DE756138C - Anordnung zur Einstellung des im ungesteuerten Zustand die Drosseln durchfliessendenArbeitsstromes von magnetischen Verstaerkern - Google Patents

Description

Bei den bekannten magnetischen Verstärkern, bei welchen durch eine steuernde Gleichmagnetisierung die Permeabilität der Spulenkerne und damit der induktive Widerstand der Drosseln geändert wird und bei denen mit kleinen Gleichstromleistungen große Ausgangsleistungen gesteuert werden können, besteht der Nachteil, daß auch dann in der Drosselwicklung ein Wechselstrom fließt, wenn noch

ίο kein Steuerstrom fließt. Dieser Nachteil wirkt sich besonders ungünstig bei rückgekoppelten Systemen aus.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einstellung des im ungesteuerten Zustand die

x5 Drosseln durchfließenden Arbeitsstromes von magnetischen Verstärkern, bei denen durch eine steuernde Eingangserregung die Permeabilität der Spulenkerne und damit der induktive Widerstand der Drosseln geändert wird. Gemäß der Erfindung ist bei einer derartigen Anordnung mittels eines in seiner Größe vom Steuervorgang unabhängigen Wechselstromes der durch den Arbeitswechselstrom in den Kernen erzeugten Wechselerregung eine zusätzliche gleichfrequente Wechselerregung überlagert.

Es sind zwar bereits magnetische Verstärker bekannt, bei denen durch Brücken- und Kompensationsschaltungen erreicht ist, daß im ungesteuerten Zustand im Verbraucher kein

Wechselstrom fließt. Diese Anordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei ihnen die Drosseln einen größeren Strom führen als der Verbraucher. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird dagegen dem Speisenetz neben einer kleinen zur Erzeugung der zusätzlichen Wechselerregung dienenden Leistung nur die durch den Verbraucher fließende Leistung entnommen.

ίο In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens und Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnungen dargestellt.

Bei dem in Abb. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel durchfließt der aus einer Wechselstromquelle 1 entnommene Arbeitsstrom / ~ zwei Arbeitswicklungen 2, 3, die jeweils auf den Kernen 4, 5 angeordnet sind. Die Kerne bestehen vorzugsweise aus hochpermeablem Stoff und können als geschlossene Kerne ausgebildet sein. In Reihe mit den Arbeitswicklungen liegt ein Wechselstromverbraucher 6, der beispielsweise die eine Wicklung eines Zweiphasenmotors sein kann. Den beiden Kernen ist eine Steuerwicklung 7 zugeordnet, die beispielsweise von dem Gleichstrom eines bei 8 vorgesehenen Gebers durchflossen ist.

Die grundsätzliche Abhängigkeit des Arbeitswechselstromes / ~ von dem steuernden Gleichstrom / = ist bei der bisher beschriebenen Anordnung in Abb. 2 durch die Kennlinie / ~ veranschaulicht. Wie aus der Kennlinie ersichtlich ist, ist bereits beim Steuerstrom Null ein bestimmter Arbeitswechselstrom / ~₀ vorhanden.

Dieser für viele Zwecke unerwünschte Nullstrom kann gemäß der Erfindung mit Hilfe einer zusätzlichen gleichfrequenten Wechselerregung" auf ein gewünschtes Maß gesenkt oder völlig zum Verschwinden gebracht werden. Zu diesem Zweck sind auf den Kernen 4, 5 in derselben Weise wie die Arbeitswicklungen 2, 3 Zusatzwicklungen 9, 10 angeordnet, die hier von einem aus der Stromquelle 1 entnommenen Wechselstrom / ~_v durchflossen sind. Die Größe dieser Vorfeldströme kann mit Hilfe eines im aligemeinen komplexen Regel-Widerstandes 11 eingestellt werden. Durch den in den Wicklungen 9, 10 fließenden Wechselstrom wird der Arbeitserregung eine zusätzliche gleichfrequente Wechselerregung überlagert. Da bei konstanter Netzspannung und konstanter Gleichstromerregung die gesamte Wechselerregung in den Kernen im wesentlichen konstant bleiben muß, wird die i\rbeitserregung um den Betrag der Zusatzerregung erniedrigt. Bei konstanter Zusatzerregung sinkt der Arbeitswechselstrom über den gesamten Aussteuerungsbereich um einen konstanten Betrag. In Abb. 2 ist dies durch die Kennlinie/ ~_χ veranschaulicht. Bei dieser Kennlinie hat beispielsweise die Zusatzerregung den Wert der Gesamterregung im ungesteuerten Zustand, wenn also kein Steuergleichstrom fließt. Der Arbeitswechselstrom ist hier im ungesteuerten Zustand völlig zum Verschwinden gebracht.

Der Arbeitswechselstrom kann mit Hilfe der Zusatzerregung, falls es für besondere Zwecke erwünscht ist, auch vergrößert werden. In diesem Falle muß der Wicklungssinn der Zusatzwicklungen umgekehrt werden.

Die Zusatzerregung kann in vorteilhafter Weise mit einer konstanten Gleichstromvormagnetisierung kombiniert werden. Mit Hilfe einer solchen Gleichstromvormagnetisierung kann der Arbeitspunkt auf der Kernkennlinie in den im wesentlichen linearen Teil verschoben werden. Ohne die Verwendung des Erfindungsgedankens muß dabei der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der Arbeits wechselstrom, der zum Steuerstrom Null gehört, entsprechend erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Wechselerregung kann auch dieser erhöhte Arbeitsnullstrom wieder erniedrigt oder ganz zu Null gemacht werden, ohne daß dabei der lineare Teil der Kennlinie verlassen werden muß. Die konstante go Gleichstromvormagnetisierung kann beim Ausführungsbeispiel der Abb. 1 z. B. mit Hilfe einer Wicklung 12 erreicht werden.

Noch größere Vorteile bietet die Anwendung des Erfindungsgedankens bei rückgekoppelten Systemen. Bei diesen Systemen wird, wie sich aus Abb. 3, in der gleiche Teile wie in Abb. ι mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ergibt, der Arbeits wechsel strom /~ über eine Gleichrichteranordnung 13 zur Erzeugung einer zusätzlichen Gleichstrommagnetisierung, die die Wirkung des Steuerstroms unterstützen kann, einer Rückkopplungswicklung 14 zugeführt, in deren Stromkreis ein Gleichstromverbraucher 15 liegt. Bei einer derartigen Anordnung ist neben der in Abb. 2 dargestellten Abhängigkeit des Arbeitswechselstroms vom Gesamtgleichfeld noch eine Abhängigkeit des Gleichfeldes, das sich aus dem Rückkopplungsfeld und dem Steuergleichfeld zusammensetzt, vom Arbeitswechselstrom vorhanden. In Abb. 4 ist neben der Kennlinie / ~ noch die Rückkopplungslinie R eingezeichnet, die die Abhängigkeit des Rückkopplungsgleichfeldes vom Arbeitswechselstrom veranschaulicht. Beim Steuern verschiebt sich die Rückkopplungslinie R um die Steuerfeldstärke H_st parallel zu sich selbst in Richtung der Abszissenachse in die Linie R₁. Den jeweils sich einstellenden Arbeitsstrom findet man im Schnittpunkt der Jij-Linie mit der / ~-Linie im Punkt P. Man erkennt, daß

bereits ohne Steuerfeld infolge der Rückkopplung ein erheblicher Arbeitsstrom / ~_0Ä (Punkt P₀) fließt.

Diese Erhöhung des Null'stromes bei rückgekoppelten Systemen wird vielfach durch eine zusätzliche, entgegengesetzt gerichtete Gleichstromvormagnetisierung H_v rückgängig gemacht, wodurch sich die i?-Linie in die Linie R₂ verschiebt und der Punkt P₂ als Arbeitspunkt einstellt.

Wird der Arbeitsnullstrom durch die Anordnung nach der Erfindung auf den gleichen Betrag/ ~₀ erniedrigt, so wird' die/ ~-Linie genau wie in Abb. 2 in Ordinatenrichtung in die / ~-(-Linie verschoben, so daß sich der Arbeitspunkt P₁ ergibt. Aus dem Schaubild der Abb. 4 ist ersichtlich, daß die bekannten Anordnungen beim Steuern um den Nullpunkt P₂ außerordentlich unempfindlich sind, währen bei der Einrichtung gemäß der Erfindung bei gleichem Arbeitsnulletrom / ~₀ eine wesentlich größere Empfindlichkeit um den Nullpunkt P₁ vorhanden ist.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Einrichtungen, bei denen die Rückkopplung gemäß Abb. 3 durch Vollweggleichrichter 13 und Rückkopplungswicklung 14 durchgeführt ist. Sie kann in derselben Weise bei Drosselanordnungen Anwendung finden, bei denen die Rückkopplung in der Weise ausgeführt ist, daß der Arbeitswechselstrom mit dem die Rückkopplung bewirkenden Gleichstrom mit Hilfe von Einweggleichrichtern in an sich bekannter Weise verknüpft ist, wie beim Ausführungsbeispiel der Abb. 5 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die auf den Kernen 16, 17, die wiederum geschlossene Kerne sein können, angeordneten Arbeitswicklungen 18, 19 von pulsierenden Gleich- strömen, die mit Hilfe der Einweggleichrichter 20, 21 erzeugt werden, durchflossen. In dem gezeichneten Beispiel ist eine Mittelpunktschaftung dargestellt, bei der die Speisung der Drosseln und des Verbrauchers 22 über den Mittelpunkttransformator 23 erfolgt. Die Wicklungen 24, 25 zur Erzeugung des zusätzlichen gleichfrequenten Wechselfeldes liegen an den Klemmen der Sekundärwicklung. Der in den Wicklungen fließende Strom ist mit Hilfe eines Widerstandes 26 regelbar. Die Anordnung wird mittels einer Steuerwicklung 27 mit einem Gleichstrom gesteuert.

Sollen die Wirkungen des Magnetverstärkers, beispielsweise auf einen Drehmagnet, nach Größe und Richtung dem Steuerstrom folgen, so werden zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartige Verstärkereinheiten, wie sie z. B. in der Abb. 3 oder 5 gezeigt sind, vorgesehen und zu einem Verstärker zusammengefaßt. Eine derartige Anordnung ist in Abb. 6 dargestellt. Die beiden Einheiten sind mit I, II bezeichnet. Jede Einheit enthält zwei Kerne 30, 31 und 40, 41 mit den Arbeitswicklungen 32, 33 und 42, 43, die aus einer Wechselstromquelle 28 gespeist sind. S Die Arbeitswechselströme werden über Gleichrichteranordnungen 34 und 44 und Rückkopplungs wicklungen 35 und 45 den Verbrauchern j 36 und 46 zugeführt. Die Verbraucher können beispielsweise Wicklungen eines Drehmagnets oder Feldwicklungen eines Generators sein, die dabei so angeordnet sind, daß Ströme der beiden Verstärkereinheiten Magnetfelder von entgegengesetzter Richtung erzeugen. Zur Steuerung der beiden Einheiten dienen die von einem Gleichstromgeber 29 gespeisten Steuerwicklungen 37 und 47. Zur Erzeugung der zusätzlichen Wechselerregung sind in gleicher Weise wie die Arbeits wicklungen die Zusatzwicklungen 38, 39 und 48, 49 angeordnet, deren Ströme mit Hilfe eines Widerstandes 50 regelbar sind. Im ungesteuerten Zustand werden die beiden jeweils einen Teilverstärker bildenden Einheiten bereits durch die Rückkopplungswicklungen vormagnetisiert, so daß durch die beiden Verbraucher 36, 46 bzw. durch die Arbeitswicklungen 32, 33, 42, 43 ein gewisser Strom fließt. Die Steuerwicklungen 37, 47 sind, wie aus der Fig. 6 hervorgeht, so angeordnet, daß sie die durch die Rückkopplung bereits bestehende Vormagnetisierung jeweils in dem einen Teilverstärker erhöhen und dabei gleichzeitig in dem "anderen Teilverstärker erniedrigen. Dies hat zur Folge, daß der Strom in dem einen Teilverstärker zunimmt und derjenige in dem anderen Teilverstärker entsprechend abnimmt. Der gesamte, die beiden Teilverstärker speisende Strom bleibt dabei praktisch konstant. Man kann deshalb zur Erzeugung der zusätzlichen Wechselerregung die Zusatzwicklungen 38, 39 und 48, 49 entweder unmittelbar mit Hilfe des Widerstandes 50 an das Netz legen oder zwischen die Punkte af, b' des Gesamtstromkreises einschalten. In beiden Fällen ist der diese Wicklungen durchfließende Strom unabhängig vom Steuerstrom.

Will man einen erfindungsgemäßen Magnetverstärker zur Steuerung eines Wechselstromverbrauchers verwenden, so kann man den Erfindungsgedanken in analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Abb. 6 verwirklichen, wobei dann die Arbeitswicklungen 32, 33 und 42, 43 jeweils gegenüberliegende Zweige einer Brückenschaltung bilden und der Verbraucher in der Brücke der Brückenschaltung liegt.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Anordnung zur Einstellung des im ungesteuerten Zustand die Drosseln durchfließenden Arbeitsstromes von magneti-

   sehen Verstärkern, bei denen durch eine steuernde Eingangserregung die Permeabilität der Spulenkerne und damit der induktive Widerstand der Drosseln geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines in seiner Größe vom Steuervorgang unabhängigen Wechselstromes der durch den Arbeitswechselstrom in den Kernen erzeugten Wechselerregung eine zusätzliche gleichfrequente Wechselerregung überlagert ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsstrom zwei im wesentlichen gleich ausgelegte Drosseln durchfließt und die zusätzliche Wechselerregung mit Hilfe von je einer den Drosselspulenkernen in derselben Weise wie die Arbeitswicklungen zugeordneten Zusatzwicklung erzeugt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Spulenkernen eine von einem konstanten Gleichstrom durchflossene Wicklung zur Erzeugung einer konstanten Gleichstromvormagnetisierung zur Verlagerung des Arbeitspunktes zugeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichgerichtete Arbeitsstrom der Drosselspulen zur Erzeugung einer zusätzlichen Gleichmagnetisierung in den Spulenkernen, z. B. mit Hilfe einer gemeinsamen Wicklung, verwendet wird.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Arbeitswicklungen durchfließende Strom ein periodisch veränderlicher Strom mit Gleichstromanteil ist.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, gekennzeichnet durch eine Verdoppelung der in den vorhergehenden Ansprüchen umschriebenen Anordnung in der Weise, daß die Wirkungen der Verbraucherströme nach Größe und Richtung dem Steuerstrom folgen.
7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der zusätzlichen Wechselerregting dienenden Wicklungen vorzugsweise über einen Regelwiderstand an der gleichen Spannungsquelle liegen wie die Arbeitswicklungen.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungen über einen Transformator gespeist sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklungen im Gesamtwechselstromkreis liegen.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 635 022, 650553;

   französische Patentschrift Nr. 844 779; USA.-Patentschrift Nr. 2 229 952.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   I 5091 4.53