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Spannungszeitflächengesteuerter magnetischer Verstärker Die Erfindung
bezieht sich auf einen spannungszeitflächengesteuerten magnetischen Verstärker.
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Derartige magnetische Verstärker, die auch als flußgesteuerte magnetische
Verstärker, Rücklauf-Magnetverstärker oder Ramey-Verstärker bezeichnet werden, zeichnen
sich durch hohe Verstellgeschwindigkeit aus. Zur Steuerung dieser Verstärker ist
es bekannt, veränderliche Gleichspannungen, einstellbare Widerstände, Röhren bzw.
Transistoren in den Rückstellkreis zu schalten. Bei diesen Steuerungsarten erfolgt
durch den Spannungsabfall in der Gegenspannung bzw. der Impedanz eine Minderung
der rückstellenden Spannung, also der Spannungszeitfläche an den Drosseln, und damit
eine Änderung der Ausgangsspannung des magnetischen Verstärkers. Die Dimensionierung
der Schaltelemente (Röhre, Transistor od. dgl.) ist dabei abhängig von der im Steuerelement
auftretenden Verlustleistung.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, um die mit einem gegebenen Schaltelemente
(z. B. Röhre oder Transistor) steuerbare Leistung im Verhältnis von zulässiger Schaltleistung
(Maximalspannung - Maximalstrom) zu zulässiger Verlustleistung des Schaltelementes
zu vergrößern. Dieses Verhältnis ist bei Transistoren größer als 10. Bei einem spannungszeitflächengesteuerten
magnetischen Verstärker wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Rückstellkreis
über Schaltglieder Ausschnitte der ihn speisenden Spannung erhält. An die Stelle
von Gegenspannung bzw. Impedanz tritt also ein Schaltelement, dessen Schließ- und
Öffnungszeitpunkte bestimmen, wie groß die rückstellende Spannungszeitfläche ist.
Die Dimensionierung des Schaltelementes (z. B. Kontakt, Röhre oder Transistor) ist
dabei nur abhängig von den Maximalwerten von Strom und Spannung im Rückstellkreis.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen das Prinzip der Erfindung. 1 bezeichnet eine
Wechselspannungsquelle, 4 den Belastungswiderstand, 2 den Leistungsgleichrichter
und 5 eine Sättigungsdrosselspule mit hoher Remanenz. Wenn der Schalter 6 immer
offen ist, bleibt die Sättigungsdrosselspule immer gesättigt, und es fließt der
maximale Belastungsstrom, der sich aus Spannung, Widerstand und Restinduktivität
in der Sättigung ergibt. Der Gleichrichter 2 verhindert eine Abmagnetisierung, und
am Widerstand 4 liegt die ganze positive Halbwelle. In der negativen Halbwelle erfolgt
eine Abmagnetisierung über den Gleichrichter 3 nur, wenn der Schalter 6 geschlossen
wird. Dieser Vorgang wird Rückstellung genannt.
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Fig. 2 zeigt den Verlauf der Spannung U und des Stromes J als Funktion
der Zeit t. Am Widerstand 4 liegt zunächst die gesamte positive Spannungshalbwelle,
so daß ein Strom fließt von t1 bis t2. Darauf sperrt der Gleichrichter 2. Wenn der
Schalter 6 nun von t3 bis t4 geschlossen ist, fließt über den Gleichrichter 3 Strom
im umgekehrten Sinne durch die Sättigungsdrosselspule, und deren Magnetisierung
wird um die schraffierte Spannungszeitfläche rückgestellt. In der darauffolgenden
positiven Halbwelle kann dann von t5 bis t. nur ein kleiner Leerlaufstrom fließen,
bis die Sättigungsdrosselspule wiederum gesättigt ist. Von t6 bis tr wird der Strom
nur noch vom Widerstand 4 begrenzt. Die schraffierte Fläche in dieser positiven
Halbwelle ist gleich der in der negativen Halbwelle, so daß die Gleichspannung am
Belastungswiderstand 4 von Null bis zum Maximum durch Veränderung der Schließdauer
des Schalters 6 stetig verstellt werden kann. Wenn der Schalter 6 dauernd geschlossen
ist, fließt nur derkleineLeerlauf-Wechselstrom.
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Entsprechende Schaltungen sind auch für höhere Pulszahl und mit getrennten
Steuerwicklungen möglich.
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Fig. 3 zeigt eine einphasige Einwegschaltung ohne getrennte Steuerwicklung
mit Transistor als Schalter als einfachstes praktisches Beispiel. Die Einspeisung
erfolgt über den Transformator 11. Den Lastkreis bilden Sättigungsdrosselspule 12,
Belastungswiderstand 13 und Leistungsgleichrichter 14. An Stelle der Hintereinanderschaltung
von Schalter 6 und Ventil 3 in Fig. 1 tritt der Transistor 15 (Haupt-Transistor).
Dieser wird gesteuert vom Transistor 16 (Vor-Transistor). Die Transistoren sind
über den Spannungsteiler aus den Widerständen 17 und 18 so stark rückgekoppelt,
daß sie zusammen Kippverhalten besitzen. Eine kleine Änderung der Spannung zwischen
den Punkten 19 und 20 bewirkt ein plötzliches Öffnen oder Schließen des Transistors
15 ohne Zwischenzustände. Im gezeigten Beispiel erhält der Punkt 20 eine Spannung,
die
sich zusammensetzt aus einer durch Zwischenschaltung des Gleichrichters 26 erzeugten
Halbwellenspannung zwischen den Punkten 19 und 21 (wellige Zusatzspannung am Widerstand
23) und der eigentlichen Steuerspannung, die zwischen die Punkte 20 und 22 geschaltet
wird und die im Steuerbereich des Transistors der Zusatzspannung entgegengerichtet
ist. In erster Näherung wird der Transistor 15 geschlossen sein, solange das Potential
des Punktes 20 positiv gegen Null ist, solange also die Zusatzspannung zwichen den
Punkten 19 und 21 momentan größer ist als die Steuerspannung zwischen 20 und 22.
Der Transistor 16 erhält seinen Arbeitsstrom aus der Spannungsquelle 25 über den
Widerstand 24.
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Fig. 4 zeigt, wie sich durch im Beispiel stufenweise vorgenommene
Veränderung der Steuerspannung zwischen 20 und 22 die Schaltdauer einstellen läßt.
Wie oben gezeigt, wird damit die Spannung am Widerstand 13 gesteuert. In Fig. 4
a sind über der Zeit t als Abszisse die Zusatzspannung Ula, U21 zwischen den Punkten
19 und 21 und die stufenweise veränderte Steuerspannung Uta, U22 zwischen den Punkten
20 und 22 aufgetragen. Fig.4b zeigt die dadurch entstehende Schaltwirkung des Transistors.
Verläuft die Kurve auf der Abszisse, so ist der Transistor geöffnet und damit der
Rückstellkreis unterbrochen; verläuft die Kurve oberhalb der Abszisse, so ist der
Transistor als geschlossen zu betrachten, und der Rückstellkreis kann einen Strom
führen. Bei mehrphasiger Schaltung muß die Pulszahl der welligen Zusatzspannung
entsprechend höher sein. Man kommt jedoch mit nur einem Schaltglied aus.
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An Stelle von Transistoren können, wie schon bemerkt, auch andere
Schaltglieder verwendet werden. Besonders bei großen Ausgangsleistungen ist es vorteilhaft,
eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre als Schaltglied zu verwenden, dessen Zündpunkt
zwischen t2 und ts veränderbar sein muß. In diesem Falle muß eine mehrphasige Schaltung
aus zweiphasigen Einheiten zusammengesetzt werden, weil die gittergesteuerte Gasentladungsröhre
bei positiver Anodenspannung nur gezündet, nicht aber gelöscht werden kann. Zum
Zweck der Rückkopplung kann man die Größe der welligen Zusatzspannung vom Leistungskreis
des magnetischen Verstärkers beeinflussen lassen. Der magnetische Verstärker kann
auch dadurch gesteuert werden, daß man, anstatt die Steuerspannung U2., U22 zu verändern,
die Phasenlage der welligen Zusatzspannung verstellt.
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Auf Grund der Erfindung erhält man einen hochverstärkenden schnellen
Leistungsverstärker mit linearer Kennlinie, der sich gut in Regelkreisen verwenden
läßt. Sein dynamischer Gütefaktor kommt dem eines gittergesteuerten Stromrichters
im Gleichrichterbetrieb gleich.