DE1065463B - Anordnung zur genauen Wiederherstellung des Arbeitspunktes eines magnetisierbaren Kernes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21a¹ 36

INTERNAT. KL. H 03 k

PATENTAMT

S 53720 VIII a/21a¹

ANMELDETAG: 31.ΜΑΓ1957

BEKANNTMACHUNG , , __

DER ANMELDUNG /-/ (JJ K 2J-0

UND AUSGABE DER

AUSLEGESCHRIFT: 17. SEPTEMBER 1959

In der elektronischen Technik wird häufig ein Transformator verwendet, dessen eine Wicklung mit Impulsen gleicher Richtung beschickt wird. Diese Stromimpulse erzeugen Magnetisierungsimpulse gleicher Richtung, welche den Magnetisiertingspunkt längs der Hysteresisschleife verschieben und dadurch die Wirksamkeit des Kernes verkleinern. Obwohl es möglich ist, von Zeit zu Zeit Magnetisierungskräfte entgegengesetzter Richtung auszuüben, um den Kern auf seinen eigentlichen Arbeitspunkt zurückzustellen, hat sich dieses Verfahren praktisch nicht durchführen lassen, wenn die auf den Kern einwirkenden aktiven Impulse unterschiedliche Größe besitzen. Schwanken z. B. die ankommenden Impulse beträchtlich, dann ist es unmöglich, genau anzugeben, welcher Betrag an magnetisierender Rückstellkraft ausgeübt werden muß, um den Kern auf seinen genauen Arbeitspunkt zurückzustellen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beheben und es zu ermög- : liehen, daß der Kern unabhängig von der Größe der ankommenden Impulse stets auf seinem Arbeitspunkt genau zurückgestellt wird.

Es sind Einrichtungen bekannt, um die durch mangelnde Rechteckigkeit der Hysteresiskurve bedingten Erscheinungen zu kompensieren. Zur Vermeidung von Fehlern infolge der Ausbildung eines ungewollten magnetischen Flusses wurde hierbei ein zweiter magnetisierbarer Ker.n vorgesehen, der den Ausgangsimpulsen entgegenwirkt, die von dem ersten Kern infolge des Fehlens der Rechteckigkeit erzeugt werden. Auch ist zur Kompensation bereits ein Kondensator in Verbindung mit dem Kern bekannt.

Die Erfindung bewirkt im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen die genaue Wiederherstellung des Arbeitspunktes eines magnetisierbaren Kernes auf dessen Hysteresischarakteristik, auf welchen in Abstand aufeinanderfolgende Magnetisierungsimpulse gleicher Richtung einwirken, welche bestrebt sind, den Arbeitspunkt zu verschieben. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß eine Wicklung des Kernes mit einer Wicklung eines zusätzlichen magnetisierbaren Kernes verbunden ist, welcher unter dem Einfluß einer in Pausen der Magnetisierungsimpulse des Kernes wirksamen Impulsquelle steht, deren Impulse den zusätzlichen Kern in den einen Sättigungsbereich in einer zu der Magnetisierung seitens des von dem ersten Kern übertragenen Impulses entgegengesetzter Richtung magnetisieren, so daß bei der Magnetisierung in den Sättigungsbereich des zusätzlichen Kernes ein auf den ersten Kern einwirkender Impuls erzeugt wird, dessen Größe genau der Verschiebung des Arbeitspunktes des ersten Kernes entspricht, dieser jedoch entgegenwirkt.
ν ■ In einer besonderen Ausführungsform der.Eründung Anordnung zur genauen Wiederherstellung

des Arbeitspunktes eines magnetisierbaren Kernes

Anmelder:

Sperry Rand Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt, Frankfurt/M., Mainzer Landstr. 136-142

