DE1258975B - Arrangement for recording the circulating current flowing through two controllable direct current sources - Google Patents
Arrangement for recording the circulating current flowing through two controllable direct current sourcesInfo
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Description
Anordnung zur Erfassung des durch zwei steuerbare Gleichstromquellen fließenden Kreisstromes Von Verstärkern und Verstellgliedern, insbesondere in der Antriebs-, Steuer- und Regelungstechnik, muß oft die Aufgabe erfüllt werden, eine Last mit einem nach Größe und Richtung veränderbaren Gleichstrom zu speisen. Es ist zur Erzielung eines möglichst großen Steuerbereiches und Wirkungsgrades üblich, dafür je einen Verstärker bzw. ein Stellglied für jede Laststromrichtung als steuerbare Gleichstromquelle vorzusehen und je nach der gewünschten Laststromrichtung nur eine Gleichstromquelle auszusteuern. Die jeweils gerade nicht benötigte Gleichstromquelle könnte an sich bis zu einer Richtungsänderung des Laststromes abgeschaltet oder sonst außer Tätigkeit gesetzt werden. Für viele praktische Anwendungsfälle hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die Stromflußzeiten der Gleichstromquellen zumindest bei einer Laststromumkehr sich in der Weise überlappen zu lassen, daß die der neuen Richtung zugeordnete Gleichstromquelle bereits ihren Strom über die Last zu treiben versucht, ehe die der früheren Stromrichtung zugeordnete Stromquelle ihrerseits die Stromlieferung einstellt. In diesem Betriebszustand, der für kleine Laststrombereiche vorgesehen wird, werden beide Gleichstromquellen im Gegentakt ausgesteuert und liefern Strom, wobei der kleinere von beiden Strömen nicht die Last durchfließt, sondern nur in dem von den beiden Gleichstromquellen gebildeten Kreis als sogenannter Kreisstrom auftritt. Durch die überlappende Kommutierung des Laststromes von der einen auf die andere Stromquelle, die notwendigerweise mit dem Auftreten eines Kreisstromes verknüpft ist, gelingt es, bei Wechsel der Laststromrichtung Nichtlinearitäten, welche bei kleinen Strömen bzw. Spannungen auftreten würden, zu eliminieren und einen stetigen Verlauf des Laststromes zu erhalten. Diese Maßnahme hat vor allem bei Verstärkern Bedeutung, deren Elemente bei kleinen Eingangsspannungen ein Schwellwertverhalten zeigen. Auch strebt man in den Fällen einen Kreisstrom an, wenn bei einer Umkehr des Laststromes ein nichtlückender Laststrom erwünscht ist, wie z. B. bei der sogenannten Kreisstromregelung in Stromrichterschaltungen.Arrangement for the detection of the by two controllable direct current sources flowing circular current of amplifiers and adjusting elements, especially in the Drive, control and regulation technology, the task must often be fulfilled, one To feed the load with a direct current that can be changed in size and direction. It is usual to achieve the largest possible control range and efficiency, one amplifier or one actuator for each load current direction as controllable Provide direct current source and depending on the desired load current direction only one To control direct current source. The DC power source that is currently not required could be switched off or up to a change in direction of the load current otherwise be put out of action. For many practical use cases it has However, the current flow times of the direct current sources have proven to be useful at least in the event of a load current reversal to be overlapped in such a way that the direct current source assigned to the new direction already supplies its current via the Attempts to drive the load before the current source assigned to the previous current direction in turn stops the electricity supply. In this operating state, which is for small Load current ranges is provided, both DC sources are push-pull controlled and deliver current, whereby the smaller of the two currents is not the Load flows through it, but only in that formed by the two direct current sources Circle occurs as a so-called circular current. The overlapping commutation of the Load current from one to the other power source, which is necessarily connected to the Occurrence of a circular current is linked, it succeeds when changing the load current direction Non-linearities that would occur with small currents or voltages, to eliminate and to maintain a steady load current curve. This measure is particularly important for amplifiers whose elements are used at low input voltages show a threshold behavior. One also strives for a circular current in the cases on if a non-discontinuous load current is desired when the load current is reversed is, such as B. in the so-called circulating current control in converter circuits.
