DE1107281B

DE1107281B - Magnetic amplifier for a direct current consumer consisting of only one load circuit with alternating current direction

Info

Publication number: DE1107281B
Application number: DEL35097A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Luehr
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-01-12
Filing date: 1960-01-12
Publication date: 1961-05-25

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.Magnetic amplifier for a single load circuit Direct Current Consumers with Alternating Current Direction The invention relates to to a magnetic amplifier for feeding a single load circuit Consumers with a reversible direct current.

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.Under the designation "magnetic push-pull amplifier" are already Arrangements known that allow a consumer by means of a magnetic amplifier to be fed with a reversible direct current. Like the name push-pull amplifier shows, in these known arrangements there is one for each current direction magnetic amplifiers with direct current output. Both magnetic amplifiers are connected to the consumer together. In order to avoid undesirable short-circuit currents Special measures are required to avoid this. Either will be additional Voltage sources - for example batteries switched on in the consumer circuit, which must be able to absorb power, or there will be additional resistances used to couple the magnetic amplifier to the consumer. Using of batteries, each magnetic amplifier must be able to handle at least twice the consumer power be designed. The total power to be installed by the magnetic amplifiers is therefore four times the consumer power. When using effective resistors for coupling to the consumer, the values for the magnetic amplifier power to be installed are available significantly higher. The efficiency of such arrangements is consequently very low.

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.In order to meet the difficulties described, one is already switched to the magnetic amplifier for the two current directions Connect transistors to the consumer. Since transistors are able to To block direct voltages is achieved in a satisfactory manner that none Short-circuit or output currents can flow, if only the transistor of the amplifier in operation is switched to be conductive. But also this arrangement has the disadvantage that a magnetic amplifier for each current direction is provided, which must be designed for the full consumer power.

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.The object of the invention is now to provide a Magnetic amplifier for supplying a load consisting of only one load circuit with a reversible direct current, in which one with a magnetic Amplifier for both directions of current gets along with the one to be installed Magnetic amplifier power is not greater than the consumer power. To the solution This object, the invention proposes a magnetic amplifier that thereby is characterized in that a rectifier bridge circuit with its feed points each connected to a feeding transformer winding via a saturable choke is and that between the zero points of the rectifier bridge circuit two in the same direction switched, preferably electronically operating switching elements are, for. B. Transistors or electron tubes whose center point is connected to the center tap via the consumer the transformer winding is connected. The two switching elements are thereby controlled so that, depending on the desired current direction, one of the two switching elements is fully current-permeable, while the other according to the desired modulation state more or less locks.

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.In Fig. 1 an embodiment of the magnetic amplifier circuit according to the invention is shown. In this exemplary embodiment, transistors are used as switching elements. The two saturable chokes 1 and 2 each have one of their terminals at one end of the feeding transformer winding 3. This transformer is shown in the exemplary embodiment as a single-winding transformer. The other terminals of the two saturable chokes 1 and 2 are connected to the feed points a and b of the rectifier bridge circuit consisting of the rectifier elements 4, 5, 6 and 7. Between the two zero points c and d of the rectifier bridge circuit are two transistors 8 and 9 connected in series in the same direction. The midpoint e between the two transistors is via the consumer 10, which in the present example is a DC machine. is connected to the center tap of the transformer 3. The two transistors 8 and 9 are controlled via the symbolically represented control elements 11 and 12 as a function of a control variable y. y is a quantity that can have positive and negative values.