John C. Sims jun., Spring House, Pa. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

ist der Magnetkern Teil eines Transformators, der eine Eingangs- oder Primärwicklung besitzt, die durch Impulse unterschiedlicher Größe beschickt wird. Diese Impulse haben die Tendenz, den Kern entlang seiner Hysteresisschleife zu verstellen. Der Transformator besitzt eine Sekundärwicklung, die mit der Last verbunden ist. Die Mittel für die Rückstellung des Kerns auf den genauen Arbeitspunkt auf seiner Hysteresisschleife bestehen aus einer weiteren Sekundärwicklung des Transformators, die verbunden ist mit der Primärwicklung eines zweiten Transformators. Der zweite Transformator hat einen Kern von im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife. Da die Primärwicklung des zweiten Transformators durch die Sekundärwicklung des ersten Transformators erregt wird, wird der zweite Transformator auf seiner Hysteresisschleife proportional zu dem Betrag verstellt, um den der erste Transformator auf seiner Hysteresisschleife verstellt wurde. Wird daher periodisch zwischen den Impulsen, die auf die Primärwicklung des ersten Transformators einwirken, ein großer Impuls durch die Sekundärwicklung des zweiten Transformators geschickt, der groß genug ist, um dessen Kern zu sättigen, dann wird ein bestimmt bemessener^ Energiebetrag durch die Sekundärwicklung des ersten Transformators geschickt, welcher gerade ausreicht, um den Kern des ersten Transformators,' auf den genauen Arbeitspunkt an seiner Hysteresis^ schleife zurückzustellen. .. ... . . ' /

909 628/27

Im einzelnen wird die,.Eifmduhg¹. .'ah .Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt , %',■ .,■■;=■/ _friEig,-.l' ein -schematisches- Stromlauf diagramm nach deii-Erfindung, ' ' ■ y. ·■ ;.'■'■■■■. .■" ^:' ■ · '

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, das zur Erläuterung der Fig" ι ,benützt .wird,., Y_;

Fig. 3 eine Hysteresisschleife für den Kern 20 der in Fig.·!'"'dargestellten Anordnung- '^: ■

Bei der in Fig. 1 dargestellten' Anordnung können an die Eingangsklemme 10 periodische Impulse unterschiedlicher Größe angelegt- werden, welche verstärkt und an die Last 16 weitergegeben werden sollen. Der Eingang 10 kann beispielsweise mit einer Schleuse 11 und einem Verstärker 12 verbunden sein, an den ein Ausgangsgleichrichter 12 ö längeschlossen ist. Die Impulse laufen über .die.Primärwicklung.13. eines Transformatorsr der eine Sekundärwicklung 15 besitzt, an der die Last 16'angeschlossen ist.' Dieser Transformator hat eine'n; Kern 14-atfs einem,geeigneten magnetisierbaren Material, z. B. Silikon-Stahl. Da kein magnetisierbares Material eine vollkommen lineare 5-Ji-Kurve besitzt, ist es verständlich, daß die Impulse gleicher Richtung, welche die Primärwicklung 13 durchlaufen, wiederholt /den Kern 14 in derselben Richtung magnetisieren .und dadurch das Bestreben haben, denvKern entlang- seiner Hysteresisschleife anzuheben. Sobald-der-Kern-j-sjch dem Sättigungspunkt nähert, ist die'Wirksamkeit' des Transformators verkleinert.. Da das System,durch Impulse gleicher Richtung" beschickt wird,'ist'es möglich, in den Pausen zwischen zwei · Impulsen -*^:den Kern 14 auf seinen Arbeitspunkt längs,der Hysteresisschleife zurückzustellen. Jedoch zeigt der Stand der Technik keine 'Mitfel, wie dies ausgeführt werden kann, wenn die Arbeitsimpulsein .ihr ex •.'Starke; schwanken. Wenn ein Rückstell impuls willkürlicher Größe auf den Transformator einwirkt, dann kann er entweder nicht ausreichen, um den Kern des "Transformators genügend zurückzustellen, und die verbleibenden Reste addieren sich und bringen den Kern allmählich auf positive Sättigung, oder die Rückstellimpulse sind zu groß und bringen den Kern zu. negativer Sättigung. In beiden Fällen treten Verluste an Wirksamkeit ein.

