DE2018343A1 - Kreisschaltung zur Auswertung einer Phasenverschiebung - Google Patents

Description

Die Jirfindung bezieht sich auf eine Kreisschaltung zur Auswertung der Phasenverschiebung von zwei elektrischen Spannungen gleicher Frequenz, insbesondere der Speisespannung und der induzierten Spannung von Selsynen, Die Ausgangscharakteristik ist linear, mit der Möglichkeit der Wahl von beliebigen Quadranten, durch die sie durchgehen soll.

In der Regulationstechnik, die in der Industrie angewendet wird, erscheint sehr oft die anspruchsvolle Aufgabe, die in der kontinuierlichen Ferneinstellung der Grüße des elektrischen Steuersignals oder evtl. in der Feststellung der Lage von Mechanismen bei der Lagerregelung bestehtc

233-(S 66514-V 3O1O)-Tp-r (7) ■-"■...

BAD ORIGINAL

009843/1705

20183A3

Eine von den bekannten und sehr verbreiteten Methoden benutzt dazu die Selsynej eine Windung wird gespeist, und von der anderen wird die induzierte Spannung, die von der gegenseitigen Lage der beiden Windungen abhängig ist, aufgenommen. Die Auswertung geschieht so, daß die Größe der induzierten Spannung direkt gemessen oder mit Hilfe von Phasendiskriminatoren festgestellt wird»

Diese Lösung hat aber verschiedene Nachteile, der Verlauf der Ausgangsspannung ist nicht linear, und dabei ^ zeigt sich auch, eine gewisse Empfindlichkeit auf die Störsignale, auf die Schwankung der Speisespannung und gewöhnlich auch auf den verhältnismäßig kleinen brauchbaren Drehbereich des Selsyns.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Linearität der Ausgangsspannung, eine hohe Genauigkeit und eine Verminderung der Einflüsse der fdremden Störsignale zu erreichen.

Gegenstand der Erfindung, mit der diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Kreisschaltüng zur Auswertung der Phasenverschiebung von zwei elektrischen Spannungen gleieher Frequenz mit einer linearen Ausgangscharakteristik, besonders für die Feststellung der Phasenverschiebung der Statorspannung und der Rotorselsynspannung| mit dem Kennzeichen, daß der Eingangskreis, der zur Umformung und zur Gestaltung der Eingangsreferenzspannung und der gemessenen Spannung- bestimmt ist, mittels seines Ausgangs mit einem Diskriminationskreis und einem Auswertungsglied zur Auswertung des Sinnes der Phasenverschiebung verbunden ist, wobei dieses Auswertungsglied direkt mit einaiu Stromausgangswandler verbunden ist, während der Diskrimi-

BAD ORIGINAL

009843/1705

nationskreis rait dem Stromausgangswandler mittels eines Veretärkerglieds verbunden 1st.

In das Eingangsglied werden zwei Spannungen von gleicher Frequenz und gegenseitig phasenverschoben gemessene Spannung und Referenzspannung eingeführt. Diese Spannungen können durch Transformatoren angepaßt, gefiltert und durch ein Umformungsgiled gestaltet werden, soweit sie in den vorangeschalteten Kreisen noch nicht umgestaltet worden sind» Die umgeformten Spannungen werden weiter in ein Diskriminatorglied geführt, das einen oder mehrere Phasendlskriminatoren und ein Summeiiglied enthält.

Hier wird die eigentliche Feststellung.der Große der Phasenverschiebung durchgeführt, die in dem Diskriminatorglied in die rechtwinkligen Impulse gleicher Frequenz wie die Referenzspannung und mit veränderlicher Breite, die der Phasenverschiebung proportional ist, umgewandelt wird. Gleichzeitig wird die umgeformte Spannung aus dem Ausgangsglied auch in das Glied zur Feststellung des Phasensinnes geführt, an dessen Ausgang ein Signal mit zwei Positionen zeigt, daß die gemessene Spannung der Referenzspannung voreilt oder nacheilt. Dieser Ausgang wird dann in den Kreis des Stroraumformers eingeschaltet, wodurch der Verlauf der Charakteristik bzw. Qüadrante, durch die die * Charakteristik 'durchlauft, beeinflußt wird.

