-
"Regler mit einen zu Eingenschwingungen angeregte Schaitverstärker"
Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler mit einem Schaltverstärker, bei dem
in Ausgangsparallelresonanzkreisen Eigenschwingungen angeregt werden und eine RUckkopplung
über eine Brückenschaltung erfolgt,die mindestens ein durch die Eingangsgröße des
Reglers veränderbares Abgleichelement enthält, das Größe und Wirkungssinn der Rückkopplung
beeinflußt.
-
Derartige Merkmale weist zun Beispiel der in der deutschen Patentschrift
1.219.574 beschriebene Regler auf. Um bei diesem Regler sowohl bei einer positiven
als auch einer negativen Eingangsgröße einen Schwingungseinsatz des Verstärkers
zu Schaltzwecken nach Art eines Dreipunktreglers zu bewirken, sind im Ausgang des
Verstärkers zwei auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Resonanzkreise angeordnet
zusammen
mit Übertragen zur Rückkopplung der Ausgangsgröße auf die im Eingang des Verstärkers
befindliche Brückenschaltung. Je nachdem, welche Polarität die dem Eingang zugeführte
Gleichspannungsgröße aufweist, wird eine Schwingung angefacht, die der Resonnanzfrequenz
des einen oder des anderen Resonnanzkreises in ausgang entspricht. Ist keine Eingangaspannung
vorhanden, so befindet sich die Brückenschaltung im abgeglichenen Zustand und die
Übertragung eines Rückkopplungssignales vor Auagang des Verstärkers in den Eingang
ist nicht möglich, so daß kein Schwingungseinsatz des Verstärkers erfolgen kann.
Zu Regelzwecken können als Schaltglieder zwei Relais benutzt werden, die jeweils
ansprechen, wenn die eine oder andere Resonanzschwingung einsetzt.
-
Der schaltende Regler der Erfindung, der ebenfalls Dreipunktverhalten
aufweist, ist wesentlich einfacher aufgebaut. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß
im Ausgang des Verstärkers nur ein einziger, an eine Wechselspannungsquelle angeschlossener
Parallelresonnanzkreis vorgesehen ist, der über die Brückenschaltung in den Verstärkereingang
ein Rückkopplungssignal in Abhängigkeit von der Polarität der Eingangs spannung
derart einspeist, daß er Eigenschwingungen jeweils während der positiven oder negativen
Halbwellen der Wechselspannungsquelle ausführt und daß durch die Resonanzechwingungen
ein Halbleiterschalter gesteuert
ist mit zwei parallelen, so an
der Wechselspannungsquelle liegenden und gleichsinnig gepolte Gleichrichter enthaltenden
Arbeitskreisen, daß in Abhängigkeit von den positiven oder negativen Halbwellen
der Wechselspannung, bei denen eine Öffnung des Halbleiterschlaters bewirkt wird,
jeweils der eine oder andere Arbeitskreis Strom führt. Ein wesentlicher Unterschied
des erfindungsgemäßen Reglers gegenüber dem bekannten Regler besteht somit unter
anderem darin, daß die gleiche Funktion mit nur einem Resonanzkreis ii Ausgang des
Verstärkers erzielt wird.
-
Da bei einem derartigen Regler auch das Bedürfnis besteht, das plötzliche
Einsetzen der Schwingung und damit das Auftreten des Auagangssignale in gewissen
Grenzen einem bestimmten Eingangswert zuordnen zu können, d.h. die tote Zone, welche
die Ansprechempfindlichkeit des Reglers bestimmt, einstellbar zu machen, ist in
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dem Verstärkereingang synchron mit der Netzfrequenz
eine in der Amplitude einstellbare vorzugsweise rechteckförmige Wecheelepsnnung
zuzuführen.
-
Außerdem wird in Weiterbildung der Erfindung den Veretirkereingang
noch eine aus den beiden Arbeitskreisen des Halbleiterschalters abgeleitete einstellbare
Gleichepannung mitkoppelnd zugeführt, deren Polarität jeweils davon abhängt,
welcher
Verbraucherkreis Strom führt. Durch diese Maßnahme läßt sich erreichen, daß das
Abreißen der Schwingung bei kleineren Absolutwerten der Verstärkereingangsgröße
erfolgt, so daß die sogenannte Schalthysterese des Reglers, d.h. der Abstand zwischen
Ein- und Ausschaltpunkt bei positivem bzw. negativem Eingangssignal,einstellbar
ist.
