DE2424767A1

DE2424767A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR QUASISTIC CONTROL OF THE ACTIVE POWER IN AC CONSUMERS USING CYCLING STATIC AC SWITCHES

Info

Publication number: DE2424767A1
Application number: DE2424767A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Keuter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1975-11-27
Also published as: AT341623B; DK200475A; DK146350C; NL7505941A; IT1038338B; SE7505565L; DE2424767B2; NL170060C; GB1515127A; ATA385575A; FR2272438B1; FR2272438A1; SE398398B; CH601854A5; DK146350B; NL170060B; BE829179A

Description

Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/Main 70, Theodor-Stern-Kai 1Licentia Patent Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt / Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

10.5.1974 S¹BE .7V6May 10, 1974 S ¹ BE .7V6

"Schaltungsanordnung zur quasistetigen Regelung der Wirkleistung bei Wechselstromverbrauchern mittels taktender statischer Wechselstromschalter" '"Circuit arrangement for the quasi-continuous regulation of the active power in AC consumers by means of clocking static alternating current switch "'

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur quasistetigen .Regelung der Wirkleistung bei Wechselstromverbrauchern mittels in Abhängigkeit von einer Regelspannung taktender statischer Wechselstromschalter mit zumindest jeweils einer in den Verbraucherstromkreisen angeordneten Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren, wobei das Taktverhältnis jeweils durch den Verbraucherstrom und die Verbraucherspannung, die der Regelspannung überlagert werden, beeinflußbar ist und die Thyristoren der Wechselstromschalter durch die in einem das Taktverhältnis und die Taktfrequenz bestimmenden RC-Netzwerk überlagerte Regelspannung über eine Synchronisiereinrichtung mittels eines Impulsgebers gesteuert sind.The invention relates to a circuit arrangement for quasi-constant control of the active power in AC consumers by means of static alternating current switches clocking as a function of a control voltage with at least each a counter-parallel connection of two thyristors arranged in the consumer circuits, with the clock ratio in each case by the consumer current and the consumer voltage, which are superimposed on the control voltage, can be influenced and the thyristors of the AC switch by the in a the clock ratio and the clock frequency control voltage superimposed on the determining RC network via a synchronization device by means of a pulse generator are controlled.

Es ist eine derartige Anordnung mit einer die Istgrößen des Verbraucherströmes und der Verbraucherspannung zur unterlagerten Regelung, insbesondere zur Temperaturregelung beim Heizen, getrennt rückführenden Einrichtung, bei derIt is such an arrangement with a subordinate to the actual values of the consumer flow and the consumer voltage Control, in particular for temperature control during heating, separately returning device in the

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- 2 - S¹BE 7V16- 2 - S ¹ BE 7V16

mittels Schwellwertglieder die Rückführung des Verbraucherstrom-Istwertes zur Strombegrenzung wirksam gemacht wird, durch die DT-OS 2 031 4-39 bekannt. Mit dieser Anordnung können, soweit die Strombegrenzung nicht wirksam ist, Schwankungen der Versorgungsspannung und der Belastung durch eine quasistetige Spannungsregelung mittels Veränderung des Taktverhältnisses und/oder der Taktfrequenz hinreichend gut ausgeregelt werden. Eine Leistungsregelung ist damit nicht möglich.the feedback of the actual consumer current value by means of threshold value elements for current limitation is made effective, known from DT-OS 2 031 4-39. With this arrangement, if the current limitation is not effective, fluctuations in the supply voltage and the load caused by a Quasi-constant voltage regulation by changing the clock ratio and / or the clock frequency is regulated sufficiently well will. A power control is not possible with it.

Bei den in der verfahrenstechnischen Industrie vorkommenden Heizvorgängen und WärmeSteuerungen wirken sich Schwankungen der Versorgungsspannung, wie z. B. Netzschwankungen sowie auch BelastungsSchwankungen als Störeinflüsse aus. Diese Störeinflüsse werden bei einer Temperaturregelung über die Zeitkonstante des Temperaturregelkreises ausgeglichen. There are fluctuations in the heating processes and heat controls occurring in the process engineering industry the supply voltage, such as B. network fluctuations as well as load fluctuations as disturbances. In the case of temperature control, these interfering influences are compensated for using the time constant of the temperature control loop.

