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Impulsstromgenerator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsstromgenerator, der angenähert rechteckförmige Impulse an eine induktive Last liefert. Die Anstiegszeit dieser Impulse soll gering und die Amplitude soll in Ab- hängigkeit von einer eingegebenen Regelgrösse genau definiert sein.
Es sind bereits Generatoren bekannt, die konstante Stromimpulse liefern. So ist z. B. eine Schaltung bekannt, bei der eine Begrenzung der Impulsamplitude durch einen ins Sättigungsgebiet vormagnetisierten
Magnetkern mit rechteckförmiger Hystereseschleife geschieht. Die Vormagnetisierung ist bestimmbar durch einen genau definierten Strom in der Vormagnetisierungswicklung. Hat der Strom nach dem Ein- schalten im Lastkreis eine bestimmte Amplitude erreicht, so wird der Magnetkern in den linearen Bereich, also in das Gebiet hoher Permeabilität gesteuert, wodurch infolge dieser Erhöhung der Serienimpedanz der Strom auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.
Bei diesem Verfahren liegt jedoch das Verhältnis von abgegebener Nutzleistung zur im Generator verbrauchten Leistung sehr ungünstig, u. zw. deshalb, weil bei den geforderten steilen Anstiegsflanken die Treiberspannung sehr hoch bemessen werden müsste.
Weiterhin sind Treibschaltungen für Ferritkernspeicher bekannt, bei denen ein Ladekondensator über einen Ladewiderstand in den Impulspausen von einer Gleichspannungsquelle aufgeladen wird und dessen gespeicherte Energie dann kurzzeitig an den zu speisenden Lastwiderstand abgegeben wird (deutsche Auslegeschrift Nr. 1076179).
Diese bekannte Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, dass der an den vorwiegend induktiven Verbraucher abgegebene Strom nicht genau definiert werden kann. Durch die hohe Anfangsspannung tritt ein verhältnismässig steiler Stromanstieg auf, der wesentlich über dem gewünschten Normalwert liegt, und anschliessend fällt der Strom auf den Normalwert ab. Die anfänglich hohe Spannung des Ladekondensators bewirkt zwar einen sehr schnellen Stromanstieg im Verbraucher, ein gleichmässiger Stromverlauf und ein steiler Stromanstieg lassen sich jedoch auch mit dieser zeitlich veränderlichen Treiberspannung nicht erreichen.
Diese genannten Nachteile zu vermeiden, ist die Aufgabe der Erfindung. Der Erfindungsgegenstand soll trotz hoher Flankensteilheit einen sehr guten Wirkungsgrad besitzen. Das wird dadurch erreicht, dass in an sich bekannter Weise eine in ihrer Grösse veränderliche Treiberspannung über einen Elektronenschalter an die Last anschaltbar ist, die in Serie mit der ersten Wicklung eines an sich bekannten Magnetkernstrombegrenzers liegt, deren Magnetkern mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife über eine zweite Wicklung von einem Strom geregelter Grösse bis zu einem bestimmten Punkt, der weit im Sättigungsgebiet liegt, vormagnetisiert wird.
Die in ihrer Grösse veränderliche Treiberspannung wird in an sich bekannter Weise an einem Kondensator abgenommen, der einerseits über einen Vorwiderstand mit einer ersten Gleichspannungsquelle und anderseits über eine in Sperrichtung gepolte-Diode mit einer zweiten niedrigeren Gleichspannungsquelle verbunden ist.
Die Erholungszeit des Impulsstromgenerators kann dadurch verkürzt werden, dass der Kondensator statt über einen Vorwiderstand kurzzeitig vor dem Auslösen des Generators über einen zweiten elektronischen Schalter und einer ersten Gleichspannungsquelle verbunden wird.
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Es können die Kondensatoren mehrerer dieser Impulsstromgeneratoren über einen gemeinsamen elektronischen Schalter angeschaltet werden. Die einzelnen Zuleitungen dieser Kondensatoren müssen in diesem Falle durch vorgeschaltete Dioden entkoppelt werden.
