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Einrichtung zur Steuerung eines aus einem Wechselstromnetz gespeisten
Gleichstromverbrauchers über einen Halbleiterverstärker Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromverbraucher, der aus einem Wechselstromnetz gespeist
wird, durch einen Halbleiterverstärker, z. B. einen Transistor, zu steuern, wobei
eine sich aus einer Wechselspannung von Netzfrequenz und einer Gleichspannung mit
veränderbarem Verhältnis zusammensetzende Steuerspannung verwendet wird. Die Steuerung
von Magnetverstärkern durch Transistoren ist an sich bekannt. Darüber hinaus ist
an anderer Stelle vorgeschlagen worden, an Stelle einer stetigen Aussteuerung der
Transistoren eine impulsweise Aussteuerung zu verwenden. Es wird eine impulszeitmodulierte
Steuergröße benutzt, deren Tastverhältnis einer steuernden Eingangsgröße, beispielsweise
einer Gleichspannung, proportional ist. Dabei wird unter Tastverhältnis das Verhältnis
von Impulsdauer zu Impulspause oder zur Impulsperiodendauer verstanden. Eine derartige
Betriebsweise eines Halbleiterverstärkers wird nach einem an anderer Stelle gemachten
Vorschlag als Amplivibratorverfahren bezeichnet.
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Das Amplivibratorverfahren beruht darauf, daß ein Halbleiterverstärker
praktisch nur im völlig geöffneten oder im völlig gesperrten Zustand betrieben wird,
wo die Verlustleistungen verhältnismäßig gering sind, während der Zwischenbereich,
in dem eine Aussteuerung außerhalb der Leistungshyperbel stattfindet, äußerst schnell
durchschritten wird, so daß eine unzulässige Erwärmung nicht auftreten kann. Das
Besondere des Amplivibratorverfahrens besteht darin, daß es dadurch ermöglicht wird,
mit Halbleiterverstärkern erheblich größere Verbraucherleistungen zu steuern als
bei einer Steuerung durch eine stetig veränderbare Steuergröße, z. B. eine Gleichspannung.
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Bei den bisherigen Vorschlägen, die sich auf die Steuerung eines Magnetverstärkers
durch einen Halbleiterverstärker nach dem Amplivibratorverfahren beziehen, wird
der Halbleiterverstärker während einer Periode des Magnetverstärkerarbeitswechselstromes
mehrmals, beispielsweise tausendmal, umgeschaltet. Demgegenüber besteht ein Bedürfnis,
diese Schaltung zu vereinfachen und gegen Störeinflüsse unempfindlicher zu machen,
ohne jedoch die Ausnutzbarkeit der Halbleiterverstärker zu verschlechtern.
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Es ist zwar schon bei der Steuerung von Entladungsstrecken bekannt,
eine Steuerspannung zu verwenden, die sich aus der Summe einer Wechselspannung von
gleicher Frequenz wie die Speisespannung und einer Gleichspannung zusammensetzt,
wobei das Verhältnis beider Spannungen veränderbar ist. Entladungsgefäße brennen
aber nach erfolgter Zündung solange, bis ihre Anodenspannung durch Null geht; alsdann
erlöschen sie. Im Gegensatz hierzu müssen aber Halbleiter durch eine Steuerspannung
gesperrt werden, so daß aus diesem Grunde die bei Entladungsgefäßen bekannte Maßnahme
nicht zur Steuerung von Halbleitern geeignet ist.
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Die Erfindung unterscheidet sich vom Bekannten dadurch, daß beide
Spannungen - im Sinne der Erzielung steiler Flanken der Wechselspannungskurve in
den Schnittpunkten mit der Gleichspannungslinieerheblich größer sind, als an sich
zur Aussteuerung des Halbleiterverstärkers erforderlich wäre, und daß eine Stromrichtung
für den Halbleiterverstärker durch ein in Reihe geschaltetes nicht steuerbares Ventil
gesperrt ist.
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Nur auf diese Weise wird eine zur bestmöglichen Ausnutzung der Halbleiter
dienende »Aus-Zu-Steuerung« beim Gegenstand der Erfindung ermöglicht.
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Eine solche Steuerart ist aber bei Röhren, die den Halbleitern allgemein
als äquivalent anzusehen sind, nicht benutzt.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, einen Transistor mittels
einer Steuerspannung, die aus einer Wechselspannung von Netzfrequenz und einer Gleichspannung
mit veränderbarem Verhältnis zusammengesetzt ist, zu steuern, jedoch wird hierbei
der
in der einen W echselspannungshalbwelle durchlässige Halbleiter durch die Gleichspannung
in einem bestimmten Bereich gesperrt.
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Im Gegensatz dazu wird bei der Erfindung der Halbleiter gerade in
der sperrenden Halbwelle ausgesteuert. Nur auf diese Weise lassen sich hohe Betriebsspannungen
und entsprechende Schaltleistungen bewältigen.
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Als Halbleiterverstärker für die Zwecke der Erfindung können die allgemein
bekannten Transistoren verwendet werden. Es können statt dessen aber auch andere
Halbleiterverstärker, beispielsweise sogenannte Widerstände mit magnetischer Sperrschicht,
verwendet werden (s. hierzu den Aufsatz von Weißhaar und Welker, »Magnetische Sperrschichten
in Germanium« in »Zeitschrift für Naturforschung« [1953], B. 8 a, S. 681 bis 686).
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Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für die Steuerung von Magnetverstärkern
mit einem besonderen Rückstellkreis. Durch einen solchen Rückstellkreis wird einem
mit innerer Selbstsättigung arbeitenden Magnetverstärker während der arbeitsstromfreien
Halbperiode ein Spannungszeitintregral zur Rückmagnetisierung zugeführt (Rückstellsteuerung).
Dieses Spannungszeitintegral kann so groß sein, daß eine Umsteuerung von »zu« auf
»offen« und umgekehrt in einer einzigen Halbperiode des Arbeitswechselstromes erfolgen
kann. Derartige Magnetverstärker zeichnen sich durch eine geringstmögliche Zeitkonstante
aus. Gemäß der Erfindung wird das für den Rückstellkreis eines Magnetverstärkers
benötigte Spannungszeitintegral durch einen Halbleiterverstärker aufgebracht, in
dessen Steuerkreis - wie oben erwähnt - eine Wechselspannung gleicher Frequenz und
eine Gleichspannung vorhanden sind. Die Wechselspannung des Steuerkreises wird man
im allgemeinen konstant und von konstanter Phasenlage wählen, während man die Gleichspannung
zur Steuerung verwenden wird. Dies ist vor allem praktisch für Schaltungen zur selbsttätigen
Regelung, bei denen die Regelabweichung aus einer Soll- und einer Istgleichspannung
durch Differenzbildung erzeugt wird. Um eine Vollaussteuerung zu ermöglichen, wird
man die Gleichspannung zwischen Null und dem Scheitelwert der Wechselspannung veränderbar
machen. Umgekehrt kann aber auch die Gleichspannung konstant gehalten werden und
zur Steuerung die Amplitude der Wechselspannung im Steuerkreis des Halbleiterverstärkers
geändert werden. Zur näheren Erläuterung ist im folgenden auf die Zeichnungen Bezug
genommen.
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Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung bei einem Einwegmagnetverstärker
als Verbraucher. Eine Drosselspule 1, die einen Kern aus Magnetverstärkerspezialeisen
mit möglichst rechteckiger Hysteresisschleife aufweist, und ein Venti12, beispielsweise
auf Selen-oder Siliziumbasis, bilden eine sogenannte Ventildrossel. Diese liegt
in Reihe mit einer Last 3 an einem Wechselstromnetz, das symbolisch durch R und
S dargestellt ist. Zur Steuerung des Magnetverstärkers dient ein besonderer Rückmagnetisierungsstrompfad
mit einer Steuerwicklung 4 und einem Ventil s. Dieser stellt den eigentlichen Gleichstromverbraucher
im Sinne der Erfindung dar. Der Rückmagnetisierungsstrompfad 4, 5 ist daher an den
Ausgangskreis eines Halbleiterverstärkers angeschlossen, der beispielsweise aus
einem PNP-Flächentransistor 6 besteht. Die Speisung des Rückmagnetisierungs-Stromkreises
erfolgt aus dem Wechselstromnetz R, S. Mit F_ ist der Emitter, mit B die Basis und
mit C der Kollektor des Transistors 6 bezeichnet. Sein Steuerkreis, - der zwischen
Emitter und Basis liegt, wird gleichzeitig von einer Steuergleichspannung cis und
einer Hilfswechselspannung u1 gespeist, die über einen Transformator 7 ebenfalls
aus dem Wechselstromnetz R, S entnommen ist. Die Wechselspannung u1 und die Steuergleichspannung
uz sind wesentlich größer gewählt, als zur Aussteuerung des Transistors 6 an sich
erforderlich ist. Es geht daher der Übergang des Transistors von »offen« auf »gesperrt«
in einem ganz kurzen Bruchteil einer Periode des Wechselstromes vor sich. Um übersteuerungen
des Transistors zu verhindern, können Schwellwertwiderstände 8, Strombegrenzungswiderstände
9 und ähnliche Maßnahmen vorgesehen werden.
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Fig. 2 dient zur Erläuterung des Steuervorganges. Im oberen Teil (a)
sind die Wechselspannung u1 und die Steuergleichspannung u, in Abhängigkeit von
der Zeit t dargestellt. Teil (b) der Fig. 2 zeigt die sich aus u1 und u. ergebende
Summenspannung uL, die als Steuerspannung auf den Transistor 6 einwirkt. Infolge
des Ventils 5 kann nur in der ersten positiven Halbwelle ein Strom im Arbeitskreis
des Transistors 6 fließen. In der anschließenden negativen Halbwelle sperrt dagegen
das Ventil s. Durch den Magnetisierungsstrompfad 4, 5 gelangt daher nur zu einem
Teil der arbeitsstromfreien Halbperiode des Magnetverstärkers 1, 2 ein Spannungszeitintegral
f "Ldt zur Wirkung, wie im Teil (c) dargestellt. Der Teil (d) zeigt den Verlauf
der an der Last 3 in Fig. 1 auftretenden Spannung UZ. Entsprechend der Größe des
Integrals der Spannung uE über die Zeit (Fig. 2c) und damit entsprechend der Größe
der Steuergleichspannung ras erfolgt die »Zündung« der Drosselspule 1 zu einem Zeitpunkt
t1 während der Arbeitsstromhalbwelle der Ventildrossel 1, 2. Ist die Steuergleichspannung
u, kleiner als dargestellt, so wird die Dauer der positiven Halbwelle in Fig. 2b
vergrößert und das Integral der Spannung uE größer. Der Zündzeitpunkt der Drosselspule
1 wird demgemäß nach rechts verlegt, während im umgekehrten Falle bei Vergrößerung
von u, eine Verschiebung nach links erfolgt. Damit ist die Steuerung des Magnetverstärkers
nach Fig. 1 erreicht. Der kleinen Steuerspannung entspricht eine kleinere Aussteuerung
des Verbrauchers 3, und umgekehrt, so daß also der Steuersinn erhalten bleibt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es besonders vorteilhaft,
nicht eine sich sinusförmig ändernde Hilfssteuergröße im Steuerkreis des Halbleiterverstärkers
zu verwenden, sondern eine dreieckförmige Hilfssteuergröße, d. h. im Falle eines
Transistors eine dreieckförmige Steuerwechselspannung, wie in Fig. 3 dargestellt
ist, oder noch besser eine Steuerwechselspannung spitzer Kurvenform gemäß Fig. 4.
