DE1262429B

DE1262429B - Arrangement that is fed by an alternating voltage that can be varied within wide limits and that supplies a proportional direct voltage that increases very quickly in the range of small alternating voltages and then only slowly with increasing alternating voltage

Info

Publication number: DE1262429B
Application number: DE1965S0095471
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Liska
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-02-16
Filing date: 1965-02-16
Publication date: 1968-03-07
Also published as: CH449764A; JPS4422970B1; GB1079483A

Description

Anordnung, die von einer in weiten Grenzen veränderlichen Wechselspannung gespeist wird und eine proportionale Gleichspannung liefert, die im Bereich kleiner Wechselspannungen sehr schnell und dann nur noch langsam mit zunehmender Wechselspannung ansteigt In der Steuerungs- und Regelungstechnik muß man häufiger von einer Wechselspannung eine Gleichspannung ableiten, die an sich der Wechselspannung proportional sein soll, wobei der Proportionalitätsfaktor im Bereich sehr kleiner Wechselspannungen sehr groß, jedoch von einem bestimmten Wert der Wechselspannung an nicht wesentlich größer als Eins sein soll.Arrangement by an alternating voltage that can be varied within wide limits is fed and supplies a proportional DC voltage, which is smaller in the range AC voltages very quickly and then only slowly with increasing AC voltage increases In the control and regulation technology one must more frequently from an alternating voltage Derive a direct voltage that is proportional to the alternating voltage should, with the proportionality factor in the range of very small alternating voltages very large, but not essential after a certain value of the alternating voltage should be greater than one.

Auf eine derartige Aufgabenstellung stößt man beispielsweise bei der Regelung und Steuerung der Erregung von Generatoren, die mit sehr stark wechselnder Drehzahl angetrieben werden. In solchen Fällen bereitet die Auferregung des Generators Schwierigkeiten. Man hat daher schon vorgeschlagen, die Erregerwicklung mit Hilfe eines Thyristors an eine Hilfsspannungsquelle zu schalten, um so den Auferregungsvorgang einzuleiten und zu beschleunigen. Dieser Schaltvorgang muß abhängig von der Klemmenspannung des Generators gesteuert werden und soll möglichst schon bei sehr niedriger Klemmenspannung ausgelöst werden. An sich wäre es naheliegend, die Klemmenspannung des Generators mit Hilfe eines Transformators mit hohem Übersetzungsverhältnis heraufzusetzen. Ein solcher Lösungsweg birgt jedoch neue Schwierigkeiten in sich, wenn der Transformator unabhängig von der Höhe der Generatorklemmenspannung wirksam bleibt.Such a task is encountered, for example, with the Regulation and control of the excitation of generators that change with very strong Speed can be driven. In such cases the excitement prepares the generator Trouble. It has therefore already been proposed to use the excitation winding a thyristor to switch to an auxiliary voltage source, so the excitation process initiate and accelerate. This switching process must depend on the terminal voltage of the generator and should, if possible, at a very low terminal voltage to be triggered. In itself it would be obvious, the terminal voltage of the generator with the help of a transformer with a high transformation ratio. Such an approach, however, harbors new difficulties when the transformer remains effective regardless of the level of the generator terminal voltage.

Die Erfindung ermöglicht es, die aufgezeigten Probleme mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand zu lösen. Sie bezieht sich auf eine Anordnung, die von einer in weiten Grenzen veränderlichen Wechselspannung gespeist wird und eine proportionale Gleichspannung liefert, die im Bereich kleiner Wechselspannungen sehr schnell und dann nur noch langsam mit zunehmender Wechselspannung steigt und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Transformator mit einem Kern aus gewöhnlichem Transformatorblech und mit niedrigem Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist, dessen Primärwicklung mit der Wechselspannung direkt gespeist wird, daß ein zweiter Transformator mit einem Kern hoher Anfangspermeabilität und mit hohem Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist, dessen Primärwicklung über einen Kaltleiter mit der Wechselspannung gespeist wird und daß an die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren Gleichrichter angeschlossen sind, welche gleichstromseitig parallel geschaltet sind.The invention enables the problems identified with a relatively little effort to solve. It refers to an arrangement made by an in wide limits variable alternating voltage is fed and a proportional one DC voltage supplies that very quickly and in the range of small AC voltages then only increases slowly with increasing alternating voltage and is characterized by that a first transformer with a core made of ordinary transformer sheet and is provided with a low gear ratio, the primary winding with the AC voltage is fed directly that a second transformer with a High initial permeability core provided with a high transmission ratio whose primary winding is fed with the alternating voltage via a PTC thermistor and that rectifier to the secondary windings of the two transformers are connected, which are connected in parallel on the DC side.