Ausgehend von der Erfahrung, daß derartige Störeinflüsse viel schneller und ohne die Zeitkonstante des überlagerten Temperaturregelkreises ausnutzen zu müssen durch eine Leistungsregelung, die zweckmäßig unterlagert vorgenommen wird, ausregelbar sind, stellt sich hier die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zur quasistetigen Regelung der Wirkleistung bei Wechselstromverbrauchern zu schaffen, mit welcher die den Verbrauchern zugeführte Wirkleistung bei Auftreten von Störeinflüssen ebenfalls durch Veränderung des Taktverhältnisses und/oder der Taktfrequenz mittels der statischen Wechselstromschalter ausgleichend nachgeregelt werden kann.Based on the experience that such interference is much faster and without the time constant of the superimposed To have to take advantage of the temperature control circuit by a power control, which is expediently made subordinate is, can be regulated, the object on which the invention is based, a circuit arrangement, arises here to create the type described above for the quasi-continuous control of the active power in AC consumers, with which the active power supplied to the consumers in the event of interference, also through change the clock ratio and / or the clock frequency adjusted by means of the static AC switch compensating can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die zweiweggleichgerichtete Verbraucherspannung in Abhängigkeit von eina? von dem ebenfalls zweiweggleichgerichtetenAccording to the invention, this object is achieved in that a full-wave rectified load voltage is dependent on from a? of the also two-way rectified

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- 3 - S¹BE- 3 - S ¹ BE

Verbraucherstrom abgeleiteten und mittels eines Multivibrators stromproportional impulsbreitenmodulierten Gleichspannung gesteuerter und in bekannter Weise tastender Modulationsschalter verwendet ist und daß die hierdurch erzeugte stromproportional getastete gleichgerichtete Verbraucherspannung mittels einer Siebkette des EG-Netzwerks geglättet als Istgröße der Verbraucherleistung einer die Sollgröße der Verbrauchrleistung darstellenden Regelgleichspannung entgegengeschaltet ist und die hieraus sich ergebende Soll-Istwert-Abweichung dem Eingang eines der Synchronisiereinrichtung vorgeordneten Komparators zugeführt ist.Consumer current derived and pulse-width modulated DC voltage proportional to current by means of a multivibrator controlled and in a known manner keying modulation switch is used and that the generated thereby Rectified consumer voltage that is sampled proportionally to the current by means of a sieve chain of the EG network smoothed as the actual value of the consumer power of a control direct voltage representing the nominal value of the consumer power is connected in the opposite direction and the resulting target / actual value deviation is transmitted to the input of one of the synchronizing devices upstream comparator is supplied.

Es läßt sich diese Schaltungsanordnung mit geringem Aufwand an Bestandteilen, vornehmlich kommerziellen elektronischenIt can be this circuit arrangement with little expenditure on components, primarily commercial electronic

Kleinstbausteinen, welche als integrierte Schaltkreise in Chipstechnik ausgeführt und zusammen mit Schaltkreisbauelementen auf einer Schaltungsplatine unterzubringen sind, aufbauen, indem weiteren Ausbildungen der Erfindung gemäß als Multivibrator ein Vierfach-Komparator mit einem Operationsverstärker verwendet ist, bei welchem der invertierende und der nichtinvertierende Eingang durch je einen Rückführwiderstand mit dem Ausgang verbunden sind, der nichtinvertierende Eingang mit dem Teilungspunkt eines an Betriebsspannung gelegten, aus zwei Widerständen bestehenden Spannungsteilers verbunden ist und dem invertierenden Eingang eine von dem zweiweggleichgerichteten Verbraucherstrom abgeleitete Gleichspannung als Steuerspannung über ein RG-Glied zugeführt ist, und daß als Modulationsschalter ein durch die tastmodulierte Gleichspannung gesteuerter Schalttransistor in Emitterschaltung verwendet ist, bei welchem an Kollektor und Basis über jeweils einen Widerstand die zweiweggleichgerichtete Verbraucherspannung angelegt ist.Small components, which are implemented as integrated circuits in chip technology and together with circuit components are to be accommodated on a circuit board, build by further developments of the invention according to a quadruple comparator with an operational amplifier is used as a multivibrator, in which the inverting and the non-inverting input through a feedback resistor each are connected to the output, the non-inverting input to the division point of an operating voltage laid, voltage divider consisting of two resistors is connected and the inverting input one derived from the full-wave rectified consumer current DC voltage is supplied as a control voltage via an RG element, and that a modulation switch through the key-modulated DC voltage controlled switching transistor is used in emitter circuit, in which on The collector and base are each rectified via a resistor Load voltage is applied.