Erst durch die Kombination einer veränderlichen Treiberspannung mit dem einwandfrei begrenzenden Magnetkernbegrenzer ist es möglich, steile Anstiegsflanke der Rechteckimpulse zu erreichen, ohne dass ein Überschwingen auftritt. Dadurch wird die Dimensionierung unkritisch. Normalerweise wäre nur ein aperiodischer Einschaltverlauf zu erreichen, wenn kein Überschwingen auftreten darf ; in diesem Falle wäre die erreichbare Flankensteilheit jedoch schlechter und ausserdem die Dimensionierung sehr kritisch.
Der Erfindungsgegenstand wird nun an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig. l den Impulsstromgenerator gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes und Fig. 3 eine Zusammenschaltung mehrerer Impulsstromgeneratoren.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemässe Impulsstromgenerator zu sehen. Die Wirkungsweise ist folgen- de :
Der elektronische Schalter S sei gesperrt. Über den Widerstand Rv ist der Kondensator Cl vorher auf den Wert der Spannung +U 1 aufgeladen worden. Die Diode D ist gesperrt, da die Spannung +U niedriger
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Wird nun der Schalter S geschlossen, so treibt die am Kondensator Cl liegende Spannung einen Strom über die Wicklung N 1 des Ubertragers U durch die induktive Last L+R. Der Übertragerkern des Übertragers Ü, der aus einem Material mit angenähert rechteckförmiger Hystereseschleife besteht, wird durch den geregelten Gleichstrom 11 in einem definierten Sättigungszustand gehalten ; die Wicklung N1 stellt also nur einen geringen Serienwiderstand dar.
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bemessen, dass die in ihm gespeicherte Energie etwa um den Faktor 2 grösser ist als die Energie, die zum Erzeugen des gewünschten Stromes 12in der Induktivität L der induktiven Last und zur Deckung der ohmschen Verluste notwendig ist.
Die in Serie mit dem Laststromkreis liegende Wicklung N, des Übertragers Ü sorgt nun dafür, dass der
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der Magnetkern aus den Sättigungsbereich in den linearen Bereich gesteuert, wodurch sofort durch die
Erhöhung der Permeabilität eine hohe Serienimpedanz in den Lastkreis eingeschaltet wird ; hiedurch wird der Strom begrenzt.
Der Laststrom I wird von der zweiten Gleichspannungsquelle +U2 übernommen, wenn die Kondensa- torspannung auf einen Wert zusammenbricht, der unter dem Wert der Spannung +U liegt, da dann die
Diode D durchgeschaltet wird. Die Spannung dieser zweiten Spannungsquelle +U ist daher etwas höher bemessen, als zum Aufrechterhalten des Stromes 12 durch den ganzen Stromkreis notwendig ist. Es wird deshalb im Impulsstromgenerator nur eine geringe Verlustleistung verbraucht.
In der Fig. 2 wird gezeigt, wie die Erholungszeit des Impulsstromgenerators durch Ersetzen des Vorwiderstandes Rv durch einen elektronischen Schalter S2 verkürzt werden kann.
Der Kondensator C. wird kurz vor dem Auslösen des Generators über den Schalter. S2 für kurze Zeit an die Spannungsquelle +Ul geschaltet und dadurch schneller auf den Spannungswert +Ul aufgeladen, als es über einen Vorwiderstand möglich wäre. Bevor jedoch der Schalter Sl eingeschaltet wird, muss S2 wieder ausgeschaltet sein.
Es können mehrere dieser Generatoren über einen gemeinsamen Schalter S2 an die Spannungsquelle geschaltet werden (Fig. 3). Zur Entkopplung sind in diesem Falle den einzelnen Umleitungen zu den Kondensatoren C Cn die Dioden ... Dn vorgeschaltet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Impulsstromgenerator zum Erzeugen von Rechteckimpulsen mit kleiner Anstiegszeit und einer definierten, von einer geregelten Grösse abhängigen Amplitude in einem induktiven Lastkreis mit einer in bestimmten Grenzen veränderlichen ohmschen und induktiven Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise eine in ihrer Grösse veränderliche Treiberspannung über einen Elektronenschalter (S) an die Last (L, R) anschaltbar ist, die in Serie mit der ersten Wicklung (N) eines an sich bekannten Magnetkernstrombegrenzers liegt, deren Magnetkern mit annähernd rechteckförmiger Hystereseschleife über eine zweite Wicklung (NJ von einem Strom geregelter Grösse (Il) bis zu einem bestimmten Punkt, der weit im Sättigungsgebiet liegt, vormagnetisiert wird.