteren gemeinsamen Heßwicerstand so -miteinander gekoppelt sind, daß die beiden Meßwiderstände der beiden Regler jeweils nur von dem Teilstrom des ihnen zugeordneten Rerlers durchflossen werden.

Weitere "erkmale der Erfindung bestehen darin, daß der Spannungsabfall an dei:. beiden Reglern gemeinsamen Teilwiderstand R zu dem jeweiligen Spannungsabfall an dem jedem Reeler zugeordneten Teilwider-

909809/0439

BAD ORIGINAL

FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. NÜRNBERG

P 230

Γ ι q -1 / O

Datum:25. 11 Pat/Pe/Gr

.stand Ra bzw. Rb direkt addiert und jede dieser Summenspannungen mit ₍der Bezugsspannung ihres zugehörigen Reglers direkt verglichen wird, 'und darin, daß das Verhältnis der Widerstandswerte des gemeinsamen Meßwiderstandes R zu dem jedem Regler zugeordneten Meßwiderstand Ra bzw. Rb so gewählt wird (z.B. 100 : 1), daß sich bei nahezu konstantem Summenstrom eine genau definierte Stromverteilung zwischen den parallel geschalteten Reglern einstellt.

Im nachstehenden wird die Erfindung anhand der Figuren 2 und 3 der Zeichnung im einzelnen näher beschrieben und erläutert:

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines dem Stand der Technik entsprechenden Fernspeisestromreglers. Mit 1 ist ein Netzteil bezeichnet, in dem die Netzspannung transformiert, gleichgerichtet und geglättet wird. Die in Serie mit dem Verbraucher liegende Elektronenröhre 2 dient als veränderlicher Widerstand, mittels dessen der Strom unabhängig von Schwankungen der Netzspannung und der Belastung konstant gehalten werden kann.

An dem Strom-Meßwiderstand R, der im Stromweg zwischen Serienröhre und' Verbraucher liegt, wird der Istwert des Stromes gemessen und mit dem vom Sollwertgeber erzeugten Sollwert verglichen. Die Differenz dieser beiden Meßwerte wird in einem Regelverstärker 3 verstärkt und als Stellgröße dem Steuergitter der Serienröhre zugeführt, wodurch sich deren Innenwiderstand so verändert, daß im Verbraucher 5 stets, ein konstanter Gleichstrom fließt.

Fiß. 3 zeigt die Parallelschaltung von zwei solchen durch einen gemeinsamen Keßwiderstand R gekoppelten Stromreglern mit den zur Stabilisierung der Stromverteilung und zur Erzeugung der Kennlinienneigung notwendigen Widerstände Ra und Rb.

Die von den beiden miteinander parallel geschalteten Fernspeisestroir.reglern Λ und b gelieferten Teilströme Ia und Ib durchfließen zuerst die jedem Regler zugeordneten Meßwiderstände Ra und Rb und

BAD OHiGiWAL

909809/0439

COPY

FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. " j NQRNBERG

' P 280

Datums25» 11. lS65Blattt Pat/Pe/Gr

addieren sich im Punkt M zum Fernspeisestrom If. Die jeweiligen Spannungsabfälle Ia · Ra bzw. Ib · Rb die von den Reglerteilströmen Ia und Ib an den von ihnen durchflossenen Meßwiderständen Ra und Rb nerve ι gerufen werden und der Spannungsabfall If · R an dem vom Summenstrom durchflossenen Meßwiderstand R werden addiert und direkt mit den Re fe- [ renzspannungen der Sollwertgeber 4a bzw. Ub der jeweiligen Regelkreis·: verglichen. Die Summe der Spannungsabfälle an Ra und R bzw. P.b und R wird konstant gehalten. Steigt beispielsweise der von einem Regler geliefe--c Teilstrom an, so verringert sofort der andere Regler seiner Teilstrom, damit die Summe der beiden Ströme auf dem Wert gehalter. ,wird, der durch die von seinem Sollwertgeber vorgegebene Referenzspannung festgelegt ist. Bei jeder Änderung der Teilströme ändern sich entsprechend auch die Spannungsabfälle an den Meßwiderständen Ra und Rb. Diese Spannungsabfälle addieren sich so zu den von den Sollwertgebern vorgegebenen Referenzspannungen, daß sich die resultierende Referenzspannung des Reglers erhöht, bei dem dieser Spannungsabfall gesunken ist und sich bei dem Regler erniedrigt, bei dem dieser Spannungsabfall gestiegen ist.