-
Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2a...2f und Fig. 3
verschiedene Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise.
-
Gemäß Fig. 1 ist dem Verstärker V über den Widerstand R1 die Eingangaspannung
U zugeführt, die normalerweise der Regelabweichung entspricht und demnach sowohl
positive als auch negative Werte annehmen kann. In der Endstufe des Verstärkers
befindet sich als Arbeitwiderstand ein Parallelresonanzkreis C1, W1, und zwar ist
der verstärkerseitige Anschluß über eine Mittelanzapfung der Induktivität W1 vorgenommen,
während die Speisespannung dieser Verstärkeretufe von der Sekundärwicklung des Netztransformators
T geliefert wird, die huber Gleichrichter D1 und 1)2 mit den Enden der als Spule
ausgebildeten Induktivität W1 verbunden ist. Die Induktivität W1 bildet die Primärwicklung
eines Ubertragers Ü
mit den beiden Sekundärwicklungen W2 und 3.
Die Wicklung W3 ist durch eine Mittelanzapfung in zwei gleiche Hälften aufgeteil,
die mit zwei Kapazitätsdioden K1, K2 ein Brückenschaltung B bilden, die symmetrisch
in den Eingangskreis des Verstärkers eingefügt ist, indem die Mittelanzapfung an
die eine Eingangsleitung und der diagonal dazu liegende Brückenpunkt an die andere
Eingangsleitung des Verstärkers angeschlossen ist. Mit Hilfe des Übertragers 8,
der Setundärwicklung W3 und der Brückenschaltung B erfolgt über den Kondensator
C2 eine RUckkopplung der Ausgangsgröße des Verstärkers auf den Verstärkereingang.
Die Dimensionierung und Funktion der BrückenschaLtung ist analog der Brückenschaltung
im Ausführungsbeispiel Fig. 1 der deutschen Patentschrift 1.219.574. Daaißer den
beiden Spulenhälften auch die Kapazität 5 dioden durch Aussuchen bzw. Abgleich durch
parallelgeschaltete Trimmer identisch sind, die Brücke also abgeglichen ist, kann
eine Übertragung eines Rückkopplungssignales nur dann erfolgen, wenn die Kapazitätsdioden
durch eine poaitive oder negative Eingangs spannung U eine unterschiedliche Kapazitätsänderung
erfahren, die Brücke also verstimmt wird.
-
Eine weitere Wicklung W2 des Übertragers Ü liegt im Stru rkreis einee
Thyristors H. Der Arboitekreie dieses Thyristors wird von der Sekundärwicklung des
Netztransformators T gespeist,
und zwar liegt eine Arbeitselektrode
des Thyristors an der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung und die andere über zwei
aus Serienschaltungen eines Verbraucherwiderstandes R3 bzw. R4 mit einer Diode D3
bzw. D4 bestehenden Leitungszweigen an den Wicklungsenden der Sekundärwicklung.
-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung dienen die Figuren
2a bis 2f, wobei in Fig. 2a der Verlauf der Netzwechselspannung dargestellt ist
und in Fig. 2b eine von positivem zu negativem Wert wechselnde Eingangs spannung
U des Verstärkers. Es sei zunächst angenommen, daß ein positiver Wert von U die
Brückenschaltung im Verstärkeeingang durch die Kapazitätsänderung der Kapazitätedioden
so verstimmt, daß bei jeder positiven Halbwelle der Meßspannung (Fig. 2a) das Rückkopplungssignal
mitkoppelnd wirkt und dadurch der Veratärker schwingt mit einer Eigenfrequenz des
Resonanzkreises, die erheblich höher ist als die Netzfrequenz. Damit die Schwingung
einsetzt, ist ein gewisser Mindestwert von U erforderlich. Während der negativen
Halbwellen der Netzspannung ergibt sich aufgrund der Anschaltung der als Primärwicklung
des Übertragers Ü wirkenden Wicklung Wi des Parallelresonanzkreises an den Ausgang
des Verstärkers und der Speisung Uber die Dioden D1 und D2 aus dem Netztransformator
T ein gegenkoppelndes Rückkopplungssignal, so daß die Verstärkerschwingung unterbleibt.
Der
Verstärker schwingt während der negativen Halbwellen der Netzspannung
Jedoch dann, wenn die Eingangsepannung U negativ wird, da der Übertragungsfaktor
der Brückenschaltung und damit die Kreisverstärkung in diesem Fall ein anderes Vorzeichen
bekommt. Es ergibt sich somit, wie in Fig. 2c dargestellt, daß der Verstärker in
Abhängigkeit vom Vorzeichen einer hinreichend großen Eingangsepannung entweder während
der positiven oder während der negativen Halbwellen der Netzwechselspannung mit
der Eigenfrequenz des Resonanzkreises schwingt. An der Sekundärwicklung 12 des Übertragers
entsteht dann der in Fig. 2c dargestellte Spannungsverlauf. Die in den Steuerkreis
des Thyristors H eingeschaltete Wicklung W2 bewirkt, daß der Thyristor zu Beginn
der entsprechenden Halbwellen der Netzfrequenz nach erfolgtem Schwingungseinsatz
für die Dauer einer Halbperiod.
-
der Netzfrequenz öffnet. Aus der Anschaltung der Arbeiteelektroden
des Thyristors zusammen mit den Arbeitswiderständen R3,und R4 sowie den Dioden D3
und D4 an die Sekundärwicklung des Netztransformators T in der bereits beschriebenen
Weise folgt der in den Figuren 2d und 2e dargestellte Spannungsverlauf an den Arbeitswiederständen
R3 und R4. Je nachdem, ob die Eingangsspannung U positiv oder negativ ist, fließt
entweder Uber den Arbeitewiderstand R3 oder über den Arbeitswiederstand R4 ein Strom.
Ist die Eingangespannung Null bzw. liegt sie innerhalb der Aneprechschwelle des
Verstärkeres, so sind beide Arbeitswiederstände stromlos, da in
diesem
Fall wegen Fehlens einer Resonanzschwingung der Thyristor H dauernd gesperrt ist.
-
Die Arbeitswiderstände R3 und R4 könnenbeispielsweise Relaiswicklungen
sein, wobei durch entsprechende Maßnahion dafür gesorgt wird, daß ein Flattern der
Relais infolge des pulsierenden Stromverlaufes vermieden ist. Mit Hilfe der Relaiskontakte
kann in bekannter Weise ein Stellmotor gesteuert werden Das Schaltverhalten des
Reglers ist in Fig. 9 dargestellt.
-
Die tote Zone, welche die Ansprechempfindlichkeit des Reglers bestimmt,
ist gleich der Summe der fUr die Erregung beider Relais notwendigen Verstärkereingangsspannungen
U1 und U2. Die sogenannte Hysterese ist die dem Unterschied zwischen Ein- und Ausschaltpunkt
des Reglers enteprechende Änderung hl bzw. h2 der Eingangsspannung.
-
Wie bereits erwähnt, kann die tote Zone dadurch einstellbar gemacht
werden, daß dem Eingang des Verstärkers synchron mit der Netzfrequenz eine in der
Amplitude s.B. iit Hilfe eines Spannungsteilers einstellbare, vorzugsweise rechteckförmige
Wechselspannung zugeführt wird. Durch synchrone Wechselspannungen anderer Kurvenform
läßt sich auch der Mittelwert der den beiden Verbraucherkreisen sugeführten pulsierenden
Spunung steuern.
-
Außerdem läßt sich die Hysterese des Reglers dadurch ändern, daß dem
Eingang eine aus den beiden Schaltkreisen abgeleitete einstellbare Gleichspannung
ritkoppelnd zugeführt wird.
-
Die Spannung wird an Zusatzwiderständen abgegriffen, die so angeordnet
und bemessen sind, daß ihre Polarität beim Unschalten der Schaltkreise wechselt,
die Spannungswerte in ihrem Betrag jedoch einander entsprechen. Auf diese Weise
können z.B. ebenfalls mit Hilfe eines Potentiometers die beiden Ausschaltpunkte
Al und A2 gleichmäßig kleineren Eingangsspannungen zugeordnet werden, was eine Vergrößerung
der Hysterese bewirkt.