DE1065877B - Elektrische Schalteinrichtung zum wahlweisen Aus- und Einschalten einer Belastung mit einer Magnetverstärkeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungen von magnetischen Verstärkern und insbesondere auf solche Schaltungen, mit denen eine Schalterfunktion für die Speisung von elektrischen Verbrauchern, z. B. Elektromotor- und Generatorfeldern, elektromagnetischen Kupplungen, Bremsen und Spulen, und im allgemeinen für alle elektrischen Geräte ausgeübt werden kann, die durch Kontakte beeinflußt werden.

Schalter und Relais sind in steigendem Maß in Schaltkreisen von elektrischen Motoren verwendet worden; bei ständig verwickelter werdender Ausrüstung ergibt sich die Tendenz, Relais und Schalter mit vielen Kontakten zu verwenden, so daß ein Steuersystem erhalten wird, das für einen einzelnen Motor bereits eine beträchtliche Anzahl von Kontakten aufweist. Zum betriebssicheren Arbeiten der Schalterund Relaissysteme müssen diese Kontakte häufig kontrolliert werden. Außerdem kann sich durch die Abnutzung infolge der mechanischen Bewegung ein fehlerhafter Betrieb ergeben, und das Versagen eines einzelnen Kontaktes kann eine Betriebsstörung der gesteuerten Vorrichtung für eine beträchtliche Zeitdauer zur Folge haben, wenn keine Fachleute zur Stelle sind. Einige Maschinen erfordern sehr häufig wiederholte Arbeitsschritte, und die Laufgeschwindigkeit der Maschinen ist in einigen Fällen dadurch begrenzt, daß der Steuermechanismus bei höheren Geschwindigkeiten nicht mehr zuverlässig arbeitet.

Durch die Erfindung soll nun eine Anordnung geschaffen werden, bei der die obenerwähnten Nachteile der üblichen Schalter- und Relaissysteme durch die Verwendung von magnetischen Verstärkern als statische Schalter, welche ein Äquivalent einer Relaiswirkung geben, praktisch vermieden werden.

Die Grundeinheit des erfindungsgemäßen Schalters sieht eine an sich bekannte magnetische Verstärkeranordnung mit einem magnetischen Verstärker vor, der einen sättigbaren magnetischen Kern, eine mit einem Halbwellengleichrichter verbundene Ausgangswicklung zwecks Erregung des Kernes durch eine Wechselspannungsquelle mit abwechselnden Halbwellen und Sättigung desselben während dieser Halbwellen und eine Steuerwicklung aufweist, die ebenfalls über einen Halbwellengleichrichter mit Wechselspannung versorgt und mit einer Quelle einer Steuerwechselspannung verbunden ist, die in den dazwischenliegenden Halbwellen einen magnetischen Fluß .erzeugt, welcher die Magnetisierung des Kernes umkehrt; ferner enthält die Schaltung eigentliche Schaltermittel, die später einfach mit »Schalter« bezeichnet werden und in der einen Stellung der Erzeugung eines magnetischen Flusses durch die Steuerwicklung entgegenwirken, in der anderen Stellung aber die Erzeugung eines magnetischen Flusses durch Elektrische Schalteinrichtung

zum wahlweisen Aus- und

Einschalten einer Belastung

mit einer Magnetverstärkeranordnung

Anmelder:

Metropolitan-Vickers

Electrical Company Limited,

London

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

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 24. August 1956

James Sherlock, Sale, Cheshire,

Francis Thorpe, Longlevens, Gloucestershire,

und Fred Redfern, Manchester, Lancashire

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

die Steuerwicklung zulassen. Wie weiter unten ausführlich dargelegt wird, kann dieser Schalter statt mechanisch auch elektrisch ausgeführt sein, wobei lediglich zur Voraussetzung gemacht ist, daß ein Stromfluß in einem Stromkreis nach Wunsch zugelassen oder verhindert wird.

Es ist vorteilhaft, in einem solchen Schaltkreis für den Kern des magnetischen Verstärkers ein Material mit rechteckiger Hystereseschleife zu verwenden. Der Magnetfluß des Kernes wird dann am Ende jeder Halbperiode der Stromzufuhr in der Ausgangswicklung an dem äußersten Punkt des Knies der B-H-Kurve des Kernes gehalten. Wenn der Schalter so eingestellt ist, daß der Bildung des steuernden Magnetflusses entgegengewirkt wird, so ist der Kern bei Beginn der nächsten Halbperiode der Erregung der Ausgangswicklung fast sofort gesättigt, da er keinen weiteren Magnetfluß aufnehmen kann. Demgemäß fließt praktisch der volle Halbwellenstrom der Gleichrichtung in dem Ausgangskreis. Wenn der Schalter nun so eingestellt wird, daß der Aufbau des steuernden Magnetflusses zugelassen wird, so kehrt der steuernde Magnetfluß unmittelbar nach einer Halbwelle des Erregungsstromes in der Ausgangswicklung die Magnetisierung des Kernes um, so daß in der

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nächsten Halbperiode des Stromflusses in der Ausgangswicklung eine Absorption eines Spannungs-Zeit-Integrals in dem Kern möglich ist, wodurch der Ausgangsstrom im zeitlichen Mittel auf ein Minimum herabgesetzt wird, das sich dem Wert Null annähern kann. Der steuernde Magnetfluß hat, wenn eingeschaltet, eine sogenannte Rückstellwirkung auf den Magnetfluß in dem Kern, und daher wird eine Wicklung, die diesen Steuerfluß erzeugt, im folgenden als Rückstellwicklung bezeichnet.

Erfindungsgemäß kann der Schalter der Erzeugung des Steuerflusses durch Unterbrechen des Stromes im Erregerkreis der Rückstellwicklung entgegenwirken. In diesem Fall wird durch Einschalten in diesen letzteren Stromkreis eine Spannung eingeführt, die der S teuer spannung entgegenwirkt. Es kann aber auch durch Einschalten der Erregung einer weiteren Steuerwicklung ein Magnetfluß erzeugt werden, der demjenigen durch die Rückstell wicklung erzeugten entgegenwirkt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und der verschiedenen Ausführungsformen derselben wird nunmehr auf die Schaltungen Bezug genommen, die in den Begleitzeichnungen dargestellt sind. Von diesen zeigt

Fig. 1 eine einfache Schaltung zur Erzielung einer relaisartigen Wirkung, in der durch Schließen eines Schalters ein Verbraucher stromlos gemacht bzw. durch öffnen des Schalters mit Strom versorgt wird,

Figi 2 eine weitere Ausführungsform, in der eine umgekehrte Relaiswirkung im Vergleich mit derjenigen gemäß Fig. 1 erreicht wird, indem das Schließen eines Schalters die Versorgung eines Verbrauchers mit Strom und das öffnen des Schalters ein Stromloswerden desselben zur Folge hat;

• Fig. 3 und 4 zeigen Abweichungen von Fig. 2 insofern, als zu der Rückstellwicklung eine Rückkopplung hinzugefügt ist, durch welche eine Halte- oder Verriegelungsfunktion erzielt werden kann;

Fig. 5 geht von Fig. 1 aus und zeigt einen elektronischen Schalter mit Mitteln zur Verzögerung der auslösenden Spannung zu dem Zweck, eine verzögerte Schaltwirkung zu erzielen; schließlich zeigen

Fig. 6 und 7 nichtmechanische Schalteranordnungen, die für die in den Stromkreisen der Fig. 1 bis 4 gezeigten Schalter verwendet werden können.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltanordnung ist die Grundschaltung eines elektrischen Schalters. Sie umfaßt einen magnetischen Verstärker MA1 mit einer Haupt- oder Ausgangswicklung mw, die in Reihe mit einem Halbwellengleichrichter Rf 1 und einem Verbraucher L zwischen zwei Anschlußklemmen a-a liegt, an welche eine Betriebswechselspannung angeschlossen ist. Ferner enthält die Schaltung eine Rückstellwicklung cw, die in Reihe mit einem Schalter 6* 1 und einem weiteren Halbwellengleichrichter Rf 2 zwischen zwei anderen Klemmen b-b liegt, an welche eine Steuerwechselspannung angeschlossen ist. Die ( + )- und (—)-Zeichen an den Klemmen a-a und b-b zeigen die momentane Polrichtung der beiden an den Klemmen liegenden Wechselspannungen an. Die Gleichrichter RfI und Rf 2 sind in bezug auf die Phasenlage der Spannungen des Steuer- und Arbeitskreises und in .bezug auf den Wicklungssinn der Wicklungen mw ■und cw (der durch die Buchstaben j und f an den .Wicklungsenden angedeutet ist) so gepolt, daß bei ■geschlossenem Schalter Sl die Erregung der Rück-. Stellwicklung cw die gewünschte Rückstellwirkung auf

• den Magnetfluß in dem Kern C hervorruft; daher erscheint bei geschlossenem Schalter Sl über dem Verbraucher L eine sehr kleine Ausgangsspannung, die bei geeigneter Wahl der Schaltgrößen vernachlässigbar klein gemacht werden kann. Bei geöffneter Schalterstellung Sl, bei der die Steuerwicklung cw stromlos gemacht ist, nimmt der Verbraucher L die volle Ausgangsspannung in Form einer gleichgerichteten Halbwellenspannung auf, wie dies zuvor erläutert wurde.

In Fig. 1 und in den anderen Figuren ist der Kern

ίο des magnetischen Verstärkers, der aus einem Material mit rechteckiger Hystereseschleife bestehen soll, durch den querliegenden Stab C angedeutet.

Der magnetische Verstärker MA2 gemäß der Schaltung in Fig. 2 besitzt eine Hauptwicklung mw, die wie zuvor über einen Gleichrichter Rf 1 von einer Arbeitswechselspannung an den Klemmen a-a erregt wird. Er weist jedoch zwei Steuerwicklungen cwl und cw2 auf, die mit den zugehörigen Halbwellengleichrichtern Rf 2 und Rf 3 in Reihe geschaltet und mit einer an den Klemmen b-b liegenden Steuerwechselspannung gespeist werden; ferner ist ein Schalter ^2, hier in Form eines Druckknopfschalters, in Reihe mit der Steuerwicklung cw 2 gelegt. Der Gleichrichter RfI in Reihe mit der Hauptwicklung mw und der Gleichrichter Rf 2 in Reihe mit der Steuerwicklung cw 1 sind relativ zu der Phasenlage der Arbeits- und Steuerspannung so gepolt, daß der Strom in der einen Hälfte jeder Spannungsperiode in der Hauptwicklung mw und in der anderen HaIbperiode in der Steuerwicklung cyl fließt. Dies hat zur Folge, daß der durch Erregung der Hauptwicklung mw in einer Halbperiode induzierte Fluß bei den angegebenen Wicklungsrichtungen und bei geöffneter Schalterstellung ^2 in der folgenden Halbperiode durch die Erregung der Steuerwicklung cwl zurückgestellt wird, so daß letztere die Rückstellwicklung bildet. Die mit den beiden Steuerwicklungen cwl und cw 2 verbundenen Gleichrichter Rf 2 und Rf 3 sind so in bezug auf die Wicklungsrichtungen gepolt, daß bei gleichzeitiger Erregung der beiden Steuerwicklungen im wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Magnetisierungsfelder von ihnen erzeugt werden. Demgemäß wird die Wirkung der Rückstellwicklung czvl bei geschlossenem Schalter ^2 durch die andere' Steuerwicklung cw 2 aufgehoben, so daß die Hauptwicklung mw die volle Ausgangsspannung zu dem Verbraucher gelangen läßt.

In Motoranlaßschaltern und in anderen Systemen ist es oft erwünscht, die Wirkung eines Halterelais zu erzielen. Eine solche Wirkung wird mit einem üblichen Relais mit Haltekontakten erreicht, die bei stromführenden Relais geschlossen sind und so einen Haltekreis vervollständigen, der die Erregung des Relais auch noch aufrechterhält, wenn der eigentliche Erregerkreis etwa durch Loslassen eines den letzteren Kreis beeinflussenden Druckknopfschalters unterbrochen wird. Damit eine entsprechende Wirkung bei einem Schalterkreis gemäß der Erfindung erhalten werden kann, sind Mittel vorgesehen, welche auf die von dem magnetischen Verstärker abgegebene Ausgangsspannung ansprechen, wenn der Schalter so eingestellt ist, daß die Wirkung der Rückstellwicklung aufgehoben wird. Diese Mittel können so angewendet werden, daß die genannte Wirkung unabhängig von dem Schalter aufgehoben wird, z. B. indem man die genannte Spannung der verwendeten. Erregungsspannung der Rückstellwicklung entgegensetzt, um hierdurch den Zustand der Kernsättigung auch nach der Zurücklegung des Schalters in seine Normalstellung aufrechtzuerhalten. In jeder derartigen Schaltung

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muß natürlich Rücksicht auf die Phasenverschiebung von 180° zwischen dem Eingang und dem Ausgang eines magnetischen Verstärkers genommen werden.

Der Schalterkreis der Fig. 2 mit einem magnetischen Verstärker MA 2 mit zwei Steuerwicklungen cwl und cw2 kann in der Weise abgeändert werden, indem man eine von dem Ausgang des Verstärkers oder durch einen weiteren magnetischen Verstärker (unter einer weiteren Phasenverschiebung von 180°) oder durch irgendeine Art einer Verzögerungs- oder Gedächtnisschaltung abgeleitete Spannung der Steuerspannung an der Rückstellwicklung cw 1 entgegensetzt.

Schaltungen mit diesen alternativen Abweichungen sind in den Fig. 3 und 4 angegeben, in denen die bereits in Verbindung mit Fig. 2 erwähnten Elemente das gleiche Bezugszeichen wie zuvor tragen.

In der abgewandelten Schaltung der Fig. 3 liegt über dem Verbraucher L ein Spannungsteiler P1, von dem der Abschnitt p 1 zwischen dem Abgriff 11 und einem Ende desselben in einer Serienschaltung mit einer Steuerwicklung cw' eines zweiten magnetischen Verstärkers MA', einem Halbwellengleichrichter Rf 3, der so gepolt ist, daß er der Steuerwicklung cw' eine Rückstellwirkung gibt, und mit zwei Klemmen c-c zum Anlegen einer Steuerwechselspannung angeordnet ist. Zwischen zwei weiteren Klemmen d-d, an welchen eine Arbeitswechselspannung liegt, ist die Hauptwicklung mw' dieses zweiten magnetischen Verstärkers MA' in Reihe mit einem Halbwellengleichrichter Rf 4 und einem zweiten Spannungsteiler P 2 eingeschaltet, dessen Abschnitt/)2 zwischen dem Abgriff i2 und einem Ende desselben über die Leitungen x-x in Reihe mit der Rückstellwicklung cw I des magnetischen Verstärkers MA 2 geschaltet ist.

In der Schaltstellung »Aus« (die erhalten wird, wenn der Schalter S2 geöffnet ist und demgemäß die Verstärker MA 2 und MA' ungesättigt und der Verbraucher L stromlos ist) fließt der Rückstellstrom für den Kern C des Verstärkers MA 2 durch den Abschnitt p2 des Spannungsteilers P2 in Reihe mit dessen Rückstellwicklung cw 1, während der Rückstell-■ strom für den Kern C des magnetischen Verstärkers MA' durch den Abschnitt p\ des Potentialteilers Pl in Reihe mit dessen Rückstellwicklung cw' fließt. Beim Schließen des Schalters S2, der hier wiederum als Druckknopfschalter gezeigt ist, wird die andere Stcucrwicklung cw2 des Verstärkers MA2 mit Strom versorgt und tritt damit der Wirkung der Rückstellwicklung cw 1 entgegen. Daher kann die Ausgangswicklung mw des Verstärkers MA 2 den Kern C sättigen, und es wird die volle Spannung an den Verbraucher L und den Spannungsteiler P1 angelegt. Die dann über dem Abschnitt p 1 des Spannungsteilers P1 erscheinende Spannung wirkt der an die Klemmen c-c und an die Steuerwicklung cw' des magnetischen Verstärkers LA' angelegten Spannung entgegen, so daß dessen Kern C gesättigt ist und eine Spannung über dem zweiten Spannungsteiler P2 erzeugt wird. Der Bruchteil dieser letzteren Spannung erscheint über dem Abschnitt p2 des Spannungsteilers P2 und tritt über die Verbindungen x-x derjenigen Steuerspannung entgegen, die von den Klemmen b-b der Rückstellwicklung cw 1 des magnetischen Verstärkers MA2 zugeführt wird. Infolgedessen wird die Wicklung cwl praktisch stromlos gemacht, so daß die Sättigung des magnetischen Verstärkers MA 2 selbst bei geöffnetem Schalter S2 in der Folge aufrechterhalten wird. Damit ist eine echte Haltewirkung erzielt, welche die Speisung des Verbrauchers L dauernd aufrechterhält.

Die Anordnung der Fig. 4 benutzt einen Kondensatorkreis als Gedächtnis an Stelle eines zweiten magnetischen Verstärkers wie in Fig. 3. In Fig. 4 ist der Verbraucher L von einem Gleichrichter Rf 4 in Reihe mit einem Kondensator CP1 überbrückt. Die nach Einschaltung des Verbrauchers L über dem Kondensator CP1 ' erscheinende Spannung wird einem Spannungsteiler P 3 zugeführt, um hierdurch einen normalerweise leitenden elektronischen Schalter ES zu

ίο schließen, der in Reihe mit der Rückstellwicklung cwl des magnetischen Verstärkers MA 2 angeordnet ist. Wenn der Schalter S2 in dem Stromkreis der anderen Steuerwicklung cw 2 geschlossen wird, wobei der elektronische Schalter ES zuvor leitend war, so wird die Wirkung der Rückstellwicklung cw 1 wie beim vorigen Beispiel aufgehoben, der Kern C ist gesättigt, und der Verbraucher erhält die volle Spannung. Die hierdurch über dem Kondensator CP1 erscheinende Spannung unterbricht die Leitungsfähigkeit des elek-

ao ironischen Schalters ES und sperrt damit den Rückstellstrom, so daß der Sättigungszustand des Kernes C und die Spannungsversorgung des Verbrauchers L aufrechterhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der elektronische Schalter, wie gezeigt, durch einen Transistor T1 gebildet, dessen Emitter- und Kollektorelektroden in Reihe mit der Rückstellwicklung cw 1 und dessen Basiselektrode an den Abgriffspunkt 13 an dem Potentiometer P 3 geschaltet sind, so daß der über dieses Potentiometer von dem Kondensator CP1 entnommene Spannungsbruchteil zwischen Basis und Emitter des Transistors und in Reihe mit einer geeigneten Vorspannungsquelle an den Klemmen e-e liegt.

Die Haltestromkreise der Fig. 3 und 4 können durch Kurzschließen abgeschaltet werden, z. B. indem man mit einem weiteren Druckknopfschalter S3 den Gleichrichter Rf 1 in dem Stromkreis der Ausgangswicklung mw des magnetischen Verstärkers MA 2 kurzschließt. Dies ermöglicht eine Rückstellung in denjenigen Halbperioden, in denen zuvor durch den Gleichrichter Rf 1 kein Stromfluß durch die Ausgangswicklung zugelassen war, da jetzt auch in den anderen Halbwellen ein Strom in der Wicklung mw in umgekehrter Richtung fließen kann. In der Schaltung gemaß Fig. 3 wird also beim Zurückstellen des magnetischen Verstärkers MA' der normale Stromfluß in der Rückstellwicklung cw I des magnetischen Verstärkers MA 2 zugelassen, während in der Schaltung gemäß Fig. 4 der Kondensator CP entladen wird und der elektronische Schalter wieder Ström führt und damit einen Stromfluß durch die Rückstellwicklung cwl zuläßt; in beiden Fällen bleiben die Kerne ungesättigt und der Verbraucher L daher stromlos. Die Schaltung gemäß Fig. 3 mit zwei magnetischen Verstärkern MA2 und MA' führt die Abschaltung schneller aus als diejenige Schaltung, in der der Kondensator CP verwendet wird. Dies beruht auf der Zeitdauer, die zur Entladung des Kondensators CP und zur Freigabe des elektronischen Schalters ES benötigt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß die Gleichrichter RfI, Rf 2 und Rf 3, verglichen mit den entsprechenden Gleichrichtern in Fig. 2, entgegengesetzt gepolt sind; dies ist für die richtige Betriebsweise des Transistors Tl in der gezeigten Schaltung

erforderlich. - . ■

Eine weitere Schalteranordnung, die in einem¹ Motorsteuersystem verwendet werden kann, ermöglicht die Stromzuführung zu einem Verbraucher für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Schaltvorgang. Eine solche Zeitverzögerung kann bei der erfindungsgemäßen

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Schaltung vorgesehen werden, indem man für den Schalter in dem Stromkreis der Rückstellwicklung des magnetischen Verstärkers einen elektronischen Schalter mit einem Transistor oder einer anderen durch einen Impuls in den leitenden oder nichtleitenden Zustand zu bringenden elektronischen Vorrichtung vorsieht (der leitende oder nichtleitende Zustand entspricht dabei der geschlossenen oder geöffneten Schalterstellung). Der gewünschte Zeitverzug wird durch Verwendung eines Kondensators oder einer Kombination von Kondensatoren und Widerständen zwischen dem Punkt der Einführung der Zündspannung und dem Schalter erreicht. Beispielsweise kann die Schaltung gemäß Fig. 5 zur Erzielung einer kurzdauernden Ausgangsspannung nach dem Wegnehmen einer Zündspannung benutzt werden. Fig. 5 beruht auf einer Anordnung gemäß Fig. 1 und weist bei entsprechenden Schaltelementen ähnliche Bezugszeichen auf. In dieser Figur ist die Steuerwicklung cw eines magnetischen Verstärkers MA1 in Reihe mit einem Erregerkreis geschaltet, welcher zwei Klemmen b-b zum Anlegen einer Steuerwechselspannung, einen Gleichrichter Rf 2 in solcher Polung, daß bei einer Stromzufuhr durch die Steuerwicklung eine Rückstellwirkung erreicht wird, und einen elektronischen Schalter Sl' mit einem Transistor T 2 umfaßt, dessen Kollektor- und Emitterelektroden in den Serienkreis eingeschaltet sind. Wie zuvor liegt die Ausgangswicklung mw des magnetischen Verstärkers MA1 in Reihe mit einem Halbwellengleichrichter Rf 1 und einem Verbraucher L, denen über die Klemmen a-a eine Arbeitswechselspannung zugeführt wird. An den Klemmen g-g ist eine Gleichstromvorspannung zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors T2 angeschlossen; diese Elektroden sind außerdem mit den Abgriffen i4 und i5 der Potentiometer P 4 und P 5 verbunden, welche durch die Kondensatoren CP 2 und CP 3 überbrückt sind und in Reihe mit den zugehörigen Halbwellengleichrichtern RfS und Rf 6 über zwei Klemmen i-i liegen, welchen eine Schaltspannung zugeführt wird. Die Potentiometer P4 und P 5 sind so eingestellt, daß bei Auftreten einer Schaltspannung an den Klemmen >i zwischen ihren Abgriffspunkten i4 und i5 die Spannung Null auftritt. Der Transistor T2 ist so vorgespannt, daß er normalerweise voll leitfähig ist (entsprechend der geschlossenen Schalterstellung Sl in Fig. 1); dann wird der Kern C des magnetischen Verstärkers MA1 durch die Steuerwicklung cw zurückgestellt, und es wird an der Ausgangswicklung mw kein Strom erhalten. Die Zeitkonstanteii der beiden Potentiometer P 4 und P 5 in Verbindung mit ihren Kondensatoren CP 2 und CP 3 sind etwas verschieden gewählt, wobei diejenige des mit der Basiselektrode des Transistors T 2 zusammenhängenden Schaltgliedes Potentiometer P4 und Kondensator CP 2 etwas größer ist. Daher ruft das Wegnehmen der Auslösespannnung von den Klemmen i-i einen negativ gerichteten Impuls hervor, der an der Basis des Transistors erscheint und diesen für die Dauer des durch die Differenz der Zeitkonstanten bestimmten Impulses nichtleitend macht. Während des Impulses ist die Steuerwicklung cw stromlos und der Kern C des magnetischen Verstärkers MA1 im Sättigungszustand, so daß sich eine Stromversorgung des Verbrauchers ergibt.

Die bisher beschriebenen Schalteinrichtungen zeigen bei Verwendung von rein statischen Schaltervorrichtungen eine Relaiswirkung. Diese Schaltungen können daher in Steuersystemen benutzt werden, in denen die ständig wiederholte Betätigung ein normales Relais auf Grund mechanischer Abnutzung der bewegten Teile und auf Grund elektrischer Störungen durch wiederholtes öffnen und Schließen der Relaiskontaktc störanfällig machen würde. Die beschriebenen Relaisschaltungen haben gegenüber den bekannten Relaisanordnungen den weiteren Vorteil eines rascheren Ansprechens in der Größenordnung einer halben Periode der Arbeits- und Steuerspannungen, z. B. von einer Hundertstelsekunde bei einem Anschluß an das 50-Perioden-Netz.

In den Fällen, in denen bisher ein Schalter ohne nähere Kennzeichnung erwähnt wurde, kann an Stelle eines mechanischen ein elektronischer Schalter verwendet werden; es ist lediglich wie zuvor zur Voraussetzung gemacht, daß ein Stromfluß in einem Stromkreis nach Wunsch zugelassen oder verhindert werden kann. So ist es z. B. einleuchtend, daß ein Gleichrichter und ein Schalter in Serie durch eine gittergesteuerte Glühkathodenröhre ersetzt werden kann, da diese durch Anlegen einer hinreichend negativen Spannung an das Gitter »abgeschaltet« werden kann. Es wurde auch schon bemerkt, daß ein Schalter durch einen Transistor oder ein anderes elektronisches Gerät gebildet werden kann, welches zwischen einem leitenden und einem praktisch nichtleitenden Zustand durch Anlegen von geeigneten Steuerspannungen getastet wird. Insbesondere kann an Stelle eines mechanischen Schalters bei Sl in Fig. 1 oder bei 5"2 in den Fig. 2, 3 oder 4 oder möglicherweise zusätzlich zu einem solchen Schalter ein Transistor T3 entsprechend Fig. 6 verwendet werden, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen die Punkte C und D bzw. ähnlich bezeichnete Punkte in den Fig. 1 bis 4 eingeschaltet ist und dessen Basis- und Emitterelektroden mit Klemmen k-k verbunden sind, denen eine Schaltspannung zugeführt werden kann. Während der Transistor ' T 3 normalerweise durch eine positive Basisvorspannung an den Klemmen /-/ nichtleitend (Schalter offen) gehalten wird, erbringt die Zuführung einer negativen Schaltspannung an die Klemmen k-k eine Überwindung der Vorspannung, welche ein Leitendwerden des Transistors zur Folge hat (Schalter geschlossen). Um eine entsprechende Schaltung für einen Druckknopfschalter mit normalerweise geöffneter Schaltstellung zu erhalten, muß man der Schaltspannung die Form eines Impulses geben, der den Transistor vorübergehend leitend macht.

Wiederum könnte an Stelle eines mechanischen Schalters ein geeignet gepolter Gleichrichter verwendet werden, der, wenn die Schaltung »offen« sein soll, durch eine geeignete Gleichspannung oder gleichgerichtete Wechselspannung von Halbwellenform gesperrt wird. So kann in den Halteschaltungen der Fig. 3 und 4 der »Aus«-Druckknopf S 3 (oder ein anderer Schalter zum Kurzschließen des Gleichrichters RfI) ersetzt oder möglicherweise ergänzt werden durch eine Reihenschaltung eines Gleichrichters Rf 7 und eines Widerstandes R in Parallelschaltung zu dem Gleichrichter RfI zwischen den Punkten A und B

(s. Fig. 7); dieser zusätzliche Gleichrichter Rf 7 ist in bezug auf den Gleichrichter Rf 1 entgegengesetzt gepolt und normalerweise durch eine Gleichspannnung oder eine gleichgerichtete Halbwellenspannung gesperrt, welche an den Klemmen m-m über dem Widerstand R mit der gezeigten Polarität angelegt wird; das Abschalten kann dann durch Wegnehmen dieser Spannung bewirkt werden, so daß der Gleichrichter Rf 7 das Fließen des Rückstellstromes in dem Ausgangskreis in den entgegengesetzten Halbperioden zu denjenigen, bei denen der Gleichrichter Rf 1 leitend

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ist, zuläßt. Es wird darauf hingewiesen, daß die gleichgerichtete Ausgangsspannung von Halbwellenform, die am Ausgang eines magnetischen Schalterkreises erscheint, auch als Verriegelungsspannung zum Steuern der Schaltvorgänge eines oder mehrerer soleher Stromkreise dienen kann. Ferner kann dieselbe Schaltspannung einen oder mehrere magnetische Schaltverstärker gemäß der Erfindung steuern, und es 'können mehrere Schaltspannungen parallel zu irgendeinem derartigen System geführt werden, um eine Steuerung von verschiedenen Stellen aus zu ermöglichen. Mechanische Schalter können zwischen den Punkten C-D und A-B zusätzlich zu den Schaltvorrichtungen der Fig. 6 und 7 beibehalten werden, um die Möglichkeit zu einer direkten Schaltung der ,Stromkreise von Hand zu ermöglichen.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schalteinrichtung zum wahlweisen Aus- und Einschalten einer Belastung, ahnlieh einer Relaisbetätigung mit einer an sich bekannten Magnetverstärkeranordnung mit gesättigtem Kern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangswicklung des Kernes über einen Halbweg-.gleichrichter mit einer Arbeitswechselspannung in abwechselnden Halbperioden derselben erregt und dadurch der Kern während dieser Halbperioden gesättigt wird, daß eine Steuerwicklung zum Zurückstellen des Magnetflusses über einen Halbweggleichrichter mit einer Steuerwechselspannung verbunden ist, welche in den dazwischenliegenden Halbperioden der Arbeitsspannung einen die Magnetisierung umkehrenden Magnetfluß erzeugt, und daß ein Schalter vorgesehen ist, der die Ausbil-• dung des steuernden Magnetflusses in der einen Stellung freigibt, in der anderen Stellung aber verhindert.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter der Ausbildung des steuernden Flusses durch Verhindern des Stromflusses in dem Erregerstromkreis der Rück- :stellwicklung in seiner Arbeitsstellung entgegenwirkt.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ■gekennzeichnet, daß der Schalter der Ausbildung des steuernden Flusses durch Einschalten einer die Steuerspannung in dem Erregerstromkreis der Rückstellwicklung aufhebenden Spannung entgegenwirkt.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter der Ausbildung ■des steuernden Flusses durch die Rückstellwicklung dadurch entgegenwirkt, daß in seiner Arbeitsstellung die Erregung einer zweiten Steuerwicklung zur Erzeugung eines entgegengesetzten Flusses eingeschaltet wird.

5. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter eine elektronische Umschaltvorrichtung umfaßt, die durch eine Tastspannung zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand hin- und zurückgetastet werden kann.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungskreis zwischen dem elektronischen Schalter und den Klemmen für die Zuführung der Umschaltspannung vorgesehen ist.

7. Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erzielung der Zeitverzögerung aus zwei an den erwähnten Klemmen liegenden Verzögerungsschaltungen mit verschiedener Zeitkonstante besteht und daß jede Verzögerungsschaltung in Reihe mit einem HaIbwellengleichrichter eine Parallelschaltung von Kondensatoren und Widerständen aufweist, daß die Gleichrichter gleichsinnig gepolt sind und daß Verbindungen zu dem elektronischen Schalter an Punkten der Verzögerungsschaltung bestehen, zwischen denen bei Anlegen der Schaltspannung ein Schaltimpuls von der Dauer der Differenz der beiden Zeitkonstanten auftritt.

8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel, welche entsprechend einer von dem magnetischen Verstärker erzeugten Ausgangsspannung bei auf Aufhebung der Wirkung der Rückstellwicklung eingestelltem Schalter in der Weise ansprechen, daß die Aufhebung dieser Wirkung unabhängig von dem Schalter bleibt, so daß sich eine die Schaltwirkung »haltende« Funktion ergibt.

9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter magnetischer Verstärker mit sättigbarem Magnetkern vorgesehen ist, daß Mittel zum Übertragen einer entgegengesetzt zu der Steuerspannung der Rückstellwicklung wirksamen Spannung vom Ausgang des ersten magnetischen Verstärkers und weitere Mittel zum Übertragen einer der Steuerspannung für die Rückstellwicklung des ersten magnetischen Verstärkers entgegengesetzt wirksamen Spannung vom Ausgang des zweiten magnetischen Verstärkers vorgesehen sind.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen in Reihe mit der Rückstellwicklung des magnetischen Verstärkers gelegten elektronischen Schalter und Mittel zum Ableiten einer verzögerten Schaltspannung vom Ausgang des magnetischen Verstärkers, durch welche der elektronische Schalter während der halbperiodischen Rückstellzeiten der Steuerspannung praktisch nichtleitend wird, so daß die Rückstellung des Steuerflusses in diesen Halbperioden unterdrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Electronic Engineering, Mai 1954, S. 195, Fig. 5a.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen