DE1062281B - Magnetischer Verstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung beschäftigt sich mit magnetischen Verstärkern, und zwar speziell mit solchen Verstärkern, die bei Nichtanwendung der Erfindung die Nachteile des »Rückflusses« aufweisen. Unter dem Rückfluß versteht man einen in Magnetverstärkern oft auftretenden Effekt, der den Wirkungsgrad dieser Verstärker verschlechtert. Gewöhnlich wird in Magnetverstärkern der Kern aus einem Material hergestellt, das eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife aufweist. Der Kern trägt eine oder mehrere Wicklungen. Die Impedanz einer dieser Wicklungen hängt davon ab, ob der Kern auf einem gesättigten oder einem ungesättigten Teil seiner Hysteresisschleife arbeitet. Der Kern habe beispielsweise eine positive Remanenz zu dem Zeitpunkt, in dem ein Arbeitsstromimpuls durch eine der Wicklungen fließt; dann kann der Kern von der positiven Remanenz bis zur positiven Sättigung erregt werden. Da dieser Teil der Hysteresisschleife gesättigt ist, haben die Kernwicklungen in diesem Falle eine geringe Impedanz. Besäße dagegen der Kern bei Eintritt desselben Arbeitsimpulses eine negative Remanenz, so würde dieser Impuls versuchen, den Kern von der negativen Remanenz zu einem Punkt positiver Remanenz zu erregen, und zwar längs eines ungesättigten Teils der Hysteresisschleife, wobei die Kernwicklungen dann eine hohe Impedanz hätten.

Aus eben gegebener Erklärung folgt: Der Wirkungsgrad ist am günstigsten, wenn der Kern zu Beginn eines jeden Arbeitsimpulses positive Remanenz besitzt, mehr noch, er muß den positiven Remanenzbetrag der größten Hysteresisschleife seines Materials besitzen, zum Unterschied des positiven Remanenzbetrages einer kleineren Hysteresisschleife des Materials. Es zeigte sich folgendes: Wenn der durch die Arbeitswicklung des Kerns fließende Strom plötzlich unterbrochen wird, erzeugen die verteilte Kapazität und der induktive Widerstand der Arbeitswicklung einen Strom, der eine kurze Zeit lang nach dem Verschwinden des Arbeitsimpulses in der Arbeitswicklung fließt. Dieser Strom fließt in der Arbeitswicklung in einer Richtung, die der Richtung, in der der Hauptarbeitsstrom fließt, entgegengesetzt ist, und wird deshalb versuchen, den Kern von der positiven Remanenz um einen kleinen Betrag die Hysteresisschleife hinunterzutreiben, bis zu einem Punkt, der die positive Remanenz auf einer kleineren Hysteresisschleife darstellt. An dieser Stelle sucht nun der nächste durch die Arbeitswicklung fließende Arbeitsimpuls den Kern von besagter positiver Remanenz der kleineren Hysteresisschleife zur positiven Sättigung zu erregen. Während der Wirkung eines Teils dieses Impulses ist der Kern nicht gesättigt, deshalb ist in diesem Falle die Leistung eines in Reihe geschalteten

Magnetischer Verstärker

Anmelder: Sperry Rand Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Dutilh Torrey, Philadelphia, Pa.,
und Theodore Hertz, Bonn, Merion Station, Pa.
(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Magnetverstärkers geringer, als es der Fall gewesen wäre, wenn sich der Kern zu Beginn des Arbeitsimpulses im Punkte der positiven Remanenz seiner größten Hysteresisschleife befunden hätte. Die Anwesenheit des obenerwähnten Stromes, der die Magnetisierung des Kerns in die negative Richtung der Hysteresisschleife steuert und auf das Ende des Arbeitsimpulses folgt, wird in der Technik als »Rückfluß« bezeichnet.

Außer dem »Rückfluß« besitzt ein herkömmlicher Magnetverstärker noch andere charakteristische Eigenschaften, die zum selben unerwünschten Resultat wie der »Rückfluß-Strom« führen. Kurz nachdem das

Potential am oberen Ende der Arbeitswicklung negativ geworden ist, fließt ein kurzer Spannungsstoß durch die Arbeitswicklung in einer dem Hauptarbeitsimpuls entgegengesetzten Richtung. Diese Erscheinung rührt von dem sogenannten »Dioden-Vergrößerungsstrom-Effekt« her. Ferner fließt ein vagabundierender Strom durch die Diode, der etwa dieselbe Wirkung wie der »Rückfluß« zeigt. Hinzu kommt in manchen Arten von Magnetverstärkern ein gewisser Streuwiderstand in der Ausgangswicklung, der ebenfalls denselben Effekt wie der Rückfluß zeigt.

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung besteht darin, den Effekt des »Rückflusses« und/oder die Wirkung ähnlicher Effekte in einem magnetischen Verstärker aufzuheben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad eines Magnet Verstärkers zu verbessern.

Andere Aufgaben und Ziele ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.

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Im folgenden werden zunächst einige Methoden angegeben, wie der Effekt des Rückflusses in einem Magnetverstärker verringert oder ganz beseitigt werden kann. Eine Methode besteht darin, eine geringe Vorspannung anzulegen, die eine magnetisierende Kraft ausübt, welche der vom Rücknußstrom erzeugten magnetisierenden Kraft dem Betrage nach ungefähr gleich, aber entgegengesetzt gerichtet ist. Eine weitere Methode zur Ausschaltung des »Rückfluß -Effektes besteht darin, Dämpfungsvorrichtungen in den Stromkreis einzuschalten. Die Erfindung ist jedoch nicht an diese beiden Methoden gebunden.

Gemäß der Erfindung wird eine Spannungsquelle derart an eine Wicklung des Kernes angeschlossen, daß sie in dem Kern zwischen den Zeitintervallen eine magnetomotorische Hilfskraft in der gleichen Richtung wie die durch den Arbeitsimpuls hervorgerufene Kraft erzeugt und daß die unerwünschte Arbeitsptinktverschiebung. die durch den vorübergehenden Stromfluß bewirkt wird, durch die Hilfskraft kornpensiert wird und dadurch den gewünschten Arbeitspunkt auf der Hysteresisschleife des Kernes aufrechterhält.

Die eben beschriebenen Methoden, die Wirkungen des »Rückflusses« aufzuheben, heben auch einige der anderen obenerwähnten unerwünschten Effekte auf. wie den Dioden-Vergrößerungsstrom, die Streuung in der Diode usw.

Erläuterung zu den Zeichnungen:

Fig. 1 stellt ein schematisches Diagramm eines in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärkers dar, an den Vorrichtungen angeschlossen sind, die dazu dienen, den Effekt der Rückflußströme gemäß der Erfindung zu beseitigen;

Fig, IA zeigt eine idealisierte Hysteresisschleife für das Kernmaterial der Fig. 1, ebenso wie für die Kernmaterialien der verschiedenen im folgenden beschriebenen abgewandelten Formen;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer abgewandelten Form der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines parallelgeschalteten magnetischen Direktverstärkers, auf den die Erfindung angewandt ist;

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer modifizierten Form der Fig. 3:

Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm der Arbeits- und Sperrimpulse der Fig. 3 und 4;

Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärkers, der Mittel enthält, um die Schwingungen zu dämpfen, die den Rückfluß verursachen;

Fig. 7 zeigt ein schematisches Diagramm eines in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärkers, der abgewandelte Mittel zur Beseitigung der Rückflußströme enthält; Fig. 8 zeigt eine abgewandelte Form der Fig. 7;

Fig. 9 zeigt ein Zeitdiagramm für die Eingangssignale 82, die Arbeitsimpulse 85 und die Vorspannuugsimpulse 89 der Fig. 8;

Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Form der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärkers. Im folgenden werden Bau und Arbeitsweise dieses Magnetverstärkers erläutert. Der magnetische Kern 10 kann aus verschiedenen Materialien gefertigt sein, wozu die verschiedenen Ferrite und die verschiedenen magnetischen Bandmaterialien, wie die unter dem Handelsnamen Orthonik und 4-79 Moly-Permalloy bekannten, gehören. Diese Materialien

können einer unterschiedlichen Wärmebehandlung unterworfen werden, um ihnen verschiedene Eigenschaften zu verleihen. Das im Kern verwendete magnetische Material sollte, wenn auch nicht unbedingt, so doch nach Möglichkeit, eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife besitzen (gemäß Fig. 1 A). Kerne dieser Art sind heute in der Technik wohlbekannt. Zusätzlich zur Vielzahl der verwendbaren Materialien kann der Kern in vielen geometrischen Formen, mit geschlossenem und offenem magnetischem Pfad, konstruiert sein, es sind beispielsweise becherförmige, aus Streifen bestehende und ringförmige Kerne möglich. Der Fachmann weiß, daß der Kern immer dann, wenn er auf den horizontalen (oder im wesentlichen gesättigten) Teilen seiner Hysterresisschleife arbeitet, im allgemeinen in der Wirkung einem Luftkern ähnelt, dessen Kernwicklung eine niedrige wirksame Impedanz hat. Wenn der Kern dagegen auf den vertikalen (oder ungesättigten) Teilen der Hysteresisschleife arbeitet, ist die wirksame Impedanz der Kernwicklungen hoch.

Der Erzeuger der Arbeitsimpulse 15 liefert eine Reihe rechteckiger Wechselstromimpulse, die gleiche Abstände haben, gemäß den Figuren. Angenommen, der Kern habe im Augenblick des Auftretens eines beliebig gegebenen positiven Impulses einen bestimmten Restmagnetismus und eine bestimmte Flußdichte, beides durch Punkt A auf der Hsyteresisschleife der Abb. 1A dargestellt; dann erregt der positive Arbeitsimpuls den Kern vom Punkt A zum Sättigungsgebiet S. Nach dem Verschwinden des Impulses geht die Magnetisierung zum Punkt A zurück. Die vom Erzeuger 15 ausgehenden aufeinanderfolgenden positiven Impulse fließen durch den Gleichrichter 14, die Arbeitswicklung 13 und den Verbraucher 16, wobei sie den Kern immer wieder vom positiven Remanenzpunkt A zum Sättigungsgebiet 5 erregen. Während des Zeitintervalls, in dem der Kern von A nach 6" erregt wird, arbeitet er auf einem relativ gesättigten Gebiet seiner Hysteresisschleife, dabei ist die wirksame Impedanz der Wicklung 13 niedrig. Deshalb fließen die Arbeitsimpulse vom Erzeuger 15 zum Verbraucher 16 ohne nennenswerte Impedanz. Wenn jedoch während des Intervalls zwischen zwei positiven Arbeitsimpulsen ein positiver Impuls an der Eingangsklemme 12 auftritt, fließt er durch die Wicklung 11 und die Diode 18 zur Erde ab. Dies folgt aus der Tatsache, daß die Impulsquelle 15 in den Zeiträumen zwischen zwei positiven Halbwellen jeweils negativ wird und so dazu neigt, einen Strom von der Erde durch die Gleichrichterröhre 18, den Vorschaltwiderstand 17 zur Quelle 15 fließen zu lassen, wobei der Gleichrichter 18 leitend wird; daher wird ein auf die Eingangsklemme ausgeübter positiver Impuls dazu neigen, in Richtung der Kathode des Gleichrichters 18 zu fließen. Das Eingangssignal, das durch die Wicklung 11 fließt, magnetisiert den Kern negativ und bringt ihn von Punkt A nach Punkt E auf der Hysteresisschleife der Fig. 1A. Beim Verschwinden dieses Eingangssignals befindet sich der Kern im negativen Remanenzpunkt B. Der nächste positive Arbeitsimpuls vom Erzeuger 15 reicht gerade aus, um den Kern vom Punkt B zum Punkt D zu erregen. Da dies auf einem relativ ungesättigten Teil der Hysteresisschleife geschieht, besitzt die Wicklung 13 während dieses Impulses eine hohe Impedanz, und der Stromfluß durch die Windung ist sehr gering. Mit dem Verschwinden dieses Impulses fällt die Magnetisierung theoretisch wiederum auf den Nullwert^i ab. Wenn nicht unmittelbar auf IetztgenanntenpositivenArbeits-

impuls folgend ein Eingangssignal erscheint, erregt der nächste positive Arbeitsimpuls den Kern bis zur Sättigung bei 5" und liefert dem Verbraucher 16 eine große Ausbeute.

Folglich ist es klar, daß der Magnetverstärker der Fig. 1 auf jeden positiven Impuls vom Erzeuger 15 hin dem Verbraucher große Impulse liefert, bis auf denjenigen, der unmittelbar auf den Empfang eines Eingangssignals an der Eingangsklemme 12 folgt. Dieser wird nämlich von der hohen Impedanz der Wicklung 13 absorbiert. Wie oben gesagt wurde, wird im vorliegenden die Arbeitsweise eines in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärkers theoretisch erklärt. In der Praxis hat die Wicklung 13 nicht nur einen induktiven Widerstand, sondern auch eine verteilte Kapazität; deshalb ist es möglich, daß in der Wicklung ein Strom fließt, nachdem eine positive Halbwelle des Arbeitsimpulses verklungen ist, aus Gründen, die nun erklärt werden sollen. Das Potential jeder positiven Halbwelle fällt steil ab, wenn es sich der Nullachse des Potentials nähert, und nimmt jenseits der Achse sofort zu. Der Gleichrichter 14 leitet, solange der Erzeuger 15 positiv ist, und er läßt auch noch eine kurze Zeit einen Strom in positiver Richtung hindurchfließen, nachdem das Potential des Impulserzeugers 15 bereits negativ ist. Kurz nachdem das Potential des Erzeugers 15 negativ wird, sinkt der Strom, der in positiver Richtung durch die Wicklung 13 fließt, auf Null herab, und der Gleichrichter 14 leitet nicht mehr. Die verteilte Kapazität der Wicklung 13 sitzt jedoch so auf ihr, daß das untere Ende der Wicklung positiv, das obere Ende negativ geladen ist. Der Gleichrichter 14 ist nun gesperrt, da das Potential des Erzeugers 15 stark negativ ist. Nun entlädt sich die in der verteilten Kapazität der Wicklung 13 aufgespeicherte Energie durch die Wicklung, und ein geringer Strom fließt durch die Wicklung 13 in einer Richtung, die der Richtung des Hauptarbeitsimpulses vom Erzeuger 15 her entgegengerichtet ist. Dieser Strom, als Rückflußstrom bekannt, fließt in einer den Arbeitsimpulsen entgegengesetzten Richtung und sucht deshalb den Kern 10 die Hysteresisschleife hinabzutreiben. Beispielsweise sei der Kern beim Verschwinden eines positiven Arbeitsimpulses an seinem positiven Remanenzpunkt A. Der Rückflußstrom neigt nun dazu, die Magnetisierung des Kerns von Punkt A auf den Punkt F der Hysteresisschleife herabzusetzen, und beim Aufhören des Rückflußstromes ändert sich die Magnetisierung des Kerns zum Punkt C (in Fig. 1 A), der die positive Remanenz einer kleineren Hysteresisschleife bedeutet. Deshalb neigt der nächste positive Arbeitsimpuls vom Erzeuger 15 her dazu, den Kern vom Punkt C zum Sättigungsgebiet S zu erregen; während der Wirkung eines Teils dieses Impulses arbeitet der Kern auf einem ungesättigten Teil seiner Hysteresisschleife, und deshalb setzt die Wicklung 13 diesem Teil des Impulses eine hohe Impedanz entgegen. Dies reduziert die Leistung des Magnetverstärkers und verringert somit seinen Wirkungsgrad. Mit anderen Worten arbeitet der Kern im tatsächlichen Kreis im Unterschied zum theoretischen Kreis während der Wirkung eines Teils jeden positiven Impulses unterhalb des besten Sättigungsspiegels AS; deshalb besitzt die Wicklung 13 eine höhere Impedanz als im theoretischen Kreis. Das bedeutet, daß die am Verbraucher 16 gelieferte Leistung geringer ist, als es im theoretischen Kreis der Fall ist.

Gemäß der Erfindung wird der Effekt des Rückflusses im Falle der Fig. 1 aufgehoben, indem man

eine Vorspannung anlegt, die einen Strom vom Erzeuger + V durch den Vorschaltwiderstand 19, die Wicklung 13 und den Verbraucher 16 zur Erde verursacht. Dieser Strom übt auf den Kern 10 eine positive magnetisierende Kraft aus, die der negativen magnetisierenden Kraft des Rückfluß stromes dem Betrag nach gleich ist. Mit anderen Worten, da der Rückflußstrom genügend negative magnetisierende Kraft besitzt, um die Magnetisierung des Kerns von Punkt A nach

ίο Punkt F zu verändern, von wo die Magnetisierung wieder zur positiven Remanenz C (auf einer kleineren Hysteresisschleife) zurückkehrt, reicht die positive Vorspannung des Erzeugers +V gerade aus, um zu verhindern, daß die Magnetisierung des Kerns durch

*5 den Rückflußstrom über den Punkt A hinaus in negative Richtung verändert werden kann. Folglich existiert am Ende der Wirkung jeden positiven Impulses des Erzeugers 15 in der Wicklung 13 ein Rückflußstrom. DieserStromkann aus einer positiven, einer negativen Halbwelle oder beidem bestehen. Während der gesamten Periode dieses Stromes ist jedoch die auf den Kern ausgeübte magnetisierende Kraft positiv, weil der Erzeuger +V verhindert, daß der Rückflußstrom den Kern längs der ii-Achse negativ magnetisiert. Daher geht die Magnetisierung des Kerns mit dem Verschwinden jedes positiven Arbeitsimpulses auf den Punkte zurück; dieser Punkt liegt auf der größten Hysteresisschleife des Kerns. Der nächste positive Arbeitsimpuls findet den Kern in Punkte (oder in manchen Fällen auf der Linie ^-.S) vor und erregt ihn bis zur Sättigung im Gebiet um 5*. Das hat zur Folge, daß die Wicklung 13 fortlaufenden positiven Impulsen, die vom Erzeuger 15 kommen, nur eine sehr geringe Impedanz entgegenstellt. Während der Vorspannungsstrom oft ebenso groß oder nur wenig größer ist als der Rückflußstrom, kann er auch kleiner sein; in diesem Falle werden dann die erwünschten Ergebnisse nur zum Teil erreicht. Sehr günstige Ergebnisse werden erreicht, solange der durch die Vorspannung erzeugte Strom den Kern auf einem horizontalen Teil seiner Hysteresisschleife hält (nämlich in solchen Zeitintervallen, in denen kein Eingangssignal wirksam ist).

Die Erfindung verlangt, daß die Eingangssignale bei 12 im tatsächlichen Kreis etwas größer sind, als sie im theoretischen Kreis (der weder den Erzeuger + V noch den Vorschaltwiderstand 19 enthielt) sein müßten. Dieser Nachteil wird durch die Beseitigung des Rückflusses mehr als ausgeglichen. Neben dem eben behandelten Rückfluß effekt treten noch andere Effekte auf, die die gleiche Wirkung zeigen wie der Rückfluß effekt. AVeun z. B. das Potential des Erzeugers 15 scharf vom Positiven ins Negative abfällt, wird der Gleichrichter 14 jäh gesperrt. In diesem Augenblick befinden sich in der Diode 14 freie Elektronen, die einen momentanen Spannungsstoß durch die Wirklung 13 bewirken, und zwar in einer dem Hauptarbeitsimpulsstrom entgegengesetzten Richtung. Dies ist der »Dioden-Ausstrahlungs«-Effekt. Ferner kann der Gleichrichter 14 einen kleinen Rest- oder Sperrstrom führen, der durch die Wicklung 13 fließt, während der gesamten Zeit, die der Erzeuger 15 zur Ausstrahlung einer negativen Halbwelle benötigt. Diese beiden Effekte zeigen unerwünschte Ergebnisse,

6s die nach denselben Methoden wie der Rückfluß effekt beseitigt werden.

All das eben Gesagte gilt nicht nur in Verbindung mit Fig. 1, sondern trifft ebenso auf die anderen Figuren zu, und wenn im folgenden von der Beseitigung des Rückflußeffektes gesprochen wird, bedeutet

dies, daß mit derselben Methode auch die anderen Effekte beseitigt werden.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Form der Erfindung, in der der Kern 20, die Wicklung 21, die Eingangsklemme 22, die Wicklung 23, der Gleichrichter 24, der Erzeuger 25, der Verbraucher 26, der Vorschaltwiderstand 27 und der Gleichrichter 28 in Konstruktion und Wirkungsweise jeweils den entsprechenden Teilen der Fig. 1 ähneln. Der einzige Unterschied zwischen den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß in Fig. 2 die Vorrichtung zur Beseitigung des Rückflusses an die Wicklung 21 angeschlossen ist, anstatt an Wicklung 23. Hier ist der Erzeuger —V an den Vorschaltwiderstand 29 angeschlossen und neigt dazu, einen Strom von der Erde durch den Gleichrichter 28, die Wicklung 21 und den Vorschaltwiderstand 29 zum Erzeuger — V fließen zu lassen. Dieser Strom übt im Kern 20 eine positive magnetisierende Kraft aus, die gleich der positiven magnetisierenden Kraft ist, die im Kern 10 der Fig. 1 vom Erzeuger + V und dem Vorschaltwiderstand 19 erzeugt wurde. Daraus folgt, daß die Wirkungsweise der Verstärker der Fig. 1 und 2 im wesentlichen die gleiche ist.

Die Fig. 3 erläutert die Anwendung der Erfindung auf einen parallelgeschalteten magnetischen Direktverstärker. In der Fig. 3 ist die Eingangswicklung 31 des Kerns 30 mit der Eingangsklemme 32 gekoppelt. Die Arbeitswicklung 33 ist über den Gleichrichter 34 an den Erzeuger 35 angeschlossen, der konstante Stromimpulse erzeugt. Der Verbraucher 36 ist über den Gleichrichter 37 mit der Kathode des Gleichrichters 34 gekoppelt. Der Erzeuger +V und der Vorschaltwiderstand 38 bilden die Vorrichtung zur Beseitigung des Rückflußeffektes, und der Erzeuger 39 liefert Sperrimpulse. Die Verwandtschaft der beiden Impulsgeneratoren 35 und 39 miteinander zeigt die Fig. 5.

Angenommen, in Fig. 3 werden keine Eingangssignale bei 32 erhalten; dann fließen die vom Erzeuger 35 ausgehenden positiven Halbwellen der Impulse durch den Gleichrichter 34 und die Wicklung 33, wobei sie den Kern bis zum positiven Sättigungsgebiet S der Fig. IA erregen. Mit dem Abklingen jedes positiven Impulses neigt der Kern dazu, zum positiven Remanenzpunkt A auf der größten Hysteresisschleife der Fig. IA zurückzukehren. Der nächste positive Impuls hat das Bestreben, den Kern von Punktzum Sättigungsgebiet S zu erregen. Dabei arbeitet der Kern auf dem gesättigten Teil der Hysteresisschleife. deshalb besitzt die Wicklung 33 eine niedrige Impedanz, und folglich bildet sich in ihr ein sehr kleines Potential aus. Der Erzeuger 35 erzeugt konstanten Strom, d. h.. er sendet immer den gleichen Strom aus, ohne von einem Wechsel der Impedanz des an ihn angeschlossenen \^Terbrauchers abhängig zu sein. Die Form eines Erzeugers eines konstanten Stroms wird also durch den Impulsgenerator 35 dargestellt, dessen Kreis einen Widerstand besitzt, der sehr groß ist gegen den Widerstand des an den Generator angeschlossenen Verbrauchers, so daß Schwankungen in der Impedanz des Verbrauchers im Vergleich mit dem Gesamtwiderstand des Kreises nicht ins Gewicht fallen. Die Folge davon ist, daß der aus dem Erzeuger 35 fließende Strom relativ konstant ist, wobei es gleichgültig ist, ob die Wicklung 33 e^;ne hohe oder eine niedrige Impedanz besitzt. Falls die Impedanz der Wicklung 33 gering ist, kann der durch die Wicklung fließende Strom auf ihr praktisch keine Spannung errichten, und deshalb liefert der Erzeuger 35 ein geringes Potential, das dem großen Spannungsabfall im Eigenwiderstand des Generators entspricht. Daher wird am Verbraucher 36 nur ein unbedeutendes Potential ausgebildet. Wenn aber zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen vom Erzeuger 35 her ein Eingangssignal bei 32 erscheint, fließt es durch die Wicklung 31 zur Erde ab und kehrt die Magnetisierung des Kerns von Punkt A nach Punkt B um, auf der Hysteresisschleife der Fig. 1A; der nächste vom Erzeuger 35 ausgehende ίο Impuls verändert während seines Flusses durch die Wicklung 33 die Magnetisierung des Kerns längs dem ungesättigten Teil der Hysteresisschleife von Punkt B nach Punkt D, worauf die Wicklung 33 eine hohe Impedanz besitzt. Wenn der Widerstand des Verbrauchers 36 niedrig ist gegen den der Wicklung 33, fließt praktisch der gesamte vom Erzeuger 35 ausgehende konstante Strom durch den Verbraucher 36.

Im Stromkreis der Fig. 3 kann der Fall eintreten, daß der durch die Wicklung 33 fließende Strom in der Wicklung 31 ein Potential induziert, das im Eingangskreis einen Strom verursachen würde. In manchen Fällen wirkt sich diese Tatsache ungünstig auf die Erzeugung von Eingangssignalen aus, und deshalb ist es manchmal wünschenswert, die Wirkung dieses induzierten Potentials zu beseitigen. Dies wird durch den Sperrimpulserzeuger 39 erreicht (der mit der Wicklung 31 in Reihe geschaltet ist); die Gestalt der von ihm ausgesandten Wellen zeigt die Fig. 5. Der Erzeuger 39 liefert positive Impulse, die die Kathode des Eingangsverstärkers sperren und somit verhindern, daß im Eingangskreis ein Strom während der Zeitintervalle fließt, in denen Impulse durch die Wicklung 33 fließen. Somit kann im Eingangskreis in den Zeitintervallen kein Strom fließen, in denen der Strom durch die Wicklung 33 in der Lage wäre, in der Wicklung 31 ein Potential zu induzieren.

Der Rückfluß kann in dem Verstärker der Fig. 3 im wesentlichen auf die gleiche Weise auftreten wie in Fig. 1. Anders ausgedrückt, wenn der Erzeuger 35 fortlaufend ausstrahlt, ohne daß zwischen den einzelnen Impulsen Eingangssignale gegeben werden, sucht jeder Arbeitsimpuls, den Kern 30 zur Sättigung zu magnetisieren. Am Ende der Wirksamkeit des Arbeitsimpulses kann der jähe Potentialabfall einen Rückfluß- strom in der Wicklung 33 erzeugen. Es ist möglich, daß der Rückflußstrom die Magnetisierung des Kerns von Puntk A nach Punkt F auf der Hysteresisschleife verändert und daß die Magnetisierung des Kerns zum positiven Remanenzpunkt C auf einer kleineren Hysteresisschleife zurückkehrt. Diese Remanenz behält der Kern bei, bis ihn der nächste positive Arbeitsimpuls von dort bis zur Sättigung bei S magnetisiert. Dies verringert den Wirkungsgrad; denn während der positiven Impulse arbeitet der Kern 30 nicht auf dem günstigsten Niveau AS, und deshalb hat die Wicklung 33 nicht ihre kleinstmögliche Impedanz, sondern eine etwas größere. Daraus folgt, daß die Wicklung 33 nicht den gesamten vom Erzeuger 35 herrührenden Strom zur Erde ableitet und einen größeren Anteil dieses Stromes zum Verbraucher 36 fließen läßt, als es der Fall wäre, wenn der Kern im Zeitraum zwischen positiven Arbeitsimpulsen im Punkt A geblieben wäre. Der Effekt des Rückflußstromes kann durch Einschalten der Stromquelle +V und des Vorschaltwider-Standes 38 in den Kreis beseitigt werden. Dies bewirkt einen Strom vom Erzeuger + V durch den Vorschaltwiderstand 38 und die Wicklung 33 zur Erde und liefert eine magnetisierende Kraft, die ausreicht, um die Wirkungen der Rückflußströme aufzuheben. Somit trägt der Kern niemals eine negative magnetisierende

Kraft, wenn keine Eingangssignale bei 32 gegeben werden. Die magnetische Erregung H des Kerns wird niemals negativ in bezug auf den Punkt A, und positive Impulse des Erzeugers 35 erregen den Kern von Punkt A nach ,S". Folglich nähert sich der magnetische Verstärker in diesem Falle mehr seiner theoretisch besten Wirkungsweise, als dies ohne die Stromquelle + V und den Vorschaltwiderstand 38 der Fall wäre.

Die Fig. 4 zeigt eine gegenüber Fig. 3 etwas abgewandelte Form, bei der die Vorrichtung zur Erzeugung der magnetisierenden Vorspannung an die Wicklung 41, anstatt an die Arbeitswicklung 43 angeschlossen ist. Sonst ist der Stromkreis der Fig. 4 dem Kreis der Fig. 3 gleich. Mit anderen Worten: Der Kern 40, die Wicklung 41, die Eingangsklemme 42, die Wicklung 43, der Gleichrichter 44, der Erzeuger 45 und der Verbraucher 46 entsprechen dem Kern 30, der Wicklung 31, der Eingangsklemme 32, der Arbeitswicklung 33, dem Gleichrichter 34, dem Erzeuger 35 und dem Verbraucher 36 der Fig. 3. In Fig. 4 wird die positive magnetisierende Vorspannung von dem an den Vorschaltwiderstand 47 angeschlossenen Erzeuger — V geliefert. Hierdurch wird ein Strom von der Erde durch den Sperrimpulserzeuger 49, die Wicklung 41 und den Vorschaltwiderstand 47 zum Erzeuger — V verursacht und somit im Kern eine positive magnetisierende Kraft erzeugt, die ausreicht, um die negativen Halbwellen irgendwelcher Rückflußströme, die in der Wicklung 43 entstehen können, auszulöschen.

Zwischen den Potentialen der Erzeuger 45 und 49 der Fig. 4 bestehen dieselben Beziehungen wie zwischen den Potentialen der Erzeuger 35 und 39 der Fig. 3. Fig. 5 zeigt den Zusammenhang. Der Gleichrichter 48 stellt eine Verbindung zur Erde dar und kann weggelassen werden, wenn woanders im Kreis eine solche Verbindung zur Erde besteht.

Die Fig. 6 stellt eine abgewandelte Form der Erfindung dar, und zwar einen in Reihe geschalteten magnetischen Komplementärverstärker, der aus einem Kern 60, einer Eingangswicklung 61, einem Erzeuger von Eingangssignalen 62, einer Arbeitswicklung 63, einem Gleichrichter 64, einem Erzeuger von Wechselstromimpulsen mit rechteckiger Wellenform 65, einem Verbraucher 66. einem Eingangsverstärker 67 und einem Verstärker 69 besteht und mit dem Eingangskreis in Reihe liegt. Der Vorschaltwiderstand 64 A verbindet den Erzeuger 65 mit der Kathode des Gleichrichters 69. Die eben aufgezählten Teile stimmen in Konstruktion und Wirkungsweise mit den entsprechenden Teilen der Fig. 1 überein (bis auf die Tatsache natürlich, daß die Vorrichtung zur Beseitigung des Rückfluß effektes, + V und 19, weggelassen wurde). In Fig. 6 wird der Rückflußeffekt mittels eines Vorschaltwiderstandes 68 beseitigt, der dem Eingangsgleichrichter 67 nebengeschlossen ist.

Wenn der vom Erzeuger 65 ausgehende Arbeitsimpuls jäh auf Null sinkt und der Gleichrichter 64 so gesperrt wird, so folgt der in der Wicklung 63 entstehende Rückflußstrom innerhalb des Zeitintervalls zwischen positiven Impulsen vom Erzeuger 65 her. Dieser oszillierende Strom neigt dazu, den Kern negativ zu magnetisieren und somit in der Wicklung 61 ein Potential zu induzieren. Wenn der Kreis, an dem die Wicklung 61 liegt, geringen Widerstand besitzt, wirkt diese Wicklung einem schnellen Wechsel des magnetischen Flusses durch sie entgegen und sucht somit zu verhindern, daß die Rückfluß ströme den Kern negativ magnetisieren. Indem man also dem Gleichrichter 67 einen Vorschaltwiderstand neben-

schließt, fügt man in den Eingangskreis Dämpfungsmittel ein, die versuchen, die in der Wicklung 63 entstehenden Schwingungen zu dämpfen und somit den Effekt der Rückflußströme verringern. In diesem Falle wird angenommen, daß der Erzeuger der Eingangssignale 62 eine geringe Impedanz besitzt.

Fig. 7 zeigt einen magnetischen Komplementärverstärker, der aus einem Kern 70, einer Eingangswicklung 71, einer Eingangsklemme 72, einer Arbeitswicklung 73, einem Gleichrichter 74, einem Erzeuger von Arbeitsimpulsen 75, einem Verbraucher 76, einem Vorschaltwiderstand 77 und einem Gleichrichter 78 besteht. Diese Teile haben die gleiche Funktion wie die entsprechenden Teile der Fig. 1. Der Unterschied zwischen den Fig. 1 und 7 besteht in der Methode, wie die Vorspannung für die Kernwicklungen hergestellt wird. Der Erzeuger 4- V und der Vorschaltwiderstand 19 der Fig. 1 werden durch den Gleichrichter 79 und den Vorschaltwiderstand 79.4 der Fig. 7 ersetzt. In Fig. 7 fließen die positiven Ausstrahlungen des Erzeugers 75 durch den Gleichrichter 74 und die Wicklung 73 zum Verbraucher 76, und wenn keine Eingangssignale auftreten, erregen diese Arbeitsimpulse den Kern immer wieder bis zur Sättigung. Im Zeitraum zwischen positiven Halbwellen vom Erzeuger 75 her sendet der Erzeuger negative Halbwellen aus, die einen Strom von der Erde durch den Gleichrichter 78, die Wicklung 71, den Vorschaltwiderstand 79.4, den Gleichrichter 79 zum Erzeuger 75 verursachen. Der Vorschaltwiderstand 79.4 hat so hohen Widerstand, daß der auf dem eben beschriebenen Weg fließende Strom so in seiner Größe begrenzt ist, daß er eine magnetisierende Kraft ausübt, die im wesentlichen gleich der von den in der Wicklung 73 auftretenden Rückflußströmen erzeugten negativen magnetisierenden Kraft ist, aber entgegengesetzt gerichtet ist. Somit wird die Wirkung dieser Rückflußströme aufgehoben, und die Magnetisierung des Kerns fällt auf den positiven Remanenzpunkt ("der größten Hysteresisschleife) zurück am Ende der Wirksamkeit jeder vom Erzeuger 75 ausgehenden positiven Halbwelle. Angesichts des Verstärkers 79 fließt während der positiven Ausstrahlungen des Erzeugers 75 in der Eingangswicklung 71 kein Strom. Fig. 8 zeigt eine noch weiter abgewandelte Form der Erfindung, in der Kern 80, Eingangswicklung 81, Eingangsklemme 82, Arbeitswicklung 83, Gleichrichter 84, Impulserzeuger 85, Verbraucher 86, Vorschaltwiderstand 87 und Gleichrichter 88 ähnlichen Teilen der Fig. 1 entsprechen. Der Unterschied zwischen den Fig. 1 und 8 liegt in der Methode zur Erzeugung der kompensierenden magnetisierenden Kraft. In Fig. 8 erzeugt der Erzeuger der Vorspannungsimpulse 89 eine Wellenform, die sich zur Wellenform der Arbeitsimpulse gemäß Fig. 9 verhält. Diese Vorspannungsimpulsquelle sperrt den Gleichrichter 89 b normalerweise, indem sie seiner Kathode ein positives Potential vermittelt. In sehr kurzen Zeitintervallen nach jeder vom Erzeuger 85 ausgestrahlten positiven Halbwelle fällt die Quelle der Vorspannungsimpulse 89 scharf ins Negative ab, wobei dann ein Strom von der Erde durch den Gleichrichter 88, die Wicklung 81, den Gleichrichter 89 & und den Vorschaltwiderstand 89 a zum Erzeuger der Vorspannungsimpulse 89 fließt. Man weiß, daß dieser Vorspannungsimpuls negativ ist und eine sehr kurze Zeit einen Strom durch die Eingangswicklung fließen läßt; man weiß ferner, daß dieser kurze Zeitraum der Wirkungsdauer der Rückflußströme entspricht. Deshalb entsteht in der Wicklung 81 in der kurzen Zeitspanne, in der in der Wick-

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Claims (1)

lung 83 Rückflußströme auftreten können, eine große positive magnetisierende Kraft, die vom Erzeuger der Vorspannungsimpulse 89 herrührt und die innerhalb dieses kurzen Zeitintervalls den Kern positiv magnetisiert und somit verhindert, daß die Rückflußströme eine negativ magnetisierende Kraft auf den Kern ausüben. Wie ersichtlich, zeigen die Fig. 3 und 4, wie die Grundgedanken der Fig. 1 und 2 auf einen parallelgeschalteten Magnetverstärker anwendbar sind. Die magnetischen Verstärker der Fig. 6, 7 und 8 sind in Reihe geschaltete magnetische Komplementärverstärker; trotzdem können die Dämpfungsvorrichtung 68 der Fig. 6 oder die Kompensationsvorrichtung 79 und 79.1 der Fig. 7 oder der Vorspannungsimpulserzeuger usw. 89, 89 A und 895 der Fig. 8 beispielsweise auf parallelgeschaltete magnetische Direkt verstärker angewandt werden. Fig. 10 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen parallelgeschalteten magnetischen Komplementärverstärker. Der Kern trägt die drei Hauptwicklungen 100, 101 und 102. Die Ausgangswicklung 100 ist an den Verbraucher 103 angeschlossen. Die Eingangswicklung 101 ist über einen Gleichrichter 105 mit einer Eingangsklemme 104 gekoppelt. Die Arbeitswicklung 102 ist über einen Gleichrichter 107 an einen Erzeuger von Wechselstrom mit rechteckiger Wellenform 106 angeschlossen. Die bisher erwähnten Teile, in Verbindung mit Fig. 10, sind in der Technik bereits bekannt und arbeiten folgendermaßen: Wenn bei 104 keine Eingangssignale auftreten, fließen die vom Erzeuger 106 ausgehenden positiven Halbwellen durch die Wicklung 102 und erregen den Kern zur Sättigung. Zwischen den einzelnen positiven Halbwellen vom Erzeuger 106 her sucht der Kern zur positiven Remanenz zurückzukehren. Da der Kern also normalerweise zwischen der positiven Remanenz und der positiven Sättigung arbeitet, wird der Fluß durch die Wicklung 100 nur wenig verändert, folglich wird in der Wicklung nur ein geringes Potential induziert und keine Leistung an den Verbraucher 103 abgeliefert. Wenn dagegen in den Zeitintervallen zwischen den positiven Ausstrahlungen des Erzeugers 106 an der Eingangsklemme 104 Eingangssignale auftreten, fließen Eingangsströme durch die Wicklung 101, die die Magnetisierung des Kerns während der Zeitintervalle zwischen positiven Halbwellen des Erzeugers 106 senken. Wenn also der Erzeuger 106 negative Halbwellen aussendet, senkt der durch die Wicklung 101 fließende Impuls die Alagnetisierung des Kerns bis zur negativen Sättigung, und wenn der Erzeuger 106 positive Halbwellen aussendet, wird der Kern bis zur positiven Sättigung erregt. Da die Magnetisierung des Kerns alternierend zwischen positiver und negativer Sättigung pendelt, wird der Fluß durch die Wicklung 100 stark verändert und somit in dem Verbraucher 103 ein großes Potential induziert. Die bisher beschriebene Wirkungsweise der Fig. 10 ist rein theoretischer Art; denn in dieser Figur treten der Rückfluß und ähnliche Effekte ebenso auf wie in den anderen Figuren. Es kommt sogar noch ein zusätzlicher Effekt hinzu, der dieselbe Wirkung wie der Rückflußeffekt zeigt. Dieser zusätzliche Effekt besteht darin, daß die induktive Streuung der Wicklung 100 einen kleinen Strom vom Verbraucher 103 durch diese Wicklung verursacht. Ein solcher Strom kann eine Reflektion jenes Stromes sein, der von besagter Wicklung an besagten Verbraucher geliefert wird, oder er kann von einem Signal herrühren, das im Verbraucher induziert oder in ihm erzeugt wurde, nämlich durch einen anderen Erzeuger innerhalb der vollständigen Maschine, von der der Verbraucher 103 ein Teil bildet. Alle die in Verbindung mit Fig. 10 beschriebenen unerwünschten Effekte neigen dazu, die Magnetisierung des Kerns zur positiven Remanenz einer kleineren Hysteresisschleife, anstatt zur positiven Remanenz der größten Hysteresisschleife herabzusetzen, und zwar in den Zwischenräumen zwischen den Arbeitsimpulsen, in denen kein Eingangssignal bei 104 gegeben wird. Deshalb erregt jede vom Erzeuger 106 ausgehende positive Halbwelle den Kern von der positiven Remanenz einer kleineren Hysteresisschleife zur positiven Sättigung, verursacht dabei eine kleinere Änderung des Flusses im Kern und induziert somit in der Ausgangswicklung 100 ein kleines Potential. Dieses kleine unerwünschte Potential wird weitgehend aufgehoben, wenn der Kern in den Zeitintervallen zwischen positiven Ausstrahlungen des Erzeugers 106 zur positiven Remanenz seiner größten Hysteresisschleife abfällt, anstatt zur positiven Remanenz einer kleineren Hysteresisschleife. An den Kern der Fig. 10 kann eine geeignete Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung angeschlossen werden, um zu gewährleisten, daß die Magnetisierung des Kerns bei Abwesenheit eines Eingangssignals bei 104 niemals unter den positiven Remanenzpunkt der größten Hysteresisschleife hinabsinkt. Ein solcher Vorspannungserzeuger kann aus einer Wicklung 108, einer Batterie 109, einem Vorschaltwiderstand 110 und einem Gleichrichter 111 bestehen. Die Windungszahl der Wicklung 108, das Potential der Batterie 109 und der Widerstand des Vorschaltwiderstandes 110 sind so gewählt, daß auf den Kern eine kleine magnetisierende Vorspannung übertragen wird, und zwar in der gleichen Richtung, in der die von den positiven Arbeitsimpulsen stammende magnetisierende Kraft durch die Wicklung 102 fließt. Ferner ist die magnetisierende Vorspannung dem Betrag nach gleich, aber entgegengesetzt gerichtet im Vergleich zu den sich überlagernden Strömen, die vom Rückfluß, der Diodenausstrahlung, der Streuung im Gleichrichter 107, der induktiven Streuung der Wicklung 100 usw. herstammen. Wie in Fig. 10 zu ersehen, ist die Wicklung für die VrOrspannung 108 von den anderen Wicklungen getrennt. Das hätte man natürlich auch bei den anderen abgewandelten Formen der Erfindung tun können. Man sieht ferner, daß in Fig. 10 ebensogut jede der Wicklungen IOOj 101 und 102 an den Erzeuger der Vorspannung angeschlossen werden kann, so daß der von der Vorspannung herrührende Strom dann durch eine dieser Wicklungen fließt und somit keine Vorspannungswicklung 108 gebraucht wird. Patentansprüche^

1. Magnetischer Verstärker mit einem Kern aus magnetischem Material, der eine Arbeitswicklung trägt, mit einer Arbeitsimpulsquelle, die regelmäßig wiederkehrende Arbeitsimpulse an die Arbeitswicklung abgibt, um in dieser Wicklung einen während regelmäßig wiederkehrender Zeitintervalle fließenden Strom zu erzeugen, und bei dem die verteilte Kapazität der Arbeitswicklung und ihr induktiver Widerstand zwischen den Zeitintervallen einen unerwünschten vorübergehenden, in der entgegengesetzten Richtung wie der gewünschte Strom fließenden Strom in der Arbeitswicklung erzeugt, der eine unerwünschte magnetomotorische Kraft in dem Kern hervorruft, die den Kern auf einen unerwünschten Arbeitspunkt der