DE1016757B

DE1016757B - Magnetic amplifier

Info

Publication number: DE1016757B
Application number: DES41988A
Authority: DE
Inventors: Paul Marhold
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-08-23
Filing date: 1954-12-17
Publication date: 1957-10-03

Description

DEUTSCHESGERMAN

Durch die Patentanmeldung S 40545 Villa/21a² ist ein magnetischer Verstärker mit in Reihe geschalteten vormagnetisiierten Drosseln und Ventilen nach Art einer Selbstsättigungsschaltung vorgeschlagen worden, bei welchem die Arbeitskreise von anderen über die Drosselwicklungen magnetisch angekoppelten Steuer- und Arbeitswicklungen dadurch entkoppelt werden, daß in die Stromkreise, in denen die Arbeitswicklungen in Reihe mit den Ventilen liegen, Gegenr spannungen eingeschleust werden zu denjenigen Spannungen, welche aus einem oder mehreren der anderen Kreise des magnetischen Verstärkers in diese Stromkreise induziert werden und dadurch in diesen Ausgleichsströme hervorrufen könnten. Hierfür können nach dem Vorschlag der Hauptpatentanmeldung in die mit den Ventilen versehenen Stromkreise Gegenspannungen eingeschleust werden, die der Durchlaßrichtung der Ventile entgegengerichtet sind. Diese einzuschleusenden Spannungen bedingen besondere elektrische Energiequellen für die Erreichung des angestrebten Effektes, so daß sich also< bei einer solchen Anordnung eine Steigerung gegenüber dem sonst an einem magnetischen; Verstärker erforderlichen Energieaufwand ergibt. Diese kann insbesondere von Bedeutung in einer leistungsstarken Endstufe sein und ist unerwünscht, da die Leistung dieser Zusatzspannungsquellen ungefähr gleich groß der Wechselstromleistung sein muß, die für den Betrieb der Droßselanordnung benötigt wird. Der Gesamtleistungsbedarf für eine· solche Anordnung wird daher gegenüber einer Anordnung, die ohne Gegenspannung für eine transformatorische Entkopplung arbeitet, etwa verdoppelt, denn außer der Energie für die Gegenspannungsquellen ist sinngemäß auch eine Steigerung¹ der an sich für dien Betrieb· erforderlichen Wechselstromleistung mit Rücksicht auf diese benutzten Gegenspannungen erforderlich» Dieser Leistungsaufwand läßt sich jedoch erfindungsgemäß dadurch verringern, daß in den Teilstromkreisen des Arbeitsteiles des Verstärkers durch mit geringen Leistungen· steuerbare Ventile eine Gegenspannungswirkung hervorgerufen wird, mittels welcher diese Arbeitsstromkreise gegen Ausgleichsströme gesperrt werden, indem jedes der Ventile derart gesteuert wird, daß es in dem Zeitraum, in welchem der andere Teilstromkreis den Arbeitsstrom über die Belastung führt, auf Sperrung gesteuert wird.The patent application S 40545 Villa / 21a ² has proposed a magnetic amplifier with series-connected pre-magnetized chokes and valves in the manner of a self-saturation circuit, in which the working circuits are decoupled from other control and working windings that are magnetically coupled via the choke windings in that the Circuits in which the working windings are in series with the valves, voltages counter to those voltages that are induced into these circuits from one or more of the other circuits of the magnetic amplifier and could thus cause equalizing currents in them. For this purpose, according to the proposal of the main patent application, counter voltages can be introduced into the circuits provided with the valves, which counter voltages are directed in the opposite direction to the flow direction of the valves. These voltages to be injected require special sources of electrical energy to achieve the desired effect, so that with such an arrangement there is an increase over that otherwise in a magnetic one; Amplifier required energy expenditure results. This can be of particular importance in a powerful output stage and is undesirable since the output of these additional voltage sources must be approximately the same as the alternating current output that is required for the operation of the throttle arrangement. The total power requirement for a · Such an arrangement is therefore approximately doubled compared to an arrangement that operates without a voltage for a transformer decoupling, because except for the energy for the counter-voltage sources, mutatis mutandis, an increase of ¹ · necessary per se for serving operational AC power with regard to These counter voltages are required. This power expenditure can, however, be reduced according to the invention by creating a counter voltage effect in the partial circuits of the working part of the amplifier by means of valves which can be controlled with low power, by means of which these working circuits are blocked against equalizing currents by controlling each of the valves in this way that it is switched to blocking in the period in which the other sub-circuit carries the working current over the load.

Als solche Ventile sind z. B. Elektronenröhren, Gas- oder Metalldampfentladungsgefäße geeignet oder auch Ventile, die mit Halbleitern arbeiten, wie z. B. Transistoren. Es ist in diesem Falle an elektrischer Energie also nur zusätzlich die Steuerleistung für die Sperrventile aufzuwenden und die Verlustleistung der Ventile zu decken.As such valves are, for. B. electron tubes, gas or metal vapor discharge vessels or suitable also valves that work with semiconductors, such as. B. Transistors. In this case it is electrical Energy so only in addition the control power for the Apply shut-off valves and cover the power loss of the valves.

Magnetischer VerstärkerMagnetic amplifier

Zusatz zur Patentanmeldung S 40545 VIII a/21 a²
(Auslegeschrift 1 003 268)Addition to patent application S 40545 VIII a / 21 a ²
(Interpretation document 1 003 268)

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Paul Marhold, Berlin,
ist als Erfinder genannt wordenPaul Marhold, Berlin,
has been named as the inventor

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung. In dieser bezeichnet I den Steuerteil der Anordnung, II den Arbeitsteil. 1 und 2 bezeichnen die beiden Teildrosseln für die beiden Halbwellen, des Wechselstromes. 1 a, bezeichnet die Steuerwicklung der Teildrossel 1, Ib die Arbeitswicklung der Teildrossel 1, 2a die Steuerwicklung der Teildrossel 2, 2 b deren Arbeitswicklung. 3 bis 6 bezeichnen die Ventile des Steuerteiles. Der Steuerteil wird an den Klemmen 7 und 8 mit Gleichspannung gespeist, an den Klemmen 9 und 10 mit Wechselspannung. In dem Arbeitsteil bezeichnen 11 und 12 je ein Sperrventil in jedem der Teilstromkreise des Arbeitsteiles, wobei das Ventil 11 in Form einer Elektronenröhre bzw. gasgefüllte¹ Röhre und das Ventil 12 in Form eines Transistors angedeutet wird. Normalerweise werden, in einer Anordnung nur gleichartige Ventile benutzt werden. Die Darstellung ist in dieser Form gewählt worden, um- in der gleichen Figur unmittelbar verschiedene mögliche Ausführungsformen: für die Sperrventile zu veranschaulichen. Der Arbeitsteil wird in den Klemmen 13 und 14 mit Wechselspannung gespeist. Die Ventile 15 und 16 in den beiden Teilstromkreisen des Arbeitsteiles sorgen dafür, daß jeweils in dem einen Teilstromkreis nur die positive Halbwelle des Wechselstromes und in dem anderen Teilstromkreis nur die negative Halbwelle des Wechselstromes über den Lastwiderstand 17 fließen kann. Das Sperrventil 11 wird an den Klemmen 18 und 19 und das Ventil 12 an den Klemmen 20 und 21 mit einer Steuerwechselspannung synchron mit der WechselspannungThe figures of the drawing illustrate an exemplary embodiment for the application of the invention. In this, I denotes the control part of the arrangement, II the working part. 1 and 2 designate the two partial chokes for the two half-waves of the alternating current. 1 a, denotes the control winding of the partial choke 1, Ib the working winding of the partial choke 1, 2a the control winding of the partial choke 2, 2 b their working winding. 3 to 6 designate the valves of the control unit. The control section is supplied with DC voltage at terminals 7 and 8 and with AC voltage at terminals 9 and 10. In the working part 11 and 12 denote each a check valve in each of the partial circuits of the working part, the valve 11 is indicated in the form of an electron tube or gas-filled tube ¹ and the valve 12 in the form of a transistor. Normally only valves of the same type are used in an arrangement. The representation has been chosen in this form in order to immediately illustrate various possible embodiments for the shut-off valves in the same figure. The working part is fed with AC voltage in terminals 13 and 14. The valves 15 and 16 in the two sub-circuits of the working part ensure that only the positive half-cycle of the alternating current can flow through the load resistor 17 in one sub-circuit and only the negative half-wave of the alternating current in the other sub-circuit. The shut-off valve 11 is connected to the terminals 18 and 19 and the valve 12 is connected to the terminals 20 and 21 with a control alternating voltage in synchronism with the alternating voltage

7C9¹ 699/2727C9 ¹ 699/272

an den Klemmen 13, 14 gesteuert. Die Anordnung wirkt also>, wenn angenommen wird, daß die Wechselspannung gerade mit der eingetragenen Polarität an den Klemmen 13 und 14 liegt, in der folgenden Weise: Die Wechselstromquelle treibt einen Arbeitsstrom über den Lastwiderstand 17., das auf Durchlaß gesteuerte Ventil 12 und das Ventil 16 über die Arbeitswicklung 2 b' der Teildrossel 2 zurück zur Wechselstromquelle, während der Stromfluß in dem anderen Teilstromkreis über die Arbeitswicklung 1 b der Teildrossel· 1 durch das Ventil 15 gesperrt ist. Nach der in dem Hauptpatent bereits grundsätzlich beschriebenen Arbeitsweise einer solchen Anordnung treten bei einem Steuerspannungssprung an den Klemmen 7,8 an den Arbeitswicklungen 1 bzw. 2 der Drosseln induzierte Spannungen auf, die gegebenenfalls Ausgleichsströme in dem Arbeitsteil II auslösen, wodurch das dynamische Verhalten des Verstärkers verschlechtert werden würde. Das Fließen solcher Ausg'eichströme wird nach dem Hauptpatent durch eingeschleuste Gegenspannungen verhindert. An die Stelle solcher " Gegenspannungen treten nach der vorliegenden Anmeldung steuerbare Ventile. D^;ese werden derart gesteuert, daß während einer Halbperiode des Wechselstromes jeweils das Ventil in dem arbeitsstromführenden Teilstromkreis des Arbeitsteiles auf Durchlaß und das Ventil in dem arbeitsstromfreien Teilstromkreis auf Sperrung gesteuert ist. In dem Stromkreis des Arbeitsteiles, der gebildet wird von den beiden Arbeitswicklungen 1 b und 2 b der Teildroese'n 1 und 2, dem Ventil 15, die Ventile 11, 12 und dem Ventil 16 kann Ausgleichsstrom auf Grund induzierter Spannungen fließen, denn es ist stets eines der Ventile 11 oder 12 in diesem Stromkreis gesperrt. Hat die an den Klemmen 13 und 14 in dem betrachteten Augenblick liegende Wechselspannung die einge.ragene Polarität, so fließt über den Lastwiderstand 17 ein Arbeitsstrom in dem rechten Teilstromkreis der Anordnung, d. h. über das auf Durchlaß gesteuerte Ventil 12 und das Ventil 16 sowie die Arbeitswicklung 2b der Teildrossel 2 zurück zur Wechselspannungsquelle. Während des gleichen Zeitraumes ist in dem anderen Teilstromkreis der Stromdurchgang auf Grund des mit der Arbeitswicklung 1 & in Reihe liegenden Ventils 15 gesperrt. Tritt an der Steuerwicklung 1 α ein Spannungssprung auf, während sich die Teildrossel 2 in der Sättigung befindet und somit also die gesamte Wechselspannung an dem Lastwiderstand 17 liegt, so· könnte eine an der Arbeitswick!ungl& auf Grund des Steuervorganges induzierte Wechse·'spannung einen Strom über die Ventile 15 und 16 und die Arbeitswicklung 2b treiben. Dieser Vorgang wird durch das steuerbare Ventil 11 verhindert, indem dieses in diesem Zeitraum auf Sperrung gesteuert ist. Die Wirkung dieses Sperreffektes auf die Aussteuerungszeit des magnetischen Verstärkers ist bereits grundsätzlich in der Hauptpatentanmeldung beschrieben worden. Für den anderen Teilstromkreis des Arbeitsteiles ergibt sich in der folgenden Halbwelle des Wechselstromes die analoge Wirkungsweise für das Ventil 12. In dem Ausführungsbeispiel ist als Steuerventil ein sogenannter Impulssteuerteil verwendet, dessen Wesen in bekannter Weise darin besteht, daß die Rückmagnetisierungsspannung für jede der beiden Teildrosseln getrennt erzeugt und nur im arbeitsstromfreien (Ruhe-) Takt auf diese Teildrossel gegeben wird. Diese Wirkung wird erreicht durch gleichzeitige Benutzung einer -Steuergleichspannung in Verbindung mit einer Hilfswechselspannung, die mit der Arbeitswechselspannung im Arbeitskreis synchron ist und durch die Ventilanordnung ihre Halbwdlen auf die beiden Teildrosseln getrennt liefert. Wirksam für den Steuervorgang ist jeweils die Höhe der Steuergleidtispannung bzw. an deren Stelle ein an einem veränderlichen Widerstand auftretender Spannungsabfall der Hilfswechselspannung. An die Stelle dieser Impuls= steuerung kann jeder andere geeignete Steuerteil treten, beispielsweise die übliche Gleichstromsteuerung mit in Reihe geschalteten Steuerwicklungen beider Teildrosseln. Als Arbeitsteil kann an Stelle der ge4 zeichneten Doublerschaltung auch eine entsprechende Kaskadenanordnung mehrerer magnetischer Verstärkerstufen treten. Das Ausführungsbeispiel zeigt ferner nur eine Anordnung für einphasigen Wechsel-' strom. Eine erfindungsgemäße Anordnung ist auefi sinngemäß anwendbar in mehrphasiger Ausbildung in Verbindung mit mehrphasigen Wechselspannungs^' quellen. : ■controlled at terminals 13, 14. The arrangement works>, if it is assumed that the alternating voltage is present with the entered polarity at the terminals 13 and 14, in the following way: The alternating current source drives an operating current via the load resistor 17, the valve 12 controlled to open and the valve 16 through the working coil 2 b 'of the sub-reactor 2 to the AC source, while the current flow in the other sub-circuit B through the main winding 1 of the throttle portion is blocked by the valve 15 back ·. 1 According to the principle of operation of such an arrangement already described in the main patent, induced voltages occur in the event of a control voltage jump at the terminals 7, 8 on the working windings 1 and 2 of the chokes, which may trigger equalizing currents in the working part II, thereby reducing the dynamic behavior of the amplifier would be worsened. According to the main patent, the flow of such balancing currents is prevented by counter-voltages introduced. In the place of such "counter voltages, controllable valves occur according to the present application. D ^; ese are controlled in such a way that during a half cycle of the alternating current the valve in the working current carrying circuit of the working part is switched to open and the valve in the working current-free circuit is switched to blocking. in the circuit of the working part, which is formed by the two working windings 1b and 2b of Teildroese'n 1 and 2, the valve 15, the valves 11, 12 and the valve 16 may flow compensating current on the basis of induced voltages, because it is one of the valves 11 or 12 is always blocked in this circuit open-loop controlled valve 12 and valve 16 as well as the working winding 2b of the partial throttle el 2 back to the AC voltage source. During the same period of time, the passage of current in the other sub-circuit is blocked due to the valve 15 lying in series with the working winding 1 &. If a voltage jump occurs on the control winding 1 α while the partial choke 2 is in saturation and thus the entire alternating voltage is applied to the load resistor 17, an alternating voltage induced on the working winding due to the control process could change Drive current through valves 15 and 16 and working winding 2b . This process is prevented by the controllable valve 11 in that this is controlled to block during this period. The effect of this blocking effect on the modulation time of the magnetic amplifier has already been described in principle in the main patent application. For the other partial circuit of the working part, the following half-cycle of the alternating current results in the analogous mode of operation for valve 12. In the exemplary embodiment, a so-called pulse control part is used as the control valve, the essence of which is, in a known manner, that the reverse magnetization voltage is separate for each of the two partial throttles and is only given to this partial choke in the (idle) cycle without working current. This effect is achieved through the simultaneous use of a DC control voltage in conjunction with an auxiliary AC voltage which is synchronous with the working AC voltage in the working circuit and delivers its half-coils to the two partial throttles separately through the valve arrangement. In each case, the level of the control track disconnect voltage or, in its place, a voltage drop in the auxiliary AC voltage that occurs at a variable resistor is effective for the control process. Any other suitable control part can take the place of this pulse control, for example the usual direct current control with control windings of both partial chokes connected in series. A corresponding cascade arrangement of several magnetic amplifier stages can also be used as a working part instead of the doubler circuit shown. The exemplary embodiment also shows only an arrangement for single-phase alternating current. An arrangement according to the invention can also be used in a multiphase configuration in conjunction with multiphase AC voltage sources. : ■

Claims

Claims: '[

1. Magnetic amplifier with in series! switched pre-magnetizable chokes and valves according to the type of self-saturation circuit, in which the working circuits are decoupled from other control and working circuits magnetically coupled via the choke windings in that in the circuits in which the working windings were in series with the valves ^! gen, counter-voltages are used to de »tensions, which are made up of one or more of the. other circuits of the amplifier are induced in these currents and could thus cause equalizing currents in these ', according to patent application S 40545 VIII a / 21 a ² , characterized in that in the sub-circuits of the working part of the amplifier with low power controllable valves a Gegenenspam voltage effect is produced, by means of which "these working circuits against compensating currents: are blocked by each of the valves: is controlled in such a way that it is controlled to blocking in the period in which the other subcircuit carries the working current over the load ! ..

2. Magnetic amplifier according to claim IjJ, characterized in that electronic or gas or metal vapor discharge vessels are used as controllable locking valves. "' ^l

3. Magnetic amplifier according to claim 1, characterized in that the stop valve * conductor arrangements in the form of transistors ber uses are.

4. Magnetic amplifier according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that ¹ it is designed with multiple phases for connection to multiple + phase AC power sources. :

1 sheet of drawings