Der Strom im Regler A wird Null, wenn der Regler B seinen Strom soweit gesteigert hat, daß der von ihm gelieferte Strom an R einen Spannungsabfall erzeugt, der genau se groß ist wie die Summe der beiden Spannungsabfalle an Ra und R vorher war, weil der Spannungsabfall an Ra jetzt Null geworden ist.

Fällt, ein Fernspeisestromregler dieser Parallelschaltung aus, muß der andere seinen Strom steigern bis die Summe der beiden Spannungabfalle an Ra und R bzw. Rb und R wieder gleich der Referenzspannung i3t. Da aber durch den Meßwiderstand Ra bzw. Rb jetzt der Gesamtstrom fließt, wird dieser Fernspeisestrom If etwas kleiner sein als bei Parallelbetrieb, weil der Spannungsabfall am Meßwiderstand sich ungefähr verdoppelt hat.

R_a bzw.

909809/0439

BAD ORIGINAL

COPY

FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. NÜRNBERG

P 280

151 31 £2 Datum« 25. 11. 196$latti Pat/Pe/Gr

^r Die Kennlinienneigungen der beiden Regler werden also ausschließlich durch die Widerstände Ra und Rb bestimmt und zwar in der Weise,' daß die Neigungen um so größer werden, je größer bei konstantem Strom R die Teilwiderstände Ra bzw. Rb gemacht werden. Da zur Erzeugung der gewünschten Kennlinien somit je nur ein Widerstand mit sehr geringem Temperaturkoeffizienten benötigt wird, ist die Stabilität der auf diese Weise erzeugten Kennlinie sehr groß und man kann die Neigungen der Kennlinien außerordentlich klein machen, so daß die bleibende Abweichung vom Sollwert gering bleibt.

PatentansDrüche :

BAD-ORIGiNAL

909809/0439

Claims

8. 9. 196 5 Blatt» - F. & G. FERNMELDEANLAGEN G.M.B.H. NÜRNBERG I Pat/Fr/Gr 1513H2 P_28O , Patentansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Stromverteilung von. parallelgeschalteten elektronischen Stromreglern, die aus jeweils einer, als veränderlicher Widerstand dienenden und mit dem Verbraucher in Serie geschalteten Elektronenröhre (la, Ib), mit einem Sollwertgeber (4a ^ 4b) und einem Regelverstärker (3a, 3b) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromweg jeder der beiden Stromregler je ein Meßwiderstand (Ra, Rb) angeordnet ist und die beiden Regler über einen weiteren, gemeinsamen Meßwiderstand. (R) so miteinander gekoppelt sind, daß die beiden Meßwiderstände (Ra, Rb) der beiden Regler jeweils nur von dem Teilstrom des ihnen zugeordneten Reglers durchflossen werden.

2. Verfahren zur Stabilisierung der Stromverteilung von parallel^eschalteten elektronischen Stromreglern unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall an dem beiden Reglern geneinsamen Teilwiderstand (R) zu dem jeweiligen Spannungsabfall an dem jedem Regler zugeordneten Teilwiderstand (Ra, Rb) direkt addiert und jede dieser Summenspannungen mit der Bezugsspannung ihres zugehörigen Rerlers direkt verglichen wird.

3. Verfahren zur Stabilisierung der Stromverteilung von paralleleeschalteten elektronischen Stromreglern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Widerstandswerte des remeinsamen Meßwiderstandes (R) zu dem jedem Regler zugeordneten Meßwiderstand (Ra, Rb) so gewählt wird (z.B. 100 : 1), daß sich bei nahezu konstantem Summenstrom eine genau definierte Stromverteilung zwischen den parallelgeschalteten Stromreglern einstellt.

BAD ORIGINAL

909809/0439