DE1115059B

DE1115059B - Schaltung zum Bilden einer dem Momentanwert der Quadratwurzel der Summe der Quadrateder Momentanwerte zweier Eingangsspannungen proportionalen Ausgangsspannung

Info

Publication number: DE1115059B
Application number: DEA17685A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Uno Lamm; Dr-Ing Erich Uhlmann
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1952-03-29
Filing date: 1953-03-25
Publication date: 1961-10-12
Also published as: DE1094871B; GB733254A; US2707765A; CH313407A

Description

INTERNAT. Kt. G 06 g

DEUTSCHES

PATENTAMT

A17685IXc/42m

ANMELDETAG: 25. MARZ 1953

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 12. OKTOBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bildung einer resultierenden elektrischen Größe aus zwei beliebigen, wenigstens teilweise mit der Zeit schwankenden elektrischen Größen in der Weise, daß der Wert der resultierenden Größe in jedem Augenblick im wesentlichen gleich der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Augenblickswerte der beiden beliebigen Größen ist.

Bisher bekannte Schaltungen lassen die Bildung einer solchen Größe zu, wenn es sich um elektrische Größen handelt, die entweder konstant sind oder sich nach einer einfachen Sinusfunktion ändern, und verwenden zur Lösung dieser Aufgabe beispielsweise elektromechanische Einrichtungen. Liegt aber die Aufgabe vor, eine derartige Quadratsummierung von Augenblickswerten von Größen zu bilden, die eine mehr oder weniger unregelmäßige Funktion der Zeit darstellen, so ist dies mit den bisher üblichen Schaltungen nicht durchführbar.

Die Erfindung bringt eine Lösung dieser Aufgabe, die die Vorteile hat, daß sie nur unempfindliche und wartungsfreie Bestandteile benötigt und trägheitslos arbeitet. Die Schaltung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß sie eine Anzahl parallel an den Ausgangsklemmen liegender Stromkreise umfaßt, in denen jeweils die beiden Eingangsspannungen e_x und e_t mit solchen Übersetzungsfaktoren α bzw. b eingespeist werden, daß für jeden Stromkreis a² + b² =const, gilt, wobei jeder Stromkreis je ein gegenüber den Ausgangsklemmen jeweils im selben Sinne gerichtetes Stromventil enthält, so daß nur das Stromventil in demjenigen Kreis leitend wird, für den das Verhältnis e_t/e._z der Eingangsspannungen dem Verhältnis a/b der zugehörigen Übersetzungsfaktoren am nächsten kommt und somit die an die Ausgangsklemmen abzugebende Summenspannung a-e^+b-e» am größten ist, während die übrigen Stromventile in den anderen Stromkreisen durch diese größte Summenspannung blockiert werden.

Die Summenspannung e_s in jedem Stromkreis ergibt sich aus den Eingangsspannungen e_t und e₂ und den zugehörigen Übersetzungsfaktoren α und b zu

wobei

e_s = a · e_t + b ■ <?₂,
a² + & = 1

sein soll. Die größte Summenspannung e_s tritt in demjenigen Stromkreis auf, in welchem die erste Ableitung

dejda = 0 (3)

Schaltung zum Bilden einer dem Momentanwert der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Momentanwerte zweier Eingangsspannungen proportionalen Ausgangsspannung

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeräs (Schweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt, Gießen, Bismarckstr. 43

Beanspruchte Priorität: Schweden vom 29. März 1952 (Nr. 2913/52)

Dr. techn. Uno Lamm und Dr.-Ing. Erich Uhlmann,

Ludvika (Schweden), sind als Erfinder genannt worden

ist. Aus Gleichungen (1) und (3) ergibt sich in Verbindung mit Gleichung (2)

alb = e_xle₂.

Das Gleichungssystem Gleichungen (2) und (4) hat für α und b die Lösung

a = i

Einsetzen dieser Werte für α und b in Gleichung (1) ergibt für die größte Summenspannung e_s (max) = feJVeJ.

Die größte Summenspannung, welche in dem Stromkreis mit a/b = ^e₂ auftritt, ist also in der Tat proportional der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der beiden Eingangsspannungen, wobei die Proportionalitätskonstante wegen der Normierung der rechten Seite von Gleichung (2) auf die Einheit ebenfalls gleich der Einheit ist.

In Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen gezeigt, die im Prinzip dieselbe Wirkung haben, die aber praktisch verschieden ausgeführt sind.

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In Fig. X sind zwölf Richtventile 10 zu einer zwölfphasigen Stromrichterschaltung zusammengeschaltet. Jedes Ventil ist mit seiner Anodenseite an einer Phase eines zwölfphasigen Transformators 11 angeschlossen. Die Primärwicklung des Transformators hat nur zwei Phasenwicklungen 12 und 13, deren eine, 13, aber auf zwei Kerne oder Schenkel des Transformators aufgeteilt ist. Diesen beiden Phasenwicklungen werden die beiden primären Spannungen aufgedrückt, deren Quadratsumme gebildet werden soll. Die Wicklungen sind derart bemessen, daß alle Kernschenkel gleich hoch gesättigt werden, falls die beiden aufgedrückten Spannungen gleich, sinusförmig und um 90° gegeneinander phasenverschoben sind. Die Kathoden sämtlicher Richtventile 10 der Sekundärwicklung sind miteinander verbunden, und die sekundäre Spannung wird zwischen ihnen und dem Nullpunkt der Sekundärwicklung abgenommen und kann einem Widerstand 14 aufgedrückt werden. Diese Spannung wird dann eine Gleichspannung der bei symmetrischen Vielpulsgleichrichtern normalen Art und entspricht der gewünschten Summe der primären Spannungen. Tn dieser Schaltung sind somit die Übersetzungsfaktoren »α« und »b« durch den Sinus bzw. den Cosinus des Winkels des resultierenden Magnetfeldes verwirklicht.

Fig. 1 zeigt nur ein Beispiel der Verwendung einer symmetrisch vielpulsigen Stromrichterschaltung für die Quadratsummierung, aber jede derartige Schaltung kann für den Zweck verwendet werden. Man kann beispielsweise eine Anordnung bekannter Art zur Schaltung einer höheren Pulszahl, als der Anzahl der Ventile entspricht, verwenden, beispielsweise von der allgemeinen Art, die im schweizerischen Patent 210 022 beschrieben ist.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, die sich in zwei wesentlichen Punkten von der in Fig. 1 unterscheidet. Erstens verwendet sie nur zwei Transformatorkerne, weshalb ihr Transformator einem mit zweiphasiger Primärwicklung am nächsten kommt, und zweitens sind die Richtventile zwischen die beiden auf getrennten Kernen liegenden Sekundärwicklungen geschaltet, genauer gesagt zwischen besonders ausgewählte Punkte dieser Wicklungen.

Die beiden Primärwicklungen des Transformators sind in Fig. 2 mit 17 und 18 bezeichnet. Mit der Primärwicklung 17 arbeiten zwei Sekundärwicklungen 19 und 20 zusammen, deren äußere Enden miteinander verbunden sind; mit der Primärwicklung 18 arbeiten zwei Sekundärwicklungen 21, 22 zusammen, deren innere Enden verbunden sind. Zwischen den beiden Paaren von Sekundärwicklungen wird die Spannung abgenommen und beispielsweise dem Belastungswiderstand 23 aufgedrückt.

Geht man z. B. von der Sekundärwicklung 19 aus, so findet man, daß das linke Ende dieser Wicklung, das mit dem Widerstand 23 direkt verbunden ist, durch ein Ventil 25 mit dem linken Ende der Sekundärwicklung 21 verbunden ist, welches Ende am entferntesten vom Widerstand 23 liegt. Eine Untersuchung zeigt, daß dieses Ventil 25 die höchste Spannung erhält und also wirksam wird, wenn die Spannung über der Wicklung 19 klein im Vergleich mit der Spannung über der Wicklung 21 ist.

Die nächste Anzapfung der Sekundärwicklung 19 liegt in einer Entfernung von deren linkem Ende, die im dargestellten Beispiel 0,5 der Länge der Wicklung ist, und ist über ein Ventil 26 mit einem Punkt der Wicklung 21 verbunden, der

f 1 - (0,5)² = 0,866

der Länge der genannten Wicklung von deren rechtem, mit dem Widerstand 23 verbundenem Ende hegt. Dieses Ventil erhält die höchste Spannung von sämtlichen, wenn die Spannung über dieser Sekundärwicklung sich zur Spannung über der Sekundärwicklung 21 wie 0,5:0,866 verhält oder das Verhältnis ίο nahe diesem liegt. Die Summe der Spannungen über den beiden hierbei in Reihe geschalteten Teilen der Sekundärwicklung wird dann proportional

]/(0,5)² + (0,866)²,

d. h. der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der beiden gesamten Sekundärspannungen, die ihrerseits den Primärspannungen proportional sind. Die nächste Anzapfung der Sekundärwicklung 19 liegt etwa 0,866 der Wicklungslänge von deren linkem Ende und ist durch ein Ventil 27 mit einem Punkt der Wicklung 21 verbunden, der bei 0,5 der Wicklung von deren rechtem Ende liegt. In Analogie mit dem Ventil 26 wird dann das Ventil 27 wirksam, wenn das Verhältnis zwischen den Spannungen der Sekundärwicklungen 19 und 21 von der Größenordnung 0,866:0,5 ist, und die Summenspannung wird dann proportional

V (0,866)² + (0,5)².

Schließlich wird das rechte Ende der Wicklung 19 mit dem rechten Ende der Wicklung 21 durch ein Ventil 28 verbunden, das in Wirkung tritt, wenn die Spannung über 21 im Vergleich mit der Spannung über 19 vernachlässigt werden kann.

In dieser Schaltung werden die Übersetzungsfaktoren »a« und »b« durch entsprechende Wicklungsabschnitte der für die beiden Eingangsspannungen vorgesehenen beiden Transformatoren verwirklicht.

Eine Voraussetzung dafür, daß die erhaltene Spannung nahe der wirklichen Quadratsumme liegen soll, ist, daß die Anzapfungen so gewählt sind, daß die Stufen zwischen den Werten α und b, die den durch Ventile verbundenen Anzapfungspaaren entsprechen, im wesentlichen gleich und nicht allzu groß werden. Dieser Forderung genügt das Ausführungsbeispiel. Mit der in Hinsicht auf die genannten Werte symmetrischen und ziemlich dichten Verteilung der Anzapfungspaare bekommt man, wie eine Durchrechnung zeigt, einen Höchstfehler der Quadratsummierung von nur etwas über 3%>. Allgemein kann man die Bedingung der Symmetrie der Werte a und b derart ausdrücken, daß die Stufen zwischen den Werten, die den Arcus-Tangens für das Verhältnis zwischen den beiden in Reihe geschalteten Wicklungsteilen darstellen, im wesentlichen gleich sein sollen. In dieser Weise wird die in Fig. 2 dargestellte Schaltung tatsächlich auch eine symmetrische Stromrichterschaltung vertreten, obgleich sie in dieser Hin-

sieht weniger übersichtlich als die Schaltung nach Fig. 1 ist.

Falls die zusammenzusetzenden Spannungen abwechselnd positive und negative Werte annehmen können, was oft der Fall ist, sollen die beiden Sekundärwicklungen auch kreuzweise durch Ventile verbunden werden. In Fig. 2 ist gezeigt, wie dieselbe Anzapfung der Wicklung 19, die mit der Anzapfung der Wicklung 21 durch ein Ventil 26 verbunden ist,

auch mit einer dazu symmetrisch angebrachten Anzapfung der Wicklung 22 durch ein Ventil 36 verbunden ist; und ebenso ist die zum Ventil 27 angeschlossene Anzapfung mit einer Anzapfung der Wicklung 22 durch ein Ventil 37 verbunden. In entsprechender Weise sind Anzapfungen der Wicklung 20 teils mit Anzapfungen der Wicklung 22 durch Ventile 29, 30, 31, 32 und teils mit Anzapfungen der entgegengesetzten Wicklung 21 durch Ventile 38, 39 verbunden.

Die Wicklungen 19, 20, 21, 22 in Fig. 2 können auch durch Potentiometerwiderstände ersetzt werden, was besonders dann von Bedeutung ist, wenn die zusammengesetzten Spannungen ganz oder teilweise aus Gleichspannungen bestehen. Selbst wenn sie anfangs Wechselspannungen darstellen, können sie zuerst in besonderen Gleichrichtern gleichgerichtet und dann Potentiometerwiderständen aufgedrückt werden, die im wesentlichen wie die Sekundärwicklungen der Fig. 2 geschaltet sind. In diesem Falle und ebenso wie dann, wenn die aufgedrückten Spannungen ihre Richtung nicht wechseln, sind aber in der Regel nur Widerstände für eine Richtung, beispielsweise entsprechend den Wicklungen 19 und 21 der Fig. 2, erforderlich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltung zum Bilden einer dem Momentanwert der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Momentanwerte zweier Eingangsspannungen proportionalen Ausgangsspannung, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schaltung eine Anzahl parallel an den Ausgangsklemmen liegender Stromkreise umfaßt, in denen jeweils die beiden Eingangsspannungen e_t und e₂ mit solchen Übersetzungsfaktoren α bzw. b eingespeist werden, daß für jeden Stromkreis a² + b² = const, gilt, wobei jeder Stromkreis je ein gegenüber den Ausgangsklemmen jeweils im selben Sinne gerichtetes Stromventil enthält, so daß nur das Stromventil in demjenigen Kreis leitend wird, für den das Verhältnis eje₂ der Eingangsspannungen dem Verhältnis a/b der zugehörigen Übersetzungsfaktoren am nächsten kommt und somit die an die Ausgangsklemmen abzugebende Summenspannung a · e_x + b · e₂ am größten ist, während die übrigen Stromventile in den anderen Stromkreisen durch diese größte Summenspannung blockiert werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten parallelen Stromkreise die verschiedenen Phasen der Sekundärwicklung eines mehrphasigen Stromrichtertransformators bilden, während die beiden Eingangsspannungen e_± und e₂ zwei in symmetrischer Zweiphasenlage angeordneten Primärwicklungen des Transformators aufgedrückt werden.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Größe jedes Kreises von einem von zwei Potentiometern abgegriffen wird, wobei jedes Potentiometer von einer der Eingangsspannungen e_t und e₂ gespeist wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Größe jedes Kreises von der Sekundärwicklung eines von zwei Transformatoren abgegriffen wird, deren Primärseite von einer der Eingangsspannungen e_± und e₂ gespeist wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Wicklungen für verschiedene Vorzeichen der Eingangsspannungen ^₁ und e₂ vorhanden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 465 624.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen