DE903724C

DE903724C - Circuit for generating several constant DC voltages

Info

Publication number: DE903724C
Application number: DEH1736A
Authority: DE
Inventors: Georg Greif
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1950-02-22
Filing date: 1950-02-22
Publication date: 1954-02-08

Description

Schaltung zur Erzeugung mehrerer konstanter Gleichspannungen In der elektrischen Meßtechnik ist häufig die Aufgabe gestellt, mehrere konstante Gleichspannungen, insbesondere für Kompensationszwecke, unabhängig voneinander und hochisoliert gegeneinander und gegen Erde herzustellen. So wird z. B. bei der Temperaturmessung mittels Thermoelementen häufig das Kompensationsverfahren zur Messung der Thermo-EMK angewandt, und es tritt dann die Aufgabe auf, entsprechend der Vielzahl von Temperaturmeßstellen unabhängig voneinander entsprechende konstante Kompensationsspannungen zu schaffen. Ebenso werden häufig viele konstante Gleichspannungen dann benötigt, wenn Instrumente mit unterdrücktem Nullpunkt verwendet werden sollen. Es wird dann der Meßspannung eine konstante Spannung entgegengeschaltet.Circuit for generating several constant DC voltages In the electrical measurement technology is often the task of several constant DC voltages, especially for compensation purposes, independent of one another and highly isolated from one another and to produce against earth. So z. B. in temperature measurement by means of thermocouples often the compensation method is used to measure the thermal EMF, and it occurs then the task on, independently of the large number of temperature measuring points to create corresponding constant compensation voltages. as well a lot of constant DC voltages are often required when instruments with suppressed zero point should be used. It then becomes the measurement voltage constant voltage switched in the opposite direction.

Zur Erzeugung derartiger konstanter Gleichspannungen sind schon verschiedene Wege bekannt. Der einfachste ist, die Spannungen einzelnen Trockenelementen hoher Amperestundenzahlen zu entnehmen. Es ergibt sich dann aber die Notwendigkeit, ,die Spannungen dauernd zu kontrollieren, da die Trockenelemente durch die unvermeidliche Entladung ihre Spannung laufend ändern. Außerdem müssen die Trockenelemente gut isoliert voneinander aufgestellt werden, und es muß jede einzelne Meßspannung einzeln geregelt und gemessen werden.There are already various ways of generating such constant DC voltages Known ways. The simplest is to increase the tension of the individual drying elements Refer to ampere-hour numbers. But then there is the need, that Constantly controlling tension, as the drying elements by the inevitable Discharge continuously change their voltage. Also, the drying elements must be good be set up isolated from each other, and each individual measuring voltage must be individually regulated and measured.

