DE2915594A1

DE2915594A1 - AC tachometer generator rectifying diode voltage compensator - uses measurement diode voltage drop, inverted and multiplied, to compensate for nonlinearity effects

Info

Publication number: DE2915594A1
Application number: DE19792915594
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dr Frenk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1979-04-18
Publication date: 1980-12-04

Abstract

An a.c. tachiometer generator with several phases rectified by diodes is reliable, vibration resistant, and safe in explosive atmospheres. The non-linearities introduced by rectifying diodes are compensated for by using a measurement diode connected in series with a resistor in the direct voltage output cable. The voltage drop produced across the measurement diode by the passage through it of the load current is applied to the inputs of a feedback operational amplifier with a power amplifier. The resistor then has a doubled or trebled diode voltage drop of opposite sign, thus compensating for both measurement and rectifier diode voltages. The measurement diode is mounted close to the rectifier diodes and is in good thermal contact with them.

Description

Wechselstrom-Tachometer-GeneratorAC tachometer generator

Die Erfindung befaßt sich mit einem Wechselstrom-Tachometer-Generator mit einer linearisierten gleichgerichteten Ausgangsspannung. Wechselstromgeneratoren sind den Gleichstromgeneratoren an Zuverlässigkeit, Rüttelfestigkeit und Explosionssicherheit überlegen, da sie keinen Kollektor mit Bürsten benötigen. Andererseits entsteht durch die Gleichrichtung der mehrphasigen Wechselspannung mit Dioden eine Nichtlinearität, die die Regelgenauigkeit beeinträchtigt. In Fig. 1 ist in der Abszisse die Drehzahl, in der Ordinate die Tachometerspannung dargestellt, die, wie Gerade 1, der Drehzahl proportional sein sollte. Wird über einen ohmschen Widerstand durch den Laststrom ein Spannungsabfall erzeugt, so bleibt die Proportionalität erhalten: die Gerade 5 hat lediglich eine geringe Steigung. Hat dagegen eine Gleichrichterdiode an der Stelle 3 bei einem bestimmten Laststrom einen Spannungsabfall von 0,6 Volt, so ist dieser bei einem Zehntel der Last an Stelle 4 noch 0,5 Volt, bei 1/100 0,4 Volt. So ergibt sich die nichtlineare Kurve 2, die insbesondere in der Nähe des Nullpunkts eine Regelung mit der Tachospannung als Istwert unmöglich macht. Bei den Brücken-Gleichrichtern liegen in jedem Augenblick sogar zwei Dioden im Stromkreis. Bei der Mittelpunktschaltung, bei der die Mitten aller Phasenwicklungen an einem gemeinsamen Sternpunkt liegen, und jede Phase mit zwei um 1800 verschiedenen Ausgängen an zwei Dioden geführt ist, ist jeweils immer nur eine Diode im Kreis. Es wurde schon vorgeschlagen, zur ungefähren Kompensation eine konstante Korrekturspannung der Tachospannung zuzuführen: bei Brückenschaltungen ca. 1 Volt, bei der Mittelpunktschaltung 0,5 Volt. Dies ergäbe Kurve 6, die zwar bei hohen Drehzahlen sehr viel linearer ist, um den Nullpunkt aber ebenso unbrauchbar. Praktisch durchgeführt wurde bisher nur der eine Weg, eine sehr hohe Tachospannung, z.B.The invention is concerned with an alternating current tachometer generator with a linearized rectified output voltage. Alternators are the direct current generators in terms of reliability, vibration resistance and explosion protection superior as they don't need a collector with brushes. On the other hand arises the rectification of the multiphase alternating voltage with diodes creates a non-linearity, which affects the control accuracy. In Fig. 1, the abscissa is the speed, the tachometer voltage is shown on the ordinate, which, like straight line 1, the speed should be proportional. Is generated by the load current via an ohmic resistance If a voltage drop is generated, the proportionality remains: the straight line 5 only has a slight slope. On the other hand, it has a rectifier diode on the Point 3 at a certain load current there is a voltage drop of 0.6 volts this at a tenth of the load at point 4 is 0.5 volts, at 1/100 0.4 volts. This results in the non-linear curve 2, which is particularly close to the zero point makes regulation with the tachometer voltage as actual value impossible. With the bridge rectifiers there are even two diodes in the circuit at any given moment. At the midpoint connection, in which the centers of all phase windings are at a common star point, and each phase is led to two diodes with two 1800 different outputs, there is always only one diode in a circle. It has been suggested as an approximate To apply a constant correction voltage to the tachometer voltage compensation: at Bridge circuits approx. 1 volt, with the midpoint circuit 0.5 volts. This would result Curve 6, which is much more linear at high speeds, around the zero point but just as useless. So far, only one way has been practically carried out, one very high tachometer voltage, e.g.

600 Volt bei 3000 U/min, zu erzeugen, die durch Spannungsteiler auf die für Regelverstärker maximalen 10 Volt reduziert wurden. Dabei verringert sich die Nichtlinearität um den Spannungsteiler-Faktor. Jedoch bringt dies viele andere Nachteile mit sich.600 volts at 3000 rpm, generated by voltage divider on which were reduced to a maximum of 10 volts for control amplifiers. This decreases the non-linearity around the voltage divider factor. However, this brings many others Disadvantages with itself.

Erfindungsgemäß wird in die Gleichspannungsleitung eine Meßdiode vom gleichen Typ wie die Gleichrichterdioden in Serie mit einem niederohmigen Widerstand eingeschaltet. Werden diese von dem Laststrom durchflossen, so bildet sich an der Meßdiode noch einmal derselbe Spannungsabfall aus wie an der(den) jeweils leitenden Gleichrichterdiode(n), durch die der gleiche Strom fließt. Ein Operationsverstärker mit Leistungsverstärker ist nun so gegengekoppelt, daß er genau zweifach bei Mittelpunktgleichrichtung bzw. drei fach bei Brückengleichrichtung verstärkt. Mit der Spannung der Meßdiode an den Eingängen und dem Serienwiderstand am Ausgang wird an diesem genau die Kompensationsspannung für alle im Kreis liegenden Dioden erzeugt. Dies gilt natürlich nur, wenn die Temperatur der Meßdiode mit der der Gleichrichter übereinstimmt. Deshalb muß erfindungsgemäß für guten thermischen Kontakt gesorgt sein.According to the invention, a measuring diode is in the DC voltage line from same type as the rectifier diodes in series with a low resistance switched on. If the load current flows through them, the The measuring diode again has the same voltage drop as on the respectively conductive one (s) Rectifier diode (s) through which the same current flows. An operational amplifier with power amplifier is now fed back so that it is exactly twice at midpoint rectification or three times amplified with bridge rectification. With the voltage of the measuring diode at the inputs and the series resistor at the output is exactly the compensation voltage generated for all diodes in the circle. Of course, this only applies if the temperature of the measuring diode with which the rectifier corresponds. Therefore, according to the invention ensure good thermal contact.

In einer anderen Durchführung des Erfindungsgedankens wird vermieden, vor der Kompensation des Dioden-Spannungsabfalls noch einen zusätzlichen durch die Meßdiode einzuführen: Eine der Gleichrichterdioden wird zugleich als Meßdiode ausgenutzt; da sie aber nur während eines Bruchteils einer Periode Strom führt, muß ein Sample-and-Hold-Verstärker den in dieser Zeit gemessenen Wert für die ganze Periode festhalten. Dessen Ausgang wird l:1(Mittelpunktschaltung) oder verdoppelt(Brückenschaltung) auf den Kompensationswiderstand gegeben.Another implementation of the inventive concept avoids before compensating for the diode voltage drop an additional one by the Introduce measuring diode: One of the rectifier diodes is also used as a measuring diode; but since it only carries current for a fraction of a period, a sample-and-hold amplifier is required record the value measured during this time for the entire period. Its exit is 1: 1 (midpoint connection) or doubled (bridge connection) on the compensation resistor given.

Zur Betätigung des Sample-and-Hold-Eingangsschalters ist an die gleiche, als Meßdiode ausgenutzte Diode noch ein Komparator angeschlossen, da ja deren Polarität bei Leitung oder Sperrung umkehrt. Beide Verstärker/Eingänge sind durch eine Schutzschaltung, die aus zwei Widerständen und einer Zenerdiode - oder in bekannter Weise geschalteten Dioden - besteht, für den Fall geschützt, daß die Spannung in der Sperrphase die Versorgungsspannung der Verstärker übersteigt.To operate the sample-and-hold input switch, use the same Used as a measuring diode, a comparator is also connected, because its polarity reversed in the event of a line or blocking. Both amplifiers / inputs are protected by a protective circuit, those made up of two resistors and a zener diode - or connected in a known manner Diodes - exists, protected in the event that the voltage is in the blocking phase Supply voltage of the amplifier exceeds.

In Fig.2 ist als Beispiel ein Tachogenerator mit Mittelpunktschaltung und der in Anspruch 1 beschriebenen Linearisierung dargestellt. Von den 2n Halbspulen einer n-Phasenwicklung sind nur die Halbspulen 10, 11 und 12 gezeichnet. Alle sind in der Mitte an den gemeinsamen Sternpunkt 16 angeschlossen.In Fig. 2 is a tachometer generator with midpoint circuit as an example and the linearization described in claim 1. Of the 2n half-coils of an n-phase winding, only the half-coils 10, 11 and 12 are shown. All are connected in the middle to the common star point 16.

Alle Außenenden sind über Gleichrichterdioden (13, 14, 15,...) an einen, der Sternpunkt 16 an den anderen Gleichspannungspol angeschlossen. Im Beispiel ist der Diodenpol 17 Minuspol. Der Sternpunkt wird über die Meßdiode 18 und den Kompensationswiderstand 19 an den Plusausgang 25 geführt. Der Lastwiderstand 26 ist für die Funktion der Schaltung unentbehrlich. Der Widerstand 19 ist von der Größenordnung 100 Ohm, während die Vorwiderstände 22 und 23 zum Verstärker 20 um ca. 2 Zehnerpotenzen größer sind. Der Gegenkopplungswiderstand 24 ist im Beispiel gleich Widerstand 23, so daß an 19 die doppelte Spannung wie an Diode 18 erzeugt wird. Wäre dieselbe Elektronik an einen Generator mit Brückengleichrichter angeschlossen, so müßte Widerstand 24 doppelt so groß wie 23 sein, damit an 19 die Spannung dreier Dioden entsteht.All outer ends are connected via rectifier diodes (13, 14, 15, ...) one, the star point 16 connected to the other DC voltage pole. For example the diode pole is 17 negative pole. The star point is via the measuring diode 18 and the Compensation resistor 19 is fed to the plus output 25. The load resistance 26 is essential for the circuit to function. Resistance 19 is from the Order of magnitude 100 ohms, while the series resistors 22 and 23 to the amplifier 20 um are approx. 2 powers of ten larger. The negative feedback resistor 24 is in the example equal to resistor 23, so that twice the voltage generated at 19 as at diode 18 will. If the same electronics were connected to a generator with a bridge rectifier, Resistance 24 would have to be twice as large as 23, so that at 19 the voltage would be three Diodes are created.

In Fig.3 ist die in Anspruch 3 beschriebene Linearisierung mit einer Dynamomaschine mit Brückenschaltung dargestellt.Drei Phasenwicklungen, 30, 31 und 32 mit Sternpunkt 34, sind gezeichnet; sie können durch weitere gleichartige ergänzt werden.In Figure 3, the linearization described in claim 3 with a Dynamo machine shown with bridge circuit. Three phase windings, 30, 31 and 32 with star point 34 are drawn; they can be supplemented by others of the same type will.

An jede Wicklung sind gegenpolig zwei Dioden angeschaltet: 35 + 38, 36 + 39, 37 + 40. Man erkennt, daß immer eine +Diode und eine -Diode leitend sein muß, wenn durch die Last 26 ein Strom fließen soll. Da diesmal keine zusätzliche Meßdiode vorhanden ist, braucht am Widerstand 19 nur der Spannungsabfall zweier Dioden erzeugt werden. (Bei Mittelpunktschaltung nur von einer Diode.) An Diode 35 wird, wenn sie leitend ist, ihr Spannungsabfall gemessen. Da dies nur für einen Bruchteil einer Periode der Fall ist, hält ein Sample-and-Hold-Verstärker 41 den gemessenen Wert für den Rest der Periode fest. Über den Leistungsverstärker 42 wird der Wert verdoppelt (Mittelpunktschaltung 1 : 1) und mit richtigem Vorzeichen auf den Widerstand 19 geschaltet. Zur Betätigung des S+H-Schalters 45 liegt am gleichen Eingang ein Komparator 47. Um diesen und Verstärker 41 vor Überspannung zu schützen, ist die Schutzschaltung: Widerstände 43, 44, Diode oder Zenerdiode 46 vorgeschaltet.Two diodes are connected to each winding with opposite polarity: 35 + 38, 36 + 39, 37 + 40. You can see that a + diode and a -diode are always conductive must if a current is to flow through the load 26. Since this time no additional Measuring diode is present, only the voltage drop of two needs across resistor 19 Diodes are generated. (In the case of mid-point connection, only one diode.) To diode 35, when it is conductive, its voltage drop is measured. Since this is only for one Fraction of a period is the case, a sample-and-hold amplifier 41 holds the measured value for the rest of the period. About the power amplifier 42 is the value is doubled (midpoint switching 1: 1) and with the correct sign the resistor 19 switched. To operate the S + H switch 45 is the same Input a comparator 47. To protect this and amplifier 41 from overvoltage, the protective circuit: resistors 43, 44, diode or zener diode 46 are connected upstream.

Claims

A Claims 1. Alternating current tachometer generator with multiple phases, which are rectified by diodes, characterized in that in the direct voltage output line a measuring diode (18) in series with a resistor (19) is switched on, and the at the measuring diode by the load current generated voltage drop to the inputs of a negative feedback operational amplifier (20) with power amplifier (21) of this type is switched on, that at the resistor (19) through the output of the amplifier the double or three-fold voltage drop with the opposite sign is generated, so that the Voltage drops of the measuring diode (18) and the rectifier diodes that are switched on in each case (13..15) can be compensated.

2. AC tachometer generator with a linearization circuit according to claim 1, characterized in that the measuring diode is close to the rectifier diodes is mounted with good thermal contact to them.

3. AC tachometer generator according to claim 1, characterized in that that one of the rectifier diodes (35) is also used as a measuring diode by a sample and hold amplifier (41) is connected to this, the switch (45) of which is only closed at the moment of its passage and its exit via the reversing 1: 1 or 1: 2 amplifier (42) is connected to the resistor (19), the switch (45) being operated by a comparator, the input of which is in parallel to that of the S + H amplifier (41) at the diode (35), and that both inputs Protected against overvoltage in the blocking phase by a protective circuit (43,44,46) are.