DE1061373B

DE1061373B - Magnetic amplifier arrangement for controlling the supply current of a direct current consumer

Info

Publication number: DE1061373B
Application number: DES60516A
Authority: DE
Inventors: Otto Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-11-06
Filing date: 1958-11-06
Publication date: 1959-07-16

Description

Magnetverstärkeranordnung zur Steuerung des Speisestroms eines Gleichstromverbrauchers Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetverstärkeranordnung zur Steuerung des Speisestroms eines Gleichstromverbrauchers.Magnetic amplifier arrangement for controlling the supply current of a direct current consumer The invention relates to a magnetic amplifier arrangement for controlling the Feed current of a direct current consumer.

Solche Magnetverstärker sind in Form eines Transduktors mit Selbstsättigung bekannt, bei denen die beiden Drosseln in Reihe mit je einem Ventil in je einem Zweig einer Gleichstrornbrückenschaltung liegen, deren andere beiden Zweige nur je ein Ventil enthalten. Zur Steuerung solcher Selbstsättigungsschaltungen ist es bekanntgeworden, an die ventilseitigen Klemmen der beiden Drosselwicklungen eine äußere Gleichspannungsquelle anzulegen.Such magnetic amplifiers are in the form of a transductor with self-saturation known, in which the two throttles in series with one valve in each one Branch of a DC bridge circuit, the other two branches only one valve each included. It is used to control such self-saturation circuits became known, to the valve-side terminals of the two throttle windings one to apply external DC voltage source.

Ferner ist es bekannt, bei einem zur Steuerung eines Wechselstromes benutzten Transduktor mit Selbstsättigung, der in den beiden parallelen Zweigen je eine Drossel in Reihe mit je einem Ventil enthält bei einer solchen Polung der Ventile, daß über die eine Drosselwicklung nur die positiven und über die andere Drosselwicklung nur die negativen Halbwellen des Wechselstromes fließen, zwischen den ventilseitigen Drosselklemmen einen einstellbaren ohmschen Widerstand oder einen Transistor mit seiner Emitter-Kol:lektor-Streclte einzuschalten, der durch eine an seiner Emitter-Basis-Strecke liegende Gleichspannung gesteuert werden kann. Auf diese letztgenannte Weise wird eine Anordnung erreicht, nach welcher mit Hilfe einer kleinen Eingangssteuerleistung, die über den Transistor verstärkt wird, - eine entsprechende Veränderung, des Widerstandes erfolgen kann, welcher zwischen den drosselseitigen Klemmen der beiden Parallelzweige des Transduktors eingeschaltet ist. Es ist ferner bekannt, außer - der Emitter-Kollektor= Strecke des Transduktörs an die ventilseitigen Klemmen der beiden Drosseln zusätzlich eine Gleichstromquelle anzuschließen.It is also known in one for controlling an alternating current used transductor with self-saturation, the one in the two parallel branches each contains a throttle in series with one valve each with such a polarity Valves that have one inductor winding only the positive and the other Choke winding only the negative half-waves of the alternating current flow between the valve-side throttle clamps an adjustable ohmic resistance or a To turn on the transistor with its emitter col: lektor-Streclte, which is through a DC voltage lying on its emitter-base path can be controlled. on this latter way an arrangement is achieved, after which with the help of a small input control power, which is amplified via the transistor, - a corresponding one Change, the resistance can take place, which between the throttle-side Clamping of the two parallel branches of the transducer is switched on. It is further known, except - the emitter collector = section of the transducer to the valve side Terminals of the two chokes to also connect a direct current source.

Liegt eine solche eingangs zuerst erwähnte Schaltungsanordnung mit einer Gleichrichterbrückenschaltung vor, so muß die für die Steuerung des Transduktors erforderliche Spannung so hoch bemessen werden, wie sie sich ,aus den Transduktözdaten und der Höhe der jeweiligen Belastung des Transduktors ergibt.Is such a circuit arrangement first mentioned at the beginning a rectifier bridge circuit before, so must that for the control of the transductor required voltage must be rated as high as it can be derived from the transduct data and the level of the respective load on the transducer.

Liegt andererseits eine solche an zweiter Stelle genannte Schaltungsanordnung in Form eines Transduktors mit einem zwischen den ventilseitigen Drosselklemmen eingeschalteten regelbaren Widerstand vor, so kann eine Steuerung der Drossel zunächst nur durch eine Änderung dieses Widerstandes erfolgen. Zur Erreichung einer vollständigen Aussteuerung muß, wenn das verwendete Kernmaterial in seiner Sättigungsinduktion von seiner Remanenzinduktion abweicht, mittels einer besonderen an einer Steuerspannung liegenden Steuerwicklung noch eine zusätzliche Vormagnetisierüng der Drosseleisenkerne erfolgen. Bei der anderen bekannten Anordnung mit einem Transistor, der mit' seiner Emitter-Kollektor-Strecke zwischen den drosselseitigen Klemmen eines Transduktors eingeschaltet ist, gegebenenfalls in Verbindung mit einer an die gleichen Klemmen und damit an die Ernitter-Kollektor-Stredke des Transistors angelegten Gleichspannungsquelle, kann am Ausgang der Anordnung nur eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom entnommen werden.On the other hand, there is such a circuit arrangement named second in the form of a transducer with one between the valve-side throttle clamps switched on adjustable resistor before, a control of the throttle can first can only be done by changing this resistance. To achieve a complete Level control must when the core material used is in its saturation induction deviates from its remanent induction by means of a special control voltage lying control winding still has an additional pre-magnetization of the choke iron cores take place. In the other known arrangement with a transistor, which with 'his Emitter-collector path between the choke-side terminals of a transductor is switched on, possibly in connection with one of the same terminals and thus DC voltage source applied to the emitter-collector strength of the transistor, can only take an alternating voltage or an alternating current at the output of the arrangement will.

Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Kombination für einen Magnetverstärker zur Steuerung des Speisestromes eines Gleichstromverbrauchers, welche erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einem Transduktor mit Selbstsättigung in Gleichstrombrückenschaltung, in welcher die beiden Drosselarbeitswicklungen einem Wechselstromanschluß benachbart liegen, eine mittels einer Steuerspannung steuerbare Halbleiteranordnung mit p-n-Übergängen mit ihrer gesteuerten Durchlaßstrecke an von dem ge= nannten Wechselstromanschluß gleich weit entfernten Punkten der Drosselwicklungen angeschlossen ist. Gegebenenfalls kann zuätzlich an die genannten Anschlüsse noch eine Gleichspannung angelegt sein. Als steuerbare Halbleiteranordnung kommen vorzugsweise Halbleiteranordnungen nach Art von Transistoren in Betracht, wobei dann ein solcher Transistor mit seiner Emitter-Kolfektor-Strecke an die entsprechenden Punkte der Drosselwicklungen angeschlossen ist. Der. Anschluß an den Drosselwicklungen kann dabei im Rahmen der Erfindung an den ventilseitigen Anschlußklemmen der Drosselwicklungen stattfinden oder derart, daß zwischen dem gemeinsamen wechselstromseitigen Anschluß und den Ansehlußpunkten der gesteuerten Durchlaßstrecke der Halbleiteranordnung bzw. der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors nur eine bestimmte vorgegebene anteilige Windungszahl der gesamten Windungszahl der einzelnen Drosselwicklungen liegt. Durch Benutzung solcher Anzapfungen der Drosselwicklungen für den Anschluß der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors kann die an der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors maximal auftretende Spannung der zulässigen Spannung des Transistors ungeachtet der maximalen Spannung, welche an der gesamten Drosselwicklung auftritt, angepaßt werden.The invention is a novel combination for one Magnetic amplifier for controlling the supply current of a direct current consumer, which according to the invention is characterized in that in a transductor with Self-saturation in a DC bridge circuit, in which the two inductor work windings are adjacent to an AC connection, one by means of a control voltage Controllable semiconductor arrangement with p-n junctions with their controlled transmission path at points of the inductor windings that are equidistant from the named AC connection connected. If necessary, the connections mentioned can also be added a DC voltage must be applied. The controllable semiconductor arrangement is preferably used Semiconductor arrangements on the type of transistors into consideration, then such Transistor with its emitter-colector path to the corresponding points of the Choke windings is connected. Of the. Connection to the inductor windings can while in the context of the invention to the terminals on the valve side of the inductor windings take place or in such a way that between the common AC side Connection and the connection points of the controlled transmission path of the semiconductor device or the emitter-collector path of the transistor only a certain predetermined Proportional number of turns of the total number of turns of the individual inductor windings lies. By using such taps of the inductor windings for the connection the emitter-collector path of the transistor can be the one at the emitter-collector path of the transistor maximum occurring voltage of the permissible voltage of the transistor regardless of the maximum voltage that occurs across the entire inductor winding, be adjusted.

Eine solche Anordnung liefert also an ihrem Ausgang einen entsprechenden Gleichstrom, für dessen Regelung nur eine sehr kleine Eingangsgleichspannung notwendig ist, da diese Eingangssteuerspannung z. B. über einen Transistor hinweg eine entsprechende Verstärkung erfährt. Liegt eine Anordnung vor, bei der an den ventilseitigen Drosselklemmen keine besondere selbständige Spannungsquelle liegt, so wird auch in diesem Falle der Eingangssteuerwert über den Transistor in einen wesentlich verstärkten Steuerwert umgesetzt, der sich als eine entsprechende Widerstandsänderung der Emitter-Kollektor-Strecke ergibt.Such an arrangement therefore provides a corresponding one at its output Direct current, for its regulation only a very small input direct voltage is necessary is because this input control voltage z. B. across a transistor a corresponding Gains reinforcement. Is there an arrangement in which at the valve-side throttle clamps If there is no special independent voltage source, it will also be in this case the input control value via the transistor into a significantly increased control value implemented, which turns out to be a corresponding change in resistance of the emitter-collector path results.

Eine solche erfindungsgemäße Anordnung kann auch statt in der `'leise, daß der Transistor an seiner Emitter-Kollektor-Strecke mittels einer Spannung stetig ausgesteuert wird, so daß sich eine entsprechende stetige Veränderung seines Widerstandswertes an seiner Emitter-Kollektor-Strecke ergibt, derart betrieben werden, daß der den ventilseitigen Drosselklemmen des Transduktors parallel geschaltete Transistor nach Art eines Schalttransistors gesteuert wird. Auf diese Weise wird also der in Form der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors vorhandene Widerstand abwechselnd auf den Wert Null und auf einen dem Sperrwert des Transistors entsprechenden Wert gebracht. Wird nun ein solcher Transistor an seiner Emitter-Basis-Strecke taktmäßig gesteuert, so ergibt sich entsprechend dem am Eingang des Transistors bzw. an dessen Emitter-Basis-Strecke benutzten Tastv erhältnis eine entsprechende Aussteuerung des Transduktors und damit ein entsprechender Gleichspannungswert als Mittelwert am Ausgang der Anordnung.Such an arrangement according to the invention can also be used instead of in the `` 'quiet, that the transistor is steady at its emitter-collector path by means of a voltage is controlled so that there is a corresponding constant change in its resistance value at its emitter-collector path results, operated in such a way that the valve-side throttle terminals of the transductor after transistor connected in parallel Kind of a switching transistor is controlled. So in this way he gets in shape the emitter-collector path of the transistor existing resistance alternately to the value zero and to a value corresponding to the blocking value of the transistor brought. If such a transistor is now clockwise at its emitter-base path controlled, it results according to the at the input of the transistor or at its Emitter-base route used tactile ratio a corresponding level control of the transducer and thus a corresponding DC voltage value as a mean value at the exit of the arrangement.

Zwei beispielsweise Anordnungen für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Fig. 1 und 2 der Zeichnung.Illustrate two example arrangements for practicing the invention Figures 1 and 2 of the drawing.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird an ihren Klemmen 1 und 2 mit Wechselspannung gespeist. Sie besteht aus zwei Drosseln 3 bzw. 4. Diese liegen in Reihe mit je einemVentil 5 bzw. 6. Die anderen beiden Zweige der Brückenschaltung enthalten die Ventile 7 bzw. B. Die gleichstromseitigen Ausgangsklemmen der Anordnung sind mit 9 und 10 bezeichnet. Zwischen den ventilseitigen Anschlüssen der Drosseln. 3 und 4 ist ein Transistor 11 mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke angeschlossen, dessen Emitter-Basis-Strecke von einer Spannungsquelle 12 gespeist wird. über einen Widerstand 13 werden die Drosseln 3 und 4 von einer weiteren Gleichspannungsquelle 14 mit einem konstanten Vormagnetisierungsstrom gespeist, der so bemessen ist, daß bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke gesperrtem Transistor 11 der Transduktor voll ausgesteuert wird. Dieser von der Spannungsquelle 14 gelieferte Vormagnetisierungsstrom ist nicht erforderlich, wenn das Kernmaterial der Drosseln eine praktisch rechteckförmige Magnetisierungskennlinie besitzt, d. h. wenn die Sättigungsinduktion praktisch mit der Remanenzinduktion übereinstimmt.The circuit arrangement according to FIG. 1 is connected to its terminals 1 and 2 fed with alternating voltage. It consists of two throttles 3 and 4. These are located in series with one valve each 5 or 6. The other two branches of the bridge circuit contain the valves 7 and B. The DC-side output terminals of the arrangement are denoted by 9 and 10. Between the valve-side connections of the throttles. 3 and 4 a transistor 11 is connected with its emitter-collector path, whose emitter-base path is fed by a voltage source 12. about a Resistor 13, the chokes 3 and 4 from a further DC voltage source 14 fed with a constant bias current, which is dimensioned so that with transistor 11 blocked at its emitter-collector path, the transductor is fully controlled. This bias current supplied by the voltage source 14 is not necessary if the core material of the chokes is practically rectangular Has a magnetization characteristic, d. H. when the saturation induction is practical with the remanence induction coincides.

Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist die folgende: Bei gesperrtem Transistor 11 werden die Drosseln, wie bereits erwähnt, von der Spannungsquelle 14 über den Widerstand 13 derart vormagnetisiert, daß der volle Aussteuerungszustand des Transduktors erreicht wird, an seinen Klemmen 9 und 10 also die größte Gleichspannung auftritt. Bei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke durchlässigem Transistor 11 sind die ventilseitigen Anschlußpunkte der Drosseln über diese Strecke des Transistors miteinander verbunden. Die beiden Drosseln führen dann in jedem Augenblick die gleiche Spannung, so daß diejenige Drossel, die sich in der Arbeitshalbwelle befindet, mit der an ihren Klemmen auftretenden Spannung die andere Drossel rückmagnetisiert. Die Drosseln verhalten sich demnach so wie Drosseln, die von einem reinen Wechselstrom durchflossen werden. Die Spannung an den Ausgangsklemmen 9 und 10 wird demnach bei volldurchlässigem Transistor 11 auf einen Kleinstwert herabgesetzt. Befindet sich der Transistor 11 in einem Aussteuerungszustand zwischen den Zuständen der vollen Durchlässigkeit bzw, der vollen Sperrung an seiner Emitter-Kollektor-Strecke, so ergibt sich auch ein entsprechender Zwischenaussteuerungswert des Transduktors. Diese Aussteuerung läßt sich demnach durch Verändern der Steuerspannung 12 des Transistors stetig zwischen den Grenzwerten einstellen.The mode of operation of this circuit arrangement is as follows: At When the transistor 11 is blocked, the chokes are, as already mentioned, from the voltage source 14 premagnetized via the resistor 13 in such a way that the full modulation state of the transductor is reached, so the greatest DC voltage at its terminals 9 and 10 occurs. When transistor 11 is permeable at its emitter-collector path the valve-side connection points of the throttles via this path of the transistor connected with each other. The two throttles then run the same at every moment Voltage, so that the throttle that is in the working half-wave with the voltage appearing at its terminals magnetizes the other choke back. The chokes behave like chokes, those of a pure alternating current are flowed through. The voltage at the output terminals 9 and 10 is therefore at fully permeable transistor 11 is reduced to a minimum value. Is located the transistor 11 in a modulation state between the states of full Permeability or the full block on its emitter-collector path, so there is also a corresponding intermediate modulation value of the transducer. This modulation can accordingly be achieved by changing the control voltage 12 of the transistor set continuously between the limit values.

Wie bereits in der allgemeinen Beschreibung ausgeführt, kann der Transistor 11 auch nach Art eines Schalttransistors betrieben werden. Es liegt in diesem Falle an seiner Emitter-Basis-Strecke bzw. den Klemmen 12 eine Gleichspannung, welche mit einem bestimmten Tastverhältnis angeschlossen ist, d-. h. die für einen gewissen Zeitraum eingeschaltet ist, wonach sich an diesen Zeitraum der Einschaltung eine entsprechende Pause in der Speisung der Emitter-Basis-Strecke anschließt. Der Transistor wird dabei an seiner Emitter-Kollektor-Strecke schnell zwischen den Grenzwerten seines höchsten bzw. niedrigsten Widerstandes geschaltet, so daß er in bekannter Weise für die Führung und Schaltung relativ hoher Stromwerte geeignet ist.As already stated in the general description, the transistor 11 can also be operated in the manner of a switching transistor. It is in this case at its emitter-base path or the terminals 12 a DC voltage, which is connected with a certain duty cycle, d-. H. those for a certain Period is switched on, after which a a corresponding pause in the feed of the emitter-base path follows. The transistor quickly between the limit values on its emitter-collector path its highest or lowest resistance switched, so that it is known in Way is suitable for the management and switching of relatively high current values.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind, soweit wieder die gleichen Schaltungselemente wie in Fig. 1 vorhanden sind, für diese Teile unmittelbar die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. Die Anordnung unterscheidet sich dadurch von. derjenigen nach Fig.1, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 11 statt an den ventilseitigen Enden der beiden Drosselwicklungen3 und 4 an zwei- Anzapfungen 3 a bzw. 4 a dieser Wicklungen angeschlossen ist, welche hinsichtlich der zwischen ihnen und dem Wechselspannungsanschluß von der Klemme 1 an den einzelnen Drosseln eingeschalteten Windungszahlen gleich weit von diesem Anschluß entfernt bzw. zu diesem symmetrisch liegen. Die Wirkungsweise dieser Schaltung entspricht im Prinzip derjenigen nach Fig. 1. Durch den Ansehluß des Transistors an die symmetrisch zum Wechselstromanschluß liegenden Anzapfungen 3 a und 4 a der Drosseln 3 und 4 ergibt sich der Unterschied, daß die maximal von dem Transistor 11 zu sperrende Spannung entsprechend dem Verhältnis der vormagnetisierenden Windungszahl zur gesamten Windungszahl der einzelnen Drossel kleiner und dafür der über den Transistor in seinem durchlässigen Zustand fließende Strom entsprechend größer ist, denn als Steuerwindungszahl sind sozusagen nur die Windungen zwischen der Anzapfung 3 a und der A.nschlußlclemme 1 bzw. zwischen der Anzapfung 4 a und der Anschlußklemme 1 wirksam.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the same again Circuit elements as in Fig. 1 are available for these parts directly the same reference numerals have been retained. The arrangement differs in this way from. that of Figure 1, that the emitter-collector path of the transistor 11 instead of at the valve-side ends of the two throttle windings 3 and 4 at two taps 3 a or 4 a of these windings is connected, which in terms of the between them and the AC voltage connection from terminal 1 to the individual chokes turned on number of turns equidistant from this connection or to this lie symmetrically. The principle of operation of this circuit is the same that of Fig. 1. By connecting the transistor to the symmetrical to AC connection lying taps 3 a and 4 a of the throttles 3 and 4 results the difference is that the maximum voltage to be blocked by the transistor 11 corresponding to the ratio of the pre-magnetizing number of turns to the total number of turns the individual choke is smaller and instead the one through the transistor in its permeable State flowing current is correspondingly greater, because as the number of control turns are just so to speak the turns between the tap 3 a and the connection terminal 1 or between the tap 4 a and the terminal 1 effective.

Claims

PATENTANSYROCHE: 1. Magnetic amplifier arrangement for controlling the supply current a direct current consumer, characterized in that with a transductor with self-saturation in a DC bridge circuit, in which the two inductor work windings are adjacent to an AC connection, one by means of a control voltage Controllable semiconductor arrangement with p-n junctions with their controlled transmission path at taps of the inductor windings equidistant from this AC connection connected.

2. Magnetic amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that that an additional DC voltage is applied to the aforementioned taps of the chokes is.

3. Magnetic amplifier arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that a transistor is used as a controllable semiconductor device, which with his Emitter-collector path connected to the named taps of the inductor windings is.

4. Magnetic amplifier arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized characterized in that the transistor, at its input control path from a voltage source fed with a certain duty cycle, is operated as a switching transistor.