DE1071199B - Elektronisch gesteuerte Magnetverstärkeranordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Magnetische Verstärker zur Abgabe.einer gesteuerten Leistung an eine Last sind an sich bekannt. Bei einer Art dieser Verstärker, die auch die Selbstsättigungsschaltung genannt wi-rd, werden die Netzwicklungen auf den Schenkeln eines Magnetkerns mit , rechteckiger Hystereseschleife unter Zwischenschaltung je eines Gleichrichters angeordnet. Die Bemessung der Wicklungen ist dabei so gewählt, daß die der Anordnung zugefülhrte Wechselspannung gerade in einer Periode einen vollen Umlauf der Magnetisierung, des Kerns um die rechteckige Hystereseschleife bewirkt, ohne daß eine Sättigung eintritt.

Durch die vorgeschalteten Gleichrichter wird jedoch die eine Halbwelle der Netzwechselspannung gesperrt, so. daß der einzelne Schenkel jeweils in einem Remanenzpunkt verbleibt. Diese Verstärker werden durch eine Gleichstromvormagnetisierung in ihrer Leistungsabgabe gesteuert, indem durch den Vormagnetisierunggsstrom eine gewisse varbestimmte Abmagnetl· ·■ sierung des Remanenzwertes in den Hälbwellen vor· genommen wird, in denen der zugehörige Gleichrichter gesperrt ist. Zur Steuerung ist bei den bisher bekannten Magnetverstärkern daher stets eine äußere Gleichstromquelle erforderlich.

Bei dem magnetischen' Verstärker nach der Erfindung wird eine solche äußere Stromquelle zur Steuerung nicht mehr benötigt. Dies wird bei einer elektronisch gesteuerten Magnetverstärkeranordnung, die mit einem Transistor als Steuerorgan ausgerüstet ist und die einen gemeinsamen magnetisierba.ren Kern mit annähernd rechteckiger Hystereseschleife besitzt, auf dem zwei parallel an eine Wechselspannungsquelle gelegte Wicklungen aufgebracht, sind, denen je ein Gleichrichter in zueinander gegensinniger Durchlaß- ; richtung so vorgeschaltet ist, daß die Wechselspannung in jeder Periode einen vollen Umlauf der Magnetisierung des Kernes bewirkt, dadurch erreicht, daß auf dem gleichen Kern eine weitere Wicklung angeordnet ist, deren induzierte Spannung als Versorgungsspannung für einen mit dieser Wicklung in Reihe geschalteten Transistor dient, dessen Impedanz durch ein Steuersignal beeinflußt wird..

Es wird also für den Transistorkreis keine besondere Stromquelle benötigt, und die benötigte elek- , irische Energie wird gegenüber den bisherigen An-Ordnungen stark vermindert. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung umfaßt zwei solche Systeme in zueinander gegensinniger Parallelschaltung. Dabei kann die Verzweigung auch hinter dem beiden Kreisen gemeinsamen Transistor vorgenommen werden. Ein solcher Verstärker liefert einen steuerbaren und um 180° in der Phase verschiebbaren Ausgang.

In den Zeichnungen werden Beispiele für die Ausführung der Erfindung gezeigt.

Elektronisch gesteuerte
Magnetv er s tärk er anordnung

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Januar 1956

Harry William Mathers, Johnson City, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 stellt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Ferritkern dar;

Fig. 2 zeigt eine schematische Hystereseschleife des verwendeten Ferritkernmaterials; . :

Fig. 3 zeigt Spannungen und Ströme, die an bestimmten Punkten der Anordnung nach Fig. 1 auftreten;

Fig. 4 A und 4B zeigen mit zwei Ferritkernen aufgebaute Verstärkeranordnungen mit phasenumkebrbarem Ausgang; . . ■

Fig. 5 stellt die Aufteilung der Leistungswicklungen eines Kernes der Anordnungen nach Fig. 4 A und 4B dar.; . . ·■ ,

Fig. 6 zeigt Spannungen und Ströme an bestimmten-Punkten der Anordnung nach Fig. 4A und 4B.

Zwischen den mit dem Eingang En verbundenen Leitungen 10 und 11 (Fig. 1) liegen zwei parallele Zweige, die jeweils eine Wicklung auf einem Ferritkern 15, einen Gleichrichter und einen Widerstand enthalten. In dem einen Zweig ist eine Leistungswieklung Np, ein Gleichrichter 51 und - ein Widerstand RL angeordnet. Zwischen dem Gleichrichter Sl

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" und dem Widerstand RL ist eine Ausgangsklemme 12 abgezweigt, an der die Spannung EL abgenommen werden kann. Der in dem anderen Zweig in Reihe mit einer Voirmagnetisierungswicklung Nb und einem veränderbaren Widerstand Rb geschaltete Gleichrichter S 2 ist entgegengesetzt zu dem Gleichrichter des ersten Zweiges gepolt. Auf den Ferritkern ist weiterhin eine Steuerwicklung Nc gewickelt, die über einen Gleichrichter .93 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 16 mit einer Leitung 13 verbunden ist. Das andere Wicklungsende, ist mit einer Leitung 14 verbunden, an die'auch die Basis des Transistors 16 führt.

In Fig. 2 ist eine idealisierte annähernd rechteckige Hysteresekurve des Ferritkernes 15 gezeigt. Zur Zeit /0 (Fig. 3) sei der Kraftlinienfluß des Kernes entsprechend Punkt A (Fig. 2) vorhanden. Die erste Halbwelle der Spannung En bringt über die Wicklung Np (Sl ist durchlässig) den Fluß über Punkt ß (Sättigung) zu dein Remanen/.punkt C zur Zeit /1. Tn der folgenden Halbwelle ί 1 — ί 2 von En ist der Gleichrichter .91 gesperrt und S2 geöffnet. Es fließt also jetzt ein Strom in der Vormagnetisierungswicklung Nb, der den Kraftlinienfluß im Kern 15 über den Punkt D auf den Remanenzwert A zur Zeit ti zu- *5 rückführt. Es erfolgt also während jeder Periode von En ein Umlauf ABCDA der Hysteresekurve. Durch Änderung des Widerstandes Rb kann der Kernfluß für die Zeit il —f2 auch so verringert werden, daß er zur Zeit ti auf einen beliebigen Punkt zwischen den Punkten A und C zurückkehrt. Gleichzeitig wird in der Wicklung, Nc eine Wechselspannung Ec induziert.

Wird nun an die Leitungen 13, 14 während der Zeit i3 — f4, also der negativen Halbwelle der Spanllung En, eine Steuerspannung Es angelegt, die den Transistor 16 in den leitenden Zustand bringt, so kann in dieser Halbwelle auch die in der Steuerwicklung A⁷V induzierte Spannung einen Strom Ic über den Gleichrichter v93 und den Transistor 16 treiben (Kurve Ic, Fig. 3). Damit subtrahiert sich wegen der Gegenphasigkeit die dadurch entstehende Amperewindungszahl NcIc von der Vormagnetisierungswindungszahl NbIb und verhindert eine Rückkehr des remanenten Zustandes des Ferritkernes bis auf den Punkt A. Die Wirkung ist also analog der oben geschilderten Vergrößerung des Widerstandes Rb. Ist z. B. die Amperewindungszahl NcIc — 0,5 NbIb, so kehrt der Kerrtfluß zur Zeit i4 auf den Remanenzpunkt E (Fig. 2) zurück.

Bei der nächsten Halbwelle von En (i4— f6) wird daher die Sättigung (Punkt B) bereits nach Aufnahme des halben Spannungs-Zeit-Integrals der angelegten Spannung En erreicht. Dadurch entsteht zur Zeit t5 ein hoher Sättigungsstromfluß in der Wicklung Np, dessen Größe im wesentlichen nur durch den Lastwiderstand RL bestimmt wird (Kurve IL in Fig. 3). Diese Schaltung liefert also einen Ausgangsimpuls an RL, wenn während der vorhergehenden negativen Halbwelle der Spannung En der Transistor 16 in den leitenden Zustand gesteuert war. Die Größe des Ausgangssignals ist dabei von der Höhe des Stromes in der Steuerwicklung abhängig.

Eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 1 ist in den Fig. 4A und 4B gezeigt. Die Leistungswicklung Np ist hier in zwei gleiche Teile aufgeteilt (s. auch Fig. 5). Zwei Ferritkerne mit unterteilten Kraftwicklungen werden an eine gemeinsame Belastung angeschlossen, so daß jeder Ferritkern einen Ausgang zu der Belastung während jedes zweiten Halbumlaufs von En liefert. In der Schaltung von Fig. 4 A haben die Wicklungen auf dem Ferritkern 1 ungerade und die Wicklungen auf dem Kern 2 gerade Bezugsziffern. Die Steuerung erfolgt auch hier während der Zeit ti —ti, i4 — tS, also immer wenn die Leistungswicklung (Fig. 1 und 3) stromlos ist. Daher können beide Kerne der Schaltung von Fig. 4A mit einem einzigen Transistor gesteuert werden. Der Widerstand i?4 reduziert die Wirkungen der Temperaturcharakteristik des Transistors 16.

In Fig. 6 sind die typischen Ausgangssignale der Anordnung nach Fig. 4A gemäß Fig. 6 dargestellt. Bei der Steuerspannung ES der Phase A (in Phase mit En) bewirkt die Steuerung, daß der Ferritkern 1 einen Ausgang liefert, aber keine Wirkung auf den Ferritkern 2 hat. Ud der Steuerspannung HS der Phase B (180° phasenverschoben gegenüber En) liefert der Ferritkern 2 einen Ausgang, aber der Kern 1 wird nicht beeinflußt. Die in Fig. 6 gezeigten Ströme IL haben Grundkomponenten, die gegenüber En die Phase 0 oder 180° haben; daher hat die Schaltung einen phasenumkehrbaren Ausgang, der für z. B. zur Drehrichtungsumkehr von Stellmotoren benutzt werden kann.

In der Schaltung gemäß Fig. 4 A werden die Vormagnetisierungswicklungen häufig so justiert, daß beide Kerne ein kleines Ausgangssignal liefern, wenn das Steuersignal ES Null ist. Ein Steuersignal ES erhöht dann den Ausgang des einen Kerns, verringert aber nicht den Ausgang des anderen Kerns. Die gemäß Fig. 4B geschalteten Rückkopplungswicklungen A^TF1 und NFI verwenden den Laststrom des einen Kerns, um zusammen mit dem Vormagnetisierungsstrom den Ausgang des anderen Kerns zu verringern. Die Rückkopplungswicklungen NFl und NF2 reduzieren das benötigte Steuersignal und verbessern die Steuercharakteristik.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronisch gesteuerte Magnetverstärkeranordnung mit einem Transistor als Steuerorgan und einem gemeinsamen magnetisierbaren Kern mit annähernd rechteckiger Hystereseschleife, der parallel an eine Wechselspannungsquelle gelegte Wicklungen aufweist, denen je ein Gleichrichter in zueinander gegensinniger Durchlaßrichtung so vorgeschaltet ist, daß die Wechselspannung in jeder Periode einen vollen Umlauf der Magnetisierung des Kerns bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem gleichen Kern (15) eine weitere Wicklung {Nc) angeordnet ist, deren induzierte Spannung als Versorgungsspannung für einen mit dieser Wicklung in Reihe geschalteten Transistor (16) dient, dessen Impedanz durch ein Steuersignal (ES) beeinflußt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetische Verstärker in der Weise miteinander verbunden werden, daß die an eine Wechselspannungsquelle gelegten Wicklungen der beiden Verstärker in Serie geschaltet werden, und daß die beiden Steuerwicklungen an den Transistor (16) so angeschlossen werden, daß jeder Kern für je eine der phasenverschobenen Steuerspannungen ein steuerbares Ausgangsspannungssignal erzeugt.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stromkreise

der parallel geschalteten Wechselspannungswicklungen Rückkopplungs wicklungen (NFl und NF 2) eingeschaltet sind, die jeweils von dem Magnetisierungsstrom des anderen Verstärkers durchflossen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Siemens-Zeitschrift, 1953, H. 2, S. 62 bis 73; ETZ-A, 1954, H. 10, S. 346;
Funktechnik, 1953, Nr, 19, S. 628 und 629; Bulletin SEV, 1954, Nr.

4, S. 121 und 122.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen