DE1064992B - Gegentaktmagnetverstaerker zur Speisung eines Verbrauchers mit Gleichstrom umkehrbarer Richtung - Google Patents

Gegentaktmagnetverstaerker zur Speisung eines Verbrauchers mit Gleichstrom umkehrbarer Richtung

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DE1064992B
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Germany
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magnetic amplifier
amplifier
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control
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DES60057A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Wilhelm Kafka
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/292Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC
    • H02P7/293Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC using phase control

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Description

  • Gegentaktmagnetverstärker zur Speisung eines Verbrauchers mit Gleichstrom umkehrbarer Richtung Es ist bekannt, daß bei Gegentaktmagnetverstärkern die ohmsche Ankopplung eines einzigen Verbrauchers mit erheblichen Leistungsverlusten in Widerständen verbunden ist, die zum Aufbau des Ankopplungsnetzwerkes erforderlich sind. Wo eine Aufteilung des Verbrauchers in zwei Teile, wie dies beispielsweise bei Erregerwicklungen von Maschinen möglich ist, nicht angewendet werden kann, hat man bereits versucht, durch Gegenspannungsquellen in Form von Batterien die Ankopplungswiderstände zu vermeiden. Diese Gegenspannungsquellen sind jedoch im praktischen Betrieb die Ursache immer wiederkehrender Störungen, so daß man den Leistungsverlust in den Widerständen und die dadurch bedingte Überdimensionierung der Magnetverstärker in Kauf nehmen mußte. Abgesehen von dem erhöhten Raumbedarf und Gewicht solcher Magnetverstärker ist überdies in der Regel auch noch eine Erhöhung der Steuerleistung erforderlich, obwohl dem Verbraucher nur ein Bruchteil der gesteuerten Leistung zugeführt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Gegentaktmagnetverstärker zu vermeiden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des jeweils sperrenden Teilverstärkers durch einen in Steuerabhängigkeit vom Magnetverstärker stehenden elektronischen Schalter, insbesondere einen Halbleiterschalter, z. B. einen Schalttransistor oder eine Schaltdiode, von der Last abgetrennt oder überbrückt wird. Der elektronische Schalter hat beim Erfindungsgegenstand die Aufgabe, nur den jeweils im gewünschten Sinne ausgesteuerten Teilverstärker auf den Verbraucher einwirken zu lassen und den anderen Teilverstärker aus dem Laststromkreis auszuschließen.
  • Für die Zwecke der Erfindung eignen sich insbesondere die bekannten Schalttransistoren, die bereits heute mit beträchtlichen Durchlaßstromstärken in der Größenordnung von mehreren Ampere und Sperrspannungen von mehreren 100 Volt hergestellt werden können. Ein solcher Schalttransistor wird bekanntlich nur im gesperrten oder im geöffneten Zustand betrieben. Im gesperrten Zustand ist sein Widerstand sehr hoch, im geöffneten Zustand praktisch vernachlässigbar. Der Bereich zwischen diesen beiden Schaltzuständen wird möglichst rasch überstrichen, um eine unzulässige Erwärmung des Transistors zu vermeiden.
  • Wesentlich ist, daß im geöffneten Zustand der Tran-sistor den durchfließenden Strom nicht beeinflußt. Er kann demnach jeden beliebigen Wert zwischen Null und dem maximalen Durchlaßstrom des Transistors haben, ohne daß die Verlustleistung überschritten wird, da in allen Fällen der Spannungsabfall im Transistor verschwindend klein ist. Von dieser Tatsache wird bei der Erfindung insofern Gebrauch gemacht, als die Größe des vom Transistor durchgelassenen Stromes jeweils von dem in Betrieb befindlichen Teilverstärker bestimmt wird. Man ist daher nicht, wie üblich, gezwungen., eine Zweipunktsteuerung des Schalttransistors anzuwenden, sondern kann mit stetiger Aussteuerungsänderung über den Magnetverstärker arbeiten.
  • Obwohl beim Erfindungsgegenstand praktisch zwei verschiedene Steuermittel verwendet werden, die beide für die Leistung des Verbrauchers bemessen sein müssen, erzielt man doch insgesamt eine erhebliche Verringerung des Aufwandes gegenüber den bekannten Einrichtungen, da der Magnetverstärker nunmehr nur noch für die Leistung des Verbrauchers ausgelegt werden muß. Der Aufwand an Raum, Preis und Gewicht für den elektronischen Schalter ist klein im Vergleich zu den entsprechenden Ersparnissen hinsichtlich des Magnetverstärkers. Auch entfällt die Überdimensionierung der Steuerleistung, da der elektronische Schalter verhältnismäßig wenig Steuerenergie benötigt.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. In den Figuren sind zur Vereinfachung alle Schaltungselemente fortgelassen, die für das Verständnis nicht unbedingt erforderlich sind.
  • In Fig. 1 sind zwei Magnetverstärker 1 und 2 in Einphasenbrückenschaltung dargestellt, die als Gegentaktverstärker einen Gleichstromverbraucher 3 in Form des Ankers eines Gleichstrommotors speisen. Der Motor kann eine feste Erregung über eine Wicklung 4 aufweisen. Zur Steuerung der beiden Teilverstärker 1 und 2 ist ein gemeinsamer Steuerkreis mit Wicklungen 5 und 6 vorgesehen, der an eine Steuerstromquelle umkehrbarer Polarität über die Klemmen 7 und B. angeschlossen ist. Die Magnetverstärker können ferner mit weiteren Wicklungen für Vormagnetisierungs-und Rückkopplungszwecke in bekannter Weise ausgerüstet sein.
  • Die Ausgangsklemmen ungleicher Polarität der beiden Teilverstärker sind durch Leistungen 9, 10 miteinander verbunden. In der Leitung 9 ist die Reihenschaltung zweier Transistoren 11, 12 angeordnet, und der Verbraucher ist zwischen den gemeinsamen Punkt beider Transistoren und die andere Verbindungsleitung 10 angeschlossen. Es ist vorteilhaft, Transistoren verschiedenen Leitfähigkeitstyps zu verwenden, da in diesem Fall die Emitter der beiden Transistoren miteinander verbunden werden können.
  • Die Steuerung der Transistoren erfolgt in Abhängigkeit vom Steuerstrom des Magnetverstärkers, beispielsweise indem über einen Widerstand 13 im Steuerstromkreis entsprechende Signale für die Basiselektroden der beiden Transistoren abgenommen werden. Es ist dafür zu sorgen, daß diese Signale schon bei kleinem Steuerstrom zur vollen Öffnung bzw. Sperrung der Transistoren ausreichen, und andererseits bei vollem Steuerstrom den Transistor nicht überlasten. Dies kann z. B. durch Widerstände 13 mit nichtlinearer Stromspannungskennlinie erreicht werden. Da die Transistoren eine wesentlich geringere Ansprechzeit als die Magnetverstärker haben, kann es vorteilhaft sein, eine Verzögerung für ihre Steuerung vorzusehen, die etwa der Ansprechzeit des Magnetverstärkers entspricht. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise parallel zum Widerstand 13 einen Kondensator 14 legen.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung ergibt sich wie folgt. Je nach der Richtung des Steuerstromes liefert entweder der eine oder der andere Magnetverstärker eine Ausgangsgleichspannung, die dem Verbraucher 3 zuzuführen ist. Zu diesem Zweck wird der entsprechende Schalttransistor geöffnet, während der dem anderen Teilverstärker zugeordnete Transistor gesperrt wird. Damit ist ein Kurzschluß der Ausgangsspannung des einen Teilverstärkers über den anderen Teilverstärker vermieden, und die Gesamtanordnung arbeitet praktisch so, als wäre nur ein Verstärker vorhanden, der eine Ausgangsgröße der jeweils gewünschten Richtung abgibt. Es kann aber auch der Ausgangsstrom des einen Teilverstärkers dazu benutzt werden, den dem anderen Teilverstärker zugeordneten Transistor zu speisen, während der eigene Transistor durch einen geringen Grundstrom geöffnet ist. Beim schnellen Herabsteuern des Magnetverstärkers kann bei der Schaltung nach Fig. 1 die Motorspannung größer sein als die speisende Magnetverstärkerspannung, so daß sich der Motorstrom umzukehren und der Motor elektrisch zu bremsen trachtet. Tedoch ist der Weg für die andere Stromrichtung durch den anderen Transistor noch gesperrt. Es ist dann zweckmäßig, die Steuerung der Transistoren vorn Motorstrom abhängig zu machen, z. B. in der Weise, daß der vorher gesperrte Transistor geöffnet wird, sobald der Motorstrom durch Null geht. Es kann der Spannungsabfall an einem Nebenwiderstand im Motorkreis über Hilfstransistoren oder einen Umkehrtransformator zusätzlich auf die Transistoren wirken.
  • Ein Beispiel solcher Schaltung zeigt Fig. 2 in Ergänzung der Fig. 1. Der Widerstand im Motorkreis ist mit 19 bezeichnet. Durch je einen Widerstand 15, 16 parallel zu den Hilfstransistoren 17, 18 erreicht man, daß beim Motorstrom Null und kleinen Magnetverstärkerströinen beide Haupttransistoren geöffnet sind, so daß sich der Motorstrom dann auch bei sehr gut sperrenden Magnetverstärkergleichrichtern in umgekehrter Richtung ausbilden kann. Diese Schaltung bewirkt auch, daß Induktivitäten des Laststromkreises keine Überspannungen an den Transistoren erzeugen können.
  • Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit zur Anordnung der elektronischen Schalter gemäß der Erfindung. Entsprechende Schaltungselemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, daß die Transistoren 10 und 11, die in diesem Fall von gleichem Leitfähigkeitstyp sein können, den Ausgangsklemmen der beiden Teilverstärker parallelgeschaltet sind. Ist beispielsweise bei einer bestimmten Richtung des Steuerstromes der Teilverstärker 1 wirksam, so wird der Schalttransistor 11 gesperrt, um einen Kurzschluß des Teilverstärkers zu verhindern, und der Transistor 12 geöffnet, um einen Überbrückungsstromweg parallel zum Teilverstärker 2 zu schaffen. Umgekehrte Verhältnisse liegen bei der anderen Richtung des Magnetv erstärkersteuerstromes vor. Auch bei der Anordnung nach Fig. 3 kann eine Verzögerung der Transistorsteuerung vorgesehen sein oder diese vom Ausgangsstrom der Magnetverstärker oder vom Strom durch die Last abhängig sein.
  • Statt der Transistoren können auch andere elektronische Schalter verwendet werden, die imstande sind, die dem Verbraucher zugeführte Leistung zu beherrschen. Beispielsweise sind die bekannten Schaltdioden oder Schalttrioden verwendbar, wenn dafür gesorgt wird, daß die einmal gezündete Schaltdiode bei Umkehr der Richtung des Magnetverstärkersteuerstromes oder des Laststromes in geeigneter Weise gelöscht wird.
  • Die Steuerung von Schalttrioden kann zum Beispiel bei einer Anordnung ähnlich Fig. 3 vorgenommen werden. Die erforderlichen Abwandlungen sind in Fig. 4 angedeutet. Die Magnetverstärker erhalten eine Kennlinie nach Fig. 5. Dabei entsteht beim langsamen Umsteuern eine stromlose Pause, in der die Schalttriode 20 bzw. 21 von selbst sperrend wird. Beim schnellen Umsteuern kehrt die Motor-EMK den Strom in der vorher gezündeten Schalttriode um, wobei sie ebenfalls sperrt. Es ist also nur noch notwendig, sie zu zünden, sobald der andere Magnetverstärker Spannung abgibt, was durch die in Fig. 4 angedeutete Schaltverbindung über Kreuz erreichbar ist. Es kann auch noch ein Zwischenverstärker oder ein Impulstransformator mit Rechteckschleifenkern zwischengeschaltet werden.
  • Die spezielle Ausbildung der Magnetverstärker ist für die Erfindung uriwesentlich. Statt der dargestellten einsphasigen Brückenschaltung können auch die bekannten Dreiphasenschaltungen verwendet werden.

Claims (6)

  1. PATrNTANSPRÜCHE: 1. Gegentaktmagnetverstärker zur Speisung eines Verbrauchers mit Gleichstrom umkehrbarer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des jeweils sperrenden Teilverstärkers durch einen in Steuerabhängigkeit vom Magnetverstärker stehenden elektronischen Schalter, insbesondere einen Halbleiterschalter, z. B. einen Schalttransistor oder eine Schaltdiode, von der Last abgetrennt oder überbrückt wird.
  2. 2. Gegentaktmagnetverstärker nach Anspruch 1 mit Verbindungsleitungen zwischen Klemmen ungleicher Polarität der beiden Teilverstärkerausgänge, dadurch gekennzeichnet, daB in der einen Verbindungsleitung die Reihenschaltung zweier elektronischer Schalter angeordnet ist und daB der Verbraucher zwischen dem gemeinsamen Punkt beider Schalter und der anderen Verbindungsleitung angeschlossen ist.
  3. 3. Gegentaktmagnetverstärker nach Anspruch 1 mit Verbindungsleitungen zwischen Klemmen ungleicher Polarität der beiden Teilverstärkerausgänge, wobei eine der Verbindungsleitungen den Verbraucher enthält, dadurch gekennzeichnet, daB parallel zu den Teilverstärkerausgängen elektronische Schalter angeordnet sind.
  4. 4. Gegentaktmagnetverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Steuerspannung der elektronischen Schalter von NebenschluBwiderständen im Steuerkreis des Magnetverstärkers abgenommen ist und bereits bei kleiner Aussteuerung des Magnetverstärkers zur vollen Öffnung ausreicht.
  5. 5. Gegentaktmagnetverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB eine Verzögerung für die. Steuerung der elektronischen Schalter vorgesehen ist, die etwa der Ansprechzeit des Magnetverstärkers entspricht.
  6. 6. Gegentaktmagnetverstärker nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Transistoren verschiedenen Leitfähigkeitstyps.
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