Aus dein Diskriminatorglied wird die Spannung in das Verstärkungsglied geführt., dessen Aufgabe in Verstärkung, des Signals, Durchführung der Inversion und Blockieren durch das äußere Signal liegt.

Der Ausgangsstromwandler soll die in der Breite mo-

BAD OBIGlMAt

009843/1705

dulierte Eingangsspannung auf den Eingangsstrom von genauer Abhängigkeit von der Breite der Eingangsspannung umformen und die Wahl von Quadranten, durch die die Ausgangscharakteristiken durchgehen sollen, ermöglichen.

Eine Schaltung des Eingangsgliedes ist derart, daß die Referenzspannung nicht umgeformt sein muß, während die gemessene Spannung nach Spannungsanpassung und Filtration umgeformt wird und gleichzeitig zwei Ergänzungsspannungen erreicht werden. Das macht es dann möglich, die Ausgangsimpulsfrequenz aus dem Diskriminatorglied zu verdoppeln.

Für eine höhere Dynamik ist es möglich, entweder die Grundfrequenz oder ein mehrphasiges System, z_e B^ dreiphasiges System zu benutzen. Der Eingangskreis läuft dann durch ein UND-Glied und ein ODER-Glied zur Gewinnung eines resultierenden Signals höherer Frequenz, wobei die Ausgangsspannung des resultierenden Gliedes und Inversion dieser Spannung auf dem Inverterausgang die Eingangsspannuiig für den Diskriminator und für das Auswertungsglied des Phasensinnes bilden«

Das Diskriminatorglied hat zwei Multiplikationsglieder , auf denen immer die Konjunktion von zwei Spannungen durchgeführt wird, und zwar einer Referenzspannung und einer gemessenen Spannung. Den verschiedenen Multiplikationsgliedern werden gegenseitig Ergänzungsspannungen - um 180 verschoben - zugeführt. Die Ausgänge der Multiplikationsglieder werden im Summen-Glied addiert, und das Resultat davon ist eine doppelte Ausgangsfrequenz,

Das Auswertungsglied eines Phasensinnes ist im Grunde

BAD ORiGS-NAL

009843/1705

-5 - - ■■■■;■

genommen ein Bistabilkreis, der durch die Impulswirkung über den Kondensator umkippt, und zwar nur in dem Pail, wenn die Spannung in einer anderen günstig gewählten Zuleitung eine geeignete Polarität aufweist.

Das Verstärkungsglied wird vorteilhafterweise aus zwei in Reihe geschalteten Invertern zusammengestellt, wodurch eine geeignete Polarität der Ausgangssignale und eine Verstärkung erreicht werden kann, und außerdem wird dadurch auch das Blockieren von Ausgangssignalen möglich gemacht.

Der Ausgangsstromwandler weist einige Grundteile auf_t und zwar vor allem einen Kreis, der durch eine stabilisierte Spannung gespeist wird, mit Widerständen und mit Tastendioden und Blockierungsdioden, Außerdem sind an dem Ausgang von vorgeschalteten Invertoren Polarisationsdioden angeschlossen, die die Funktion von Invertoren nur bei einer geeigneten Polarität der Ausgangsspannung begrenzen,,

Für weniger anspruchsvolle Anwendungen ist es möglich, den Kreis zu vereinfachen, so idaß degenerierte Schaltungen entstehen, die mit einer Ausnutzung, die halb so hoch wie die der oben angeführten Schaltungen ist, und mit einfachen Charakteristiken arbeiten. Der Eingangskreis, der einen Impulsformer hat, ist nur mit einem einzigen Multiplikationsglied des Diskriminatorkreises verbunden, dessen Ausgang direkt mit einem Ausgangsstromwandler verbunden ist und der einen Transistor, zwei Kollektorwiderstände und zwei Tastungsdioden hat, die mit Klemmen verbunden sind, denen eine genaue Spannung zugeleitet wird} und einen Ausgangswiderstand enthält, der mit der '

BAD ORIGINAL

009843/1705

Ausgangsklemme verbunden' ist.

Einen besonders vereinfachten Kreis bekommt man, wenn das Multiplikationsglied durch einen Transistor realisiert wird, wo eine Spannung in den Kollektor und die zweite Spannung in die Basis geleitet wird, wobei dieser Transistor in den Kreis des Ausgangestromwandlers eingeschaltet ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele veranschaulicht! es zeigen:

Fig. 1 ein Blockscheraa einer Kreisschaltung zur Auswertung einer Phasenverschiebung;

Fig» 2 ein Beispiel der Gesamtschaltung des Kreises zur Auswertung einer Phasenverschiebung und die innere Schaltung aller Hauptglieder dieses Kreises j

Fig. 3 eine Schaltung des Jiingangskreises bei dreiphasiger Speisung;

Fig. 4a, 4b, 4c drei Varianten einer Schaltung eines vereinfachten Kreises zur Auswertung einer Phasenverschiebung j und

Fig. 5 eine vereinfachte Schaltung eines Kreises mit einem DiskriminatorgJLied und einem Ausgangsstromwandler.

009843/1705

Der Eingangskreis 2 It» Fig. 2 besteht aus einem
Transformator 201, einem Filtrationskreis 202, einem
Formgebungskreis 210 und Zuleitungen 221 und 222 des Referenzsignals« An den Ausgangsklemmen 223 und 224 und
an den Klemmen 221 und 222 sind die Spannungen gegenseitig um 180 verschoben·

An dem Auegang des Eingangskreises 2 ist ein Diskriminationskreis J angeschlossen, der in diesem Falle aus
zwei Multiplikationsgliederii 31 und 32 und einem Summenglied 33 besteht. In jedes Multiplikationsglied 31 und werden erstens eine gemessene Spannung und zweitens eine Referenzspannung eingeführt, wobei die Eingangsspannungen der einzelnen Multiplikationsglieder 31 und 32 gegenseitig verschoben sind. Durch Summierung in dem Summenglied 33 wird dann die doppelte Frequenz erreicht, die
durch die llultiplikationsglieder 311 32 verarbeitet wird.

Das Auswertungsglied 4 zur Bestimmung· des Phasensinnes enthält einen bistabilen Kreis 400 mit den zugehörigen Dioden 410 und 413, Kondensatoren 421 bis 424 und Widerständen 431 bis 434.

Die Funktion des Verstärkergliedes 5 mit zwei Invertern ist die folgende: Die Inverter 51» 32 dienen zur Erreichung, der geeigneten Polarität der Signale zur Verarbeitung in dem Ausgangsstromwandler 6 und zur Verstärkung der Signale. Das Ausgangssignal des Verstärkergliedes 5 kann durch die Spannung, die der Klemme 53 zugeführt "wird, blockiert werden. Der Ausgangsstromwandler 6 ist an den Ausgang des Verstärkergliedes 5 angeschlossen und gewöhnlich mit einer Ausgangsklemme des Auswertungsgliedes 4 zur Bestimmung des Phasensinnes verbunden, und

0984371705

zwar je nach der verlangten Form der Ausgangscharakteristik des Ausgangsstromwandlers 6,

In dem Ausgangsstromwandler 6 werden die in der Breite modulierten Ausgangsspannungsimpulse in den Ausgangsstrom, der der Breite der Eingangsimpulse proportional ist, umgewandelt« Der Ausgangsstromwandler 6 enthält die Polarisationsdioden 601, 6O2, die die benutzte Polarität der Ausgangsspannung von iNvertoren des Verstärkergliedes 5 bestimmen. Die Aufgabe der Umschaltdioden 612, 613 besteht darin, die Polarität des gesamten Ausgangsstromes zu bestimmen, wenn dem Punkt 632 der Charakteristik die Spannung von dem Auswertungsglied 4 des Phasensinnes, und zwar von den Klemmen 441 bzw, 442 zugeführt wirde

Die Verteilerdioden 6i1_$ 6i4 bestimmen den Weg des Ausgangsströmes in die Ausgangsklemme 631 über einen der Widerstände 621, 622 aus einer Quelle der genauen Spannung, welche Quelle an die Klemmen 63O und 633 angeschlossen ist.

Xn Fig. 3 ist eine dreiphasige Variante eines Eingangsspannungekreises 2 veranschaulicht. Den Eingangsklemmen 204, 205, 206 wird die dreiphasige Spannung zugeführt, die in den Formgliedern 210, 211, 212 und dann in den Multiplikationsgliedern 230, 231, 232 in Rechtecke, die eine Breite von 60 der Grundfrequejnz aufweisen, geformt wird. Die Addition geschieht in einem Sununierglied 24o, dessen Ausgang 223 schon eine von den gemessenen Spannungen, die in die weiteren Glieder geführt werden, bildet, und die zweite gemessene Spannung, d. h» die mit der entgegengesetzten Phase wird mit Hilfe des Inverters 250 an seiner Auβgangsklemme 224 gewonnen.

009843/1705

In Fig. 4 sind drei vereinfachte Varianten gezeigt, bei denen praktisch das Verstärkungsglied 5 und das Auswertungsglied 4 des Phasensinnes verschwinden. Alle die Schaltungen nutzen nur die Hälfte der Impulsanzahl im Vergleich mit den oben angeführten Schaltungen.

Die Ausgangspolarität des Signals hängt bei dem in Fig, 4a gezeigten Beispiel davon ab, welche von den Klemmen 638, 639 zur Schaltung gebraucht wird; an diese Klein-? men sind die Ausgangsdioden 636, 63? angeschlossen, die gleichzeitig zum Kompensieren der Spannungssenkung in den Verteilerdioden 64O, 64i dienen.

Die Schaltung der äußeren Klemmen ist in Fig. 4b veranschaulicht. Sie hat denselben Zweck wie die schon vorher erwähnten,, Diese Schaltung erfüllt dieselbe Funktion wie die Schaltung nach Fig. 4a, nur die Kompensation der SpannungsSenkung der Dioden 64O, 64i wird nicht durchgeführt, und der Ausgangssignal weist nur eine Ausgangspolarität auf» .

Ganz ähnlich sieht das Schema in Figo 4c aus, wo wieder ein vereinfachter Ausgangsstromwandler 6 gezeigt wird, der im Vergleich mit dem Beispiel nach Fig. 4b einen Widerstand 67O beinhaltet, der mit dem Emitter eines Transistors 66O verbunden ist«

Nach dem Beispiel in Fig. 5 erreicht man eine weitere Vereinfachung dadurch, daß die Funktion des Diskriminationskreises 3 mit der des Ausgangsstromwandlers 6 vereinigt wird, undzwar so, daß durch eine ,Spannung, z„ I3_e 224, ein Kollektorkreis des IDndtransistors 66O ge-

BAD

0098Λ3/Τ705

speist und durch die andere Spannung 221 die Basis desselben Transistors 66o gesteuert wird.

Der Kreis gemäß der Erfindung ist insbesondere zur Auswertung von Selsynapannungen geeignet, kann aber auch sehr gut zu anderen Zwecken benutzt werden, wie z_a O₀ zur Feststellung der Phase zwischen Spannung und Netzstrom

Q09843/1705

Claims (8)

1. 20183A3

   Patentansprüche

   1J Kreisschaltung zur Auswertung der Phasenverschiebung von zwei elektrischen Spannungen gleicher Frequenz mit einer linearen Auegangecharakteristik, besonders für die Feeteteilung der Phasenverschiebung der Statorspannung und der Rotoreeleynepannung, dadurch gekenn E e i c h η e t , daß der Eingangskreis (2), der nur Umformung und zur Gestaltung der Eingangsreferentspannung (i) und der gemessenen Spannung (i) bestimmt ist, Mittels seines Ausgangs mit einem Diskrlmiuationskreie (3) und einem Auewertungsglied (4) zur Auswertung dee Sinneβ der Phasenverschiebung verbunden ist, wobei diese* Auewertungeglied (k) direkt mit einem Stromausgangavandler (6) verbunden ist, während der piskriminationekreis (3) mit dem Stromausgangewandler (6) mittels eines VeretHrkergliede (5) verbunden ist·
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen der gemessenen Spannung mit dem Transformator (201 ) des Eingangskreises (2) verbunden sind, dessen Auegangeklemoien Über ein Filter (202) mit dem Eingang des Uafornergliede (210) mit zwei Ausgängen (223, 22*t) verbunden sind, deren Spannungen gegenseitig entgegengesetzte PolaritHt haben, und die Referenzspannung tue einer fremden Spannungsquelle rechteckigen Verlaufes zugeführt let· .
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß In den Eingangskreis (2) ein dreiphasiges System der geaeeeenen Spannung an die Forraglieder (210, 211, 212) an-