Um zu verhindern, daß der Kreisstrom unzulässig hohe Werte annimmt, wird es im allgemeinen erforderlich sein, ihn unter Kontrolle zu bringen. Zu diesem Zweck ist es bei Stromrichterschaltungen bekannt, den Kreisstrom mit mindestens zwei Stromwandlern und einer Vergleichseinrichtung zu ermitteln. Die Erfindung schlägt demgegenüber eine wesentlich einfachere Anordnung vor zur Erfassung des durch zwei steuerbare Gleichstromquellen fließenden Kreisstromes für Regelzwecke, wobei die Gleichstromquellen eine gemeinsame Last antiparallel beaufschlagen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine im Kreisstromweg liegende Parallelschaltung des Eingangskreises eines stromempfindlichen Meßwertumformers mit zwei in Durchlaßrichtung hintereinander angeordneten ungesteuerten Ventilen mit Schwellwertcharakteristik, wobei die Last an die unmittelbar miteinander verbundenen Elektroden der Ventile angeschlossen und die Summe der Ventilspannungen größer als der Spannungsabfall im Eingangskreis gewählt ist.To prevent the circulating current from assuming inadmissibly high values, it will generally be necessary to bring it under control. To this Purpose it is known with converter circuits, the circulating current with at least to determine two current transformers and a comparison device. The invention suggests in contrast, a much simpler arrangement for detecting the by two controllable direct current sources circulating current for control purposes, whereby the Direct current sources apply a common load in anti-parallel. The invention is characterized by a parallel connection of the input circuit in the circular current path a current-sensitive transducer with two in the forward direction one behind the other arranged uncontrolled valves with threshold value characteristics, with the load connected to the directly connected electrodes of the valves and the sum of the valve voltages is greater than the voltage drop in the input circuit is chosen.
Die erfindungsgemäße unmittelbare Erfassung des Kreisstromes mit nur einem Meßglied bietet außerdem noch den Vorteil, daß das Meßglied lediglich für den im Vergleich zum Laststrom wesentlich geringeren Kreisstrom ausgelegt zu werden braucht. Die von dem Meßwertumformer gelieferte Größe kann als Kriterium für das Auslösen von den Kreisstrom beeinflussenden Schaltmaßnahmen dienen, welche selbsttätig oder von Hand erfolgen können. Besonders vorteilhaft werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit einer dem gemessenen Kreisstrom entsprechenden Größe die Steuermittel eines oder beider Gleichstromquellen beeinflußt, wodurch eine stetige Regelung des Kreisstromes auf einen gewünschten Wert möglich ist.The immediate detection of the circulating current according to the invention with only a measuring element also offers the advantage that the measuring element is only for the circulating current, which is much lower than the load current, to be designed needs. The quantity supplied by the transducer can be used as a criterion for the Triggering of the circuit current influencing switching measures, which serve automatically or can be done by hand. Are particularly advantageous in a further embodiment of the invention with a size corresponding to the measured circulating current, the control means one or both DC sources influenced, whereby a continuous regulation of the Circulating current is possible to a desired value.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is intended below with reference to that shown in the figures Embodiments are explained in more detail.
In F i g. 1 ist eine Prinzipanordnung der Erfindung dargestellt. Zwei steuerbare Gleichstromquellen 1 und 2 speisen eine Last 3 mit Gleichstrom umkehrbarer Richtung. Der innere Aufbau der beiden Gleichstromquellen ist dabei nicht weiter veranschaulicht. Es genügt zu wissen, daß mit den Steuereinrichtungen 4. und 5 die von den Gleichspannungen Ui und U2 verursachten Ströme il und 1, verändert werden können. Die Steuereinrichtung 4 bzw. 5 kann also aus einem steuerbaren Widerstand, aus einem gesteuerten Gleichrichter oder einem beliebigen anderen Steuermittel bestehen, welches dann beispielsweise durch eine an die Steuereingänge 6 bzw. 7 angelegte Spannung oder eine beliebige andere elektrische oder nichtelektrische Größe betätigt werden kann. Im Weg des Kreisstromes IK ist erfindungsgemäß die Parallelschaltung eines stromempfindlichen Meßwertumformers 3 mit der Hintereinanderschaltung zweier Ventile mit Schwellwertcharakteristik 9 und 10 angeordnet. Der Widerstand des Meßwertumformers ist dabei so klein bemessen, daß der Spannungsabfall an ihm stets kleiner ist als die Summe der Schwellwertspannungen der beiden Ventile 9 und 10. Infolgedessen wird der Kreisstrom seinen Weg ausschließlich über den Meßwertumformer 8 nehmen, wodurch eine unmittelbare und exakte Kreisstromerfassung möglich wird.In Fig. 1 shows a basic arrangement of the invention. Two Controllable direct current sources 1 and 2 feed a load 3 with reversible direct current Direction. The internal structure of the two DC sources are included not further illustrated. Suffice it to know that with the control devices 4. and 5, the currents il and 1 caused by the direct voltages Ui and U2 are changed can be. The control device 4 or 5 can therefore consist of a controllable resistor, consist of a controlled rectifier or any other control means, which is then applied, for example, to the control inputs 6 and 7, respectively Voltage or any other electrical or non-electrical quantity can be. According to the invention, the parallel connection is in the path of the circulating current IK a current-sensitive transducer 3 with the series connection of two Valves with threshold value characteristics 9 and 10 are arranged. The resistance of the transducer is dimensioned so small that the voltage drop across it is always smaller than the sum of the threshold voltages of the two valves 9 and 10. As a result, becomes the circulating current take its way exclusively through the transducer 8, whereby an immediate and exact circular current detection is possible.
In F i g. 2 ist eine Realisierung des Erfindungsgedankens am Beispiel eines zweistufigen Transistorverstärkers gezeigt, bei dem der Kreisstrom nicht nur gemessen, sondern auch auf Grund dieser Messung beeinflußt wird. Man erkennt in der F i g. 2 die Prinzipdarstellung der F i g. 1 wieder. Gleiche Bezeichnungen sind für entsprechende Elemente aus F i g. 1 übernommen worden. Der in F i g. 2 dargestellte Transistorgegentakt-AB-Verstärker enthält die beiden Eingangstransistoren 11 und 12 und die Endstufentransistoren 18 und 19. Es sind sowohl in der Eingangs- als auch in der Endstufe ein Paar komplementärer Transistoren verwendet. Dies bietet insbesondere bei den Eingangstransistoren den Vorteil, daß ein und dasselbe Signal in der Lage ist, die beiden Eingangstransistoren im Gegentakt auszusteuern. Die Widerstände RF, 14, 15 und 16 sind so dimensioniert, daß sich bei fehlendem Eingangssignal an der Klemme 13 die Steuerklemme 7 des Transistors 11 auf einem leicht negativen und die Steuerklemme 6 des Transistors 12 auf einem leicht positiven Potential befinden. Die Transistoren 18 und 19 sind dadurch gleichermaßen leitend gesteuert, so daß durch sie der gleiche Kollektorstrom fließt, der für diesen Betriebsfall genau dem Kreisstrom 1K entspricht, während der Verbraucher 3 von keinem Strom durchflossen wird. Ein Verschieben des Steuerpotentials an der Klemme 13 in der einen oder anderen Richtung bewirkt eine unterschiedliche Aussteuerung der Transistoren 11 und 12 bzw. 18 und 19 und demzufolge das Fließen eines Verbraucherstromes durch die Last 3 in der einen oder in der anderen Richtung. Der kleinere der von den Transistoren 18 und 19 geführten Ströme fließt als sogenannter Kreisstrom durch den Eingangskreis eines Meßwertumformers, der im dargestellten Falle aus der Erregerwicklung 17 für den magnetfeldempfindlichen Widerstand RF besteht. Wächst der Kreisstrom Il( auf unzulässig hohe Werte an, so wird dadurch das Potential der Klemme 6 erniedrigt, der Transistor 12 dadurch weniger leitend gemacht. Dasselbe passiert mit dem Endstufentransistor 18, wodurch der Kreisstrom einen erhöhten Widerstand vorfindet und sich demzufolge verringert. Die Veränderung der Steuerpotentiale für die Transistoren 11 und 12 kann ebensogut auch dadurch erfolgen, daß der feldabhängige Widerstand RF zwischen der Klemme 7 und der anderen mit » - « bezeichneten Sammelschiene geschaltet wird. Auch ist es möglich, durch den feldabhängigen Widerstand Einfluß auf die Emitter-Basis-Spannungen der Endstufentransistoren 18 bzw. 19 zu nehmen, um so einem unzulässigen Anwachsen des Kreisstromes zu begegnen. Eine unerwünschte Kreisstromerhöhung ist z. B. dann zu befürchten, wenn die Umgebungstemperatur der Transistoren ansteigt.In Fig. 2 shows a realization of the inventive concept using the example of a two-stage transistor amplifier in which the circulating current is not only measured but also influenced on the basis of this measurement. It can be seen in FIG. 2 shows the schematic diagram of FIG. 1 again. The same designations are used for corresponding elements from FIG. 1 has been adopted. The in F i g. The transistor push-pull AB amplifier shown in FIG. 2 contains the two input transistors 11 and 12 and the output stage transistors 18 and 19. A pair of complementary transistors are used in both the input and output stages. In the case of the input transistors in particular, this offers the advantage that one and the same signal is able to drive the two input transistors in push-pull mode. The resistors RF, 14, 15 and 16 are dimensioned so that when there is no input signal at terminal 13, control terminal 7 of transistor 11 is at a slightly negative potential and control terminal 6 of transistor 12 is at a slightly positive potential. The transistors 18 and 19 are thereby equally conductive, so that the same collector current flows through them, which for this operating case corresponds exactly to the circulating current 1K, while the consumer 3 is not traversed by any current. Shifting the control potential at terminal 13 in one direction or the other causes a different level of modulation of transistors 11 and 12 or 18 and 19 and consequently the flow of a consumer current through load 3 in one or the other direction. The smaller of the currents carried by the transistors 18 and 19 flows as a so-called circulating current through the input circuit of a transducer, which in the illustrated case consists of the excitation winding 17 for the magnetic field-sensitive resistor RF. If the circulating current Il (increases to impermissibly high values, the potential of the terminal 6 is lowered and the transistor 12 is made less conductive. The same happens with the output stage transistor 18, whereby the circulating current finds an increased resistance and is consequently reduced. The change The control potentials for the transistors 11 and 12 can just as well be done by connecting the field-dependent resistor RF between terminal 7 and the other busbar marked "-" -Take voltages of the output stage transistors 18 or 19 in order to counter an impermissible increase in the circulating current.
In F i g. 3 ist die Abhängigkeit des feldabhängigen Widerstandes RF von dem Strom durch seine Erregerwicklung dargestellt. Man sieht, daß RF mit steigendem Erregerstrom IE der im Falle des erwähnten Ausführungsbeispieles identisch mit 1K ist, größer wird. Jede anfängliche Vergrößerung des Kreisstromes bewirkt daher durch weniger große Aussteuerung eines Transistors eine Widerstandserhöhung im Wege des Kreisstromes und damit eine Verringerung des Kreisstromes in Richtung seines ursprünglichen Wertes.In Fig. 3 is the dependence of the field-dependent resistance RF represented by the current through its field winding. You can see that RF increases with Excitation current IE which is identical to 1K in the case of the exemplary embodiment mentioned is, gets bigger. Any initial increase in the circulating current therefore causes through less large modulation of a transistor an increase in resistance by way of the Circulating current and thus a reduction in the circulating current in the direction of its original Worth.
In F i g. 4 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt. Ein Unterschied zu der Anordnung nach F i g. 2 besteht hier darin, daß die Endstufe zwei Transistoren 18 und 19 des gleichen Leitfähigkeitstyps sowie einen Transistor 25 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist. Wiederum wird der durch die beiden steuerbaren Gleichstromquellen 1 und 2 fließende Kreisstrom I« über die Erregerwicklung 17 eines feldabhängigen Widerstandes RF geführt. Erhöht sich der Strom IK, so erhöht sich gleichzeitig der Widerstand RF sowie das Basispotential des Steuertransistors 12 und bewirkt eine weniger starke Aussteuerung desselben sowie des von ihm gesteuerten Transistors 18, wodurch der Kreisstrom Il( erniedrigt wird. Eine parallel dem feldabhängigenWiderstandRF sowie einem weiteren Widerstand 20 angeordnete Kompensationsschaltung aus der Zenerdiode 21 und den beiden Halbleiterdioden 22 sorgt in an sich bekannter Weise dafür, daß eine durch Temperaturerhöhung bedingte Verschiebung des Basispotentials des Transistors 12 aufgehoben wird. Es besteht außerdem die Möglichkeit, eine Temperaturkompensation in der Weise vorzunehmen, daß der Widerstand 20 als ein Heißleiter ausgebildet wird. Heißleiter sind Bauelemente, deren Widerstände bei steigender Temperatur abnehmen. Der Heißleiter wird hierbei zwecknäßigerweise mit den Kühlflächen der Endstufentransistoren 13 und 19 in möglichst guten Wärmekontakt gebracht, so daß er bei einer Erwärmung derselben die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 12 erniedrigt und einer durch die Temperatursteigerung der Endstufentransistoren bedingten Kreisstromerhöhung entgegenwirkt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann bei höheren Umschaltfrequenzen die Kommutierung dadurch verbessert werden, daß den Schwellwertdioden 9 und 10 hochohmige Widerstände 23 und 24 parallel angeordnet werden. Auf diese Weise lassen sich auf das Vorhandensein von Eigenkapazitäten der Dioden zurückzuführende Unstetigkeiten im Laststrom vermeiden bzw. vermindern.In Fig. 4 shows a further variant of the invention. A difference from the arrangement according to FIG. 2 consists here in that the output stage has two transistors 18 and 19 of the same conductivity type and one transistor 25 of the opposite conductivity type. Again, the circulating current I ″ flowing through the two controllable direct current sources 1 and 2 is conducted via the excitation winding 17 of a field-dependent resistor RF. If the current IK increases, the resistance RF as well as the base potential of the control transistor 12 increases at the same time and causes a less strong modulation of the same and of the transistor 18 controlled by it, whereby the circulating current Il (is reduced. A parallel to the field-dependent resistor RF and a further resistor 20 arranged compensation circuit consisting of the Zener diode 21 and the two semiconductor diodes 22 ensures in a manner known per se that a shift in the base potential of the transistor 12 caused by an increase in temperature is canceled 20 is configured as a thermistor. thermistor are components whose resistances decrease with increasing temperature. the thermistor is hereby brought zwecknäßigerweise with the cooling surfaces of the output stage transistors 13 and 19 in the best possible thermal contact so that it at a heating de The same lowers the emitter-base voltage of the transistor 12 and counteracts an increase in the circulating current caused by the increase in temperature of the output stage transistors. According to a further feature of the invention, the commutation can be improved at higher switching frequencies by arranging high-value resistors 23 and 24 in parallel with the threshold value diodes 9 and 10. In this way, discontinuities in the load current due to the presence of internal capacitances in the diodes can be avoided or reduced.
Es ist im Rahmen der Erfindung möglich, die Anordnung nach den F i g. 2 und 4 jeweils symmetrisch zu den Achsen I-II zu verdoppeln, so daß Brückenanordnungen entstehen, bei denen die Last 3 in einem Diagonalzweig zu liegen kommt. Es muß dann für eine gegensinnige Beaufschlagung der beiden Steuereingänge gesorgt werden.It is possible within the scope of the invention, the arrangement according to the F i G. 2 and 4 each symmetrically to the axes I-II to double, so that bridge arrangements arise in which the load 3 comes to rest in a diagonal branch. It must then for an opposing application of the two control inputs is ensured will.
