DE1118325B

DE1118325B - Control device with an at least two-stage magnetic amplifier

Info

Publication number: DE1118325B
Application number: DES38381A
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-03-27
Filing date: 1954-03-27
Publication date: 1961-11-30

Description

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.Control device with an at least two-stage magnetic amplifier The invention relates to a control device with an at least two-stage magnetic amplifier in which the input stage is designed as a zero-current amplifier is.

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.Two-stage magnetic amplifiers are designed as zero-current amplifiers became known that in the output of the first stage the two the alternating current of individual partial amplifiers rectifying rectifier bridges in the same direction in series are switched and the control windings of the connecting lines of both rectifiers the subsequent magnetic amplifier stage.

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.In such a circuit, a current differential circuit is used used for feeding the next stage. This circuit has the consequence that disadvantageously the direct current of a rectifier in each case the second rectifier is short-circuited. The tension created by the load d. H. can occur on the control winding of the subsequent stage is therefore on the level of the forward voltage drop of the valves forming the second rectifier limited.

Ziel der Erfindung ist eine solche Verbesserung des dynamischen Verhaltens eines zweistufigen magnetischen Verstärkers, daß es demjenigen eines einstufigen Magnetverstärkers angenähert wird.The aim of the invention is to improve the dynamic behavior in this way of a two-stage magnetic amplifier that it is that of a single-stage Magnetic amplifier is approximated.

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.According to the invention, the zero-current amplifier works to achieve this goal the first stage in a manner known per se at its output with an electrical one Difference between the output voltages of his sub-amplifiers, and he is there dimensioned so that it is for the greatest static control power of the second stage with about 1% deviation or less of the output voltages of the sub-amplifier is working. In its first stage, the magnetic amplifier is designed in such a way as to that it is able, in the event of an overdrive, to generate an override compared to the static Behave a significantly larger tax output towards the second stage without any concern transmitted, whereby a faster response is achieved for them.

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.According to the invention, it is also straightforward for the second amplifier stage possible to apply a very small control circuit resistance, without doing this increase the control time, the tax output can be largely reduced.

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.In the electrical subtraction used in connection with the invention The output voltages are used in a magnetic amplifier to generate a certain Output power required power expenditure compared to that during use a difference formation by ampere turns back to a small fraction, if the differences in the output voltages or currents of the individual amplifiers the push-pull arrangement only achieve low values. In the case of using a Ampere turn difference formation with small differences between the output variables the two sub-amplifiers can also make full use of the amplifier's power no longer take place because the thermal load capacity determined by the control current the control windings of the second amplifier would be exceeded.

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.Although it is in the literature for a transducer that z. B. in self-saturation circuit is used as a controller and thereby carries out a setpoint and actual value comparison, that two corresponding currents in opposite directions via two control windings of the transducer led to the requirement that a deviation of 1% between each other must lead to the modulation of the transductor. However, this notice only affects the Question of the sensitivity of the state of the art initially only one-stage considered magnetic amplifier and neither the task nor the solution according to the present invention and the one on which it is based Doctrine that the control time is independent of the size of the control circuit resistor (s), since when this resistance or these resistances change, both the time constant as well as the gain factor change in the same proportion by changing the control time although proportional to the time constant or the time constants of the elements of the control arrangement, however, it is also inversely proportional to the linear gain factor respectively. Is the voltage gain digit of the amplifier.

Eine beispielsweise schaltungsmäßige Anordnung für dieAnwendung derErfindung veranschaulicht die Figur der Zeichnung.An example of a circuit arrangement for the practice of the invention illustrates the figure of the drawing.

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.In the exemplary embodiment, 1 denotes a controller to which the actual variable is fed via the lines 1 a, 1 b. In the controller 1, this actual variable is compared with a setpoint variable. If the actual value deviates from the nominal value, a DC output voltage or a DC output current results at the output terminals 1 c and 1 d for the corresponding supply of the series control windings 2 a and 3 a of the self-saturating magnetic amplifier 2 and 3 of the first stage of the two-stage Magnetic amplifier. The magnetic sub-amplifier 2 or 3 of the first stage also contains the working windings 2 b and 3 b and at its output a load resistor 4 and at its output each in a rectifier bridge circuit supplied with alternating current from the rectifier valves 2 c to 2 f or 3 c to 3 f 5. DC voltage drops in opposite directions are generated at these two resistors 4 and 5.

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.A control current that z. B. flows from terminal 1 c via the windings 2 a and 3 a to terminal 1 d, the output voltage of the sub-amplifier 2 would be lowered and the sub-amplifier 3 would be raised in its output voltage at the same time. Because the two sub-amplifiers 2 and 3 operate with saturation angle control, the result of the specified control current is that the chokes of sub-amplifier 2 reach saturation later than the chokes of sub-amplifier 3. However, as soon as the chokes of the sub-amplifier 3 reach the saturation state, an output voltage is produced at the resistor 5 which is practically equal to the applied alternating supply voltage of the amplifier. Because at the same time the throttles. of sub-amplifier 2 are not yet saturated, the voltage across resistor 4 is negligibly small at this point in time. For the control of the following magnetic amplifier, the full voltage at the resistor 5 is therefore decisive during this period in which the chokes of the sub-amplifier 3 are saturated and those of the sub-amplifier are not yet saturated. The differential voltage of the DC voltage drops generated at the resistors 4 and 5 is used to generate the current in the series control windings 6a and 7a of the sub-amplifiers 6 and 7, which together form the second stage of the magnetic amplifier.

Die erste Stufe des magnetischen Verstärkers ist dabei in der angegebenen erfindungsgemäßen Weise bemessen.The first stage of the magnetic amplifier is in the specified sized according to the invention.

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.In the respective magnetic sub-amplifier of the second stage 6 or 7, the rectifier valves are each fed with alternating current Rectifier bridge circuit with 6 c to 6 f or 7 c to 7 f and the working windings with 6 b and 7 b respectively. Each of the two sub-amplifiers 6 and 7 provides one Output variable to the actuator 8 for the implementation of the control process, the one brings about a corresponding change in the input variable Ui on the controller.

Claims

PATENT CLAIM: Control device with at least a two-stage magnetic amplifier in which the input stage is designed as a zero-current amplifier is, characterized in that the zero current amplifier of the first stage in on known way at its output with an electrical difference formation of the Output voltages of its sub-amplifier works and is dimensioned so that he for the greatest static control power of the second stage with a deviation of about 1% or less of the output voltages of the sub-amplifiers is working. Considered Publications: "Scientific publications of the Siemens group", 1940, P. 233; "ETZ",. 62. Year (1941), p. 896; "General electric review", August 1950, P. 41; "Die Elektro-Post", born in 1953, pp. 194 to 197.