DE1232242B

DE1232242B - Arrangement for an electrical control device

Info

Publication number: DE1232242B
Application number: DEV22928A
Authority: DE
Inventors: Herbert Vogt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-08-18
Filing date: 1962-08-18
Publication date: 1967-01-12

Description

Anordnung für eine elektrische Regeleinrichtung Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine elektrische Regeleinrichtung, deren Steuerwert durch die Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert elektrischer Größen gewonnen wird bei der die mit der Größe des Sollwertes veränderbare statische Genauigkeit der Regelung, wie sie etwa bei der Phasenanschnittsteuerung mit einem Stromtor zwischen der im Ausgangskreis umgesetzten Leistung und dem Phasenanschnittwinkel auftritt, durch eine Zusatzeinrichtung ausgeglichen wird.Arrangement for an electrical control device The invention relates to an arrangement for an electrical control device, the control value of which by the Difference formation obtained from a setpoint and an actual value of electrical variables is the static accuracy that can be changed with the size of the setpoint the regulation, such as in the phase control with a current gate between the power converted in the output circuit and the phase control angle occurs, is compensated by an additional device.

Bei elektronischen Leistungsschaltern mit Stromtoren, z. B. Thyratone, wird eine Leistungsregelung durch die bekannte Methode des Phasenanschnitts erreicht. Hierbei wirkt das Stromtor als Gleichrichter, so daß einem Verbraucher, der im Ausgangskreis angeordnet ist, nur während der positiven Halbwellen Strom zugeführt wird. Der Zeitpunkt des Beginns des Stromdurchlasses kann durch zeitliche Änderung der Gittervorspannung des Stromtores bestimmt werden. Man nennt den Winkel zwischen dem Beginn der positiven Halbwelle und dem Einsatz des Stromdurchlasses den Phasenanschnittwinkel 99 und den Winkel während der Stromffußzeit den sogenannten Stromffußwinkel,x.In the case of electronic circuit breakers with current gates, e.g. B. Thyratones, a power control is achieved by the known method of phase control. Here, the current gate acts as a rectifier, so that a consumer in the output circuit is arranged, current is supplied only during the positive half-wave. Point of time the beginning of the passage of current can be determined by changing the grid bias over time of the power gate can be determined. One calls the angle between the beginning of the positive Half-wave and the use of the current passage the phase control angle 99 and the angle during the current foot time, the so-called current foot angle, x.

Es ergibt sich bei einer Steuerung der Leistung nach dieser Methode, daß die ün Verbraucher umgesetzte, vom Stromflußwinkel abhängige Leistung nach einer Funktion verläuft, die in F i g. 1 dargestellt ist. Aus dieser Figur ist zu ersehen, daß in Bereichen kleiner und großer Stromflußwinkel die gesteuerte Leistung als Funktion vom Stromflußwinkel oc stark nichtlinear verläuft, d. h., es ist in diesen beiden Bereichen eine große Änderung des Stromflußwinkels nötig, um die gleiche Leistungsänderung AN zu erzielen wie im Bereich um den Stromflußwinkel 90'. When the power is controlled according to this method, the power converted by consumers and dependent on the current flow angle runs according to a function which is shown in FIG . 1 is shown. From this figure it can be seen that in areas of small and large current conduction angles the controlled power as a function of the current conduction angle oc is highly non-linear, i.e. In other words, a large change in the current conduction angle is necessary in these two areas in order to achieve the same change in power AN as in the area around the current conduction angle 90 '.

