DE2233746C3 - Regelanordnung mit einem Wien-Brückenoszillator - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung mil einem Wien-Brückenoszillator, dessen Brücke derart aufgebaut ist, daß in dem einen Brückenzweig ein Kaltleiter, im zweiten Brückenzweig ein ohmschcr Widerstand, im dritten Brückenzweig eine Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Kapazität und im vierten Brückenzweig eine Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand und Kapazität liegt und bei der dem Eine solche Regelanordnung ist Gegenstand der alleren Anmeldung P 17 63 140.2.

Dort ist ein Wien-Brückenoszilialor mit veränderlicher Ausgangsspannung beschrieben. Ein derartiger Oszillator stellt im geschlossenen Regelkreis, z. B. _/ur Konstanthaltung des Effektivwertes der Ausgangsspannung eines Wechselspannungsreglers, einen Integralregler dar. Ein Integralregler hat theoretisch unendlich hohe Regelsteilheit. Aus diesem Grunde ist eine derartige Anordnung nur sehr schwer von unerwünschten Regelschwingungen zu befreien. Dieses Problem ist bei höheren Frequenzen vor allem dann kritisch, wenn infolge von Phasendrehungen Selbsterregung infolge einer Mitkopplung auftritt.

tine Regelanordnung mit Wien-Bnickenoszillator ist durcii die deutsche Auslegeschrift ! 223 024 bekannt. Jedoch ist dort keine Gegenkopplung \om Ausgang des Verstärkers auf den amplitudenbestimmenden Teil der Brücke vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es. die vorstehend beschriebene Regelanordnung so weit zu verbessern, daß unerwünschte Regelschwingungen unterbleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Regelanordnung gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß der Verstärkerteil des Oszillators zur Vermeidung von Phasendrehungen bei hohen Frequenzen Kompensationsglieder enthält und daß parallel zum ohmschen Widerstand in dem einen Brückenzweig der Wien-Brücke der Eingang einer Gleichrichteranordnung liegt, an deren Ausgang ein Lastwiderstand angeschlossen ist.

Durch diese Maßnahmen erhält man eine Regelanordnung, die auch bei höheren Frequenzen, bei denen Kompensationsglieder zur Vermeidung von Phasendrehungen erforderlich sind, große Regelabweichungen ausregeln kann, ohne daß dabei störende Regelschwingungen auftreten.

Bei sehr großen Regelabweichungen ist es vorteilhaft, in weiterer Ausgestaltung der Erfindung parallel zum Lastwiderstand eine Zenerdiode derart zu schalten, daß sie bei großen Regelabweichungen ihren Widerstand verkleinert.

Zenerdioden mit im Hinblick auf Exemplarsueuungen günstigen Zenerspannungsbereichcn können dann verwendet werden, wenn die Gleichrichteranordnung als Spannungsverdopplerschaltung nach Villard ausgebildet wird.

Das Prinzip, zur Anpassung des Übertragungsverhallens des Reglers an extreme dynamische Abweichungen im Regelkreis auf den Gegenkopplungspfad im Sinne einei Verstärkungsverstellung zu wirken, ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 673 542, insbesondere Fig. 3, bekannt. Hierfür wird kein selbständiger Schutz beansprucht.

Außer für Wechselspannungsreglcr, vorzugsweise mit Regelung auf konstanten Effektivwcri der Ausgaiigsspannung oder des Stromes, kann die Anordnung auch zur Regelung von Generatoren oder Motoren auf Spannung, Strom, Leistung oder Tourenzahl verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nächste-

hcnd an Hand der Zeichnung naher erläutert.

Der Verstärkerteil ist ein mehrstufiger, integrierter, linearer Verstärker 1. Von seiner Ausgangsklemme wird über das RC-Netzwerk 3 und 4 eine positive Rückkupplungsspannung an die eine erste Eingangsklemme dieses Verstärkers gefiihi ι. Das tfC-Netzwerk ist z. B. so gewählt, daß sich eine erregte Frequenz von einigen 10 kHz ergibt.

Ebenfalls von der Ausgangskleinme ist der Verstärker über die Widerstandskombination 5, 6. 7 und 8 an seine zweite Eingangsklemme gegengelkoppelt. Der Widerstand 8 ist ein Kaltleiter, welcher mit der Größe des ihn durchfließenden Stromes seiners Widerstand verändert und damit die Größe der Gegenkopplung des Verstärkers ändert. Der Gegenkopplungsstroiii durch den Kaltleiter 8, der sich aus der Selbsterregung des Verstärkers 1 ergibt, ist nur ein Bruchteil des Stromes, mit welchem der Kaltleiter 8 eingespeist wird. Hauptsächlich wird der Kdiileiter mi« einem Gleichstrom oder Wechselstrom niedrigerer Frequenz über die Klemmen 10 und die Drossel 9 eingespeist. Vergrößert sich dieser zusätzlich eingespeiste Strom. < wird die Gegenkopplung des Verstärkers 1 vergrößer., seine Verstärkung und damit seine Ausgangsspannung gegen Masse fällt ab.

|e größer man die Gegenkopplung eines derartigen mehrstufigen integrierten Verstärkers wählt, desto mehr steigt seine obere übertragbare Grenzfrequenz, an. Wegen der Phasendrehung innerhalb des mehrstufigen Verstärkers kann es für höhere Frequenzen zu einer Rückkopplung an Stelle einer Gegenkopplung kommen. Aus diesem Grunde müssen die Kompensationsglieder Il und 12 eingefügt werden.

Durch diese Kompensationsglieder wird eine Aussleucrbarkeit des Verstärkers im linearen Bereich sehr stark herabgesetzt. Man darf ihn deshalb an seiner Eingangsklemme nur mit einer wesentlich kleineren Spannung beaufschlagen, wenn Ein- und Ausgangsspannung proportional bleiben sollen.

Um ihn vor Übersteuerungen bei großen Regelabweichungen im geschlossenen Regelkreis zu schützen, ist parallel zum Gegenkopplungswiderstand 5 eine Glciehrichteranordnung geschaltet, die auf den Lastwiderstand 14 arbeitet. Bedingt durch den aussteuerungsabhängigen Stromflußwinkel der Gleichrichteran-Ordnung 13 wird dem Gegenkopplungswiderstand 5 ein aussteuerungsabhängiger Eingangswiderstand der Gleichrichteranordnung 13 parallel geschaltet. Dadurch wird die Gegenkopplung aussteuerungsabhängig vergrößert und die Verstärkung für größere Regelabweichungen verkleinert. Das heißt, für kleine Regelabweichungen ergibt sich eine sehr große Regelverstärkung und damit hohe Genauigkeit der zu regelnden Größe.

Für größere Regelabweichungen wird die Verstärkung herabgesetzt und damit die Stabilität der Regelstrecke wesentlich verbessert. Bei ganz großen, z. B. sprunghaften Änderungen der Regelabweichung ist zusätzlich zum Lastwidentynd 14 eine Zenerdiode 15 parallel geschaltet, welche bei kleinen und mittleren Regelabweichungen einen nahezu unendlichen Widerstand hat, bei großen Regelabweichungen ihren Widerstand sehr verkleinert. Dadurch ergibt sich für sehr große Regelabweichungen, bedingt durch den stark verkleinerten Eingangswidersland der Glciehrichteranordnung 13, eine starke Vergrößerung der Gegenkopplung des Verstärkers 1 und damit eine starke Verkleinerung seiner Verstärkung, die sich in günstigem Sinne auf das Verhalten der Regelstrecke auswirkt.

LJm optimale Regelzeitcn und Rcgelgenauigkeit zu erhalten, ist es vorteilhaft, die Größe des Widerstandes 14 und die Kondensatoren der Gleichriditeranordnung 13 experimentell durch Messungen zu bestimmen.

Um den Ausgang des Regelverstarkers 1 möglichst wenig zu belasten, ist ihm ein galvanisch gekoppelter Emitterfolger mit dem Transistor 16 nachgeschaltet. Über den Übertrager 17, der eine galvanische Trennung und Spannungsanpassung bewirkt, wird die Gleichrichtcranordnung 18 gespeist, an deren Ausgang 19 sich eine mit der Regelabweichung sehr stark ändernde Gleichspannung ergibt.

Diese Gleichspannung wird direkt oder über einen nicht gezeichneten Leistungsverstärker dem Stellglied des Reglers zugeführt. Der nicht gezeichnete Verstärker kann ein Ein- oder Gegentaktverstärker, je nach Art des oder der nachgeschalteten Stellglieder des Reglers, sein.

An Stelle des Leistungsverstärker kann auch an den Ausgang 19 ein Wandler für Pulsbreiten- oder Impulszeit-Steuerung angeschlossen sein, je nachdem, was das nachgeschaltete Stellglied für einen Eingang erfordert.

Für eine optimale Regelung werden je nach Regler experimentell durch Messungen die günstigsten Dimensionierungen der Glieder der Gleichrichieranordnung 13 bestimmt.

Damit die Anordnung, bedingt durch Fabrikationsstreuungen. insbesondere der Bauteile 1, 3, 4, 5, 7 und 8 im ausgeregelten Zustand immer in der Mitte des linearen Aussteuerungsberciches des Verstärkers 1 arbeitet und dabei eine vorgegebene Gleichspannung am Ausgang 19 ergibt, wird der Teilgegenkopplungswiderstand 6 abgleichbar gemacht.

LJm über einen weiteren Temperaturbereich keine Regelabweichungen zu erhalten, kann man die Bauteile 5 und 7 mit einem kompensierenden Temperaturbeiwert auslegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Regelanordnung mit einem Wien-ßrückenoszillator, dessen Brücke derart aufgebaut ist, daß in dem einen Brückenzweig ein Kaltleiter, im zweiten Brückenzweig ein ohmscher Widerstand, im dritten Brückenzweig eine Reihenschaltung aus ohmschem Widerstand und Kapazität und im vierten Brükkenzweig eine Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand und Kapazität liegt und bei der dem Brückenstrom des Oszillators über ein Trennfilter ein deich- oder Wechselstrom mit von der Schwingfrequenz des Oszillators abweichender Frequenz dem Amplituden bestimmenden Brückenzweig im Sinne einer Gegenkopplung überlagert wird und bei der die Osziliaicrspannung über ein Verstärkerteii einem Strom- oder Spannungsregler als Stellgröße zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeri.eil des Oszillators zur Vermeidung von Phasendrehungen bei höheren Frequenzen Kompensationsglieder enthält und daß parallel zum ohmschen Widerstand (5) in dem einen Brückenzweig der Wien-Brücke der Eingang einer Gleichrichteranordnung (13) liegt, an deren Ausgang ein Lastwiderstand (14) angeschlossen ist.

2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Lasiwiderstand (14) eine Zenerdiode (15) derart geschallet ist, daß sie bei großen Regelabweichungen ihren Widerstand verkleinert.

3. Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaltung (13) eine Spannungsvcrdopplerschaltung nach Villard ist.

4. Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ohmschen Widerstand (5) im zweiten Brückenzweig ein weiterer ohmscher Widerstand (6) vorgeschaltet ist, der als Abgleichwiderstand dient.

5. Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kaltleiter (8) im ersten Brückenzweig ein ohmscher Widerstand (7) zu Abgleichzwecken dient.

6. Regelanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Abgleichzwecken dienenden ohmschen Widerslande (6. 7) in den beiden Brückenzweigen teniperaturkompensierendc Widerstände sind.

7. Regelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente der Gleichrichteranordnung so dimensioniert sind, daß bei vorgegebener Totzeit eines angesteuerten Stellgliedes die Regelzeit ein Opiimum ist.

Brückenstrom des Oszillators über ein Trenniilier ein deich- oder Wechselstrom mit von der Schwingtequenz des Oszillators abweichender Frequenz dem Amplituden bestimmenden Rrückenzwjig im Sinne einer Gegenkopplung überlagert wird und bei der die Oszillatorspannung über ein Verstärkeneil einem Sircm- oder Spannungsregler als Stellgröße zugeführt