DE1042652B - Als Relais arbeitender magnetischer Verstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf als Relais arbeitende magnetische Verstärker, die zum Steuern und Speichern, insbesondere bei der automatischen TeIephonie und Fernsteuerung, verwendet werden.

Es sind bereits als Relais arbeitende magnetische Verstärker mi,t zwei sättigbaren magnetischen Kreisen, die mehrere mit diesen gekoppelte Spulen enthalten, um die Sättigung dieser Kreise zu erreichen, und die mit Gleichrichtern kombiniert sind, um einen gleichgerichteten Ausgangsstrom zu erhalten, bekannt. Durch diese Einrichtung kann man bei einer geringen Änderung des Steuergleichstromes· einen gleichgerichteten Ausgangsstrom erhalten, der zwei definierte Werte einnimmt, einmal praktisch Null und das andere Mal einen praktisch konstanten Wert.

Die Erfindung hat die Ausführung eines als Relais arbeitenden magnetischen Verstärkers zum Gegenstand, der zum gleichen Ergebnis führt, jedoch nur einen einzigen magnetischen Kreis enthält.

Dieser Verstärker besitzt einen sättigbaren magnetischen Kern, der eine Arbeitswicklung und mindestens eine S teuer wicklung trägt, und es sind im Arbeitskreis aufeinanderfolgend eine Wechselstromquelle, ein erster in Serie mit dieser Stromquelle liegender Kreisteil, der die Arbeitswicklung und einen in Serie zu ihr liegender Gleichrichter umfaßt, ein einen Kondensator und eine Induktivität enthaltendes Filter und eine an den Klemmen des Filters liegende Belastung geschaltet.

Die Erfindung besteht darin, daß ein zweiter Kreisteil, der die Serienschaltung eines Widerstandes und eines zweiten Gleichrichters enthält, parallel zum ersten, die Arbeitswicklung und den ersten Gleichrichter enthaltenden Kreisteil und ein dritter Gleichrichter in Serie in den Belastungskreis derart geschaltet sind, daß der zweite Gleichrichter zum ersten Gleichrichter entgegengesetzt gerichtet ist und der dritte Gleichrichter dieselbe Richtung wie der erste Gleichrichter besitzt.

Die auf diese Weise erzielte Wirkung ist an Hand der Zeichnung erklärt.

Fig. 1 gibt das Schema eines Verstärkers gemäß der Erfindung wieder, der außer den oben aufgeführten Merkmalen noch zusätzliche Merkmale aufweist, die weiter unten angegeben sind;

Fig. 2 und 4 sind aus dem vollständigen Schema der Fig. 1 herausgezogene Teilschemata, die dem besseren Verständnis der Wirkungsweise des Verstärkers gemäß Fig. 1 dienen sollen und aus denen andere Ausführungsmöglichkeiten des Verstärkers gemäß der Erfindung ersichtlich sind;

Fig. 3, 5, 6 und 7 sind, wie aus dem Folgenden näher hervorgeht, auf die Fig. 1, 2 und 4 Bezug nehmende Wirkungskennlinien des Verstärkers.

Als Relais arbeitender
magnetischer Verstärker

Anmelder:

Compagnie Industrielle des Telephones
Soc. An._r Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,
Berlin-Zehlendorf West, Goethestr. 30

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 27. Mai 1955

Claude Monin, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

In Fig. 1 sind Spulen \, 2, 3 und 4 in ein und denselben sättigbaren magnetischen Kreis eingefügt, der eine rechteckige Hysteresisschleife besitzt. Eine Leitung, die den Gleichrichter 6 und den Widerstand 5 enthält, liegt parallel dem Teil des Speisestromkreises des Verstärkers, der den Gleichrichter 7 und die Wicklung 1 einschließt, wobei die Gleichrichter 6 und 7 einander entgegengesetzt geschaltet sind. Der Speisestromkreis des Verstärkers wird mit Wechselstrom aus der Quelle 14 gespeist, er enthält die zweite Induktanz 9., den dritten Gleichrichter 11, der in derselben Richtung wie der erste, 7, geschaltet ist, und den Belastungswiderstand 12. Ein Kondensator 8 ist dem Teil des Speisestromkreises parallel geschaltet, der die zweite Induktanz 9., den dritten Gleichrichter

11 und den Belastungswiderstand 12 enthält. Die Rückkopplungsspule 2 ist mit den Elementen 11 und

12 in Reihe geschaltet. Diesem Belastungsstromkreis liegt ein Gleichrichter 10 in Reihe mit einer Gleichstromquelle 13 von konstanter elektromotorischer Kraft E und geringer innerer Impedanz parallel.

