DE1032387B

DE1032387B - Arrangement to compensate the influence of the temperature dependence of the magnetic induction on electrical devices, e.g. B. Voltage equalizer

Info

Publication number: DE1032387B
Application number: DEG19824A
Authority: DE
Inventors: Erich Wilhelm Manteuffel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1955-06-30
Filing date: 1956-06-12
Publication date: 1958-06-19

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kompensation des Einflusses der Temperaturabhängigkeit der magnetischen Induktion auf elektrische Geräte, z. B. Spannungsgleichhalter, deren Ausgangsgrößen insbesondere von der magnetischen Induktion in sättigbaren Drosselspulen abhängen.The invention described below relates to an arrangement for compensating for the influence the temperature dependence of magnetic induction on electrical devices, e.g. B. Voltage equalizer, the output variables of which depend in particular on the magnetic induction in saturable inductors.

Die magnetischen Werkstoffe, die für solche Zwecke entwickelt worden sind, besitzen eine möglichst rechtwinklig verlaufende Magnetisierungskurve. Der Verlauf dieser Kurve und insbesondere die Größe der Sättigungsinduktion sind stark von der Temperatur abhängig. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Permeabilität dieser Werkstoffe ab, bis sie bei der Curietemperatur ihre ferromagnetischen Eigenschaften verlieren. Um eine temperaturunabhängige Ausgangsgröße zu erzielen, sind verschiedene Verfahren zur Kompensation des Temperatureinflusses bekanntgeworden. Hierzu können Reihen- oder Parallelschaltungen von ohmschen Widerständen mit entsprechenden negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten dienen. Die Wirkung solcher Kompensationsmethoden ist jedoch auf einen verhältnismäßig engen Temperaturbereich begrenzt, da die Temperaturkoeffizienten der ohmschen Widerstände einen größeren Bereich nicht linear verlaufen.The magnetic materials that have been developed for such purposes have one as possible Magnetization curve running at right angles. The course of this curve and in particular the The size of the saturation induction are strongly dependent on the temperature. With increasing temperature the permeability of these materials decreases until they reach their ferromagnetic properties at the Curie temperature lose. There are various methods to achieve a temperature-independent output variable for the compensation of the temperature influence became known. Series or parallel connections can be used for this purpose of ohmic resistances with corresponding negative or positive temperature coefficients to serve. However, the effect of such compensation methods is proportionate on one narrow temperature range, because the temperature coefficients of the ohmic resistances one larger area do not run linearly.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kompensation des Temperatureinflusses über einen großen Bereich sicherzustellen. Die entsprechende Anordnung zur Kompensation des Einflusses der Temperaturabhängigkeit der magnetischen Induktion auf elektrische Geräte, z. B. Spannungsgleichhalter, deren Ausgangsgrößen insbesondere von der magnetischen Induktion in sättigbaren Drosselspulen abhängen, ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch wenigstens zwei zueinander parallel geschaltete, gegebenenfalls über Zwischenglieder an die Eingangsspannung gelegte sättigbare Drosselspulen mit Kernen unterschiedlicher Curietemperaturen, die so geschaltet sind, daß zumindest ein Teil der Spannung an der einen sättigbaren Drosselspule der Spannung an der anderen sättigbaren Drosselspule entgegenwirkt. The invention is now based on the object of a To ensure compensation of the temperature influence over a large area. The corresponding Arrangement to compensate the influence of the temperature dependence of the magnetic induction on electrical devices, e.g. B. Voltage equalizers, whose output variables depend in particular on the magnetic Induction in saturable choke coils depend, is characterized according to the invention by at least two saturable choke coils with cores connected in parallel to one another, possibly connected to the input voltage via intermediate elements different Curie temperatures, which are switched so that at least part of the voltage at one saturable choke coil counteracts the voltage at the other saturable choke coil.

Die Anordnung nach der Erfindung kann im einzelnen so getroffen werden, daß die beiden sättigbaren Drosselspulen eingangsseitig gegebenenfalls über Zwischenglieder zueinander parallel geschaltet sind und ausgangsseitig die Spannung zwischen der einen Klemme der ersten sättigbaren Drosselspule und einer Anzapfung an der zweiten sättigbaren Drosselspule abgegriffen wird. Zur Feineinstellung der Spannung besteht die Möglichkeit, diese von einem Spannungsteiler abzugreifen, dessen einer Pol an die Anzapfung der zweiten sättigbaren Drossel-The arrangement according to the invention can be made in detail so that the two saturable choke coils connected in parallel to one another on the input side, if necessary via intermediate elements and on the output side the voltage between one terminal of the first saturable inductor and a tap is tapped on the second saturable inductor. For fine adjustment the voltage there is the possibility of tapping it from a voltage divider, one pole of which to the tap of the second saturable choke

Anordnungarrangement

zur Kompensation des Einflusses
der Temperaturabhängigkeit
der magnetischen Induktionto compensate for the influence
the temperature dependence
of magnetic induction

auf elektrische Geräte,
z. B. Spannungsgleichhalteron electrical devices,
z. B. Voltage equalizer

Anmelder:Applicant:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)General Electric Company,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,
Berlin-Charlottenburg 9, Württemberg-Allee 8Representative: Dr.-Ing. A. Schmidt, patent attorney,
Berlin-Charlottenburg 9, Württemberg-Allee 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1965Claimed priority:
V. St. v. America June 30, 1965

Erich Wilhelm Manteuffel, Ithaca, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenErich Wilhelm Manteuffel, Ithaca, NY (V. St. Α.),
has been named as the inventor

spule angeschlossen ist. Die Gegeneinanderschaltung der beiden Teilspannungen an den sättigbaren Drosselspulen kann auch transformatorisch über eine Sekundärwicklung einer sättigbaren Drosselspule in dem Stromkreis der anderen sättigbaren Drosselspule erfolgen. Die unterschiedlichen Curietemperaturen der Kerne der beiden sättigbaren Drosselspulen bewirken eine verschiedene Temperatur abhängigkeit der an den sättigbaren Drosselspulen auftretenden Spannungen. Es wird nun eine Teilspannung an der sättigbaren Drosselspule mit dem Kern größerer prozentualer Temperaturabhängigkeit der Sättigungsinduktion der Spannung an der sättigbaren Drosselspule mit dem Kern kleinerer prozentualer Temperaturabhängigkeit der Sättigungsinduktion entgegenge-coil is connected. The opposing connection of the two partial voltages at the saturable choke coils can also be transformered via a secondary winding of a saturable inductor in the Circuit of the other saturable inductor. The different Curie temperatures of the Cores of the two saturable choke coils cause a different temperature dependence of the voltages occurring in the saturable reactors. There is now a partial voltage on the saturable Choke coil with the core of greater percentage temperature dependence of the saturation induction the voltage across the saturable choke coil with the core having a smaller percentage temperature dependence against the saturation induction

schaltet. Diese Teilspannung ist so bemessen, daß ihre absolute Änderung mit der Temperatur gleich der absoluten Änderung der Spannung an der anderen sättigbaren Drosselspule mit der Temperatur ist. Diese Anordnung läßt sich mit Vorteil überall dort anwenden, wo es darauf ankommt, temperaturunabhängige Ausgangsgrößen zu erhalten. Ein Beispiel hierfür sind Spannungsgleichhalter. Diese können unter Anwendung der Lehre nach der Erfindung so aufgebaut werden, daß die Eingangsspannungswitches. This partial voltage is dimensioned in such a way that its absolute change with temperature is the same is the absolute change in voltage across the other saturable inductor with temperature. This arrangement can be used with advantage wherever it is temperature-independent Obtain output quantities. An example of this are voltage equalizers. these can be constructed using the teaching of the invention so that the input voltage

809 557/147809 557/147

zwei nichtlinearen Schwingungskreisen mit Kondensatoren und sättigbaren Drosselspulen zugeführt wird, deren Spannungen einander entgegenwirken. Die Güte der Einrichtung steigt mit zunehmender Annäherung der Magnetisierungskurve der sättigbaren Drosselspulen an eine rechtwinklig verlaufende Kurve.two non-linear oscillating circuits with capacitors and saturable inductors whose tensions oppose each other. The quality of the facility increases as it increases Approximation of the magnetization curve of the saturable choke coils to a right-angled one Curve.

In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele einige Anordnungen nach der Erfindung dargestellt.In the drawing, some arrangements according to the invention are shown as exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt eine einfache Schaltung, bei der die Temperaturabhängigkeit der Spannung an einer sättigbaren Drosselspule vollständig über einen großen Bereich kompensiert wird. An den Eingangsklemmen 1 liegt eine sättigbare Drosselspule 2, der eine Drosselspule 3 vorgeschaltet ist. Würde man die an der sättigbaren Drosselspule 2 liegende Spannung unmittelbar abgreifen, so wäre diese temperaturabhängig in dem gleichen Maße, in dem die magnetische Induktion des Kernes sich mit der Temperatur ändert. Diese Temperaturabhängigkeit der Spannung an der sättigbaren Drosselspule 2 als möglicher Ausgangsspannung ist in Fig. 2 durch die Kurve 20 wiedergegeben. In dieser ist über der Temperatur T die Ausgangsspannung U aufgetragen. Nach der durch die Erfindung gegebenen technischen Lehre wird der sättigbaren Drosselspule 2 eine gleichfalls sättigbare Drosselspule 4 unter Vorschaltung einer Drosselspule 5 parallel geschaltet. Diese sättigbare Drosselspule besitzt einen Kern, dessen Werkstoff eine niedrigere Curietemperatur als der Werkstoff des Kernes der sättigbaren Drosselspule 2 hat. Dementsprechend ist auch die magnetische Induktion in diesem Kern und mit ihr die Spannung an der sättigbaren Drosselspule 4 stärker temperaturabhängig. Man kan nun von der sättigbaren Drosselspule 4 eine Teilspannung abgreifen, die sich in dem in Frage kommenden Temperaturbereich in dem gleichen Maße ändert wie die Spannung an der sättigbaren Drosselspule 2. Der Verlauf einer solchen Teilspannung ist durch die Kurve 40 in Fig. 2 angedeutet. Schaltet man beide Spannungen gegeneinander, so erhält man für die Ausgangsspannung der Anordnung nach Fig. 1 an den Ausgangsklemmen 6 eine Spannung, deren Verlauf unabhängig von der Temperatur ist, wie die Kurve 30 in Fig. 2 erkennen läßt. Als Werkstoffe für den Kern der sättigbaren Drosselspule mit kleinerer Curietemperatur können beispielsweise Ferrite verwendet werden.1 shows a simple circuit in which the temperature dependence of the voltage across a saturable choke coil is completely compensated over a large range. A saturable choke coil 2, which is preceded by a choke coil 3, is connected to the input terminals 1. If the voltage at the saturable choke coil 2 were to be tapped off directly, it would be temperature-dependent to the same extent that the magnetic induction of the core changes with the temperature. This temperature dependency of the voltage across the saturable choke coil 2 as a possible output voltage is shown in FIG. 2 by curve 20. In this, the output voltage U is plotted against the temperature T. According to the technical teaching given by the invention, the saturable choke coil 2 is connected in parallel to a saturable choke coil 4 with an upstream choke coil 5. This saturable choke coil has a core, the material of which has a lower Curie temperature than the material of the core of the saturable choke coil 2. Accordingly, the magnetic induction in this core, and with it the voltage across the saturable choke coil 4, is more temperature-dependent. A partial voltage can now be tapped from the saturable choke coil 4, which changes in the temperature range in question to the same extent as the voltage across the saturable choke coil 2. The course of such a partial voltage is indicated by curve 40 in FIG. If the two voltages are switched against each other, a voltage is obtained for the output voltage of the arrangement according to FIG. 1 at the output terminals 6, the course of which is independent of the temperature, as can be seen from curve 30 in FIG. Ferrites, for example, can be used as materials for the core of the saturable choke coil with a lower Curie temperature.

Der Erfindungsgedanke kann für die verschiedensten Geräte angewendet werden. In den Fig. 3 und 4 sind Schaltungen für Spannungsgleichhalter angegeben, bei denen die Temperaturunabhängigkeit der Spannung nach der Erfindung sichergestellt ist. Die Eingangsspannung wird wiederum an die Eingangsklemmen 1 gelegt und über die Drosselspulen 3 und 5 einer Parallelschaltung von zwei nicht linearen Schwingkreisen zugeführt, die aus den sättigbaren Drosselspulen 2 und 4 und den Kondensatoren 7 und 8 bestehen. An den sättigbaren Drosselspulen dieser nichtlinearen Schwingungskreise tritt infolge der eintretenden Sättigung der sättigbaren Drosselspulen eine trotz schwankender Eingangsspannung im wesentlichen konstante Ausgangsspannung auf, die nur noch durch die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Induktion der Kernwerkstoffe beeinflußt wird. Um diesen Einfluß zu kompensieren, liegt nach Fig. 3 im Ausgangskreis, in dem sich der Belastungswiderstand 9 befindet, außer der sättigbaren Drosselspule 2 die Sekundärwicklung 10 der sättigbaren Drosselspule 4. Die sättigbare Drosselspule 4 überträgt transformatorisch auf ihre Sekundärwicklung eine solche Teilspannung, daß deren Temperaturabhängigkeit gerade den Temperaturgang der Spannung an der sättigbaren Drosselspule 2 kompensiert. Auch hier wird also die Kompensation wieder durch unterschiedliche Curietemperaturen der Kerne der sättigbaren Drosselspulen erreicht.The concept of the invention can be used for a wide variety of devices. In FIGS. 3 and 4 circuits for voltage equalizers are specified, in which the temperature independence of the Voltage is ensured according to the invention. The input voltage is in turn applied to input terminals 1 and via inductors 3 and 5 fed to a parallel connection of two non-linear oscillating circuits, which consist of the saturable Choke coils 2 and 4 and capacitors 7 and 8 exist. At the saturable inductors of these non-linear oscillation circuits occurs as a result of the occurring saturation of the saturable inductors an output voltage that is essentially constant despite the fluctuating input voltage, the only influenced by the temperature dependence of the magnetic induction of the core materials will. In order to compensate for this influence, according to FIG. 3, in the output circuit in which the load resistance is located 9 is, in addition to the saturable inductor 2, the secondary winding 10 of the saturable Choke coil 4. The saturable choke coil 4 transmits a transformer to its secondary winding such a partial voltage that its temperature dependence precisely reflects the temperature response of the voltage compensated at the saturable choke coil 2. Here, too, the compensation is carried out again different Curie temperatures of the cores of the saturable inductors are reached.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 erfolgt die Gegenschaltung einer Teilspannung an der sättigbaren Drosselspule 4 mit der niedrigeren Curietempe- * ratur über einen Spannungsteiler 11. Dieser Spannungsteiler ist an zwei Anzapfungen 12 und 13 der #,· sättigbaren Drosselspule 4 und über seinen Abgriff an den Belastungswiderstand 9 angeschlossen. Durch Veränderung des Abgriffes des Spannungsteilers 14 bzw. der Anzapfungen 12 und 13 der sättigbaren Drosselspule 4 läßt sich die Größe der gegengeschalteten Spannung sehr fein verändern. Auch hierbei ergibt sich eine temperaturunbhängige Ausgangsspannung·. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, a partial voltage is connected in the opposite direction to the saturable one Choke coil 4 with the lower Curie temperature via a voltage divider 11. This voltage divider is at two taps 12 and 13 of the #, · saturable choke coil 4 and via its tap connected to the load resistor 9. By changing the tap of the voltage divider 14 or the taps 12 and 13 of the saturable choke coil 4 can be the size of the counter-connected Change tension very finely. This also results in a temperature-independent output voltage ·.

Für die Kerne der sättigbaren Drosselspule 2 und 4 wird dabei ein Werkstoff mit praktisch rechteckiger Magnetisierungskennlinie verwendet. Die an den sättigbaren Drosselspulen auftretenden Spannungen werden in ihrer Größe durch den magnetischen Sättigungsfluß bestimmt. Die erforderlichen Windungs- ■ zahlen der sättigbaren Drosselspulen zur Erzielung der gewünschten Temperaturkompensation lassen sich bei Kenntnis der Sättigungsflüsse und ihrer Temperaturkoeffizienten einfach ermitteln.A material with a practically rectangular shape is used for the cores of the saturable choke coil 2 and 4 Magnetization characteristic used. The voltages appearing across the saturable reactors are determined in their size by the saturation magnetic flux. The necessary turns ■ numbers of saturable inductors to achieve the desired temperature compensation can be with knowledge of the saturation flows and their temperature coefficients simply determine.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement to compensate for the influence of the temperature dependence of the magnetic induction on electrical devices, e.g. B. voltage equalizers, their output variables in particular depends on the magnetic induction in saturable choke coils, characterized by at least two connected in parallel to one another, if necessary via intermediate elements to the input voltage laid, saturable inductors with cores of different Curie temperatures, which are connected so that at least part of the voltage across the one saturable inductor counteracts the voltage across the other saturable inductor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two saturable inductors on the input side are optionally connected in parallel to one another via intermediate elements and on the output side the sum of the voltage across one choke coil and part of the voltage the other saturable choke coil is tapped on her via taps.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that for fine adjustment of the output voltage this is applied to a voltage divider whose tap on the circuit of the connected to another voltage.

4. Arrangement according to claim 1, characterized ge ^ indicates that the voltages are connected against one another by means of a transformer via a secondary winding a saturable reactor in the circuit of the other saturable reactor he follows.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the partial voltage on the saturable inductor with the core larger ί ί Percentage temperature dependence of the saturation * ■■■. ■ &

induction of voltage across the saturable inductor with the core smaller percentage The temperature dependence of the saturation induction is switched against, its absolute change with temperature is equal to the absolute change in the other voltage with temperature.

6. Arrangement according to claim 1 to 5 for voltage equalizers, characterized in that

the input voltage two non-linear oscillating circuits with capacitors and saturable Choke coils is supplied, the voltages of which counteract each other.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the magnetization curves of the saturable inductors extend at least approximately at right angles.

1 sheet of drawings