Eine besonders gut geglättete Gleichspannung erhält man, wenn man die beiden Transformatoren an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz anschließt, wobei die Primärwicklungen jeweils zwischen verschiedenen Phasen liegen. In den Figuren sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.A particularly well smoothed DC voltage is obtained if one connects the two transformers to a three-phase AC voltage network, the primary windings each lying between different phases. In the Figures are shown some embodiments of the invention.

In F i g. 1 ist ein- Transformator mit hohem übersetzungsverhältnis, z. B. 1:10, und mit einem Kern mit hoher Anfangspermeabilität (z. B. 5000 Z; Permenorm, Mu-Metall) mit m 1 bezeichnet. Ein zweiter Transformator m2 besitzt einen Kern aus gewöhnlichem Transformatorblech und ein niedriges übersetzungsverhältnis, z. B.1:1. Die Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren sind mit einer Mittelanzapfung versehen und bilden zusammen mit je zwei Dioden h 1, h 2 bzw. n 3, h 4 einen Gleichrichter in Mittelpunktschaltung. Der von dem Transformator na 1 gespeiste Gleichrichter liefert eine Spannung UG 1 und der andere Gleichrichter eine Spannung UG2. Die beiden Gleichrichter sind gleichstromseitig parallel geschaltet. Die an der Parallelschaltung auftretende resultierende Gesamtspannung ist in F i g. 1 mit UG bezeichnet.In Fig. 1 is a high ratio transformer, e.g. B. 1:10, and with a core with high initial permeability (z. B. 5000 Z; Permenorm, Mu-metal) with m 1. A second transformer m2 has a core made of ordinary transformer sheet metal and a low gear ratio, e.g. B.1: 1. The secondary windings of the two transformers are provided with a center tap and together with two diodes h 1, h 2 or n 3, h 4 each form a rectifier in a mid-point connection. The rectifier fed by the transformer na 1 supplies a voltage UG 1 and the other rectifier a voltage UG2. The two rectifiers are connected in parallel on the DC side. The resulting total voltage occurring across the parallel circuit is shown in FIG. 1 labeled UG.

Die Primärwicklung des Transformators in 1 wird über einen Kaltleiter K mit einer Wechselspannung U" gespeist, die der Primärwicklung des Transformators m 2 direkt zugeführt wird.The primary winding of the transformer in FIG. 1 is fed via a PTC thermistor K with an alternating voltage U ″, which is fed directly to the primary winding of the transformer m 2.

Bei einem Ansteigen der Wechselspannung U" von Null ausgehend, entspricht die Ausgangsspannung UG zunächst der Spannung UG 1. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Kaltleiter K zunächst einen sehr niedrigen Widerstand aufweist und die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators m 1 infolge des wesentlich höheren übersetzungsverhältnisses und der größeren Anfangspermeabilität des Kernmaterials erheblich größer als die an der Sekundärwicklung des Transformators m2 ist. Infolgedessen sind die Dioden n3 und n4 gesperrt, während die Dioden n 1 und n 2 leiten.When the alternating voltage U "starts to rise from zero, the output voltage UG initially corresponds to the voltage UG 1. This is due to the fact that the PTC thermistor K initially has a very low resistance and the voltage on the secondary winding of the transformer m 1 is significantly higher transmission ratio and the greater initial permeability of the core material is considerably greater than that at the secondary winding of the transformer m2, as a result of which diodes n3 and n4 are blocked, while diodes n 1 and n 2 conduct.

Bei einem im wesentlichen durch die Bemessung des Kaltleiters K bestimmten Wert der Wechselspannung U" nimmt der Widerstand des Kaltleiters sprunghaft einen relativ hohen Wert an, so daß die Sekundärspannung des Transformators m 1 stark abfällt und sich nur noch geringfügig mit dem weiteren Ansteigen von U", ändert. Die Sekundärspannung des Transformators m2 ist dagegen stets proportional zu U"" sofern diese Spannung U", größer als ein bestimmter Schwellwert von einigen Volt (vgl. F i g. 4) ist. Die Sekundärspannung des Transformators m2 wird daher bei einem bestimmten Wert von U", größer als die Sekundärspannung des Transformators n il. Infolgedessen sperren dann die Ventile n1 und n2, so daß die Ausgangsspannung UG der Spannung UG z entspricht. Durch geeignete Bemessung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators m2 kann erreicht werden, daß die Spannung UG bei keinem möglichen Wert der Wechselspannung U", einen für die an die Anordnung angeschlossenen Steuergeräte schädlichen Wert annehmen kann. Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise wird auf F i g. 4 verwiesen, in der der Verlauf der Permeabilität der Kerne der beiden Transformatoren ml und m2 dargestellt ist.In one essentially determined by the dimensioning of the PTC thermistor K. Value of the alternating voltage U ", the resistance of the PTC thermistor increases by leaps and bounds relatively high value, so that the secondary voltage of the transformer m 1 is strong falls and changes only slightly with the further increase of U ". The secondary voltage of the transformer m2, on the other hand, is always proportional to U "" provided that this voltage U "is greater than a certain threshold value of a few volts (see Fig. 4). The secondary voltage of the transformer m2 is therefore at a certain value of U ", greater than the secondary voltage of the transformer n il. As a result, the valves n1 and n2 then block, so that the output voltage UG corresponds to the voltage UG z. By appropriately dimensioning the transmission ratio of the transformer m2 it can be achieved that the voltage UG is not at any possible Value of the alternating voltage U ", one for the control devices connected to the arrangement can assume harmful value. To illustrate how it works, click on F i g. 4, in which the course of the permeability of the cores of the two transformers ml and m2 is shown.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in allen wesentlichen Einzelheiten dem in F i g. 1 dargestellten entspricht, was auch durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen zum Ausdruck kommt. Zur Speisung der Anordnung dient hier jedoch ein Dreiphasennetz R, S, T, an das die Primärwicklungen der beiden Transformatoren ml und m2 so angeschlossen sind, daß sie jeweils zwischen verschiedenen Phasen liegen. Durch eine solche Anordnung ergibt sich eine Gleichspannung UG, deren Welligkeit auch ohne besonderen Aufwand an Siebmitteln erheblich niedriger ist als die Welligkeit der Ausgangsspannung der Anordnung nach F i g. 1. Schaltet man - wie in F i g. 2 gezeigt -dem Ausgang der Anordnung noch eine Zenerdiode n7 über einen Vorwiderstand r1 parallel, dann kann man an den Klemmen dieser Zenerdiode eine Spannung U@ abgreifen, die zunächst bei ansteigender Wechselspannung U" sehr schnell bis auf den Wert der Zenerspannung der Diode n 7 ansteigt und dann konstant bleibt.F i g. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention, which in all essential details corresponds to that shown in FIG. 1 corresponds to what is also expressed by using the same reference numerals. A three-phase network R, S, T, to which the primary windings of the two transformers ml and m2 are connected in such a way that they each lie between different phases, is used to feed the arrangement. Such an arrangement results in a direct voltage UG, the ripple of which is considerably lower than the ripple of the output voltage of the arrangement according to FIG. 1. If you switch - as in FIG. 2 - a Zener diode n7 parallel to the output of the arrangement via a series resistor r1, then a voltage U @ can be tapped off at the terminals of this Zener diode, which at first with increasing AC voltage U "very quickly up to the value of the Zener voltage of diode n 7 increases and then remains constant.

F i g. 3 zeigt schließlich die Anwendung der Erfindung zur Steuerung der Auferregung eines Drehstromgenerators G, der beispielsweise mit sehr stark veränderbarer Drehzahl angetrieben wird, wie es bei einem Einsatz auf Fahrzeugen in der Regel der Fall ist. Die Klemmenspannung des Generators G wird mit einem Gleichrichter Gl gleichgerichtet, an dessen Klemmen die Erregerwicklung E über einen Regler R angeschlossen ist. Diese Erregerwicklung liegt außerdem über einer hier nicht näher dargestellten Hilfseinrichtung H (beispielsweise Thyristorgleichstromschalter) an einer Batterie B. Zur Einleitung der Ruferregung muß die Erregerwicklung E durch die Hilfseinrichtung bereits bei kleinsten Drehzahlen an die Batterie angeschaltet werden. Zu diesem Zweck kann die von den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnungen gelieferte Ausgangsspannung UGverwendet werden. Dabei wird die Eingangsspannung U" von den Klemmen des Generators G abgegriffen. Die Anordnung nach F i g. 3 entspricht im übrigen praktisch dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1. Ein Unterschied besteht lediglich darin, daß die über den Transformator m2 abgeleitete Gleichspannung UGz mit Hilfe eines Kondensators C zusätzlich geglättet wird. Dieser Kondensator soll jedoch auf den Verlauf der über den Transformator m 1 abgeleiteten Gleichspannung UG 1 keinen Einfluß haben. Aus diesem Grund sind die beiden Gleichrichter über zwei Entkopplungsdioden n5 und n6 an die Steuerstrecke der Hilfseinrichtung H angeschlossen.F i g. Finally, FIG. 3 shows the application of the invention for controlling the excitation of a three-phase generator G, which is driven, for example, at a very variable speed, as is usually the case when it is used on vehicles. The terminal voltage of the generator G is rectified with a rectifier Gl, to whose terminals the excitation winding E is connected via a regulator R. This excitation winding is also connected to a battery B via an auxiliary device H (for example thyristor DC switch), not shown here. For this purpose, the from the in the F i g. 1 and 2, the output voltage UG supplied can be used. In this case, the input voltage U "is taken from the terminals of the generator G. The arrangement according to F i g. 3 otherwise corresponds practically to the embodiment of F i g. 1. The only difference is that the derived via the transformer m2 DC voltage UGZ is additionally smoothed by a capacitor C. However, this capacitor should on the course of via the transformer m 1-derived DC voltage UG 1 have no effect. for this reason, the two rectifiers two decoupling diodes n5 and n6 are connected to the control path of the auxiliary device H .

Zum Abschalten der Hilfseinrichtung H dient ein weiterer Thyristor n 8, der dem Eingang der Hilfseinrichtung H parallel geschaltet ist und der mit einer Spannung gesteuert wird, die von einem Widerstand r2 abgegriffen wird, welcher dem Kondensator C parallel liegt. Die Hilfseinrichtung bleibt so lange abgeschaltet, wie der Thyristor n8 leitend bleibt.Another thyristor is used to switch off the auxiliary device H. n 8, which is connected in parallel to the input of the auxiliary device H and with a voltage is controlled, which is tapped from a resistor r2, which the capacitor C is parallel. The auxiliary equipment remains switched off as long as how the thyristor n8 remains conductive.

Bereits bei sehr niediger Drehzahl des Generators wird der Hilfseinrichtung H eine über den Transformator m 1 abgeleitete pulsierende Gleichspannung zugeführt, deren Amplitude zum Schalten der Hilfseinrichtung ausreicht. Nach Auferreb ng des Generators erreicht schließlich die über den Transformator m2 abgeleitete und an r2 abfallende Spannung einen Wert, der zur Zündung des Thyristors n ß ausreicht. Damit ist die Hilfseinrichtung H abgeschaltet, da ihr Eingang durch n8 kurzgeschlossen ist.Even at a very low speed of the generator, the auxiliary device H is supplied with a pulsating DC voltage derived via the transformer m 1, the amplitude of which is sufficient to switch the auxiliary device. After the generator has opened, the voltage derived via the transformer m2 and dropping across r2 reaches a value that is sufficient to trigger the thyristor n ß. The auxiliary device H is thus switched off, since its input is short-circuited by n8.

Claims

Claims: 1. Arrangement that can be varied within wide limits AC voltage is fed and provides a proportional DC voltage that in the range of small alternating voltages very quickly and then only slowly increasing alternating voltage increases, that a first transformer (m2) with a core made of ordinary transformer sheet and is provided with a low gear ratio, its primary winding with the alternating voltage (U, ") is fed directly, that a second transformer (m1) provided with a core of high initial permeability and with a high gear ratio whose primary winding is connected to the alternating voltage (U ",) via a PTC thermistor (K) is fed, and that rectifier to the secondary windings of the two transformers (n1, n2 or n3, n4) are connected, which are connected in parallel on the DC side are.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the alternating voltage is supplied from a three-phase network (RST), the primary windings of the transformers (m1, m2) being connected between different phases.

3. Arrangement according spoke 1 or 2, characterized in that the secondary windings have a 1Vlittelanzapfung and, together with two diodes each, a two-way rectifier circuit form.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that a smoothing capacitor (C) is parallel to the DC terminals of the rectifier fed by the transformer (m2) with a core made of ordinary transformer sheet metal and that the rectifiers are connected in parallel via decoupling diodes (n5, n6) .

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized by using it to excite generators with a low remanence voltage, an auxiliary device with the output voltage supplied by the rectifiers (H) is controlled via which the excitation winding (E) of the generator (G) is connected to a Auxiliary power source (B) is switched.