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Anordnung zur Rückkopplung von eine magnetflußerzeugende Einrichtung
enthaltenden elektrischen Stromkreisen Es ist in der Verstärker- und Regeltechnik
bekannt, zur Selbstbeeinflussung elektrischer Stromkreise eine Rückkopplung vorzunehmen,
die als Mit- oder Gegenkopplung ausgeführt sein kann. Eine solche Rückkopplung ist
auch bei einer bekanntgewordenen Einrichtung zur Verstärkung und Umformung von Wechselströmen
und zur Erzeugung elektrischer Schwingungen vorgesehen, bei welcher der sogenannte
Halleffekt in der Weise benutzt wird, daß das durch die zu verstärkenden Ströme
in einer Spule erzeugte Magnetfeld auf eine stromdurchflossene Fläche aus Tellur,
Wismut od. dgl. wirkt und die dadurch erzeugte transversale elektromotorische Kraft
den verstärkten Strom liefert unter Verwendung einer Hilfsstromquelle. Durch Zusammenwirken
des von dieser Hilfsstromquelle mit dem Magnetfeld soll am Rand der leitenden Fläche
transversal zur Richtung des Hilfsstromes eine elektrische Wechselspannung entstehen,
die trägheitslos den Schwankungen des magnetischen Feldes folgt und die, wenn sie
durch einen Stromkreis geschlossen wird, den verstärkten Strom liefern soll.
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Diese bekanntgewordene Einrichtung beruht auf der irrigen Vorstellung,
daß mit Hallspannungserzeugern eine Stromverstärkung möglich ist, und es fehlt ferner
bei ihr die Voraussetzung für das Zustandekommen der Hallspannung, da der Widerstandskörper
bei fließendem Primärstrom nicht zugleich magnetisch erregt ist infolge der fehlenden
Hallspannung. Die bekanntgewordene Einrichtung ist somit praktisch nicht zu dem
angegebenen Zwecke verwendbar.
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Außer dem Halleffekt ist die magnetfeldabhängige Leitwertänderung
bestimmter Widerstandskörper bekanntgeworden, indem die Leitwertänderung von Wismut
zur Messung magnetischer Felder benutzt ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Rückkopplung von einem
magnetflußerzeugende Einrichtung enthaltenden elektrischen Stromkreisen unter Ausnutzung
eines durch die Einwirkung des Stromkreises auf einen Widerstand bedingten galvanomagnetischen
Effektes, insbesondere unter Anwendung eines Widerstandes mit höherer Trägerbeweglichkeit
als Wismut. Unter Widerständen höherer Trägerbeweglichkeit als Wismut sind hierbei
an sich bekannte halbleitende Verbindungen in der Form All, B@, zu verstehen, beispielsweise
Indium-Antimonid oder Indium-Arsenid. Bei diesen Stoffen liegen besonders hohe Trägerbeweglichkeiten
vor, die beispielsweise mehr als 20 000 cm2/V sec betragen.
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Bei einer derartigen Anordnung wird eine besondere Art der Rückkopplung
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Fluß der magnetflußerzeugenden Einrichtung
als Meßwert erfaßt und zu einer flußabhängigen Rückkopplung ausgenutzt ist. Während
bisher entweder die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom eines Verstärkers ausgenutzt
wird, eine Spannung oder eine Stromrückkopplung vorzunehmen oder eine gemischte
Strom-Spannungs-Rückkopplung anzuwenden, wird durch den Gegenstand der Erfindung
eine weitere Rückkopplungsmöglichkeit geschaffen, bei der nicht vom Strom oder von
der Spannung ausgegangen wird. sondern vom magnetischen Fluß. Der Meßwert, der zur
flußabhängigen Rückkopplung ausgenutzt ist, kann gegebenenfalls verstärkt werden
und zur Selbstbeeinflussung des betreffenden Stromkreises benutzt sein, insbesondere
kann der durch den galvanomagnetischen Effekt erzeugte Meßwert in einer Erregerwicklung
der magnetflußerzeugenden Einrichtung, beispielsweise in einer Erreger- oder Steuerwicklung
elektrischer Maschinen, zur Wirkung gebracht werden, so daß eine unmittelbare Rückkopplung
der magnetflußerzeugenden Einrichtung vorliegt. Die Rückkopplung kann wie bei den
bekannten Rückkopplungsverfahren im Sinne einer N.Iitkopplung oder einer Gegenkopplung
wirken.
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Es sind auch Kombinationen beider Kopplungsarten möglich. Für die
Zwecke der Erfindung können dabei sowohl der Halleffekt als auch die magnetfeldabhängige
Widerstandsänderung ausgenutzt werden, und zwar sowohl einzeln als auch gemeinsam.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen flußabhängigen Rückkopplung unter Ausnutzung
eines galvanomagnetischen Effektes an einem Widerstandskörper sind die vorgenannten
Widerstände hoher Trägerbeweglichkeit besonders geeignet.
Zur näheren
Erläuterung sind in der Zeichnung einige mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen elektrischen Stromkreis, der an die Klemmen R und
S einer nicht mitdargestellten @@'ecltselstroinqtielle angeschlossen ist,
und einen Verbrauclier 4 enthält. In Reihe mit diesem liegt als inagnetflußerzeugende
Einrichtung eine steuerbare Drosselspule nach Art eines Magnetverstärkers mit einem
dreischenkligen Kern 1, auf dessen Außenschenkeln je eine von den verschiedenen
Halbwellen des ",-erliraucherwechselstromes durchflossene Arbeitswicklung 3 angeordnet
ist. Diese Wicklungen bilden mit den Ventilen 9 je zwei parallele Strompfade, jedoch
jeweils für die Halbwellenströme verschiedener Richtung, so daß die von Magnetverstärkern
her bekannte sogenannte Wechselstromschaltung gebildet ist. \lit 5 ist eine Vormagnetisierungswicklung
bezeichnet. die von einem an den Klemmen 10 zugeführten Steuergleichstrom erregt
wird.
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Inn Gegensatz zu bekannten Magnetverstärkern hat der Kern 1 im Mittelschenkel
einen schmalen Luftspalt, in dem ein feldveränderlicher Halbleiterwiderstand l;eispielsweise
aus Indium-Antimonid, zweckmäßig in der Form eines dünnen Plättchens angeordnet
ist. Ein solches Plättchen kann aus einem Einkristall herausgeschnitten werden.
Es hat an zwei regenüberliegenden Kanten je einen Anschluß, von denen einer unmittelbar
an die eine der Klemmen 8 und der andere über eine Ventilanordnung 7 in Brückenschaltung
und eine Rückkopplungswicklung 6 zu der anderen Klemme 8 fuhrt. Die Rückkopplungswicklung
6 ist zusammen mit einer zur Steuerung oder Einstellung des Arbeitspunktes verwendbaren
Vorinagnetisierungswicklung 5 auf dein mittleren Schenkel des Kernes 1 untergebracht.
Die Rückkopplungswicklung 6 ist hier beispielsweise im Sinne einer Mitkopplung geschaltet.
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Im Beispiel nach Fig. 1 ist die Änderung des Ohmwertes des Widerstandes
2 ausgenutzt, den dieser durch das '_`lagnetfeld im Luftspalt des Mittelschenkels
erfährt. Der Widerstand 2 ist hier beispielsweise so angeordnet, daß ein Teil des
magnetischen Flusses in dem Mittelschenkel durch den Widerstand und ein Teil außerhalb
des Widerstandes verläuft. Eine Möglichkeit, den Rückkopplungsgrad zu beeinflussen,
besteht darin, dem Luftspalt einen veränderbaren magnetischen Nebenschluß zuzuordnen,
so daß das Verhältnis der beiden Flußanteile, nämlich des durch den Widerstand gehenden
Teils und des diesen nicht berührenden Teils, einstellbar ist. Durch die Rückkopplung
wird in dem Verbraucher 4 ein noch größerer Strom erzeugt als diesem allein einerseits
durch die Selbstmagnetisierung der Drosselspule infolge der Ventile 9 und andererseits
durch die Steuermagnetisierung der Wicklung 5 zukommt. Für den gleichen Steuerstrom,
in der Wicklung 5 gesehen, bedeutet also die flußabhängige Rückkopplung in diesem
Falle eine Erhöhung der Verstärkung.
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Der Rückkopplungskreis in der Einrichtung nach Fig. 1 ist von den
anderen Stromkreisen der Einrichtung beispielsweise vollständig getrennt. Der Rückkopplungskreis
kann statt dessen aber auch galvanisch mit dem Verbraucherstromkreis verbunden sein,
z. B. indem die Klemmen 8 an die den Verbraucherstrom liefernde Stromquelle, also
an die Klemmen R, S, angeschlossen werden. Es sind außerdem noch andere Anschlußmöglichkeiten
vorhanden, beispielsweise parallel zum Verbraucher 4. Die Riickkopplungswicklung
6 kann ferner an eine fremde Gleichstromquelle angeschlossen werden, was den \_orteil
ergibt, daß die Ventilanordnung 7 entfallen kann. Die Rückkopplungswicklung 8 kann
aber auch unmittelbar an die Ventile 9 angeschlossen werden.
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An Stelle der Änderung des Ohmwerte; des Widerstandes 2 (Fig. 1) oder
zusätzlich kann für die Rückkopplung auch die an dein Widerstand 2 auftretende Hallspannung
verwendet werden. Zur Gewinnung der an sich bekannten Hallspannting können, wie
in Fig. 2 dargestellt, an einem magnetfeldabhängigen Widerstand, der beispielsweise
als Plättchen von geringer Dicke ausgebildet ist, zusätzlich zwei weitere Anschlüsse
11 vorgesehen werden. Die Anschlüsse 12 dienen zur Durchleitung des Rückkopplungsstromes
I. Wirkt kein Magnetfeld auf den Widerstand 2 ein, so ergibt sich keine Spannung
an den Klemmen 11. Ist dagegen ein Magnetfluß von der Stärke B vorhanden, so ergibt
sich an den Anschlüssen 11 eine als Hauspannung 1>ezcielniete Spannung U=1,--J-B,
wobei k
eine Konstante bedeutet. Die Ha.llspannung kann eine hückkopplungswicklung
entweder direkt oder unter Zwischenschaltung eines Vorverstärkers speisen. Hierfür
ist in Fig.3 ein schematisches Ausführungsbeispiel dargestellt. Der sich selbst
beeinflussende Stromkreis enthält einen Verbraucher 4 und eine niagnetflußerzeugende
Einrichtung in Forin einer Drosselspule ähnlich wie in Fig. 1. Bei R, S ist eine
Wechselstromquelle angeschlossen, deren Strom nach Gleichrichtung durch die Ventilanordnung
17 die Arbeitswicklung durchfließt. An dein Magnetkern 1 der Drosselspule befindet
sich außer der Arbeitswicklung 3 eine Steuer-Oder Vormagnetisierungswicklung5 mit
zwei Klemmen 10 und eine Rückkopplungswicklung 6, an die eine Ventilanordnung
7 angeschlossen ist. In einem Luftspalt des Kernes 1 ist ein magnetfeldabhängiger
Widerstand 2 in Plättchenforin angeordnet. Seine An-Schlüsse 11, die die Hallspannung
liefern, führen zu den Eingangswicklungen eines Verstärkers 13. Der Ausgangsstrom
des Verstärkers 13, der nach Gleichrichtung mit Hilfe der Ventilanordnung 7 durch
die Rückkopplungswicklung 6 geleitet ist, durchfließt gleichzeitig den magnetfeldabhängigen
Widerstand 2 über die Anschlüsse 12. Der Ausgangsstrom kann statt dessen auch den
Widerstand 2 nur teilweise durchfließen. Es ist ferner möglich, wie im Ausführungsbeispiel
nach Fig.l den Strom durch den Widerstand 2 von einer besonderen Stromquelle oder
von einem anderen Element der dargestellten Einrichtung zu beziehen, beispielsweise
von der Ventilanordnung 17. Der Verstärker 13 kann beispielsweise ein Magnetverstärker
sein.
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Die flußahhängige Selbstbeeinflussung nach der Erfindung läßt sich
außer bei ausgesprochenen Verstärkereinrichtungen auch bei Einrichtungen verwandter
oder anderer Art verwenden, beispielsweise für selbsttätige Impulserzeugungszwecke,
z. B. für Blinkschaltungen. Die Impulserzeugungseinrichtungen können wie die bekannten
nach Art von Magnetverstärkern aufgebauten Impuls- oder Frequenzgeneratoren ausgeführt
werden, also mit Zeitgliedern aus Drosselspulen, Kondensatoren und Widerständen.
Durch eine Rückkopplungswicklung, der ein Zeitglied zugeordnet ist, kann der Einsatz
der Selbstmagnetisierung verzögert werden. Der Strom im Verbraucher erreicht so
erst nach einer gewissen Zeit nach dem Einschalten seinen Höchstwert. Wird beispielsweise
bei der Einrichtung nach Fig. 1 auf den Kern 1 eine mit Zeitverzögerung arbeitende
Rückkopplungswicklung vorgesehen, der die Rückkopplungswicklung 6 entgegenwirkt,
so lassen sich dadurch in detu- Verbraucher 4
periodische Schwankungen
des Arbeitsstromes erzeugen. Ist der Verbraucher 4 eine Lichtquelle. so kann die
Einrichtung nach Fig.l als selbsttätige Blinkeinrichtung verwendet werden. Die zusätzliche
Rückkopplungswicklung kann eine normale, d. h. Strom-oder spannungsabhängige Rückkopplung
sein.
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Die flußabhängige Rückkopplung nach der Erfindung ist in ihrer Anwendung
nicht auf magnetflußerzeugende Einrichtungen nach Art von steuerbaren Drosselspulen
und Magnetverstärkern beschränkt. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind beispielsweise
Relais und Schütze. Hierzu zeigt Fig.4 eine Möglichkeit. Das dargestellte Relais
hat einen Kern 1, einen Anker 21 und zwei einander entgegenwirkende Wicklungen 22
und 23. Beim Einschalten des Stromes mit Hilfe des Schalters 25 wird die Wicklung
22 alsbald voll erregt und zieht den Anker 21 an. Dadurch verstärkt sich der magnetische
Fluß durch den magnetfeldabhängigen Widerstand 20, so daß der Widerstand geringer
wird und durch die Wicklung 23 eine gleich große entgegengesetzte Erregung, wie
sie durch die Wicklung 22 entsteht, erzeugt wird. Dadurch fällt der Relaisanker
21 wieder ab. Das Spiel wiederholt sich, bis der Schalter 25 wieder geöffnet wird.
Mit 26 ist ein Vorwiderstand zum Abgleich der von den beiden Wicklungen 22 und 23
erzeugten Flüsse bezeichnet.
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Die flußabhängige Rückkopplung nach der Erfindung kann außerdem zur
Selbstbeeinflussung von elektrischen Maschinen. z. B. Motoren oder Generatoren,
verwendet werden. Da bei diesen bereits Luftspalte vorhanden sind, können die magnetfeldabhängigen
Widerstände dort angeordnet werden, so daß besondere zusätzliche Luftspalte nicht
erforderlich sind. Besonders wirksame Selbstbeeinflussungen sind bei Verstärkermaschinen,
insbesondere Querfeldverstärkermaschinen, möglich. Durch Anordnung der magnetfeldabhängigen
Widerstände im Längs-und/oder Ouerfeld der Maschine lassen sich Rückkopplungswirkungen
besonderer Art mit neuen vorteilhaften Wirkungen erzielen. In Sonderfällen kann
die flußabhängige Rückkopplung auch in solchen Stromkreisen benutzt werden, die
an sich keine magnetflußerzeugende Einrichtungen enthalten. In diesem Falle wird
man eine besondere magnetflußerzeugende Einrichtung in den betreffenden Stromkreis
anordnen und damit eine flußabhängige Rückkopplung bewirken.