DK142689B - Regulator med automatisk indstillede parametre i ensretteranlaeg - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142689 (Jt) DANMARK (5’) in·.c,.3 p 13/16 §(21) Ansøgning nr. 4987/7I (22) Indleveret den 14. okt. 1971 (24) Løbedag 14. Okt. 1971 (44) Ansøgningen fremlagt og

fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 15· dec . 19 oO

DIREKTORATET FOR , „ PAT E N T- O G VA R E MÆ R K E VÆ S E N ET <30) Pnomet beaaret f™ de" Λ .

50. okt. 1970, 2055475, DE

(71) LI GENT IA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH. 3 Theodor-Stern-Kai 1, 6 Frankfurt 70, DE.

<72> Opfinder: Alfons Schraeder, Fuerstendamm 52, 1 Berlin 28, DE.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Skandinavisk Patent Bureau v/Frode Larsen.

(54) Regulator med automatisk indstillede parametre i ensretteranlseg.

Opfindelsen angår en regulator med automatisk indstillede parametre for strømafhængig strøraregulering i ensretteranlæg, der har et proportionalled med en forstærkning afhængig af, om den tilstedeværende strøm er med eller uden strømløse intervaller.

En sådan regulator kendes fra Technische Mitteilungen AEG-TELEFUNKEN, 1969, hefte 6, side 348 til 352.

Dimensionering af regulatorer til strømensretterteknik, til anvendelse ved motordrift og strømforsyninger giver ingen vanskeligheder, sålænge reguleringskredsenes led 142689 2 er lineære. Det er tilfældet inden for arbejdsområdet, når strømmen på forbrugersiden er uden strømløse intervaller. I dette område har reguleringskredsen et dødtidsled i form af ensretteren og et forsinkelsesled 5 af 1. orden. Regulatoren udformes med fordel som PI-regulator. Reguleringskredsen er imidlertid ikke lineær i det. arbejdsområde, hvor der forekommer str&mløse intervaller i strømmen på forbrugerside. Ensretterens forstærkning er meget mindre, og erstatningstidskon-10 stanten for den samlede kreds er mindre end i området uden strømløse intervaller. Desuden ændres forholdet Ia/Ian i afhængighed af tændingsforsinkelsesvinklen «C kontinuerligt i hele området med strømløse intervaller (Fig. 3). Det for drift uden strømløse intervaller op-15 timerede strømreguleringsapparat kan derfor ikke arbejde optimalt inden for dette område. I forbindelse med overordnede reguleringsorganer, f.eks. en omdrejningstalsregulator, kan det endog komme til svingninger, fordi parametrene for den underlejrede regule-20 ringskreds, for hvilken den overlejrede var optimeret, ændres.

Til undgåelse af disse forstyrrende fænomener ændres i den ovenfornævnte, kendte strømregulator parametrene automatisk og tilpasses forholdene i reguleringskredsen.

25 Fra det nævnte trykskrift er det kendt, at det selvtilpassende reguleringsorgan for strømreguleringskredsen må opfylde betingelserne: Pi-forhold ved strøm uden strømløse intervaller og I-forhold ved strøm med strømløse intervaller. Desuden må regulatortidskonstanten 30 TRL efterindstilles på en sådan måde, at ligning (8) i den nævnte artikel tilfredsstilles, hvilken ligning dannes ved ligestilling af frekvensgangene for den åbne reguleringskreds for strøm med og uden strømløse intervaller.

35 I fig. 8 i den nævnte artikel er angivet en principkobling for en omskiftelig Pl/I-regulator, der opfylder de ovennævnte betingelser. Denne kobling forudsætter for 5 142689 det første, at den af ensretterens udstyring afhængige grænse for forekomsten af strømløse intervaller aftastes nøjagtigt. For det andet må tidskonstanten TRL efterind-stilles i afhængighed af strømmen og ensretterens udsty-5 ring, hvortil der kræves et indstillingssignal, der over en funktionsgiver fås fra ankerstrømmen. Det ud fra disse forudsætninger til dannelse af den angivne kobling nødvendige forbrug af aftastingsorganer, multiplikatorer og funktionsgivere kan være betydeligt.

10 Til undgåelse af dette forbrug foreslås det i den nævnte artikel, side 351, højre spalte afsnit 1 at anvende en ændret regulator, der i strømområdet med strømløse intervaller arbejder med en impulsbreddemoduleret omkobling af den faktiske strømværdi mellem PI- og I-re-15 gulering, hvorved der ved en tilstrækkelig tilpasning til forløbet af forstærkningen kan spares multiplikatorer og funktionsgivere.

Ved den beskrevne regulator har det imidlertid i praksis vist sig, at indreguleringstideme ved overgang fra 20 arbejdsområder med strømløse intervaller til arbejdsområder uden strømløse intervaller trænger til forbedring i strømretteranlæg, hvor der stilles store krav til reguleringsdynamikken. På grund af den som følge af overgangen til det andet arbejdsområde nødvendige op-25 eller afladning af kondensatorerne opstår der nemlig betydelige tidstab.

Det er opfindelsens formål at anvise en regulator af den angivne art, der giver en økonomisk løsning med korte overgangstider fra det ene arbejdsområde til det 3o andet.

Det opnås ifølge opfindelsen ved, at proportionalleddet er koblet som andet led i en seriekobling med et første led med konstant proportionalitetsforstærkning og foran et integrerende led og parallelt med et diffe-35 rentierende led og i modkoblingsgrenen til sin forstærker har to i serie koblede, ohmske modstande, hvoraf den ene kan kortsluttes med en omskifter, der styres af et 142689 4 binært signal, der frembringes i afhængighed af tilstedeværelsen eller ikke-tilstedeværelsen af ensretterstrøm, idet styringen sker gennem selve strømmen eller ved kontrol af spændingen over ensretterens ventiler.

5 Herved opnås, at der ved overgang fra det ene arbejdsområde til det andet kun skal omskiftes modstande, hvorved op- eller afladning af kondensatorer undgås.

Herved undgås på en fordelagtig måde de tidligere generende tidstab.

10 Fordelagtige udformninger af regulatorer i henhold til hovedkravet er angivet i underkravene.

I det følgende skal opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et diagram for en strømregulator ifølge 15 opfindelsen, fig. 2 kurver til belysning af strømregulatorens arbejdsmåde, fig. 3 som et eksempel en karakteristik for en ensretter drift, med den til den nominelle strøm 1^ henførte 20 ankerstrøm 1^ i afhængighed af tændingsforsinkelsesvinklen med motorens EMK som parameter, hvor pilen x angiver området uden strømløse intervaller, pilen z området med strømløse intervaller og kurven y grænsen mellem disse områder og 25 fig. 4 en yderligere kobling af et led i den i fig. 1 viste strømregulator.

Den i fig. 1 viste kobling for en strømregulator består af en seriekobling af et første proportionalt led 1, et andet proportionalt led 2, parallelt med hvilket der 30 er koblet et differentierende led 3, og et integrerende led 4. Det første proportionale led 1 indeholder en forstærker 5 og har en konstant, proportional forstærkning der fastlægges ved valg af forstærkeren 5's indgangsmodstand R^og en i modkoblingskredsen liggende modstand 35 R2. Det andet proportionale led 2 indeholder en forstærker 6, der har en indgangsmodstand R^og en modkoblingskreds med to i serie koblede modstande R^ og R^. Efter forstær- 5 U2689 keren 6 er der koblet en modstand Rg. Leddets forstærkning bliver: V2 ( I,d) /Rg, hvor V2 = (R4+ R5)/R3

Parallelt med det andet proportionale led 2 er der 5 koblet et differentierende led 3, hvis forstærker 7 har en indgangsmodstand R^ og en modkoblingskreds med en modstand Rg. Efter forstærkeren 7 er der indkoblet en kondensator C^. Dette leds frekvensgang er p.Y^.C^, hvor er differentieringskvotienten og afhænger af val-10 get af modstandene R^og Rg. Det integrerende led 4 indeholder en forstærker 8 med en kondensator i modkoblingskredsen. Forstærkeren 8's udgangssignal styrker f.eks. en styreenhed, der leverer tændingsimpulser til en ensretter, der skal reguleres. Til det integrerende 15 led 4 føres additivt to signaler, et differentierende fra leddet 3 og et proportionalt fra leddet 2. Sammen med det integrerende led opnås der som resultat et proportionalt-integralt - (Pl)-forhold. Yed ændring af integral-bidraget ved ændring af forstærkningen Y2 (I,t£) 20 /Rg af det andet proportionale led 2 påvirkes strømregulatorens totale tidsforhold betydeligt. For frekvensgangen af den viste strømregulator gælder: Λ2 (ϊ.οΩ ) 1 = — +W · ser 71 Τζ + ?173 pC3 v2 (I.c() v3 25 = ?1 -- *(1+ -L_.PC3.R6) T2(I,0f) u; pC4

Det er det kendte frekvenssvar for en Pi-regulator.

Forøger man Y2(I,o()/Rg væsentligt, kan der ses bort fra det andet udtryk i tælleren, så at man opnår et integrerende forhold. Forstærkningen V2(l,<0/Rg af det andet 142689 6 proportionale led 2 må følgelig ændres i afhængighed af reguleringsstrækningen parametre analogt med de i fig. 3 viste karakteristikker. Det sker ved åbning og lukning af en kontakt 9, der er indkoblet parallelt med den i 5 modkoblingskredsen for forstærkeren 6 liggende modstand R5* I et område uden strømløse intervaller bliver Pl-re-gulatorens tidskonstant således: V- 1. = 3 . C, . Rg (2) m ν''(const") 3 6 10 og kan ændres ved ændring af 7^ og C^.

Integrationstiden for området med strømløse intervaller bliver under hensyntagen til en stor forstærkning 72(I,oC)/Rg af det andet proportionale led og ligning (1): C. . R/- 15 T, = 4 6 L ατ «tr

Styringen af omskifteren 9, der kan være en mekanisk omskifter eller en felteffekttransistor, sker ved hjælp af den i ensretteren løbende eller ikke-løbende strøm.

En anden mulighed består i at aftaste spændingen på ens-20 retterens thyristorer og herfra aflede en styring til omskifteren 9.

Til tydeliggørelse er der i diagram 2a vist en fra området med strømløse perioder opvoksende strøm.

I diagram 2b er vist et binært signal S(t), der frem-25 bringes gennem tilstedeværelsen eller ikke-tilstedeværel-sen af strøm. Dette binære signal ændrer forstærkningen ?2(I,0()/Rg af det andet proportionale led, idet det udløser omskifteren 9 og herved kortslutter den i forstærkeren 6’s modkoblingsgren liggende modstand R^ eller 30 indkobler denne i serie med modstanden R^. På denne måde opnås det ønskede tidsforhold for strømregulatoren i afhængighed af hvorvidt ensretteren arbejder i et område med eller uden strømløse intervaller.

7 142689 I en fig. 4 er vist en ved hjælp af en ændret tilbagekobling af det differentierende led 3 dannet særlig fordelagtig udførelsesform for en strømregulator ifølge opfindelsen. Ved dimensioneringen af regulatoren betragtes 5 for enkelheds skyld ensretterens udglatningsdrosselspolers selvinduktion som konstant. Udglatningsdrosselspolerne dimensioneres imidlertid af økonomiske grunde på en sådan måde, at de mættes med voksende ankerstrøm 1A, hvorved induktiviteten på kendt måde aftager med voksen-10 de strøm. Men da proportionalitetsforstærkningen af hensyn til ensretterdriftens stabilitet må indstilles efter den mindste induktivitet, fås der i området med små strømme under drift uden strømløse intervaller en alt for stor indreguleringstid.

15 I området uden strømløse intervaller bliver ifølge ligning 2 regulatortidskonstanten T^, der skal være lig med ankertidskonstanten TA: TNL = --- * C3 ‘ R6 °S TA = —

Yg (const.) Ra hvor La er summen af induktiviteterne og RA summen af de 20 virksomme, ohmske modstande i ankerkredsen. Ved en ændring af induktivitetn LA med ankerstrønmen ændres ankertidskonstanten TA- Men da ankertidskonstanten TA og regulatortidskonstanten TNL skal være lige store i området uden strømløse intervaller, kan V^ til tilpasning af re-25 gulatortidskonstanten Tj^ fortrinsvis ændres lineært med induktiviteten LA. Hertil er der i forstærkeren 7's tilbagekoblingsgren anbragt en variabel modstand Rg i serie med den tilstedeværende faste modstand Rg. Denne variable modstand Rg kan enten bestå af en eller flere i 30 serie koblede modstande, der ind- eller udkobles ved hjælp af paralleltkoblede felteffekttransistorer, der styres af strømmen i modkoblingsgrenen, eller af en feltplademodstand (Feldplattenwiderstand), der i afhængighed af strømmens magnetiske flux ændrer modstands-35 værdi.

Claims (2)

8 142689 Regulatorens forhold påvirkes kun uvæsentligt af den særlige udformning af tilbagekoblingsgrenen i differentieringsleddet 3 i området med strømløse intervaller, da forstærkningen af det andet proportio-5 nåle led 2 er afgørende i området med strømløse intervaller. Regulatoren ifølge opfindelsen kan også benyttes uden ændring af forstærkningen af det andet proportionale led 2. Det er for eksempel ønskeligt i ensretter-10 koblinger med kredsstrøm, hvor udglatningsdrosselspolerne meget hurtigt mættes, og der optræder store spidsstrømme. Patentkrav.

1. Regulator med automatisk indstillede parametre for strømafhængig strømregulering i ensretteranlæg, der har et proportionalled med en forstærkning afhængig af, om den tilstedeværende strøm er med eller uden strømløse 5 intervaller, kendetegnet ved, at proportionalleddet (2) er koblet som andet led i en seriekobling med et første led (l) med konstant proportionalforstærkning og foran et integrerende led (4) og parallelt med et differentierende led (3) og i modkoblingsgrenen til 10 sin forstærker (6) har to i serie koblede, ohraske modstande R^ og R^, hvoraf den ene kan kortsluttes med en omskifter (9), der styres af et binært signal, der frembringes i afhængighed af tilstedeværelsen eller ikke tilstedeværelsen af ensretterstrøn, idet styringen sker 15 gennem selve strømmen eller ved kontrol af spændingen over ensretterens ventiler.

2. Regulator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omskifteren (9) udgøres af en mekanisk kontakt eller en felteffekttransistor.