DE1041150B

DE1041150B - Magnetische Steuerungsanordnung

Info

Publication number: DE1041150B
Application number: DES51381A
Authority: DE
Inventors: Walter Bless; Alain Wavre
Original assignee: Ateliers de Secheron SA
Current assignee: BBC Secheron SA
Priority date: 1955-11-26
Filing date: 1956-11-26
Publication date: 1958-10-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Steuerungsanordnung, bei welcher der Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung nach Wahl ansteigt, konstant bleibt oder absinkt, wenn die Eingangsspannung über einen bestimmten Wert ansteigt.

Die Erfindung besteht darin, daß zwei Kreise vorgesehen sind, die parallel durch eine Spannung gespeist werden, die der veränderlichen Eingangsspannung proportional ist, und von denen wenigstens einer einen induktiven Widerstand mit gesättigtem Kern und einen dazu in Reihe geschalteten Scheinwiderstand besitzt, während der andere Kreis einen gewöhnlichen induktiven Widerstand und einen dazu in Reihe liegenden Scheinwiderstand (oder einen Kondensator und einen dazu parallel liegenden Scheinwiderstand) aufweist, und daß die durch die Strom- und Spannungscharakteristiken der beiden parallel liegenden Kreise festgelegten Teilströme in den genannten Schieinwiderständen elektrische oder magnetische Größen erzeugen, die sioh im Ausgangskreis zwecks Differenzbildung entgegenwirken.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein erläuterndes Schaltbild,

Fig. 2 ein entsprechendes Diagramm,

Fig. 3 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4 ein zugehöriges Strom-Spannungs-Diagramm,

Fig. 5, 6, 7 und 8 Schaltbilder von vier weiteren Ausführungsformen,

Fig. 9 ein zur Fig. 8 gehöriges Strom-Spannungs-Diagramm,

Fig. 10 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform,

Fig. 11 ein Strom-Spannungs-Diagramm der Ausführungsform nach Fig. 10,

Fig. 12 ein Schaltbild einer letzten Ausführungsform.

Zum leichteren Verständnis und um Wiederholungen zu vermeiden, werden bei den verschiedenen Ausführungsformen für die entsprechenden Elemente die gleichen Bezeichnungen verwendet.

Es ist bekannt, daß die Spanntings-Strom-Charakteristik eines induktiven Widerstandes mit einem Kern von hoher magnetischer Permeabilität eine Biegung zeigt, die der Sättigungsspannung des Kerns entspricht.

Der Stromkreis nach Fig. 1 besteht aus einem induktiven Widerstand L und einem Scheinwiderstand Z. Wenn die Wechselspannung U auf den Wert U₀ ansteigt, der der Sättigungsspannung entspricht, verhindert die Induktivität praktisch noch das Fließen des Stromes in dem Kreis. Jenseits dieses Wertes ist der Kern des induktiven Widerstandes gesättigt und

Magnetische Steuerungsanordnung

Anmelder:

Societe anonyme des Ateliers
de Secheron, Genf (Schweiz)

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans, Patentanwalt,
München 19, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 26. November 1955

Alain Wavre und Walter Bless, Genf (Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden

der Strom steigt linear mit der Spannung an, wie in Fig. 2 gezeigt.

Nach dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei der Fig. 1 entsprechende Stromkreise vorgesehen, deren induktive Widerstände jedoch verschiedene Sättigungsspannungen besitzen. Die Sättigungsspannung des induktiven Widerstandes L₂ ist hier höher als diejenige des induktiven Widerstandes L₁. Wenn die beiden Stromkreise L₁— Z₁ und L₂ — Z₂ von derselben Wechselstromquelle U gespeist werden und wenn die Spannungen an den Klemmen der Impedanzen Z₁ und Z₂ abgegriffen werden, wie in Fig. 3 gezeigt, wird sich für den die Belastungsimpedanz Z_c durchfließenden Strom die in Fig. 4 gezeigte Charakteristik ergeben. Wenn die Spannung U von U₀₁ bis U₀₂ steigt, erhöht sich der Strom, bis der Kern des induktiven Widerstandes L₂ gesättigt ist. Für eine Spannung U, die höher ist als CZ₀₂, ist der resultierende Strom i_c proportional zur Spannungsdifferenz, die zwischen den Klemmen der Scheinwiderstände Z₁ und Z₂ auftritt. Haben die beiden Stromkreise eine gleiche ansteigende bzw. fallende Charakteristik, so bleibt der durch den Scheinwiderstand fließende Strom i_c konstant. Ändert man die Steigung einer der beiden Charakteristiken, so steigt bzw. fällt der Strom i_c abhängig von der Speisespannung U, wie strichliert bzw. strichpunktiert in Fig. 4 gezeigt. Es läßt sich also je nach Wunsch eine der drei Charakteristiken einstellen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem vorhergehenden dadurch, daß Gleich-

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richter G, vorzugsweise in Graetzschaltung, vorgesehen sind, wodurch der durch den Scheinwiderstand Z_c fließende Strom i_c gleichgerichtet wird.

Nach dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel werden in jedem der Stromkreise L₁— Z₁ und L₂ — Z₂ Gleichrichter G₁ bzw. G₂ vorgesehen, so daß der Belastungsstrom ebenfalls gleichgerichtet ist.

Um die abzugebende Leistung der Anordnung zu erhöhen, kann die magnetische Wirkung der durch die Scheinwiderstände Z₁ und Z₂ fließenden Ströme ausgenutzt werden; dies erfolgt durch eine in Fig. 7 gezeigte Anordnung. Die Scheinwiderstände Z₁ und Z₂ werden durch die Erregerwicklungen einer magnet tischen Steuervorrichtung T gebildet, z. B. einer Gleichstrommaschine oder eines Magnetkörpers.

Bei der Anordnung nach Fig. 7 kann man einen Magnetverstärker mit parallel angeordneten Leistungswicklungen verwenden, so daß man ein großes Stabilisierungsgebiet erhält. Das Schaltschema einer solchen Anordnung ist aus Fig. 8 zu ersehen. Die beiden Scheinwiderstände Z₁ und Z₂ werden durch Vormagnetisierungswicklungen eines Magnetverstärkers gebildet, der zwei Leistungswicklungen Z_tl und Z_i2 aufweist, die parallel geschaltet sind und durch die veränderliche Wechselspannung U gespeist werden. Sind die Wicklungen Z₁ und Z₂ stromlos, so ist der den Belastungsscheimviderstand Z_c durchfließende Strom ?"(. praktisch bis zu einem Wert U_t0 (Fig. 9) gleich Null, der der Sättigungsspannung der Kerne der Wicklungen Z_tl und Z_f2 entspricht. Jenseits dieses Wertes steigt die Stromstärke i_c linear mit der Spannung an, wie in Fig. 9 gezeigt. Für einem konstanten Vormagnetisierungsstrom ergeben sich die in Fig. 9 dargestellten horizontalen Geraden. Die Vormagnetisierungskonstante K ergibt sich durch die Differenz (AT₁ — AT₂ = K) der Amperewindungen AT₁ und AT.-, der Vormagnetisierungswicklungen Z₁ und Z₂. Auf diese Weise erhält man ein weites Stabilisierungsgebiet, z. B. zwischen den Punkten A und B.

Die bisher beschriebenen Anordnungen sind frequenzabhängig. Die folgenden Anordnungen sind frequenzunabhängig. Sie besitzen zwei parallele Speisekreise, deren Spannung proportional der veränderlichen Eingangsspannung ist. Der eine Kreis weist einen induktiven Widerstand mit gesättigtem Kern auf, der in Reihe mit einem Scheinwiderstand liegt. Der andere entgegenwirkende Kreis besitzt einen Scheinwiderstand, dessen Kennlinienneigung bei angelegter Spannung mit der Frequenz sich ändert, wobei die Wirkungen der die besagten Scheinwiderstände durchlaufenden Ströme der zwei Kreise einander entgegengerichtet sind.

Die Anordnung nach Fig. 10 ist analog derjenigen nach Fig·. 3. Sie unterscheidet sich lediglich dadurch, daß der Kern des induktiven Widerstandes L₁ nicht gesättigt ist. Beide Kreise werden durch eine veränderliche Eingangsspannung U gespeist. Der eine Kreis besitzt einen induktiven Widerstand L₂ mit gesättigtem Kern und einen in Reihe liegenden Scheinwiderstand Z₂. Der andere Kreis besteht aus einem gewöhnlichen induktiven Widerstand L₁ und einem in R-eihe liegenden Scheinwiderstand Z₁. Die Wirkungen (in diesem Fall die Spannungen an den Klemmen von Z₁ und Z₂) der durch die Scheinwiderstände Z₁ und Z₂ fließenden Ströme sind enfgegengeriehtet. Z_c ist der Belastangsscheinwiderstand.

Diese Anordnung" wird durch das Diagramm in Fig. 11 erläutert.

Die Gerade Oi₁ stellt die Kennlinie des Stromkreises mit der ungesättigten Selbstinduktion dar. Ist U₂₀ die Sättigungsspannung des gesättigten induktiven Widerstandes L₂ und U _2Oi₂ die Stromkennlinie im zweiten Kreis, so wird der im Belastungsscheinwiderstand fließende Strom für eine Speisespannung über U₂₀ konstant bleiben, wenn die Neigungen der beiden Kennlinien gleich sind. Bei dieser Anordnung bleibt der Strom trotz sich ändernder Frequenz praktisch konstant. Für eine höhere Frequenz steigt die S ättigungsspannung des induktiven Widerstandes L₂

ίο proportional zur Frequenz auf den Wert U₂₀' an. Die Kennlinie U₂₀'i₂ verschiebt sich parallel zu U₂₀I₂. Zugleich erhöht sich der Scheinwiderstand des Kreises mit dem nicht gesättigten induktiven Widerstand derart, daß sich die Stromkennlinie Oi' ergibt, wodurch sich für die Speisespannung JJ₂₀' der gleiche Strom durch den Belastungsscheinwiderstand ergibt wie vorher. Sinkt die Frequenz ab, so ergeben sich die Kennlinien U₂₀"i₂" und Oi₁", wobei der Belastungsstrom auch für die Spannung U₂₀" der gleiche bleibt.

Die Änderung der Steigung der Kennlinie Oi₁ durch die Frequenz ist auch möglich, wenn man den ungesättigten induktiven Widerstand L₁ durch einen Parallelkondensator zu dem Scheinwiderstand Z₁ ersetzt.
Beiden Fällen ist gemein, daß der Kreis, welcher den induktiven Widerstand L₁ oder den kapazitiven

Widerstand enthält, ein entgegenwirkender Kreis mit einem Scheinwiderstand Z₁ ist, wobei die Steigung der Kennlinie entsprechend der Frequenz sich ändert.

Auch wenn sich die Steigung der einen Stromkennlinie mit der Frequenz ändert, ist der durch den Belastungsscheinwiderstand fließende Strom nicht ganz unabhängig von der Eingangsspanflung mit einer von der normalen abweichenden Frequenz, jedoch ist der bei geringen Frequenzschwankungen auftretende Fehler unerheblich.

Für diese Anordnung kann ein Magnetverstärker mit in Reihe angeordneten Leistungswickluingen verwendet werden um einen breiten Regelbereich und einen höheren Ausgangsstrom durch die in den beiden Vormagnetisierungskreisen fließenden Ströme zu erhalten.

Fig. 12 zeigt das Schaltschema einer solchen Anordnung.

Z_t und Z/ bilden die Leistungswicklungen des Magnetverstärkers; Z₁ and Z₂ die Vormagnetisierungswicklungen, die durch die Kreise gespeist werden, die den nicht gesättigten induktiven Widerstand L₁ und den gesättigten induktiven Widerstand L₂ enthalten. Der Fluß van Z₁ and Z₂ ist entgegengesetzt. Der Scheinwiderstand der Vormagnetisierungskreise muß mit den Werten der induktives Widerstände L₁ und L₂ abgestimmt werden, was mit Hilfe der ohmschen Widerstände R_x und R₂ geschieht. Diese Widerstände R₁ und Rg könnten auch parallel zu den Vormagnetisierungswicklangen Z₁ und Z₂ gelegt werden. In beiden Fällen wird der in Reihe mit den induktiven Widerständen L₁ bzw. L₂ liegende Scheinwiderstand durch d'ie Vormagweti-siertingswTCkhmgZj bzw. Z₂ und durch den ohmschen Widerstand R₁ bzw. R₂ gebildet.

Nach Fig. 12 sind die Leistungswicklungen Z_t, Z/ des Magnetverstärkers· in Reihe geschaltet und werden durch die veränderliche Eingangsspannung U gespeist. Diese Wicklungen könnten natürlich auch parallel geschaltet sein.

Bei allen beschriebenen Anordnungen werden die KreiseL₁Z₁ and L₂Z₂ gerneinsam durch die Spannung U gespeist. Es könnte in bestimmten Fällen von Vorteil sein, daß die zwei Kreise durch verschiedene, zu U proportionale Spannung«! gespeist würden,

wobei die Verhältniszahl der an die beiden Kreise angelegten, auf die Spannung U bezogenen Spannungen verschieden sein könnte. Natürlich könnte sie für einen von beiden gleich Eins sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Steuerungsanordnung, bei welcher der Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung nach Wahl ansteigt, konstant bleibt oder absinkt, wenn die Eingangsspannung über einen bestimmten Wert ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kreise vorgesehen sind, die parallel durch eine Spannung gespeist werden, die der veränderlichen Eingangsspannung proportional ist, und von denen wenigstens einer einen induktiven Widerstand mit gesättigtem Kern und einen dazu in Reihe geschalteten Scheinwiderstand besitzt, während der andere Kreis einen gewöhnlichen induktiven Widerstand und einen dazu in Reihe ao liegenden Scheinwiderstand (oder einen Kondensator und einen dazu parallel liegenden Scheinwiderstand) aufweist, und daß die durch die Strom- und Spannungscharakteristiken der beiden parallel liegenden Kreise festgelegten Teilströme in den genannten Scheinwiderständen elektrische oder magnetische Größen erzeugen, die sich im Ausgangskreis zwecks Differenzbildung entgegenwirken.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Kreis ebenfalls einen induktiven Widerstand mit gesättigtem Kern und in Reihe dazu einen Scheinwiderstand besitzt, wobei die Sättigungsspannungen der induktiven Widerstände in den beiden Kreisen voneinander verschieden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kreis einen solchen Scheinwiderstand besitzt, daß sich die Neigung der Kennlinie mit der Frequenz ändert.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen an den Klemmen der Scheinwiderstände einander entgegenwirken.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstände durch Wicklungen gebildet sind, die derart angeordnet sind, daß aus den in ihnen erzeugten magnetischen Feldern ein Differenzfeld gebildet wird.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangsseite Wechsel- oder mit Hilfe einer Gleichrichteranordnung Gleichstrom abgenommen werden kann.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstände durch die Erregerwicklungen einer magnetischen Steuervorrichtung gebildet sind.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstände von den Erregerwicklungen einer magnetischen Steuervorrichtung und durch einen Abgleichwiderstand gebildet sind.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheihwiderstände durch die Vormagnetisierungswicklungen eines Magnetverstärkers mit parallel angeordneten Leistungswicklungen gebildet werden, dessen Arbeitswicklungen durch die veränderliche Eingangsspannung gespeist werden.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3, 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwiderstände durch die Vormagnetisierungswicklungen eines Magnetverstärkers und durch einen Abgleichwiderstand gebildet sind, wobei die Leistungswicklungen des Magnetverstärkers hintereinander oder parallel geschaltet sind und durch die veränderliche Eingangsspannung gespeist werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen