<Desc/Clms Page number 1>
Steuergerät für einen Magnetverstärker mit Selbsterregung
Die wichtigsten Eigenschaften eines selbsterregten Transduktors mit Wechselstromvormagnetisation sollen im folgenden kurz in Erinnerung gerufen werden. Beiliegende Fig. l zeigt einen solchen Transduktor. Die Arbeitswicklungen 1 und 2 sind mit Gleichrichtern 3 und 4 versehen, welche zu seiner Selbsterregung dienen. Der Lastwiderstand 5 wird von dem von der Sekundärwindung 9 des Speisetransformators
EMI1.1
den Arbeitswicklungen erzeugt wird (wenn die Gleichrichter 3 und 4 kurzgeschlossen sind), induzierten Spannungen in Phase sind und sich addieren. Die Wechselspannung der Sekundärwicklung 8 des Speisetransformators 10 wird an die Vormagnetisationsspulen 6 und 7 gelegt.
Damit der Vormagnetisations-
EMI1.2
lungen durch die Veränderung des von den Arbeitswicklungen erzeugten Flusses induziert wird. Die Änderung des Stromes in den Vormagnetisierungswicklungen kann auf zwei verschiedene Arten erzielt werden :
1. Durch Variieren der Wechselspannung der Sekundärwicklung 8 (beispielsweise mittels eines variablen Autotransformators) oder
2. durch Verändern des in Serie geschalteten Widerstandes 11 im Vormagnetisationskreis.
Der grosse Vorteil eines selbsterregten Transduktors mit Wechselstromvormagnetisation besteht in seinem raschen Ansprechen. Da zur Vormagnetisation eine Wechselspannung verwendet wird, verändert sein Strom sofort seinen Wert. Es ergibt sich daraus, dass die Ansprechzeit eines solchen Transduktors kleiner als die Periode der Wechselspannung ist. Um jedoch einen solchen Transduktor zu steuern, war bis jetzt ein mechanisches Organ nötig, welches erlaubt, den Widerstand 11 zu verändern oder die Spannung der Sekundärwicklung des Transformators 10 zu verändern. Die Nachteile, welche durch dieses mechanische Steuerorgan bedingt sind, sind offensichtlich.
Die vorliegende Erfindung gestattet es, diese Nachteile zu vermeiden. Sie betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Magnetverstärkers mit Selbsterregung, der eine von einem Wechselstrom durchflossene Vormagnetisationswicklung aufweist, gekennzeichnet durch ein im Vormagnetisationskreis über eine Gleichrichterbrücke als variabler Widerstand wirkendes statisches Widerstandselement mit einem in Funktion einer angelegten elektrischen Grösse variablen, scheinbaren Widerstand.
Durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 686, 291 wurde eine Einrichtung mit variabler Reaktanz bekannt, welche zur Steuerung derselben Elektronenröhren verwendet. Gemäss der Erfindung erfolgt die Steuerung derart, dass man auf einen variablen Widerstand einwirkt, welcher in Serie mit der Vormagnetisationswicklung geschaltet ist, wobei dieser Widerstand ein statisches, elektrisch gesteuertes Element und keine Elektronenröhre ist.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sowie eine Ausführungsform einer Anwendung dieser Vorrichtung erläutert.
Fig. 1 zeigt, wie schon gesagt, ein elektrisches Schema zum Veranschaulichen der wichtigsten Eigenschaften eines selbsterregten Transduktors mit Wechselstromvormagnetisation. Fig. 2 zeigt ein Schema einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung. Fig. 3 zeigt ein Schema einer zweiten Ausfüh-
<Desc/Clms Page number 2>
rungsforn. der Vorrichtung. Fig. 4 zeigt eine erläuternde graphische Darstellung. Fig. 5, 6 und 7 zeigen Schemata, welche gewisse Vorteile der Vorrichtung erläutern sollen. Fig. 8 zeigt ein Schaltschema eines Spannungsregulators einer Wechselstrommaschine, also ein Beispiel für die Verwendung der Vorrichtung.
Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
EMI2.1
ersetzt, dessen scheinbarer Widerstand in Funktion einer an ihn angelegten elektrischen Grösse variabel ist.
Dieses Element 13 ist hier ein Transistor. Dieser kann tatsächlich als ein scheinbarer Widerstand betrach- tet werden, dessen Wert durch Einwirken auf die Spannung-Basis-Emitter verändert werden kann. Dieser scheinbare Widerstand verändert sich in grober Näherung umgekehrt proportional zum Basisstrom des
Transistors. Die zum Steuern des Basisstroms notwendige Energie ist viel kleiner als die Wechselstrom- energie zur Vormagnetisation, wodurch eine beträchtliche Verstärkung erhalten werden kann. Es ist übrigens klar, dass die Verwendung der statischen Elemente 12 und 13 den obengenannten Nachteil be- kannter Vorrichtungen behebt.
In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die generelle Disposition im allgemeinen gleich wie in Fig. 2 ; der Unterschied besteht im Vormagnetisationskreis. Ein fester Widerstand 14 ist in diesem Stromkreis in Serie mit der aus Gleichrichterbrücke und Transistor bestehenden Anordnung ge- schaltet, welche parallel zur Vormagnetisationswicklung geschaltet ist. Diese muss einen sehr viel grösse- ren Widerstand aufweisen, als der minimale scheinbare Widerstand der aus Gleichrichterbrücke und
Transistor bestehenden Anordnung beträgt. Wenn diese Anordnung einen minimalen scheinbaren Wider- stand aufweist, schliesst sie die Vormagnetisationswicklung beinahe vollständig kurz. und der Wechsel- strom, der darin fliesst, ist minimal.
Wenn diese Anordnung einen maximalen Widerstand aufweist, ist der Wechselstrom, welcher in der Vormagnetisationsspule fliesst, maximal. Der Widerstand i4 nimmt mehr oder weniger von der Steuerwechselspannung weg, je nachdem der Widerstand der aus Gleichrich- terbrücke und Transistor bestehenden Anordnung klein oder gross ist.
Fig. 4 zeigt die statische Charakteristik eines selbsterregten Transduktors, d. h. die mittlere Span- nung Us am Lastwiderstand 5 in Funktion des Vormagnetisationswechselstroms ic, wobei die Veränderung dieses Stromes auf eine der zwei bekannten oben beschriebenen Arten oder durch die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Anordnung erhalten wird.
Die beschriebenen Vorrichtungen erlauben es, Magnetverstärker mit Selbsterregung herzustellen, welche folgende Vorteile aufweisen :
1. grosse Verstärkung,
2. unterhalb der Periodendauer liegende Ansprechzeit,
3. Steuerung mit Gleichspannung oder gleichgerichteter Wechselspannung.
Diese Vorrichtungen erlauben ausserdem eine vereinfachte Konstruktion und somit eine Verringerung der Kosten.
Tatsächlich ist die Ansprechzeit geringer als die Periodendauer, u. zw. unbekümmert darum, wie gross der Widerstand des Vormagnetisationskreises ist. Der Widerstand des Vormagnetisationskreises hat einen sehr geringen Wert, während der Transduktor vollständig demagnetisiert ist (der Strom in den Arbeitsspulen ist dann minimal). Unter diesen Bedingungen ist die notwendige Spannung, um den Strom im Vormagnetisationskreis fliessen zu lassen, gering. und die Anzahl der Windungen für die Steuerwicklung kann klein gehalten werden im Verhältnis zur Anzahl der Windungen, welche bei einem Transduktor mit Gleichstromsteuerung nötig wären. In den meisten Fällen kann die Wicklung mit einem isolierten Draht von Hand hergestellt werden, da nur einige Windungen nötig sind.
Die Konstruktion ist somit vereinfacht, und die Herstellungskosten werden vermindert. Dieser Vorteil erscheint vor allem dann, wenn das statische Element durch einen Transistor und eine Gleichrichterbrücke gebildet wird. An Stelle eines Transistors könnte man beispielsweise auch eine Elektronenröhre oder einen gesteuerten Gleichrichter verwenden.
Die Herstellungskosten werden zunächst durch die Einfachheit der Konstruktion der Steuerwicklung vermindert. Sodann ist es nicht mehr nötig, wenn man einen gleichgerichteten Arbeitsstrom zu erhalten wünscht, sechs Gleichrichterelemente vorzusehen, wie bei der Steuerung mit Gleichstrom. Tatsächlich ist es bei einer Gleichstromsteuerung unerlässlich, sofern der Lastwiderstand induktiv ist, die aus Transduktor-Gleichrichter und Lastwiderstand bestehende Anordnung, wie in Fig. 5 gezeigt, zu schalten, um ein Einhängen des Transduktors (oder wenigstens eine starke Steilheitsänderung) im unteren Teil der statischen Transduktorcharakteristik (Fig. 4) zu verhindern.
Falls man Wechselstrom zur Steuerung verwen-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
det, tritt dieser Effekt nicht auf, und es genügt dann sogar, wenn der Lastwiderstand induktiv ist, die
Anordnung bestehend aus Transduktor-Gleichrichter und Lastwiderstand gemäss der Fig. 6 zu schalten, was nur vier Gleichrichterelemente benötigt, oder gemäss Fig. 7, wenn man über einen Transformator ver- fügt, dessen Sekundärwicklung über einen Anzapfpunkt in der Mitte verfügt. Diese letztere Lösung be- nötigt nur zwei Gleichrichterelemente. Da somit die Anzahl der Lastgleichrichter, welche sehr teuer sind, vermindert werden kann, werden die Kosten ebenfalls stark reduziert.
An Hand der Fig. 8 wird nachfolgend ein Anwendungsbeispiel der beschriebenen Vorrichtungen mit
Bezug auf die Spannungsregulierung einer Wechselstromsynchronmaschine beschrieben.
Die zu regulierende Spannung der Wechselstrommaschine 20 wird an einen Transformator 21 gelegt.
Mit dieser Spannung wird, nachdem sie in einem Tiefpassfilter 22 gleichgerichtet und filtriert worden ist, eine Messbrücke 23 gespeist, welche aus linearen Elementen und einem nichtlinearen Element 24 besteht. Die Ausgangsgrösse dieser Brücke, die eine Gleichspannung darstellt, steuert den Basisstrom des
Transistors 25. Dieser Basisstrom beeinflusst, wie oben beschrieben, die Grösse des scheinbaren Wider- standes des Transistors. Diese Veränderung des scheinbaren Widerstandes im Vormagnetisationskreis 26 des Transduktors 27 erlaubt die Veränderung des Steuerwechselstromes und infolgedessen der am Last- widerstand des Transduktors angelegten Spannung, d. h. der Impedanz der Induktionspole 28 der Erreger- maschine 29. Diese Erregermaschine liefert die Erregungsenergie für die Induktoren 30 der Wechselstrom- maschine 20.
Die Energie zum Betrieb des Regulators wird mittels des Transformators 31 der Wechsel- strommaschine oder einem Hilfsnetz entnommen. Das nichtlineare Element 32 (beispielsweise eine
Zenerdiode) schützt den Transistor gegen Überspannungen zwischen der Basis und dem Emitter, und der
Temperatureffekt, der den scheinbaren Widerstand des Transistors beeinflusst, wird durch den Tempera- tureffekt kompensiert, der das nichtlineare Element 24 beeinflusst. Es genügt, beispielsweise wenn eine
Zenerdiode verwendet wird, den Temperaturkoeffizienten so zu wählen, dass er den Temperatureffekt auf den Kollektorstrom des Transistors kompensiert.
Der Stabilisationskreis des Regelkreises (bestehend aus dem Regulator, der Erregermaschine und der Wechselstrommaschine) ist ein differentiell ansprechen- der Kreis, welcher durch die Elemente 33, 34 und 35 gebildet wird, die erlauben, die Zeitkonstante des
Stabilisationskreises und das Reaktionsverhältnis anzupassen.
Die Ansprechzeit eines solchen Regulators ist kleiner als die Periodendauer, wenn man die Zeitkon- stante des Tiefpassfilters berücksichtigt.
Wenn man die Spannung einer Gleichstrommaschine regulieren muss, verwendet man einen Regula- tor, welcher nur die Anordnung 36 aufweist, die Anordnung 22 wird überflüssig. Die Speisung des Regu- lators bei 31 würde dann selbstverständlich aus einem Hilfsnetz mit Wechselstrom erfolgen.
Die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung könnte auch für die Geschwindigkeitsregulierung einer rotieren- den elektrischen Maschine, beispielsweise eines Motors oder Generators, verwendet werden. Dies könnte wie folgt erfolgen :
Die Anordnung 22 würde zum Messen der zu regulierenden Geschwindigkeit dienen. und die Anord- nung 36 würde dann den Regulator bilden. Das Element 28 würde dann durch die Induktoren eines Mo- tors oder eines Generators oder durch den Anker eines Motors gebildet.
In dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel umfasst das statische Element einen Spannungsgenerator, wel- cher durch die Gleichrichterbrücke 15 und einen festen Widerstand 16 dargestellt wird, an welchen die die Vorrichtung steuernde Gleichspannung gelegt wird. Die durch die Gleichrichterbrücke 15 gelieferte
Spannung addiert sich zu derjenigen, welche durch die Gleichrichterbrücke 12 geliefert wird, derart, dass im Widerstand 16 in Abwesenheit der Steuerspannung ein genügend grosser Strom fliesst, um den im Wi- derstand 5 fliessenden Laststrom zu blockieren. Wenn man an den Widerstand 16 eine Gleichsteuerspannung legt, deren Polarität den durch die Gleichrichter 15 und 12 zu erzeugenden Spannungen entgegengesetzt ist, verringert sich der im Vormagnetisationskreis des Transduktors fliessende Strom, und der Laststrom wird grösser.
Die Kombination der Gleichrichterbrücke 15 mit dem Widerstand 16, an welchen man die
Steuerspannung legt, erlaubt somit, den scheinbaren Widerstand des Vormagnetisationskreises zu verän- dern. Diese Kombination bildet also ein statisches Element 37 mit einem scheinbaren Widerstand, der in Funktion einer angelegten elektrischen Grösse variierbar ist.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.