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Magnetgenerator gleichzeitiger Impulsreihen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetgenerator zur simultanen Erzeugung von Impulsfolgen mit verschiedenen Zeitverteilungen und Dauern der Impulse mittels einer Anzahl von Transformatoren.
Der Erfindungsgegenstand löst das technische Problem der simultanen Erzeugung einer Anzahl verschiedener periodischer, gegenseitig synchronisierter Reihen elektrischer Impulse.
Es sind viele Typen vonimpulsgeneratoren bekanntgeworden, deren Funktion aufverschiedenen Prin- zipien beruht. Sie haben alle den Mangel, dass sie nicht in einfacher Weise gleichzeitig eine im besonderen grössere Anzahl verschiedener Impulsfolgen abgeben können.
Ausserdem ist bei den bekannten Einrichtungen zur Erzeugung von Impulsfolgen die gegenseitige Synchronisierung von gleichzeitig gelieferten Impulsfolgen und die Zeitverteilung der Impulse sehr störanfällig, beispielsweise wegen Änderungen der Zeitkonstante infolge nicht stabilisierter Parameter, Ver- änderungen von Bestandteilen usw. Deshalb erfordern diese Einrichtungen eine dauernde Überwachung, oftmalige Kontrolle und häufige Einstellungen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, diese Mängel zu beseitigen und von einer sinusförmig verlaufenden Grösse am Eingang die gleichzeitige Abnahme einer grösseren Zahl verschiedener Impulsfolgen an einer Anzahl von Ausgängen desselben Impulsgenerators zu ermöglichen, wobei sich die einzelnen Folgen hinsichtlich der Dauer der Einzelimpulse und ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge unterscheiden. Die Impulsfolgen sind streng und unveränderbar untereinander synchronisiert, wenn die Eingangsgrösse, z. B. der dem Eingang zugeführte Wechselstrom, von unveränderlicher Amplitude und Form und die Eingangsimpedanz des Verbrauchers stabil ist. Unter dieser Bedingung bleibt auch die Zeitverteilung der Impulse in den Folgen und ihre Zeitdauer unverändert bestehen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren mit Kernen versehen sind, die wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material mit annähernd rechteckiger Hysteresisschleife bestehen und jeder Kern wenigstens eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist und dass ferner wenigstens eine Primärwicklung jedes Kernes mit zumindest einer Primärwicklung eines ändern Kernes in Serie
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licher Phase zur Schaffung praktisch sprunghafter Änderungen der den Sättigungswert aufweisenden magnetischen Induktion erzeugt werden, die in den Sekundärwicklungen elektromotorische Kräfte in Form kurzdauernder, von Kern zu Kern zeitlich versetzter Impulse hervorrufen, die je eine Impulsgrundfolge bilden,
und dass die Impulse der einzelnen zu erzeugenden Impulsfolgen durch Auswahl und Addition von Impulsen der Grundfolge gebildet und dadurch hinsichtlich ihres zeitlichen Abstandes und ihrer Dauer festgelegt sind.
Demzufolge besteht das wichtigste Merkmal der Erfindung darin, dass man mittels Transformatorkernen und Wechselstrom auf einfache Art gleichzeitig mehrere verschiedene Impulsfolgen derselben Grundperiode, die gleich der Periode des Wechselstromes sind, erhält. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist von unbeschränkter Lebensdauer und verlangt keine Betreuung im Sinne einer Kontrolle und Einstellung.
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Der erfindungsgemässe Impulsgenerator ist als Bestandteil sehr vieler verschiedener Einrichtungen auf dem Gebiete der Fernübertragungstechnik und Automatik anwendbar. Wegen seiner universellen und grossen Anpassbarkeit an verschiedene Aufgaben seien lediglich einige Anwendungen als Beispiele angeführt, etwa als Impulsgenerator für das Fernsehen, für Mehrkanal-Übertragungssysteme nach dem Zeitmultiplexverfahren, automatische Steuereinrichtungen, für digitale Rechenmaschinen undviele andere Geräte.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Magnetgenerator gleichzeitiger Impulsreihen in einer beispielsweisen Ausführungsform, die fünf Kerne enthält, veranschaulicht. Im allgemeinen ist die Kernanzahl beliebig, d. h. es können ebenso mehr oder weniger als fünf vorhanden sein, was von der Zeitverteilung der Impulse, die an den Ausgängen zu erhalten sind, abhängt.
In der Zeichnung sind mit den Ziffern 1 - 5 die Magnetschaltkerne bezeichnet. Auf jedem Kern sind je zwei Primärwicklungen veranschaulicht, die mit N ! und N !' bezeichnet sind, wobei der In- dex"i"die Stelle des betreffenden Kernes in der Reihenfolge der Kerne angibt. Zum Beispiel : N, und Ni, N2 und N2' usw. Ausnahmsweise besitzt der Kern mit Ziffer 3 nur eine Primärwicklung, u. zw. N', womit veranschaulicht wird, dass gegebenenfalls auch eine solche Möglichkeit vorkommen kann. Die Bezeichnungen der Primärwicklungen veranschaulichen gleichzeitig auch die Anzahl ihrer Windungen.
Die Windungszahlen der Primärwicklungen sind im allgemeinen Fall verschieden, u. zw. sowohl auf dem selben Kern als auch betrachtet von Kern zu Kern, was in der Zeichnung dadurch veranschaulicht ist, dass eine verschiedene Anzahl von Windungen bei den Primärwicklungen eingezeichnet ist. Die einen Primärwicklungen, bezeichnet mit N, sind reihenmässig in einem Primärkreis verbunden, dessen Enden auf Masse bzw. am Anschluss P'liegen. Die andern Primärwicklungen, bezeichnet mit Ni, sind in einem zweiten Primärkreis zusammengeschlossen, dessen Ende auf Masse bzw. Anschluss P"liegt.
Die Wicklungen und N sind in umgekehrter Richtung als die übrigen
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Pfeilen I'und I" die Stromquellen, bzw. die Wechselströme der entsprechenden Primärkreise, der Kerne dargestellt. Die Ströme I'und I"sind untereinander phasenverschoben. In der Zeichnung sind Zeitdiagramme der Wechselströme I'undl"dargestellt für den Fall, dass diese unverzerrt und untereinander um'Ir/2 phasenverschoben sind und die gleiche Amplitude aufweisen.
Im Diagramm ist mit "t" die Zeitachse und mit "T" die Periode des Wechselstroms bzw. die Grundperiode der Wiederholung der Impulsreihen bezeichnet. Auf den Kernen sind beispielsweise je zwei bzw. je drei Sekundärwicklungen mit je zwei Windungen veranschaulicht. Je eine der Sekundärwicklungen ist auf jedem Kern mit einem Ende an Masse und mit dem andern Ende am entsprechenden Ausgangsanschluss S,. S2, Sa. S4 und Ss angeschlossen. Die Pfeile an diesen Ausgängen weisen auf die entsprechenden Diagramme der elektromotorischen Kräfte hin, die in den Sekundärwicklungen der entsprechenden Kerne induziert werden. An den Ausgangsanschluss S6 ist die Serienschaltungeiner Sekundärwicklung des Kernes 1 und einer Sekundärwicklung des Kernes 3 angeschlossen, wobei diese zweite Sekundärwicklung des Kernes 3 mit umgekehrter Polung zur erstgenannten angeschlossen ist.
An den Ausgangsanschluss S7 ist die Serienschaltung je einer Sekundärwicklung der Kerne 1-5 angeschlossen, wobei die Sekundärwicklung des Kernes 4 mit umgekehrter Polung zu den übrigen Wicklungen angeschlossen ist. Die Pfeile an den Ausgangsanschlüssen S6 und S7 weisen auf die Diagramme hin, mit denen die entsprechenden zwei verschiedenen, gleichzeitigen Impulsreihen veranschaulicht sind, die durch entsprechende Kombinationen der Serienschaltungen der entsprechenden Sekundärwicklungen gebildet sind.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Generators ist folgende : es ist bekannt, dass bei magnetischer Erregung eines aus ferromagnetischem Material angefertigten Kernes mit rechteckiger Hyseresisschleife mittels genügend intensiver abwechselnder magnetomotorischer Kraft sich im Kern die magnetische Induktion sprunghaft ändert, u. zw. von der Sättigung in einer Richtung in die Sättigung in der entgegengesetzten Richtung. Diese sprunghaften, d. h. kurzdauernden Veränderungen der Induktion ereignen sich zumindest annähernd in den Zeitpunkten der Nulldurchgänge der wechselnden magnetomotorischen Kraft. Die Folge davon ist, dass in einer Sekundärwicklung des Kernes eine Spannung in der Form von kurzdauernden Impulsen nur in den Intervallen, während welcher der Magnetfluss sich schnell ändert, induziert werden wird.
In einer Periode läuft die wechselnde magnetomotorische Kraft zweimal durch Null, einmal in einer und das zweite Mal in der andern Richtung. Infolgedessen werden innerhalb einer Periode zwei Impulse induziert, die von entgegengesetzter Polarität sind. Dabei treten aufeinan-
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derfolgende Impulse derselben Polarität in Intervallen, die der ganzen Periode gleich sind, und aufeinanderfolgende Impulse verschiedener Polarität in Intervallen, gleich der halben Periode auf, wie dies in den Diagrammen veranschaulicht ist. Je intensiver die magnetische Induktion ist, desto kürzer sind die Impulse.
Wenn in der Reihe einer gewissen Anzahl von Übertragungskernen die abwechselnden magnetomotorischen Kräfte von Kern zu Kern phasenverschoben sind, so werden Impulse erhalten, die zeitlich gemäss den Phasenstellungen der magnetomotorischen Kräfte der entsprechenden Kerne verschoben sind, wie dies in den Diagrammen veranschaulicht ist, die sich auf die Ausgänge von S bis Ss beziehen.
Die abwechselnde magnetomotorische Kraft kann in einem Kern mittels einer Primärwicklung, durch die Wechselstrom fliesst, erzeugt werden, wie dies im Falle des Kernes 3 zutrifft, wo die magneto- motorische Kraft N I* beträgt. Dies kann auch mittels zweier Wicklungen auf demselben Kern, durch die phasenverschobene Wechselströme laufen, vorgenommen werden. In diesem zweiten Fall wird die magnetomotbrische Kraft als resultierende Kraft, durch Überlagerung der Teilkräfte, der einen und der andern Primärwicklung mit entsprechenden Strömen erhalten. Verallgemeinert können diese Komponenten für einenKern der Reihe auch mit NI* bzw. M' !" bezeichnet werden. Die resultierende Kraft ist das Vektorprodukt der Teilkräfte, und nachdem der Strom I' bzw.
I" für alle Wicklungen des einen bzw. andern Primärkreises derselbe ist, wird die notwendige Phasenstellung der resultierenden Kraft durch ein bestimmtes Verhältnis der Windungsanzahl NI und Ni der Wicklungen, die sich auf demselben Kern befinden, erreicht.
Die resultierenden wechselnden magnetomotorischen Kräfte, die auf allen Kernen dieselben Ampliden aber verschiedene Phasenstellung besitzen, werden, wenn die Primärströme Ill = I, 0 und I"= I, 'IT/2 sind, erhalten, d. h. wenn deren Amplituden gleich und die Phasenstellungen um'IT/2 verscho. ben sind, wobei auch noch die Zahl der Windungen der Primärwicklungen von Kern zu Kern sich nach
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resultierenden magnetomotorischen Kraft des Kernes"i"ist. Die Phasenstellungen (Pi sind durch die Plätze bestimmt, die die entsprechenden Impulse in den Impulsreihen einnehmen sollen.
Das Vorzeichen, das nach obigen Formeln für die Windungszahlen erhalten wird, bestimmt die Schaltrichtung der entsprechenden Wicklungen in den entsprechenden Primärkreisen,
Wenn zwei gekoppelte elektronische Oszillatoren auf gleiche Frequenz abgestimmt sind und wenn die Kopplung kritisch ist, so fliessen in ihren Stromkreisen Ströme, die gleich gross und untereinander um 'IT/2 verschoben sind. Dies kann dazu benutzt werden, um mit solchen Strömen die Primärkreise der Kerne zu speisen, u. zw. durch deren Einschaltung in die Stromkreise der gekoppelten Oszillatoren, z. B. in Reihe mit den Induktivitäten des frequenzbestimmenden Kreises. Die Impedanz der Primärkreise der Kerne ist, infolge starker Sättigung der Kerne, von der Amplitude der Primärströme abhängig.
Um eine Verstimmung der Oszillatorkreise, zu der es infolge gegebenenfalls ungenügender Amplitudenstabilität der Speisungsquellen der Oszillatorkeise kommen kann, zu verringern, müssen die Induktivitäten der Oszillatorkeise bedeutend grösser sein als die nicht lineare Impedanz der Primärkreise der Kerne.
Die Art der simultanen Erzeugung mehrerer verschiedener Impulsreihen ist in der Zeichnung veranschaulicht, in der als Beispiel die Erzeugung zweier verschiedener Impulsreihen an den Ausgängen S6 und S7 dargestellt ist.
Auf jedem der Kerne können im Bedarfsfall auch mehrere Sekundärwicklungen mit gleichen Windungszahlen angeordnet sein. In diesen Wicklungen werden gleichzeitig impulsförmige Spannungen induziert, die untereinander gleichartig, jedoch von Kern zu Kern zeitverschoben sind. Wenn je eine Sekundärwicklung eines jeden oder nur von einigen der Kerne reihenweise verbunden wird, so entsteht an einem Ende dieser Reihenverbindung eine bestimmte Impulsfolge. Jeder der in Reihe geschalteten Kerne liefert zu dieser Impulsfolge an einer vorbestimmten Stelle von deren Zeitachse sein Impulspaar.
Die Polarität der Impulse eines jedes Paares ist durch die Richtung bestimmt, in der die Sekundärwicklung des entsprechenden Kernes in Reihe geschaltet ist. Auf dieselbe Art können bei Anordnung der notwendigen Zahl von Sekundärwicklungen auf den entsprechenden Kernen durch andere Kombinationen der Reihenschaltung dieser Wicklungen gleichzeitig verschiedene Impulsfolgen erhalten werden.
Im Falle, dass Impulse verschiedener Amplitude gewünscht sind, wird dies durch verschiedene Windungszahlen der Sekundärwicklungen erreicht.