DE1068761B - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Magnetverstärker mit zwei symmetrisch angeordneten, veränderlich sättigungsfähige Kerne enthaltenden Transformatoren.

Für Nachlaufregler oder geschlossene Regelweise, weiche besonders zur Steuerung der Lage, zur Fernanzeige u. dgl. benutzt werden, werden in vermehrtem Maße Magnetverstärker verwendet, da diese in vorteilhafter Weise die Verstärkerstufen der früher benutzten Elektronenröhren ganz oder teilweise ersetzen. Diese unterscheiden sich von den letzteren durch größere Robustheit, Langlebigkeit, Wirtschaftlichkeit und Stabilität.

Bei Magnetverstärkern werden Magnetverstärker mit Transformatoren und solche mit Drosselspulen unterschieden. Bei Drosselspulen-Magnetverstärkern sind grundsätzlich zwei Wicklungen vorhanden, von denen die eine eine kombinierte Erreger- und Ausgangswicklung ist, während die andere die Steuerwicklung darstellt. Durch das der Steuerwicklung zugeführte Gleichspannungssignal wird die Magnetisierung des Kernes geändert und damit auch der Blindwiderstand der anderen Wicklung, die dann als Ausgang einen veränderlichen Bruchteil der zugeführten Erregerspannung liefert.

Bei Transformator-Magnetverstärkern dagegen sind grundsätzlich auf den zwei Kernen drei Wicklungen angeordnet, nämlich eine Primär- oder Erregerwicklung, eine Sekundär- oder Ausgangswicklung und eine Steuerwicklung. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind so geschaltet, daß die in den zwei Sekundärwicklungen von den zugehörigen Primärwicklungen induzierten Spannungen sich normalerweise gegenseitig aufheben oder einen Ausgang Null liefern. Durch die Zufuhr eines Gleichspannungssignals zu den Steuerwicklungen wird die Magnetisierung der beiden Kerne in entgegengesetzter Richtung so geändert, daß an den Sekundärwicklungen eine DifFerenzspannung erzeugt wird.

Drosselspulen-Magnetverstärker weisen den beachtlichen Nachteil auf, daß die gesamte, nicht als Ausgang abgeführte Energie den Kern aufheizt. Dieser Nachteil ist bei Transformator-Magnetverstärkern nicht vorhanden, da diese praktisch in Differentialschaltung arbeiten. Aus dem letzteren Grunde wird der Transformator-Magnetverstärker auch im allgemeinen für empfindliche Steuerzwecke vorgezogen, während den einfacher aufgebauten Drosselspulen-Magnetverstärkern die Spannungsbegrenzung und ähnliche Zwecke als Aufgabengebiete vorbehalten bleiben.

Aus diesem Grunde werden bereits Magnetverstärker mit Transformatoren verwendet, und zwar auch solche, bei denen die Primär- und Sekundärwicklungen so angeschlossen sind, daß bei Zufuhr eines Eingangssignals zu den Steuerwicklungen der Trans-Magnetverstärker

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

!5 Beansprudite Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. März 1955

Fred Lewis Spencer jun., Westwood, N. J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

formatoren an den Sekundärwicklungen eine dem Eingangssignal entsprechende Spannungsdifferenz erzeugt wird, wobei auf den Transformatorenkernen Hilfswicklungen angeordnet sind, die über Gleichrichter Gleichspannungen erzeugen, mit denen als Rückkopplung die Sättigung der Transformatorenkerne verändert wird.

Die Erfindung sieht nun eine weitere \'"erbesserung derartiger Magnetverstärker dadurch vor, daß die jedem Transformatorenkern zugeführte Riickkopplungsspannung die algebraische Summe der in beiden Sekundärwicklungen und in einer der beiden Hilfswicklungen induzierten Spannungen ist.

Hieraus ergibt sich, daß für den Zeitabschnitt des Steuerkreises, wenn beide Steuersignale die gleiche Amplitude haben und der Magnetverstärkerauslaß tatsächlich Null ist, (was für den größten Prozentsatz des Steuerkreises der Fall ist) die Rückkopplung durch die aufgezeigten veränderlichen Mittel auch tatsächlich Null wird. Daher werden die Kerne durch niedrigen Strömungspegel betätigt, und alle Wicklungsimpedanzen einschließlich der Erregerwicklung bleiben hoch; daher bleibt der Erregerkraftbedarf der Vorrichtung während der Null- oder nahezu Nullauslaßbedingung niedrig. Eine übliche, nicht veränderliche Rückkopplung würde mehr als 50°/» der gesamten Rückkopplung für jeden Kern bei Null erfordern.

909 648/282

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Dieses hat sehr niedrige Erregerwicklungsimpedanz mit hohem Erregerenergiebedarf während der Zeit, in der der Nachlauf Null oder nahezu Null ist, zur Folge.

Für den Zeitabschnitt des Steuerkreises, in dem die Steuersignale in der Amplitude verschieden sind und der Magnetverstärkerauslaß größer als Null ist (bis zu und einschließlich der maximalen Leistung), erlaubt die veränderliche Rückkopplung eine Phasenverschiebung vor der Gleichrichtung. Diese Phasenverschiebung ist nicht mit einer einzigen Wicklung und einer einzigen Kernrückkopplung möglich. Diese Phasenverschiebung wird im Falle der positiven Rückkopplung durch phasengleiche Hinzufügung des Auslasses und dritte Spannungen über eine Gleichrichterbrücke erzielt (während die andere Gleichrichterbrücke gleichzeitig eine in der Phase verschobene Verminderung hat) und ergibt ein Anwachsen in den unmittelbaren Strom-Ampere-Wicklungen nur an dem Kern, der die größte Steuerspannung aufweist. Diese Phasenverschiebung vor der Gleichrichtung und Rückkopplung ist aber das Wesentliche der Erfindung, und ein Äquivalent ist mit nur einer Wicklungsrückkopplung nicht zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand des Schaltbildes näher erläutert.

Diese Nullaufregelvorrichtung besteht aus einem autosynchronen Signalsender 20, dessen Läufer 22 beispielsweise mittels eines Handknopfes 24' betätigt werden kann und der eine einfache Wicklung 23 trägt, die an der Klemme 60 einer Wechselstromquelle 33 angeschlossen ist. Der Ständer des Senders hat- drei Wicklungen 21 in Sternschaltung; jede dieser Wicklungen ist mit einer von drei anderen, ebenfalls in Sternschaltung befindlichen Wicklungen 25 des Ständers des Generators eines autosynchronen Empfängers 24 verbunden, welcher analog dem Vorhergehenden aus einem Läufer 26 mit einer einfachen Wicklung 35 besteht.

Gemäß der bekannten Arbeitsweise treten die in die drei Wicklungen 21 des Ständers des Senders induzierten Spannungen in den Wicklungen 25 des Ständers des Empfängers wieder auf, wobei die Verteilung der Spannungen der Stellung des Läufers 22 entspricht; sie errichten ein magnetisches Feld, dessen Richtung ebenfalls mit der Stellung des Läufers 22 korrespondiert. Sofern der Läufer des Empfängers 26 nicht seine elektrische Achse senkrecht zu diesem resultierenden Feld eingestellt hat, ist die Wicklung 35 der Sitz einer Wechselstromspannung mit einer der .Winkelgröße zwischen dieser Achse und dem Feld entsprechenden Phase und Amplitudenrichtung. Diese Spannung wird, verstärkt durch weiter unten beschriebene Mittel, auf die Hilfsphascnwicklung 31 eines Zweiphasenmotors 30 gegeben, dessen Wicklung mit der festen Phase 19 von den Klemmen 60 und 59 der Wechselstromklemme versorgt wird. Ein Kondensator 87 sorgt für die gewünschte Phasenverschiebung zwischen den beiden AVicklungen des Motors. Dieser Motor, der in eine derartige Drehung von einer derartigen Geschwindigkeit durch die Richtung und den Zustand der Phase und der Amplitude des auf seine Steuerwicklung einwirkenden Signals versetzt wird, treibt über ein zwischengeschaltetes Untersetzungsgetriebe 28 und über eine mechanische Verbindung 27 einerseits ein Gebrauchsorgan 34 an, welches hier durch den Zeiger eines Anzeigeinstrumentes wiedergegeben ist, und treibt andererseits den Rotor 26 des Empfängers 24 derart an, daß er in seine Nullstellung zurückgeführt wird, in welcher die Achse der Wicklung 26 senkrecht zu dem resultierenden Feld steht, 761

welches durch den Ständer 25 geschaffen worden ist; somit ist das Signal nun in seine Nullstellung zurückgeführt.

Das an den Klemmen der Wicklung 35 entstehende Signal wird zwischen der Kathode 39 und dem Gitter 38 einer elektronischen Vorverstärkerröhre 37 weitergeleitet, deren Anode 40 mit der Verbindung 41 der beiden Gitter 42 und 43 der beiden Röhren 44 und 45 eines Phasendiskriminators angeschlossen ist. Die Kathoden 46 und 48 dieser Röhre sind an Masse und an das Ende einer Sekundärwicklung 61 eines Transformators 55 gelegt, dessen Primärwicklung 56 mit der Stromquelle 33 verbunden ist. Die andere Klemme 54 dieser Sekundärwicklung ist über zwischengeschaltete Wicklungen 75, 80, die weiter unten erläutert werden, mit den Anoden 47 bzw. 49 der beiden Röhren verbunden. Zum Zwecke der Klarheit ist das Schaltbild etwas vereinfacht, die wirkliche Anordnung der beiden Anoden 47 und 49 ist dergestalt, daß sie in Gegenphase gespeist werden. Wird von dem Generator 24 kein Signal ausgesendet, so sind die beiden Röhren 44 und 45 keine oder, indem sie der angenommenen Polarisierung folgen, beide schwache und gleiche Leiter. Beim Vorhandensein eines Signals ändert sich die Leitfähigkeit der einen Röhre, während sich die der anderen nicht oder in entgegengesetztem Sinne ändert. So erhält man in der einen oder der anderen der beiden Anodenwicklungen 75 und 80 gemäß dem Phasenzustand des Eingangssignals einen überwiegenden Gleichstrom.

Die beiden Wicklungen 75 und 80, welche vorzugsweise mit den Kondensatoren 85 und 86 im Nebenschluß sind, bilden die Steuerwicklungen des erfindungsgemäßen Magnetverstärkers. Dieser wird durch zwei Transformatoren 72 und 73 gebildet, deren Kerne 70 und 71 so ausgebildet sein können, daß jeder beispielsweise durch einen rechtwinkligen Rahmen gebildet wird, in dem ein in der Mitte verlaufendes Querglied angebracht ist. Diese Art von Kernen wird manchmal auf Grund der Ausbildungsform als »Ei-Kern« bezeichnet. Jeder Kern trägt außer seiner Steuerwicklung 75 oder 80 eine Wirkungswicklung 76 oder 81, eine Primär- oder Erregungswicklung 77 oder 82, eine Sekundär- oder Ausgangswicklung 78 oder 83 und schließlich eine Hilfswicklung oder Tertiärwicklung 79 oder 84. In diesem Ausführungsbeispiel können die Steuerwicklung, sofern der Kern drei Arme hat und ein »EI-Kern« ist, und auch die AVirkungswicklungen alle beide von dem Zentralglied getragen werden. Die anderen drei Wicklungen, von denen jede in zwei Hälften geteilt sein kann, werden von den beiden äußeren Armen des betrachteten Kernes getragen. Diese Ausführung ist in dem Schaltbild nur vereinfacht, indem man die drei Wicklungen, die Primär-, Sekundär- und Hilfswicklung, in zwei AVicklungsteilen gezeichnet hat. Bei jeder Wicklung oder bei jedem AVicklungsteil bezeichnet 6" den Anfang und T⁷ das Ende derselben. Es können auch andere als in diesem Beispiel gezeigte Anordnungen getroffen werden. Benutzt man einen Kern, der dem »EI-Kern« entspricht, können die AVicklungen auch anders verteilt werden. Außerdem kann man an Stelle des »EI-Kernes« eineii Säulenkern oder einen solchen von anderen Formen benutzen.

Die Primärwicklungen 77 und 82 sind mit den .Klemmen der Erregerquelle 33 verbunden und in Serie geschaltet. Die Sekundärwicklungen 78 und 83 sind ebenfalls in Serie, jedoch im Gegensatz zu den Primärwicklungen entgegengesetzt geschaltet, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist, und sind an zwei Aus-

gangsklemmen 90 und 91 gelegt, zwischen denen die Hilfswicklung 79 induzierten Spannung verstärkt ist. Steuerwicklung 31 des Zweiphasenmotors 30 abge- Die ~ Gleichrichterbrücke 89 empfängt gleichermaßen zweigt wird. DieWirkungsweise der bis jetzt beschrie- an ihrer Eingangsseite eine Gesamtspannung, die benen Vorrichtung ist die folgende: gleich der resultierenden Spannung Null ist, die in Ist kein Eingangssignal vorhanden, so sind die bei- 5 den beiden Sekundärwicklungen induziert wird, Verden Kerne 70 und 71 gleichermaßen gesättigt, weil mehrt um die in der Hilfswicklung 84 induzierten die Gleichströme, welche durch die Steuerwicklungen Spannung. Die beiden Brücken liefern an ihren Aus-75 und 80 laufen, gleich Null oder einander gleich gangsseiten gleiche gleichgerichtete Spannungen, und sind. Unter diesen Bedingungen durchfließt der Er- diese Spannungen, welche an die Wirkspulen 81 regerstrom die Primärspulen 77 und 82 und induziert io bzw. 76 in der in der Figur gezeigten Richtung angein den Sekundärspulen 78 und 83 gleiche Spannungen, legt werden, bewirken in den beiden Kernen einen die aber im Hinblick auf die entgegengesetzte Schal- Sättigungsstrom, dessen Richtung beispielsweise durch tung dieser Sekundärspulen entgegengesetzte Phase den Pfeilsinn gezeigt wird. Mit anderen Worten, erhaben. Die an den Klemmen 90 und 91 der Steuer- höht sich der Sättigungsfluß, der durch die Steuerphase des Motors resultierende Spannung ist wie- 15 spule 75 und 80 erzeugt worden ist. Unter diesen Bederum Null. Ist nun beispielsweise ein Eingangssignal dingungen ist der Kennpunkt der beiden Kerne mit mit einer derartigen Phase vorhanden, daß die Steuer- gleichermaßen längs der Magnetisierungskurve verspule 75 von einem Gleichstrom durchlaufen wird, schoben, und das Gleichgewicht des Systems ist nicht welcher größer ist als derjenige, welcher durch die gestört.

Wicklung 80 fließt (die durch den Pfeil angezeigte 20 Bei Gegenwart eines Signals und unter der AnRichtung ist die des Elektronenstromes in der Röhre), nähme, daß das Eingangssignal wie in dem weiter erhebt sich der Kennpunkt des entsprechenden Kernes oben angegebenen Beispiel den Sättigungsstrom in der 70 über seine Magnetisierungkurve, während der Wicklung 75 verstärken und den Sättigungsstrom in Kennpunkt des Kernes 71 unverändert bleibt oder sich der Steuerwicklung 80 vermindern soll, verringern senkt. Verringert sich die in der Sekundärspule 78 in- 25 sich die in der Sekundärwicklung 78 und die in der duzierte. Spannung, so bleibt die in der Sekundärspule Hilfswicklung 79 induzierten Spannungen, so daß nun 83 induzierte Spannung unverändert oder wird größer. die in der Sekundärwicklung 83 und die in der HilfsEine resultierende Spannung mit einem gewissen wicklung 84 induzierten Spannungen verstärkt wer-Phasenzustand tritt zwischen den Klemmen 90 und 91 den. Demgemäß verringert sich die Gesamtspannung, auf, und der Motor dreht sich in entsprechendem 30 welche an der Eingangsseite der Brücke 88 auftritt, Sinn und sichert die gewünschte oben beschriebene um denjenigen Wert, um den die in der Hilfswick-Arbeitsweise. Die bei 90,91 herrschende Ausgangs- lung 79 induzierte Spannung vermindert worden ist, spannung wird mittels eines wechselnden Eingangs- während sich die Gesamtspannung an der Eingangssignales verstärkt, welches von der Spule 35 geliefert seite der Brücke 89 um denjenigen Wert erhöht, um wird und mit seinem Phasenzustand übereinstimmt. 35 den die in der Hilfswicklung 84 induzierte Spannung

In Ubereinstimmung mit der Erfindung nimmt man verstärkt ist. Als Folge davon verringert sich der von am Ausgang des Verstärkers eine Hilfswirkungsspan- der Wicklungspule 81 gebildete Sättigungsstrom, wähnung vorweg, wie sie im folgenden beschrieben wird. rend sich der von der Wicklungsspule 76 geschaffene

Zwei Zwei-Wege-Schaltungsbrücken-Gleichrichter verstärkt. Man sieht, daß die Veränderungen des 88 und 89 sind mit ihren Eingangsklemmen 94 . . . 96 40 Flusses in den beiden Kernen in dem gleichen Sinne bzw. 95 ... 97 mit der ersten (94 oder 95) der einen stattgefunden haben, wie sie durch das ursprüngliche (90) zweier Ausgangsklemmen des \⁷erstärkers über Eingangssignal hervorgerufen worden sind. Anders ein zwischengeschaltetes Potentiometer 92 oder 93, ausgedrückt, man erhält eine positive oder »regenera- und die zweite (96 oder 97) mit dem freien Ende einer tive« Rückführung, die den Verstärkungsgrad erhöht. Hilfswicklung 79 oder 84 verbunden. Die gemein- 45 Es ist offensichtlich, daß man außerdem die Schalsamen Enden dieser Hilfswicklungen sind mit der Hingen derart verändern kann, daß man beispielsweise anderen 91 der beiden Ausgangsklemmen des Verstär- die Wirkspule jedes Kernes von der durch die Hilfskers verbunden. wicklung desselben Kernes gespeisten Gleichrichter-

Die in den Hilfswicklungen 79 und 84 induzierten brücke aus und nicht mehr von derjenigen Brücke verSpannungen sind offensichtlich den Spannungen pro- 50 sorgt, welche durch die Hilfswicklung des anderen Kerportional, welche in den gewöhnlichen Sekundärwick- nes gespeist wird, ohne daß die Polaritäten der Anhingen 78 und 83 induziert sind. Schlüsse gewechselt werden. Man erhält so den Effekt

Die beiden gleichgerichteten Spannungen, die von einer negativen Rückführung, der sich in einer bes-

den Brücken 88 und 89 geliefert und bei den Klemmen seren Proportionalität zwischen den Eingangs- und

100, 101 und 98, 99 derselben entnommen werden, 55 Ausgangssignalen auswirkt.

werden den Wirkungsspulen 81 und 76 zugeführt. Die schon erwähnten Potentiometer 92 und 93 die-AIan kann sehen, daß die obere Brücke 88, deren Ver- nen dazu, den Grad der Wirkung zu modifizieren, insorgungskreis aus der Hilfsspule 79 des oberen Trans- dem die Spannung geregelt wird, welche an die Einformators 72 besteht, die Reaktionswickiung 81 des gangsseiten der Gleichrichterbrücken gelegt werden, unteren Transformators 73 versorgt, und umgekehrt. 60 Sie erlauben, gleicherweise den Gleichgewichtszustand Außerdem zeigen die Ausgangsklemmen der beiden des Systems zu justieren, um die unvermeidlichen UnGleichrichterbrücken immer die gleiche Polarität, bei- terschiede zwischen den beiden symmetrischen Teilen spielsweise die auf der Schaltskizze angegebene. zu korrigieren.

Man sieht, daß bei Abwesenheit eines Eingangs- Es muß bemerkt werden, daß der erhaltene Wirsignals die in den beiden Hilfswicklungen 79 und 84 65 kungseffekt in Übereinstimmung mit der Erfindung induzierten Spannungen gleich und gleichsinnig sind. eine Funktion der induzierten Spannungen ist; er ist Die Gleichrichterbrücke 88 erhält nun an ihrem Ein- somit also vielmehr eine Wirkung der Spannungen als gang eine Spannung, die der resultierenden Spannung eine Wirkung der Stromstärke. Daraus folgt, daß die gleich ist, welche in den beiden Sekundärwicklungen Wirkungsweise auch bei Abwesenheit einer Belastung 78 und 83 induziert ist und die nicht von der in der 70 oder bei offenem Stromkreis zufriedenstellend bleibt.

Claims (7)

1 Ubö Vbi Man kann verschiedene Änderungen an der gezeigten und beschriebenen Vorrichtung vornehmen, ohne daß man von dem Wesen der Erfindung abweicht. Besonders können die elektronischen Röhren, welche die Phasendiskriminatorstufe bilden, weggelassen werden, und die Umformung des WechseIspannungseingangssignals in eine Gleichspannung, welche an die Steuervvicklungen des Magnetverstärkers gelegt wird, könnte auch durch Gleichrichtungsmittel oder durch einen Transistor bewirkt werden. Die Vorverstärkerröhre 37 könnte entweder weggelassen oder durch einen Transistor ersetzt werden, so daß man eine Vorrichtung erhält, die gänzlich ohne elektronische Röhren arbeitet. 15 Patentansprüche:

1. Magnetverstärker mit zwei symmetrisch angeordneten, veränderlich sättigungsfähige Kerne enthaltenden Transformatoren, deren Primär- und Sekundärwicklungen derart angeschlossen sind, daß bei Zufuhr eines Eingangssignales zu den Steuerwicklungen der Transformatoren an den Sekundärwicklungen eine dem Eingangssignal entsprechende Spannungsdifferenz erzeugt wird, und bei dem auf den Transformatorenkernen Hilfswicklungen angeordnet sind, die über Gleichrichter Gleichspannungen erzeugen, mit denen als Rückkopplung die Sättigung der Transformatorenkerne verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Transformatorkern zugeführte Rückkopplungsspannung die algebraische Summe der in beiden Sekundärwicklungen (78, 83) und in einer der

beiden Hilfswicklungen (79, 84J induzierten Spannungen ist.

2. Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsspannung über zusätzliche (Rückkopplungs-) Wicklungen (76, 81) zugeführt wird.

3. Magnetverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als algebraische Summe der in den Sekundärwicklungen (78, 83) beider Kerne und in der Hilfswicklung (79, 84) des einen Kernes induzierten Spannungen gewonnene Rückkopplungsspannung dem anderen Kern zugeführt wird.

4. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer negativen Rückkopplung (Gegenkopplung). {

5. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer positiven Rückkopplung (Mitkopplung).

6. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rückkopplungspfade veränderliche Widerstände, beispielsweise Potentiometer (92,93), eingeschaltet sind, um die jedem Kern zugeführte Rückkopplungss'pannung einzuregeln.

7. Magnetverstärker nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter als Vollwellen-Gleichrichterbrücken ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung M 7042 VIIIa/21 a² (bekanntgemacht am 11. 6. 1952);
Siemens-Zeitschrift, April 1953, H. 2, S. 63.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 909 648/282 11.59