DE1213036B

DE1213036B - Circuit arrangement for voltage regulation of a polyphase alternator

Info

Publication number: DE1213036B
Application number: DEJ17790A
Authority: DE
Inventors: Ralph J Leppla; Howard M Mcconell
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1960-03-07
Filing date: 1960-03-07
Publication date: 1966-03-24

Description

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Mehrphasen-Wechselstromgeiierators Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Mehrphasen-Wechselstromgenerators.Circuit arrangement for voltage regulation of a polyphase alternating current generator The invention relates to a circuit arrangement for voltage regulation of a Polyphase alternator.

Insbesondere für Stromerzeugung für Luftfahrzeuge, im allgemeinen Mehrphasen-Wechselstromsysteme, besteht der Wunsch nach Spannungsregelungsvorrichtungen von einfacher, kompakter Bauart, welche keine Teile aufweisen, die einer häufigen Wartung bedürfen. Zahlreiche an sich zweckentsprechende Möglichkeiten zur Spannungsregelung für Mehrphasensysteme werden bei Luftfahrzeugen deshalb nicht verwendet, weil es dort erforderlich ist, den Impuls zu verstärken, den der die Spannung abtastende Stromkreis gibt, bevor er zur Regelung der Spannung des Systems benutzt wird. Die Notwendigkeit einer solchen Vorverstärkung ergibt eine Vergrößerung der Abmessungen und eine verwickelte Bauart der Spannungsregelvorrichtungen und erfordert oft die Verwendung von Teilen, die einer verhältnismäßig häufigen Wartung bedürfen.In particular for power generation for aircraft, in general Multiphase AC systems, there is a desire for voltage regulating devices of simple, compact design, which do not have any parts that are common In need of maintenance. Numerous options for voltage regulation that are appropriate in themselves for multi-phase systems are not used in aircraft because there it is necessary to amplify the impulse which is being sampled by the voltage Circuit before it is used to regulate the voltage of the system. the The need for such pre-amplification results in an increase in size and an intricate design of voltage regulating devices and often requires that Use of parts that require relatively frequent maintenance.

Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung eines Mehrphasen-Wechselstromgenerators bekannt, bei der jeder Generatorausgangsphase ein Transformator zugeordnet ist. Dabei sind die Primärwicklungen jeweils zwischen die entsprechende Ausgangsleitung und den Null-Leiter ein-und die Sekundärwicklungen an Gleichrichteranordnungen angeschaltet. Als Steuergröße zur Beeinflussung der Generatorerregung dienen momentane Spitzenwerte, z. B. die höchsten Scheitelwerte. Durch diese Anordnung reagiert das Erregungssteuerungssystem auch auf sehr kurzzeitige steile Spannungsspitzen einer Phase, die z. B. beim Ein- und Ausschalten von Lastelementen auftreten und an sich ohnehin sehr rasch abklingen. Eine derartige Steuergröße ist daher für viele Anwendungsfälle, insbesondere bei Luftfahrzeuge, ungeeignet. Überdies ist bereits bekannt, die Spannungsspitzen durch Dämpfungsdrosseln zu glätten. Auch diese Anordnung allein befriedigt noch nicht genügend.It is already a circuit arrangement for voltage regulation of a Polyphase alternator known at each generator output phase a transformer is assigned. The primary windings are each between the corresponding output line and the neutral wire in and the secondary windings connected to rectifier arrangements. As a control variable for influencing the Generator excitation are used for current peak values, e.g. B. the highest peak values. With this arrangement, the excitation control system also reacts to very short-term steep voltage peaks of a phase that z. B. when switching load elements on and off occur and subside very quickly anyway. One such control variable is therefore unsuitable for many applications, especially in aircraft. Besides it is already known to smooth the voltage peaks using damping chokes. Even this arrangement alone is not sufficient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch einfache schaltungstechnische Maßnahmen zu überwinden.The invention is therefore based on the object of eliminating these disadvantages to overcome simple circuitry measures.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen die Ausgänge der den Transformator-Sekundärwicklungen nachgeschalteten Gleichrichteranordnungen und ein Bezugspotential je ein elektrischer Widerstand eingeschaltet und die größte der an den elektrischen Widerständen auftretenden Spannungen zur Regelung des Generators verwendet ist.The invention consists in that between the outputs of the transformer secondary windings downstream rectifier arrangements and a reference potential each one electrical Resistance switched on and the largest of those occurring at the electrical resistances Voltages used to regulate the generator.

Mit dieser einfachen Maßnahme läßt sich die Regelung beliebiger Ausgangslastzweige, in denen neben Sinusspannungen auch Oberwellen und spitze Impulse auftreten, leicht und gut bewerkstelligen, da nicht mehr der Scheitelwert, sondern der Mittelwert der Spannung bzw. eine diesem Wert angenäherte Größe als regelungsbeeinflussende Größe dient. Tritt beispielsweise an einer Phase eine hohe Sinusspannung und an einer der anderen Phasen ein nur kurzzeitiger Spannungspuls mit einem weitaus höheren Scheitelwert als der Scheitelwert der Sinusspannung auf, dann wird praktisch noch kein Regelvorgang ausgelöst. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist daher den bekannten Regelungsanordnungen ähnlicher Art überlegen.With this simple measure, the regulation of any output load branches, in which, in addition to sinusoidal voltages, harmonics and sharp impulses also occur, slightly and manage it well, since it is no longer the peak value, but the mean value the voltage or a variable that approximates this value as a control-influencing Size serves. For example, if a phase has a high sinusoidal voltage and one of the other phases is a short-term voltage pulse with a much higher one Peak value than the peak value of the sinusoidal voltage, then it will still be practical no control process initiated. The circuit arrangement according to the invention is therefore superior to the known control arrangements of a similar type.

Falls zusätzlich eine Glättung der gleichgerichteten Transformatorausgangsspannungen vorgenommen werden soll, sind an sich bekannte Glättungsdrosseln in die Leitungszweige eingeschaltet.If there is also a smoothing of the rectified transformer output voltages should be made, are known smoothing chokes in the line branches switched on.

Bei der erfindungsgemäßen Regelungsanordnung wird also der höchste Phasenspannungsmittelwert abgegriffen und beispielsweise in einen Impuls umgesetzt, der -ohne Vorverstärkung einem die Erregung des Generatorsystems steuernden Leistungsverstärker zugeleitet werden kann.In the case of the control arrangement according to the invention, the highest Phase voltage mean value tapped and converted into a pulse, for example, the -without pre-amplification a power amplifier controlling the excitation of the generator system can be forwarded.

Die neue verbesserte Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergibt einen Impuls für die Verstärkungsvorrichtungen des Spannungsreglers, dessen Leistungspegel durch Berechnung auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann. Auf diese Weise werden die Funktionen des Abtastens und der Vorverstärkung von ein und derselben Vorrichtung übernommen, ohne daß es erforderlich ist, besondere Vorverstärkungsschaltungen vorzusehen.The new improved circuit arrangement according to the invention results a pulse for the amplification devices of the voltage regulator, its power level can be set to any value by calculation. In this way become the functions of sampling and pre-amplification of one and the same Device adopted without the need for special pre-amplification circuits to be provided.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines vorzugsweisen Ausführungsbeispieles derselben an Hand der Figur, die ein Schaltbild mit den Merkmalen der Erfindung darstellt.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description of a preferred embodiment of the same with reference to the figure, which represents a circuit diagram with the features of the invention.

Die Erfindung besteht im Prinzip aus einem Mehrphasen-Wechselstromgeneratorsystem mit einem Mehrphasen-Generator, Vorrichtungen zur Regelung der Spannung dieses Generators, Schaltungen zur getrennten Abtastung der Spannung jeder Phase des vom Generator gelieferten Stromes und zur Erzeugung unmittelbarer Gleichstrom-Impulsspannungen, deren Größe von der Spannung dieser Phasen abhängt, sowie Vorrichtungen zur Auswahl lediglich der höchsten Gleichstrom-Impulsspannung der einzelnen Phasen, die eine Impulsspannung zur Steuerung der Spannungsregelvorrichtungen liefert.The invention consists in principle of a multi-phase alternating current generator system with a multiphase generator, devices for regulating the voltage of this generator, Circuits for the separate sampling of the voltage of each phase of the generator supplied current and for the generation of direct direct current pulse voltages, the size of which depends on the voltage of these phases, as well as devices to choose from only the highest DC pulse voltage of the individual phases, the one Supplies pulse voltage for controlling the voltage regulating devices.

Gemäß der Figur weist der Dreiphasengenerator 10 Phasenwicklungen 11, 12, 13, die bei der dargestellten Ausführungsform in Sternschaltung geschaltet sind, und eine Erregerwicklung 14 auf. Diese, Erregerwicklung wird durch einen Leistungsverstärker 15 erregt. Die von diesem Leistungsverstärker abgegebene Spannung und demzufolge die Spannung des Generators 10 wird durch eine Schaltungsanordnung 17 gesteuert, die über einen elektrischen Widerstand 18 ein Spannungssignal abgibt. Diese Signalspannung wird mit einer Bezugsspannung verglichen, die an einem elektrischen Widerstand 20 liegt, der in der Zuleitung zu dem Leistungsverstärker 15 in Reihe mit dem elektrischen Widerstand 18 geschaltet ist. Die Bezugsspannung, die am Widerstand 20 liegt, wird durch einen Bezugsspannungskreis 21, der an die Endklemmen des Generators 10 angeschlossen ist, erzeugt. Der Leistungsverstärker 15 und der Bezugsspannungskreis 21 ebenso wie das Regelungsverfahren der von dem Leistungsverstärker abgegebenen Leistung, durch Vergleich einer von der Generatorausgangsspannung abhängigen Signalspannung mit einer konstanten Bezugsspannung, sind dem Fachmann bekannt. Sie sind deshalb in der Figur nur schematisch dargestellt.According to the figure, the three-phase generator 10 has phase windings 11, 12, 13, which in the embodiment shown are connected in a star connection, and an excitation winding 14. This field winding is excited by a power amplifier 15. The voltage output by this power amplifier and consequently the voltage of the generator 10 is controlled by a circuit arrangement 17 which outputs a voltage signal via an electrical resistor 18. This signal voltage is compared with a reference voltage which is applied to an electrical resistor 20 which is connected in series with the electrical resistor 18 in the feed line to the power amplifier 15. The reference voltage across the resistor 20 is generated by a reference voltage circuit 21 connected to the end terminals of the generator 10. The power amplifier 15 and the reference voltage circuit 21 as well as the method of regulating the power output by the power amplifier by comparing a signal voltage dependent on the generator output voltage with a constant reference voltage are known to those skilled in the art. They are therefore only shown schematically in the figure.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hängt die von der Schaltungsanordnung 17 über den elektrischen Widerstand 18 abgegebene Spannung von der höchsten Phasenspannung der Phasen A, B, C des Generators ab. Sie besitzt daher ausreichende Leistungsfähigkeit auch ohne Vorverstärkung, bevor sie eingangsseitig an den Leistungsverstärker angelegt wird. Um die höchste Phasenspannung der drei Phasen abzutasten, sind die Primärwicklungen 23, 24, 25 der Spannungswandler 26, 27,28 zwischen die Phasen A, B, C und den Nulleiter N des Generators geschaltet. Die Spannungswandler 26, 27, 28 haben mittelangezapfte Sekundärwicklungen 30, 31, 32. Die Mittelanzapfungen sind durch einen gemeinsamen Leiter 33 mit der einen Seite des elektrischen Widerstandes 18 verbunden. Die Spannungswandler weisen Verbindungspunkte 34, 35, 36 auf, an welchen die entgegengesetzten Enden der zugeordneten Sekundärwicklungen der Spannungswandler über Gleichrichterelemente 37 angeschlossen sind, die den Strom von dem benachbarten Ende der Wicklung ableiten.In the circuit arrangement according to the invention, the voltage output by the circuit arrangement 17 via the electrical resistor 18 depends on the highest phase voltage of phases A, B, C of the generator. It therefore has sufficient performance even without pre-amplification before it is applied to the power amplifier on the input side. To the highest phase voltage of the three-phase sample, the primary windings 23, 24, 25 of the transformer 26, 27,28 of the generator connected between the phases A, B, C and the neutral N are. The voltage converters 26, 27, 28 have center tapped secondary windings 30, 31, 32. The center taps are connected to one side of the electrical resistor 18 by a common conductor 33. The voltage converters have connection points 34, 35, 36 to which the opposite ends of the associated secondary windings of the voltage converters are connected via rectifier elements 37 which derive the current from the adjacent end of the winding.

Die Gleichrichterelemente 37 bewirken eine Vollweggleichrichtung der Sekundärwicklungsspannungen. Die gleichgerichteten Spannungen der Sekundärwicklungen werden über die Verbindungspunkte 34, 35, 36 und den gemeinsamen Leiter 33 den elektrischen Widerständen 40 zugeleitet. Jeder dieser Widerstände ist mit dem entsprechenden der Verbindungspunkte 34, 35, 36 über je eine Induktivität 42 verbunden, die einen Teil eines glättenden und filternden Stromkreises für die gleichgerichteten Spannungen der zugeordneten Sekundärwicklungen darstellen. Außerdem liegen in diesem Filterkreis parallel zu den Widerständen elektrische Kondensatoren 43.The rectifier elements 37 effect a full-wave rectification of the Secondary winding voltages. The rectified voltages of the secondary windings are via the connection points 34, 35, 36 and the common conductor 33 the electrical Resistors 40 fed. Each of these resistors has its corresponding one of the connection points 34, 35, 36 each connected via an inductance 42, the one Part of a smoothing and filtering circuit for the rectified voltages represent the assigned secondary windings. In addition, lie in this filter circle electrical capacitors 43 in parallel with the resistors.

Die Größen der von den drei Widerständen 40 abgegebenen Spannungen hängen von den Spannungen der Phasen A, B, C ab. Die höchste der von den Widerständen 40 abgegebenen Spannungen wird durch einen Mehr-Element-Einweggleichrichter ausgewählt, der lediglich die höchste dieser Spannungen durchläßt. Dieser Einweggleichrichter enthält Gleichrichterelemente 46, 47, 48, die über die Induktivität 42 zwischen den Verbindungspunkten 34, 35, 36 und der dem Anschluß an den Leiter 33 entgegengesetzten Seite des elektrischen Widerstandes 18 liegen. Die Gleichrichterelemente 46, 47, 48 leiten den Strom derart, daß dem Widerstand 18 die Spannungen in gleicher Richtung zugeleitet werden. Deshalb blokkiert die höchste dieser Spannungen die übertragung auf die anderen Gleichrichterelemente. Die von dem Widerstand 18 abgegebene Spannung wird also immer durch die höchste gleichgerichtete Phasenspannung bestimmt. Wenn zum Beispiel die von einem Widerstand 40 an die Abgangsseite der Sekundärwicklung 30 abgegebene Spannung die höchste der Spannungen ist, die von einem der Widerstände 40 abgegeben wird, so ist die Polarität und Größe der von dem Widerstand 18 abgegebenen Spannung ausreichend, um die Verbindung zu den Gleichrichterelementen 47, 48 zu blockieren. Die Spannung, die der Widerstand 18 abgibt, ist deshalb die gleiche wie der durch den abgangsseitigen Widerstand 40 der Sekundärwicklung 30 bewirkte Spannungsabfall. ;The magnitudes of the voltages emitted by the three resistors 40 depend on the voltages of phases A, B, C. The highest of the voltages output by the resistors 40 is selected by a multi-element half-wave rectifier which only allows the highest of these voltages to pass. This half-wave rectifier contains rectifier elements 46, 47, 48 which, via the inductance 42, lie between the connection points 34, 35, 36 and the side of the electrical resistor 18 opposite the connection to the conductor 33. The rectifier elements 46, 47, 48 conduct the current in such a way that the voltages are fed to the resistor 18 in the same direction. Therefore, the highest of these voltages blocks the transmission to the other rectifier elements. The voltage output by the resistor 18 is therefore always determined by the highest rectified phase voltage. For example, if the voltage output by a resistor 40 to the output side of the secondary winding 30 is the highest of the voltages output by one of the resistors 40, the polarity and magnitude of the voltage output by the resistor 18 is sufficient to make the connection to block the rectifier elements 47, 48. The voltage that the resistor 18 outputs is therefore the same as the voltage drop caused by the output-side resistor 40 of the secondary winding 30. ;

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for voltage regulation of a Multi-phase alternating current generator with one transformer for each phase Primary coils are each connected between the phase lines and the neutral conductor and whose secondary coils are each connected downstream of rectifier arrangements, d a d u r c h g e - indicates that between the outputs (34, 35, 36) of the rectifier arrangements (37) and a reference potential each have a resistor (40) connected and that the largest the voltages occurring at the resistors (40) are selected and used for regulation of the generator is used.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the center taps of the secondary coils (30 to 32) are used as reference potential.

3. Circuit arrangement according to Claims 1 and 2, characterized in that that the voltage selection takes place by means of a resistor (18) which is parallel to each of the resistors (40) is connected, in each case one of the corresponding Connecting lines between the resistors (40) and (18) a rectifier (46, 47 or 48) is arranged.

4. Circuit arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that each rectifier arrangement in a manner known per se (37) a choke coil (42) is assigned, each between the outputs (34 to 36) of the rectifier arrangements and the resistors (40) are switched on.

5. Circuit arrangement according to Claims 1 to 4, characterized in that the Resistors (40) capacitors (43) are connected in parallel. Considered Publications: German Patent No. 290 710; British Patent No. 325 989.