Bei einer Regelschaltung der eingangs erwähnten Art tritt daher das Problem auf, eine lineare Abhängigkeit der Verbraucherleistung von einem einzustellenden Sollwert der Leistung zu erzielen.In the case of a control circuit of the type mentioned at the beginning, this therefore occurs Problem, a linear dependency of the consumer power on one to be set To achieve setpoint of power.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung für eine elektrische Regeleinrichtung, deren Steuerwert durch die Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert elektrischer Größen gewonnen wird und bei der die mit der Größe des Sollwertes veränderbare statische Genauigkeit der Regelung, wie sie etwa bei der Phasenanschnittsteuerung mit einem Stromtor zwischen der im Ausgangskreis umgesetzten Leistung und dem Phasenanschnittwinkel auftritt, durch eineZusatzeinrichtung ausgeglichen wird dadurch gelöst, daß die Meßgröße t> zunächst dem Eingang eines als Verstärkerelement wenigstens eine Röhre oder einen Transistor enthaltenden Verstärkers zugeführt ist, dessen Verstärkung mit wachsendem Außenwiderstand zunimmt, und daß der den Außenwiderstand des Verstärkers bildende Kreis, über den dem Verstärker gleichzeitig die Versorgungsspannung zugeleitet ist, aus einem Spannungsteiler besteht, dessen veränderbarer Abgriff zur Einstellung des Sollwertes über einen Schutzwiderstand an die Versorgungsgleichspannungsquelle angelegt ist, während die am Ausgang des Verstärkers auftretende Spannung dem Stellglied zugeführt ist.According to the invention, this object is achieved in an arrangement for an electrical Control device, the control value of which is determined by forming the difference between a setpoint and a an actual value of electrical variables is obtained and in which the with the size of the Setpoint variable static accuracy of the regulation, such as in the Phase control with a current gate between the implemented in the output circuit Power and the phase control angle occurs, balanced by an additional device is achieved in that the measured variable t> first the input of an amplifier element at least one amplifier containing a tube or a transistor is supplied, whose gain increases with increasing external resistance, and that the external resistance of the amplifier forming the circuit through which the amplifier is supplied with the supply voltage at the same time is fed, consists of a voltage divider whose variable tap for setting the setpoint via a protective resistor to the DC supply voltage source is applied, while the voltage appearing at the output of the amplifier is applied to the actuator is fed.

Vorteilhaft ist es, wenn der Verstärker als einstufiger Transistorverstärker ausgebildet ist, in dem der Transistor in Emitterschaltung arbeitet.It is advantageous if the amplifier is a single-stage transistor amplifier is designed in which the transistor operates in the common emitter circuit.

Es ist zweckmäßig, wenn der den Außenwiderstand des Verstärkers bildende Spannungsteilerkreis so bemessen ist, daß er wertmäßig etwa dem Innenwiderstand des Verstärkerelementes gleichkommt.It is useful if the one that forms the external resistance of the amplifier The voltage divider circuit is dimensioned so that it approximates the internal resistance in terms of value of the amplifier element equals.

Es ist zwar eine Anordnung für elektrische Regeleinrichtungen bekannt, deren Steuerwert durch die Differenzbildung aus einem Soll- und einem Istwert elektrischer Größen gewonnen wird. Bei dieser Anordnung wird dem Eingang eines Verstärkers ein den Meßwert verkörpernde Spannung in Serie mit einer dem Sollwert verkörpernden Spannung zugeführt. Letztere wird von einem Potentiometer, das primärseitig an einer Festspannung liegt, abgegriffen und über einen weiteren vorzugsweise mit dem Potentiometer starr mechanisch gekuppelten, veränderbaren Widerstand, dem Eingang des Verstärkers zugeführt.Although an arrangement for electrical control devices is known, their control value by forming the difference between a setpoint and an actual value electrical Sizes is gained. With this arrangement, the input of an amplifier is a Voltage representing the measured value in series with a voltage representing the set point Voltage supplied. The latter is controlled by a potentiometer on the primary side of a Fixed voltage is tapped and via another preferably with the potentiometer rigid, mechanically coupled, variable resistor, the input of the amplifier fed.

Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand durch ein einziges Potentiometer, das gleichzeitig den Ausgangswiderstand des Verstärkers bildet, der statische Regelfehler über den ganzen Einstellbereich nahezu gleich gering gehalten. Außerdem hat die bekannte Anordnung den Nachteil, einen weiteren verstellbaren Widerstand zu benötigen, dessen Kennlinie für Einknopfbedienung sogar noch einen, dem jeweiligen Einzelfall spe2iell angepaßten Verlauf aufweisen muß. Es ist mit dieser Anordnung außerdem noch unter Zuhilfenahme dieses Zusatzwiderstandes nur möglich, von einem kleinen Wert aus ansteigenden Regelfehler zu beseitigen, im Gegensatz zum Erfindungsgeggenstand, der es ermöglicht, eine nach zwei Seiten hin auftretende Vergrößerung dieses Fehlers zu beseitigen. Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist außerdem der erheblich kompliziertere und aufwendigere Aufbau.In contrast, in the subject matter of the invention, a single potentiometer which at the same time forms the output resistance of the amplifier, the static control error Almost the same low over the entire setting range. In addition, the known arrangement has the disadvantage of requiring a further adjustable resistor, its characteristic curve for one-button operation even has one, depending on the individual case must have a specially adapted course. It is with this arrangement as well still with the help of this additional resistor only possible of a small value to eliminate increasing control errors, in contrast to the subject matter of the invention, which makes it possible to enlarge this error on two sides to eliminate. Another disadvantage of the known arrangement is the considerable more complicated and expensive structure.

An Hand der F i g. 2 bis 8 soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung im folgenden erklärt werden. In F i g. 2, die einen an sich bekannten Anwendungsfall für den erfindungsgemäßen Regelverstärker zeigt, liegt der Transformator Tl mit seiner Primärwicklung 1 an einer Netzwechselspannung. über die Sekundärwicklung 2 wird ein Thyratron 3 mit Heizstrom versorgt. Die Sekundärwicklungen 4 und 5, der Transformator T 2, die Widerstände 6 und 7 sowie der Transformator T 3 stellen eine Brückenschaltung dar, zur Veränderung der Phase des Zündimpulses, der dem Gitter des Thyratrons zugeführt wird. In den Ausgangskreis des Thyratrons ist der Verbraucher Y eleo, . Er kann, 9 it wie in der Figur angedeutet, aus einem Omschen Widerstand, aber auch aus einem Elektromotor od. dgl. bestehen.On the basis of FIG. 2 to 8 , the mode of operation of the circuit according to the invention is to be explained below. In Fig. 2, which shows a known application for the control amplifier according to the invention, the transformer T1 with its primary winding 1 is connected to an AC mains voltage. A thyratron 3 is supplied with heating current via the secondary winding 2. The secondary windings 4 and 5, the transformer T 2, the resistors 6 and 7 and the transformer T 3 represent a bridge circuit for changing the phase of the ignition pulse which is fed to the grid of the thyratron. In the output circuit of the thyratron consumer Y Eleo is. It may, 9 it is indicated in the figure, from a Omschen resistance, but also od of an electric motor. Like. Exist.

Der Wicklung 8 des Transformators T 3 wird ein Stellstrom It zugeführt, von dessen Größe der Zeitpunkt der Zündung des Thyratrons bestimmt wird. Am Verbraucher V wird über einen Meßgrößenwandler M, der in F i g. 2 nur angedeutet ist, eine elektrische Größe IJ#, gewonnen, die von der im Verbraucher umgesetzten Leitung linear abhängig ist.The winding 8 of the transformer T 3 is supplied with an actuating current It, the magnitude of which determines the time at which the thyratron is ignited. At the consumer V, a transducer M, which is shown in FIG . 2 is only indicated, an electrical variable IJ #, obtained, which is linearly dependent on the line converted in the consumer.

Diese Reggelgröße U" wird nun in der Schaltung nach F i g. 3 mit einem einstellbaren Sollwert für die Leistung im Thyratron-Ausgangskreis verglichen.This control variable U ″ is now compared in the circuit according to FIG . 3 with an adjustable setpoint value for the power in the thyratron output circuit.

In der Schaltung nach F i g. 3 ist ein Transistor in Emitterschaltung 1 dargestellt dessen Arbeitswiderstand 2 mit einer negativen Batteriespannung verbunden ist. Außer dem Widerstand 2 liegen am Kollektor zwei Kreise, bestehend aus je einem der Widerstände 3 und 4 sowie je einem der Gleichrichter 5 und 6, die mit umgekehrter Polung parallel Ge , schaltet sind. Ein Gleichrichter und ein Widerstand sind in Serie und beide Zweige parallel geschaltet. Die beiden Widerstände lie-en einerseits im Kollektorkreis des Transistors und andererseits am Mittelabgriff eines zur Sollwerteinstellung dienenden Potentiometers 7. Dieser Potentiometer liegt direkt an der Batteriespannung. An den Widerständen 3 und 4 kann je nach Richtung und Größe veränderliche Spannung abgenommen werden. Diese Differenzspannungen ändern - über ein Stellglied geführt - den Istwert, d. h. die im Ausgangskreis des Thyratrons entstehende Leistung.In the circuit according to FIG. 3 shows a transistor in the emitter circuit 1 , the load resistance 2 of which is connected to a negative battery voltage. Besides the resistor 2 are at the collector of two circles, each consisting of one of the resistors 3 and 4 as well as one of the rectifier 5 and 6 which are switched on with reversed polarity in parallel Ge. A rectifier and a resistor are connected in series and both branches are connected in parallel. The two resistors are located on the one hand in the collector circuit of the transistor and on the other hand at the center tap of a potentiometer 7 which is used to adjust the setpoint value. This potentiometer is directly connected to the battery voltage. Depending on the direction and size, variable voltage can be picked up at resistors 3 and 4. These differential voltages change - guided by an actuator - the actual value, i. H. the power generated in the output circuit of the thyratron.

Die Schaltun- nach der F i g. 3 läßt sich vereinfachen zu der in F i g. 4 gezeigten Anordnung.The circuit according to FIG. 3 can be simplified to that in FIG. 4 arrangement shown.

Die Ströme in F i g. 3, die durch die Gleichrichter 5 und 6 fließen, sind nach Richtung und Größe verschieden. Läßt man diese Gleichrichter weg und ersetzt die beiden parallelgeschalteten Widerstände 3 und 4 durch einen einzigen Widerstand 8 in F i g. 4, so fließt in diesem ein Strom, der je nach dem Regelzustand, nach Richtung und Größe unterschiedlich ist. Der Widerstand 8 kann als Potentiometer ausgebildet sein, an dessen Mittelabgriff eine einstellbare Spannung erscheint, die unmittelbar zur Änderung der Stellgröße herangezogen werden kann. Die üb- rigen Elemente in F i g. 4 sind dieselben wie in F i g. 3 und haben auch die gleiche Bedeutung wie dort.The currents in FIG. 3 flowing through rectifiers 5 and 6 are different in direction and size. If this rectifier is omitted and the two resistors 3 and 4 connected in parallel are replaced by a single resistor 8 in FIG. 4, a current flows in it, which varies depending on the control status, direction and size. The resistor 8 can be designed as a potentiometer, at the center tap of which an adjustable voltage appears, which can be used directly to change the manipulated variable. The other elements in FIG . 4 are the same as in FIG. 3 and also have the same meaning as there.

Man kann nun die Schaltung nach F i g. 4 durch Umwandlung des Widerstandsdreiecks, bestehend aus den Elementen 2 und 8 und dem zwischen Schleifer und der negativen Batterieklemme auftretenden Widerstand des Potentiometers 7 in eine äquivalente Sternschaltung, weiter vereinfachen zu der in F i g. 5 gezeigten Schaltungsanordnung. Der so entstandene Widerstandsstern besteht aus den Elementen 9, 10 und 11. Der am Potentiometer in F i g. 4 zwischen Schleifer und Masse auftretende Widerstand ist in F i g. 5 mit 12 bezeichnet. Die beiden Widerstände 11 und 12 können zu einem einzigen Widerstand zusammengefaßt werden. Der zwischen Kollektor und Emitter bestehende Widerstand des Transistors 1 wird durch die Regelgröße U" verändert. Ist dieser Widerstand sehr klein gegenüber der Widerstandskombination, bestehend aus den Widerständen 11 und 12, so beeinflußt er bei geringen Werten des Widerstandes 9 die Kollektorspannung U", stark, falls diese auf einen hohen Wert eingestellt ist, d. h., die Verstärkung der Schaltungsanordnung ist in diesem Fall groß. Ist der Widerstand 9 groß gegenüber den in Serie geschalteten Widerständen 11 und 12, so arbeitet der Transistor auf einen höheren Außenwiderstand, und damit steigt die Regelverstärkung ebenfalls auf einen großen Wert. Bei einer mittleren Auslegung des Widerstandsverhältnisses der Widerstände 9 und 11 in Serie mit 12 tritt eine mittlere Verstärkung der Spannung U" auf. Eine derartige Veränderung des Verstärkungsfaktors der Schaltungsanordnung- wird am oberen und unteren Leistungsbereich bei der an Hand der F i g. 2 eingangs erläuterten Phasenanschnittsteuerung verlangt. Die Zusammenhänge zwischen der Steuergröße Ut und der gesteuerten Leistung N bei einer Anordnung nach F i g. 2, ist in Diagrammform in der F i g. 6 dargestellt.The circuit according to FIG. 4 by converting the resistance triangle, consisting of the elements 2 and 8 and the resistance of the potentiometer 7 occurring between the wiper and the negative battery terminal, into an equivalent star connection, further simplifying the connection in FIG. 5 circuit arrangement shown. The resulting resistance star consists of elements 9, 10 and 11. The one on the potentiometer in FIG. 4 resistance occurring between the wiper and ground is shown in FIG. 5 denoted by 12. The two resistors 11 and 12 can be combined into a single resistor. The resistance of the transistor 1 between the collector and the emitter is changed by the controlled variable U ". If this resistance is very small compared to the resistor combination consisting of the resistors 11 and 12, it has a strong influence on the collector voltage U" at low values of the resistor 9 if it is set to a high value, d. that is, the gain of the circuit arrangement is large in this case. If the resistor 9 is large compared to the series-connected resistors 11 and 12, the transistor operates at a higher external resistance, and the control gain thus also rises to a large value. At an average interpretation of the resistance ratio of the resistors 9 and 11 in series with 12, an average gain of the voltage U "occurs. Such a change of the gain of Schaltungsanordnung- is g with reference to F i at the upper and lower power range. 2 outset described phase control required. the relationships between the control amount and the controlled power Ut N in an arrangement according F i g. 2, is shown in diagram form in F i g. 6,.

M Auf der Abszisse des Diagramms ist die Steuerspannung Ut für das Stellglied aufgetragen und auf der Ordinate die gesteuerte Leistung N. Die eingetragene Kurve zeigt die Abhängigkeit der Leistung von der Steuerspannung Ut. Aus der dargestellten Kurve geht hervor, daß im unteren und oberen Leistungsbereich für eine geringe Leistungsänderung bereits eine große Steuerspannungsänderung erforderlich ist. Um diese Nichtlinearität im Kurvenverlauf auszugleichen, ist im unteren und oberen Sollwertbereich eine größere Verstärkung der Steuerspannung (#, nötig, um die gleiche Leistungsänderung zu erreichen wie im mittleren Leistungsbereich, entsprechend dem mittleren Sollwertbereich. M The control voltage Ut for the actuator is plotted on the abscissa of the diagram and the controlled power N is plotted on the ordinate. The curve shown shows the dependence of the power on the control voltage Ut. The curve shown shows that in the lower and upper power range a large change in control voltage is required for a small change in power. In order to compensate for this non-linearity in the curve, a greater amplification of the control voltage (#, is necessary in the lower and upper setpoint range in order to achieve the same change in power as in the middle power range, corresponding to the middle setpoint range.

Diese Bedingung wird durch die erfindungsgemäße Schaltung nach der F i g. 7 erfüllt. In dieser Schaltung sind die Schaltelemente 1, 10 und 12 dieselben wie in F i g. 5, und an die Stelle der Widerstände 9 und 11 in F i g. 5 tritt das Einstellpotentiometer für den Sollwert 13. Am Eingang der Verstärkerschaltung liegt als Regelgröße die Steuerspannung Am Kollektor des Transistors kann gegen die Basis die Steuerspannung für das Stellglied U", abgenommen werden.This condition is met by the circuit according to the invention according to FIG. 7 fulfilled. In this circuit, the switching elements 1, 10 and 12 are the same as in FIG. 5, and in place of the resistors 9 and 11 in FIG. 5 is the setting potentiometer for the nominal value 13. The control voltage is the control voltage at the input of the amplifier circuit. The control voltage for the actuator U "can be taken from the base of the transistor.

Die gesamte Regelstrecke ist in F i g. 8 gezeigt. In dieser Figur ist M der Meßwertgeber, von dem die Spannung U" an den Regelverstärker V geliefert wird, der in F i g. 7 gezeigt ist. In diesem Regelverstärker wird der Sollwert, angedeutet durch S, eingegeben, und an den Ausgangsklemmen des Regelverstärkers erscheint die verstärkte Spannung U, mit dem Sollwert verglichen, als Stellgröße U.,t und ist an den Steuerkreis der Thyratrons, d. h. an die Wicklun- 8 des Transformators T 3 in F i g. 2 angelegt. In F i g. 8 ist dieser Steuerkreis mit St bezeichnet.The entire controlled system is shown in FIG. 8 shown. In this figure, M is the transducer from which the voltage U "is supplied to the control amplifier V, which is shown in FIG . 7. In this control amplifier the setpoint, indicated by S, is input and at the output terminals of the control amplifier the boosted voltage U, compared with the desired value as the manipulated variable U., t and is connected to the control circuit of the thyratron appears, i. e. to connect the windings 8 of the transformer T 3 in F i g. 2 is applied. in F i g 8 , this control circuit is denoted by St.

Die erfindungsgemäß einfache Schaltung nach F i g. 7 erfüllt die Bedingung, daß zugleich mit einer Änderuna des Sollwertes, d. h. der gesteuerten Leistung im Thyratronausgangskreis die Verstärkung des Regelverstärkers, d. h. in diesem Fall des Transistors 1, bei großen und kleinen Werten der gesteuerten Leistung höher ist als im Nfittelbereich, d. h. bei einer Mittelstelluna, des Potentiometers 13. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist bereits an Hand der F i g. 5 erklärt. Es läßt sich also mit Hilfe dieser Schaltung auf kleinstem Raum und mit geringstem Schaltaufwand ein Regelverstärker aufbauen, der den vorerwähnten Bedingungen nachkommt.The simple circuit according to the invention according to FIG. 7 fulfills the condition that at the same time as a change in the setpoint value, i. H. the controlled power in the thyratron output circuit the gain of the control amplifier, d. H. in this case of the transistor 1, at large and small values of the controlled power is higher than in the middle range, i. H. in the case of a central position, of the potentiometer 13. The mode of operation of this arrangement is already illustrated in FIG. 5 explained. With the help of this circuit, a control amplifier can be built in a very small space and with the least amount of switching effort, which fulfills the aforementioned conditions.

Der beschriebene Verstärker kann grundsätzlich bei jeder Regelstrecke zur Steuerung von Stromtoren für die Phasenanschnittsteuerung verwendet werden, wie Thyratone, gesteuerte Gleichrichter oder anderen Bauelementen, bei denen sich gleiche oder ähnliche Abhängigkeiten ergeben.The amplifier described can basically be used with any controlled system used to control current gates for phase control, such as thyratones, controlled rectifiers or other components in which the same or similar dependencies result.

Claims

Claims: 1. Arrangement for an electrical control device, the control value of which is obtained by forming the difference from a setpoint and an actual value of electrical variables and in which the t ' with the size of the setpoint variable static accuracy of the control, such as with the phase control a current gate between the power converted in the output circuit and the phase control angle occurs, is compensated by an additional device, characterized in that the measured variable is initially fed to the input of an amplifier containing at least one tube or transistor as an amplifier element, the gain of which increases with increasing external resistance, and that the circuit forming the external resistance of the amplifier, via which the supply voltage is fed to the amplifier at the same time, consists of a voltage divider whose variable tap for setting the nominal value via a protective resistor to the supply line I voltage source is applied, while the voltage occurring at the output of the amplifier is fed to the actuator.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the amplifier is designed as a single-stage transistor amplifier in which the transistor operates in an emitter circuit. 3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage divider circuit forming the external resistance of the amplifier is dimensioned so that its value is approximately equal to the internal resistance of the amplifier element.

Considered publications: German Auslegeschriften No. 1006 936, 1042720.