Neuerdings ist man daher mehr dazu übergegangen, derartige konstante Spannungen aus dem Netz zu entnehmen. Bei einer bekannten Ausführungsform liefert z. B. ein an einem Normalelement angeschlossener selbsttätiger Kompensator einen auf ein Eintausendstel konstanten Strom, und dieser erzeugt an einem passenden Widerstand die gewünschte konstante Spannung. Eine derartige Anordnung erfüllt alle technischen Bedingungen, die man von einer derartigen konstanten Stromquelle erwartet. Sie ist jedoch außerordentlich kostspielig, da für jede Spannung ein besonderer Kompensator notwendig ist.Lately there has therefore been more of a move towards such constants To take voltages from the network. In a known embodiment provides z. B. an automatic compensator connected to a normal element to a thousandth of a constant current, and this generates a suitable resistor the desired constant voltage. Such a one Arrangement fulfilled all the technical conditions that one would expect from such a constant power source expected. However, it is extremely expensive, since there is a special one for each voltage Compensator is necessary.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind schon Wege gefunden worden, welche die Erzeugung mehrerer unabhängiger Spannungen ermöglichen, dabei aber nur eine einzige Konstantspannungsquelle benötigen. So ist es bekannt, mehrere Thermoumformer hintereinanderzuschalten, deren Heizdrähte über einen festen Widerstand von einer Konstantspannungsquelle gespeist werden. Die Thermoumformer haben indirekte Heizung, d. h. die Thermoelemente sind von den Heizdrähten isoliert. Diese Thermoelemente erzeugen dann unabhängig voneinander die benötigten Spannungen. Die Anordnung besitzt aber mehrere Nachteile, die ihre Einführung in die Praxis bisher verhinderten. Einmal ist 'die EMK der Thermoelemente sehr gering. Es müßten also für eine Meßstelle mehrere Thermoelemente in Reihe geschaltet werden., was sehr teuer ist. Weiterhin ist zwar die galvanische Trennung zwischen den einzelnen Spannungsquellen gegeben, es muß aber bei weitverzweigten Installationen immer mit nennenswerten Störspannungen zwischen den Meßstellen gerechnet werden, die leicht zu einem Überschlag bei den verhältnismäßig schwachen Isolationen zwischen den Thermoelementen und den Heizdrähten führen können. Der schwerwiegendste Nachteil der Anordnung liegt aber darin, daß gerade bei den indirekt geheizten Thermoumformern niemals mit einer vollen Konstante der Thermokraft gerechnet werden kann.To avoid this disadvantage, ways have already been found which allow the generation of several independent voltages, but only require a single constant voltage source. So it is known to have several thermal transducers to be connected in series, the heating wires of which have a fixed resistance from one Constant voltage source are fed. The thermal converters have indirect heating, d. H. the thermocouples are isolated from the heating wires. These thermocouples then generate the required voltages independently of one another. The arrangement possesses but several disadvantages that have so far prevented their implementation in practice. Once the emf of the thermocouples is very low. So there would have to be several for one measuring point Thermocouples are connected in series, which is very expensive. Still is the galvanic separation between the individual voltage sources given, it must but in widely ramified installations always with significant interference voltages between the measuring points are expected, which easily lead to a rollover in the proportionate weak insulation between the thermocouples and the heating wires. The most serious disadvantage of the arrangement, however, lies in the fact that especially with the indirectly heated thermo converters never with a full constant of the thermal force can be expected.

Eine andere bekannte Anordnung verwendet einen sogenannten Konstantspannungstransformator (magnetischer Spannungsgleichhalter), der vier in Graetzschaltung liegende Gleichrichter speist. Die benötigte Gleichspannung wird an einem in der Diagonale liegenden Widerstand abgenommen. Der durch den in der Diagonale liegenden Belastungswiderstand fließende Gleichstrom ist aber nicht nur von der Spannung des Konstanttransformators, sondern auch von dem Widerstand der Gleichrichter abhängig. Dieser Widerstand ändert sich aber wiederum mit der Temperatur, und demnach ist also die abgenommene Gleichspannung von der Temperatur abhängig. Um diesen Nachteil, zu vermeiden, ist es bereits bekannt. hinter dem Gleichrichter zur Beseitigung dieser Temperaturabhängigkeit eine Glühlampenbrücke zu schalten. Selbst wenn man von dem großen Aufwand absieht, der in der Kaskadenschaltung des magnetischen und thermischen Gleichhalters begründet liegt, so bleibt doch die Tatsache bestehen, daß es mit der beschriebenen Anordnung nicht möglich ist, mehrere voneinander unabhängige Gleichspannungen zu erzeugen.Another known arrangement uses a so-called constant voltage transformer (magnetic voltage equalizer), the four rectifiers in Graetz circuit feeds. The required DC voltage is applied to a resistor located on the diagonal removed. The load resistance flowing through the load resistance lying in the diagonal However, direct current is not only dependent on the voltage of the constant transformer, but also depends on the resistance of the rectifier. This resistance changes but again with the temperature, and accordingly is the reduced DC voltage depending on the temperature. In order to avoid this disadvantage, it is already known. an incandescent lamp bridge behind the rectifier to eliminate this temperature dependency to switch. Even if you disregard the great effort involved in the cascade connection of the magnetic and thermal equalizer is justified, the The fact exist that it is not possible with the arrangement described, several to generate independent DC voltages.

Diese Aufgabe wird mit verhältnismäßig sehr geringem Aufwand durch die Erfindung gelöst. ach der Erfindung beschickt man eine der Zahl der gewünschten Gleichspannungen entsprechende Anzahl von Stromwandlern, mit ihren Primärwicklungen in Reihe geschaltet, mit dem gleichen konstanten Wechselstrom und schließt die Sekundärwicklungen über Sperrschichtgleichrichter und konstante Widerstände, an denen die erforderlichen konstanten Gleichspannungen abgenommen werden können. Der Sekundärstrom der einzelnen Wandler und damit die abgenommenen Spannungen sind dann innerhalb der praktisch vorkommenden Grenzen von Widerstandsänderungen in den Sekundärkreisen nur vom Wandlerverhältnis abhängig.This task is carried out with relatively little effort solved the invention. After the invention one loads one of the number of the desired ones DC voltage corresponding number of current transformers, with their primary windings connected in series, with the same constant alternating current and closes the secondary windings via junction rectifier and constant resistors to which the required constant DC voltages can be drawn off. The secondary current of each Converters and thus the voltages taken are then within the practical range Occurring limits of resistance changes in the secondary circuits only from the transformer ratio addicted.

Die Erzeugung eines konstanten Stromes im Primärkreis des Wandlers kann in einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, daß die Stromwandler primärseitig in Reihe mit einem größeren Vorwiderstand an eine konstante Wechselspannung gelegt werden, falls nicht in irgendeiner Form schon eine andere Konstantstromquelle zur Verfügung steht. Derartige Wechselspannungsquellen mit konstanter Spannung sind z. B. für Eichplätze und sonstige Meßanlagen häufig vorhanden. Sie können auch durch die relativ einfachen Kon.stanttransformatoren erzeugt werden. Dadurch, daß vor die Wandler ein größerer Vorwiderstand geschaltet ist, wird der Strom durch die Sekundärseite des Wandlers gewissermaßen hindurchgedrückt, und es fällt nicht ins Gewicht, wenn der Widerstand des Sekundärkreises des Wandlers sich in geringen Grenzen ändert. Von einem eingedrückten Strom kann man dann sprechen, wenn der vorgeschaltete Widerstand so bemessen ist, daß er mehr als hundertmal größer ist als der auf der Primärseite in Erscheinung tretende Eingangswiderstand der belasteten Stromwandler. Die Temperaturabhängigkeit der Gleichrichter, die sich in einer mit der Temperatur stattfindenden Änderung des Durchlaßwiderstandes ausdrückt, wird durch diese Maßnahme bedeutungslos. Änderungen des Rückstromes (Reststrom in der Sperrichtung) mit der Temperatur und zeitlichen Änderungen haben dann, selbst wenn sie bis zu 50°%. des Nennwertes ausmachen, immer noch äußerst geringen Einfluß auf die Gleichspannung. Auch die Beeinflussung der Gleichspannungen untereinander ist praktisch Null. Es kann beispielsweise der Widerstand in der Diagonale einer Gleichrichteranordnung kurzgeschlossen werden, ohne daß sich die Gleichspannung eines anderen Gliedes dadurch merklich ändert. Der Grund ist darin zu suchen, daß der kurzgeschlossene Wandler so wirkt, als wenn sich auf der PrimärseitederWiderstandvonseinemNennwert auf nahezu Null geändert hätte. Auf den gesamten Widerstand im Primärkreis der Wandler bezogen ist diese Änderung jedoch wegen der gewählten Dimensionierung des Vorwiderstandes vernachlässigbar klein und damit ohne merkbaren Einfluß auf den Primärstrom. Als Gleichrichter können alle Trockengleichrichter, die sich für Meßzwecke eignen, wie z. B. Kupferoxydgleichrichter oder Germaniumgleichrichter, verwendet werden. Eine hohe Isolierung der erzeugten konstanten Gleichspannungen gegeneinander ist durch Wahl einer geeigneten Zwischenisolation zwischen Primär- und Sekundär- Wicklung der Stromwandler ohne weiteres zu verwirklichen.The generation of a constant current in the primary circuit of the converter can be realized in a simple manner that the current transformer is on the primary side connected in series with a larger series resistor to a constant alternating voltage if not in some form already another constant current source to Available. Such AC voltage sources with constant voltage are z. B. for calibration stations and other measuring systems are often available. You can go through too the relatively simple constant transformers are generated. By that before If a larger series resistor is connected to the converter, the current is passed through the Secondary side of the transducer pushed through, so to speak, and it does not fall into Weight when the resistance of the secondary circuit of the converter is within low limits changes. One can speak of an indented current if the upstream Resistance is such that it is more than a hundred times greater than that on the Input resistance of the loaded current transformers appearing on the primary side. The temperature dependence of the rectifier, which is in one with the temperature the change in the forward resistance that takes place is expressed by this measure meaningless. Changes in the reverse current (residual current in the reverse direction) with the Temperature and temporal changes have then, even if they are up to 50 °%. of Make up the nominal value, still very little influence on the DC voltage. The influence of the DC voltages on one another is also practically zero. It for example, the resistance in the diagonal of a rectifier arrangement be short-circuited without affecting the DC voltage of another member changes noticeably. The reason is to be found in the fact that the short-circuited converter acts as if on the primary side the resistance increases from its nominal value to almost Would have changed zero. Based on the total resistance in the primary circuit of the converter However, this change is due to the selected dimensioning of the series resistor negligibly small and therefore without any noticeable influence on the primary current. as Rectifiers can all dry rectifiers that are suitable for measurement purposes, such as z. B. copper oxide rectifiers or germanium rectifiers can be used. One high isolation of the generated constant DC voltages from each other is due to Choice of suitable intermediate insulation between primary and secondary Winding the current transformer can be realized without further ado.

In der Zeichnung ist die Schaltung für die Erzeugung von konstanten Gleichspannungen nach der Erfindung dargestellt. i ist ein Konstanttransformator, der zwischen seinen Klemmen 2 und 3 eine Konstantspannung erzeugt. Mit seinen Eingangsklemmen liegt er an der Netzspannung 22o V Wechselstrom. An die Klemmen 2 und 3 sind hintereinandergeschaltet die Wandler 4, 5, 6, 7 und 8 sowie der feste Vorwiderstand 9 und der regelbare Vorwiderstand io angeschlossen. 9 und io haben zusammen einen so hohen Widerstand, daß der an den Wandlern im belasteten. Zustand auftretende Spannungsabfall vernachlässigbar klein gegenüber dem an den Vorwiderständen auftretenden Spannungsabfall ist. Der regelbare Vorwiderstand i o dient zur Einregelung des Stromes, um z. B. etwaige zeitliche Änderungen des Konstanttransformators auszugleichen. Die Sekundärwicklungen der Wandler 4, 5, 6 und 7 sind an Gleichrichteranordnungen i 1, 12, z3 und 14 angeschlossen, welche konstante Widerstände 15, 16, 17 und 18 speisen. An diesen Widerständen werden die Kompensationsspannungen abgenommen, die, wie angedeutet, zur Messung der Thermo-EMK von Thermoelementen dienen. Hierzu sind die Nullinstrumente i9, 20, 21 und 22 vorgesehen. Der Wandler 8 ist abschaltbar und an seine Schaltung angeschlossen., welche zur Kontrolle der ganzen Anordnung dient. Er speist ebenfalls über eine Gleichrichteranordnung 23 einen Widerstand 24, an dem eine Kompensationsschaltung angeschlossen ist. Die am Widerstand 24 erzeugte Spannung wird über einen Hilfsstromkreis 25 mit Hilfe des Umschalters 26 und des Nullinstrumentes 27 mit dem Normalelement 28 verglichen. Solange das Nullinstrument 27 bei Einschalten des Wandlers 8 Null zeigt, fließt der vorgesehene Primärstrom, zu dem die einzelnen Gleichspannungen im festen Verhältnis stehen. Weicht das Nullinstrument ab, so wird durch Einregulierung des Vorwiderstandes io der ursprüngliche Strom wieder eingestellt.In the drawing is the circuit for generating constant DC voltages shown according to the invention. i is a constant transformer, which generates a constant voltage between its terminals 2 and 3. With its input terminals if it is connected to the mains voltage of 22o V AC. Terminals 2 and 3 are connected in series the converters 4, 5, 6, 7 and 8 as well as the fixed series resistor 9 and the adjustable series resistor io connected. 9 and io together have such a high resistance that the on the converters in the loaded. State occurring voltage drop negligible is small compared to the voltage drop occurring at the series resistors. Of the adjustable series resistor i o is used to regulate the current to z. B. any compensate for temporal changes in the constant transformer. The secondary windings the converters 4, 5, 6 and 7 are connected to rectifier arrangements i 1, 12, z3 and 14, which constant resistors 15, 16, 17 and 18 feed. Be at these resistors the compensation voltages removed, which, as indicated, are used to measure the thermal EMF of thermocouples are used. The zero instruments i9, 20, 21 and 22 are provided for this purpose. The converter 8 can be switched off and connected to its circuit. Which for Control of the whole arrangement is used. It also feeds via a rectifier arrangement 23 a resistor 24 to which a compensation circuit is connected. the The voltage generated at the resistor 24 is via an auxiliary circuit 25 with the aid of the switch 26 and the zero instrument 27 compared with the normal element 28. As long as the zero instrument 27 shows zero when the converter 8 is switched on, flows the intended primary current to which the individual DC voltages are in a fixed ratio stand. If the zero instrument deviates, the adjustment of the series resistor io the original stream set again.

Man kann noch einen Schritt weitergehen und die an einem Wandler erzeugte Gleichspannung zur Regelung des Stromes im Primärkreis der Wandler benutzen. Man kann also z. B. die trotz des Konstanttransformators noch vorhandenen kleinen Spannungsänderungen ausregeln. Der Regelimpuls kann zweckmäßig unmittelbar durch dieAusschläge eines Galvanometers gegeben sein, welches in einer Kompensationsschaltung die Spannung eines Normalelementes mit einer der erzeugten Gleichspannungen vergleicht.You can go a step further and use the one generated on a transducer Use direct voltage to regulate the current in the primary circuit of the converter. Man so can z. B. the small voltage changes that are still present despite the constant transformer adjust. The control pulse can expediently directly through the deflections of a Galvanometer be given, which the voltage in a compensation circuit compares a normal element with one of the generated DC voltages.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit for the generation of several constant DC voltages that are independent of one another and that are highly isolated from earth and highly isolated from one another, especially for compensation purposes, characterized in that a number of current transformers (4, 5, 6, 7) with their primary windings corresponding to the number of desired direct voltages connected in series, fed with the same constant alternating current and its secondary windings are closed via junction rectifiers (11, 1: 2, 13, 14) and constant resistors (15, 16, 17, 18) from which the required constant DC voltages are drawn.

2. A circuit according to claim i, characterized in that the Current transformer on the primary side in series with a larger series resistor (9, 1o), the at least one hundred times the voltage drop of one of the current transformers (4, 5, 6, 7) has in the loaded state, be applied to a constant alternating voltage.

3. Circuit according to Claim i and 2, characterized in that the series resistor (io) to adjust the size of the secondary DC voltages is variable. :

4th Circuit according to Claims i to 3, characterized in that the in the secondary circuit a current transformer (8) generated DC voltage to regulate the current in the Primary circuit of the current transformer is used.

5. Circuit according to claim i to 4, characterized characterized in that a DC voltage generated in the secondary circuit of a current transformer (8) is compared with that of a normal element (28). Attracted pamphlets German Patent No. 641,066; Austrian patent specification No. 134 191.