   BAD ORIGiMAL

   00964 3/1705

   geschlossen ist, deren Ausgänge jeweils mit zwei verschiedenen Multiplikationsgliedern (230, 231, 232) verbunden sind, deren Ausgangsspannungen im Suramenglied (24o) addiert werden, wobei die Ausgangsspannung eines anderen Summenglieds (223) und die auf dem Ausgang (224) des Inverters (250) erreichte Inversion dieser Spannung die Eingangsspannung für den Diskriminationskreis (3) und für das Auswertungsglied (4) zur Bestimmung des Phasensinnes bilden»
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminationskreis (3) zwei Multiplikationsglieder (31, 32) und ein Summenglied (33) aufweist, wobei an jedes der Multiplikationsglieder (31t 32) aus dem Eingangskreis (2) eine gemessene Spannung (223 bzw_e 224) und eine Referenzspannung (221 bzw, 222) angeschlossen sind und der Ausgang des Summengliedes (33) den Ausgang des Diskriminationskreises (3) bildet.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungsglied (4) zur Bestimmung des Phasensinnes einen bistabilen Kreis (400) aufweist, andessen Eingänge (401 bzw. 402) über die Dioden (410, 411 bzw. 412, 413) Widerstände (433, 434 bzw. 431, 432) und Kondensatoren (423, 424 bzw. 421, 422) die gemessene Spannung (223, 224) bzw. die Referenzspannung (221, 222) angeschlossen is to
6. 6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verstärkerglied (5) der erste Inverter (51) in Reihe mit dem zweiten Inverter (52) geschaltet ist, wobei der Ausgang (53) des ersten Inverters (51) und der Ausgang (54) des zweiten Inverters (52) mit dem Ausgangsstromwandler (6) verbunden sind.

   009843/1705
7. 7· Schaltung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei Eingangsklemnien des Ausgangsstromwandlers (6) die Polarisationsdioden (601, 602) angeschlossen sind, durch die zwei -Eingangsspannungen in den Umschaltkreis geleitet werden, wo die Umschaltdioden (612, 613), die gemeinsam in dem Punkt (632) der Charakteristiken verbunden sind, die Verteilerdiodeii (61 1 , 6i4) _s die in einem Ausgangspunkt (631) verbunden sind, und die genauen Widerstände (021, 522") angeschlossen sind, die mit der Quelle (6.3Ο, 633) der genauen Spannung verbunden sind. .'■"■.-. ■
8. 8. Schaltung nach Anspruch 1, daduz'ch gekennzeichnet, dai3 das Eingangsglied (2), das ein Formglied (210) beinhaltet^ mit einem einzigen Multiplikationsglied (31) des Diskriminationskreises (3) verbunden ist, dessen Ausgang direkt mit dein Ausgangs stromwandler (6) verbunden ist, der einen Transistor (όόο), zwei Kollektorwiderstände (631 _?, 622), zwei Umschaltdioden (64O, 6kl) _t die mit den Klemmen (63Ο, 633) verbunden sind, denen die genaue Spannung zugeführt wird, und einen Ausgaiigswiderstand (050J, verbunden mit der Ausgangsklemme (631) aufweist,

   9o Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Spannung und auch die Referenzspannung aus dem Eingangskreis (2) direkt in den Ausgangss tr umwandler¹ (6), der gleichzeitig als ein Multiplikationsglied des .Diskriminationskreises (3) arbeitet₅ geleitet werden, wobei die gemessene Spannung (224) als eine Koliektorspannung des Kreises des Transistors (660) benutzt und die lieferenzspammtig (221 ) der Basis desselben Transistors (böü) zugeführt wird·- '

   BAD ORIGINAL

   00 984 3/1705

   Leerseite