DE1053035B - Method for the amplification of electrical quantities, in particular for zero current amplification, using settable chokes - Google Patents
Method for the amplification of electrical quantities, in particular for zero current amplification, using settable chokesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Verstärker, insbesondere auf sogenannte magnetische Nullstromverstärker, bei denen einer Eingangsleistung Null auch eine Ausgangsleistung Null entspricht. Um das zu erzielen, werden bei der einen Art der bekannten magnetischen Nullstromverstärker zwei gleiche magnetische Verstärker, die beim Fehlen der Eingangsleistung einen Ausgangsstrom aufweisen, so gegeneinandergeschaltet, daß sich die Ausgangsströme, die vorher gleichgerichtet werden, in bezug auf den Verbraucher aufheben. Beim Auftreten eines Steuergleichstromes wird in einem Verstärker der Ausgangsstrom vergrößert, in dem anderen verkleinert, und der Verbraucher erhält den Differenzstrom. Die Differenzbildung bringt mit sich, daß die Nullpunktsicherheit von der Konstanz der Bauelemente, d. h. der Drossel und der Gleichrichter, abhängt. Ebenso wird die Nullpunktsicherheit beeinträchtigt, wenn die Bauelemente verschieden stark auf Umwelteinflüsse (z.B. Temperatur) reagieren. Insbesondere der Trockengleichrichter ist wegen seiner Inkonstanz und seiner starken Temperaturabhängigkeit der schwache Punkt derartiger magnetischer Verstärker. Die Vermeidung von Gleichrichtern bedeutet also eine stark erhöhte Nullpunktsicherheit, die in der Meß- und Regeltechnik von großer Bedeutung ist.The invention relates to magnetic amplifiers, in particular to so-called magnetic ones Zero-current amplifiers in which an input power of zero also corresponds to an output power of zero. Around To achieve this, two of the same types of magnetic zero current amplifiers are used in one type of known magnetic zero current amplifier magnetic amplifiers that have an output current in the absence of input power, so switched against each other that the output currents, which are previously rectified, in relation cancel on the consumer. When a control direct current occurs in an amplifier, the The output current increases, the other decreases it, and the consumer receives the differential current. The formation of the difference means that the zero point security depends on the constancy of the components, d. H. the choke and the rectifier, depends. The zero point security is also impaired, when the components react differently to environmental influences (e.g. temperature). In particular the dry rectifier is because of its inconsistency and its strong temperature dependence weak point of such magnetic amplifiers. So avoiding rectifiers means one greatly increased zero point security, which is of great importance in measurement and control technology.
Ohne einen Gleichrichter kommt eine andere Art von magnetischen Nullstromverstärkern aus, die den Effekt ausnutzen, daß an einer wechselstromgespeisten Drossel unsymmetrische Verzerrungen des Spannungsabfalles und damit geradzahlige Oberwellen auftreten, sobald sie mit einem Gleichstrom (dem Steuer- bzw. Meßstrom) vormagnetisiert wird.Another type of magnetic zero current amplifier, the Take advantage of the fact that asymmetrical distortions of the voltage drop at an AC-fed choke and thus even harmonics occur as soon as they are connected to a direct current (the Control or measuring current) is premagnetized.
Die Größe der Spannung gerader Oberwellen ist dann ein Maß für die Höhe des Steuerstromes. Da ein solcher Verstärker jedoch nur geringe Leistungsabnahme verträgt, wird die zweite Oberwelle dann meist mit Hilfe eines Röhrenverstärkers verstärkt, um z.B. einen Steuermotor zu betreiben. Sobald jedoch ein Gleichstrom am Ausgang verlangt wird, müssen 4·° diese Oberwellen gleichgerichtet werden, was mit Hilfe eines phasenabhängigen Gleichrichters geschieht. Abgesehen von den Fällen, in denen verhältnismäßig komplizierte mechanische Gleichrichter verwendet werden, ist eine genügende Nullpunktsicherheit dann auch nicht gewährleistet.The magnitude of the voltage of even harmonics is then a measure of the magnitude of the control current. There a However, if such an amplifier can only tolerate a small decrease in power, the second harmonic will then be usually amplified with the help of a tube amplifier, e.g. to operate a control motor. However, once a Direct current is required at the output, these harmonics must be rectified 4 °, which is with With the help of a phase-dependent rectifier happens. Except for those cases where proportionately Complicated mechanical rectifiers are used, there is sufficient zero point security then also not guaranteed.
Unsymmetrische Verzerrungen an vormagnetisierten Drosseln nutzt eine weitere bekannte Schaltung aus, die ohne Verwendung von Gleichrichtern einen Gleichstromausgang besitzt. Die Grundschaltung ist in Abb. 1 dargestellt und besteht aus einer an eine Wechselspannungsquelle U angeschlossenen Serienschaltung einer sättigbaren Drossel Dr eines nichtlinearen Widerstandes R, dessen Kennlinie sym- VerfahrenAsymmetrical distortion at premagnetized chokes uses another known circuit which has a direct current output without the use of rectifiers. The basic circuit is shown in Fig. 1 and consists of a series circuit, connected to an AC voltage source U , of a saturable choke Dr of a non-linear resistor R, the characteristic curve of which is sym method
zur Verstärkung elektrischer Größen,
insbesondere zur Nullstromverstärkung,
unter Verwendung sättigbarer Drosselnto amplify electrical quantities,
especially for zero current amplification,
using saturable chokes
Anmelder:Applicant:
Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M.-West 13, Gräfstr.97Hartmann & Braun Aktiengesellschaft,
Frankfurt / M.-West 13, Graefstrasse 97
Dr.-Ing. Stane Osterman, Frankfurt/M.-Heddernheim, ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Stane Osterman, Frankfurt / M.-Heddernheim, has been named as the inventor
metrisch ist, und eines Gleichstromverbrauchers /. Eine Gleichstromvoimagnetisierung der Drossel verursacht eine unsymmetrische "Verzerrung des durch die Arbeitswicklung wa fließenden Wechselstromes. Derselbe fließt aber auch durch den symmetrischen nichtlinearen Widerstand R. Aus der Abb. 2 erkennt man leicht, daß ein unsymmetrischer Wechselstrom i, dessen Form in dem Beispiel rechteckig gewählt wurde, um ein besonders einleuchtendes Ergebnis zu erhalten, an einem nichtlinearen Widerstand mit symmetrischer Kennlinie eine Gleichspannungskomponente Uc erzeugt, die über den geschlossenen Kreis, also auch durch den Verbraucher, einen Gleichstrom zu treiben vermag. Um von dem Gleichstromverbraucher den Wechselstrom fernzuhalten, ist es zweckmäßig, dem Verbraucher einen entsprechenden Kondensator (C in Abb. 1) parallel zu schalten.is metric, and a DC power consumer /. A Gleichstromvoimagnetisierung the throttle causes an unbalanced "distortion by the working winding w a flowing alternating current. However, the same also flows through the symmetrical non-linear resistance R. From Fig. 2 recognizes it easy that an unbalanced alternating current i having a shape rectangular in the example In order to obtain a particularly illuminating result, a direct voltage component U c generated at a non-linear resistor with a symmetrical characteristic curve, which is able to drive a direct current via the closed circuit, i.e. also through the consumer. In order to keep the alternating current away from the direct current consumer, it is advisable to connect a corresponding capacitor (C in Fig. 1) in parallel to the consumer.
Das Fließen der Wechselströme von Grundfrequenz durch den Gleichstromverbraucher kann auch dadurch vermieden werden, daß zwei Kreise nach Abb. 1 zu einer Differenzschaltung nach Abb. 3 zusammengefügt werden, in der der Verbraucher im Differenzzweig liegt. Im Gegensatz zu den Gleichstromkomponenten heben sich im Verbraucher die Grundwellen beider Kreise auf. Die geraden Oberwellen summieren sich im Verbraucher / genauso wie die beiden Gleichströme und können von ihm ebenfalls durch einen Uberbrückungskondensator C ferngehalten werden. Je größer dessen Kapazität ist, um so größer wird auch der Verstärkungsgrad, da Ströme der geraden Oberwellen, die ja für die Bildung der Gleichspannungskomponente verantwortlich sind, dann den geringsten Kreiswiderstand vorfinden. Die erzeugten Gleichströme wirken beim Durchfließen der Arbeitswicklungen magnetisch auf die Kerne, entweder im Sinn··.The flow of the alternating currents of fundamental frequency through the direct current consumer can also be avoided by joining two circuits according to Fig. 1 to form a differential circuit according to Fig. 3, in which the consumer is in the differential branch. In contrast to the direct current components, the fundamental waves of both circuits cancel each other out in the consumer. The even harmonics add up in the consumer / just like the two direct currents and can also be kept away from it by a bypass capacitor C. The greater its capacity, the greater the gain, since currents of the even harmonics, which are responsible for the formation of the direct voltage component, then have the lowest circular resistance. The generated direct currents act magnetically on the cores as they flow through the working windings, either in the sense ··.
809 770/343809 770/343
der Vormagnetisierung (innere Mitkopplung) oder entgegengesetzt (innere Gegenkopplung), je nachdem, ob der nichtlineare Widerstand mit steigendem Strom fällt oder steigt. Um also eine innere Mitkopplung zu erzielen, ist es notwendig, nichtlineare Widerstände zu verwenden, deren Werte mit anwachsendem Strom fallen (z.B. Silizium-Carbid-Widerstände).the premagnetization (internal positive feedback) or opposite (internal negative feedback), depending on whether the non-linear resistance falls or rises with increasing current. So in order to have an inner positive feedback achieve, it is necessary to use non-linear resistors, the values of which increase with increasing current fall (e.g. silicon carbide resistors).
Dieser Verstärker ist dem Prinzip nach sehr geeignet als Nullstromverstärker, da die Alterung seiner Bauteile auf die Nullpunktsicherheit keinen Einfluß ausübt.In principle, this amplifier is very suitable as a zero-current amplifier, since its aging Components have no influence on the zero point security.
Die Ursachen, daß dieser Nullstromverstärker trotzdem keinen Eingang in die Praxis gefunden hat, dürften folgende sein: Erstens fallen die Kennlinien der hier in Frage kommenden nichtlinearen Widerstände nicht völlig symmetrisch aus. Dies hat zur Folge, daß am Ausgang auch ohne Eingangsstrom bereits eine Gleichspannung auftritt. Zweitens ist die Leistungsverstärkung nur gering (etwa 13fach). Drittens eignet sich die Netzfrequenz nur mäßig zum Betrieb dieses Verstärkers.The reasons why this zero-current amplifier still has not found its way into practice, are likely to be as follows: First, the characteristics of the non-linear resistances that come into question here fall not completely symmetrical. As a result, there is no input current at the output a DC voltage is already occurring. Second, the power gain is only small (about 13 times). Third the mains frequency is only moderately suitable for operating this amplifier.
Bei der Erfindung wird nun ein neues Prinzip für magnetische Verstärker, insbesondere magnetische Nullstromverstärker, angewendet, das nicht nur die Vorteile der oben beschriebenen bekannten Anordnung aufweist, sondern auch deren Mangel vermeidet.In the invention, a new principle for magnetic amplifiers, especially magnetic ones Zero-current amplifier, applied, which not only the advantages of the known arrangement described above has, but also avoids their deficiency.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung elektrischer Größen, insbesondere zur Nullstromverstärkung unter Verwendung sättigbarer Drosseln, die durch die Eingangsgröße vormagnetisiert werden, und nichtlinearer Widerstände in der Differenz- oder Brückenschaltung mit einem Kondensator in der Diagonale, das erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:The invention relates to a method for amplifying electrical quantities, in particular for amplifying zero current using saturable chokes that are premagnetized by the input variable and non-linear resistances in the differential or bridge circuit with a capacitor in the diagonal, which is characterized according to the invention by the following process steps:
1. Die Betriebsspannung wird so. hoch gewählt, daß beim Eingangssignal Null in jeder Halbwelle die Sättigung der Drossel überschritten wird.1. The operating voltage will be like this. chosen high that the input signal zero in each half-wave Saturation of the throttle is exceeded.
2. Die nichtlinearen Widerstände erhalten eine Trägheit, die so groß ist, daß sie den voneinander unterschiedlichen Widerstandswert, den sie nach erfolgter Sättigung der Drosseln durch das Zusammenwirken des Kondensatorentladestromes und des durch die Betriebsspannung hervorgerufenen Stromes erhalten, in wirksamem Umfang während des letzten Abschnittes der Halbwelle beibehalten.2. The non-linear resistances are given an inertia which is so great that they differ from each other different resistance value that they have after the chokes have been saturated by the interaction the capacitor discharge current and that caused by the operating voltage Current received, maintained to an effective extent during the last section of the half-wave.
Die Grundschaltung zur Ausübung des Verfahrens der Erfindung ist eine mit einer Hilfswechselspannung gespeiste Differenz- bzw. Brückenschaltung. In ihren Zweigen ist je eine Arbeitswicklung der sättigbaren Drosseln mit einem nichtlinearen Widerstand gewisser, der Frequenz der Hilfswechselspannung angepaßter Trägheit in Serie geschaltet, während sich im Differenzzweig bzw. einer Diagonale als wesentliches Bauelement ein Kondensator geeigneter Größe befindet. Die Arbeitswicklungen der Drosseln werden so dimensioniert, daß die Drosseln durch die Hilfswechselspannung, deren Größe sich hauptsächlich nach den nichtlinearen Widerständen richtet, während jeder Halbwelle gesättigt werden. Die Kerne der sättigbaren Drosseln bestehen vorzugsweise aus einem Material mit rechteckiger Hysteresisschleife, damit die Sättigung möglichst schlagartig einsetzt. Das Prinzip der Erfindung wird an der Differenzschaltung Abb. 4 erläutert, in der zunächst einfachheitshalber angenommen werden soll, daß die Vormagnetisierung durch Gleichstrom erfolgt. Sie zeigt zwei sättigbare Drosseln Drx und Dr2, deren Arbeitswicklungen Wa in den beiden Zweigen einer Differenzschaltung liegen. In jedem Zweig der Differenzschaltung liegt noch in Reihe mit der Arbeitswicklung Wa der Drossel ein träger Widerstand W1 bzw. PF2 mit nichtlinearer Charakteristik. In der Diagonale der Differenzschaltung liegt der Kondensator C. Parallel dazu ist der Verbraucher Rv angeschlossen. In Reihe mit dem Verbraucher ist eine Drossel Dr3 geschaltet. Die Steuerwicklungen W8 der beiden sättigbaren Drosseln Dr1 und Dr2 sind einander entgegengesetzt in Reihe geschaltet. Durch den Steuerstrom is werden beide Drosseln Dr1 und Dr2 in entgegengesetztem Sinn vormagnetisiert. Wie sich die Vormagnetisierung auf die Magnetisierungsströme, die von der Arbeitswechselspannung hervorgerufen werden, auswirkt, wird an Hand der Abb. 5 näher erläutert. Diese Abbildung zeigt die — einfachheitshalber idealisierte — Hysteresisschleife, die die Abhängigkeit des Flusses Φ der sättigbaren Drosseln von der gesamten Amperewindungszahl in Arbeitswicklung und Vormagnetisierungswicklung wiedergibt. In einer der beiden Drosseln magnetisiert der Steuerstrom is den Kern in der einen Richtung um den Betrag +I8-W3 vor, in der anderen Drossel in entgegengesetzter Richtung um denselben Betrag -I5-W5. Die Arbeitswicklung wird nun gemäß einem Verfahrensschritt nach der Erfindung so groß gewählt, daß die Drosseln in jeder Halbwelle gesättigt werden. Es ist aus der Abb. 5 zu ersehen, daß z. B. beim Übergang aus der negativen Sättigung — Φ$ in die positive Sättigung +Φ, in beiden Drosseln verschiedene Amperewindungszahlen I1+wa notwendig sind. Die Differenz der Magnetisierungsströme it+i2 fließt in den Kondensator C, der dadurch aufgeladen wird. Während des Aufladevorganges steigt die Spannung im Kondensator C, dieThe basic circuit for carrying out the method of the invention is a differential or bridge circuit fed with an auxiliary AC voltage. In each of their branches a working winding of the saturable chokes with a non-linear resistance of certain inertia adapted to the frequency of the auxiliary AC voltage is connected in series, while a capacitor of suitable size is located in the differential branch or a diagonal as an essential component. The working windings of the chokes are dimensioned so that the chokes are saturated by the auxiliary AC voltage, the size of which is mainly determined by the non-linear resistances, during each half-cycle. The cores of the saturable chokes are preferably made of a material with a rectangular hysteresis loop so that saturation begins as suddenly as possible. The principle of the invention is explained using the differential circuit Fig. 4, in which it should initially be assumed, for the sake of simplicity, that the premagnetization is carried out by direct current. It shows two saturable chokes Dr x and Dr 2 , whose working windings W a are in the two branches of a differential circuit. In each branch of the differential circuit, there is also a slow-acting resistor W 1 or PF 2 with non-linear characteristics in series with the working winding W a of the choke. The capacitor C is located in the diagonal of the differential circuit. In parallel, the consumer R v is connected. A throttle Dr 3 is connected in series with the consumer. The control windings W 8 of the two saturable chokes Dr 1 and Dr 2 are oppositely connected in series. Both chokes Dr 1 and Dr 2 are premagnetized in opposite directions by the control current i s. How the premagnetization affects the magnetization currents that are caused by the alternating working voltage is explained in more detail with reference to Fig. 5. This figure shows the hysteresis loop - idealized for the sake of simplicity - which shows the dependence of the flux Φ of the saturable chokes on the total number of ampere-turns in the working winding and the premagnetization winding. In one of the two chokes the control current i s magnetizes the core in one direction by the amount + I 8 -W 3 , in the other choke in the opposite direction by the same amount -I 5 -W 5 . The working winding is now selected according to a method step according to the invention so large that the chokes are saturated in each half-wave. It can be seen from Fig. 5 that, for. B. at the transition from negative saturation - Φ $ to positive saturation + Φ, different number of ampere turns I 1 + w a are necessary in both chokes. The difference between the magnetization currents i t + i 2 flows into the capacitor C, which is charged as a result. During the charging process, the voltage in the capacitor C increases
sich zu der Arbeitswechselspannung ■— in dem einento the alternating working voltage ■ - in the one
Zweig der Differenzschaltung addiert und in dem anderen Zweig subtrahiert, so daß die Spannungsabfälle an den sättigbaren Drosseln ungleich werden. Dadurch gelangt eine der beiden Drosseln eher in die positive Sättigung als die andere. Es tritt deshalb eine Differenz in den Sättigungswinkeln, d. h. ein zeitlicher Unterschied des Sättigungseinsatzes beider Drosseln auf.Branch of the differential circuit is added and subtracted in the other branch, so that the voltage drops across the saturable chokes are unequal. As a result, one of the two chokes reaches positive saturation sooner than the other. It occurs because of this a difference in saturation angles, d. H. a temporal one Difference in the saturation use of both chokes.
Während dieser Zeitdifferenz liegt die halbe Hilfs-During this time difference, half the auxiliary
spannung — an der Serienschaltung von Kondensatorvoltage - on the series connection of capacitor
und dem nichtlinearen Widerstand, welcher zu der zuerst gesättigten Drossel gehört (W2 in Abb. 4). Der Kondensator wird durch die HilfsSpannung kräftig geladen, was um so schneller erfolgt, je kleiner der vorgeschaltete nichtlineare Widerstand zu dieser Zeit ist. Der Aufladevorgang wird abgebrochen, sobald auch die zweite Drossel gesättigt ist. Von diesem Zeitpunkt ab sind nämlich in beiden Zweigen nur noch die nichtlinearen Widerstände wirksam, d. h., die Schaltung ist hinsichtlich der Hilfsspannung abgeglichen. Der Kondensator entlädt sich nun über die beiden nichtlinearen Widerstände, wobei sich der Entladestrom in dem einen nichtlinearen Widerstand zum von der Betriebsspannung hervorgerufenen Speisestrom addiert, im anderen subtrahiert. Die Zeitkonstante des Entladevorganges soll dabei so groß sein, daß die nichtlinearen Widerstände — trotz ihrer Trägheit — entsprechend der Summe bzw. der Differenz der Ströme verschiedene Werte annehmen und somit eine Verstimmung der Differenzschaltung hervorrufen. Diese Verstimmung hält in der Diagonale, auch wenn der Kondensatorstrom größtenteils abgeklungen ist, zusammen mit dem Speisestrom eine Spannungsdifferenz aufrecht, die entsprechend der Trägheit der nichtlinearen Widerstände langsam ab-and the non-linear resistance, which belongs to the first saturated choke (W 2 in Fig. 4). The capacitor is strongly charged by the auxiliary voltage, which happens all the faster, the smaller the upstream non-linear resistance is at this time. The charging process is canceled as soon as the second throttle is saturated. From this point on, only the non-linear resistors are effective in both branches, that is, the circuit is balanced with regard to the auxiliary voltage. The capacitor is now discharged via the two non-linear resistors, the discharge current being added in one non-linear resistor to the supply current produced by the operating voltage and subtracted in the other. The time constant of the discharge process should be so large that the non-linear resistors - despite their inertia - assume different values according to the sum or the difference of the currents and thus cause the differential circuit to detune. This detuning maintains a voltage difference on the diagonal, even if the capacitor current has largely decayed, together with the supply current, which slowly decreases according to the inertia of the non-linear resistors.
klingt, so daß innerhalb einer Halbwelle eine Gleichspannungskomponente in der Diagonale entsteht. In der nächsten Halbwelle läuft der gleiche Vorgang ab, wobei die Spannungsdifferenz in der Diagonale ihr Vorzeichen behält. Somit tritt die erwähnte Gleichspannungskömponente in der Ausgangsspannung Ua dauernd auf. Sie ist um so größer, je langer die Verstimmung der Differenzschaltung dauert, also je größer die Trägheit der nichtlinearen Widerstände ist. Allerdings ist ihr nach oben dadurch eine Grenze gesetzt, daß die beschriebene Verstimmung der Schaltung bis zu der in der folgenden Halbwelle stattfindenden Sättigung weitgehend abgeklungen sein muß.sounds so that a direct voltage component arises in the diagonal within a half-wave. The same process takes place in the next half-wave, whereby the voltage difference in the diagonal retains its sign. The mentioned DC voltage component thus occurs continuously in the output voltage U a. The longer the detuning of the differential circuit lasts, the greater the inertia of the non-linear resistors, the greater it is. However, there is an upper limit to the fact that the described detuning of the circuit must have largely subsided by the saturation that takes place in the following half-wave.
Einen ausschlaggebenden Einfluß auf die Ausgangsspannung hat die Kapazität des Kondensators. Sie bestimmt nämlich zusammen mit der Höhe der \formagnetisierung die Größe der S ättigungs winkel differenz und damit die Kondensatoriadezeit. Die Ladezeit ist um so größer, je kleiner die Kapazität ist. Andererseits ist aber die während der Ladezeit aufgespeicherte Energie (und durch sie die Verstimmung der Schaltung) um so größer, je höher der Kapazitätswert ist. Diese beiden gegensätzlichen Forderungen C-^-O und C-^oo haben zur Folge, daß es für einen gegebenen Verstärker nach der Erfindung einen endlichen optimalen C-Wert gibt, bei dem die Verstärkung am größten ist.The capacitance of the capacitor has a decisive influence on the output voltage. Together with the magnitude of the \ form magnetization, it determines the size of the saturation angle difference and thus the capacitor charging time. The lower the capacity, the greater the charging time. On the other hand, however, the energy stored during the charging time (and through it the detuning of the circuit) is greater, the higher the capacitance value. These two contradicting requirements C - ^ - O and C- ^ oo have the consequence that for a given amplifier according to the invention there is a finite optimal C value at which the gain is greatest.
