DE1071199B

DE1071199B - Electronically controlled magnetic amplifier arrangement

Info

Publication number: DE1071199B
Application number: DE1957I0012695
Authority: DE
Inventors: Johnson City N. Y. Harry William Mathers (V. St. A.)
Original assignee: IBM Deutschland Internationale Bueromaschinen GmbH
Current assignee: IBM Deutschland Internationale Bueromaschinen GmbH
Priority date: 1957-01-15
Filing date: 1957-01-15
Publication date: 1959-12-17

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.Magnetic amplifiers for delivering controlled power to a load are known per se. at One type of amplifier, also called the self-saturation circuit, is called the line windings on the legs of a magnetic core with a rectangular hysteresis loop interposed one rectifier each arranged. The dimensioning of the windings is chosen so that that of the arrangement AC voltage supplied one full cycle of magnetization, des Kerns around the rectangular hysteresis loop without saturation occurring.

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.However, one half-wave of the AC mains voltage is blocked by the upstream rectifier, so. that each leg remains in a remanence point. These amplifiers are through a direct current bias is controlled in its power output by the bias current a certain specific demagnetization of the remanence value in the half-shafts is taken, in which the associated rectifier is blocked. To control it is with the previously known Magnetic amplifiers therefore always require an external direct current source.

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..In the magnetic amplifier according to the invention, such an external power source is used for control no longer needed. This is done with an electronically controlled magnetic amplifier arrangement that uses a transistor is equipped as a control element and which has a common magnetisierba.ren core with approximately rectangular hysteresis loop, on which two connected in parallel to an alternating voltage source Windings are applied, each of which has a rectifier in opposite directions ; direction is connected upstream in such a way that the alternating voltage causes a full revolution of the magnetization of the core in each period, thereby achieving that another winding is arranged on the same core, the induced voltage of which is used as the supply voltage for a transistor connected in series with this winding, its impedance influenced by a control signal ..

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.So there is no special power source required for the transistor circuit, and the required electrical, Irish energy is greatly reduced compared to the previous arrangements. An advantageous further development the invention comprises two such systems in mutually opposite parallel connection. Included the branching can also be made behind the transistor common to both circles. Such an amplifier provides a controllable output that can be phase shifted by 180 °.

In den Zeichnungen werden Beispiele für die Ausführung der Erfindung gezeigt.The drawings show examples of the implementation of the invention.

Elektronisch gesteuerte
Magnetv er s tärk er anordnungElectronically controlled
Magnetic strength arrangement

Anmelder:Applicant:

IBM Deutschland
Internationale Büro-MaschinenIBM Germany
International office machines

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Januar 1956Claimed priority:
V. St. v. America January 16, 1956

Harry William Mathers, Johnson City, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenHarry William Mathers, Johnson City, N.Y. (V. St. A.), has been named as the inventor

Fig. 1 stellt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Ferritkern dar;1 shows an arrangement according to the invention with a ferrite core;

Fig. 2 zeigt eine schematische Hystereseschleife des verwendeten Ferritkernmaterials; . :Fig. 2 shows a schematic hysteresis loop of the ferrite core material used; . :

Fig. 3 zeigt Spannungen und Ströme, die an bestimmten Punkten der Anordnung nach Fig. 1 auftreten; Fig. 3 shows voltages and currents occurring at certain points in the arrangement of Fig. 1;

Fig. 4 A und 4B zeigen mit zwei Ferritkernen aufgebaute Verstärkeranordnungen mit phasenumkebrbarem Ausgang; . . ■Figs. 4A and 4B show two ferrite cores constructed Amplifier arrangements with phase reversible Exit; . . ■

Fig. 5 stellt die Aufteilung der Leistungswicklungen eines Kernes der Anordnungen nach Fig. 4 A und 4B dar.; . . ·■ ,Fig. 5 shows the distribution of the power windings a core of the arrangements according to FIGS. 4A and 4B; . . · ■,

Fig. 6 zeigt Spannungen und Ströme an bestimmten-Punkten der Anordnung nach Fig. 4A und 4B.Figure 6 shows voltages and currents at specific points in the arrangement of Figures 4A and 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 Between the lines 10 and 11 connected to the input En (FIG. 1) there are two parallel branches, each of which contains a winding on a ferrite core 15, a rectifier and a resistor. A power output Np, a rectifier 51 and a resistor RL are arranged in one branch. Between the rectifier Sl

909 689/450909 689/450

" 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."and the resistor RL an output terminal 12 is branched off, at which the voltage EL can be tapped. The rectifier S 2, connected in series with a pre-magnetization winding Nb and a variable resistor Rb in the other branch, is polarized opposite to the rectifier of the first branch. A control winding Nc is also wound on the ferrite core and is connected to a line 13 via a rectifier 93 and the collector-emitter path of a transistor 16. The other end of the winding is connected to a line 14 to which the base is also connected of transistor 16 leads.

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. An idealized approximately rectangular hysteresis curve of the ferrite core 15 is shown in FIG. At time / 0 (Fig. 3) the line of force flow of the core according to point A (Fig. 2) is present. The first half-wave of the voltage En brings the flux via the winding Np (S1 is permeable) via point β (saturation) to the remanence / .point C at time / 1. Tn of the following half-wave ί 1 - ί 2 of En , the rectifier .91 is blocked and S2 is open. A current thus now flows in the premagnetization winding Nb, which feeds back the flux of the lines of force in the core 15 via the point D to the remanence value A at the time ti . There is therefore one cycle ABCDA of the hysteresis curve during each period of En. By changing the resistance Rb , the core flux for the time il -f2 can also be reduced in such a way that it returns to any point between points A and C at time ti. At the same time, an alternating voltage Ec is induced in the winding, Nc.

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.If a control voltage Es is now applied to the lines 13, 14 during the time i3-f4, i.e. the negative half-cycle of the voltage En , which brings the transistor 16 into the conductive state, then the ^{voltage in the control winding A 7} V induced voltage drive a current Ic through the rectifier v93 and the transistor 16 (curve Ic, Fig. 3). Because of the antiphase, the resulting number of ampere turns NcIc is subtracted from the number of premagnetization turns NbIb and prevents the remanent state of the ferrite core from returning to point A. The effect is therefore analogous to the increase in resistance Rb described above. Is z. B. the number of ampere-turns NcIc - 0.5 NbIb, the Kerrt flux returns at time i4 to the remanence point E (Fig. 2).

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.In the next half- cycle of En (i4-f6), saturation (point B ) is therefore already reached after recording half the voltage-time integral of the applied voltage En . This results in a high saturation current flow in the winding Np at time t5, the size of which is essentially only determined by the load resistance RL (curve IL in FIG. 3). This circuit therefore delivers an output pulse to RL if transistor 16 was switched to the conductive state during the previous negative half-cycle of voltage En. The size of the output signal depends on the level of the current in the control winding.

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.A further development of the arrangement according to FIG. 1 is shown in FIGS. 4A and 4B. The power winding Np is divided into two equal parts here (see also FIG. 5). Two ferrite cores with split force windings are connected to a common load so that each ferrite core provides an output to the load during every other half-cycle of En . In the circuit of FIG. 4A, the windings on the ferrite core 1 have odd reference numbers and the windings on the core 2 have even reference numbers. Here, too, control takes place during the time ti -ti, i4- tS, that is, whenever the power winding (FIGS. 1 and 3) is de-energized. Therefore, both cores of the circuit of Figure 4A can be controlled with a single transistor. The resistance i? 4 reduces the effects of the temperature characteristics of the transistor 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.FIG. 6 shows the typical output signals of the arrangement according to FIG. 4A according to FIG. 6. With the control voltage ES of phase A (in phase with En) , the control causes the ferrite core 1 to provide an output, but has no effect on the ferrite core 2. Ud of the control voltage HS of phase B (180 ° out of phase with respect to En) , the ferrite core 2 provides an output, but the core 1 is not influenced. The currents IL shown in FIG. 6 have basic components which have the phase 0 or 180 ° with respect to En; therefore the circuit has a phase reversible output which can be used for e.g. B. can be used to reverse the direction of rotation of servomotors.

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.In the circuit according to FIG. 4A, the bias windings are often adjusted so that both cores deliver a small output signal when the control signal ES is zero. A control signal ES then increases the output of one core, but does not decrease the output of the other core. The feedback windings A ^T F1 and NFI connected as shown in FIG. 4B use the load current of one core to reduce the output of the other core together with the bias current. The feedback windings NF1 and NF2 reduce the required control signal and improve the control characteristics.

Claims

Patent claims:

1. Electronically controlled magnetic amplifier arrangement with a transistor as the control element and a common magnetizable core with an approximately rectangular hysteresis loop, which has windings connected in parallel to an alternating voltage source, each of which is preceded by a rectifier in opposite direction to each other so that the alternating voltage in each period one full cycle causes the magnetization of the core, characterized in that a further winding {Nc) is arranged on the same core (15), the induced voltage of which serves as the supply voltage for a transistor (16) connected in series with this winding, the impedance of which is controlled by a control signal (ES) is influenced.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that two magnetic amplifiers in are connected to one another in such a way that the windings connected to an alternating voltage source of the two amplifiers are connected in series, and that the two control windings are connected the transistor (16) are connected so that each core for each one of the phase-shifted Control voltages generates a controllable output voltage signal.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that in the circuits

the parallel-connected AC voltage windings feedback windings (NF1 and NF2) are switched on, each of which is traversed by the magnetizing current of the other amplifier.

Publications considered: Siemens-Zeitschrift, 1953, issue 2, pp. 62 to 73; ETZ-A, 1954, H. 10, p. 346;
Funkechnik, 1953, No. 19, pp. 628 and 629; Bulletin SEV, 1954, No.

4, pp. 121 and 122.

1 sheet of drawings