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Anordnung zur Erzielung einer geknickten Kennlinie Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzielung einer gelnickten Kennlinie. Solehe Anordnungen werden meistens in Regelkreisen als elektrischer Anschlag verwendet, um eine Übersteuerung des Reglers über einen vorzugebenden Schwellwert zu verhindern. Als zusätzliches Element in Regelkreisen, etwa zur Spannungsregelung, kann mit elektrischer Schwellwertbildung ein Stromeinfluss eingeschleift werden, unm eine Strombegrenzung zu erhalten. Hier soll i also eine Übersteu ersung der Regelstrecke verhindert werden.
Die bekannten Anordnungen dieser Art arbeiten meistens derart, dass in den eigentlichen Steuerkreis (Haupt- Steuerkreis) eine Zusatzgrösse eingeführt wird, welche von der zu begrenzenden Grösse abhängig ist, wobei durch nichtlineare Schaltelemente und Gegenspannungen ein nichtlinearer Verlauf der eingeführten Zusatzsteuergrösse erzwungen wird. Die ganze Anordnung wirkte dann auf die zu steuernde Grösse in diese oder eine von ihr abhängige Grösse begrenzendem Sinne.
Die notwendige Kopplung von Steuerkreis und Begrenzungskreis brachte bei den bekannten Anordnungen eine Rückwirkung des ersten auf den letzten, so dass der Schwell- wert nicht genau festlag, sondern etwa in Albhängigkeit von der Steuergrösse des Hauptsteuerkreises schwankte. Ausserdem werden in den bekannten Anordnungen Ele- mente mit natürlicher, geknickter Kennlinie verwendet. (Troekengleichrichterzellen, Dioden), deren Knickpunkt jedoch temperaturabhängig ist und der Alterung unterliegt.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Es wird vorgeschlagen, zwei Steuergeneratoren mit einer mindestens in einem einseitig begrenzten Bereich linearen Kennlinie vorzusehen, deren von der Steuergrösse gegensinnig gesteuerte Ausgangsgrössen zusammen mit der Steuergrösse derart über eine Bürde geleitet werden, dass die Bürdenspannung in einem vorgegebenen linearen Steuerbereich bis zum Knickpunkt verschwindet bzw. linear anwächst.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 3 zeigt einen gei@@iinschten Zusammenhang allgemein zwischen der Einga.ngsgmösse O, und der Ausgangsgrösse OB der Begrenzungsanordnung. Solange die Eingangsgrösse kleiner als der vorgegebene Schwellwert bleibt, ist die Aus- gangsgTöss.e gleich Null. Erreicht sie dagegen in einer von beiden Richtungen diesen Sehwellwert, so nimmt die Ausgangsgrösse bei einem \weiteren Anwachsen von O,t beispielsweise linear zu.
Hierbei stellt O, ein Mass für die Grösse dar, die begrenzt werden soll. 0E ist diejenige Grösse, die diese Begrenzung durchzuführen hat, und gegebenenfalls, wie oben ausgeführt, als Zusatzgrösse in Steuer- oder Regelkreisen anzusehen. Darüber
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hinaus wird noch die Forderung gestellt, dass diese Charakteristik selbst unabhängig von den elektrischen Grössen ist, die mittelbar oder unmittelbar als Veränderliche auf die Anordnung einwirken. Eine Schaltung, die diese Bedingaingen erfüllt, ist im Blockschaltbild in der Fig. 1 wiedergegeben. Darin bedeuten 11 und 12 Gleichstromwandler mit einer V-Charakteristik nach Fig. 2. Das können beispielsweise stromsteuernde Reihendrosseln sein, die jeweils zwei Vorerregerwicklungen mit. den Windungszahlen ia" und nst tragen.
Der durch die Drossel 4 geglättete Hilfsstrom J" fliesst über die Vorerregerwicklungen zur Nullpunktverschiebung, wodurch der Punkt Po auf der Kennlinie der Fig. 2 eingestellt wird. Dadurch ist der Schwellwert festgelegt. Sind die Wandler 11 und 12 gleichartig, aufgebaut und bzw. gleich .dimensioniert, so wird auch Po in beiden Wandlern an der gleichen Stelle festgelegt. Der positive Steuerstrom J,t, als Eingangsgrösse im Begrenzungskreis und als vorzugsweise proportionales Mass für die zu begrenzende Grösse, ruft in dem Wandler 11 eine der Nullpunktverschiebung gleichsinnige und in dem Wandler 12 .der Nullpunktverschiebung gegensinnige zusätzliche Vorerregung hervor. Dadurch wird die gesamte Vorerregung des Wandlers 11. vergrö- ssert und die des Wandlers 12 verkleinert; entsprechend wird der Ausgangsstrom von 11 Jgl grösser und der von 12 Ja., kleiner.
Durch die Wahl der Windungszahl %t und n.I; (nH ist die Windüngsza,hl der Wechselstromwicklungen des Wandlers) in der Weise, dass _net _ 1 nH 2 ist, wird erreicht, dass der Steuerstrom J,t gleich der Differenz der Ströme J,.1 und J,,2 ist. Bei Abweichung von diesem Windungszahlenverhältnis erhält man statt einer verschwindenden Bürdenspannung eine sich mitdem Steuerstrom proportional ändernde Bürdenspannung, jedoch mit. anderem Proportionalitätsfaktor als beim Überschreiten des
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Schwellwertes.
Die Fig. 4 und ö zeigen die Verhältnisse für net < 1 bzw. nst > 1 nH 2 nH Die Spannung über der Bürde 2 und damit der Bürdenstrom Ja ist daher gleich Null bzw. wächst linear, solange die obige Betrachtung zulässig ist, das heisst solange die gesamte Vorerregung jedes Gleichstromwandlers sein Vorzeichen behält bzw. solange jeder Wandler den gleichen linearen Bereich durchläuft. Es bleibt immer (J,,1- J-2) - J,t = 0 oder = A # J,, Sobald aber die vom Steuerstrom J, herrührende Vorerregung gleich der vom Strom J" herrührenden Durchflutung geworden ist, arbeitet der Wandler 12 auf dem linken Ast der V-Charakteristik. Der über die Bürde geführte Steuerstrom hebt. jetzt nicht mehr die Differenz der Ströme Jäl und Jg2 auf, denn der Wandler 11 hat. den vorher durchlaufenden linearen Bereich verlassen und auf einen andern ebenfalls linearen Bereich übergewechselt.
Mit über den Schwellwert hinauswachsendem Steuerstrom erfolgt ein linearer Anstieg des Bürdenstromes J$, jedoch auf jeden Fall mit einem Proportiona.litätsfaktor =A A. Diese Betrachtungen gelten für beide Richtungen des Steuerstromes J,t. Das ist jedoch nicht durch die symmetrische V-Charakteristik bedingt. Letzteres erleichtert aber den Anschluss eines solchen Wandlers, der keinen bevorzugten Arbeitsbereich hat.. Die Vorzeichenfestlegung für die Eingangsgrösse ist willkürlich. 31 und 32 bedeuten Konstantspannungsquellen, die ein Negativwerden der Ausgangsspannungen der Wandler Tj,l und ZTg2 verhindern, wenn die Spannung an der Bürde in bezug auf einen Wandler negativ ist.
Durch die Verwendung von durch eingeprägte Grössen gesteuerten Generatoren, also beispielsweise von Gleichstromwandlern, ist die Forderung erfüllt, dass die Charakteristik der Gesamtanordnung unabhängig
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etwa von Gegenspannungen in der Bürde ist, da die Ausgangsströme der Wandler Jg1 und Jg2, eingeprägte Grössen sind.
Statt der Gleichstromwandler können auch andere Gleichstromverstärker verwendet werden, wie V erstärkerröhren oder Transistoren, spannungssteuernde magnetische Verstärker, Verstärkermaschinen oder Entladungsgefässe.
Entscheidendes Merkmal ist die Subtraktion der sieh mit der Steuergrösse gegensinnig ändernden Ausgangsgrösse innerhalb eines festgelegten Bereiches. Dieser Bereich darf von sonstigen veränderlichen Grössen nicht abhängig sein. In diesem Bereich wird die Steuergrösse entgegengeschaltet, so dass die gesamte Ausgangsgrösse verschwindet. Erst wenn infolge Nichtlinearität die genannte subtrahierte Grösse sich nicht mehr linear mit der Steuergrösse ändert, verschwindet die gesamte Ausgangsgrösse nicht mehr.
Mittels Gegenkopplung, Spannungsteiler, Transformatoren usw. ist es immer zu errei- clen, dass die notwendige Bemessung für die Steuer- und Ausgangsgrössen zur Erfüllung oben angegebener Gleichung vorgenommen werden kann.
Wie an obigem Beispiel anschaulich dargelegt, ist bei Verwendung der allgemeinen Lehre der Schwellwert von Strömen, die noch ausserdem über 2 gehen, unabhängig. Der so erzeugte zusätzliche Spannungsabfall, also der Potentialunterschied an den Widerstandsklemmen, hat auf den Schwellwert keinen Einfluss. Die Spannung an 2 wird bei der Schwellwertbildung gar nicht benötigt. Die an 2 erzeugte EMK bei der Schellwert überschreitung dient zur Einleitung von Massnahmen zur Begrenzung der entsprechenden Grösse. Bei gleichem Aufbau bzw. gleicher Bemessung der Steuergeneratoren arbeitet die Anordnung symmetrisch. Wird die Festlegung des Arbeitspunktes in beiden verschieden vorgenommen, kann man eine verschiedene Begrenzung in beiden Richtungen erreichen.
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Arrangement for achieving a bent characteristic curve The invention relates to an arrangement for obtaining a bent characteristic curve. Such arrangements are mostly used in control loops as an electrical stop in order to prevent the controller from being overridden by a specified threshold value. As an additional element in control loops, for example for voltage regulation, a current influence can be looped in with electrical threshold value formation in order to obtain a current limitation. Here, an override of the controlled system is to be prevented.
The known arrangements of this type usually work in such a way that an additional variable is introduced into the actual control circuit (main control circuit), which depends on the size to be limited, with non-linear switching elements and counter voltages enforcing a non-linear course of the additional control variable introduced. The whole arrangement then had an effect on the variable to be controlled in this sense or a variable that was dependent on it.
In the known arrangements, the necessary coupling of the control circuit and the limiting circuit caused the first to have an effect on the last, so that the threshold value was not precisely fixed, but fluctuated depending on the control variable of the main control circuit. In addition, elements with a natural, kinked characteristic are used in the known arrangements. (Troeken rectifier cells, diodes), the break point of which, however, depends on the temperature and is subject to aging.
The invention avoids these disadvantages. It is proposed to provide two control generators with a characteristic curve that is linear at least in a one-sided limited range, the output variables of which are controlled in opposite directions by the control variable, together with the control variable, are passed over a burden in such a way that the burden voltage disappears or falls in a predetermined linear control range up to the break point increases linearly.
The drawing shows an embodiment of the invention. FIG. 3 shows a general relationship between the input variable O and the output variable OB of the limiting arrangement. As long as the input variable remains smaller than the specified threshold value, the output value is equal to zero. If, on the other hand, it reaches this visual threshold value in one of both directions, the output variable increases linearly, for example, with a further increase in O, t.
Here, O, represents a measure of the size that is to be limited. 0E is the variable that has to implement this limitation and, if applicable, as explained above, is to be regarded as an additional variable in control or regulation loops. About that
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In addition, the requirement is made that this characteristic itself is independent of the electrical quantities that directly or indirectly affect the arrangement as variables. A circuit which fulfills these conditions is shown in the block diagram in FIG. 11 and 12 denote DC converters with a V characteristic according to FIG. 2. These can be, for example, current-controlling series chokes, each with two pre-excitation windings. the number of turns ia "and nst.
The auxiliary current J ″ smoothed by the choke 4 flows via the pre-excitation windings for the zero point shift, whereby the point Po is set on the characteristic curve of FIG. 2. This defines the threshold value. The positive control current J, t, as an input variable in the limiting circle and as a preferably proportional measure for the variable to be limited, calls in the converter 11 a zero point shift in the same direction and in the converter 12. As a result, the total pre-excitation of converter 11. is increased and that of converter 12 is reduced, correspondingly the output current of 11 years is higher and that of 12 yes, is lower.
By choosing the number of turns% t and n.I; (nH is the number of turns, hl of the alternating current windings of the converter) in such a way that _net_ 1 is nH 2, the control current J, t is equal to the difference between the currents J, .1 and J ,, 2. In the event of a deviation from this number of turns ratio, instead of a vanishing burden voltage, a burden voltage that changes proportionally with the control current is obtained, but with. different proportionality factor than when exceeding the
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Threshold values.
4 and 6 show the relationships for net <1 and nst> 1 nH 2 nH. The voltage across the burden 2 and thus the burden current Ja is therefore equal to zero or increases linearly as long as the above consideration is permissible, that is to say as long as the entire pre-excitation of each direct current converter retains its sign or as long as each converter runs through the same linear range. It always remains (J ,, 1- J-2) - J, t = 0 or = A # J ,, but as soon as the pre-excitation resulting from control current J, has become equal to the flow rate resulting from current J ", converter 12 works on the left branch of the V characteristic. The control current passed through the load no longer cancels the difference between the currents Jäl and Jg2, because the converter 11 has left the previously running linear range and switched to another, likewise linear range.
As the control current increases beyond the threshold value, there is a linear increase in the burden current J $, but in any case with a proportionality factor = A A. These considerations apply to both directions of the control current J, t. However, this is not due to the symmetrical V characteristic. The latter, however, makes it easier to connect such a converter that does not have a preferred working range. The sign definition for the input variable is arbitrary. 31 and 32 denote constant voltage sources which prevent the output voltages of the converters Tj, l and ZTg2 from becoming negative when the voltage across the load is negative with respect to a converter.
By using generators controlled by impressed variables, for example direct current converters, the requirement is met that the characteristics of the overall arrangement are independent
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is caused by counter voltages in the burden, since the output currents of the converters Jg1 and Jg2 are impressed quantities.
Instead of the direct current converter, other direct current amplifiers can also be used, such as amplifier tubes or transistors, voltage-controlling magnetic amplifiers, amplifier machines or discharge vessels.
The decisive feature is the subtraction of the output variable, which changes in opposite directions with the control variable, within a specified range. This area must not be dependent on other variable variables. In this area, the control variable is counteracted so that the entire output variable disappears. Only when, due to non-linearity, the subtracted variable mentioned no longer changes linearly with the control variable, does the entire output variable no longer disappear.
By means of negative feedback, voltage dividers, transformers, etc., it is always possible to achieve the necessary dimensioning for the control and output variables to fulfill the above equation.
As clearly shown in the above example, when using the general teaching, the threshold value is independent of currents that also exceed 2. The additional voltage drop generated in this way, i.e. the potential difference at the resistance terminals, has no influence on the threshold value. The voltage at 2 is not required at all when generating the threshold. The EMF generated at 2 when the threshold value is exceeded serves to initiate measures to limit the corresponding size. With the same structure or the same dimensioning of the control generators, the arrangement works symmetrically. If the working point is determined differently in both directions, a different limitation can be achieved in both directions.