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Magnetverstärkeranordnung zur Steuerung des Speisestroms eines Gleichstromverbrauchers
Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetverstärkeranordnung zur Steuerung des
Speisestroms eines Gleichstromverbrauchers.
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Solche Magnetverstärker sind in Form eines Transduktors mit Selbstsättigung
bekannt, bei denen die beiden Drosseln in Reihe mit je einem Ventil in je einem
Zweig einer Gleichstrornbrückenschaltung liegen, deren andere beiden Zweige nur
je ein Ventil enthalten. Zur Steuerung solcher Selbstsättigungsschaltungen ist es
bekanntgeworden, an die ventilseitigen Klemmen der beiden Drosselwicklungen eine
äußere Gleichspannungsquelle anzulegen.
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Ferner ist es bekannt, bei einem zur Steuerung eines Wechselstromes
benutzten Transduktor mit Selbstsättigung, der in den beiden parallelen Zweigen
je eine Drossel in Reihe mit je einem Ventil enthält bei einer solchen Polung der
Ventile, daß über die eine Drosselwicklung nur die positiven und über die andere
Drosselwicklung nur die negativen Halbwellen des Wechselstromes fließen, zwischen
den ventilseitigen Drosselklemmen einen einstellbaren ohmschen Widerstand oder einen
Transistor mit seiner Emitter-Kol:lektor-Streclte einzuschalten, der durch eine
an seiner Emitter-Basis-Strecke liegende Gleichspannung gesteuert werden kann. Auf
diese letztgenannte Weise wird eine Anordnung erreicht, nach welcher mit Hilfe einer
kleinen Eingangssteuerleistung, die über den Transistor verstärkt wird, - eine entsprechende
Veränderung, des Widerstandes erfolgen kann, welcher zwischen den drosselseitigen
Klemmen der beiden Parallelzweige des Transduktors eingeschaltet ist. Es ist ferner
bekannt, außer - der Emitter-Kollektor= Strecke des Transduktörs an die ventilseitigen
Klemmen der beiden Drosseln zusätzlich eine Gleichstromquelle anzuschließen.
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Liegt eine solche eingangs zuerst erwähnte Schaltungsanordnung mit
einer Gleichrichterbrückenschaltung vor, so muß die für die Steuerung des Transduktors
erforderliche Spannung so hoch bemessen werden, wie sie sich ,aus den Transduktözdaten
und der Höhe der jeweiligen Belastung des Transduktors ergibt.
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Liegt andererseits eine solche an zweiter Stelle genannte Schaltungsanordnung
in Form eines Transduktors mit einem zwischen den ventilseitigen Drosselklemmen
eingeschalteten regelbaren Widerstand vor, so kann eine Steuerung der Drossel zunächst
nur durch eine Änderung dieses Widerstandes erfolgen. Zur Erreichung einer vollständigen
Aussteuerung muß, wenn das verwendete Kernmaterial in seiner Sättigungsinduktion
von seiner Remanenzinduktion abweicht, mittels einer besonderen an einer Steuerspannung
liegenden Steuerwicklung noch eine zusätzliche Vormagnetisierüng der Drosseleisenkerne
erfolgen. Bei der anderen bekannten Anordnung mit einem Transistor, der mit' seiner
Emitter-Kollektor-Strecke zwischen den drosselseitigen Klemmen eines Transduktors
eingeschaltet ist, gegebenenfalls in Verbindung mit einer an die gleichen Klemmen
und damit an die Ernitter-Kollektor-Stredke des Transistors angelegten Gleichspannungsquelle,
kann am Ausgang der Anordnung nur eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom entnommen
werden.
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Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Kombination für einen
Magnetverstärker zur Steuerung des Speisestromes eines Gleichstromverbrauchers,
welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einem Transduktor mit
Selbstsättigung in Gleichstrombrückenschaltung, in welcher die beiden Drosselarbeitswicklungen
einem Wechselstromanschluß benachbart liegen, eine mittels einer Steuerspannung
steuerbare Halbleiteranordnung mit p-n-Übergängen mit ihrer gesteuerten Durchlaßstrecke
an von dem ge= nannten Wechselstromanschluß gleich weit entfernten Punkten der Drosselwicklungen
angeschlossen ist. Gegebenenfalls kann zuätzlich an die genannten Anschlüsse noch
eine Gleichspannung angelegt sein. Als steuerbare Halbleiteranordnung kommen vorzugsweise
Halbleiteranordnungen nach Art von Transistoren in Betracht, wobei dann ein solcher
Transistor mit seiner Emitter-Kolfektor-Strecke an die entsprechenden Punkte der
Drosselwicklungen angeschlossen ist. Der. Anschluß an den Drosselwicklungen kann
dabei im Rahmen der Erfindung an den
ventilseitigen Anschlußklemmen
der Drosselwicklungen stattfinden oder derart, daß zwischen dem gemeinsamen wechselstromseitigen
Anschluß und den Ansehlußpunkten der gesteuerten Durchlaßstrecke der Halbleiteranordnung
bzw. der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors nur eine bestimmte vorgegebene
anteilige Windungszahl der gesamten Windungszahl der einzelnen Drosselwicklungen
liegt. Durch Benutzung solcher Anzapfungen der Drosselwicklungen für den Anschluß
der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors kann die an der Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors maximal auftretende Spannung der zulässigen Spannung des Transistors
ungeachtet der maximalen Spannung, welche an der gesamten Drosselwicklung auftritt,
angepaßt werden.
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Eine solche Anordnung liefert also an ihrem Ausgang einen entsprechenden
Gleichstrom, für dessen Regelung nur eine sehr kleine Eingangsgleichspannung notwendig
ist, da diese Eingangssteuerspannung z. B. über einen Transistor hinweg eine entsprechende
Verstärkung erfährt. Liegt eine Anordnung vor, bei der an den ventilseitigen Drosselklemmen
keine besondere selbständige Spannungsquelle liegt, so wird auch in diesem Falle
der Eingangssteuerwert über den Transistor in einen wesentlich verstärkten Steuerwert
umgesetzt, der sich als eine entsprechende Widerstandsänderung der Emitter-Kollektor-Strecke
ergibt.
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Eine solche erfindungsgemäße Anordnung kann auch statt in der `'leise,
daß der Transistor an seiner Emitter-Kollektor-Strecke mittels einer Spannung stetig
ausgesteuert wird, so daß sich eine entsprechende stetige Veränderung seines Widerstandswertes
an seiner Emitter-Kollektor-Strecke ergibt, derart betrieben werden, daß der den
ventilseitigen Drosselklemmen des Transduktors parallel geschaltete Transistor nach
Art eines Schalttransistors gesteuert wird. Auf diese Weise wird also der in Form
der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors vorhandene Widerstand abwechselnd
auf den Wert Null und auf einen dem Sperrwert des Transistors entsprechenden Wert
gebracht. Wird nun ein solcher Transistor an seiner Emitter-Basis-Strecke taktmäßig
gesteuert, so ergibt sich entsprechend dem am Eingang des Transistors bzw. an dessen
Emitter-Basis-Strecke benutzten Tastv erhältnis eine entsprechende Aussteuerung
des Transduktors und damit ein entsprechender Gleichspannungswert als Mittelwert
am Ausgang der Anordnung.
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Zwei beispielsweise Anordnungen für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen
die Fig. 1 und 2 der Zeichnung.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird an ihren Klemmen 1 und 2
mit Wechselspannung gespeist. Sie besteht aus zwei Drosseln 3 bzw. 4. Diese liegen
in Reihe mit je einemVentil 5 bzw. 6. Die anderen beiden Zweige der Brückenschaltung
enthalten die Ventile 7 bzw. B. Die gleichstromseitigen Ausgangsklemmen der Anordnung
sind mit 9 und 10 bezeichnet. Zwischen den ventilseitigen Anschlüssen der Drosseln.
3 und 4 ist ein Transistor 11 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke angeschlossen,
dessen Emitter-Basis-Strecke von einer Spannungsquelle 12 gespeist wird. über einen
Widerstand 13 werden die Drosseln 3 und 4 von einer weiteren Gleichspannungsquelle
14 mit einem konstanten Vormagnetisierungsstrom gespeist, der so bemessen ist, daß
bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke gesperrtem Transistor 11 der Transduktor
voll ausgesteuert wird. Dieser von der Spannungsquelle 14 gelieferte Vormagnetisierungsstrom
ist nicht erforderlich, wenn das Kernmaterial der Drosseln eine praktisch rechteckförmige
Magnetisierungskennlinie besitzt, d. h. wenn die Sättigungsinduktion praktisch mit
der Remanenzinduktion übereinstimmt.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist die folgende: Bei
gesperrtem Transistor 11 werden die Drosseln, wie bereits erwähnt, von der Spannungsquelle
14 über den Widerstand 13 derart vormagnetisiert, daß der volle Aussteuerungszustand
des Transduktors erreicht wird, an seinen Klemmen 9 und 10 also die größte Gleichspannung
auftritt. Bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke durchlässigem Transistor 11 sind
die ventilseitigen Anschlußpunkte der Drosseln über diese Strecke des Transistors
miteinander verbunden. Die beiden Drosseln führen dann in jedem Augenblick die gleiche
Spannung, so daß diejenige Drossel, die sich in der Arbeitshalbwelle befindet, mit
der an ihren Klemmen auftretenden Spannung die andere Drossel rückmagnetisiert.
Die Drosseln verhalten sich demnach so wie Drosseln, die von einem reinen Wechselstrom
durchflossen werden. Die Spannung an den Ausgangsklemmen 9 und 10 wird demnach bei
volldurchlässigem Transistor 11 auf einen Kleinstwert herabgesetzt. Befindet sich
der Transistor 11 in einem Aussteuerungszustand zwischen den Zuständen der vollen
Durchlässigkeit bzw, der vollen Sperrung an seiner Emitter-Kollektor-Strecke, so
ergibt sich auch ein entsprechender Zwischenaussteuerungswert des Transduktors.
Diese Aussteuerung läßt sich demnach durch Verändern der Steuerspannung 12 des Transistors
stetig zwischen den Grenzwerten einstellen.
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Wie bereits in der allgemeinen Beschreibung ausgeführt, kann der Transistor
11 auch nach Art eines Schalttransistors betrieben werden. Es liegt in diesem Falle
an seiner Emitter-Basis-Strecke bzw. den Klemmen 12 eine Gleichspannung, welche
mit einem bestimmten Tastverhältnis angeschlossen ist, d-. h. die für einen gewissen
Zeitraum eingeschaltet ist, wonach sich an diesen Zeitraum der Einschaltung eine
entsprechende Pause in der Speisung der Emitter-Basis-Strecke anschließt. Der Transistor
wird dabei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke schnell zwischen den Grenzwerten
seines höchsten bzw. niedrigsten Widerstandes geschaltet, so daß er in bekannter
Weise für die Führung und Schaltung relativ hoher Stromwerte geeignet ist.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind, soweit wieder die gleichen
Schaltungselemente wie in Fig. 1 vorhanden sind, für diese Teile unmittelbar die
gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Die Anordnung unterscheidet sich dadurch
von. derjenigen nach Fig.1, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 11
statt an den ventilseitigen Enden der beiden Drosselwicklungen3 und 4 an zwei- Anzapfungen
3 a bzw. 4 a dieser Wicklungen angeschlossen ist, welche hinsichtlich der zwischen
ihnen und dem Wechselspannungsanschluß von der Klemme 1 an den einzelnen Drosseln
eingeschalteten Windungszahlen gleich weit von diesem Anschluß entfernt bzw. zu
diesem symmetrisch liegen. Die Wirkungsweise dieser Schaltung entspricht im Prinzip
derjenigen nach Fig. 1. Durch den Ansehluß des Transistors an die symmetrisch zum
Wechselstromanschluß liegenden Anzapfungen 3 a und 4 a der Drosseln 3 und 4 ergibt
sich der Unterschied, daß die maximal von dem Transistor 11 zu sperrende Spannung
entsprechend dem Verhältnis der vormagnetisierenden Windungszahl zur gesamten Windungszahl
der einzelnen Drossel kleiner und dafür der über den Transistor in seinem durchlässigen
Zustand fließende Strom entsprechend größer ist, denn als Steuerwindungszahl sind
sozusagen nur
die Windungen zwischen der Anzapfung 3 a und der A.nschlußlclemme
1 bzw. zwischen der Anzapfung 4 a und der Anschlußklemme 1 wirksam.