Tn'Fig. 2 zeigt die Linie C"den Verlauf, den die Impulse' am Eingang 10 nehriien können. Diese Impulse schwanken erheblich in ihr'ef Größe. An Stelle der Verarbeitung von Impulsen schwankender Amplitude ist "die Erfindung' auch geeignet, , Impulse schwankender Häufigkeit zu verarbeiten. Derartige Impulse treteri bei Rechensystemen''auf, bei denen die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Eingangsimpulses ein Anzeichen fur'eine bestimmte Information "bildet, die auf die: Läft zu übertragen ist. Zum Beispiel sind in binären Rechenmaschinen und Informations-Übersetzungsäyste'men die Impulse alle von gleicher Größe, und 'sie können nur in vorbestimmten Intervallen: periodisch auftreten. Die Signalisierung wir'd'-verwirklicht durch die Weglassüng bestimmter Impulse von. Zeit zu Zeit. Die Erfindung ist auch anwendbar auf "diese Typen-'von Stromkreisen, und die Fig.,2 , zeigt. diese . Form "von Impulsinformation ■entlang der;Linie D, auf welcher an Stelle, von Im^ pulsen, -die.:in ihrer Amplitude schwanken, die Impulse, die jeweils synchron'mit einem der Impulse der Linie A auftreten können,-in ihrerHäufigkeit schwan- :ken.-.Fig. 1; zeigt ein Gebilde'Ψ. einer Rechenmaschine, welche ..derartige Impulse, wie 'sie auf der Linie D dargestellt sind,- liefert, in^Verbindung mit -dem Eingang des Systems. ,-,.^r.:.·.. ...: . ■ .. ■ -, .

...ι i^;. .Darüber hinaus ist die Erfindung anwendbar auf Eingangsimpulse,; wie sie auf der Linie £ der Fig. 2 dargestellt sind, deren Länge schwankt. Auch können ...Kombinationen der Impulsformen der Linie C, D 5. und- E verarbeitet, werden.

Ein Impulsgenerator 17 erzeugt Impulse auf einer Leitung A, wie sie auf der Linievi der Fig. 2 dargestellt sind. Diese Impulse steuern die Schleuse 11, so daß diese nur in den Zeitintervallen durchlässig" ist, ίο in denen ein Impuls auf dem Draht A auftritt. Dies stellt es sicher, daß die Primärwicklung 13 nur in vorbestimmten periodischen Intervallen mit Impulsen gespeist werden kann. Insoweit ist die Anordnung . ■ in Verstärkerstromkreisen von Recheneinrichtungen üblich. Die Verbesserung nach der Erfindung besteht in der Hinzufügung der Teile 18 bis 21 der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Der Transformator 14 hat eine zusätzliche Sekundärwicklung 18, welche mit der Primärwicklung 19 eines zweiten Transformators mit dem; Kern 20 verbunden ist. Dieser Kern ist zusammengesetzt aus Material, welches eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife besitzt, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Transformator mit dem Kern 20 hat ferner eine Sekundärwicklung 21, die durch Impulse des Generators 17 gesteuert wird über den i-^? Draht B...Der zeitliche Verlauf der auf den Drähten A und B auftretenden Impulse ist in Fig..2 in , den Linien A und B dargestellt. Während der Pausen zwischen Impulsen auf dem Drahte treten Impulse auf dem Draht B auf, die durch die Sekundärwicklung : ^: 21 fließen und den Kern zur negativen Sättigung treiben. Jeder Impuls auf dem Draht B besitzt so große Amplitude, daß auch in dem Fall, daß der Kern 20 durch einen vorhergegangenen Impuls bis zur positiven Sättigung getrieben wurden, der nächste Impuls über der Wicklung 21 den Kern bestimmt zur negativen Sättigung treibt.

Angenommen, daß zu Beginn der Betätigung der Kern 20 an dem negativen Remanenzpunkt 30 seiner Hysteresisschleife liegt und der Kern 14 auf dem . - Arbeitspunkt seiner Hysteresisschleife, der üblicherweise mit der if-Achse zusammenfällt, dann treibt der erste Eingangsimpuls, der über die Eingangsklemme 10 eintrifft und die Spule 13 mit verstärkter Amplitude durchfließt, den Kern 14 etwas an seiner Hysteresisschleife hinauf. Diese Veränderung induziert eine Spannung in der Spule 18, welche einen Stromfluß durch die Primärwicklung 19 hervorruft und den Kern 20 auf seiner Hysteresisschleife von dem negativen Remanenzpunkt 30 zu einem Punkt 31 verschiebt (Fig. 3). Der Eingangsimpuls konnte lediglich während der Anwesenheit eines positiven Impulses auf dem Drahte auftreten, weil die Schleuse 11 nur während dieses Zeitpunktes durchlässig ist. Bei der Beendigung des Impulses auf dem Drahte sperrt die Schleuseil, und der Stromfluß über die Primärwicklung 13 hört auf. Infolge der Eigenschaften des-Kernes 14 kehrt dieser nicht zu seinem ursprünglichen Arbeitspunkt zurück. Wenn jedoch nunmehr ein Impuls auf dem Draht B in der Pause vor dem nächsten Impuls auf dem Draht A einen starken Strom durch die Spule 21 schickt,'. dann wird der ^: Kern 20 zur . negativen Sättigung gebracht. Bei dem Beginn dieses Impulses stand der Kern am Arbeitspunkt 31, ,wo· er am Ende des Eingangsimpulses stehengeblieben war. Der. starke ■·. Stromfluß über den . Draht B treibt den Kern vom Punkt 31 über die negative Remanenz Punkt 30 zu der negativen Sättigung. Zwischen dem Punkt 31 und dem Punkt 30 tritt ein Wechsel von Fluß in.'dem. Kern auf, welcher in der Spule 19 eine Spannung induziert.

Bei der anschließenden Verlagerung des Arbeitspunktes von 30 zur negativen Sättigung ändert sich der magnetische Fluß nur wenig, und daher wird kein wesentliches Potential mehr in der Spule 19 erzeugt. Das Potential, das in der Spule 19 während des Wechsels des Flusses in dem Kern 20 induziert wird, verursacht einen Stromfluß durch die Sekundärwicklung 18, welche eine magnetisierende Kraft in dem Kern 14 erzeugt, welche gleich groß ist und entgegengesetzt gerichtet ist zu der ursprünglichen magnetisierenden Kraft, die auf den Kern unter dem Einfluß des Eingangsimpulses ausgeübt wurde und daher den Kern genau auf seinen Arbeitspunkt zurückstellt.

Angenommen, der Eingangsimpuls an der Klemme 10 ist erheblich größer als in dem ersten Beispiel, dann tritt wohl dieselbe Folge von Ereignissen ein mit dem Unterschied, daß der Kern 14 um einen erheblich größeren Betrag auf seiner Hysteresisschleife verschoben wird und daher der Kern 20 ebenfalls in einem größeren Betrag auf seiner Hysteresisschleife, z. B. bis zu dem Punkt 32 der Fig. 3 statt bis zu dem Punkt 31 in dem früheren Beispiel. Dieser stärkere Eingangsimpuls kann natürlich nur während eines Impulses auf dem Draht A auftreten, und während des Abstandes vor dem nächsten Impuls auf dem Draht A tritt auf dem Draht B ein Impuls auf, der den Kern 20 von seinem Punkt 32 über die Punkte 31 und 30 bis in die negative Sättigung treibt. Hierbei ist die Flußänderung in dem Kern 20 wesentlich größer als in dem ersten Beispiel, da zwischen dem Punkt 32 und dem Punkt 30 ein wesentlich größerer Abschnitt des geradlinigen Teiles der Hysteresisschleife liegt als zwischen dem Punkt 31 und 30. Daher wird ein größeres Potential in der Spule 19 induziert als in dem erstbeschriebenen Fall, welches einen größeren Stromfluß für die Rückstellung in der Spule 18 erzeugt und daher eine größere magnetisierende Kraft auf den Kern 14 in der Richtung ausübt, die entgegengesetzt zu der magnetisierenden Kraft verläuft, die durch das Eingangssignal erzeugt wurde. Infolgedessen wird der Kern 14 genau auf seinen Arbeitspunkt zurückgestellt.

Es ist nicht notwendig, daß die Impulse auf dem Draht B in der gleichen Folge auftreten wie die Impulse auf dem Draht A. Es ist lediglich notwendig, daß periodisch Impulse auf dem Draht B während zweier Impulse auf dem Draht A auftreten. Zum Beispiel könnte jeder zweite Impuls 22 auf dem Draht B weggelassen werden, und die Einrichtung würde trotzdem arbeiten. In diesem Falle würden zwei Eingangsimpulse nacheinander den Kern 14 auf seiner Hysteresisschleife verstellen, und wenn diese Impulse von genügend kleiner Amplitude sind, würden sie noch nicht ausreichen, um die Sättigung des Kerns 14 hervorzurufen. Diese aufeinanderfolgenden Impulse treiben lediglich den Kern 14 entlang seiner Hysteresisschleife in aufeinanderfolgenden Stufen, und in gleicher Weise wird der Kern 20 in aufeinanderfolgenden Stufen längs der Hysteresisschleife ver^ stellt, beispielsweise zunächst von der negativen Remanenz 30 zu dem Punkt 31 und durch den zweiten Impuls vom Punkt 31 zu Punkt 32. Bei dem nächsten Impuls auf den Draht B wird dann der Kern 20 zur negativen Remanenz verstellt, und dadurch wird ein Potential in der Spule 19 induziert, welche ausreicht, um den Kern 14 zu seinem Arbeitspunkt zurückzustellen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jedoch Impulse auf dem Draht B in jeder Pause zwischen zwei Impulsen auf dem Draht A verwendet. Dies kann z. B. bewirkt werden durch einen Impulsgenerator 17, welcher unmittelbar Impulse auf den Draht A liefert und auf den Draht B über eine geeignete Verzögerungsleitung Impulse schickt, daß diese Impulse immer in den Pausen zwischen zwei Impulsen auf den Draht A auftreten.

Die beschriebenen Mittel der Erfindung ermöglichen somit, den Rückstellimpuls immer genau in der Stärke zu geben, daß der Arbeitspunkt des Kernes 14 wiederhergestellt wird. Die Erfindung ist auf die dargestellten Mittel nicht beschränkt; sie läßt sich vielmehr auch auf andere Weise und mit den verschiedensten Stromkreisanordnungen ausführen, sofern nur zur Rückstellung ein Energiebetrag verwendet wird, der proportional ist dem Energiebetrag der durch die Arbeitsimpulse bewirkten Veränderung des Kernes.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur genauen Wiederherstellung des Arbeitspunktes eines magnetisierbaren Kernes auf dessen Hysteresisschleife, auf welchen in Abstand aufeinanderfolgende Magnetisierungsimpulse gleicher Richtung einwirken, welche bestrebt sind, den Arbeitspunkt zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung (18) des Kernes (14) mit einer Wicklung (19) eines zusätzlichen magnetisierbaren Kernes (20) verbunden ist, welcher unter dem Einfluß einer in Pausen der Magnetisierungsimpulse des Kernes wirksamen Impulsquelle (17) steht, deren Impulse den zusätzlichen Kern (20) in den einen Sättigungsbereich in einer zu der Magnetisierung seitens des von dem ersten Kern (14) übertragenen Impulses entgegengesetzter Richtung derart magnetisieren, daß bei der Magnetisierung in den Sättigungsbereich des zusätzlichen Kernes (20) ein auf den ersten Kern (14) einwirkender Impuls erzeugt wird, dessen Größe genau der Verschiebung des Arbeitspunktes des ersten Kernes (14) entspricht, dieser jedoch entgegenwirkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskern (20) aus einem Material gebildet ist, das eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 930 242;
britische Patentschrift Nr. 730 165.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen