DE1040080B - Magnetischer Verstaerker - Google Patents

Description

Bei einem magnetischen Verstärker ergibt sich die unerwünschte Erscheinung, daß aus den Arbeitswicklungen in die Steuerwicklung bzw. -wicklungen Wechselspannungen induziert werden. Diese lassen in dem Stromkreis Ströme entstehen, die zu einer Vergrößerung der Zeitkonstanten des Systems Anlaß geben. Das ist insbesondere dann unerwünscht, wenn ein solcher Magnetverstärker für Regelzwecke benutzt wird, wobei es darauf ankommt, daß die Anordnung eine möglichst große Ansprechgeschwindigkeit aufweist.

Zur Unterdrückung solcher Ströme ist es bei Schaltungen mit einer Drossel bekannt, in den Steuerstromkreis eine Drossel einzuschalten und bei Drosselanordnungen aus mehreren Teildrosseln in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung oder in Selbstsättigungsschaltung die in Reihe geschalteten Steuerwicklungen der Teildrosseln ohne zusätzliche Drosseln so zu schalten, daß die durch die Arbeitswicklungen der beiden Teildrosseln in die Steuerwicklungen induzierten Spannungen sich weitgehend aufheben. Weiterhin hat man sich zur Beseitigung des nachteiligen Effektes der Induzierung von Wechselspannungen bereits einer sogenannten Impulssteuerung bzw. Rücklaufsteuerung bedient. Das Wesen einer solchen Impulssteuerung ist, daß die in die Steuerwicklungen induzierten Wechselspannungen durch in den Steuerkreis eingefügte besondere Wechselspannungen bei gleichzeitiger Anwendung von elektrischen Ventilen kompensiert werden. Eine solche Lösung hat aber noch den Nachteil, daß sie besondere Ventile in dem Steuerkreis erfordert. Diese machen das Arbeiten mit kleineren Steuerspannungen wegen des zu berücksichtigenden Schwellwertes der Ventile unmöglich.

Die Mängel der bekannten Anordnung lassen sich an einem magnetischen Verstärker mit mindestens einer die Belastung über ein mit ihr in Reihe liegendes Ventil speisenden Arbeitswicklung dadurch beseitigen, daß erfindungsgemäß der magnetisierbare Eisenkern jeder Arbeitswicklung eine praktisch etwa rechteckige Magnetisierungsschleife besitzt und mindestens eine Steuerwicklung trägt, die für sich von einer Gleichspannung oder einer gleichgerichteten Spannung über einen derart großen Ohmschen Widerstand gespeist wird, daß sich eine annähernd konstante Erregung in Höhe der Koerzitivkraft der Magnetisierungsschleife des Eisenkernes ergibt, so daß jede Änderung der S teuer spannung unverzögert eine Änderung der von der Drossel übernommenen Spannungszeitfläche hervorruft.

Erfolgt die Speisung des Steuerkreises durch eine konstante Gleichspannung, so ist bei einer Regelanordnung zur Beeinflussung der Steuerung des Eisen-Magnetischer Verstärker

Anmelder:

Siemens-Sdiuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Otto Werner, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

kernes in Abhängigkeit von der Regelgröße ein zusätzlicher Steuerstromkreis entweder über dieselbe Wicklung oder über eine besondere Wicklung erforderlich.

Die Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht bei Benutzung eines Werkstoffes mit möglichst rechteckiger. Magnetisierungsschleife für den Eisenkern, daß bei einem konstanten Steuermagnetisierungsstrom die Drossel beliebige Induktionsänderungen von der positiven Sättigung zu der negativen Sättigung durchlaufen kann.

Bei Speisung der Steuerwicklung mit einer konstanten Gleichspannung und einem Strom, der derjenigen Durchflutung entspricht, welche gleich ist der Koerzitivkraft des Werkstoffes, sind für die Steuerung lediglich Spannungsimpulse erforderlich, ohne daß gleichzeitig ein zusätzlicher Strom über eine. Wicklung des Kernes fließt. Man ist daher in der Lage, den Kern mit sehr kleinen Steuerleistungen für seine magnetische Steuerung zu beeinflussen. Unter Berücksichtigung dieses Gesichtspunktes kann es zweckmäßig sein, unmittelbar eine der Regelgröße proportionale Gleichspannung für die Speisung des Steuerstromkreises des magnetischen Verstärkers zu benutzen. Für die bei konstanter Frequenz gleichbleibende bestimmte Koerzitivkraft des Werkstoffes ergibt sich ein konstanter Strom in dem Steuerkreis. Dieser verursacht einen konstanten Spannungsabfall in dem der Steuerwicklung vorgeschalteten Widerstand, so daß alle Änderungen der der Regelgröße proportionalen Gleichspannung als Steuerspannungsänderungen für den Verstärker an der Steuerwicklung zur Verfügung stehen.

In Verbindung mit der oben angegebenen grundsätzlichen neuen Ausbildung eines magnetischen Verstärkers muß ein solcher Arbeitskreis benutzt werden,

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in welchem eine Wechselspannung und ein Ventil wirksam sind. Das Ventil hat dabei die Funktion, über die Arbeitswicklung des Verstärkers nur Ströme einer Richtung zuzulassen. Diese Ströme sind in dem Arbeitsstromkreis an dem Magnetverstärker in entgegengesetzter Richtung magnetisch wirksam als der Steuerstrom in dem Steuerstromkreis. Der Arbeitsstrom führt einen Rücklauf des Verstärkers auf der Hystereseschleife zur positiven Sättigung herbei, so daß die angelegte Wechselspannung von der Drossel bis zum Erreichen der Sättigung des Kernes übernommen wird. In dem anschließenden Zeitintervall dieser positiven Halbwelle des Wechselstromes Hegt dann diese Spannung an dem Verbraucher des Arbeitsstromkreises. Es entsteht ein Strom, der sich ergibt aus dem Ohmschen Widerstand der Arbeitswicklung des Magnetverstärkers, dem Ventilwiderstand in Durchlaßrichtung und dem Scheinwiderstand der Belastung des Arbeitsstromkreises. In der folgenden negativen Halbwelle des Wechselstromes wird der Stromfluß im Arbeitskreis durch das Ventil gesperrt. Im Verstärker ist dann lediglich der Steuerstrom wirksam, der entsprechend der Höhe der Speisespannung des Steuerkreises gegebenenfalls eine Magnetisierung des Drosselkernes in entgegengesetzter Richtung herbeiführt.

Was vorstehend grundsätzlich erläutert worden ist unter Benutzung einer Gleichspannung für die magnetische Steuerung des Eisenkerns der Drossel bzw. der Eisenkerne der Teildrosseln des Systems, kann auch sinngemäß weiterentwickelt werden unter Benutzung einer Wechselspannung, die von der Istgröße der Regelanordnung abgeleitet und für die Speisung des Steuerkreises benutzt wird. Auf diese Weise ist dann sowohl im Steuerkreis als auch im Arbeitskreis je eine Wechselspannung als Speisespannung benutzt. Hierdurch bietet sich die weitere Möglichkeit, zwischen der Wechselspannung, die am Steuerkreis liegt, und der Wechselspannung, die für die Speisung des Arbeitskreises benutzt wird, eine entsprechende Phasenverschiebung bzw. Phasensteuerung zu benutzen. Hierdurch läßt sich eine entsprechende Teilaussteuerung des magnetischen Verstärkers in seinem Arbeitskreis während jeder Periode des Wechselstromes herbeiführen. Um sinngemäß dabei wieder für die magnetische Steuerung des Eisenkernes bzw. der Eisenkerne eine Gleichspannung zu benutzen, ist in dem Steuerstromkreis mindestens ein entsprechendes Ventil für die Bildung der Gleichspannung vorzusehen. Im Falle der Benutzung eines solchen Ventils arbeitet die Anordnung dann mit einer Gleichspannung an dem Steuerstromkreis, die gewonnen wird aus den Halbwellen eines Wechselstromes entsprechend einer Einwegschaltung. Statt der Benutzung nur eines Ventils kann jedoch sinngemäß auch eine Gleichrichteranordnung mit mehreren Ventilen benutzt werden für die Lieferung bzw. Bildung des Gleichstromes im Steuerstromkreis unter Ausnutzung beider Halbwellen der speisenden Wechselspannung. Hierfür kann entweder eine sogenannte Mittelpunktschaltung oder auch eineBrükkenschaltung am Gleichrichter zur Anwendung gelangen.

Vorzugsweise wird die Erfindung in der Weise angewendet, daß jeweils mit zwei Teildrosseln gearbeitet wird, so daß auf diese Weise die Belastung des magnetischen Verstärkers nicht nur mit einer Halbwelle der Wechselspannung gespeist wird, sondern mit den Strömen beider Halbwellen.

Für die Verwirklichung der Erfindung kann an dem magnetischen Verstärker im Steuerkreis und Arbeitskreis entweder mit Wicklungen gearbeitet werden, die gegeneinander isoliert sind, oder auch solchen, die galvanisch miteinander nach Art einer Sparschaltung verbunden sind. Die Anwendung der Erfindung kann entweder in der Weise erfolgen, daß der magnetische Verstärker nur aus einer einzigen Stufe aufgebaut ist, oder auch in der Weise, daß die erfindungsgemäß gesteuerte Magnetverstärkerstufe nur eine Vorstufe in einem mehrstufigen Magnetverstärker ist. Liegt

ίο z. B. ein zweistufiger magnetischer Verstärker vor, so läßt sich erfindungsgemäß die Wechselspannung des Arbeitskreises der erfindungsgemäß aufgebauten Stufe des magnetischen Verstärkers ersetzen durch eine Spannung, die an der Wicklung der nachfolgenden Verstärkerstufe bei der magnetischen Steuerung dieses Verstärkers auftritt. Die magnetische Steuerung dieser zweiten Stufe kann dabei entweder von einer Wechselspannung über einen Gleichrichter oder vorzugsweise ebenfalls von einer Gleichspannung erfolgen, wobei die Steuerwicklung über einen Begrenzungswiderstand gespeist wird. Kommt nämlich die Eingangsstufe in der Arbeitshalbwelle in die Sättigung, so wird der Strom im Steuerstromkreis der Folgestufe lediglich durch die Ohmschen Widerstände dieses Stromkreises begrenzt, und das ist im wesentlichen der erwähnte Begrenzungswiderstand.

Wird die Erfindung in Verbindung mit einem mindestens zweistufigen Magnetverstärker benutzt, wobei der erfindungsgemäß gesteuerte Magnetverstärker eine Vorstufe bildet, und wird die Speisespannung für den Arbeitsstromkreis dieser Magnetverstärkerstufe in der angegebenen Weise abgeleitet von dem (magnetischen) Steuerstromkreis, z. B. der nachfolgenden Stufe des Magnetverstärkers, so wäre diese Spannung nur so lange vorhanden, wie sich diese Drossel noch nicht im gesättigten Zustand befindet. Geht diese Drossel in ihren gesättigten Zustand über, so würde dadurch die Spannung an ihr in Wegfall kommen. Dieser Erscheinung muß jedoch vorgebeugt werden, da im anderen Falle die Spannung an der Vorstufe über das Ventil im Arbeitskreis der Vorstufe kurzgeschlossen wäre. Der notwendige Effekt zur Vermeidung dieser Erscheinung wird dadurch erreicht, daß in den Arbeitsstromkreis der ersten Verstärkerstufe eine Zusatzspannung eingefügt wird, die nach Möglichkeit die Spannung der gesteuerten Drossel in jeder positiven Halbwelle zu einem annähernd gleichbleibenden Wert ergänzt. Es macht dabei nichts aus, wenn die Gesamtspannung, die der Ventilrichtung im Arbeitsstromkreis der ersten Verstärkerstufe entgegengesetzt gerichtet ist, einmal etwas größer ist, denn es übernimmt in diesem Falle das Ventil den Spannungsanteil, der über den Betrag hinausgeht, der in der Arbeitswicklung der Eingangsstufe induziert wird durch die Steuerspannungsänderung am Steuerkreis der Eingangsstufe. Als Zusatzspannung für diesen Zweck kann eine Spannung verwendet werden, die z. B. aus einer Wechselspannung mittels einer Einweggleichrichtung gewonnen wird. Eine einfachere Lösung ist jedoch, diese Spannung unmittelbar durch den Arbeitsstrom der Folgestufe des Magnetverstärkers als Spannungsabfall an einem Ohmschen Widerstand zu bilden, der in Reihe mit der Arbeitswicklung und der Steuerwicklung der zweiten Stufe des magnetischen Verstärkers angeordnet ist.

Eine weitere Möglichkeit der Bildung dieser Spannung bietet sich, indem derjenige Arbeitsstrom zur Bildung der genannten Spannung als Spannungsabfall an einem Widerstand ausgenutzt wird, welcher durch

eine konstante Belastung Ohmschen Charakters hervorgerufen wird, welche parallel liegt zu der eigentlichen Belastung des Magnetverstärkers an dessen Ausgang. Hierbei ist es natürlich nicht ausgeschlossen, daß der eigentliche Ausgang des Verstärkers über besondere Wicklungen und Ventile gespeist wird.

Einige beispielsweise Ausführungen veranschaulichen die Figuren der Zeichnung. Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit einer Halbwellenspeisung der Last 1 im Arbeitsstromkreis. Der Arbeitsstromkreis ist an den Klemmen 2 und 3 von der Wechselspannung gespeist. 4 bezeichnet das Ventil im Arbeitsstromkreis. 5 ist die Arbeitswicklung des magnetischen Verstärkers. Im Steuerstromkreis dieser Anordnung liegen der Ohmsche Widerstand 6 und die Steuerwicklung 7. An den Klemmen 8 und 9 des Steuerstromkreises liegt die Gleichspannung, welche z. B. von der Istgröße der Regelanordnung abgeleitet bzw. dieser proportional ist. Der Widerstand 6 ist in seinem Widerstandswert derart bemessen, daß der Ohmsche Widerstand der Steuerwicklung 7 ihm gegenüber vernachlässigbar klein ist. Auch die an der Steuerwicklung 7 auftretende Wechselspannung soll stets relativ klein sein gegenüber dem Spannungsabfall, welcher an dem Ohmschen Widerstand 6 auftritt. Da der Strom, der im Steuerstromkreis fließt, im wesentlichen konstant ist wegen der Rechteckform der Hystereseschleife des Werkstoffes des Kernes der Drossel, treten Änderungen der Istspannung an den Klemmen 8 und 9 unmittelbar als Steuerspannungsänderungen an der Wicklung 7 der Drossel auf. In der folgenden positiven Halbwelle des Arbeitswechselstromes nimmt die Drossel eine Spannungszeitfläche auf, welche gleich ist der Spannungszeitfläche, die vorher durch die Steuerspannungsänderung bedingt war. Hieraus geht hervor, daß die Anordnung in Abhängigkeit von den Änderungen der Steuerspannung ausgesteuert wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist statt der beiden gegeneinander isolierten Wicklungen 5 und 7 auf dem Kern des magnetischen Verstärkers nur eine einzige Wicklung 12 benutzt, die nach Art einer Sparschaltung für die Anpassung an die verschiedenen Spannungen von Steuerstromkreis und Arbeitsstromkreis eine Anzapfung besitzt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist an den Steuerstromkreis eine konstante Wechselspannung angelegt und für die Bildung der Gleichspannung am Steuerstromkreis ein Ventil 11 benutzt. In dieser Fig. 4 dient eine weitere Wicklung 10 zur Steuerung des magnetischen Verstärkers, welche gespeist wird in Abhängigkeit von der Regelgröße.

In der Abwandlung nach dem Beispiel der Fig. 5 ist statt eines Ventils 11 eine Gleichstrombrückenschaltung 11 benutzt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind, soweit wieder die gleichen Teile wie in den vorhergehenden Figuren enthalten sind, für diese unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Diese Figur zeigt die Anwendung der Erfindung für einen zweistufigen magnetischen Verstärker. An diesem wird die erste Stufe grundsätzlich in der gleichen Weise gesteuert, wie sie in den vorhergehenden Figuren erläutert worden ist. In dem Steuerstromkreis liegen wieder ein Widerstand 6 und eine entsprechende Steuerwicklung 7. An den Klemmen 8 und 9 des Steuerkreises liegt wieder eine Gleichspannung, die entsprechend der Istgröße der z. B. vorliegenden Regelanordnung sich ändert. Die Arbeitswicklung dieser ersten Stufe ist wieder mit 5 bezeichnet. Die Speisung der Arbeitswicklung 5 mit Wechselspannung erfolgt von den Punkten 19 und 20 der Schaltung während des Zeitraumes, wenn von den Klemmen 20 und 21, an denen die zweite Stufe des magnetischen Verstärkers mit Wechselspannung gespeist ist, die Klemme 21 positiv ist. In diesem Zustand wird die Wicklung 12 über den Widerstand 13 und das Ventil 14 sowie den Widerstand 17 zurück zur Klemme 20 für die Steuermagnetisierung des Kernes der Drossel mit der Wicklung 12 gespeist. Dabei entsteht zwischen den Anschlußpunkten 19 und 20 eine Spannung, wobei der Punkt 19 positive Polarität gegenüber dem Punkt 20 aufweist. Diese Spannung verursacht einen Strom über das Ventil 4 und die Arbeitswicklung 5, der zur Folge hat, daß an der Wicklung 5 eine etwa gleich große Spannung entsteht, wie sie zwischen den Punkten 19 und 20 besteht. Die Drossel der ersten Stufe des magnetischen Verstärkers mit den Wicklungen 5 und 7 wird dadurch in Richtung auf den positiven Sättigungsbereich der Magnetisierungsschleife des

ao Kernes magnetisiert bzw. in der Induktion geändert. Gelangt der Eisenkern, der die Wicklungen 5 und 7 trägt, in die magnetische Sättigung, so bricht die Spannung an der Wicklung 5 zusammen und demzufolge auch die Spannung zwischen den Punkten 19 und 20. Die Spannung zwischen den Punkten 20 und 21 ist dann nicht in der Lage, eine weitere Steuerwirkung auf die Drossel mit der Wicklung 12 auszuüben, weil dann die gesamte Spannung zwischen 20 und 21 praktisch übernommen wird von dem Widerstand 13, dem Ventil 14 sowie dem Ohmschen Spannungsabfall in der Wicklung 12 und dem Widerstand 17.

Sobald die Wechselspannung an den Klemmen 20 und 21 eine solche Richtung hat, daß die Klemme 20 positiv ist, so fließt ein Strom über den Widerstand 17, die Wicklung 12, das Ventil 15 in Durchlaßrichtung und den Belastungswiderstand 18 zurück zur Klemme 21. Hierbei nimmt die Drossel 12 eine Spannungszeitfläche auf, welche gleich ist derjenigen Spannungszeitfläche, welche vorher durch den Steuerstrom über den Widerstand 13 und das Ventil 14 an ihr erzeugt wurde. Sobald die Drossel 12 diese Spannungszeitfläche übernommen hat, gelangt sie in den Zustand der magnetischen Sättigung, und es fließt dann von diesem Zeitpunkt ab ein Strom, der durch die Ohmschen Widerstände des Kreises und die Bürde 18 bestimmt wird. Während dieser positiven Arbeitshalbwelle ist die Polarität an dem Anschlußpunkt 20 positiv gegenüber der Anzapfung 19 der Wicklung 12. Diese Spannung beansprucht das Ventil 4 in Sperrichtung, so daß an der Wicklung 7 der Vorstufe eine Spannung durch Induktion auftreten kann, entsprechend der Änderung der Steuerspannung, die an den Klemmen 8 und 9 angeschlossen ist. Hierdurch wird der Drosselkern mit den Wicklungen 5 und 7 aus dem Zustand der Sättigung wieder in dem Maße herausgeführt, wie es die Höhe dieser Steuergleichspannung vorschreibt. Da die Spannung, die in der Wicklung 5 durch die Steuerspannung an der Wicklung 7 induziert wird, der Spannung an den Punkten 19 und 20 entgegenwirkt, wird die Höhe der Steuerspannung für die Drossel mit den Wicklungen 5 und 7 durch die Höhe der Spannung an den Punkten 19 und 20 begrenzt. Würde die Spannung an der Wicklung 5 größer sein als die Spannung zwischen den Punkten 19 und 20, so würde ein Strom über das Ventil 4 in Durchlaßrichtung fließen, der die Spannung an der Wicklung 5 auf die Spannung zwischen den Punkten 19 und 20 herabsetzt.

Um nun sicherzustellen, daß die Steuerung der Vorstufe unabhängig erfolgen kann von dem Steuerzu-

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stand der Drossel mit der Wicklung 12, d. h. unab- Der Teil 27 bezeichnet einen Regler, in welchem durch

hängig von der Größe der Spannungszeitfläche, die Vergleich mit einem Sollwert eine Ausgangssteuer-

diese Drossel aufnimmt, ist der Widerstand 17 vor- spannung geschaffen wird, die einen Strom über die

gesehen. Im gesättigten Zustand der Drossel fließt beiden Wicklungen Ta und Tb schickt. Die Verbin-

über den Widerstand 17 der volle Arbeitsstrom und 5 dungsleitung der beiden Steuerwicklungen Ta und Tb

erzeugt an ihm einen Spannungsabfall, der gleich ist ist außerdem noch an die Mitte der Sekundärwicklung

der Spannung, die an dem Wicklungsteil der Drossel des Transformators 28 angeschlossen, über welchen

zwischen den Punkten 19 und 20 im ungesättigten der nach Art eines magnetischen Verstärkers arbei-

Zustand der Drossel auftritt. Die Spannung zwischen tende Regler 27 mit der Wechselspannung an den

den Punkten 19 und 20 ist somit unabhängig von dem io Klemmen 29 und 30 beschickt wird. Der Widerstand

Steuerzustand der Drossel. 24 hat die Funktion eines Einstellgliedes, durch

In dem Beispiel nach Fig. 6 ist in der Vorstufe dessen Verstellung der Wert des in dem Regler 27

außer den Wicklungen 5 und 7 noch eine weitere wirksamen Sollwertes eingestellt werden kann. Die

Steuerwicklung 10 angedeutet. Diese Steuerwicklung erste Stufe des magnetischen Verstärkers nach Fig. 7

10 kann mit einer Differenzspannung gespeist werden, 15 weist die beiden Arbeitswicklungen 5a und 5b auf.

die gebildet ist durch den Vergleich des Istwerts der Die Arbeitswicklung 5a der ersten Stufe gehört dem

zu regelnden Größe mit einem Sollwert. In einem Steuerstromkreis der zweiten Stufe an, wie es grund-

solcheu Falle wird der Steuerkreis an den Klemmen 8 sätzlich bereits an Hand der Fig. 6 erläutert worden

und 9 entweder mit einer konstanten Gleichspannung ist. Es entsteht also wieder an der Wicklung 12a der

gespeist oder auch mit einer Spannung, die von der 20 zweiten Stufe eine Steuerspannung, wenn der An-

Istgröße abhängig ist. Es kann dadurch erreicht schluß 21 positiv gegenüber dem Anschluß 20 ist. Es

werden, daß infolge der zusätzlichen Wirkung der fließt dann ein Strom über den Widerstand 13', das

Wicklung 10 die Ansprechempfindlichkeit der Anord- Ventil 14a, die Wicklung 12a und den Widerstand

nung erhöht wird. 17a zurück zur Klemme 20. Hat die Klemme20 posi-

In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 35 tive Polarität gegenüber der Klemme 21, so fließt ist eine Schaltanordnung gezeigt, die ähnlich der in sinngemäß ein entsprechender Strom über den Wider-Fig. 6 dargestellten ist. Sie unterscheidet sich jedoch stand ITb, die Wicklung 12b, das Ventil 14 6 und den von dieser insofern, als bei der Anordnung nach Fig. 7 Widerstand 13' zurück zur Klemme 21 der Wechselnicht lediglich, wie es nach Fig. 6 der Fall ist, die Spannungsquelle. Man erkennt, daß der Widerstand 13' Halbwellen einer Polarität des Wechselstromes für 30 in diesem Fall den Stromkreisen gemeinsam ist, die die Lieferung des Laststromes des magnetischen Ver- für die Halbwellen verschiedener Polarität des stärkers ausgenutzt werden, sondern in diesem Falle Wechselstromes wirksam sind. Zusätzlich zu der Andie Halbwellen beider Polaritäten des Wechselstrom Ordnung, wie sie grundsätzlich nach Fig. 6 erläutert nies. Darüber hinaus unterscheidet sich diese Anord- worden ist, ist in dieser Anordnung jeweils für die nung durch die Art, in welcher die Spannung an einem 35 Einrichtung, die für die Halbwelle der einen Polarität Widerstand erzeugt wird, welche gemäß der bereits wirksam ist, jeweils noch ein je besonderes Ventil 25a zu Fig. 6 gegebenen Erläuterung dazu dient, in dem bzw. 25 b erforderlich. Diese beiden Ventile ergänzen Zeitraum, in dem sich jeweils der Kern der Drossel die Schaltung zu einer Gleichrichterbrückenschaltung, der zweiten Stufe in der Sättigung berindet, der Span- der in den verschiedenen Zweigen die Ventile 15 a, nung entgegen zu wirken, welche an der Wicklung 5 40 15 6, 25a und 25 & angehören. Die Verbindungsleidurch eine Steuerspannungsänderung induziert wird. tungen zwischen den Ventilen 15 α und 25a sowie 15 b Soweit in dieser Fig. 7 wieder die gleichen Teile vor- und 25 b sind die Anschlußpunkte der Ausgangshanden sind wie in der bereits erwähnten Fig. 6, sind diagonale der Gleichrichterbrücke, in welcher die Begrundsätzlich die gleichen Bezugszeichen für die glei- lastung 18 der zweiten Stufe des Magnetverstärkers chen Teile beibehalten worden. Sofern statt eines ent- 45 liegt, so daß diese sinngemäß mit beiden Halbwellen sprechenden Teiles jeweils zwei entsprechende Teile des Wechselstromes gespeist wird. An den Klemmen für die Beherrschung je einer der Halbwellen in diesem 31 und 32 liegt eine solche Gleichspannung, die jeweils Fall vorhanden sind, ist das gleiche Zahlenbezugs- in dem Widerstand 17a bzw. 17b einen solchen Spanzeichen beibehalten worden, und die beiden wirkungs- nungsabfall erzeugt, der in dem Arbeitsstromkreis mit mäßig äquivalenten Teile sind durch die zusätzlichen 50 der Wicklung 5a bzw. demjenigen mit der Arbeits-Buchstaben a bzw. b unterschieden worden. In der wicklung 5 b jeweils entgegen der Durchlaßrichtung Schaltungsanordnung nach Fig. 7 sind daher zwei des Ventils 4a bzw. 4 δ eine Zusatzspannung einfügt. Wicklungen 7a und Tb als Steuerwicklungen der Wird der Spannungsabfall an den Widerständen 17c ersten Stufe vorhanden, die im Steuerstromkreis in bzw. 17 & durch entsprechende Wahl der Gleichspan-Reihe mit je einem Widerstand 6a bzw. 6b liegen, der 55 nung an 31 und 32 größer gewählt, so kann an den die bereits früher angegebene relative Größe hat. Wie Wicklungen 7a und Tb eine entsprechend größere aus der Schaltung zu entnehmen ist, erfolgt die Spei- Steuerspannung im Sinne einer Steuerspaunungsversung des Steuerstromkreises mit Gleichstrom an den änderung benutzt werden. Für die Anpassung dieses Klemmen 8 und 9, wobei die Wicklungen 7a und Tb Spannungsabfalls an den Widerständen 17a und ITb sowie die Widerstände 6a und 6 b in bezug auf diese 60 ist es gegebenenfalls auch möglich, unmittelbar diese beiden Speiseleitungen elektrisch in Reihe liegen. beiden Widerstände in ihrem Wert einstellbar zu Zwischen den Zuleitungen von den Klemmen 8 und 9 machen. Das kann sich bereits empfehlen, um die Anist jedoch zusätzlich noch ein Spannungsteilerwider- Ordnung in ihrer Wirkungsweise für die Halbwellen stand 23 benutzt, an dessen Mitte die Verbindungs- der verschiedenen Polarität des Wechselstromes symleitung zwischen den beiden Steuerwicklungen 7a und 65 metrieren zu können.

Tb angeschlossen ist. Für jeden der Steuerstromkreise, In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 8

von denen der eine die Wicklung 7a und den Wider- werden sowohl die Steuermagnetisierung für die erste

stand 6 a enthält und der andere die Wicklung Tb und Stufe als auch die Steuermagnetisierung für die zweite

den Widerstand 6b, ist also der halbe Wert der Span- Stufe von einer Gleichspannungsquelle, und zwar vor-

nung wirksam, die an den Klemmen 8 und 9 liegt. 70 zugsweise der gleichen Gleichspannungsquelle abge-

leitet, welche vorzugsweise wieder die Istgröße darstellen kann, die sich in dem Regelsystem ergibt, der der Magnetverstärker angehört. Während nach den früheren Ausführungsbeispielen die Bildung der besonderen Zusatzspannung in den Arbeitsstromkreisen der ersten Stufe an besonderen Widerständen erfolgte in Abhängigkeit von dem Strom über die Belastung, die der Magnetverstärker an seinem Ausgang speist, wird nach diesem Ausführungsbeispiel eine besondere Bürde benutzt, über welche der Strom fließt, der an den Widerständen zur Bildung der Zusatzspannung in Form eines Spannungsabfalls ausgenutzt wird. Auch in diesem Falle sind wieder die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Teile beibehalten worden, die bereits in den früheren Ausführungsbeispielen für die gleichen Funktionen vorhanden waren. Die Teildrosseln, welche die Wicklungen 12 a bzw. 12 b besitzen, die in diesem Fall lediglich noch Steuerwicklungen für die zweite Stufe des magnetischen Verstärkers sind, weisen noch zusätzlich die Wicklungen ao 34 α und 35 a auf dem gleichen Kern bzw. 34 b und 35 b auf dem anderen Kern auf. An die Stelle des gemeinsamen Widerstandes 13' für die magnetischen Steuerstromkreise der Endstufe sind jetzt zwei entsprechende Einzelwiderstände 13 α und 13 b getreten. Diese liegen, wie bereits weiter oben schon ausgeführt worden ist, in Stromkreisen, welche von der Gleichspannung gespeist werden, die an den Klemmen 8 und 9 liegt und der Istgröße der Regelanordnung entspricht bzw. dieser proportional ist. Die Wicklungen 34 α und 34 b liegen in den Zweigen einer Gleichrichterbrücke, deren Ventile 36a, 36b, 37a und 37b sind. In der Ausgangsdiagonale dieser Brücke liegt der Widerstand 33 als konstante Vorbelastung des magnetischen Verstärkers. Der Arbeitsstrom, der durch den Widerstand 33 begrenzt wird, erzeugt jeweils in dem Widerstand 17a bzw. 17b einen Spannungsabfall, der in dem bereits früher geschilderten Sinne die Spannung liefert, welche in den Arbeitsstromkreisen der ersten Stufe eingefügt wird, um auf diese Weise eine genügend hohe Steuermagnetisierung der ersten Stufe zu erreichen. Der eigentliche Belastungskreis der zweiten Stufe des magnetischen Verstärkers wird gespeist von der Wechselspannungsquelle über die Wicklungen 35a bzw. 35 b und die Ventile 15 α bzw. 15Z) sowie 25 a und 25 b. Diese genannten Teile bilden wieder eine Gleichrichterbrücke, an deren Ausgangsdiagonale nunmehr der Belastungswiderstand 18 liegt, der über die gesamte magnetische Verstärkeranordnung mit einem Gleichstrom versorgt werden soll, der abhängig ist von der Gleichspannung, die an den Klemmen 8 und 9 liegt.

Diese neuartige Schaltung nach Fig. 8 weist den Vorzug auf, daß die Zusatzspannungen, welche an den Widerständen 17a bzw. 17& erzeugt werden, unabhängig sind von Änderungen, die an der Last 18 des magnetischen Verstärkers auftreten, und unabhängig von dem Charakter der Last, d. h. ob diese eine Ohmsche, induktive oder irgendeine andere gemischte Belastung aus Wirk- und Blindwiderständen darstellt. Durch die Steuerung der zweiten Stufe des magnetischen Verstärkers in Abhängigkeit von der an den Klemmen 8 und 9 liegenden zu regelnden Istgröße erfolgt eine unmittelbare Beeinflussung der Endstufe und nicht nur zunächst eine Beeinflussung lediglich der ersten Stufe des magnetischen Verstärkers, so daß also bei einer Anordnung nach diesem Ausführungsbeispiel zugleich beide Stufen des magnetischen Verstärkers unmittelbar abhängig von der zu regelnden Istgröße beeinflußt werden.

Es sei nun nochmals kurz die Wirkungsweise dieser Anordnung nach Fig. 8 erläutert. In der positiven Halbwelle des Wechselstromes, wenn die Klemme 20 positiv gegenüber der Klemme 21 ist, fließt ein Strom von der Klemme 20 durch die Wicklung 35 a das Ventil 15ö und den Lastwiderstand 18, das Ventil 25?) zurück zur Klemme 21 der Wechsel Spannungsquelle. Gleichzeitig fließt ein Strom von der Klemme 20 über den Widerstand 17a, die Wicklung 34a, das Ventil 36 a, den Widerstand 33 und das Ventil 37 & zurück zur Wechselspannungsquelle 21. Befindet sich die Drossel mit: den Wicklungen 12a, 34a und 35a im ungesättigten Zustand, so übernimmt die Drossel bzw. ihre Wicklungen 34a und 35a praktisch die gesamte an den Klemmen 20 und 21 liegende Wechselspannung. Es entsteht dementsprechend an den Anschlußpunkten der Drosselwicklungen, die nach der Klemme 20 zu liegen, jeweils ein positives Potential gegenüber den anderen Enden der Wicklungen. Die Spannung, die z.B. an der Reihenschaltung der Wicklung 12a und dem Widerstand 17a liegt, wirkt entgegen der Durchlaßrichtung des Ventils 4a. Die Teildrossel mit den Wicklungen 5 α und 7 α kann während des Zeitraumes, in welchem die angeführte Spannung an den Enden der Reihenschaltung von 12 a und 17a besteht, eine S teuer spannung aufnehmen entsprechend der Abweichung der an den Klemmen 8 und 9 liegenden Istspannung von einem Sollwert, der, wie bereits früher angeführt wurde, gebildet wird durch eine Durchflutung, die der Koerzitivkraft der Hystereseschleife des für die Teilkerne verwendeten magnetischen Werkstoffes entspricht. Während der nächsten bzw. negativen Halbwelle des Wechselstromes, in welcher also die Klemme 21 positiv gegenüber der Klemme 20 ist, wird der Stromfluß über die Wicklungen 34a bzw. 35 a durch die Ventile 36 a bzw. 15 a gesperrt. Während dieses Zeitraumes kann der magnetische Verstärker über die Wicklungen 12 a, den Widerstand 17a und den Widerstand 13 a gesteuert werden durch die an den Klemmen 8 und 9 liegende Gleichspannung. Der von den Klemmen 8 und 9 gelieferte Gleichstrom fließt auch über das Ventil 4 a und die Wicklung 5a der ersten Stufe der Einrichtung für die eine Halbwelle des Wechselstromes. Wie bereits früher beschrieben, wird die Drossel der Vorstufe dadurch in Richtung ihrer Sättigung in der Magnetisierung geändert, so daß der Stromfluß über die Wicklung 5 a bis zum Erreichen des Sättigungszustandes dieser Teildrossel auf den Magnetisierungsstrom beschränkt bleibt. Der über den Widerstand 13 a fließende Strom steht dann praktisch in voller Höhe für die Steuerung der Drossel mit der Wicklung 12 a zur Verfügung. Nachdem der Kern der Teildrossel mit den Wicklungen 5a und 7 a seine magnetische Sättigung erreicht hat, bricht die Spannung an der Wicklung 5 a zusammen und dementsprechend,,auch die Spannung an der Reihenschaltung der' Wicklung 12ä~und des Widerstandes 17 a. Eine weitere magnetische Steuerung des Teilkernes, welcher die Wicklungen 12 a, 34 a und 35 a trägt, ist somit nicht möglich.

Die Steuerung des Drosselkernes mit den Wicklungen 12 a, 34 a und 35 a erfolgt daher in Abhängigkeit von der Spannung an den Klemmen 8, 9 und von dem vorausgegangenen Steuerzustand der Drossel der Vorstufe mit den Wicklungen 5a und 7a. Anschließend an das Zeitintervall, in welchem der beschriebene Vorgang für die Teildrosseln mit den Wicklungen 5 a und 7a der ersten sowie 12 a, 34 a und 35 a der zweiten Stufe ablief, beginnt wieder die positive Halbwelle, die bereits in ihrem Ablauf beschrieben worden

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ist. Ein sinngemäßer Ablauf der Wirkungsweise ergibt sich für die bisher nicht in Betracht gezogenen Schaltglieder des rechten Teiles der Schaltung, die wirksam wird für die andere Halbwelle des Wechselstromes, wenn sinngemäß die Polarität der Wechselspannung an den Klemmen 20 und 21 sich umkehrt.

Die vorteilhafte Wirkung, die durch die Anwendung unserer Erfindung erreicht wird, ist einmal, daß eine besondere Sollwertgröße für die Regelung nicht unbedingt erforderlich ist, denn bei der magnetischen Steuerung des Verstärkers durch eine Gleichspannung, die abhängig ist von der zu regelnden Größe, ergibt sich zwangläufig als Vergleichsgröße eine Durchflutung für den betreffenden Kern, die gleich ist der Koerzitivkraft der Hystereseschleife des verwendeten Kernes. Darüber hinaus hat ein gemäß der Erfindung entwickelter Verstärker eine Ansprechzeit, welche nicht größer ist als höchstens eine Periode der zur Speisung des magnetischen Verstärkers benutzten Wechselspannung. Es ist somit zu übersehen, daß man durch eine Steigerung der Frequenz dieser Wechselspannung auf höhere Werte gegenüber der normalen Frequenz der Versorgungsnetze nach Bedarf die absolute Ansprechzeit des magnetischen Verstärkers bzw. der Regelanordnung herabsetzen kann.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung nicht auf eine beliebige Bürde arbeitet, sondern verwendet wird zur Steuerung einer weiteren Verstärkerstufe, wobei auch Schaltungen angewendet werden können, wie sie als Impulssteuerungen bzw. Rücklaufsteuerungen für magnetische Verstärker bekanntgeworden sind, auf die bereits in der Einleitung unserer Anmeldungsbeschreibung Bezug genommen worden ist. Die Ausgangsleistung, welche durch den magnetischen Verstärker geliefert wird, kann natürlich je nach Bedarf und Einsatz des magnetischen Verstärkers entweder eine Wechselstromleistung oder eine Gleichstromleistung sein.

Bei einer erfindungsgemäßen Schaltung spielt der Charakter der in der Schaltung benutzten Ventile gegebenenfalls eine beachtliche Rolle. Für eine möglichst einwandfreie Wirkungsweise der Anordnung müssen diese Ventile einen nur möglichst kleinen Rückstrom bzw. Strom in Sperrichtung aufweisen. Das gilt insbesondere für die Ventile in den Kreisen der Vorstufe eines erfindungsgemäßen magnetischen Verstärkers. Solche Gleichrichterventile sind insbesondere solche, bei denen der Halbleiter z. B. auf der Basis des Germaniums oder des Siliziums benutzt wird oder einer Zweistoffverbindung hergestellt ist, von denen die eine Komponente der III. Gruppe und die zweite Komponente der V. Gruppe des Periodischen Systems angehört.

Claims (20)

55 Patentansprüche:

1. Magnetischer Verstärker mit mindestens einer die Belastung über ein mit ihr in Reihe liegendes Ventil speisenden Arbeitswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierbare Eisenkern jeder Arbeitswicklung eine praktisch etwa rechteckige Magnetisierungsschleife besitzt und mindestens eine Steuerwicklung trägt, die für sich von einer Gleichspannung oder einer gleichgerichteten Spannung über einen derart großen Ohmschen Widerstand gespeist wird, daß sich eine annähernd konstante Erregung in Höhe der Koerzitivkraft der Magnetisierungsschleife des Eisenkernes ergibt, so daß jede Änderung der Steuerspannung unverzögert eine Änderung der von der Drossel übernommenen Spannungszeitfläche hervorruft.

2. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergleichspannung eine konstante Spannung verwendet wird und daß eine zusätzliche veränderbare Steuerspannung an die gleiche oder an eine besondere getrennte Wicklung angelegt wird.

3. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 für Regelanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergleichspannung der zu regelnden Größe proportional ist.

4. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Steuergleichspannung, die der zu regelnden Größe proportional ist, eine solche Steuergleichspannung auf dieselbe oder eine besondere Wicklung wirkt, die aus einem Vergleich zwischen der zu regelnden Größe als Istgröße und einer Sollgröße gewonnen ist.

5. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Verstärker eine Vorstufe eines mehrstufigen magnetischen Verstärkers ist.

6. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine an der Steuerwicklung einer nachfolgenden Stufe des Verstärkers auftretende Wechselspannung die Speisespannung für den Arbeitskreis der vorausgehenden Stufe des magnetischen Verstärkers bildet.

7. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis der nachfolgenden Stufe einem Ohmschen Widerstand zur Begrenzung des in ihm auftretenden Stromes enthält.

8. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannung für die Speisung des Steuerstromkreises der nachfolgenden Verstärkerstufe eine Gleichspannung benutzt ist.

9. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Steuerstromkreises der nachfolgenden Stufe des magnetischen Verstärkers eine Wechselspannung benutzt ist, welche über ein Ventil bzw. einen Gleichrichter den Stromkreis speist.

10. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung für die Speisung des Steuerstromkreises des Verstärkers bzw. bei einem mehrstufigen Verstärker der Vorstufe gewonnen wird aus einer an den Steuerkreis angelegten, über Ventile gleichgerichteten Wechselspannung.

11. Mehrstufiger magnetischer Verstärker mit einer Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Steuerwicklung der zweiten Stufe bzw. der nachfolgenden Stufe des magnetischen Verstärkers ein Ohmscher Widerstand vorgesehen ist, in welchem während der Arbeitshalbwelle der zweiten Stufe bzw. folgenden Stufe des Verstärkers eine Zusatzspannung erzeugt wird, deren Richtung entgegengesetzt ist der Durchlaßrichtung des Ventils des Arbeitskreises der vorausgehenden Stufe.

12. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Zusatzspannung erzeugt wird durch Anlegen einer Gleichspannung an diesen Widerstand.

13. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung eine durch Einwegschaltung gleichgerichtete Wechselspannung ist.

14. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung an dem Widerstand als Spannungsabfall erzeugt wird durch einen den Widerstand durchfließenden, vom Ausgangsstrom bzw. Belastungsstrom des magnetischen Verstärkers abgeleiteten Strom.

15. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall für die Bildung der Zusatzspannung an dem Widerstand erzeugt wird durch einen gleichgerichteten Wechselstrom, der als Arbeitsstrom in einer Vorbelastung bzw. Zusatzbelastung des Verstärkers auftritt.

16. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die in den verschiedenen Stromkreisen, insbesondere den Kreisen der Vorstufe eines mehrstufigen magnetischen Verstärkers der Anordnung benutzten Ventile solche mit einem möglichst geringen Strom in der Sperrichtung sind.

17. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Trockengleichrichterventile auf der Basis des Germaniums oder Siliziums oder einer Zweistoffverbindung benutzt sind, von denen vorzugsweise die eine Komponente der III. Gruppe und die andere der V. Gruppe des Periodischen Systems angehört.

18. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausnutzung beider Halbwellen der die Arbeitsstromkreise des magnetischen Verstärkers speisenden Hilfswechselspannung für jede Halbwelle je ein besonderes System in der Anordnung vorgesehen ist.

19. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung der Steuerstromkreise der ersten Stufe des magnetischen Verstärkers und gegebenenfalls auch der zweiten Stufe für jedes System jeder Halbwelle des Hilfswechselstromes mit je einer Hälfte der gesamten Steuergleichspannung erfolgt, die der Istgröße der Regelanordnung entspricht bzw. dieser proportional ist.

20. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerstromkreise der Vorstufe oder der Vorstufe und der nachfolgenden Stufe des magnetischen Verstärkers in Reihe geschaltet an der Gesamtspannung der Steuergleichspannung liegen und die Verbindungsleitung der Glieder der einzelnen Stromkreise über eine besondere Verbindungsleitung an die Mitte eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der zwischen den beiden Zuleitungen eingeschaltet ist, an denen die gesamte Gleichspannung liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

ETZ-A, 1954, S. 757, linke Spalte;

Ulrik Krabbe, The Transductor Amplifier, erschienen in Schweden 1947, S. 14, linke Spalte, Abschnitt 1, 6 sowie Fig. 1, 8.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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