Ein durch die Erfindung erzielter Vorteil wird vor anderem darin gesehen, daß bei der nach dem Taktprinzip geschalte-An advantage achieved by the invention is seen, among other things, in the fact that in the switched according to the clock principle-

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ter Schwingungspakete durch Veränderung des Taktverhältnisses vorgenommenen Leistungsregelung die durch Tastmodulation dargestellte Istgröße der Wirkleistung noch bis zu einem Leistungsfaktor cost' von 0,7 ausreichend mit der wahren Wirkleistung übereinstimmt. Dies wird am Schluß der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung näher dargelegt.ter oscillation packets by changing the pulse ratio made power control by tactile modulation The actual value of the active power shown is still sufficient up to a power factor cost 'of 0.7 with the true Real power matches. This will be explained at the end of the following description of an exemplary embodiment of FIG Invention set out in more detail.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig. Λ eine Schaltungsanordnung zur quasistetigen Regelung der Wirkleistung bei einem einphasigen Wechselstrom^ verbraucher mittels eines taktenden statischen Wechselstromschalters mit einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren dargestellt.In the drawing, as an exemplary embodiment of the invention, FIG. 1 shows a circuit arrangement for the quasi-continuous regulation of the active power in a single-phase AC consumer by means of a clocked static AC switch with a counter-parallel connection of two thyristors.

ilg. 2 zeigt das Diagramm einer in Abhängigkeit vom Verbraucherstrom impulsbreitenmodulierte Gleichspannung.ilg. 2 shows the diagram of a depending on the consumer current pulse width modulated DC voltage.

Fig. 3 zeigt das Diagramm einer in Abhängigkeit vom Verbraucherstrom nach Fig. 2 tastmodulierten zweiweggleichgerichteten Verbraucherspannung.Fig. 3 shows the diagram of a depending on the consumer current according to Fig. 2 key-modulated full-wave rectified consumer voltage.

In der Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung des Leistungsreglers abgesetzt von dem VerbraucherStromkreis dargestellt. Dieser setzt sich aus der Reihenschaltung einer Wechselstromquelle N, einer Gegenparallelschaltung zweier Thyristoren Th_x, und Thp und einem Verbraucher V zusammen. Die wesentlichen Bestandteile des Leistungsreglers sind ein in Multivibratorsehaltung M verwendeter Operationsverstärker Oy,, eine als Modulationsschalter MS ausgebildete Schaltstufe mit einem Schalttransistor ρ und ein Komparator K mit einem Operationsverstärker Op. Der Leistungsregler ist einem Temperaturregelkreis, bestehend aus einem Regler R, dem Komparator K, einer Synchronisiereinrichtung S, dem statischen Wechselstromschalter mit den Thyristoren Th_x, und Tho und einem Temperäurfühler F am Verbraucher V zugeordnet, in welchem Regelkreis die Leistungsregelung der Temperatur-In Fig. 1, a circuit arrangement of the power regulator is shown separated from the consumer circuit. This consists of the series connection of an alternating current source N, a counter- _{parallel connection of two thyristors Th x} , and Thp and a consumer V. The essential components of the power regulator are an operational amplifier Oy, used in multivibrator configuration M, a switching stage designed as a modulation switch MS with a switching transistor ρ and a comparator K with an operational amplifier Op. The power controller is assigned to a temperature control circuit consisting of a controller R, the comparator K, a synchronization _{device S, the static alternating current switch with the thyristors Th x} , and Tho and a temperature sensor F on the consumer V, in which control circuit the power control of the temperature

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- 5 - S¹BE 7V16- 5 - S ¹ BE 7V16

regelung unterlagert ist. Es wird hierbei durch eine Regelspannung Un der Temperaturregelung am Ausgang des Reglers R die Sollgröße Pg₀₁₁ eier Verbraucher leistung gebildet, welche Größe am Eingang des !Comparators K der Istgröße Pj_S4- der Verbraucherleistung, die am Ausgang des Modulationsschalters MS des Leistungsreglers gebildet wird, entgegengeschaltet ist. Der Soll-Istwert-Vergleich der Leistungsregelung wird mit Hilfe des Komparators K durchgeführt. regulation is subordinate. Here, it is the target quantity Pg formed power by a control voltage Un of the temperature control at the output of the regulator R ₀₁₁ eggs consumer, which size of the user output, which is formed of the power controller at the output of the modulating switch MS at the input of the! Comparator K of the actual value Pj _S 4- , is switched in the opposite direction. The target / actual value comparison of the power control is carried out with the aid of the comparator K.

Die Istgröße Pj₃J. der Verbraucherleistung wird nach dem sogenannten Time-Division-Verfahren, das heißt durch Tastmodulation der zweiweggleichgerichteten Verbraucherspannung U proportional dem Gleichrichtwert I des Verbraucherstromes dargestellt. Hierfür enthält die Anordnung mit dem Leistungsregler Einrichtungen zur Erfassung des Verbraucher-Stromes und der Verbraucherspannung, bestehend aus einem transformatorischen Stromwandler W, einem Brückengleichrichter G^i und einer Strombürde B_x, für die Darstellung einer Gleichspannung U , welche dem zweiweggleichgerichteten Verbraucherstrom I proportional nachgebildet ist, ferner bestehend aus einem Brückengleichrichter G₂ und einer Bürde B₂ für die Darstellung der zweiweggleichgerichteten Verbraucherspannung U. Es wird die Gleichspannung U dem invertierenden Eingang des in Multivibratorschaltung M verwendeten Operationsverstärkers O_x, zugeführt. Dieser ist mit einem Rückführwiderstand R₂ beschaltet, und es liegt der nichtinvertierende Eingang "+" am Teilungspunkt eines mit dem Verstärker-Ausgang verbundenen Spannungsteilers mit zwei ¥iderständen R_x,, R₂ sowie ferner an einem an Betriebsspannung U-n gelegten Spannungsteiler mit dem Widerstand R_xJ und einem Widerstand R^., so daß im Betrieb des Operationsverstärkers O^ bei Zuführung der Eingangsgröße U_ über ein RO-Glied R^f, C an den invertierenden Eingang "-" ein schwingendes Potential am Eingang "+" sich ausbil-The actual value Pj ₃ J. of the consumer power is represented according to the so-called time division method, that is, by key modulation of the full-wave rectified consumer voltage U proportionally to the rectified value I of the consumer current. For this purpose, the arrangement with the power regulator contains devices for recording the consumer current and the consumer _{voltage, consisting of a transformer current converter W, a bridge rectifier G ^ i and a current burden B x} , for the representation of a direct voltage U, which is proportional to the full-wave rectified consumer current I is, furthermore consisting of a bridge rectifier G ₂ and a burden B ₂ for the representation of the full-wave rectified consumer voltage U. The direct voltage U is fed to _{the inverting input of the operational amplifier O x used in the multivibrator circuit M.} This is connected to a feedback resistor R ₂ , and it is the non-inverting input "+" at the division point of a voltage divider connected to the amplifier output with two ¥ iderstands R _x ,, R ₂ and also to a voltage divider with the resistor connected to the operating voltage Un R _x J and a resistor R ^., So that during operation of the operational amplifier O ^ when the input variable U_ is supplied via a RO element R ^f , C to the inverting input "-", an oscillating potential at the input "+" develops.

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det, dessen Schwingweite die Hysteresisspannung ILt- der Multivibratorschaltung" darstellt. Am Ausgang des Operationsverstärkers CL entsteht eine tastmodulierte positive Gleichspannung U^ mit einem dem Betrage des Momentanwerts der Eingangsgröße -ü proportionalen Tastverhältnis. Durch den Widerstand E₀ und einen Widerstand R_z besteht einedet whose overshoot the Hysteresisspannung ILT represents the multivibrator circuit ". At the output of the operational amplifier CL a tastmodulierte positive DC voltage U ^ arises with the absolute value of the instantaneous value of the input variable -ü proportional duty cycle. Due to the resistance of E ₀ and a resistor R _z is a

^ 3^ 3

Kopplung der Eingänge "+" und "-'^f mit dem Ausgang des Verstärkers 0^. In dem Diagramm der Fig. 2 ist die Tastmodulation durch das Schalt-Pausen-Zeitverhältnisr^des Multivibrators dargestellt. Das Tastverhältnis dieser Modulation ist definiert. Bei jeweils konstantem Tastverhältnis bestehen mit der Schwellspannung U und der Hysteresisspannung IU des Multivibrators die folgenden Beziehungen *a _ ZU U Coupling of the inputs "+" and "- ' ^f to the output of the amplifier 0 ^. In the diagram of Fig. 2, the duty cycle is represented by the switching-pause time ratio r ^ of the multivibrator Are defined. With a constant duty cycle, the following relationships exist with the threshold voltage U and the hysteresis voltage IU of the multivibrator * a _ ZU U