Im allgemeinen wird eine halbwellensymmetrische Kurvenform bevorzugt. Durch diese
Maßnahme kann eine bessere, ja sogar genau lineare Proportionalität zwischen der
Steuergleichspannung u, und der Aussteuerung des Verbrauchers, also dem Spannungszeitintegral
gemäß Fig. 2c, erreicht werden. Mittel zur Herstellung von Dreieckspannungen aus
sinusförmigen Wechselspannungen sind an sich bekannt und brauchen daher an dieser
Stelle nicht eigens beschrieben zu werden. Zur Herstellung einer Wechselspannung
spitzer Kurvenform gemäß Fig.4
kann im Primärkreis des Transformators
7 (Fig. 1) ein Spannungsteiler aus einem spannungsabhängigen Widerstand 10 und einem
konstanten ohmschen Widerstand 11 vorgesehen werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das mit dem Halbleiterverstärker
in Reihe liegende Ventil s (Fig. 1) entfallen, wenn ein symmetrisch ausgebildeter
Halbleiterverstärker in derartiger Schaltung verwendet ist, daß die eine Halbwelle
des Arbeitswechselstromes gesperrt wird. Symmetrisch ausgebildete Halbleiterverstärker
sind schon an anderer Stelle vorgeschlagen worden. Sie zeichnen sich dadurch aus,
daß sie die gleiche Sperrspannung für die Emitterbasis- und die Kollektorbasisschicht
und außerdem vorzugsweise gleiche Stromverstärkungsfaktoren für beide Richtungen
aufweisen.
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Werden als Verbraucher Magnetverstärker, die aus mehreren Ventildrosseln
bestehen, verwendet, wie in Fig.5 für einen Magnetverstärker in Einphasenbrückenschaltung
und in Fig.6 für einen Magnetverstärker in Dreiphasenbrückenschaltung gezeigt ist,
so wird zur Steuerung jeder Ventildrossel ein eigener Halbleiterverstärker angewendet.
Näheres hierüber zeigen die folgenden Figuren.
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Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine einfache Steuerschaltung, mit deren
Hilfe die Magnetverstärker nach Fig. 5 oder 6 gesteuert werden können. Für die zu
einer Netzphase gehörenden Ventildrosseln 31, 32 bzw. 33, 34 sind die zugehörigen
Rückmagnetisierungsstrompfade
a, b bzw. c, d noch einmal für sich herausgezeichnet.
An jeden der beiden Strompfade ist ein Transistor angeschlossen, von denen der eine
mit 51 und der andere mit 52 bezeichnet ist. In die Arbeitskreise der Transistoren
wird über die Sekundärwicklungen 53 bzw. 54 eines Transformators 55 eine Wechselspannung
geliefert, und zwar wird deren eine Halbwelle dem Arbeitskreis des Transistors 51
und deren andere Halbwelle dem Arbeitskreis des Transistors 52 zugeführt. Dies ist
durch die verschiedene Richtung der nicht näher bezeichneten Ventile bedingt. Die
dem Transformator 55 zugeführte Wechselspannung wird außerdem über einen zweiten
Transformator 56, und zwar mit entgegengesetzter Polarität, einmal dem Steuerkreis
des Transistors 51 und einmal dem Steuerkreis des Transistors 52 zugeführt. Hierzu
dienen die Sekundärwicklungen 57 und 58. Zugleich ist den Steuerkreisen der Transistoren
die Steuergleichspannung u" zugeführt. Diese ist nach einem weiteren wesentlichen
Merkmal der Erfindung für die beiden Transistoren 51 und
52 ge-
meinsam verwendet.
Die Anwendung einer gemeinsamen Steuergleichspannung ist außerdem bei mehr als zwei
Halbleiterverstärkern möglich, deren Arbeitskreise von Wechselspannungen verschiedener
Halbwellen (s. Fig. 5) oder Wechselspannungen verschiedener Phasenlage (s. Fig.
6) gespeist werden. In der Möglichkeit der Anwendung einer einzigen gemeinsamen
Steuergleichspannung liegt ein wesentlicher Vorteil der durch die Erfindung geschaffenen
Einrichtungen. Dies ergibt sich ohne weiteres, wenn beispielsweise die dreiphasige
Einrichtung nach Fig. 6 betrachtet wird, die der aus sechs Ventildrosseln und zugehörigen
Rückmagnetisierungsstrompfaden
a, b;
c, d; e, f;
g, h; i, k
und
1, m besteht, sowie einer entsprechenden Anzahl von nicht mit dargestellten
Halbleiterverstärkern, die jedoch durch eine einzige Steuergleichspannung iis gesteuert
werden können. Die zeitrichtige Wirkung der Steuerspannung u, wird durch die gleichzeitig
verwendete Hilfswechselspannung erzielt, indem diese den Eingangskreisen der Transistoren
mit entsprechender Phasenlage, d. h. entsprechend den Spannungen an den zugehörigen
Ventildrosseln, zugeführt werden. Hierzu sind außer drei Transformatoren (vgl. den
Transformator 56 in Fig. 7) keine besonderen Phasenverschiebungsmittel erforderlich,
wenn die Primärwicklungen der genannten Transformatoren und die Rückmagnetisierungsstrompfade
der in den einzelnen Netzphasen liegenden Doppeldrosseln wie folgt einander zugeordnet
werden:
| R+0 S+0 T+0 |
| a -f- 6 e -I-- f i -I-- k |
| c-ILd g+h 1+m |
Die Steuergleichspannung bei der Einrichtung nach der Erfindung kann aus einer an
sich beliebigen Anzahl von Komponenten zusammengesetzt sein. Im Falle einer selbsttätigen
Regelung kann die Steuergleichspannung außer aus einer die Sollgröße der Regelung
darstellenden Sollspannung und einer dem Istwert der Regelgröße entsprechenden Istspannung,
beispielsweise zusätzlich aus einer oder mehreren an sich beliebigen Rückführungsgrößen
darstellenden Komponenten bestehen. Die Einrichtung nach der Erfindung ist in erster
Linie zur Lösung von Aufgaben auf dem Gebiet der selbsttätigen Regelung bestimmt,
da die erreichten Vorteile sich vor allem auf diesem Gebiet auswirken. Auch bei
besonders schwierigen Regelproblemen, wie beispielsweise der Elektrodenregelung
von Lichtbogenöfen, können durch die Einrichtung nach der Erfindung erhebliche Fortschritte
erzielt werden, vor allem im Hinblick auf eine gesteigerte Regelgeschwindigkeit.
Die Steuergleichspannung u, kann z. B. der Differenz aus einer dem Elektrodenstrom
und einer der Elektrodenspannung proportionale Gleichspannung zuzüglich einer zwecks
Rückführung zugesetzten weiteren Spannung proportional sein, die etwa von einer
mit dem Stellmotor gekuppelten Gleichstromtachodynamo geliefert sein kann. Die Steuerspannung
u, kann selbst wieder die Ausgangsspannung eines Regelverstärkers, z. B. eines in
stetiger Aussteuerung betriebenen Transistorverstärkers, sein. Dieser kann bereits
als Regler alle notwendigen Rückführungen an sich durchführen. Auf diese Weise wird
nur eine einzige Spannung, nämlich die Ausgangsspannung des als Vorstufe dienenden
Transistorverstärkers, als Steuergleichspannung u, benötigt.
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Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit der Einrichtung nach
der Erfindung für zwei von verschiedenen Halbwellen eines Wechselstroms gespeiste
Verbraucher, die in diesem Fall wieder als Rückmagnetisierungsstrompfade
a, b und c, d eines nicht näher ausgeführten Magnetverstärkers angenommen
sind, der beispielsweise in sogenannter Doublerschaltung ausgeführt sein kann. Bei
dieser Schaltung ist für den Netztransformator 55 lediglich eine Sekundärwicklung
53 erforderlich. Von dieser werden die Arbeitsstromkreise der beiden Transistoren
51 und 52 gemeinsam gespeist. Der Transformator 55 kann gegebenenfalls aber auch
ganz entfallen, so daß eine unmittelbare Speisung der Transistorarbeitskreise aus
dem
Netz R, S vorliegt. Die vereinfachte Schaltung gegenüber Fig. 7 ist hier dadurch
erreicht, daß zwei Transistoren von entgegengesetztem Leitungstyp verwendet sind,
nämlich ein NPN- und ein PNP-Transistor. Die zur Steuerung der Transistoren verwendete
Hilfswechselspannung wird ähnlich wie in Fig. 7 von der nicht näher bezeichneten
Primärwicklung eines Transformators 56 über je eine der Sekundärwicklungen 57 und
58 den Steuerkreisen der Transistoren 51 bzw. 52 zugeführt, während jedoch die Steuereingangsspannung
ur,l dem Transistor 51 unmittelbar galvanisch zugeführt ist, ist dem Transistor
52 dessen Steuerspannung csE.-2 über einen Trenntransformator 59 zugeführt. Diese
ein weiteres besonderes Merkmal der Erfindung darstellende Maßnahme hat den Sinn,
die durch die galvanische Verbindung der Ausgangskreise der Transistoren 51 und
52 geschaffenen Verhältnisse zu berücksichtigen. Ferner ist für eine gewisse Symmetrierung
der Transformatoreingangsspannung ul" gesorgt, damit diese, insbesondere bei großer
Steuergleichspannung us, den Transformator 59 nicht einseitig vorbelastet und vor
allem, damit die Nulldurchgänge der Sekundärspannung uE2 nicht nachteilig weit gegen
die der Primärspannung u.2 verschoben sind. Dies ist durch spannungsbegrenzende
Mittel erreicht (s. die in ähnlicher Weise bereits in Fig. 1 enthaltenen Spannungsteiler
aus den konstanten Widerständen 60 und 61 und spannungsabhängigen Widerständen 62
und 63). Zur näheren Erläuterung dient Fig. 9. Diese zeigt im oberen Teil die begrenzte
Primärspannung ccF2 an der Primärwicklung des Transformators 59 im Gegensatz zu
der nicht begrenzten gestrichelten Spannung, die aus der Differenz der nicht näher
bezeichneten Steuerwechselspannung mit der Steuergleichspannung u, besteht.
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Der untere Teil von Fig. 9 zeigt den Verlauf der Sekundärspannung
u,«, des Transformators 59, d. h. der Eingangsspannung des Transistors 52. in bezug
auf die Primärspannung uF2 ist die Sekundärspannung ut_ des Transformators hinsichtlich
ihrer Nullinie verschoben. Jedoch ist die zeitliche Lage der Nulldurchgänge der
Sekundärspannung nur wenig von denen der Primärspannung verschoben. Im Gegensatz
zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird man im allgemeinen bevorzugen, beiden Transistoren
51 und 52 die Eingangsspannung über einen Trenntransformator zuzuführen. Dadurch
werden die von den Transistoren gesteuerten Ventildrosseln infolge der bei beiden
Halbwellen gleichen Fehler gleich ausgesteuert.
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Die Schaltung nach Fig. 6 eignet sich zur Rückstellsteuerung von Magnetverstärkern
in Wechselstromschaltung auch in solchen Fällen, in denen zur Rückstellsteuerung
keine besonderen Strompfade in Form von Ventilen und Steuerwicklungen vorgesehen
sind, sondern die Rückstellsteuerung unmittelbar an den Ventildrosseln des Magnetverstärkers
vorgenommen wird. In Fig. 6 können daher die Wicklun-gen a-b, c-d bereits
selbst die Arbeitswicklungen eines Magnetverstärkers sein. Darüber hinaus ist aber
auch in anderen Fällen, beispielsweise bei der Einrichtung nach Fig. 1, die Zuführung
des rückmagnetisierenden Spannungszeitintegrals f u - dt unmittelbar an der
Ventildrossell, 2, gegebenenfalls über einen oder mehrere Hilfsgleichrichter, möglich.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann im Gegensatz zu den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen, die sich auf Magnetverstärker mit sogenannter
Rückstellsteuerung beziehen, auch bei anderen Magnetverstärkern verwendet werden.
Hierzu zeigt Fig. 10 ein Beispiel. Mit 70 sind die (in Reihe geschalteten) Steuerwicklungen
eines normalen, nicht näher dargestellten Magnetverstärkers bezeichnet. Diese wird
von einem Gleichstrom gespeist, der nach einem weiteren Merkmal der Erfindung von
einer aus zwei ungesteuerten Ventilen 71 und 72 und zwei Halbleiterverstärkern
73 und 74 gebildeten Brückenschaltung gespeist wird. Zur Speisung
der Brückenschaltung dient eine durch R, S angedeutete Wechselstromquelle. Zur Steuerung
der Transistoren 73 und 74 dienen wieder eine gemeinsame Gleichspannung zcs und
eine Hilfswechselspannung, die über einen Transformator 75 den Eingangskreisen der
Transistoren mit verschiedenen Vorzeichen in bezug auf die Steuergleichspannung
u, zugeführt ist. Durch die gewählte Verteilung der ungesteuerten Ventile und der
Transistoren ergibt sich der Vorteil, daß Trenntransformatoren für die Hilfswechselspannung
des Steuerkreises nicht erforderlich sind.
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An Stelle einer einphasigen Brückenschaltung nach Fig. 10 kann, wie
Fig. 11 zeigt, auch eine dreiphasige Brückenschaltung aus drei ungesteuerten Ventilsätzen
76, 77, 78 und drei Transistoren 79, 80, 81 verwendet werden. Der in diesem Fall
mit drei Sekundärwicklungen versehene Transformator 75, der lediglich für den Steuerkreis
des an die Netzphase T angeschlossenen Transistors dargestellt ist, ist primärseitig
an die Netzphase T und an den Nulleiter 0 angeschlossen. Die zu den anderen Netzphasen
gehörenden Transformatoren sind entsprechend angeschlossen. Mit R, S, T ist das
speisende Wechselstromnetz, mit 70 wieder die Steuerwicklung des Magnetverstärkers
bezeichnet. Darüber hinaus ist es möglich, auch mehr als dreiphasige Brückenschaltungen
aus ungesteuerten Ventilen und Halbleiterverstärkern zu bilden.
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Fig.12 zeigt ein weiteres dreiphasiges Ausführungsbeispiel. Die Brückenschaltung
besteht aus sechs ungesteuerten Ventilen 82 bis 87 und sechs Transistoren 88 bis
93. Ähnlich Fig. 8 sind in den entgegengesetzten Halbwellenstromzweigen einer Phase
Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp verwendet. Zur Steuerung des
einen Gleichstromverbrauchers 94 dienen wieder eine gemeinsame Steuerspannung
u, und eine überlagerte Wechselspannung, die einem Transformator 95 zugeführt ist.
Seine Sekundärwicklung ist an die Netzleiter O und T angeschlossen. Für die Halbwellenstromkreise
verschiedener Richtung ist jeweils ein gemeinsamer Steuereingang über einen Trenntransformator
96 bzw. 97 vorgesehen. Der ursprünglich gemeinsame Steuerkreis gabelt sich deshalb
in zwei Steuerkreise, die sich dadurch unterscheiden, daß dem einen die Hilfswechselspannung
in der einen Richtung und dem anderen die Hilfswechselspannung in der anderen Richtung
in bezug auf die Steuerspannung u, zugeführt ist. Mit 98 und 99 sind die oben bereits
(s. Fig. 8) erwähnten Spannungsbegrenzungsmittel bezeichnet.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann auch in Gegentaktschaltung
an sich beliebiger Phasenzahl ausgeführt werden. Ein einphasiges Beispiel zeigt
Fig. 13. Ein Verbraucher 100 ist gleichzeitig an die Ausgangsstromkreise zweier
Ströme verschiedener Richtungen liefernder Transistoren 101 und 102 von
entgegengesetztem
Leitungstyp angeschlossen. Zusammen mit der vom einen Transformator 103 entnommenen
Hilfswechselspannung wird die Steuergleichspannung u, den Eingangskreisen der beiden
Transistoren 101 und 102 zugeführt. Hat die Steuergleichspannung u, die dargestellte
Polarität, so ergibt sich in dem Verbraucher ein Strom in Richtung des Pfeiles
104. Ist die Richtung dagegen umgekehrt, wie durch die eingeklammerten Vorzeichen
angedeutet ist, so ergibt sich ein Strom in Richtung des gestrichelten Pfeiles 105.
Ein solcher Verstärker wird auch als Nullstromverstärker bezeichnet. Eine Besonderheit
der Schaltung nach Fig. 13 besteht noch darin, daß den Transistoreingangsspannungen
je eine Hilfsgleichspannung mit in bezug aufeinander entgegengesetzter Richtung
aus einer Spannungsquelle 106 bzw. 107 zugeführt ist. Der Sinn dieser entgegengesetzten
Vorspannungen ist es, die erforderliche entgegengesetzte Veränderung der Transistoreingangsspannung
zu erreichen.
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Die Einrichtung nach der Erfindung kann außer zur Steuerung von Magnetverstärkern
zur Steuerung an sich beliebiger Gleichstromverbraucher verwendet werden. Ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet stellen jedoch elektromagnetische Gleichstromverbraucher dar, wie
Elektromagnete und insbesondere Tauchspulenmeßwerke für hydraulische Regelungen.
Als vorteilhaftes Erfindungsgebiet sei beispielsweise die elektrohydraulische Regelung
für die Elektroverstellung von Lichtbogenöfen genannt.
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Fig. 14 zeigt eine Schaltung, bei der die Einrichtung nach der Erfindung
zur Speisung der Tauchspule 110 eines schematisch dargestellten Tauchspulenmeßwerkes
111 dient. Die Tauchspule 110 ist in den Ausgangskreis eines Transistors 112 über
ein Ventil 113 und die Sekundärwicklung 114 eines Transformators 115 eingeschaltet,
der aus einem Wechselstromnetz R, S gespeist wird. An den Klemmen 116 wird die Steuergleichspannung
i,#- zugeführt. Diese liegt in Reihe mit der von einem Transformator 1.17 gelieferten
Hilfswechselspannung. Die Tauchspule erhält Steuerimpulse gemäß Fig. 2e. Zum Ausgleich
der Stromwelligkeit kann mit der Tauchspule 110 ein Kurzschlußring 118 verbunden
sein. Besonders vorteilhaft ist es, eine Tauchspule in einer Gegentaktschaltung,
beispielsweise nach Fig. 13, zu betreiben. In diesem Fall würde also der Verbraucher
1.00 aus der Tauchspule 110 bestehen. Dabei ergibt es sich, daß die
Tauchspule um die ihre jeweils eingestellte Lage herum kleine Schwingungen im Takt
der Frequenz des Wechselstromnetzes R. S ausführt, wodurch eine sogenannte Ruhereibung
der Tauchspule verhindert wird.
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Ein besonderer Vorteil einer in Brücken- oder Gegentaktschaltung ausgeführten
Einrichtung nach der Erfindung und allgemein einer Schaltung, bei der beide Halbwellen
eines Wechselstromes zur Speisung des Gleichstromverbrauchers benutzt sind, besteht
noch darin, daß die Ansprechzeit - und dies ist vor allem bei selbsttätiger Regelung
wichtig - im Höchstfalle eine Halbwelle des Speisewechselstromnetzes beträgt. Dies
erklärt sich dadurch, daß in beiden Halbwellen der Speisewechselspannung eine steuernde
Spannungszeitfläche vorhanden ist.
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Die Erfindung ist im übrigen nicht auf die an Hand der Zeichnung beschriebenen
Beispiele beschränkt. Diese sind vielmehr nur als schematischer Anhalt zu werten.
Als besonders in Frage kommende Anwendungsgebiete seien noch Regelverstärker für
Schnellregelungen erwähnt, z. B. für Aufzüge und Walzwerke, jedoch nur um außer
der obenerwähnten Elektrodenregelung von Lichtbogenöfen einige wichtige Anwendungsgebiete
zu nennen.