DE1134110B

DE1134110B - Cascade connection of self-draining transducers with full-wave direct current output

Info

Publication number: DE1134110B
Application number: DE1960P0025879
Authority: DE
Inventors: Walter Preussler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-10-18
Filing date: 1960-10-18
Publication date: 1962-08-02

Description

Kaskadenschaltung von in Selbstsättigungsschaltung arbeitenden Transduktoren mit Vollweg-Gleichstromausgang Transduktoren (Magnetverstärker) haben eine Ansprechverzögerung, die besonders bei schnellen Regelvorgängen störend wirkt. Längere Ansprechzeiten werden hauptsächlich durch die Zeitkonstante der Steuerkreise, die sich aus den Induktivitäten und den Widerständen der Kreise zusammensetzen, bestimmt. Durch Erhöhung der Steuerkreiswiderstände können die Zeitkonstanten verringert werden, wobei sich die erforderliche Steuerleistung erhöht. Bei einer Zeitkonstanten von etwa 0,2 Sekunden ist die tatsächlich im Ausgang des Transduktors gemessene Ansprechzeit ungefähr gleich groß. Wird die Zeitkonstante jedoch weiter herabgesetzt, so ergibt sich ein größerer Unterschied zwischen dieser und der im Ausgang gemessenen Zeitkonstanten. Bei einer Zeitkonstanten von 10 ms und einer normalen Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die Ansprechzeit etwa 50 ms. Die Ansprechzeit ist diejenige Zeit, bei der sich die Ausgangsspannung des Transduktors bei schlagartiger Änderung der Steuerspannung um 631% der eingestellten Gesamtänderung ändert. 95,1/o der Änderung sind dann in der dreifachen Zeit, also beispielsweise in etwa 150 ms, erreicht. Auch durch sehr großen Aufwand an Steuerleistung läßt sich diese Zeit, die hauptsächlich auf von der Arbeitswicklung in die Steuerwicklungen induzierte Wechselspannungen zurückzuführen ist, nicht wesentlich verringern.Cascade connection of self-saturating transducers with full-wave direct current output. Longer response times are mainly determined by the time constants of the control circuits, which are made up of the inductances and resistances of the circuits. By increasing the control circuit resistances, the time constants can be reduced, thereby increasing the control power required. With a time constant of around 0.2 seconds, the response time actually measured at the output of the transducer is roughly the same. However, if the time constant is further reduced, there is a greater difference between it and the time constant measured in the output. With a time constant of 10 ms and a normal mains frequency of 50 Hz, the response time is approx. 50 ms. The response time is the time in which the output voltage of the transducer changes in the event of a sudden change in the control voltage by 631% of the set total change. 95.1 / o of the change are then reached in three times the time, for example in about 150 ms. This time, which is mainly due to alternating voltages induced in the control windings by the working winding, cannot be significantly reduced even by a very large amount of control power.

Es sind sogenannte spannungszeitflächengesteuerte Verstärker, auch Rücklaufverstärker bekannt, die außer einer Totzeit von einer Halbwelle, also bei 50 Hz = 10 ms, keine weitere Zeitverzögerung besitzen. Die Steuerung dieser Verstärker ist aber in den bisher bekannten Ausführungen nur auf umständliche bzw. schwierige Weise möglich, z. B. durch mechanisch veränderliche Widerstände oder mittels, einer Steuorspannung, die einer rückspeisungsfähigen Stromquelle entstammt. Im Gegensatz zu den durchflutungsgesteuerten Verstärkern, von denen man mehrere in Reihe schalten kann, wobei sich die Verstärkungsgrade multiplizieren und die Ansprechzeiten addieren, ist bisher keine Möglichkeit bekanntgeworden, auf direkte Weise, ohne großen zusätzlichen Aufwand spannungszeitflächengesteuerte Transduktoren mittels transduktorischer Vorverstärker zu steuern.So-called voltage-time area-controlled amplifiers, also known as flyback amplifiers, are known which, apart from a dead time of a half-wave, that is to say at 50 Hz = 10 ms, have no further time delay. The control of these amplifiers is only possible in a cumbersome or difficult manner in the previously known designs, for. B. by mechanically variable resistors or by means of a control voltage that comes from a regenerative power source. In contrast to the flow-controlled amplifiers, of which several can be connected in series, whereby the amplification levels multiply and the response times add up, no possibility has yet become known to control voltage-time-area-controlled transducers by means of transductive preamplifiers in a direct way without great additional effort.