In F i g. 5 ist die Anwendung der Erfindung zur Kreisstromregelung bei einer Stromrichterschaltung angedeutet. Es, handelt sich um eine Antiparallelschaltung zweier gesteuerter Stromrichter 1 und 2, welche auf die ihnen gemeinsame Last 3 arbeiten. Der mit ü bezeichnete Laststrom rührt von dem Stromrichter 1 her, während der mit i2 bezeichnete Laststrom dem Stromrichter 2 zugeordnet ist. Mit 37 ist die Primärseite eines Stromrichtertransformators bezeichnet, welcher an die Phasen RST eines Drehstromsystems angeschlossen ist, während 38 die zugehörige Sekundärseite ist, welche die einzelnen Gruppen der Stromrichter 1 und 2 speist. Mit 30 und 31 sind zwei sogenannte Kreisstromdrosseln bezeichnet. Eine Steuereinrichtung 39 verändert die Zündwinkel der einzelnen Gleichrichter in der Weise, daß die Last 3 von dem Strom ü oder vom Strom i2 durchflossen wird. Zur Erfassung des Kreisstromes IK ist wiederum im Kreisstromweg die Parallelschaltung von zwei hintereinandergeschalteten Schwellwertventilen 9 und 10 mit dem Eingangskreis eines Meßwertumformers angeordnet, der hier in den Steuerwicklungen 40 und 41 eines Gleichstromwandlers besteht. Seine mit der Wechselspannung U c\D gespeisten Lastwicklungen 26 und 27 liefern über den Gleichrichter 28 einen Steuerwert, der proportional dem die Steuerwicklung 40 und 41 durchfließenden Kreisstrom 1K ist und der zu einer Beeinflussung des Steuersatzes 39 verwendet wird.In Fig. 5 shows the application of the invention for circulating current regulation in a converter circuit. It is an anti-parallel connection of two controlled power converters 1 and 2, which work on their common load 3. The load current denoted by ü originates from the converter 1, while the load current denoted by i2 is assigned to the converter 2. With 37 the primary side of a converter transformer is referred to, which is connected to the phases RST of a three-phase system, while 38 is the associated secondary side, which feeds the individual groups of converters 1 and 2. With 30 and 31 two so-called circulating current chokes are designated. A control device 39 changes the ignition angle of the individual rectifiers in such a way that the load 3 is traversed by the current u or the current i2. To detect the circulating current IK, the parallel connection of two threshold valves 9 and 10 connected in series with the input circuit of a transducer, which here consists of the control windings 40 and 41 of a direct current converter, is again arranged in the circulating current path. Its load windings 26 and 27 fed with the alternating voltage U c \ D supply via the rectifier 28 a control value which is proportional to the circulating current 1K flowing through the control windings 40 and 41 and which is used to influence the control rate 39.
In F i g. 6 ist eine entsprechende Anwendung der Erfindung bei der sogenannten Kreuzschaltung von zwei Dampfentladungsgefäßen 1 und 2 dargestellt. Für Elemente mit gleicher Funktion sind die entsprechenden Bezugszeichen der Anordnung nach F i g. 5 beibehalten worden. Der Eingangskreis des Meßwertumformers besteht hier in der Steuerwicklung 29 eines Hallgenerators 32, die auf einem magnetisierbaren Kern 33 aufgebracht ist. Im Luftspalt des Kernes 33 ist die von einer konstanten Gleichspannung 34 gespeiste Hallsonde 35 angeordnet. An den Klemmen 36 erscheint auf Grund des bekannten Halleffekts eine Spannung, welche proportional dem die Steuerwicklung 29 durchfließenden Kreisstrom ljt ist.In Fig. 6 shows a corresponding application of the invention in the so-called cross connection of two vapor discharge vessels 1 and 2 . For elements with the same function, the corresponding reference numerals of the arrangement according to FIG. 5 has been retained. The input circuit of the transducer consists of the control winding 29 of a Hall generator 32, which is applied to a magnetizable core 33. The Hall probe 35 fed by a constant DC voltage 34 is arranged in the air gap of the core 33. Due to the known Hall effect, a voltage appears at the terminals 36 which is proportional to the circulating current Ijt flowing through the control winding 29.
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