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.To explain the mode of operation of the arrangement according to the invention, it is assumed that the transistors 8 and 9 are switched to be fully current-permeable. Their internal resistances are then negligibly small. In this case, a magnetizing current flows through the circuit elements 2, 7, 9, 8, 4, 1 during one half-cycle. In the next half-cycle, the same magnetizing current flows through the circuit elements 1, 5, 9, 8, 6, 2 Chokes 1 and 2 are alternately magnetized up and down. They take up the entire voltage-time area of the feeding voltage and do not reach saturation. The voltage at the consumer 10 is zero. If one of the two transistors, for example transistor 8, is now gradually blocked, the magnetizing current for the two saturable chokes 1 and 2 is reduced in the direction shown in FIG. 1 by dashed lines. The two saturable chokes are no longer completely magnetized back in this direction. The consequence of this is that the saturable chokes reach the saturation state as a result of the respective subsequent half-wave, so that an operating current is produced in the direction of the arrow that flows through the transistor 9 and the consumer 10. If the transistor 8 is finally completely blocked, no more reverse magnetization current can flow via the rectifiers 4 and 6. Assuming that a reverse current does not occur via the rectifiers 5 and 7 in the reverse direction, the two saturable chokes 1 and 2 remain almost completely saturated if their core material is formed accordingly (remanence flux. # Saturation flux), so that the full output voltage is at the Load 10 results.

In entsprechender Weise erhält man bei voll stromdurchlässigem Transistor 8 und gesperrtem Transistor 9 die volle Ausgangsspannung mit umgekehrter Polarität am Verbraucher 10.A transistor that is fully current-permeable is obtained in a corresponding manner 8 and blocked transistor 9, the full output voltage with reversed polarity on the consumer 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.The control of the switching elements 8 and 9 in the embodiment are designed as transistors according to FIG. 1, takes place in that shown in FIG Connection. The blocking states are there depending on the control variable y the switching elements 8 and 9 are denoted by SI.1 and S12. The upper levels of the Both characteristics S11 and S12 denote the fully current-permeable state, the the lower horizontal shows the state of complete blocking. The one that lies with the consumer Voltage is designated with U_4. It can be seen that depending on the direction of the output voltage UA that one switching element is switched fully current-permeable, while the other blocks more or less according to the desired size of the output voltage. The blocking of the two switching elements 8 and 9 can be continuous as well as quasi take place continuously in the form of variable pulse width. With the continuous control of the switching elements - the reverse magnetization current of the saturable chokes is due to the internal resistance the switching elements - determined. In the quasi-continuous control, in which the control element works in pure switching mode, i.e. the ratio of opening to closing time of the switching element, based on the period of the supplying alternating voltage, is changed, a real voltage-time area control results for the saturable chokes during the reverse magnetizing half-waves. The advantage of the quasi constant control is that the switching elements absorb practically no power loss.

Der magnetische Verstärker nach der Erfindung ist besonders geeignet zur Speisung von elektrischen Umkehrantrieben.The magnetic amplifier according to the invention is particularly suitable for supplying electric reversing drives.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Magnetic amplifier for feeding a consumer consisting of only one load circuit with a direction-reversible direct current, characterized in that a rectifier bridge circuit (4, 5, 6, 7) with its feed points (a, b) each via a saturable choke (1 , 2) is connected to a feeding transformer winding (3) and that between the zero points (c, d) of the rectifier bridge circuit in two in the same direction, preferably electronically operating switching elements (8, 9) are, z. B. transistors or electron tubes whose center point (s) is connected via the consumer (10) to the center tap of the transformer winding (3).

2. Magnetic Amplifier according to Claim 1, characterized in that the two switching elements (8, 9) are controlled in such a way that, depending on the desired current direction, one of the both switching elements is fully current-permeable, while the other accordingly more or less blocks the desired level of control.

3. Magnetic amplifier according to claims 1 and 2, characterized in that the variable locking effect the switching elements either by changing their internal resistances or by changing their relationships between opening and closing times, based on the period of the supplying alternating voltage.

4. Magnetic amplifier arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that for the saturable chokes a core material is preferably used in which the remanent flux is approximately is equal to the saturation flux. Pamphlets considered: William's book A. G e yge r, »Magnetic Amplifier Circuits, Stuttgart-Berlin 1959, p.98, Fig.5 to 16 (b).