Τ*Τ *

AmAt the

worin IT den zeitlichen Mittelwert von U. bedeutet. Hieraus ergibt sich U (t) =—U₃- —- (t)where IT is the mean value of U. over time. This results in U (t) = —U ₃ - —- (t)

Die tastmodulierte Spannung U. ist über eine Diode D_-1 und einen Widerstand R₁- der Basis des als Modulationsschalter MS verwendeten Schalttransistors ρ zugeführt, welcher in Emitterschaltung angeordnet ist. Die an der Bürde B2 anstehende Verbraucherspannung TJ ist über einen Widerstand Rr- dem Kollektor und über einen Widerstand R_n der Basis des Transistors ρ zugeführt. Dessen Steuerstrecke ist eine Schutzdiode D₀ parallelgeschaltet. Bei Steuerung des Schalttransistors ρ durch die tastmodulierte Spannung U. entsteht am Ausgang A des Modulationsschalters MS aus der zweiweggleichgerichteten Verbraucherspannung L^T _V eine im Takte der Tastmodulation getastete Spannung U , deren Diagramm in Fig. 3 dargestellt ist. Die Diagramme der Fig. 2 und 3 sindThe key-modulated voltage U. is fed via a diode D _-1 and a resistor R _{1 to} the base of the switching transistor ρ used as the modulation switch MS, which is arranged in an emitter circuit. The present at the load B2 load voltage TJ is supplied via a resistor Rr and the collector via a resistor R of the base of the transistor _n ρ. A protective diode D _{0 is connected in} parallel to its control path. When the switching transistor ρ is controlled by the key-modulated voltage U., a voltage U, whose diagram is shown in FIG. 3, is generated at the output A of the modulation switch MS from the full-wave rectified load voltage L ^T _V. The diagrams of Figs. 2 and 3 are

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7 - FBE 7V167 - FBE 7V16

zeitlich einander zugeordnet und haben Abzissen mit gleichen Zeitmaßstäben·. Die Verbraucherspannung U ist mit dem gleichen Tastverhältnis wie die Betriebsgleichspannung U-g des Operationsverstärkers O_x, moduliert, so daß der zeitliche Mittelwert U der tastmodulierten Spannung IJ , der inassigned to one another in time and have abscissas with the same time scales ·. The load voltage U is modulated with the same pulse duty factor as the _{DC operating voltage Ug of the operational amplifier O x} , so that the time average value U of the pulse-modulated voltage IJ, which in

m mm m

der Eg. 3 gestrichelt dargestellt ist, der Istleistung P des Verbrauchers proportional ist. Mittels einer dem Ausgang des Modulationsschalters MS parallelgeschalteten Siebkette , ein Reihen-RC-Glied mit einem Kondensator G_x. und einem Widerstand Ro, welches Bestandteil eines das Taktverhältnis und die Taktfrequenz des statischen Wechselstromschäters Th_x,, Th₂ bestimmenden Hetzwerkes ist, wird die tastmodulierte Spannung U geglättet. Der Siebkettenkondensator G_x, erhält dabei eine Gleichspannung, welche den zeitlichen Mittelwert U der tastmodulierten Verbraucherspannung U darstellt. Das erwähnte Netzwerk enthält ferner eine Siebkette mit einem Widerstand Rq und einem Kondensator Go, welche dem invertierenden Eingang "-" eines als Komparator K verwendeten Operationsverstärkers O2 vorgeschaltet ist, dessen nichtinvertierender Eingang "+" an das Bezugspotential der beschriebenen Schaltungsanordnung insgesamt gelegt ist. Schließlich enthält das Netzwerk noch ein RG-Glied R^₀, G^, welches dem Ausgang des Reglers R für die Temperaturregelung parallelgeschaltet ist und von welchem G₂ dem invertierenden Eingang "-" des vorerwähnten Komparators K parallelliegt.the Eg. 3 is shown in dashed lines, the actual power P of the consumer is proportional. By means of a filter chain connected in parallel to the output of the modulation switch MS, a series RC element with a capacitor G _x . and a resistor Ro, which is part of a network which determines the clock ratio and the clock frequency of the static alternating current switch Th _x ,, Th ₂ , the pulse-modulated voltage U is smoothed. The filter chain capacitor G _x receives a direct voltage which represents the time average value U of the key-modulated load voltage U. The network mentioned also contains a filter chain with a resistor Rq and a capacitor Go, which is connected upstream of the inverting input "-" of an operational amplifier O2 used as a comparator K, the non-inverting input "+" of which is connected to the reference potential of the circuit arrangement described as a whole. Finally, the network also contains an RG element R ^ ₀ , G ^, which is connected in parallel to the output of the controller R for temperature control and of which G ₂ is parallel to the inverting input "-" of the aforementioned comparator K.

In den RC-Netzwerk ist die Gleichspannung TJ , welche den Istwert einer Verbraucherleistung P darstellt, der die Sollgröße Po -,-, der Leistungsregelung darstellenden Reglerspannung U_R entgegengeschaltet, so daß der Komparator K die Differenzspannung U-n-ΕΓ als Steuergröße für die Leistungsregelung erhält. Diese Differenzspannung ist im Größenwert und in der Polarität für das Taktverhältnis und die Taktfrequenz des Wechselstromschalters bestimmend.In the RC network, the DC voltage TJ, which represents the actual value of a consumer power P, is connected in opposition to the setpoint value Po -, -, the regulator voltage U _R representing the power control, so that the comparator K receives the differential voltage Un-ΕΓ as a control variable for the power control . This differential voltage is decisive in terms of its magnitude and polarity for the clock ratio and the clock frequency of the AC switch.

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- 8 - . FBE 7V16- 8th - . FBE 7V16

Die Lehre der Erfindung geht von der Voraussetzung aus, daß die Tastmodulation der gleichgerichteten Verbraucherspannung U stromproportional durchführbar ist, so daß der zeitliche Mittelwert U der tastmodulierten Verbraucherspannung U der Verbraucherleistung P proportional ist (U ~P ). Unter dieser Voraussetzung stellt der Leistungsregler der beschriebenen Schaltungsanordnung ein System G mit linearen Übertragungseigenschaften dar, das heißt es besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der bei der Leistungsregelung zeitlich veränderlichen Leistungs-Istgröße P (t) und der die Leistungs-Sollgröße darstellenden Reglerspannung U_R (t). Dieser Zusammenhang läßt sich, da dem Übertragungssystem G eine veränderliche Eigenzeit t' zuzuordnen ist, als eine spezielle Lösung einer linearen Differentialgleichung mit konstanten Koeffizienten anschreiben (vergleiche z. B. Baule, Die Mathematik des Naturforschers und Ingenieurs, Band VI, Partielle Differentialgleichungen, 3. Auflage 19*50, § 11, Seiten 32 und 33). ^The teaching of the invention is based on the assumption that the pulse modulation of the rectified consumer voltage U can be carried out proportionally to the current, so that the time average value U of the pulse modulated consumer voltage U is proportional to the consumer power P (U ~ P). With this prerequisite, the power regulator of the circuit arrangement described represents a system G with linear transmission properties, i.e. there is a linear relationship between the actual power variable P (t), which changes over time during power regulation, and the regulator voltage U _R (t), which represents the nominal power variable ). Since the transmission system G is assigned a variable proper time t ', this relationship can be written as a special solution of a linear differential equation with constant coefficients (compare e.g. Baule, Die Mathematik des Naturforschers und Ingenieurs, Volume VI, Partielle Differential Equations, 3 . Edition 19 * 50, § 11, pages 32 and 33). ^

P_v (t)~U_m (t) = { U_E (t) . G (t-f) dt¹ P _v (t) ~ U _m (t) = {U _E (t). G (tf) dt ¹

Die Integralform der speziellen Lösung P (t) stellt eine aus den Größen U_R und G gebildete Korrelationsfunktion der Zeit t dar (siehe Wehrmann in Siemens Norma-Techn. Informationen 9 (1972), H. 2, Seiten 1 und 2), in welcher die Aussage enthalten ist, daß bei der Leistungsregelung das Taktverhältnis und/oder die Taktfrequenz des statischen Wechselstromschalters in Abhängigkeit von Schwankungen der Wechselstromquelle N und der Verbraucherlast V verändert werden. Die oben angegebene Integralform der Lösung P (t) läßt sich nach Baule (vergleiche angegebene Literatur Seite 4-2, Abschnitt 6) umformen in ein Produkt der Laplace-Transformierten L der Größen U_R (t) und G (t, t¹).The integral form of the special solution P (t) represents a _{correlation function of the time t formed from the quantities U R} and G (see Wehrmann in Siemens Norma-Techn. Informations 9 (1972), H. 2, pages 1 and 2), in which contains the statement that the duty cycle and / or the cycle frequency of the static AC switch are changed as a function of fluctuations in the AC power source N and the consumer load V in the power control. The integral form of the solution P (t) given above can be converted into a product of the Laplace transform L of the quantities U _R (t) and G (t, t ¹ ) according to Baule (see literature on page 4-2, section 6) .

= L[Vf₁Ct)] -= L [Vf ₁ Ct)] -

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- 9 - FBE 7V16- 9 - FBE 7V16

Dieses Produkt stellt das Leistungsspektrum als Funktion der Kreisfrequenz to der Harmonise lie η von P (t) dar.This product represents the power spectrum as a function of the angular frequency to the harmonize lie η of P (t).

Übrigens hat die Anwendung der oben erwähnten stromproportionalen Tastmodulation einer gleichgerichteten Spannung (Time Division Modulation) als Multiplikationsverfahren zur Darstellung einer Leistung erhebliche Vorzüge gegenüber der Multiplikation mittels spannungsabhängiger Verstärker. Die Verwendung eines sogenannten Vierquadranten-Multiplizierers beispielsweise erfordert einen bestimm ten Aufwand für die zugehörige Multiplizierschaltung sowie noch einen zusätzlichen Verstärker. Die Anwendung der Tast modulation wird demgegenüber schon dadurch einfacher als die Darstellung der Leistung in einem Quadranten hinreichend ist und daher gleichgerichtete Größen zur Multiplikation zugeführt werden.Incidentally, the use of the above-mentioned current-proportional key modulation of a rectified voltage (time division modulation) as a multiplication method for representing a power has considerable advantages over multiplication by means of voltage-dependent amplifiers. The use of a so-called four-quadrant multiplier, for example, requires a certain outlay for the associated multiplier circuit and an additional amplifier. The use of tactile modulation, on the other hand, is already simpler as the representation of the power in a quadrant is sufficient and therefore rectified quantities are supplied for multiplication.

Um abschließend noch darzulegen, wie weit in Abhängigkeit von Leistungsfaktor cosf die durch Tastmodulation dargestellte Größe TJ (t) mit dem Wirkanteil von P (t) übereinstimmt, seien hier die zweiweggleichgerichteten Größen TJ (t) und B^. I (Ό cLer Verbraucherspannung U (t) und der Bürdenspannung des Verbraucherstromes I (t) näherungs weise durch abgebrochene Fourierreihen dargestellt.Finally, to explain how far depending of the power factor cosf, the value TJ (t) represented by tactile modulation corresponds to the active component of P (t), let here be the two-way rectified quantities TJ (t) and B ^. I (Ό cLer consumer voltage U (t) and the burden voltage of the consumer current I (t) approximately represented by broken Fourier series.

Die oben definierte Gleichspannung TJ ist nach Fig. 2 identisch mit der Bürdenspannung B_x,.1 (t), so daß |u (t)|derThe DC voltage TJ defined above is identical to the burden voltage B _x , .1 (t) according to FIG. 2, so that | u (t) | der

■IV. Jr■ IV. Jr

rechten Seite der Beziehung von B_x,.I (t) gleichgesetzt werden kann. Die tastmodulierte Verbraucherspannung U (t) ergibt sich durch Multiplikation der gleichgerichteten Verbraucherspannung TJ (t) mit dem Tastverhältnis ~ψ-(ί) right side of the relationship of B _x , .I (t) can be equated. The duty cycle modulated load voltage U (t) is obtained by multiplying the rectified load voltage TJ (t) with the duty cycle ~ ψ- (ί)

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Situ Λα-1 U_s " * L 3 Situ Λα-1 U _s "* L 3

Durch Integration nach der Zeit t ergibt sich hieraus der zeitliche Mittelwert
spannung u"_m (t) 2% Integration after the time t gives the mean value over time
voltage u " _m (t) 2%

zeitliche Mittelwert U der tastmodulierten Verbraucherin Temporal mean value U of the touch-modulated consumer

