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Regeleinrichtung mit einem mindestens zweistufigen magnetischen Verstärker
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung mit einem mindestens zweistufigen
magnetischen Verstärker, bei welchem die Eingangsstufe als Nullstromverstärker ausgebildet
ist.
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Zweistufige Magnetverstärker sind als Nullstromverstärker in der Form
bekanntgeworden, daß im Ausgang der ersten Stufe die beiden den Wechselstrom der
einzelnen Teilverstärker gleichrichtenden Gleichrichterbrücken gleichsinnig in Reihe
geschaltet sind und von den Verbindungsleitungen beider Gleichrichter die Steuerwicklungen
der nachfolgenden Magnetverstärkerstufe gespeist werden.
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Bei einer solchen Schaltung wird also eine Stromdifferenzschaltung
für die Speisung der nachfolgenden Stufe benutzt. Diese Schaltung hat zur Folge,
daß in nachteiliger Weise der Gleichstrom des einen Gleichrichters jeweils über
den zweiten Gleichrichter kurzgeschlossen wird. Die Spannung, die an der Belastung,
d. h. an der Steuerwicklung der nachfolgenden Stufe auftreten kann, ist somit auf
die Höhe des Durchlaßspannungsabfalles der den zweiten Gleichrichter bildenden Ventile
begrenzt.
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Ziel der Erfindung ist eine solche Verbesserung des dynamischen Verhaltens
eines zweistufigen magnetischen Verstärkers, daß es demjenigen eines einstufigen
Magnetverstärkers angenähert wird.
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Zur Erreichung dieses Zieles arbeitet erfindungsgemäß der Nullstromverstärker
der ersten Stufe in an sich bekannter Weise an seinem Ausgang mit einer elektrischen
Differenzbildung der Ausgangsspannungen seiner Teilverstärker, und er ist dabei
so bemessen, daß er für die größte statischeSteuerleistung der zweiten Stufe mit
etwa 1% Abweichung oder weniger der Ausgangsspannungen der Teilverstärker arbeitet.
Der magnetische Verstärker ist damit in seiner ersten Stufe planmäßig so ausgelegt,
daß er in der Lage ist, im Falle einer Übersteuerung eine gegenüber dem statischen
Verhalten wesentlich größere Steuerleistung unbedenklich auf die zweite Stufe zu
übertragen, wodurch für diese ein schnelleres Ansprechen erreicht wird.
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Für die zweite Verstärkerstufe ist es erfindungsgemäß auch ohne weiteres
möglich, einen sehr kleinen Steuerkreiswiderstand anzuwenden, wobei, ohne dadurch
die Regelzeit heraufzusetzen, die Steuerleistung weitgehend vermindert werden kann.
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Bei der in Verbindung mit der Erfindung benutzten elektrischen Differenzbildung
der Ausgangsspannungen geht bei einem Magnetverstärker der zur Erzeugung einer bestimmten
Ausgangsleistung erforderlicheLeistungsaufwand gegenüber demjenigen bei der Benutzung
einer Differenzbildung durch Amperewindungen auf einen kleinen Bruchteil zurück,
wenn die Unterschiede der Ausgangsspannungen bzw. Ströme der einzelnen Verstärker
der Gegentaktanordnung nur geringe Werte erreichen. Im Falle der Benutzung einer
Amperewindungsdifferenzbildung bei kleinenDifferenzen zwischen denAusgangsgrößen
der beiden Teilverstärker kann ferner eine volle Leistungsausnutzung des Verstärkers
nicht mehr stattfinden, da die durch den Steuerstrom bestimmte thermische Belastbarkeit
der Steuerwicklungen des zweiten Verstärkers hierbei überschritten werden würde.
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Es ist zwar in der Literatur für einen Transduktor, der z. B. in Selbstsättigungsschaltung
als Regler Verwendung findet und einen Soll- und Istwertvergleich dadurch vornimmt,
daß zwei entsprechende Ströme gegensinnig über zwei Steuerwicklungen des Transduktors
geführt werden, die Forderung bekanntgeworden, daß eine Abweichung von 1% untereinander
zur Aussteuerung des Transduktors führen muß. Dieser Hinweis berührt aber nur die
Frage der Empfindlichkeit des nach jenem Stand der Technik zunächst überhaupt nur
einstufig in Betracht gezogenen Magnetverstärkers und weder die Aufgabestellung
noch die Lösung nach der vorliegenden Erfindung sowie die dieser zugrunde liegende
Lehre, daß die Regelzeit unabhängig ist von der Größe des bzw. der Steuerkreiswiderstände,
da sich bei Änderung dieses Widerstandes bzw. dieser Widerstände sowohl die Zeitkonstante
als auch die Verstärkungsziffer in demselben Verhältnis ändern, indem die Regelzeit
zwar proportional der Zeitkonstante bzw. den Zeitkonstanten der Glieder der Regelanordnung,
jedoch außerdem umgekehrt proportional der linearen Verstärkungsziffer
bzw.
Spannungsverstärkungsziffer des Verstärkers ist.
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Eine beispielsweise schaltungsmäßige Anordnung für dieAnwendung derErfindung
veranschaulicht die Figur der Zeichnung.
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In dem Ausführungsbeispiel bezeichnet 1 einen Regler, dem über die
Leitungen l a, 1 b die Istgröße zugeleitet wird. In dem Regler 1 wird
diese Istgröße mit einer Sollwertgröße verglichen. Bei Abweichungen des Istwertes
vom Sollwert ergibt sich an den Ausgangsklemmen 1 c und 1 d eine Ausgangsgleichspannung
bzw. ein Ausgangsgleichstrom zur entsprechenden Speisung der in Reihe liegenden
Steuerwicklungen 2 a und 3 a der in Selbstsättigungsschaltung ausgeführten magnetischen
Teilverstärker 2 bzw. 3 der ersten Stufe des zweistufigen Magnetverstärkers. Der
magnetische Teilverstärker 2 bzw. 3 der ersten Stufe enthält weiterhin jeweils in
einer mit Wechselstrom gespeisten Gleichrichterbrückenschaltung aus den Gleichrichterventilen
2 c bis 2 f bzw. 3 c bis 3 f die Arbeitswicklungen 2 b bzw. 3 b und an seinem Ausgang
einen Belastungswiderstand 4 bzw. 5. An diesen beiden Widerständen 4 und 5 werden
Gleichspannungsabfälle gegensinniger Richtungen erzeugt.
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Ein Steuerstrom, der z. B. von der Klemme 1 c über die Wicklungen
2 a und 3 a nach der Klemme 1 d fließt, würde den Teilverstärker 2 in seiner Ausgangsspannung
herunter- und gleichzeitig den Teilverstärker 3 in seiner Ausgangsspannung heraufsteuern.
Wegen des Arbeitens der beiden Teilverstärker 2 und 3 mit Sättigungswinkelsteuerung
hat das bei dem angegebenen Steuerstrom zur Folge, daß die Drosseln des Teilverstärkers
2 später als die Drosseln des Teilverstärkers 3 in den Sättigungszustand kommen.
Sobald aber die Drosseln des Teilverstärkers 3 in den Sättigungszustand kommen,
entsteht an dem Widerstand 5 eine Ausgangsspannung, welche der angelegten Speisewechselspannung
des Verstärkers praktisch gleichkommt. Da zum gleichen Zeitpunkt die Drosseln. des
Teilverstärkers 2 noch nicht gesättigt sind, ist in diesem Zeitpunkt die Spannung
an dem Widerstand 4 vernachlässigbar klein. Für die Steuerung des nachfolgenden
magnetischen Verstärkers ist daher während dieses Zeitraumes, in welchem die Drosseln
des Teilverstärkers 3 gesättigt und diejenigen des Teilverstärkers noch nicht gesättigt
sind, die volle Spannung an dem Widerstand 5 bestimmend. Die Differenzspannung der
an den Widerständen 4 und 5 erzeugten Gleichspannungsabfälle dient zur Erzeugung
des Stromes in den in Reihe liegenden Steuerwicklungen 6a bzw.
7a der Teilverstärker 6 und 7, welche zusammen die zweite Stufe des magnetischen
Verstärkers bilden.
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Die erste Stufe des magnetischen Verstärkers ist dabei in der angegebenen
erfindungsgemäßen Weise bemessen.
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In dem jeweiligen magnetischen Teilverstärker der zweiten Stufe 6
bzw. 7 sind die Gleichrichterventile in der jeweilig mit Wechselstrom gespeisten
Gleichrichterbrückenschaltung mit 6 c bis 6 f bzw. 7 c bis 7 f und die Arbeitswicklungen
mit 6 b bzw. 7 b bezeichnet. Jeder der beiden Teilverstärker 6 bzw. 7 liefert eine
Ausgangsgröße an das Stellglied 8 für die Durchführung des Regelvorganges, der eine
entsprechende Änderung der Eingangsgröße Ui am Regler herbeiführt.