Schließlich sind in Fig. 1 auch zwei Steuerwicklungen 3 und 4 dargestellt, die von Gleichstromquellen 15 bzw. 16 gespeist werden. Die Zahl dieser Wicklungen kann beliebig sein und wird nur durch die Unterbringungsmöglichkeiten um den magnetischen Kreis begrenzt. Wie dem auch sei, immer ist es jedenfalls die algebraische Summe N_CI_C der von den Steuerwicklungen erzeugten Amperewindungen, die bei dem Arbeiten des Verstärkers zur Auswirkung kommt, so daß im folgenden, um die Betrachtung zu

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vereinfachen, von der Unterstellung ausgegangen werden kann, daß nur eine einzige Steuerwicklung vorgesehen ist. Die Aufeinanderfolge der Elemente 11, 2 und 12 kann von der dargestellten verschieden sein.

Die Wicklung 3 oder 4 kann aus einer Gleichstromquelle, wie 15 oder 16, gespeist werden, deren konstante elektromotorische Kraft einen gleichbleibenden Strom an die zugehörige Wicklung abgibt, die in diesem Falle Vormagnetisierungswicklung genannt wird. Sie kann aber auch aus· einer in bezug auf Stärke und Vorzeichen veränderlichen Stromquelle gespeist werden, die insbesondere aus einer Wicklung besteht, die in Reihe mit dem Belastungswiderstand eines magnetischen Verstärkers geschaltet ist, der mit dem in Fig. 1 dargestellten identisch ist.

Das Schema der Fig. 2 ist ein Auszug aus dem Schema der Fig. 1. Wenn man einerseits die Klemmen α und c, andererseits die Klemmen d und f miteinander verbindet, so erhält man das klassische Schema eines vereinfachten magnetischen Verstärkers mit Selbsterregung. Die Kurve des den Widerstand 12 durchfließenden Ausgangsgleichstromes /_s ist als Funktion der Amperewindungen N₀I₀ der Spule 3 in Fig. 3 gestrichelt dargestellt (Kurve 20). Verbindet man dagegen einerseits die Klemmen α und b, andererseits die Klemmen d und e miteinander, so erhält man eine klassische Schaltung eines Wechiselstromgleichrichters, der an den Widerstand 12 einen Ausgangsstrom liefert, der von N₀I₀ unabhängig und durch eine in Fig. 3 strichpunktierte Gerade dargestellt ist (Kurve 21).

Wenn man jetzt einerseits die Klemme α, b und c, andererseits die Klemmen d, e und / miteinander verbindet, dann ist die charakteristische Kurve der Schaltung die Resultierende der Kurven 20 und 21, die von der Kurve 22 dargestellt wird, und die sich durch Verschieben der Kurve 20 parallel zur Ordinatenachse ergibt und die Abszissenachse im Punkt B₁ schneidet. Die Größe dieser Verschiebung hängt vom Wert des Widerstandes 5 ab. Die Kurve 22 setzt sich aus den vier Teilen zusammen, die mit den Bezugszeichen 22a, 22&, 22c und 22d bezeichnet sind. Der Punkt A₂, der den Teil 22 c von dem Teil 22 d trennt, wird weiter unten erwähnt.

Das Schema der Fig. 4 entspricht dem der Fig. 2, das durch die Elemente 10,11 und 13 der Fig. 1 vervollständigt ist. Der Gleichrichter 11 ist in derselben Richtung wie der Gleichrichter 7 geschaltet, so daß der Ausgangsgleichstrom den Widerstand 12 nicht durchfließen kann, wenn das Potential des Punktes g niedriger ist als das des· Punktes h. Ist das Potential des Punktes g höher als das des Punktes h, so durchfließt der Ausgangsstrom den Widerstand 12 vom Wert R, aber der Gleichrichter 10 und die Stromquelle 13 mit der konstanten elektromotorischen Gleichspannung E, die mit ihrer positiven Klemme am Gleichrichter 10 liegt, begrenzen den durch den Widerstand 12 hindurchgehenden. Strom auf den Höchst-

wert I= —. ,

R

Aus der in Fig. 5 dargestellten Kennlinie 22 wird dann die Kurve 23, die links vom Punkt B₁ mit der Abszissenachse (/_s=0), und rechts vom Punkt^4₂, der den Ordinatenwert / hat, mit der Geraden I₈ = I zu sammenfällt. Diese Kurve 23 setzt sich aus den drei mit den Bezugszeichen 23 α, 23 b und 23 c bezeichneten Teilen zusammen. Die Teile 23 & und 22 c decken sich.

Man sieht, daß, wenn die Einrichtung gemäß der oben angegebenen Kennzeichnung der Erfindung die Stromquelle 13 und den Gleichrichter 10 nicht einschließt, die Kennlinie sich aus den Teilen 23 α, 23 & und 22 d zusammensetzt. Es seien (N_cI₀)_Rl und (N₀I₀)_Tl die Steueramperewindungszahlen, die den PunktenZJ₁ bzw. A₂ entsprechen. Für N₀I₀ < (N₀I₀) _Rl liegt der Wert des Stroms annähernd bei Null, während er für N₀I₀ > (N₀I_c)_Tl einen Wert hat, der verschieden von Null ist und sich verhältnismäßig wenig ändert.

Wendet man sich jetzt wieder dem vollständigen Schaltschema der Fig. 1 zu, bei welchem die Rückkopplungsspule 2 als mit dem Belastungswiderstand 12 in Reihe liegend eingeführt ist, so ist der Ausgangsstrom I₈ für den Fall, daß N₀I₀ = O ist, wie aus Fig. 6 hervorgeht, durch den Schnittpunkt^ der Kurve23 mit der Rückkopplungsgeraden D gegeben. Die Neigung der Geraden D ist durch das Verhältnis der Zahl der Windungen der Rückkopplungsspule 2 zu der Zahl der Windungen der Steuerspule 3 bestimmt. Der charakteristische Arbeitspunkt ist, wenn N₀I₀ vom Koordinatennullpunkt abweicht, durch den Schnittpunkt der Kurve 23 mit einer Geraden gegeben, die man durch Parallelverschieben der Geraden D bis zu einem Schnittpunkt mit der Abszisse erhält, dessen Wert gleich N₀I₀ ist. Man ersieht hieraus, daß die Kurve 23 die Gerade D₁ entsprechend N₀I₀= (N₀I₀)_T2 in B₁ und A₁, die Gerade D₂ entsprechend N₀I₀ = (N_cI₀)_R2 in B₂ und A₂ schneidet und daß es für N_cI_c<i (N₀I₀) _Rz nur einen einzigen möglichen Schnittpunkt, beispielsweise B₃, gibt. Befindet sich die Gerade!? zwischen den GeradenD₁ und D₂, so gibt es drei mögliche Schnittpunkte, aber der mittlere Punkt entspricht einem unstabilen Gleichgewichtszustand des Systems.

Die aus Fig. 7 sich ergebende Kurve ist die eigentliche charakteristische Kurve des erfindungsgemäßen Verstärkers, die somit

1. für eine Amperewindungszahl der Steuerung vom Wert N₀1₀ <C (N₀1₀) _{R 2} einen Ausgangsstrom gleich Null.

2. für N_OI_C> (Ν₀Ι₀)ψ₂ einen konstanten Ausgangsstrom vom Wert I und

3. für (N₀I₀)_R2<N_CI_O< (N₀I₀)T₂ entweder einen Strom gleich Null oder einen konstanten Strom von der Stärke! liefert, je nachdem, ob N₀I₀ seinen Wert durch Zu- oder Abnehmen erreicht hat.

Der Punkt B₁, der dem Wert (N_CI_C)_T<> entspricht, und der Punkt B₂, entsprechend (N₀I₀)_R2, werden Schaltpunkt oder Arbeitspunkt bzw. Rückfall- oder Ruhepunkt genannt.

Wenn der magnetische Verstärker die Rückkopplungswicklung 2, nicht aber die Gleichstromquelle 13 und den Gleichrichter 10 enthält, so muß der gerade obere, über die Punkte A₂, A₁ und A laufende Teil der Kurve 23 in Fig. 6 durch den krummen Teil 22 d der Kurve 22 in Fig. 5 ersetzt werden, wobei die obere waagerechte Gerade in Fig. 7 durch einen ähnlichen krummen Teil entsprechend ersetzt wird.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Als Relais arbeitender magnetischer Verstärker mit einem sättigbaren magnetischen Kern, der eine Arbeitswicklung und mindestens eine Steuerwicklung trägt, und bei dem im Arbeitskreis aufeinanderfolgend eine Wechselstromquelle, ein erster in Serie mit dieser Stromquelle liegender Kreisteil, der die Arbeitswicklung und einen in Serie liegenden Gleichrichter umfaßt, ein einen Kondensator und eine Induktivität enthaltendes Filter und eine an den Klemmen des Filters lie-

gende Belastung geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kreisteil, der die Serienschaltung eines Widerstandes (5) und eines zweiten Gleichrichters (6) enthält, parallel zum ersten, die Arbeitswicklung (1) und den ersten Gleichrichter (7) enthaltenden Kreisteil und ein dritter Gleichrichter (11) in Serie in den Belastungskreis derart geschaltet sind, daß der zweite Gleichrichter (6) zum ersten (7) entgegengesetzt gerichtet ist und der dritte Gleichrichter (11) dieselbe Richtung wie der erste Gleichrichter (7) besitzt.

2. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindung, die eine Gleichstromquelle (13) und einen vierten Gleichrichter (10) enthält parallel zu dem den dritten Gleichrichter (11) und den Belastungswiderstand (12) enthaltenden Teil des Speisestromkreises, wobei der vierte Gleichrichter in der gleichen Richtung wie der dritte geschaltet ist.

3. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den dritten Gleichrichter (11) und den Belastungswiderstand (12) enthaltende Teil des Speisestromkreises über eine um den magnetischen Kreis aufgewickelte Spule (2) verläuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
The Proc. of the Inst, of El. Eng., Okt. 1950, H. 59,

insbesondere S. 633, Fig. 11 (b), Kurvelf;

Storm, Magnetic Amplifiers, New York und

London, 1955, S. 308, Fig. 18.7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

8Ö9 677/232 W. 5«