DE1056711B - Aus Drosseln mit Rueckstellkreis fuer eine steuernde Spannungszeitflaeche gebildeterMagnetverstaerker - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 21 c 67/70

INTERNATIONALE KL.

H-02j^G05f

ANMELDETAG:

B 27697 Vinb/21 c

30. september 1953

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER

6. mai 19 5 9

Bei aus Drosseln mit Rückstellkreis für eine steuernde Spannungszeitfläche gebildeten Magnetverstärkern, sogenannten Rücklauf- bzw. selbstentsättigenden Magnerverstärkern, ist eine Aufteilung der beiden Halbperioden der speisenden Wechselspannung in eine Steuer- und Arbeitshalbperiode notwendig. Es sind bereits Schaltungen derartiger Magnetverstärker bekannt, bei denen je Phase eine Drossel vorgesehen ist, die sowohl im Arbeits- als auch im Steuerkreis die speisende Wechselspannung enthält und die jeweils in einer, der Steuerhalbperiode durch eine Spannungszeitfläche des magnetischen Flusses um einen steuerbaren Betrag entmagnetisiert wird. In der folgenden, der Arbeitshalbperiode muß dann zuerst die gleiche Spannungszeitfläche des magnetischen Flusses zur Wiedermagnetisierung der Drossel aufgewendet werden, ehe sie gesättigt ist und die Speisespannung ganz an der Last wirksam werden kann. Die Folge davon ist, daß ein steuerbarer Laststrom nur während einer, der Arbeitshalbperiode auftritt.

Es sind Magnetverstärkerschaltungen bekanntgeworden, bei denen ein Drosselpaar über vorgeschaltete Ventile von einem Wechselstromnetz gespeist wird und bei denen die durch die Ventile erhaltene Selbstsättigung dadurch verringert werden kann, daß den Ventilen veränderliche Widerstände parallel geschaltet werden. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß im Steuerkreis nur Widerstände und keine Steuerspannungen verwendet werden können, da die Auf- und Entmagnetisierung des Kernes in jeder Periode von der gleichen Wechselspannung bewirkt wird. In anderen bekannten Schaltungen wird die Auf- und Entmagnetisierung von verschiedenen Stromquellen in getrennten Wicklungen vorgenommen. Sie benötigen einen großen Aufwand besonders an Hilfsventilen und sind außerdem nicht unmittelbar auf mehrphasigen Betrieb anwendbar.

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus Drosseln mit Rückstellkreis für eine steuernde Spannungszeitfläche gebildeten Magnetverstärker mit zwei über Ventilstreclien antiparallel geschalteten und auf eine gemeinsame Bürde arbeitenden Drosseln, bei dem ein Laststrom während beider Halbwellen der speisenden Wechselspannung auftritt und wobei erfindungsgemäß die Drosseln von einem gemeinsamen Steuerorgan unter ventilbedingter Entkopplung von Steuer- und Arbeitskreis gesteuert sind.

Bei einer mehrphasigen Drossel-Ventil-Anordnung sind für alle Phasen ein gemeinsames Steuerorgan und zwei von diesem überbrückte, in dem gemeinsamen Zweig der Steuerkreise liegende Ventilstrecken und für jede Phase zwei Drosseln mit den übrigen zugehörigen Ventilstrecken vorgesehen. Eine Spannungsverstärkung kann durch Herabsetzung des Verhält-Aus Drosseln mit Rückstellkreis
für eine steuernde Spannungszeitfläche
gebildeter Magnetverstärker

Anmelder:
Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dr. rer. nat. Max Syrbe, Mannheim-Wallstadt,
ist als Erfinder genannt worden

nisses zwischen Steuer- und Arbeitswindungen der Drosseln erreicht werden. Weiterhin können die beiden Drosseln entweder mit je einer wechselseitig auf die andere Drosselspule wirkenden Rückkopplungsspule in Reihe liegen oder von einer gemeinsamen, mit einer Gleichrichteranordnung verbundenen Rückkopplungswicklung beeinflußt werden. Die beiden Drosseln können auch von wenigstens einem Vorverstärker gesteuert werden, für den ebenfalls zwei im Sinne der erfindungsgemäßen Drossel-Ventil-Anordnung des Endverstärkers geschaltete Drosseln dienen können. Für die Drossel wird zweckmäßig hochpermeables Material verwendet. Zur Herabsetzung der Totzeit und des Aufwandes an aktivem Material kann ferner die Arbeitsfrequenz erhöht werden.

Für das gemeinsame Steuerorgan der erfindungsgemäßen Drossel-Ventil-Anordnung kann ein veränderlicher Widerstand, ein Elektronenrohr, ein Transistor oder die Endstufe eines Transistorverstärkers, eine Fotozelle oder auch ein Halbleiter, der durch magnetische oder elektrische Felder, Licht, Wärme oder auch mechanische Kräfte in seiner Leitfähigkeit beeinflußt wird, oder eine Gleich- und bzw. oder Wechselspannungsquelle, die unmittelbar oder mit Hilfe eines einen Spannungsabfall bildenden Widerstandes die Steuerung durchführt, dienen.

Durch die erfindungsgemäße Drossel-Ventil-Schaltung des Rücklaufmagnetverstärkers, der durch die Ausnutzung der beiden Halbwellen der speisenden Wechselspannung an seinem Ausgang Wechselstrom führt, wird vor allem der Vorteil erreicht, daß nunmehr die Ausgangsspannung des Magnetverstärkers transformiert werden kann. Damit sind in ihrem. Widerstand unterschiedliche Verbraucher gleichen

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Leistungsbedarfs besser an einen bestimmten Magnetverstärker anzupassen. Gleichzeitig wird eine Verbesserung des Leistungsfalitors der aufgenommenen Leistung sowie des Wirkungsgrades erzielt, der seine Ursache in einer geringeren Beanspruchung der Axbeitsventilstrecken in Sperrichtung hat, so daß diese mit einem Bruchteil der normal benötigten Plattenzahl ausgerüstet werden können.

In der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 6 mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Die aus Abb. 1 ersichtliche Schaltanordnung eines Rücklaufmagnetverstärkers mit Wechselstromausgang enthält zwei nur je eine Wicklung aufweisende Drosseln 1, 2, einen Lastwiderstand 3, ein Steuerorgan 4 und Ventilstrecken 5 bis 10. Hierbei sind die Ventilstrecken 5 bis 10 so in die Stromkreise eingeschaltet, daß der Arbeitskreis für die Drossel 1 von dem Netzleiter R über die Drossel 1, die Ventilstrecke 5, den Lastwiderstand 3 zum Netzleiter S₁ der Arbeitskreis für die Drossel 2 vom Netzleiter R über die Drossel 2, die Ventilstrecke 6, den Lastwiderstand 3 zum Netzleiter S, der Steuerkreis für die Drossel 1 vom Netzleiter R über die Drossel 1, die Ventilstrecke 7, den Steuerwiderstand 4, die Ventilstrecke 9 zum Netzleiter 5" und der Steuerkreis für die Drossel 2 vom Netzleiter R über die Drossel 2, die Ventilstrecke 8, den Steuerwiderstand 4, die Ventilstrecke 10 zum Netzleiter vS" führt.

In der ersten Halbperiode der speisenden Wechselspannung fließt über den Arbeitskreis R, 1, 5, 3, 5 der Drossel 1 die positive Halbwelle des Arbeitsstromes. Gleichzeitig fließt in dem Steuerkreis R, 2, 8, 4, 10, 5" der am Remanenzpunkt stehenden Drossel 2 ein Entmagnetisierungsstrom. Dabei stellt sich je nach der Stellung des Steuerwiderstandes 4 die Spannungszeitfläche der Speisespannung auf den Steuerwiderstand 4 und die Drossel 2 auf. An der Ventilstrecke 9 liegt in der Sperrichtung der Spannungsabfall des Steuerwiderstandes 4.

Während der zweiten Halbperiode der Speisespannung fließt in dem Arbeitskreis R, 2, 6, 3, 6* über die in der ersten Halbperiode gesteuerte entmagnetisierte Drossel 2 die negative Halbwelle des Arbeitsstromes. In dem Steuerkreis R, 1, 7, 4, 9, der Drossel 1 fließt nun der Entmagnetisierungsstrom, der die steuernde Spannungszeitfläche an die Drossel 1 legt. Dabei befindet sich jetzt die Spannung oder der Spannungsabfall des Steuerorgans 4 in der Sperrichtung an der Ventilstrecke 10.

Aus der beschriebenen Schaltungsanordnung und deren Wirkungsweise geht hervor, daß für den Laststrom beide Halbperioden der speisenden Wechselspannung nutzbar gemacht werden. Der erfindungsgemäße Rücklaufmagnetverstärker führt demnach an seinem Ausgang einen Wechselstrom, woraus sich die eingangs erwähnten Vorteile ergeben.

Der Rücklaufmagnetverstärker mit Wechselstromausgang kann auch mehrphasig ausgeführt werden. In der Abb. 2 ist eine derartige mehrphasige Drosselventil-Anordnung dargestellt. Hierbei sind für jede Phase wiederum je zwei Drosseln mit einer Ventilgruppe vorgesehen, von denen in der Phase R die Drosseln 11, 21 und die Ventilgruppe 51, 61, 71, 81, in der Phase S die Drosseln 12, 22 und die Ventilgruppe 52, 62, 72, 82 sowie in der PhaseT die Drosseln 13,23 6; und die Ventilgruppe 53, 63, 73, 83 liegen. Für sämtliche Phasen ist ein gemeinsames Steuerorgan 4, im vorliegenden Fall ein Elektronenrohr, vorgesehen, das von den Ventilstrecken 9, 10 überbrückt wird. Die Ausgangskreise der Drossel-Ventil-Anordnung jeder

Phase sind hierbei mit einem Ausgangstransformator 30, 31, 32 verbunden, wobei die Schaltung dieses Transformators aus der Abb. 2 näher hervorgeht.

Wird der erfindungsgemäße Rücklaufmagnetverstärker für die Regelung von elektrischen, thermischen oder mechanischen Größen verwendet, dann genügt im allgemeinen eine reine Leistungsverstärkung nicht. Es ist daher in den meisten Fallen notwendig, die Leistungsverstärkung mit einer geeigneten Spannungsverstärkung zu verbinden. Eine derartige Spannungsverstärkung läßt sich durch Herabsetzen des Verhältnisses zwischen Steuer- und Arbeitswindungen erreichen, da im gleichen Verhältnis auch die Hilfswechselspannung im Steuerkreis abnimmt und damit auch das zur vollen Aussteuerung benötigte Spannungszeitintegral, d. h., es tritt die gewünschte Spannungsverstärkungauf. Schaltanordnungen von Magnetverstärkern mit einer Drossel-Ventil-Anordnung und einer Spannungsverstärkung sind in den Abb. 3, 4 und 6 dargestellt. Bei der Anordnung nach Abb. 3 sind zur Spannungsverstärkung die Drosseln 1, 2 mit Anzapfungen 14,15 versehen, die zu einer Anzapfung 16 der Sekundärwicklung 17 des Eingangstransformators 18 führen.

Der Magnetverstärker kann ferner noch eine Rückkopplungsanordnung aufweisen, die dann zur Anwendung gelangt, wenn für die Drosseln nicht magnetisch hochwertiges Material verwendet wird. Durch die Einführung einer solchen Rückkopplung, die den Remanenzpunkt scheinbar auf der Magnetisierungskennlinie in das Gebiet größerer Sättigung verlegt, kann der unerwünschte Spannungsabfall an den Drosseln bei aufgesteuertem Magnetverstärker herabgesetzt werden.

Die in Abb. 3 dargestellte Ruckkqpplungsanordnung weist zwei Rüclckopplungsspulen 19, 20 auf, die wechselweise mit den Drosseln 1, 2 in Reihe liegen, also die Rückkopplungsspule 19 mit der Drossel 2 und die Rückkopplungsspule 20 mit der Drossel 1. Die Schaltung der Ventilstrecken 5 bis 10 entspricht hierbei grundsätzlich der nach Abb. 1.

Bei der Schaltanordnung nach Abb. 4 werden die beiden Drosseln 1, 2 von einer gemeinsamen Rückkopplungswicklung 33 beeinflußt, die einerseits unmittelbar und andererseits über den Lastwiderstand 3 an eine Gleichrichteranordnung 34 in Brückenschaltung angeschlossen ist. Die Gleichrichteranordnung 34 ist an die Sekundärwicklung 35 des Ausgangstransformators 36 angeschlossen, dessen Primärwicklung 37 in dem Arbeitskreis der Drossel 1, 2 liegt. Es ist also hier so, daß der Lastwiderstand 3 transformatorisch mit den Drosseln 1, 2 gekoppelt ist, wobei durch die Zwischenschaltung des Gleichrichters 34 der Kreis des Lastwiderstandes 3 in diesem Fall Gleichstrom führt.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Drosselverstärkeranordnung mit Wechselstromausgang auch als Kaskadenverstärker ausgebildet werden. Zwei Ausführungsbeispiele eines solchen Kaskaden Verstärkers sind in den Abb. 5 und 6 dargestellt. Hierbei wird auch gleichzeitig von einer Rückkopplungsschaltung und einer Spannungsverstärkung entsprechend der Abb. 3 Gebrauch gemacht.

Bei dem Kaskadenverstärker nach Abb. 5 wird ein bekannter Vorverstärker mit Steuerspulen 26, 27 und Arbeitsspulen 28, 29 verwendet. Die Schaltung des Endverstärkers entspricht der nach Abb. 3. Nach Abb. 6 wird auch für den Vorverstärker eine erfindungsgemäße Drossel-Ventil-Anordnung, bestehend aus den Drosseln la, 2a und den Ventilen 7a bis IOa ) verwendet. Eine Spannungsverstärkung dieses Kas-

Claims (10)

kadenverstärkers wird dadurch erreicht, daß Anzapfungen 14a, 15a der Drosseln la, 2a der Vorstufe mit einer Anzapfung 16 a des Eingangstransformators und Anzapfungen 14,15 der Drosseln 1, 2 der Endstufe mit einer Anzapfung 16 des EingangstranBformato >rs 17 verbunden sind. P.A Γ K N'T AN'Sl'ROCHE:

1. Aus Drosseln mit Rückstellkreis für eine steuernde Spannungszeitfläche gebildeter Magnetverstärker mit zwei über Venitilstrecken antiparallel geschalteten und auf eine gemeinsame Bürde arbeitenden Drosseln, bei dem ein Laststrom während beider Halbwellen der speisenden Wechselspannung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln von einem gemeinsamen Steuerorgan unter ventilbedingter Entkopplung von Steuer- und Arbeitskreis gesteuert sind.

2. Magnetverstärker mit einer mehrphasigen Drosselanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Phasen ein gemeinsames Steuerorgan und zwei von diesem überbrückte, in dem gemeinsamen Zweig der Steuerkreise liegende Ventilstrecken und für jede Phase zwei Drosseln mit den übrigen zugehörigen Ventilstrecken vorgesehen sind.

3. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsverstärkung durch Herabsetzung des Verhältnisses zwischen Steuer- und Arbeitswindungen der Drosseln erreicht wird.

4. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosseln mit je einer wechselseitig auf die andere Drosselspule wirkenden Rückkopplungsspule in Reihe liegen.

5. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosseln von einer gemeinsamen, mit einer Gleichrichteranordnung verbundenen Rückkopplungswicklung beeinflußt werden.

6. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosseln von wenigstens einem Vorverstärker gesteuert werden.

7. Magnetverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vorverstärker ebenfalls zwei im Sinne der Drossel-Ventil-Anordnung des Endverstärkers geschaltete Drosseln verwendet werden.

8. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Herabsetzung der Totzeit und des Aufwandes an aktivem Material die Arbeitsfrequenz erhöht wird.

9. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Steuerorgan ein veränderlicher Widerstand, ein Elektronenrohr, ein Transistor oder die Endstufe eines Transistorverstärkers, eine Fotozelle oder auch ein Halbleiter, der durch magnetische oder elektrische Felder, Licht, Wärme oder auch mechanische Kräfte in seiner Leitfähigkeit beeinflußt wird, dient.

10. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Steuerglied eine Gleich- und bzw. oder Wechselspannungsquelle dient, die unmittelbar oder mit Hilfe eines einen Spannungsabfall bildenden Widerstandes die Steuerung durchführt.

_ In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 036 708;
Elektrotechnik, 3 (1949), S. 135 ff. (Bild 9);
Transactions AJEE (1951), S. 1214ff., 2124ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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