Die Erfindung hat eine Schaltung zum Gegenstand, bei der es möglich ist, ohne Mehraufwand gegenüber der Durchflutungssteuerung, Transduktoren mit Spannungszeitflächensteuerung hinter andere, Transduktoren, die gleichfalls in Spannungszeitflächensteuerung oder in Durchflutungssteuerting arbeiten können, zu schalten. Der wesentliche Unterschied des Erfindungsgegenstandes gegenüber der Kaskadenschaltung von Verstärkern in Durchflutungssteuerung liegt darin, daß die Steuerwicklungen des Nachfolgeverstärkers nicht in Serie und an dem Ausgang des Vorverstärkers liegen, sondern daß erfindungsgemäß die Steuerwicklungen des Folgeverstärkers derart in die Selbstsättigungszweige des Vorverstärkers geschaltet sind, daß durch sie ein abmagnetisierend wirkender Halbwellenstrom fließt, der in dem Steuerkreiswiderstand einen Spannungsabfall erzeugt, der den von den Arbeitswicklungen in die Steuerwicklungen induzierten Spannungen entgegensteht.The invention relates to a circuit in which it is possible is, without additional effort compared to the flow control, transducers with voltage-time area control behind others, transducers, which are also in voltage-time area control or can work in flow control, to switch. The main difference of the subject matter of the invention compared to the cascade connection of amplifiers in flow control is that the control windings of the follow-up amplifier are not in series and are at the output of the preamplifier, but that according to the invention the control windings of the follower amplifier switched in this way into the self-saturation branches of the preamplifier are that through them a demagnetizing half-wave current flows, which in creates a voltage drop across the control circuit resistance equal to that of the working windings counteracts the voltages induced in the control windings.

Zur weiteren Verdeutlichung des Erfindungsgedankens wird auf die Zeichnung verwiesen.To further clarify the idea of the invention, reference is made to the drawing referenced.

Bild 1 veranschaulicht eine zweistufige Kaskadenschaltung normaler Art, während Bild 2 bis 4 den Erfindungsgegenstand beispielhaft wiedergeben.Figure 1 illustrates a two-stage cascade connection of a normal type, while Figures 2 to 4 show the subject matter of the invention by way of example.

Bild 1 zeigt die übliche Schaltung einer aus den Stufen I und 11 bestehenden Kaskade mit normaler Durchflutungssteuerung. Befindet sich die Drosselspule A des Vorverstärkers 1 im Arbeitstakt, so wird in ihrer Steuerwicklung eine Spannung induziert, die einen Strom auch durch die Steuerwicklung der Stufe B fließen läßt und damit letztere magnetisch beeinflußt. Ein Teil des Stromes fließt dann über die eine Hälfte des in Brückenschaltung geschalteten Gleichrichters des Vorverstärkers, während der andere Teil über die Arbeitswicklungen desselben und über die andere Gleichrichterhälfte geht. Dadurch tritt eine starke, schädliche Beeinflussung des Vorverstärkers ein, die noch störender wird, wenn der Vorverstärker in Mittelpunktschaltung geschaltet ist, da dann der gesamte Störstrom über die Wicklungen fließt. Deshalb kippen Vorverstärker in Mittelpunktschaltung besonders leicht.Figure 1 shows the usual circuit of a cascade consisting of stages I and 11 with normal flow control. If the choke coil A of the preamplifier 1 is in the working cycle, a voltage is induced in its control winding which also allows a current to flow through the control winding of stage B and thus magnetically influences the latter. Part of the current then flows through one half of the bridge-connected rectifier of the preamplifier, while the other part goes through the working windings of the preamplifier and the other half of the rectifier. This has a strong, harmful effect on the preamplifier, which becomes even more disruptive when the preamplifier is switched to midpoint, since the entire interference current then flows through the windings. This is why preamplifiers tilt particularly easily in mid-point connection.

