DE1107281B - Magnetischer Verstaerker fuer einen nur aus einem Lastkreis bestehenden Gleichstrom-verbraucher mit wechselnder Stromrichtung - Google Patents

Description

• Magnetischer Verstärker für einen nur aus einem Lastkreis bestehenden Gleichstromverbraucher mit wechselnder Stromrichtung Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Verstärker zur Speisung eines nur aus einem Lastkreis bestehenden Verbrauchers mit einem richtungsumkehrbaren Gleichstrom.
• Unter der Bezeichnung »magnetischer Gegentaktverstärker« sind bereits Anordnungen bekannt, die es gestatten, mittels magnetischer Verstärker einen Verbraucher mit einem richtungsumkehrbaren Gleichstrom zu speisen. Wie schon der Name Gegentaktverstärker erkennen läßt, ist bei diesen bekannten Anordnungen für jede Stromrichtung je ein magnetischer Verstärkenmit Gleichstromausgang vorgesehen. Beide Magnetverstärker werden gemeinsam an den Verbraucher angeschlossen. Um hierbei unerwünschte Kurzschlußströme zu vermeiden, sind besondere Maßnahmen erforderlich. Entweder werden zusätzliche Spannungsquellen -beispielsweiseBatterienin den Verbraucherkreis eingeschaltet, die in der Lage sein müssen, Leistung aufzunehmen, oder es werden zusätzliche Wirkwiderstände zur Ankopplung der Magnetverstärker an den Verbraucher verwendet. Bei Verwendung von Batterien muß jeder Magnetverstärker mindestens für die doppelte Verbraucherleistung ausgelegt sein. Die insgesamt zu installierende Leistung der magnetischen Verstärker beträgt also das Vierfache der Verbraucherleistung. Bei Verwendung von Wirkwiderständen zur Ankopplung an den Verbraucher liegen die Werte für die zu installierende Magnetverstärkerleistung noch bedeutend höher. Der Wirkungsgrad solcher Anordnungen ist folglich sehr gering.
• Um den geschilderten Schwierigkeiten zu begegnen, ist man bereits dazu übergegangen, die magnetischen Verstärker für die beiden Stromrichtungen über Transistoren an den Verbraucher anzuschließen. Da Transistoren in der Lage sind, Gleichspannungen zu sperren, wird damit in einwandfreier Weise erreicht, daß keine Kurzschluß- oder Ausgangsströme fließen können, wenn jeweils nur der Transistor des in Betrieb befindlichen Verstärkers stromdurchlässig geschaltet ist. Aber auch diese Anordnung hat den Nachteil, daß für jede Stromrichtung ein magnetischer Verstärker vorgesehen ist, der für die volle Verbraucherleistung ausgelegt sein muß.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen magnetischen Verstärker zur Speisung eines nur aus einem Lastkreis bestehenden Verbrauchers mit einem richtungsumkehrbaren Gleichstrom zu schaffen, bei dem man mit einem magnetischen Verstärker für beide Stromrichtungen auskommt und bei dem die zu installierende Magnetverstärkerleistung nicht größer als die Verbraucherleistung ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen magnetischen Verstärker vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Gleichrichterbrückenschaltung mit ihren Einspeisungspunkten über je eine sättigbare Drossel an eine speisende Transformatorwicklung angeschlossen ist und daß zwischen den Nullpunkten der Gleichrichterbrückenschaltung zwei gleichsinnig geschaltete, vorzugsweise elektronisch arbeitende Schaltglieder liegen, z. B. Transistoren oder Elektronenröhren, deren Mittenpunkt über den Verbraucher an die Mittenanzapfung der Transformatorwicklung angeschlossen ist. Die beiden Schaltglieder werden dabei so gesteuert, daß je nach gewünschter Stromrichtung eines der beiden Schaltglieder voll stromdurchlässig ist, während das andere entsprechend dem gewünschten Aussteuerungszustand mehr oder weniger sperrt.
• In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Magnetverstärkerschaltung nach der Erfindung dargestellt. Als Schaltglieder werden in diesem Ausführungsbeispiel Transistoren verwendet. Die beiden sättigbaren Drosseln 1 und 2 liegen mit je einer ihrer Klemmen an je einem Ende der speisenden Transformatorwicklung 3. Dieser Transformator ist in dem Ausführungsbeispiel als Einwicklungstransformator dargestellt. Mit ihren anderen Klemmen sind die beiden sättigbaren Drosseln 1 und 2 an die Einspeisungspunkte a und b der aus den Gleichrichterelementen 4, 5, 6 und 7 bestehenden Gleichrichterbrückenschaltung angeschlossen. Zwischen den beiden Nullpunkten c und d der Gleichrichterbrückenschaltung liegen zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Transistoren 8 und 9. Der Mittenpunkt e zwischen den beiden Transistoren wird über den Verbraucher 10, der im vorliegenden Beispiel eine Gleichstrommaschine. ist, an die Mittenanzapfung des Transformators 3 angeschlossen. Die beiden Transistoren 8 und 9 werden über die symbolisch dargestellten Steuerglieder 11 und 12 in Abhängigkeit einer Steuergröße y gesteuert. y ist eine Größe, die positive und negative Werte annehmen kann.
• Zur Erläuterung der Funktionsweise der Anordnung nach der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die Transistoren 8 und 9 voll stromdurchlässig geschaltet sind. Ihre Innenwiderstände sind dann vernachlässigbar klein. In diesem Falle fließt während der einen Halbwelle ein Magnetisierungsstrom über die Schaltungselemente 2, 7, 9, 8, 4, 1. In der darauffolgenden Halbwelle fließt ein gleicher Magnetisierungsstrom über die Schaltungselemente 1, 5, 9, 8, 6, 2. Die sättigbaren Drosseln 1 und 2 werden also abwechselnd auf- und abmagnetisiert. Sie nehmen dabei die gesamte Spannungszeitfläche der speisenden Spannung auf und gelangen nicht in die Sättigung. Die Spannung an dem Verbraucher 10 ist Null. Wird jetzt einer der beiden Transistoren, beispielsweise der Transistor 8, allmählich gesperrt, so vermindert sich der Magnetisierungsstrom für die beiden sättigbaren Drosseln 1 und 2 in der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Richtung. Die beiden sättigbaren Drosseln werden in dieser Richtung nicht mehr vollständig rückmagnetisiert. Die Folge davon ist, daß die sättigbaren Drosseln durch die jeweils nachfolgende Halbwelle in den Sättigungszustand gelangen, so daß sich in der ausgezogenen Pfeilrichtung ein Arbeitsstrom ergibt, der über den Transistor 9 und den Verbraucher 10 fließt. Ist der Transistor 8 schließlich vollständig gesperrt, so kann über die Gleichrichter 4 und 6 kein Rückmagnetisierungsstrom mehr fließen. Nimmt man an, daß ein Rückstrom über die Gleichrichter 5 und 7 in Sperrichtung nicht auftritt, so bleiben die beiden sättigbaren Drosseln 1 und 2 bei entsprechender Ausbildung ihres Kernmaterials (Remanenzfluß .# Sättigungsfluß) nahezu vollständig gesättigt, so daß sich die volle Ausgangsspannung an der Last 10 ergibt.
• In entsprechender Weise erhält man bei voll stromdurchlässigem Transistor 8 und gesperrtem Transistor 9 die volle Ausgangsspannung mit umgekehrter Polarität am Verbraucher 10.
• Die Steuerung der Schaltglieder 8 und 9, die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 als Transistoren ausgebildet sind, erfolgt in dem in Fig. 2 dargestellten Zusammenhang. Dort sind in Abhängigkeit der Steuergröße y die Sperrungszustände der Schaltglieder 8 und 9 mit SI.1 und S12 bezeichnet. Die oberen Wagerechten der beiden Kennlinien S11 und S12 bezeichnen den voll stromdurchlässigen Zustand, die unteren Waagerechten den Zustand völliger Sperrung. Die am Verbraucher liegende Spannung ist mit U_4 bezeichnet. Man erkennt, daß je nach Richtung der Ausgangsspannung UA das eine Schaltglied voll stromdurchlässig geschaltet ist, während das andere entsprechend der gewünschten Größe der Ausgangsspannung mehr oder weniger sperrt. Die Sperrung der beiden Schaltglieder 8 und 9 kann sowohl stetig als auch quasi stetig in Form variabler Impulsbreite erfolgen. Bei der stetigen Steuerung der Schaltglieder - wird der Rückmagnetisierungsstrom der sättigbaren Drosseln durch den Innenwiderstand der Schaltglieder - bestimmt. Bei der quasi stetigen Steuerung, bei der das Steuerglied im reinen Schaltbetrieb arbeitet, bei der also das Verhältnis von Öffnungs- zu Schließungszeit des Schaltgliedes, bezogen auf die Periodendauer der speisenden Wechselspannung, verändert wird, ergibt sich für die sättigbaren Drosseln eine echte Spannungszeitflächensteuerung während der rückmagnetisierenden Halbwellen. Der Vorteil der quasi stetigen Steuerung besteht darin, daß die Schaltglieder praktisch keine Verlustleistung aufnehmen.
• Der magnetische Verstärker nach der Erfindung ist besonders geeignet zur Speisung von elektrischen Umkehrantrieben.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Magnetischer Verstärker zur Speisung eines nur aus einem Lastkreis bestehenden Verbrauchers mit einem richtungsumkehrbaren Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichrichterbrückenschaltung (4, 5, 6, 7) mit ihren Einspeisungspunkten (a, b) über je eine sättigbare Drossel (1, 2) an eine speisende Transformatorwicklung (3) angeschlossen ist und daß zwischen den Nullpunkten (c, d) der Gleichrichterbrückenschaltungzweigleichsinnig geschaltete, vorzugsweise elektronisch arbeitende Schaltglieder (8, 9) liegen, z. B. Transistoren oder Elektronenröhren, deren Mittenpunkt (e) über den Verbraucher (10) an die Mittenanzapfung der Transformatorwicklung (3) angeschlossen ist.
2. 2. Magnetischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltglieder (8, 9) derart gesteuert werden, daß je nach gewünschter Stromrichtung eines der beiden Schaltglieder voll stromdurchlässig ist, während das andere entsprechend dem gewünschten Aussteuerungszustand mehr oder weniger sperrt.
3. 3. Magnetischer Verstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Sperrwirkung der Schaltglieder entweder durch Veränderung ihrer Innenwiderstände erfolgt oder durch Veränderung ihrer Verhältnisse von öffnungs- zu Schließungszeit, bezogen auf die Periodendauer der speisenden Wechselspannung.
4. 4. Magnetverstärkeranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die sättigbaren Drosseln vorzugsweise ein Kernmaterial verwendet wird, bei dem der Remanenzfluß annähernd gleich dem Sättigungsfluß ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Buch von William A. G e yge r, »Magnetverstärker-Schaltungen, Stuttgart-Berlin 1959, S.98, Abb.5 bis 16 (b).