Zum Vergleich dieses Ergebnisses mit dem zeitlichen Mittelwert p" = η u i cos V der Wirkleistung eines Verbrauchers mit dem Leistungsfaktor cos ψ , welchem über einen mit dem Taktverhältnis 1, das heißt ständig geschlossenen Wechselstromschalter ein sinusförmiger Strom i(t) zugeführt ist, sei die Größe U bei reiner Wirklast (COSf=I) der mit einem Vergleichsfaktor multiplizierten Größe "p gleichgesetzt, U_ = χ~ΐ>. Es ergibt sich eine Beziehung zwischen konstanten Größen, i . 2ί(1 + ^) = ·? , aus welcher der Anf angswert "p^ bei V=O der auf die Leistungseinheit reduzierten Größe "ρ (ψ) durch die linke Seite ersetzt werden kann. Somit können reduzierte Leistungsgrößen U und "p" als Funktionen vonfeinander wie folgt gegenübergestellt *a?denTo compare this result with the time average value p "= η ui cos V of the active power of a consumer with the power factor cos ψ , to which a sinusoidal current i (t) is fed via an alternating current switch with a pulse ratio of 1, i.e. constantly closed, is the With a pure active load (COSf = I), variable U is set equal to variable "p" multiplied by a comparison factor, U_ = χ ~ ΐ>. There is a relationship between constant quantities, i. 2ί (1 + ^) =? , from which the initial value "p ^ at V = O of the quantity reduced to the power unit" ρ (ψ) can be replaced by the left side. Thus, reduced performance quantities U and "p" can be compared as functions of one another as follows

J. Ji(I + § cos 2Ψ)± ^ß(1 + I) cosVJ. Ji (I + § cos 2Ψ) ± ^ ß (1 + I) cosV

Diese weichen wie ersichtlich mit von Null aus zunehmender Phasenverschiebung¹/⁷ stetig mehr voneinander ab.These soft as can be seen with increasing from zero phase shift ^{^seventh} steadily more from each other.

Durch eine in Grenzen vorgenommene Modifizierung des Multivibrators M und des Modulationsschalters MS kann eine Verän-By modifying the multivibrator within limits M and the modulation switch MS, a change

P
derung der Bruchfaktoren ^ bewirkt werden und es hat sich gezeigt, daß bei Erhöhung auf 0,4 die Übereinstimmung der Größen U und ^ als Funktionen von Ψ optimal wird. Es ist leicht nachzuprüfen, daß dann die Übereinstimmung bis zu einer Phasenverschiebung von etwa Ψ = 45° noch hinreichend gut ist.P.
change of the fractional factors ^ and it has been shown that when increasing to 0.4, the agreement of the sizes U and ^ as functions of Ψ is optimal. It is easy to check that the agreement is then still sufficiently good up to a phase shift of about Ψ = 45 °.

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Claims

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Patent application before

Γ 1. J Circuit arrangement for the quasi-continuous control of the active power in AC consumers by means of static alternating current switches that cycle depending on a control voltage, with at least one counter-parallel connection of two thyristors in each of the consumer circuits, the clock ratio in each case by the consumer current and the consumer voltage that are superimposed on the control voltage, can be influenced and the thyristors of the alternating current switch are controlled by the control voltage superimposed in a RG network which determines the pulse ratio and the clock frequency via a synchronization device by means of a pulse generator, characterized in that a full-wave rectified consumer voltage (U) gropes in a known manner, depending on _{a DC voltage (U.) g derived from the consumer current (I v} ), which is also two-way rectified, and current-projected key-modulated by means of a multivibrator (M) controlled modulation switch (MS) is used and that the current-proportional keyed rectified consumer voltage generated by means of a filter chain of the RC network (R _g , C ₁ ; R ^, C ₂ ), smoothed as the actual value of the consumer power (P ^), a control DC voltage (U _R ) representing the nominal value of the consumer power is connected and the resulting target / actual value deviation is fed to the input of a comparator (S) upstream of the synchronizing device (S). K) is supplied.

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2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that as a multivibrator (M) a fourfold comparator

.Tor with an operational amplifier (0 ^) is used, in which the inverting and the non-inverting input are each connected to the output by a feedback resistor (Ev, Rp), the non-inverting input with the division point of an operating voltage (U ^,) placed, consisting of two resistors (R ^, R ^) is connected and the inverting input is supplied as a control voltage, a _{direct voltage (U) derived from the full-wave rectified consumer current (Ι γ} ) via an RC element (R ¹ G '). »R,

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a _{switching transistor (p) controlled by the pulse-width-modulated direct voltage (TT A} ) is used as the modulation switch (MS) in emitter circuit, in which the collector and base each have a resistor (Rg, R ^ ₇ ) the full-wave rectified consumer voltage (TJ) is applied.

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