Die Höhe dieses Wertes Copt ist dabei von der Trägheit der nichtlinearen Widerstände abhängig, da die Kondensatorenladung nicht vor dem Auftreten einer merklichen Widerstandsdifferenz in den nichtlinearen Widerständen abgeklungen sein darf. Die Zeitkonstante des elektrischen Entladevorganges muß daher wenigstens die Größenordnung der Zeitkonstante der nichtlinearen Widerstände erreichen.The level of this value C opt is dependent on the inertia of the non-linear resistors, since the capacitor charge must not have decayed before a noticeable difference in resistance occurs in the non-linear resistors. The time constant of the electrical discharge process must therefore reach at least the order of magnitude of the time constant of the non-linear resistors.
Die Verwendung der Kapazität Copt, bei der» sich für die Verstärkung ein Maximum ergibt, hat noch den Vorteil, daß sich eine Änderung der Kapazität (z. B. infolge Alterung) bei diesem Wert auf die Verstärkung am wenigsten auswirkt.The use of the capacitance C opt , which results in a maximum for the amplification, has the advantage that a change in the capacitance (e.g. due to aging) has the least effect on the amplification at this value.
Da die Spannung einer Halbwelle zunächst hauptsächlich von den Drosseln, und dann — bei fehlender Vormagnetisierung ■—· nach gleichzeitiger Sättigung von den nichtlinearen Widerständen übernommen wird, hängt es nun von verschiedenen Faktoren ab, in welchem Verhältnis diese Aufteilung der Halbwelle vorgenommen wird. Hat z. B. die Hilfsspannungshalbwelle ein ausgeprägtes Maximum, so ist es im Hinblick auf einen großen Verstärkungsfaktor angebracht, den Zeitpunkt der Sättigung in oder kurz vor dem erwähnten Maximum festzulegen. Jedenfalls fällt die zweckmäßige Aufteilung immer so aus, daß die beiden Spannungszeitflächen der Halbwelle von gleicher Größenordnung sind. . _ " "Since the voltage of a half-wave initially comes mainly from the chokes, and then - in the absence of Pre-magnetization ■ - · taken over from the non-linear resistors after simultaneous saturation it now depends on various factors in which ratio this division of the half-wave is is made. Has z. B. the auxiliary voltage half-wave is a pronounced maximum, so it is in With regard to a large amplification factor appropriate, the time of saturation in or just before to set the maximum mentioned. In any case, the appropriate division is always such that the two voltage-time areas of the half-wave are of the same order of magnitude. . _ ""
Wenn der Verstärker nach der Erfindung als Nullstromverstärker arbeiten soll, werden an die tragen . nichtlinearen Widerstände hinsichtlich ihrer Kennlinien keine Forderungen gestellt, solange die Zweige der Schaltung, die in Serie an der Hilfswechselspannung liegen, vollkommen gleiche Bauelemente (Drossel und nichtlineare Widerstände) aufweisen. Diese Bedingung ist jedoch schwer zu erfüllen und läuft außerdem, da die Gleichheit der Bauelemente auf die Dauer im allgemeinen verlorengeht, der Absicht zuwider, die Nullpunktsicherheit unabhängig von Alterung und Umwelteinflüssen zu machen. Sind jedoch die Kennlinien der nichtlinearen Bauelemente symmetrisch, soi kann man innerhalb gewisser Grenzen Differenzen unter den nichtlinearen Bauelementen zulassen. Bei Fehlen der Vormagnetisierung ist dann die Diagonale zwar nicht vollkommen spannungslos, doch es entsteht wenigstens keine Gleichspannungskomponente. If the amplifier according to the invention is to work as a zero-current amplifier, they will wear . non-linear resistances with regard to their characteristic curves are not required as long as the branches the circuit, which are connected in series to the auxiliary AC voltage, have completely identical components (choke and non-linear resistances). However, this condition is difficult to meet and is ongoing in addition, since the equality of the structural elements is generally lost in the long run, contrary to the intention, to make the zero point security independent of aging and environmental influences. However, are the characteristics of the non-linear components are symmetrical, so one can within certain limits Allow differences among the non-linear components. If there is no bias, then the The diagonal is not completely dead, but at least there is no direct voltage component.
Da nun die Drosseln bereits symmetrisch sind, ist also lediglich noch dafür zu sorgen, daß auch bei den tragen nichtlinearen Widerständen Symmetrie vorliegt, und zwar am besten von Natur aus, denn dann bleibt auch bei Alterung diese Symmetrie erhalten.Since the chokes are already symmetrical, is so only to ensure that there is symmetry also with the non-linear resistances, and preferably by nature, because then this symmetry is retained even with aging.
ίο Solche Widerstände sind z. B. auf thermischem Prinzip beruhende nichtlineare Widerstände, deren Wert sich infolge der vom Betriebsstrom entwickelten Jouleschen Wärme stark ändert. Diese Wärmeentwicklung und damit die Widerstandsänderungen sind unabhängig von der Polarität des Stromes, wodurch solche Widerstände von Natur aus eine symmetrische Kennlinie aufweisen.ίο Such resistances are z. B. on the thermal principle based non-linear resistances, the value of which changes as a result of the Joule's developed by the operating current Heat changes greatly. This heat development and thus the changes in resistance are independent on the polarity of the current, which gives such resistances an inherently symmetrical characteristic exhibit.
In den meisten Fällen, insbesondere wenn eine weitere Magnetverstärkerstufe nachgeschaltet wird, nimmt der Verbraucher, der parallel zu dem Kondensator C liegt, eine Leistung auf. Der Parallelschluß eines Verbraucherwiderstandes zu dem Kondensator stört aber dessen Funktion, wodurch die Ausgangsspannung stark vermindert wird. Um das zu vermeiden, wird erfindungsgemäß dem Verbraucher (Rv in Abb. 4) ein Sperrglied geeigneter Größe vorgeschaltet, daß die geraden Oberwellen von ihm fernzuhalten hat, z. B. eine Drossel Drs, die im Falle eines Gleichstrom Verbrauchers nur Gleichstrom fließen läßt.In most cases, especially if a further magnetic amplifier stage is connected downstream, the consumer, which is parallel to the capacitor C , consumes power. The parallel connection of a consumer resistor to the capacitor disrupts its function, which greatly reduces the output voltage. In order to avoid this, according to the invention the consumer (R v in Fig. 4) is preceded by a blocking element of suitable size that has to keep the even harmonics away from him, e.g. B. a throttle Dr s , which only allows direct current to flow in the case of a direct current consumer.
Der Verbraucherstrom schließt sich über die Zweige der Differenz- (oder Brücken-) Schaltung. Seine Teilströme fließen damit durch die Arbeitswicklungen der sättigbaren Drosseln und erzeugen eine weitere Vormagnetisierung, die die Vormagnetisierung des Eingangsstromes entweder unterstützt oder ihr entgegenwirkt. Es entsteht eine Mit- oder Gegenkopplung, entsprechend dem Kennlinienverlauf der nichtlinearen Widerstände. Die hier besonders interessierende Mitkopplung tritt auf, wenn die Widerstandswerte mit steigender Spannung zunehmen. Für temperaturabhängige Widerstände trifft das zu bei Kaltleitern (Widerstände aus reinen Metallen, z. B. W, Pt, Fe, Ni usw.), die einen großen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen. Sie werden praktisch dadurchThe consumer current closes via the branches of the differential (or bridge) circuit. Its partial streams thus flow through the working windings of the saturable chokes and generate a further premagnetization, which either supports or counteracts the premagnetization of the input current. A positive or negative feedback arises, according to the characteristic curve of the non-linear Resistances. The positive feedback, which is of particular interest here, occurs when the resistance values with increasing tension. For temperature-dependent resistances, this applies to PTC thermistors (Resistors made from pure metals, e.g. W, Pt, Fe, Ni etc.) that have a large positive temperature coefficient exhibit. You will be practical through this
+5 realisiert, daß man sehr dünne Metallfäden zwischen zwei Elektroden spannt und diese Anordnung in ein
mit neutralem Gas gefülltes Gefäß einschließt. Die erforderliche thermische Trägheit kann durch geeignete
Dimensionierung des Metallfadens sowie durch Art und Druck des Füllgases weitgehend erreicht werden.
Die Größe des die Rückkopplung bewirkenden Verbraucherstromes wird vom Verbraucherwiderstand Rv
mitbestimmt. Je kleiner dieser Widerstand ist, um so größer ist im Falle der Mitkopplung die Spannungs-
und Leistungsverstärkung. Unterhalb eines bestimmten Verbraucherwiderstandswertes, der wiederum von
der Größe der Kapazität C abhängt, tritt dabei Selbsterregung auf.
Die experimentell ermittelten Kurven in Abb. 6 veranschaulichen die Abhängigkeit der Leistungsverstärkung von dem angeschlossenen Verbraucherwiderstand
Rv bei verschiedenen Kapazitätswerten C. Die Kurve mit dem Parameter Copt (Kapazität, bei
welcher die höchste-Ausgangsspannung auftritt, wenn kein Leistungsverbraucher angeschlossen wird) ist
die Grenzkurve; alle anderen Kurven verlaufen zwischen dieser und den beiden Koordinatenachsen. Aus
' Abb. 6 ist ersichtlich, daß bei den Verbrauchern mit Widerstandswerten bis zu Rvo die höchste Verstärkung
erreicht wird, wenn man einen entsprechenden+5 realizes that very thin metal threads are stretched between two electrodes and this arrangement is enclosed in a vessel filled with neutral gas. The required thermal inertia can largely be achieved by suitable dimensioning of the metal thread and by the type and pressure of the filling gas. The size of the consumer current causing the feedback is also determined by the consumer resistance R v . The smaller this resistance, the greater the voltage and power gain in the case of positive feedback. Self-excitation occurs below a certain consumer resistance value, which in turn depends on the size of the capacitance C.
The experimentally determined curves in Fig. 6 illustrate the dependence of the power gain on the connected consumer resistance R v at different capacitance values C. The curve with the parameter C opt (capacitance at which the highest output voltage occurs when no power consumer is connected) is the Limit curve; all other curves run between this and the two coordinate axes. It can be seen from Fig. 6 that the highest amplification is achieved for consumers with resistance values of up to R vo if a corresponding
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Kondensator C wählt. Diese Anpassung des Verstär- Steuerkreis, was eine bekannte Maßnahme darstellt, kers an den Verbraucher hat jedoch den schon er- können die Ausgleichs Wechselströme weitgehend unterwähnten Nachteil zur Folge, daß sich die Verstärkung drückt werden. Je größer die Induktivität der Drossel bei eventueller Änderung des Kondensators ebenfalls ist, um so weniger sinkt die Verstärkung ab; allerändert, so daß unter Umständen sogar Selbsterregung 5 dings wird auch die Zeitkonstante des Verstärkers auftreten kann. vergrößert.Capacitor C selects. This adaptation of the amplification control circuit, which is a known measure, to the consumer, however, has the disadvantage, which is already largely under-mentioned, that the amplification is suppressed. The greater the inductance of the choke, if the capacitor changes, the less the gain drops; all changed, so that under certain circumstances even self-excitation 5 thing will also occur the time constant of the amplifier. enlarged.
Liegt der Verbraucherwiderstandswert nicht allzu Mit Hilfe der Sperrdrossel kann nur eine Begrenweit
unterhalb des Wertes Rvo, so iist es zweckmäßig, zung der Wechselströme im Steuerkreis erreicht werden
Verbraucherwiderstand durch einen Vorwider- den, nicht jedoch eine völlige Unterdrückung derstand
so weit zu vergrößern, daß Copi verwendet wer- io selben. Um diese zu erreichen, werden erfindungis-gemäß
den kann. Ist der Verbraucherwiderstand jedoch von zwei Punkten der Schaltung, zwischen denen die
größer als Rvo, so ist gemäß dem Diagramm Abb. 6 Frequenz der Hilfsspannung grundsätzlich nicht erzweckmäßig
stets die Kapazität Covt anzuwenden. Der scheint, die auftretenden geraden Oberwellen mit
Verstärkungsfaktor kann in diesen Fällen durch Par- Hilfe eines Transformators SO' in den Eingangskreis
allelschalten eines geeigneten Ohmschen Widerstandes 15 transformiert, daß sie den im stationären Zustand in
zum Verbraucher auf höheren und sogar den höchsten den Steuerwicklungen induzierten geraden Ober-Wert
gebracht werden. Dabei geht zwar ein Teil der Wellenspannungen entgegenwirken und sie teilweise
Ausgangsleistung im Parallelwiderstand verloren, je- oder ganz kompensieren. Somit kann auch bei niederdoah
erhält der Verbrauidher dann immer noch mehr ohmig geschlossenem Eingangskreis kein Ausgleichs-Leistung
als ohne diese Maßnahme. Die optimale Aus- 20 wechselstrom fließen. Eine Sperrdrossel im Eingangsnutzung wird erreicht, wenn der Verbraucherwider- kreis ist jetzt selbstverständlich überflüssig,
stand dem Verstärker derart angepaßt ist, daß er Die praktische Anwendung dieses Transformators
jenen Wert oberhalb von Rvo erhält, welcher ·— nach soll an Hand der Abb. 8 erläutert werden. Diese Abdem
Diagramm ·—· für- die Kapazität Copt der er- bildung zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einer
strebten Verstärkung entspricht. 25 für das Verfahren nach der Erfindung geeignetenThe load resistance value is not too use the disable throttle Only one Begrenweit below the value R vo, it iist expedient wetting of the alternating currents in the control circuit be achieved load resistor through a series resistor to, but not a complete suppression resistor so far to increase that C opi are used io the same. In order to achieve this, according to the invention, the can. However, if the load resistance is at two points in the circuit, between which the one is greater than R vo , then, according to the diagram in Fig. 6 Frequency of the auxiliary voltage, the capacitance C ovt is basically not always expedient to use. It seems that the occurring even harmonics with amplification factor can be transformed in these cases by par- using a transformer SO 'into the input circuit allele switching of a suitable ohmic resistance 15, so that they induced the control windings in the steady state in to the consumer on higher and even the highest of the control windings even upper value can be brought. Some of the shaft voltages are counteracted and some output power is lost in the parallel resistor, each or all of which is compensated for. Thus, even with Niederdoah, the consumer can still receive more ohmically closed input circuit and no compensation power than without this measure. The optimal alternating current flow. A blocking throttle in the input use is achieved if the consumer circuit is now of course superfluous,
The practical application of this transformer receives that value above R vo , which is to be explained with the aid of Fig. 8. This Abdem diagram · - · for- the capacitance C opt of the formation shows, as a further exemplary embodiment, a desired reinforcement. 25 suitable for the method according to the invention
Man kann aber auch umgekehrt verfahren, indem Schaltung eine Brückenschaltung. Diese Schaltung istBut you can also proceed the other way around, by making a bridge circuit. This circuit is
man durch geeignete Bemessung der Verstärkerbau- für die Anordnung des zusätzlichen Transformatorsone by suitable dimensioning of the amplifier construction for the arrangement of the additional transformer
elemente den Verstärkerausgang an einen gegebenen besser geeignet als die Differenzschaltung nach Abb. 4.elements the amplifier output to a given is better suited than the differential circuit according to Fig. 4.
Verbraucherwiderstand anpaßt. Die einzelnen Bauteile der Anordnung nach Abb. 8Adjusts consumer resistance. The individual components of the arrangement according to Fig. 8
Dasselbe kann man auch dadurch erreichen, daß 30 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen wie dieThe same can also be achieved in that 30 are provided with the same reference numerals as
man zusätzlich eine äußere Rückkopplung über beson- ihnen entsprechenden Bauteile der Anordnung nachthere is also an external feedback via specially corresponding components according to the arrangement
dere Wicklungen an den sättigbaren Drosseln vorsieht Abb. 4.the saturable chokes are provided with their windings Fig. 4.
und der inneren Rückkopplung überlagert. Ein zu Die in gegenüberliegenden Brückenzweigen einge-and superimposed on the internal feedback. One to The one in opposite bridge branches
großer Verbraucherwiderstand hat nach dem oben Ge- schalteten Arbeitswicklungen der sättigbaren DrosselnThe saturable chokes have a large load resistance after the above-connected working windings
sagten eine geringe innere Mitkopplung zur Folge. 35 können — wie hier —- einen gemeinsamen Kern be-said a low internal positive feedback as a result. 35 can - as here - develop a common core
Diese kann nun zur Erzielung eines gewünschten Ver- sitzen, so daß bei dieser Brückenschaltung insgesamtThis can now be used to achieve a desired misalignment, so that with this bridge circuit as a whole
Stärkungsgrades durch eine entsprechende äußere nur zwei sättigbare Drosseln Dr1 und Dr3 notwendigDegree of strengthening by a corresponding external only two saturable chokes Dr 1 and Dr 3 necessary
Mitkopplung ergänzt werden. Ist dagegen der Be- sind, die mit je einer Steuerwicklung auskommen. EsCoupling can be added. On the other hand, it is the problem who get by with one control winding each. It
lastungswiderstand zu klein, so ist die Folge davon sind jedoch vier nichtlineare Widerstände W1 bis W1 The load resistance is too small, but the result is four non-linear resistances W 1 to W 1
eine zu große innere Mitkopplung. Durch die Anord- 40 notwendig.too great an internal positive feedback. Due to the arrangement 40 necessary.
nung einer äußeren Gagenkopplung kann auch in Die Arbeitsweise einer solchen BrückenschaltungAn external fee coupling can also be used in the operation of such a bridge circuit
diesem Fall der Ausgang des Verstärkers an den Be- nach der Erfindung entspricht im wesentlichen der-In this case the output of the amplifier to the loading according to the invention corresponds essentially to the
lastungswiderstand angepaßt werden. jenigen der Differenzschaltung. Die Brückenschaltungload resistance can be adjusted. those of the differential circuit. The bridge circuit
Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers nach der kann aber im Gegensatz zur Differenzschaltung so geErfindung ist im allgemeinen auch von der Höhe der 45 staltet werden, daß Punkte (z. B. A und B in Abb. 8) Hilfswechselspannung abhängig. Diese Abhängigkeit vorhanden sind, zwischen denen nicht- nur eine Spanwird-durch Abb. 7 veranschaulicht. Um eine mög- nung auftritt, die ausschließlich gerade Oberwellen liehst kleine Spannungsabhängigkeit zu erreichen, enthält, sondern die zugleich die Differenz der in den wird der Wert der Hilfswechselspannung zweckmäßig Arbeitswicklungen induzierten Spannungen ist. Da entsprechend dem Maximum der Kurve nach Abb. 7 50 die Differenz der in den Steuerwicklungen induzierten gewählt. Je flacher das Maximum ist, um so weniger Spanungen U31 und US2 jener Differenz der Spannunwird der Verstärkungsfaktor auch bei starken Hilfs- gen an den Arbeitswicklungen und damit auch der Spannungsschwankungen beeinflußt. Spannung zwischen A und B in jedem Augenblick bisThe amplification factor of the amplifier according to the can, however, in contrast to the differential circuit, generally also depend on the height of the 45 so that points (e.g. A and B in Fig. 8) depend on the auxiliary AC voltage. This dependency exists, between which not only one span is illustrated by Fig. 7. In order to achieve a possibility that only even harmonics can be achieved with a small voltage dependency, but which is at the same time the difference between the voltages induced in the working windings. Since corresponding to the maximum of the curve according to Fig. 7 50 the difference between the induced in the control windings is selected. The flatter the maximum, the fewer the voltages U 31 and U S2 that difference in voltage, the gain factor is influenced even with strong auxiliaries on the main windings and thus also the voltage fluctuations. Tension between A and B in every moment up to
Bei Auftreten einer Vormagnetisierung heben sich , . , _, , ws . . . . .
nicht alle in beiden Steuerwicklungen induzierten 55 auf emen konstanten Faktor - gleich ist, kann man
Wechselspannungen auf, sondern es erscheint an den also mittels des Transformators die Spannung zwi-Eingangsklemmen
eine Differenzspannung, die —· bei sehen A und B in den Steuerkreis derart transforvollkommener
Gleichheit der Bauelemente —· nur ge- mieren, daß sie die dort herrschende Spannungsrade Oberwellen enthält. Den bisherigen Betrach· differenz in jedem. Augenblick aufhebt,
tungen lag die Annahme zugrunde, daß der Eingangs- 60 Ein Teil des Ausgangsgleichstromes iv schließt sich
(Steuer-) Strom eingedrückt wird, d. h. über einen über die Primärwicklung des Transformators und
sehr großen Außenwiderstand fließt. In solchen Fällen wirkt auf dessen Kern magnetisch in derselben oder
braucht man die in den Steuerwicklungen induzierten in entgegengesetzter. Richtung der ■ Eingangsstrom-Spannungen
nicht zu berücksichtigen. In den meisten vormagnetisierung, je nachdem, ob in den Drosseln
Anwendungsfällen der magnetischen Verstärker liegt 55 eine Gegen- oder eine Mitkopplung stattfindet (was,
aber kein großer Eingangsaußenwiderstand vor, so wie beschrieben, wiederum von dem Kennliniendaß
nun Ausgleichsströme geradzahliger Oberwellen verlauf der Widerstände abhängt). Im wichtigeren
fließen und die Verstärkung stark herabsetzen. Durch Fall der Mitkopplung kann durch die Abgleichwiderdas
zusätzliche Einschalten eines geeigneten Sperr- stände r, erreicht werden, daß sich auch die magnegliedes,
beispielsweise einer Sperrdrossel, in den 7° tischen Wirkungen der beiden Gleichströme im Trans-If a bias occurs,. , _,, w s. . . . .
not all of the two control windings induced 55 on a constant factor - is the same, alternating voltages can be applied, but a differential voltage appears on the voltage between the input terminals by means of the transformer, which - with A and B in the control circuit, is more transformable Equality of the components - only assuming that they contain the harmonics that prevail there. The previous viewing difference in each. Moment picks up
obligations was based on the assumption that the input 60 A portion of the output direct current i v closes itself (control) current is suppressed, that flows through a via the primary winding of the transformer and very large outdoor resistance. In such cases, the core acts magnetically in the same or one needs the one induced in the control windings in the opposite direction. Direction of the ■ input current voltages not to be taken into account. In most cases of premagnetization, depending on whether there is a negative or positive feedback in the choke applications of the magnetic amplifier (which, but not a large external input resistance, as described, in turn depends on the characteristic curve that now equalizing currents of even harmonics course of the resistors) ). Flow in the more important and greatly reduce the gain. In the case of positive feedback, the additional switching on of a suitable blocking state can be achieved through the balancing resistance, so that the magnetic element, for example a blocking choke, is also involved in the positive effects of the two direct currents in the trans-
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEH31297A DE1053035B (en) | 1957-10-05 | 1957-10-05 | Method for the amplification of electrical quantities, in particular for zero current amplification, using settable chokes |
Applications Claiming Priority (1)
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DEH31297A DE1053035B (en) | 1957-10-05 | 1957-10-05 | Method for the amplification of electrical quantities, in particular for zero current amplification, using settable chokes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1053035B true DE1053035B (en) | 1959-03-19 |
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ID=7151594
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1053035B (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2388070A (en) * | 1941-08-22 | 1945-10-30 | Gen Electric | Electromagnetic apparatus |
-
1957
- 1957-10-05 DE DEH31297A patent/DE1053035B/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2388070A (en) * | 1941-08-22 | 1945-10-30 | Gen Electric | Electromagnetic apparatus |
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