Elektrische Stromkreisanordnung mit einer Sättigungsdrossel Die Erfindung betrifft eine elektrische Strom kreisanordnung mit einer Sättigungsdrossel, welche eine scharf geknickte, mindestens angenähert recht- eckförmige Kennlinie aufweist, und deren Magneti- sierungszustand mittels mehrerer Erregerkreise durch Erregerimpulse von jeweils nach Grösse und Richtung gegebenem Spannungszeitintegral veränderbar ist. Derartige Drosseln können bekanntlich zur Speiche rung von Spannungsimpulsen verwendet werden.
Ist das Spannungszeitintegral eines zugeführten Erreger impulses grösser als dasjenige Spannungszeitintegral, welches zur vollständigen Umsättigung der Drossel vom negativen gesättigten Zustand bis in den positiven gesättigten Zustand oder darüber hinaus bzw. um gekehrt notwendig ist, so handelt es sich um eine bistabil wirkende Drossel.
Ist dagegen das Spannungs- zeitintegral eines Impulses kleiner als das zur voll ständigen Umsättigung der Drossel erforderliche Spannungszeitintegral, so dass der Drossel zu ihrer vollständigen Umsättigung mehrere Impulse zugeführt werden müssen, so handelt es sich um eine sogenannte Zähldrossel, wie sie beispielsweise im deutschen Patent Nr.890375 beschrieben ist. Wie in dem ge nannten Patent erwähnt, kann eine derartige Drossel für einen elektrischen Zeitkreis verwendet werden. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit besteht für elektrische Rechenmaschinen.
Schwierigkeiten hat bisher die Beaufschlagung solcher Sättigungsdrosseln mit Impulsen entgegen gesetzter Richtung durch zwei verschiedene Impuls kreise bereitet. Enthalten nämlich diese beiden an sich niederohmigen Erregerkreise je einen Gleich richter mit solcher Polung, .dass die Impulse des einen Kreises in positiver Richtung und die Impulse des andern Kreises, welche zu andern Zeiten zur Wir kung gebracht werden, in negativer Richtung magne tisierend auf die Drossel wirken, so werden die Im- pulse jedes der beiden Erregerkreise infolge ihrer gegenseitigen Kopplung auf den andern Stromkreis übertragen und,
da sie dort einen Strom in Durchlass- richtung des Ventils hervorrufen, kurzgeschlossen, so dass sie nicht in der gewünschten Weise wirken können.
Die vorerwähnten Schwierigkeiten werden erfin dungsgemäss dadurch vermieden, dass in jedem der Erregerkreise ein praktisch trägheitslos steuerbarer Sperrwiderstand vorgesehen und selbsttätig in Abhän gigkeit von den Erregerimpulsen derart gesteuert ist, dass er nur für diese Impulse jeweils offen, sonst aber gesperrt und der Erregerkreis somit von andern Magnetkreisen entkoppelt ist, durch welche der Sätti gungsdrossel zu andern Zeiten Erregerimpulse mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung zugeführt werden.
Geeignete trägheitslos steuerbare Sperrwider stände sind beispielsweise Transistoren oder magnet feldveränderliche Halbleiterwiderstände, welche so gesteuert werden, dass sie nur dann, wenn der zu gehörige Erregerkreis mit einem Impuls beaufschlagt ist, geöffnet sind, d. h. den Kleinstwert ihres Wider standes besitzen. Zu den übrigen Zeiten haben diese gesteuerten Widerstände ihren Grösstwert, sie sind also gesperrt . Infolgedessen ist, wenn die Impulse in den beiden betrachteten Erregerkreisen zu verschie denen Zeiten, beispielsweise abwechselnd, kommen, jeweils der nicht erregte Kreis stets hochohmig und somit entkoppelt.
Wenn beide Erregerkreise gleich zeitig Impulse führen, so kommt die Differenz der Spannung szeitintegrale dieser Impulse zur Wirkung.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs beispiele der Erfindung in den Fig. 1 und 2 schema tisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Sättigungsdrossel 15 mit zwei Erregerwicklungen 16 und 26. Der Magnetkern dieser Drossel wird vorteilhaft aus magnetisch hochwertigem Material in Form eines dünnen Bandes von wenigen Zehntelmillimeter Stärke ringförmig gewickelt. Er kann auch als Schichtkern mit grossflächiger über lappung an den Stossstellen und mit besonders langen Stossfugen ausgebildet sein, welche zweckmässig mehr als das 1,5fache der Schenkelbreite betragen, zum Beispiel nach dem Schweizer Patent Nr. 300156.
Die Kennlinie des Magnetmaterials soll an den über gangsstellen vom ungesättigten in die gesättigten Ge biete möglichst scharf geknickt sein und im Rema- nenzzustand eine möglichst hohe Sättigung von über 90 %, vorzugsweise sogar mehr als 95 %-, der End- sättigung aufweisen.
Der Erregerwicklung 16 können über einen mit 13 bezeichneten Trockengleichrichter Spannungsimpulse zugeführt werden, die auf die Sättigungsdrossel 15 in einer als positiv angenomme nen Richtung magnetisierend wirken. Durch eine zweite Erregerwicklung 26 kann die Sättigungsdros sel 15 über einen Trockengleichrichter 23 mit Span nungsimpulsen mit negativer Richtung beaufschlagt werden. Der Stromkreis der Erregerwicklung 16 ist an die Sekundärwicklungen eines Sättigungswandlers 12 angeschlossen, dessen Magnetkern aus dem glei chen oder einem ähnlichen Werkstoff bestehen und ebenso oder ähnlich aufgebaut sein kann wie der jenige der Sättigungsdrossel 15.
Ein ebensolcher Sättigungswandler 22 dient zur Speisung des andern Erregerkreises, der die Wicklung 26 enthält. Die Pri märwicklungen der Sättigungswandler 12 und 22 kön nen beispielsweise über einen Umschalter 19 an ein Wechselspannungsnetz 11 angeschlossen sein. Der Umschalter 19 ist hier lediglich ein Symbol für ein vorzugsweise synchron gesteuertes Schaltelement mit sehr kurzer Betätigungszeit, durch welches der be treffende Stromkreis jeweils während einer Periode oder einer vorher bestimmten Anzahl von Perioden der Wechselspannung geschlossen werden kann, so dass der Sättigungsdrossel 15 eine entsprechende An zahl von Erregerimpulsen zugeführt wird.
Ohne die weiter vorgesehenen und unten näher beschriebenen Einrichtungen würde ein Impuls, der zum Beispiel vom Sättigungswandler 12 herrührt, nicht nur eine Gegenspannung an der Wicklung 16 her vorrufen, sondern auch eine Spannung gleicher Rich tung in der Wicklung 26. Die Richtung dieser letzte ren Spannung stimmt mit der Durchlassrichtung des Ventils 23 überein, und infolgedessen wäre ,diese Spannung über den zwangläufig niederohmigen Erre gerkreis, zu dem diese Wicklungselemente gehören, praktisch kurzgeschlossen. Dies wird verhindert durch die Transistoren 17 bzw. 27, welche in den beiden Erregerkreisen angeordnet sind.
Die Steuerspannung für die Öffnung des Transistors 17 kann beispiels weise, wie gezeichnet, von einem Teil der Sekundär wicklung des Impulswandlers 12 gleichzeitig mit jedem der Erregerimpulse geliefert werden. Durch ein besonderes Schaltglied 18, wie zum Beispiel einen Schwellenwertgleichrichter, kann dafür gesorgt sein, dass diese Steuerspannung nach oben begrenzt ist und der Transistor 17 daher so ausgelegt werden kann, dass er schon bei einem sehr niedrigen Wert der Steuerspannung geöffnet ist. Dadurch wird ein merklicher Verlust an Spannungszeitintegral auch bei geringer Anfangssteilheit der anfallenden Erreger impulse vermieden.
Auch in dem zweiten Erreger kreis ist ein Transistor 27 vorgesehen, der seine Steuerspannung von einem Teil der Sekundärwick lung des Impulswandlers 22 erhält. Ein Schaltelement 28 sorgt ähnlich dem oben erwähnten Schaltelement 18 für eine Begrenzung der Steuerspannung. Eine Weitergabe von Steuerbefehlen kann beispielsweise mit Hilfe einer Auslösewicklung 14 erfolgen, welche in einem der beiden Erregerkreise angeordnet ist. In dieser fliesst ein Auslösestrom jedesmal dann, wenn die Sättigungsdrossel 15 über einen der beiden Sätti gungsknicke hinaus in den hochgesättigten Zustand gelangt ist.
In der Anordnung nach Fig.l kann die Sätti gungsdrossel 15 zum Beispiel als Differenzzähldrossel verwendet werden. Sie kann dabei nach dem so genannten Pilgerschrittverfahren arbeiten, welches beispielsweise aus dem deutschen Zusatzpatent Num mer 901307 zu dem oben genannten deutschen Pa ten Nr. 890375 grundsätzlich bekannt ist.
Dieses Ver fahren besteht darin, dass die Zähldrossel durch Spannungsimpulse wechselnder Richtung und ver schiedener Grösse, bezogen auf die Windungszahl der Zähldrosselwicklung, an der die Impulsspannungen auftreten, im Pilgerschritt, d. h. abwechselnd um einen Betrag vorwärtsschreitend und um einen klei neren Betrag rückwärtsschreitend durch mindestens einen Teil ihres ungesättigten Bereiches hindurch bis zur Sättigung ummagnetisiert wird. Auf diese Weise kann, wenn die Zähldrossel in einem Zeitkreis ver wendet wird, eine verhältnismässig lange Verzöge rungszeit mit Hilfe einer verhältnismässig kleinen Zähldrossel erreicht werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Hier sind die gleichen Mittel wie beim vorigen Beispiel dazu verwendet, mehrere Erregerkreise einer Sättigungsdrossel ohne Kontakte und praktisch verzögerungsfrei umzuschalten. Die Sättigungsdrossel 15 möge zum Beispiel in der An ordnung nach Fig.2 zur Verwendung als Dekaden zähldrossel bestimmt sein. Ihre Wicklung besteht aus zwei Teilen 16a und 16b, denen von einer Mittel anzapfung aus Erregerimpulse zugeführt werden, und zwar jeweils zehn aufeinanderfolgende Impulse der einen Wicklung und darauf zehn Impulse der andern Wicklung, wo sie in der entgegengesetzten Richtung magnetisierend wirken wie die zehn vorhergegange nen Impulse in der ersten Wicklung.
Die Impulse werden von der im Mittelzweig der Schaltanordnung liegenden Sekundärwicklung eines Impulswandlers 12 geliefert. Die Primärwicklung des Impulswandlers 12 ist über ein Schaltelement 19a, welches grundsätzlich dieselben Eigenschaften und dieselbe Wirkungsweise hat wie das vorerwähnte Schaltelement 19, an ein Wechselspannungsnetz 11 angeschlossen. Das Span- nungszeitintegral eines von dem Wandler 12 geliefer ten Impulses sei mit F1.2 bezeichnet. Zur vollständigen Umsättigung der Zähldrossel 15 vom negativen Sätti gungszustand bis zum positiven Sättigungszustand oder umgekehrt sei ein Spannungszeitintegral Fls erforderlich.
Kernquerschnitt und Windungszahl je einer Wicklungshälfte 16a bzw. 16b .der Drossel 15 seien so bemessen, dass 9 < Fl,/Fl.2 < 10 ist.
Im Mittelzweig der Anordnung ist ferner in Reihe mit dem Gleichrichter 13 und der Sekundärwicklung des Wandlers 12 die Primärwicklung 5 eines weiteren Impulswandlers 2 angeordnet, welcher so ausgelegt ist, dass der zur Änderung seines Magnetisierungs- zustandes erforderliche Magnetisierungsstrom etwas grösser ist als derjenige der Zähldrossel 15. Infolge dessen bleibt die Wicklung 5, während die Zähl drossel 15 in der einen oder in der andern Richtung mit Spannungsimpulsen beaufschlagt wird, spannungs los, solange die Zähldrossel 15 ungesättigt ist.
So bald diese jedoch beim jeweils zehnten Impuls in den gesättigten Zustand gelangt ist, verlagert sich die Spannung von der Wicklung 16a oder 16b hinweg an die Wicklung 5, so dass der Rest jedes zehnten Impul ses dem Sättigungswandler 2 als Impuls zugeführt wird. Von hier kann ein solcher Impuls mittels einer Sekundärwicklung 3, wie durch Pfeil angedeutet, in einem Ausgangskreis übertragen werden. Dies kann zum Beispiel der Mittelzweig einer Anordnung sein, die der dargestellten Anordnung grundsätzlich gleich ist und somit die nächste Stufe einer Kaskade ver körpert, an welche sich weitere Stufen höherer Ord nung anschliessen können. Jede Stufe kann beispiels weise eine Stelle des dekadischen Zahlensystems ver körpern. Es ist also möglich, auf Grund der dar gestellten Anordnung Rechensysteme für eine beliebig hohe Stellenzahl abzuleiten.
Der Impulswandler 2 hat noch eine weitere Sekundärwicklung 4, durch welche ein Teil des Spannungszeitintegrals jedes zehnten Impulses ab gezweigt und dazu benutzt wird, abwechselnd mittels einer geeigneten Kippvorrichtung 24 einmal den Tran sistor 17a in Durchlasszustand und 17b in Sperr zustand zu versetzen und das nächste Mal umgekehrt. Die Sättigungsdrossel 15 wird infolgedessen jeweils durch zehn Impulse in positiver Richtung ummagneti siert und durch die nächsten zehn Impulse in negati ver Richtung.
Für den Impulswandler 2 ist noch eine weitere Wicklung 6 vorgesehen, durch welche dieser Wandler jedesmal kurz vor Erreichung seines Sättigungszustan des rückmagnetisiert und so wieder in den Ausgangs zustand versetzt werden kann. Dies kann zum Bei spiel dadurch geschehen, d'ass die Wicklung 6 für die Dauer einer Halbperiode mit geeigneter Polung an die Wechselspannung des Netzes 11 gelegt wird. Die- ser Vorgang kann selbsttätig gesteuert werden durch einen weiteren Impulswandler; der in der nächsten Stufe der Kaskade angeordnet ist und beispielsweise von jedem zehnten Impuls mitbeaufschlagt wird.
Die Steuerung kann in entsprechender Weise mittels Transistoren oder dergleichen erfolgen wie die ge schilderte Umschaltung der beiden Erregerkreise des in Fig.2 dargestellten Systems.