Das Prinzip der Erfindung ist in Bild 2 dargestellt. Der Arbeitskreis des Verstärkers II ist norinal geschaltet; er kann also, wie gezeichnet, in Brückenschaltung arbeiten, oder aber in sogenannter unvollständiger Brückenschaltung oder in Gegentaktschaltung. Für die Arbeitsweise ist dies ohne Bedeutung.The principle of the invention is shown in Figure 2. The working group of amplifier II is switched to normal; so he can, as shown, in a bridge circuit work, or in so-called incomplete bridge circuit or in push-pull circuit. This is irrelevant for the way of working.

Die Steuerwicklungen der Stufe II liegen in dem Selbstsättigungszweig des Vorverstärkers I zwischen a und c bzw. zwischen a und e. Dabei liegt immer eine Arbeitswicklung des Verstärkers I mit einer Steuerwicklung des Verstärkers II in Serie. An welche Stelle einer Selbstsättigungskreishälfte zwischen den Punkten a und c bzw. a und e die Steuerwicklung gelegt wird, ist gleichgültig. Im Transformator Tr wird eine der Arbeitsspannung U" (Netzspannung) gleichphasige Hilfsspannung erzeugt. Diese Spannung muß den Windungszahlen der Steuerwicklungen des Verstärkers II angepaßt sein. Ist die Windungszahl der Arbeitswicklung der Steuerwicklung gleich, so muß die Hilfsspannung gleich der Arbeitsspannung oder etwas größer sein.The stage II control windings are in the self-saturation branch of the preamplifier I between a and c or between a and e. There is always one Working winding of amplifier I with a control winding of amplifier II in Series. At which point of a self-saturation circle half between the points a and c or a and e the control winding is placed, does not matter. In the transformer Tr an auxiliary voltage in phase with the working voltage U "(mains voltage) is generated. This voltage must be adapted to the number of turns of the control windings of amplifier II be. If the number of turns of the working winding is the same as the control winding, then must the auxiliary voltage must be equal to or slightly higher than the working voltage.

Befindet sich die Spulenwicklung A im Arbeitstakt, d. h. in der Halbwelle, in der sie vom Arbeitsstrom durchflossen wird, so wird in der zugehörigen Steuerwicklung eine Spannung induziert. Wenn dann am rechts- gezeichneten, an c liegenden Ende der Wicklung + ist, kann infolge der Sperrwirkung des Gleichrichters Gl, kein Strom fließen. Liegt + dagegen an Punkt b, so könnte ein Strom über den in dieser Richtung geöffneten Gleichrichter Gli und weiter über a, Tr, d, G14 und R, zurückfließen, wenn nicht die Spannung des Transformators entgegenstünde. Ein Weg über Glp GI" d, e und R, ist gleichfalls nicht möglich, da an R., der durch den gleichgerichteten Hilfswechselstrom erzeugte Spannungsabfall entgegensteht.If the coil winding A is in the work cycle, i. H. in the half-wave in which the working current flows through it, a voltage is induced in the associated control winding. If there is + at the end of the winding shown on the right and at c, no current can flow due to the blocking effect of the rectifier Gl. If, on the other hand, + is at point b, a current could flow back through the rectifier Gli, which is open in this direction, and further through a, Tr, d, G14 and R, if the voltage of the transformer were not opposed. A route via Glp GI " d, e and R, is also not possible, since at R., the voltage drop generated by the rectified auxiliary alternating current is opposed.

Für den Arbeitstakt der Drossel B gilt das Entsprechende. Ein Störstrom kann also nicht fließen, Der Widerstand R, wird so bemessen, daß bei geöffnetem Vorverstärker I durch die, Steuerwicklungen des Verstärkers 11 der zum völligen Abmagrietisieren erforderliche Strom fließen kann. Würde R, zu klein gewählt, so könnte ein zu großer Abmagnetisierungsstrom entstehen, der eine stärkere Aussteuerung des Vorverstärkers, also eine größere Steuerleistung an diesem erfordert.The same applies to the work cycle of throttle B. An interference current can not flow. The resistor R is dimensioned so that when the preamplifier I is open, the current required for complete degradation can flow through the control windings of the amplifier 11. If R, were chosen to be too small, an excessively large demagnetization current could arise, which would require a greater modulation of the preamplifier, that is to say a greater control power at the preamplifier.

Da der Vorverstärker 1 durch die Selbstsättigung im ungesteuerten Zustand geöffnet ist, ist der Endverstärker 11 abmagnetisiert, d. h. geschlossen. Wird dagegen der Vorverstärker herabgesteuert, was durch normale Durchflutungssteuerung, durch Rückmagnetisierung in Rameyschaltung oder auf gleiche bzw. ähnliche Weise wie beim Endverstärker geschehen kann, so durchfließt ein geringerer Strom die Steuerwicklungen des Endverstärkers II, und dieser wird geöffnet. Die, Ansprechzeit des dargestellten Endverstärkers beträgt maximal 10 ms, was der sogenannten Totzeit entspricht. In dieser Zeit ist der Endverstärker völlig durchgesteuert, sofern die Durchsteuerung des Vorverstärkers schlagartig erfolgt. Die gesamte Durchsteuerzeit der Kaskade ist die Summe der Zeiten der Vor- und der Endstufe.Since the preamplifier 1 is open in the uncontrolled state due to the self-saturation, the output amplifier 11 is demagnetized, i.e. H. closed. If, on the other hand, the preamplifier is downgraded, which can be done by normal flow control, by reverse magnetization in a Ramey circuit or in the same or similar manner as with the power amplifier, a lower current flows through the control windings of the power amplifier II and this is opened. The response time of the power amplifier shown is a maximum of 10 ms, which corresponds to the so-called dead time. During this time, the power amplifier is fully controlled, provided that the preamplifier is controlled suddenly. The total control time of the cascade is the sum of the times of the pre-stage and the final stage.

Auf ähnliche Weise wie gemäß Bild 2 lassen sich natürlich auch mehrere Stufen in Serie schalten. Im übrigen ist das Schaltungssystem in Einzelheiten variierbar. So kann der Vorverstärker, wie in Bild i gezeigt, in unvollständiger Brückenschaltung oder, wie in Bild 4, in NEttelpunktschaltung (Gegentakt) geschaltet werden. Bei Drehstrom wird entweder eine dreiphasige Mittelpunktschaltung (Sternschaltung) mit drei Vorverstärker- und drei Endverstärker-Drosselspulen oder eine Drehstrom-Brückenschaltung mit sechs Drosselspulsätzen gewählt.In a manner similar to that shown in Figure 2, several stages can of course also be connected in series. In addition, the circuit system can be varied in details. The preamplifier can be connected in an incomplete bridge circuit, as shown in Fig. I , or in a neutral point circuit (push-pull), as in Fig. 4. For three-phase current, either a three-phase mid-point connection (star connection) with three preamplifier and three final amplifier choke coils or a three-phase bridge circuit with six sets of choke pulses is selected.

Der Verstärkungsfaktor der Endstufe ist für die durch die Erfindung erzielten kurzen Ansprechzeiten relativ hoch. Für einen Transduktor in Einphasenschaltung für 3 kW Ausgangsleistung, auf siliziumlackierten Transformatorenblechen mit magnetischer Vorzugsrichtung gewickelt, beträgt er etwa 300; es ist also ein Vorverstärker von nur 10 W Ausgangsleistung erforderlich.The gain factor of the output stage is relatively high for the short response times achieved by the invention. For a single-phase transducer for 3 kW output power, wound on silicon-coated transformer sheets with a preferred magnetic direction, it is about 300; a preamplifier with an output power of only 10 W is therefore required.

Während bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen davon ausgegangen wird, daß der Endverstärker ohne Steuerung durch die Vorstufe geöffnet ist, kann man durch Umdrehen der Flußrichtung der Gleichrichter Gl, bis G14 und durch Umpolen der Phasenlage des Transformators erreichen, daß der Vorverstärker den Endverstärker, der auf irgendeine andere Weise heruntergesteuert ist, heraufsteuert.While assumed in the arrangements described above that the power amplifier is open without control by the preamplifier, can by reversing the direction of flow of the rectifiers Gl, to G14 and by reversing the polarity the phase position of the transformer so that the preamplifier is the power amplifier, that is downregulated in some other way, upregulated.

Neben der kurzen Ansprechzeit hat die beschriebene Anordnung noch weitere Vorteile. Transduktoren mit Durchflutungssteuerung neigen, wenn sie für einen weiten Aussteuerbereich, z. B. 1 : 100, ausgelegt sind und mit etwas niedrigerer Netzspannung, verursacht durch einen Spannungsabfall od. dgl., betrieben werden, zum Kippen, d. h. wenn sie völlig herabgesteuert sind und dann wieder heraufgesteuert werden sollen, ist ein größerer Steuerleistungsbedarf nötig, um das Heraufsteuern einzuleiten, und dann springt der Ausgang plötzlich auf einen höheren Wert. Ähnliche Kipperscheinungen werden, vor allen Dingen bei Kaskadenschaltungen, leicht durch Induktivitäten im Arbeitskreis, z. B. der Ankerinduktivität, von einem durch den Transduktor angetriebenen Gleichstrommotor verursacht. Zu ihrer Verrneidung ist die Einschaltung von Drosselspulen oder Kondensatoren in die Steuerkreise nötig, wodurch die Ansprechzeit noch weiter erhöht wird.In addition to the short response time, the arrangement described has other advantages. Transductors with flow control tend when they are used for a wide modulation range, e.g. B. 1: 100, are designed and with a slightly lower line voltage, caused by a voltage drop or the like., Are operated for tilting, d. H. if they are completely down and are then to be turned up again, a greater control power requirement is required to initiate the upward drive, and then the output suddenly jumps to a higher value. Similar tipping phenomena are, above all in cascade connections, easily caused by inductances in the working circuit, e.g. B. the armature inductance, caused by a DC motor driven by the transducer. To avoid them, it is necessary to include inductors or capacitors in the control circuits, which further increases the response time.

Transduktoren, die in der beschriebenen neuen Weise geschaltet werden, sind nicht nur sehr schnell, sondern besitzen auch keinerlei Kippneigung. Trotz dieser Vorteile ist der bauliche Aufwand nicht größer als bei der Durchflutungssteuerung.Transducers that are switched in the new way described, are not only very fast, they also have no tendency to tip over. Despite With these advantages, the structural effort is no greater than with the flow control.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cascade connection of self-saturating transducers with full-wave direct current output, characterized in that the control windings of the follower amplifier are connected to the self-saturation branches of the amplifier that a demagnetizing half-wave current flows through them, which generates a voltage drop in the control circuit resistor opposes the voltages induced by the working windings in the control windings.

2. Cascade circuit according to claim 1, characterized in that the preamplifier is connected in a bridge circuit.

3. Cascade circuit according to claim 1, characterized in that the preamplifier is connected in the midpoint circuit. Documents considered: German Patent No. 972 821; German Auslegeschriften No. 1 064 107, 1088 550, 1003268.