DE1140976B - Schnellansprechender Magnetverstaerker - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

L 21003 Vina/21a²

ANMELDETAG: 29. J A N U A R 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 13. DEZEMBER 1962

Die Erfindung betrifft Magnetverstärker zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die Amplitudenänderungen in jeder Halbperiode eines Netzwechselstroms unter der Steuerung der Kennwerte eines Eingangssignals während einer solchen Halbperiode haben. Solche Magnetverstärker bestehen aus einem Paar sättigungsfähiger Magnetkerne und auf diesen angeordneten Wicklungen, die in elektrische Stromkreise mit einer Netzwechselstromquelle, einem Signaleingangskreis und einem Signalausgangskreis, der eine Belastung und eine Gleichrichtervorrichtung enthält, geschaltet sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Magnetverstärkers der obigen Art, dessen Ansprechvermögen beschleunigt ist und bei dem die Kaskadenschaltung mehrerer Stufen ohne eine Ansprechverzögerung einer Periodenanzahl möglich ist, die der Anzahl der hintereinandergeschalteten Stufen proportional ist.

Die Erfindung schafft einen Magnetverstärker mit umkehrbarem Arbeitszyklus, wobei die Dauer jedes Zyklus einer halben Periode des zugeführten Netzstromes entspricht. Der magnetische Verstärker enthält wenigstens ein Paar sättigungsfähige Kerne, periodisch betätigbare Vorrichtungen, um diese beiden Kerne abwechselnd zuerst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung zu sättigen, einschließlich Mitteln, welche diese Kerne gleichzeitig dem von einem Leitungs- oder Netzwechselstrom erzeugten Fluß aussetzen, Vorrichtungen, um eine zeitliche Trennung der Sättigungen dieser Kerne zu bewirken, einschließlich Mitteln, um wenigsten einen dieser Kerne dem von einem Zeichenstrom erzeugten Fluß auszusetzen, und Vorrichtungen, die synchron mit der Sättigung von wenigstens einem dieser Kerne bei jeder Sättigung dieses Kernes so arbeiten, daß die Abgabe von Ausgangsstrom von diesem Verstärker innerhalb der genannten Halbperiode des Netzstromes gesteuert wird.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung magnetischer Verstärker, die einen verbesserten Leistungswirkungsgrad gegenüber den bekannten Verstärkern schaffen und sogar bei beträchtlichen Änderungen der Leitungs- oder Netzspannung keinen übermäßigen Strom aus der Energiequelle entnehmen.

In bestimmten Gebieten der Technik ist ein schnelles und empfindliches Ansprechen auf elektrische Zeichen oder Signale erforderlich. Beispielsweise muß das Ansprechen einer selbsttätig zielenden Schußwaffe oder Kanone auf solche Zeichen sehr schnell und empfindlich sein, im besonderen, wenn das Ziel selbst sich auf einer schwer definierbaren Schnellansprechender Magnetverstärker

Anmelder:

General Precision, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin-Grunewald, Auguste-Viktoria-Str. 65

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. Februar und 24. Mai 1954
(Nr. 412 796 und Nr. 431 839)

Joseph A. Fingerett, Pacoima, Calif.,

und Frank A. Hill, Van Nuys, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Bahn bewegt. Es sind Servomechanismen entwickelt worden, um solche Arbeitsvorgänge auszuführen. Als ein Teil solcher Servomechanismen werden Mittel benutzt, um ein verhältnismäßig schwaches Ausgangszeichen zu versätrken, so daß ein verhältnismäßig starkes Zeichen verwendet werden kann, um die Arbeitsweise aufeinanderfolgender Teile der Anlage und schließlich das Geschütz selbst zu steuern.

Auf dem Gebiet der magnetischen Verstärker können die grundsätzlichen Merkmale solcher Vorrichtungen am besten im Zusammenhang mit der Hysteresisschleife beschrieben werden. Die Parameter und die Form dieser Schleife kennzeichnen das verwendete magnetische Material und die Gestalt des Kernaufbaues. Es ist üblich, die Ordinate oder senkrechte Achse als Koordinate für die Flußdichte (Gauß) und die Abszisse oder horizontale Achse als Koordinate für die magnetomotrische Kraft (Oersted) zu verwenden.

Mit Bezug auf die Ordinatenachse ist die in Gauß gemessene Flußdichte der Anzahl der Voltsekunden je Windung der Wicklung und Quadratzentimeter der Kernquerschnittfläche direkt proportional.

Wenn die Querschnittfläche des Kernes und die Windungszahl je Wicklung einmal festgelegt sind, kann der Ordinatenwert in Voltsekunden ausgedrückt

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werden. Auch wenn die effektive Lange des magne- periode werden die Kerne beim Fehlen eines Zeichens tischen Weges und die Windungen je Wicklung für im wesentlichen um gleiche Beträge in Richtung eine bestimmte Spule einmal festgelegt sind, kann der negativer Sättigung durch die Rückstellspannung zu-

Abszissenwert in Ampere dargestellt werden. rückgestellt. Mit Bezug auf eine Hysteresisschleife

Man erkennt somit, daß »Voltsekunden« das Zeit- 5 wird ein solches Rückstellen dadurch bewirkt, daß

integral der angelegten Wechselspannung ist, das Voltsekunden in die Kerne eingeführt werden, um

natürlich die Fläche unter der Spannungs-Zeit-Kurve ihre magnetischen Zustände zu ändern, so daß sie

ist. In gleicher Weise wird deutlich, daß das Ände- durch Punkte auf der Schleife zwischen positiver und

rungsverhältnis oder die Änderungsgeschwindigkeit negativer Sättigung dargestellt werden. Die Einfüh-

der Voltsekunden eine Spannung ist, die im folgenden io rung eines Zeichens während dieses Intervalls be-

als »Verhältnis« oder »Geschwindigkeit« bezeichnet schleunigt das Zurückstellen des einen Kernes und

wird. verzögert proportional das Zurückstellen des anderen

Mit Bezug auf die Hysteresisschleife wird positive Kernes. Während der darauffolgenden Leistungs-Sättigung dort erreicht, wo der obere Teil der Kurve periode rücken beide Kerne in Richtung des ursprüngwieder abfällt, und negative Sättigung tritt dort auf, 15 liehen oder positiven Sättigungszustandes mit wo sich die Kurve dem Niveau in dem unteren Teil gleichem Verhältnis vor. Als Ergebnis der unternähert. Der Kern zeigt bei Sättigung kein weiteres schiedlichen Rückstellung der Kerne erreicht der eine Ansteigen der Voltsekunden. Die einzige Wirkung notwendigerweise positive Sättigung vor dem anderen, des Versuches der Erhöhung der Voltsekunden über und in dem Zeitintervall zwischen einer solchen posidie Sättigung hinaus ist eine Vergrößerung des 20 tiven Sättigung des einen Kemes und einer solchen Stromes. Dies trifft auch für die Sättigung in der ent- positiven Sättigung des anderen Kernes wird Leistung gegengesetzten Polarität oder Richtung zu. In der an eine Belastung geliefert. Nach der Sättigung des oberen Hälfte der Hysteresisschleife wird das Niveau zweiten Kernes wird keine Leistung an die Belastung oder der Punkt des Maximums der Voltsekunden als abgegeben, und die Periode ist beendet, wenn die dar- »positive Sättigung« und in der unteren Hälfte der 25 auffolgende Rückstellperiode beginnt.
Schleife das Niveau oder der Punkt des Maximums Wenn eine größere Leistungsverstärkung erforderder Voltsekunden als »negative Sättigung« bezeichnet. Hch war, als mit einem einstufigen Verstärker dieser

Die Voltsekunden, die zur Änderung des magne- Rückstellbauart erreicht werden kann, mußte man

tischen Zustandes eines Kernes von positiver zu nega- Stufen in Kaskadenschaltung verwenden. In solchen

tiver Sättigung oder umgekehrt erforderlich sind, 30 Reihenrückstellverstärkern entspricht die Leistungs-

ändern sich natürlich gemäß der Querschnittsfläche periode der ersten Stufe der Rückstellperiode der

des Kernes und gemäß dem magnetischen Material, zweiten Stufe. In gleicher Weise trifft dies für zusätz-

aus dem er hergestellt ist, und können in zweck- liehe Stufen zu. Infolgedessen ergibt jede zusätzlich

mäßiger Weise als die Voltsekundenkapazität des verwendete Stufe eine zusätzliche Verzögerung von

Kernes bezeichnet werden. 35 einer halben Periode zwischen dem Eingang an dem

Kernmaterialien für magnetische Verstärker müssen Verstärker und dem daraus erhaltenen Ausgang,

mit dem Ziel ausgewählt werden, eine verhältnis- Der Magnetverstärker nach der Erfindung ist da-

mäßig scharfe Differenzierung zwischen der im unge- durch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der

sättigten und gesättigten Zustand dargebotenen Impe- zeitlichen Nacheilung zwischen den Eingangssignalen

danz zu erhalten und den zur Bewirkung der Sättigung 4° und den Ausgangssignalen auf ein Minimum auf den

erforderlichen Strom auf ein Minimum zu verringern. Kernen ein Paar an sich bekannte an die Netz-

Im allgemeinen sind Materialien mit rechteckigen wechselstromquelle angeschlossene Netzwicklungen

Hysteresisschleifen für diese Zwecke zufriedenstelelnd. vorgesehen sind, die eine derart bemessene Windungs-

Die bereits bekannten magnetischen Verstärker zahl aufweisen, daß beide Kerne während jeder Halbwaren im allgemeinen einem langsamen Ansprechen 45 periode des Netzwechselstromes wirksam gesättigt unterworfen, d. h., ein Zeitfehler mehrerer Perioden werden, sowie ein Paar Signalwicklungen, die mit der angelegten Wechselspannung tritt zwischen einem dem Signaleingangskreis und miteinander derart ver-Eingangszeichen und dem zugehörigen Ausgangs- bunden sind, daß sie dem Kernsättigungseffekt von zeichen auf. In dieser Weise wird eine brauchbare einer der Netzwicklungen entgegenwirken und den Verstärkung in magnetischen Verstärkern über einen 50 Kernsättigungseffekt der anderen Netzwicklung anSpeicher in einem sogenannten Integrationsverfahren sprechend auf das Eingangssignal unterstützen, und erzielt. Jedoch wird die Bandbreite zugunsten der ein Paar Ausgangswicklungen, die mit dem Signalerhöhten Verstärkung nachteilig beeinflußt. ausgangskreis und miteinander derart verbunden sind,

Spätere Entwicklungen führten zu einem magne- daß sie Stromfluß durch den Signalausgangskreis in tischen Verstärker, der in der Technik allgemein als 55 der einen (ersten) Richtung während eines Anfangsogenannter »Schnellansprech«- oder »Rückstell«- teiles jeder Halbperiode des Netzwechselstromes vor Verstärker bekannt ist. Die Arbeitsweise dieser Ver- der Sättigung des ersten der genannten Kerne und Stärkerbauart wird am besten mit Bezug auf zwei Stromfluß durch den Signalausgangskreis in der anPerioden beschrieben, da aufeinanderfolgende Halb- deren (zweiten) Richtung in jeder Halbperiode des perioden der Leitungs- oder Netzspannung mit ent- 6° Netzwechselstromes nach der Sättigung des ersten der gegengesetzter Polarität zwei Perioden definieren, die genannten Kerne bis zur Sättigung des anderen für seine Arbeitsweise kennzeichnend sind. Die eine Kemes zu erzeugen suchen, und die Gleichrichtervor-Periode ist die »RücksteM- oder Zeicheneingangs«- richtung den Stromfluß durch die Belastung nur in Periode, und die andere ist als die »Leistungsperiode« der letzten (zweiten) Richtung zuläßt,
bekannt. Am Ende der Leistungsperiode, die dem 65 In der USA.-Patentschrift 2 644 129 ist die VerBeginn der nächsten Rückstellperiode entspricht, sind wendung eines Widerstandes beschrieben, der in beide Kerne in derselben Richtung, z. B. positiv, Reihe mit einem Paar in Differentialanordnung gegesättigt. Während der darauffolgenden Rückstell- schalteten Steuerwicklungen liegt, um Aufhebung der

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in der Wicklung induzierten Spannungen zu bewirken. Einführung des Zeichens ist die Ursache einer solchen

Diese bekannte Anordnung ist eine gesteuerte Schal- zeitlichen Trennung und steuert somit die entstehende

tung zum Steuern der Sättigung von zwei Eisenkernen Ausgangsleistung.

und umfaßt keine Wicklungen, die einen Gleich- Als allgemeine Regel sucht die Zeichenspannung

richter und einen Belastungswiderstand in einem Aus- 5 Belastungsstrom herzustellen. Würde man dies je-

gangskreis für eine andere Funktion enthalten. Es doch zulassen, dann würde der Verstärker praktisch

erfolgt keine Energieübertragung in den Kernen aus keine Leistungsverstärkung haben. Die Erfindung

einer Halbperiode in die nächste Halbperiode. Auch stellt einen Weg hoher Impedanz zwischen dem

wird kein Ausgangsimpuls in derselben Halbperiode Zeicheneingang und der Belastung zur Leistungsüber-

wie der Eingangsimpuls erzeugt. io tragung während des Zeicheneingangsintervalls her,

In einer anderen bekannten Anordnung ist eine ohne den Zeicheneinfluß auf die zeitliche Trennung

Wechselstromquelle an die Belastungswicklungen an- der Zeiten der Kernsättigung zu beeinflussen. Wäh-

geschlossen, und die Belastung ist in Reihe mit der rend des Leistungsausgangsintervalls wird der Weg

Quelle geschaltet. Es werden dabei lediglich die Kern- hoher Impedanz zu einem Weg niedriger Impedanz

kennwerte durch einen Steuergleichstrom gesteuert, 15 zur Leistungsübertragung, wodurch Leistungsverstär-

wodurch die effektive Impedanz der Belastungswick- kung ermöglicht wird.

lungen beeinflußt wird, so daß der Strom durch die Da die gesamte Arbeitsporiode der Verstärker geBelastung gesteuert wird. An vorhandene Rückkopp- maß der Erfindung in einer Halbperiode der angelungswicklungen ist keine Belastung angeschlossen. legten Leistungsspannung erfolgt oder tatsächlich

In einer weiteren bekannten Anordnung mit ao innerhalb eines kleinen Teiles der Halbperiode, aus-

Ramey-Schaltung werden Speicherkennwerte erhalten, gehend von deren Beginn, ist es möglich, mehrere

die erfindungsgemäß vermieden werden sollen. In Verstärkerstufen hintereinanderzuschalten, wobei der

dieser bekannten Schaltung fließt in der ersten Halb- Ausgang jeder Stufe innerhalb des Zeichenintervalls

periode Strom von der Quelle durch die Spule und der folgenden Stufe auftritt, und zwar insgesamt in-

durch eine Diode. 25 nerhalb derselben Halbperiode. Infolgedessen erzeugt

In der nächsten Halbperiode fließt der Strom durch ein Zeicheneingang an der ersten Stufe während des eine andere Diode und durch die Wicklung. Dieser Anfangsteiles der Halbperiode einen Ausgang an der letztgenannte Strom kann sich von dem Strom in der letzten Stufe innerhalb derselben Halbperiode, wobei ersten Halbperiode infolge der Unterschiede der der Ausgang von Zeichen unabhängig ist, die vor der Widerstandswerte unterscheiden. Dies kann bewirken, 30 gegebenen Halbperiode eingeführt werden, daß der in dem Kern von dem Strom in der zweiten Die Arbeitsweise magnetischer Verstärker nach der Halbperiode erzeugte Fluß kleiner als der in der Erfindung kann als umkehrbar betrachtet werden, da ersten Halbperiode erzeugte Fluß ist. Infolgedessen eine vollständige Arbeitsperiode des Verstärkers bebildet der Kern in der Ramey-Schaltung einen wirkt werden kann, wenn die Kerne entweder von der Speicher, so daß er in einer nachfolgenden Halb- 35 positiven in die negative Sättigung oder von der negaperiode gesättigt wird. Da der Kern einen Speicher tiven in die positive Sättigung übergehen. Eine Peribildet, verstärkt er ein Eingangssignal nicht in der- ode des Verstärkerarbeitsvorganges ist beendet, wenn selben Halbperiode, in der das Eingangssignal einge- die Kerne von einem Sättigungszustand in den entführt wurde. gegengesetzten Sättigungszustand während einer HaIb-

Die Arbeitsweise des Magnetverstärkers nach der 40 periode der angelegten Netzspannung bewegt werden. Erfindung kann mit Bezug auf eine einzige Periode Eine weitere Verstärkerarbeitsperiode kann unmittelbeschrieben werden, da nicht mehr als eine einzige bar danach bendet werden, wenn die Kerne von dem Halbperiode der angelegten Netzspannung die Ge- entgegengesetzten Zustand in den ursprünglichen samtperiodencharakteristik seiner Arbeitsweise defi- Sättigungszustand zurückbewegt werden, was natürniert. Der Eingang und der daraus entstehende Aus- 45 lieh während der folgenden Halbperiode der Netzgang treten aufeinanderfolgend innerhalb dieser spannung erfolgt. Auch während der Halbperiode der selben Periode auf. Zwei zugeordnete Kerne gehen Netzspannung, welche die Kerne veranlaßt, von dem innerhalb derselben Periode von dem einen gesättigten einen in den anderen Sättigungszustand überzugehen, Zustand in den anderen gesättigten Zustand über erfolgt der Zeicheneingang vor der Sättigung des (z. B. von der positiven zu der negativen Sättigung). 50 einen Kernes, und die zeitliche Trennung der Kern-Während der nächstfolgenden Periode kehren diese Sättigung wird in der vorher erklärten Weise bewirkt, Kerne ihre Polarität um und gelangen in den wobei ein Leistungsausgleich ermöglicht wird, der auf ursprünglichen (positiven) Sättigungszustand. Das die Sättigung des ersten Kernes folgt und vor der Zeichen wird eingeführt, wenn beide Kerne von dem Sättigung des zweiten Kernes stattfindet. Da ein Weg einen gesättigten Zustand in den anderen gesättigten 55 hoher Impedanz zwischen dem Zeicheneingang und Zustand übergehen und vor der Sättigung eines dieser der Belastung hergestellt wird, um während des Kerne. Dies ist als das Zeicheneingangsintervall be- Zeicheneingangsintervalls Leistung zu übertragen, kannt. Beide Kerne schreiten in Richtung der Sätti- und da der Weg hoher Impedanz zu einem Weg gung im wesentlichen mit dem gleichen Verhältnis niedriger Impedanz zur Leistungsübertragung wähbeim Fehlen eines Zeichens fort. Jedoch vergrößert ⁵° rend des Leistungsausgangsintervalls wird, erkennt die Einfügung eines Zeichens während des Eingang- man, daß Zeichen beider Polaritäten oder »Wechselintervalls das Verhältnis, mit dem der eine Kern in strom«-Zeichen verstärkt werden können. Richtung der Sättigung fortschreitet, und vermindert Zusätzlich zu den vorstehenden Merkmalen weist das Verhältnis, mit dem der andere Kern in Rieh- der magnetische Verstärker auch Selbstregelungstung desselben Sättigungszustandes fortschreitet. Als 65 merkmale auf, die verhindern, daß die Leitungs-Ergebnis der zeitlichen Trennung der Kernsättigung oder Netzspannungsquelle überlastet wird, sogar auch wird Leistung an eine Belastung in dem Zeitintervall nicht bei beträchtlichen Amplituden- und Frequenzzwischen der Sättigung der Kerne abgegeben. Die änderungen der Netzspannung. Beispielsweise kann

sich die Netzspannung um einen so großen Wert wie 15 Volt oberhalb oder unterhalb eines Normalwertes von 115 Volt ohne eine Überlastung der Spannungsquelle ändern. Eine solche Beseitigung der Überlastung ist wichtig zur Verhinderung einer übermäßigen Erwärmung des Verstärkers und der Spannungsquelle sowie zur Erzielung der optimalen Arbeitsweise, d. h. vollständige Sättigung bestimmter Kerne innerhalb jeder Halbperiode und sehr nahe am Ende jeder Halbperiode der Netzspannung.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bildet ein erstes Paar sättigungsfähiger Kerne einen Hauptverstärker, und ein zweites Paar sättigungsfähiger Kerne bildet einen Schaltverstärker. Leitungs- oder

tungs- oder Netzspannung ausüben kann; die Schaffung eines magnetischen Verstärkers, der während jeder Halbperiode der angelegten Netzspannung arbeiten kann; die Schaffung eines magnetischen Ver-

5 stärkers, der Ausgänge bei höheren Spannungspegeln für eine bestimmte Netzspannung liefern kann, als bisher erzielt wurde; die Schaffung eines magnetischen Verstärkers, der eine größere Anzahl von Verstärkungsstufen mit einer Gesamtzeitverzögerung auf-

L₀ weisen kann, die weniger als eine Halbperiode der angelegten Netzspannung beträgt; die Schaffung eines mehrstufigen magnetischen Verstärkers bei dem jede Stufe ihren Eingang während der Ausgangsperiode der vorhergehenden Stufe erhält, wobei alle Betriebs-

Netzwicklungen sind auf die Kerne in dem Schalt- 15 vorgänge nacheinander innerhalb einer Halbperiode verstärker und in dem Hauptverstärker für die Ein- der angelegten Netzspannung erfolgen; die Schaffung führung der Netzspannung von einer Quelle ge- eines solchen mehrstufigen magnetischen Verstärkers, wickelt. Außer den Netzwicklungen auf den Kernen der eine erhöhte Verstärkung je Einheit der Zeitsind Eingangswicklungen auf den Kernen in dem verzögerung erzielt; die Schaffung eines magnetischen Hauptverstärker angeordnet und differential geschal- 20 Verstärkers zur Erzielung einer im wesentlichen optitet, um magnetische Flüsse entgegengesetzter Polarität malen Arbeitsweise sogar bei beträchtlichen Ampliin ihren Kernen zu erzeugen. Paare von differential tuden- und Frequenzänderungen einer Netzspannung geschalteten Ausgangswicklungen sind ebenfalls auf und zum Erzeugen eines gewünschten Ausgangsden Kernen in dem Hauptverstärker und in dem zeichens sogar bei solchen Änderungen der Netz-Schaltverstärker angeordnet. Ein Ausgangskreis mit 25 spannung; die Schaffung eines magnetischen VerGleichrichtern und einer Belastung ist an die Aus- stärkers der obigen Art mit Selbstregelungsmerkgangswicklungen des Haupt- und Schaltverstärkers malen, um zu verhindern, daß der Verstärker und angeschlossen. die Netzspannungsquelle überlastet und übermäßig Die Kerne eines jeden Paares sind den Wicklungen erwärmt wird, auch bei beträchtlichen Änderungen der auf den Kernen so zugeordnet, daß ein Kern des 30 Amplitude und Frequenz der Netzspannung; die Schaltverstärkers erst gesättigt ist, wenn eine Netz- Schaffung eines magnetischen Verstärkers der obigen spannung an den magnetischen Verstärker angelegt Art, bei dem die Selbstregelungsmerkmale so wirken, wird. Nachdem der Kern in dem Schaltverstärker daß auf jeden Fall ein Ausgangsimpuls in jeder Halbgesättigt ist, sättigen sich beide Kerne in dem Haupt- periode der Leitungsspannung unabhängig von beverstärker gleichzeitig, wenn kein Eingangszeichen an ₃₅ trächtlichen Änderungen der Netzspannungsamplitude die Eingangswicklungen des Hauptverstärkers gelangt, und in derselben Halbperiode erzeugt wird, in der das und die Kerne sättigen sich zu verschiedenen Zeiten Eingangszeichen eintrifft; die Schaffung eines magnebei der Einführung eines Eingangszeichens zu den tischen Verstärkers der obigen Art mit Vorrichtungen, Eingangswicklungen. Ein Ausgangszeichen wird an um die Verlustleistung in dem magnetischen Verder Belastung während der Zeit in jeder Halbperiode ₄₀ stärker und in dem Netz auf ein Minimum zu verder Netzspannung erzeugt, wenn einer der Kerne des mindern, im besonderen wenn kein Zeichen an den Hauptverstärkers gesättigt ist, und bis zu der Zeit, zu
der der andere Kern in dem Verstärker gesättigt ist.
Wie oben erwähnt wurde, werden einer der Kerne

in dem Schaltverstärker und wenigstens einer der 45 höhen, so daß ein Ausgangsimpuls mit optimaler Kerne in dem Hauptverstärker gegen das Ende jeder Amplitude mit dem Verstärker bei der Einführung Halbperiode gesättigt. Darauffolgend fließt in der eines Eingangszeichens erzeugt werden kann; die Halbperiode Strom durch die Ausgangswicklung auf Schaffung eines magnetischen Verstärkers der obigen dem ungesättigten Kern in dem Schaltverstärker. Art, der eine kleinste Anzahl Bauteile erfordert, um Dieser Strom hat eine solche Richtung, daß eine 50 die obenerwähnten Vorteile zu erreichen; die Schaf-Sättigung des Kernes verhindert wird. Da der Kern fung eines magnetischen Verstärkers der obigen Art, ungesättigt bleibt, bietet er der Netzspannung eine bei dem Einstellungen in der Amplitude des Aushohe Impedanz und begrenzt den von der Netzspan- gangszeichens und in der relativen Zeit während jeder nungsquelle durch die Netzwicklungen fließenden Halbperiode vorgenommen werden können, in der Strom. Auf diese Weise kann die Netzspannungs- 55 das Ausgangszeichen erzeugt wird, und die Schaffung quelle sogar bei beträchtlichen Amplituden- und eines Verfahrens zum Regulieren der Arbeitsweise Frequenzänderungen der Netzspannung nicht über- eines magnetischen Verstärkers, um zu verhindern, lastet werden, so daß die Spannungsquelle und der daß eine Netzspannungsquelle und der Verstärker Verstärker keine übermäßige Erwärmung erfahren überlastet und übermäßig erwärmt werden, sogar können. Somit üben die beiden Kerne in dem Schalt- 60 auch nicht bei beträchtlichen Änderungen der Ampliverstärker nicht nur eine Schaltfunktion, sondern tude und Frequenz der Netzspannung. Andere und auch eine Regulierfunktion aus, indem sie verhindern, weitere Aufgaben der Erfindung sind für die Fachdaß die Netzspannungsquelle überlastet wird, leute zweifellos aus der folgenden ausführlichen Be-Unter Berücksichtigung der vorstehenden Aus- Schreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung führungen hat die Erfindung folgende Aufgaben: Die 65 erkennbar. Es zeigt

Schaffung eines magnetischen Verstärkers, der eine Fig. 1 ein Schaltbild eines magnetischen Verstärkers

gesamte Periode der Verstärkerarbeitsweise innerhalb in Halbwellen- oder Einwegbauart, der gemäß den

des Intervalls einer Halbperiode der angelegten Lei- Grundsätzen der Erfindung arbeitet,

Verstärker zwecks Verstärkung angelegt wird; die
Schaffung eines magnetischen Verstärkers der obigen
Art, um den Wirkungsgrad des Verstärkers zu er-

Fig. 2 eine bildliche Darstellung geeigneter sättigungsfähiger Kernanordnungen mit zugeordneten Wicklungen gemäß dem Schaltbild der Fig. I₃

Fig. 3 eine typische Hysteresisschleife für einen der beiden Kerne in Fig. 1 oder 2,

Fig. 4 ein abgeändertes Schaltbild eines magnetischen Verstärkers in Halbwellen- oder Einwegbauart, der nach Art eines Spartransformators arbeitet,

Fig. 5 ein Schaltbild eines magnetischen Verstärkers in Brückenbauart, der in gleicher Weise wie der Verstärker nach Fig. 4 arbeitet,

Fig. 6 ein Schaltbild eines magnetischen Verstärkers in Ganzwellen- oder Vollwegbauart, der ebenfalls gemäß den Grundsätzen der Erfindung arbeitet,

Fig. 7 a eine typische Wellenform für die angelegte Leitungs- oder Netzspannung,

Fig. 7 b eine Darstellung einer Signal- oder Zeichenspannungswellenform,

Fig. 7 c eine Spannungswellenform bei relativem Sättigungszustand des einenn Kernes eines gegebenen Paares mit Bezug auf die Zeichen- und Netzspannung,

Fig. 7d eine Spannungswellenform des relativen Sättigungszustandes des anderen Kernes dieses Paares mit Bezug auf die Zeichen- und Netzspannung,

Fig. 7e eine Spannungswellemform des Ausgangs auf eine Belastung mit Bezug auf die Netz- und Zeichenspannung,

Fig. 8 ein Schaltbild eines magnetischen Verstärkers in Ganzwellen- oder Vollwegbrückenbauart, der gemäß den Grundsätzen der Erfindung arbeitet,

Fig. 9 einen dreistufigen magnetischen Verstärker, dessen Stufen in Ganzwellen- oder Vollwegbauart geschaltet sind und der als Regelverstärker in einer Hilfsschleife dargestellt ist,

Fig. 10 ein Schaltbild einer besonderen Ausführungsform der Erfindung mit Beschriftungen, welche die Schaltungsparameter der besonderen offenbarten Ausführungsform bezeichnen,

Fig. 11 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines magnetischen Verstärkers,

Fig. 12A bis 12C die Darstellung von Kurven der Spannungswellenformen in dem in Fig. 11 dargestellten Verstärker, wenn eine verhältnismäßig hohe Netzspannung und keine Zeichenspannung an dem Verstärker liegt,

Fig. 13 A bis 13 C die Darstellung von Kurven der Spannungswellenformen in dem Verstärker bei der Zuführung einer verhältnismäßig niedrigen Netzspannung und keiner Zeichenspannung,

Fig. 14 A bis 14 D die Darstellung von Kurven der Spannnungswellenform in dem Verstärker, wenn eine verhältnismäßig hohe Netzspannung und eine verhältnismäßig große Zeichenspannung an den Verstärker gelangen,

Fig. 15 A bis 15 D Darstellungen von Kurven von Spannungswellenformen in dem Verstärker, wenn eine verhältnismäßig niedrige Netzspannung und eine verhältnismäßig hohe Zeichenspannung an den Verstärker angelegt werden, und

Fig. 16 eine Hysteresisschleife für einen in typischer Weise gewickelten Kern, wie er in dem magnetischen Verstärker nach Fig. 11 benutzt wird.

Die grundsätzliche Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist am leichtesten aus dem vereinfachten Schaltbild der Fig. 1 verständlich. Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird zuerst im Zusammenhang mit ihrer Anwendung als magnetischer Verstärker für Wechselströme und danach als magnetischer Gleichstromverstärker beschrieben. Ein erster sättigungsfähiger Kern 11 ist in Fig. 1 als elektrisches Schaltbildzeichen dargestellt, wobei eine geeignete Ausbildungsform das in Fig. 2 gezeigte Toroid 11 ist. Die Kernform ist natürlich nicht auf die veranschaulichte Toroidgestalt beschränkt. Jedoch ist das Toroid eine zweckmäßige Bauform, die einen magnetischen Weg herstellt, um eine gegenseitige Kopplung zwischen einer größeren Anzahl von aufgebrachten

ίο Wicklungen hervorzurufen.

Ein zweiter Kern 13, dessen magnetische Kennlinie dem ersten Kern im allgemeinen entspricht, ist in Fig. 2 ebenfalls in Form eines Toroids dargestellt. Eine Leitungs- oder Netzwicklung 15 ist auf den ersten Kern 11 gewickelt, und eine weitere Netzwicklung 17 befindet sich auf dem zweiten Kern 13, wobei die Netzwicklungen über eine Verbindungsleitung 19 in Reihe geschaltet sind. Obgleich die Netzwicklungen 15 und 17 als getrennte Wicklungen dargestellt sind, ergibt sich aus dem folgenden, daß diese beiden hintereinandergeschalteten Wicklungen in ihrer Wirkung einer einzigen Wicklung gleichwertig sind, deren Windungen auf beide Kerne 11 und 13 gewickelt sind. Ein Paar Zuführungsleitungen 20, 21 verläuft von den Wicklungen 15 bzw. 17 zu den Netzeingangsklemmen 23 bzw. 25, wobei Spannungsaufnahmemittel in Form des Widerstandes 28 in die Leitung 20 geschaltet sind. Signal- oder Zeichenwicklungen 27 und 29 sind auf den Kernen 11 bzw. 13 aufgewickelt und in Differentialschaltung, d. h. in gegensinniger Reihenschaltung, angeordnet. Ein Paar Zuführungsleitungen 31, 33 verläuft von den Wicklungen 27 bzw. 29 zu Zeicheneingangsklemmen 35 bzw. 37. Eine als Widerstand 39 dargestellte Schutzimpedanz ist in die Leitung 33 geschaltet, um den Strom durch den Zeichenkreis zu begrenzen, im besonderen, nachdem einer oder beide Kerne gesättigt sind. Obgleich die Widerstände 28 und 39 als getrennte Bauteile dargestellt sind, können sie den ohmschen Widerstand von Wicklungen darstellen, mit denen sie in Reihe geschaltet sind.

Ein Paar Ausgangswicklungen 43, 45 ist in Differentialschaltung, d. h. in gegensinniger Reihenschaltung, mit Bezug auf den darin induzierten Strom angeordnet, der durch Netzstrom bedingt ist. Die Ausgangswicklungen 43, 45 sind auf den Kernen 11 bzw. 13 nach Art der Zeichenwicklungen 27 und 29 angeordnet, wobei die Ausgangswicklungen Enden oder Klemmen 47 bzw. 49 haben.

Die bildliche Darstellung der Fig. 2 zeigt die Wickelrichtung jeder Wicklung auf den Kernen 11 und 13 mit Bezug auf die anderen darauf befindlichen Wicklungen. Praktisch überdecken sich die Wicklungen, und jede Wicklung kann über den gesamten Toroidumfang verlaufen. Jedoch sind die Wicklungen zur Verdeutlichung der Darstellung in geringem Abstand voneinander am Toroidumkreis angeordnet dargestellt.
Eine Belastung für den magnetischen Verstärker nach Fig. 1 bildet den Widerstand 51, der zwischen die Verstärkerausgangsklemmen 53 und 55 geschaltet ist. Eine Zuführungsleitung 57 verbindet die der Ausgangswicklung 45 zugeordnete Ausgangsklemme 49 mit der Verstärkerausgangsklemme 55, und eine weitere Zuführungsleitung 59 verläuft von der Verstärkerausgangsklemme 53 an einen Schalter in Form eines Gleichrichters 61 und von dort zu der Ausgangsklemme 47 der anderen Ausgangswicklung 43.

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Eine geeignete Leitungs- oder Netzspannung ist in daß der Strom durch die Zeichenwicklung 27 eine Fig. 7 a als Wechselstromwelle 71 dargestellt, die Wirkung auf den Kern 11 ausübt, welche die Wirsymmetrisch zu der Achse 73 verläuft, obgleich ein kung unterstützt, die von dem durch die Netzwicksolcher symmetrischer Verlauf zu der Achse für die lung 15 fließenden Strom erzeugt wird, während die Erfindung unwesentlich ist. Die horizontale Achse 73 5 Wirkung, die auf dem Kern 13 von dem durch die dient als Zeitmaßstab und die senkrechte Achse als Zeichenwicklung 29 fließenden Strom hervorgerufen Spannungsmaßstab, so daß der Punkt 75 auf der wird, der Wirkung entgegensteht, die von dem durch Achse 73 das Ende einer Halbperiode der Netzspan- die Netzwicklung 17 fließenden Netzstrom erzeugt nung vom Punkt 77 aus gemessen dargestellt und der wird.

Punkt 79 das Ende einer Periode der Netzspannung io Der Punkt 111 auf der Ordinatenachse 113 der anzeigt. Mit Bezug auf die Wechselstromwelle 71 Hysteresisschleife nach Fig. 3 stellt die größte Anliegt die Arbeitsperiode bei dem bekannten vorher zahl der Voltsekunden in der oberen oder positiven erörterten Rückstellverstärker in dem Zeitintervall Richtung für die Hysteresisschleife dar und ist ein zwischen den Punkten 77 und 79, wogegen in den Ordinatenmaß der positiven Sättigung. Der Punkt hier offenbarten überschnellarbeitenden Verstärkern 15 115 auf der Ordinatenachse 113 in der negativen Richdie gesamte Arbeitsperiode innerhalb einer Halb- tung zeigt die maximale Zahl der Voltsekunden auf periode oder einem kürzeren Zeitraum der Wechsel- der Hysteresisschleife an, welche die negative Sättistromwelle 71 bewirkt wird, d. h. zumindest zwischen gung darstellt, wobei die Hysteresisschleife als eine den Punkten 77 und 75. In dem magnetischen Ver- typische Schleife für jeden der Kerne 11 und 13 bestärker nach Fig. 1 mit überschneller Arbeitsweise, 20 trachtet wird. Wie bereits festgesetzt wurde, werden der im folgenden als Verstärker in Halbwellen- oder beide Kerne von der positiven zur negativen Sätti-Einwegbauart bezeichnet wird, ist die Arbeitsweise gung oder umgekehrt während jeder Halbperiode der so eingerichtet, daß ein Ausgang während der Inter- Arbeitsspannung 71 gebracht. Da ein willkürlicher valle zwischen den Punkten 77 und 75 und auch Punkt (in Fig. 7 a der Punkt 79) als Ausgangspunkt zwischen den Punkten 79 und 81 entsteht, wenn ein 25 angenommen wurde, um die Beschreibung der Ar-Wechselstromzeichen einer Phase mit Bezug auf die beitsweise zu ermöglichen, wird dieser Punkt als Netzspannung zwischen den Klemmen 35 und 37 an- übereinstimmend mit dem Punkt 111 auf der Hystegelegt wird. Ein Wechselstromzeichen entgegen- resisschleife der Fig. 3 angenommen. Während des gesetzter Phase ermöglicht einen Ausgang während Intervalls zwischen dem Punkt 75 und dem Punkt 79 der Intervalle 75 bis 79 und 81 bis 82. Deshalb er- 30 auf der Wechselstromwelle 71 der Fig. 7 a wurden die folgt die Halbwellenbezeichnung im Hinblick auf Kerne 11 und 13 von einem Zustand negativer Sätti-Wechselstromzeichen. Wenn jedoch ein Gleichstrom- gung, der durch den Ordinatenpunkt 115 in Fig. 3 zeichen zwischen die Eingangsklemmen 35 und 37 gekennzeichnet ist, zu einem Zustand positiver Sättigelegt wird, kann ein Ausgang während jedes der gung entsprechend dem Punkt 111 gebracht. Intervalle 77 und 75, 75 bis 79 und 79 bis 81 usw. 35 Da die Netzspannung, die durch die Welle 71 in abgeleitet werden. Fig. 7 a bezeichnet ist, von dem Punkt 79 zu dem

Die Arbeitsweise des Verstärkers nach Fig. 1 wird Punkt 81 verläuft, folgen die Kerne 11 und 13 der im Zusammenhang mit seiner Anwendung als Wech- Hysteresisschleife von einem durch den Punkt 111 selstromleistungsverstärker der Halbwellen- oder gekennzeichneten Ordinatenwert nach unten gemäß Einwegbauart erklärt, wobei das Wechselstrom- 40 dem linken Pfeil in Richtung negativer Sättigung, die zeichen (Zeichen mit wechselnder Polarität) zwischen mit dem Ordinatenpunkt 115 bezeichnet ist. Eine die Zeichenklemmen 35 und 37 und eine Netz- wachsende Anzahl Voltsekunden wird von den Netzwechselspannung, wie beispielsweise die in Fig. 7 a wicklungen 15 und 17 in die Kerne 11 und 13 überbei 71 dargestellte Spannung, zwischen die Verstär- tragen, da sich die Fläche unter der Wechselstromkereingangsklemmen 23 und 25 angelegt wird. Unter 45 welle 71 mit der Zeit während der zwischen den der Annahme, daß die Wechselstromwelle 71 die Punkten 79 und 81 gemessenen Halbperiode ver-Halbperiode zwischen den Punkten 79 und 81 größert.

(Fig. 7 a) durchläuft und daß diese Polarität durch Beim Fehlen einer Zeichenspannung an den Klemein positives Vorzeichen an der Klemme 23 und ein men 35 und 37 sättigen sich die Kerne 11 und 13 negatives Vorzeichen an der Klemme 25 bezeichnet 50 zu der gleichen Zeit, wie auf der linken Seite der ist, ist die Stromrichtung durch die Netzwicklungen Fig. 7 c und 7 d angegeben ist, welche die Form der 15 und 17 durch die Pfeile 91 und 93 dargestellt. Spannung an der Netzwicklung 15 (E₁₅) bzw. der Wenn ein Zeichen, beispielsweise die Welle 95 in Spannung an der Netzwicklung 17 (E₁₇) zeigen. Der Fig. 7 b, zwischen die Zeicheneingangsklemmen 35 Spannungsanstieg in der Wicklung 15 ist bei 121 und und 37 angelegt wird, so daß die Zeichenwelle das 55 der Spannungsanstieg in der Wicklung 17 bei 123 in Intervall zwischen den Punkten 97 und 99 durchläuft, Fig. 7 c bzw. 7d bezeichnet. Die Zeichenspannung ist die Klemme 37 mit einem positiven Vorzeichen (E_s) während dieses Zeitintervalls ist Null, wie in und die Klemme 35 mit einem negativen Vorzeichen Fig. 7b dargestellt ist. Die Kerne sind gewöhnlich bezeichnet, wobei die Stromnchtung durch die im wesentlichen gleichmäßig ausgebildet, und die Zeichenwicklungen 27 und 29 durch die Pfeile 60 Windungen sind im allgemeinen gleich, so daß sich 101 und 103 dargestellt wird, die nach entgegen- die Spannung praktisch gleichmäßig über die Wickgesetzten Richtungen weisen. Die Stromrichtung lungen 15 und 17 verteilt und gleiche Anzahlen dient hierbei als Grundlage für die Festsetzung, daß Voltsekunden an jeden Kern 11 und 13 angelegt die Zeichenwicklungen 27 und 29 in Differential- werden. Die Netzwicklungsspannungswellen 121 und schaltung oder gegensinniger Reihenschaltung an- 65 123 folgen der Form der angelegten Netzspannungsgeordnet sind, wobei die in den Zeichenwicklungen welle 71, bis Sättigung auftritt. Zu diesem Zeitpunkt fließenden Ströme entgegengesetzte Wirkungen auf fällt die Impedanz der Wicklungen 15 und 17 ab, so die Kerne 11 und 13 haben. Jedoch wird bemerkt, daß die Wicklungsspannungen sich angenähert auf

Null vermindern und der Achse 125 bzw. 127 der Wellenformdiagramme der Fig. 7 c und 7d folgen, wobei die Netzspannung während dieses Intervalls an dem Widerstand 28 aufgenommen wird. Auch beim Fehlen einer Zeichenspannung an den Klemmen 35 und 37 gelangen die Kerne (von dem Ordinatenpunkt 111 zu dem Ordinatenpunkt 115) mit im wesentlichen dem gleichen Verhältnis zur Sättigung, wie sich aus einem Vergleich der Fig. 7 c und 7d ergibt.

Die übliche oben erläuterte Lage ist durch die Be- io den: dingung des Ausgangs Null für den Eingang Null gegeben. Falls ein Ausgang gewünscht wird, wenn

größert worden ist, während sich der Kern 13 nach rechts und nach unten mit einer verminderten Geschwindigkeit bewegt. Falls den Zeichenwicklungen genügend Strom zugeführt wird, ist es in der Tat möglich, die Bewegungsrichtung des Kernes 13 längs der Schleife umzukehren. Dies ist beim Betrieb mehrstufiger Verstärker besonders wichtig.

Die Arbeitsweise kann auch mathematisch durch die folgende Spannungsbeziehung ausgedrückt wer-

~15 "τ" &VJ ~

der Zeicheneingang Null ist, können die Kerne hin- wobei E₁₅ die Spannung parallel zu der Netzwicksichtlich des Materials, der Gestalt oder der Win- lung 15 darstellt, E₁₇ die Spannung parallel zu der dungszahl der Wicklungen 15 und 17 ungleich ge- 15 Netzwicklung 17 ist und E_ac die angelegte Netzspanmacht werden. nung ist, die zwischen den Klemmen 23 und 25 auf-Die Anlegung einer Zeichenspannung an die Zei- tritt (unter der Annahme eines vernachlässigbaren chenwicklungen 27 und 29 beeinflußt die Kerne 11 Spannungsabfalls an dem Widerstand 28 infolge des und 13 infolge der Differentialschaltung der Zeichen- Magnetisierungsstromes). Dies wird auch deutlich, Wicklungen unterschiedlich. Für ein gegebenes Zeit- 20 wenn man berückichtigt, daß vor der Sättigung jedes

Intervall und unter Annahme der Polarität gemäß Fig. 1 wird eine größere Anzahl Voltsekunden in den Kern 11 übertragen, als in die Kerne 13 gelangt, so daß der Kern 11 zuerst gesättigt wird. Dies ist an dem Punkt 131 in Fig. 7 c kenntlich gemacht. Die Form der Spannungswelle 121 parallel zu der Netzwicklung 15 ist vor der Sättigung mit 121' bezeichnet. Die Spannungswelle 121' erhöht sich auf einen höheren Wert als die Spannungswelle 121 infolge der vergrö-

Kerns die Impedanz der Wicklungen 15 und 17 so hoch ist, daß die Wirkung des Widerstandes 28 vernachlässigt werden kann. Da die Wicklungen mit gleichen Windungszahlen dargestellt sind, kann sich die Netzspannung im wesentlichen gleichmäßig auf die Netzwicklungen verteilen. Jedoch können infolge der Natur der sättigungsfähigen Kerne die Spannungen an diesen Wicklungen in einer ungleichmäßigen Verteilung schwanken. Für den Zeicheneingang Null

ßerten Zahl der auf den Kern 11 infolge des Zeichen- 30 bewirkt die ungleichmäßige Spannungsverteilung eine stromes übertragenen Voltsekunden. Deshalb sättigt induzierte Spannung parallel zu den Zeichenwicklun-

sich der Kern 11 beim Vorhandensein der Zeichenspannung in kürzerer Zeit als beim Fehlen der Zeichenspannung, wie es sich aus einem Vergleich der Längen der Zeitachse unterhalb der Wellenformen 121' und 121 ergibt. Anders ausgedrückt ist das Verhältnis der Bewegung des Kerns 11 von dem Ordinatenpunkt 111 auf der Hysteresisschleife zu dem Ordinatenpunkt 115 (d. h., von der positiven zu der negativen Sättigung) vergrößert worden.

gen 27 und 29. Der entstehende Strom in dem Zeichenkreis vermindert selbsttätig die Größe der Spannungsunsymmetrie.

Wenn der Kern 11 einmal gesättigt ist, tritt eine durch die Beziehung zwischen der Belastung und dem Widerstand 28 bestimmte Spannung parallel zu der Netzwicklung 17 auf, um den Kern 13 innerhalb derselben Halbperiode der Netzspannung zur Sättigung zu treiben, welche die Sättigung des Kernes 11 be-

der Wirkung des Netzwicklungsstromes mit Bezug auf den Zustand des Kernes 13 gegensätzlich ist.

Man kann auch die Hysteresisschleife nach Fig. 3 verwenden, um diesen Vorgang im Zusammenhang

Die entgegengesetzte Wirkung wird in dem Kern wirkte. Dies ist zeitlich an dem Punkt 139 auf der 13 erzeugt, da ein Vergleich der Stromrichtung durch Zeitachse der Fig. 7 d bezeichnet, wo sich die an der die Zeichenwicklungen 29 und die Netzwicklung 17, Netzwicklung 17 entwickelte Spannungswelle 123' auf wie mit den Pfeilen 103 und 93 gekennzeichnet ist, ihren Maximalwert verschiebt, der von dem oberen erkennen läßt, daß die Wirkung des Zeichenstromes 45 gekrümmten Teil 141 angezeigt wird, welcher der

Form der angelegten Netzspannungskurve 71 folgt. Zu der mit dem Punkt 139 markierten Zeit wird eine Gegenspannung in der Belastungswicklung 45 induziert, um einen Strom in dem Belastungskreis in

mit der Kernkennlinie zu erklären. Wenn der Strom so Richtung des Pfeiles 143 zu schaffen. Dieser Strom durch die Zeichenwicklung 27 in derselben Richtung verläuft durch die in Form des Widerstandes 51 darwie der Strom durch die Netzwicklung 15 fließt, be- gestellte Belastung, da der Gleichrichter 61 den steht die Wirkung in einem vergrößerten Strom, in- Stromfluß in dieser Richtung zuläßt. Jedoch wird der sofern dies den Zustand des Kernes 11 betrifft. Somit Kern 13 am Punkt 145 auf der Zeitachse der Fig. 7 d bewegt sich bei Betrachtung der dargestellten Hyste- 55 gesättigt, da die erhöhte Spannung parallel zu der resisschleife der Kern 11 nach dem Unken Teil der Netzwicklung 17, die während des Zeitintervalls zwi-Schleife, d. h., stellt eine unterschiedliche oder brei- sehen den Punkten 139 und 145 (Leistungsausgangstere Hysteresisschleife infolge der effektiven Strom- Intervall) wirksam ist, ausreichend viele Voltsekunden vergrößerung her, wie man längs der Abszisse 135 in auf den Kern 13 überträgt, um ihn in die negative einer Ampereeinheiten proportionalen Größe aus- 60 Sättigung zu treiben, die mit dem Ordinatenpunkt 115 gedrückt erkennt. Der Kern 13 bewegt sich nach in Fig. 3 bezeichnet ist. Der entstehende Ausgang,

rechts, um (innerhalb der von der dargestellten Schleife eingeschlossenen Fläche) infolge der effektiven Stromverminderung eine schmalere Hysteresisschleife herzustellen. Da sich der Kern 11 nach links bewegt, bewegt er sich auch schneller nach unten (in Richtung negativer Sättigung), da seine Bewegungsgeschwindigkeit längs der Hysteresisschleife ver-

der in dem Zeitintervall zwischen der Sättigung des Kernes 11 und des Kernes 13 erzeugt wird, ist in Fig. 7e als ein Impuls 147 der Belastungsspannung E_L dargestellt. Zur Zeit Γ (Fig. 7e) werden Spannungen in den Wicklungen 45 und 43 von den Spannungswellen 121' und 128' induziert, die einander kompensieren.

Das Schaltbild nach Fig. 4 kann als Quasibrückenschaltung betrachtet werden und kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, leicht für Brückenbetrieb umgewandelt werden, indem der Widerstand 171 durch eine Wicklung 185 (entsprechend der Wicklung 157 und auf dem Kern 153 angeordnet) und der Widerstand 173 durch eine Wicklung 187 (entsprechend der Wicklung 155 und auf dem Kern 151 angeordnet) ersetzt werden. Die Spannungsaufnahmewiderstände 167 und 169 werden dann als ein einziger Widerstand 189 in Reihe mit den Netzeingangsklemmen 191 und 193 kombiniert, wobei eine Zeichenspannung zwischen die parallel zu dem Gleichrichter 199 angeordneten Klemmen 195 und 197 angelegt wird. Wenn einer der Kerne vor der Sättigung des anderen Kernes als Ergebnis der differentialen Anlegung der Zeichenspannung in der vorher beschriebenen Weise gesättigt ist, fließt Strom durch die Wicklungen des gesättigten Kernes, so daß Leistung an die Belastung 177 gelie-

betrachtet, wobei während der nächsten Halbperiode 20 fert wird, wenn man geeignete Polarität mit Bezug der Netzspannung (Punkte 81 und 82 in Fig. 7 a) auf den Stromfluß durch den Gleichrichter 199 annimmt. Belastungsstrom wird hergestellt, wenn die Zeicheneingangsklemme 195 unabhängig von der Netzpolarität an den Klemmen 191 und 193 negativ Signal 95·²), werden die Kerne dem dargelegten Vor- 25 ist.

Geeignete Schaltvorrichtungen, die verhindern, daß Strom in die Belastung (Widerstand 51 in Fig. 1) während des Zeicheneingangsintervalls fließt, und die einen Strom während des Leistungsausgangsintervalls 30 zulassen, würden ermöglichen, daß Zeichen einer Polarität entsprechende Ausgänge erzeugen. Die Schaltung nach Fig. 6 stellt eine Anordnung dar, welche die vorstehende Arbeitsweise ermöglicht. Die Bauteile in dem Teil der Schaltung, welcher der 35 Schaltung nach Fig. 1 entspricht, sind unter Zusatz eines Auslassungszeichens (') mit den Zahlen gekennzeichnet, die bei der Beschreibung der Fig. 1 verwendet wurden. Für diesen Teil der Schaltung stimmt die Arbeitsweise mit der vorher beschriebenen überein. Im besonderen ist es erwünscht, eine hohe Impedanz zwischen den Ausgangswicklungsklemmen 47' und 49' und den Verstärkerausgangsklemmen 53' und 55' während des Zeicheneingangsintervalls und eine niedrige Impedanz während des Leistungsabgabepunkten der Widerstände 167 und 169 und der Wider- 45 Intervalls herzustellen. Für einen Zeicheneingang stände 171 und 173 sind ein Gleichrichter 175 und einer bestimmten Polarität dient der Gleichrichter 61 eine Belastung geschaltet, die ebenfalls in Form eines in Fig. 1 diesem Zweck. In der Schaltung nach Fig. 6 Widerstandes 177 dargestellt ist. Ein Paar Klemmen wird dies unabhängig von der Polarität des Zeichen-179 und 181 ist über den Gleichrichter 175 verbunden und für den Zeicheneingang bestimmt. Die Impedanzen 171 und 173 haben gleiche Werte, so daß
ihr Knotenpunkt 183 effektiv der elektrische Mittelpunkt der angelegten Netzwechselspannung ist, die
zwischen die Klemmen 159 und 161 gelegt wird.
Auch ein Übertrager mit Mittelabgriff kann die
Widerstände 171 und 173 ersetzen. Die an die Klemmen 179 und 181 angelegte Zeichenspannung bewirkt, daß ein Strom durch die Wicklungen 155 und
157 in solcher Weise fließt, daß der Netzstrom durch
eine dieser Wicklungen erhöht und der Netzstrom
durch die andere Wicklung vermindert wird, wodurch
die zeitliche Trennung zwischen den Zeiten der Kernsättigungen bewirkt wird. Als Ergebnis der zeitlichen
Trennung der Sättigungszeiten der Kerne wird ein
Leistungsintervall hergestellt, wobei bewirkt wird,

Während des Zeicheneingangsintervalls (Zeitintegral der Kurve 121) ist der von der Zeichenquelle gelieferte Strom verhältnismäßig klein. Nach der Sättigung des Kernes 11 ist die an den Belastungswiderstand 51 gelieferte Belastung gleich der Voltsekundendifferenz zwischen den Kernen zum Zeitpunkt der Sättigung des Kernes 11, wobei die Ausgangsleistung des Widerstandes. 51 dem Impuls 147 entspricht. Der Unterschied in Voltsekunden, der für die in den Wicklungen 43 und 45 induzierten Spannungen repräsentativ ist, wird an den Belastungswiderstand 51 zwischen denKernsättigungen geliefert. Die entwickelte Leistung an die Belastung ist das Quadrat der Momentanspannung, geteilt durch den Wert des Belastungswiderstandes, und der Belastungswiderstand wird klein gemacht im Vergleich zu dem Widerstand 39, um Leistungsverstärkung zu erreichen.

Wenn man die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 als einen Verstärker für Gleichstromzeichen

Zeichenspannung derselben Polarität, wie sie während der ersten Halbperiode aufgedrückt wurde, zwischen die Zeichenklemmen 35 und 37 geleget wird (Fig. 7 b,

gang unterworfen mit der Ausnahme, daß sie von der negativen in die positive Sättigung bewegt werden und der Kern 13 zuerst gesättigt wird.

In Fig. 4 ist eine abgeänderte Bauart des magnetischen Halbwellen- oder Einwegverstärkers dargestellt. Der Aufbau nach Fig. 4 enthält ein Paar sättigungsfähige Kerne 151 und 153, die praktisch eine einzige Wicklung haben, die als auf den Kernen angeordnete, hintereinandergeschaltete Wicklungen 155 und 157 dargestellt ist. Die Netzspannung kann an diese Wicklungen zwischen die Klemmen 159 und 161 angelegt werden, die über Zuleitungen 163 und 165 an Abgriffe der Wicklungen 155 und 157 nach Art eines Spartransformators führen. Die Wicklungen 155 und 157 sind über Spannungsaufnahmewiderstände 167 und 169 sowie auch über einen Spannungsteiler zusammengeschaltet, der aus einem Paar hierbei als Widerstände 171 und 173 dargestellte Impedanzen besteht. Zwischen den Verbindungs-

40

50

daß Strom durch die Belastung 177 in der gleichen Weise fließt, wie im einzelnen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 erklärt wurde.

eingangs erreicht.

Ein zusätzliches Paar sättigungsfähige Kerne 201 und 203, die gewöhnlich den Kernen 11' und 13' entsprechen, sind mit Netzwicklungen 205 bzw. 207 versehen, und Ausgangswicklungen 209 und 211 sind in der gleichen Weise wie die entsprechenden Wicklungen auf den Kernen 11' und 13' geschaltet. Die Netzwicklungen 205 und 207 sind zwischen Eingangsklemmen 23' und 25' über einen weiteren Spannungsaufnahmewiderstand 213 in Reihe geschaltet, der gewöhnlich den gleichen Wert wie der Widerstand 28 hat. Die Gleichstromklemmen 217 und 219 einer Vollweggleichrichterbrücke 215 sind über eine durch den Widerstand 225 dargestellte Blindbelastung zwischen Klemmen 221 und 223 der Ausgangswicklungen 209 und 211 geschaltet. Die Wechselstromklemmen 227 und 229 der Brücke 215 sind zwischen die Klemme 47' der dem Kern 11' zugeordneten Ausgangswicklung 43' und die Verstärkerausgangsklemme 53' geschaltet.

17 18

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 6 wird tung verlaufen wie bei Erzeugung durch ein Zeichen

zuerst mit einer Zeichenspannung beschrieben, die an der früheren Polarität (der angegebenen Richtung)

die Klemmen 35' und 37' mit der in der Zeichnung sowie durch den Gleichrichter 245. Deshalb sättigt

markierten Polarität angelegt wird (+ an 37'). Wäh- sich der Kern 203 zu der gleichen Zeit wie der Kern

rend des Zeicheneingangsintervalls tritt die parallel 5 13' für diesen Fall.

zu den Zeichenwicklungen 27' und 29' auftretende Wenn die Netzspannungspolarität umgekehrt ist, Zeichenspannung parallel zu den Ausgangswicklun- bleibt die Richtung des Zeichenstromes durch die gen 43' und 45' auf. Die gleiche Spannung erscheint Wicklung 209 und 211 ungeändert, so daß sich der auch zwischen den Klemmen 221 und 223 in der an- Kern 201 zuerst im Falle einer Zeichenspannung gegebenen Polarität infolge des Stromes durch den _i0 einer Polarität sättigt, wodurch der Weg niedriger Gleichrichter 231, die Belastung 225, die Ausgangs- Impedanz zwischen den Wechselstromklemmen 227 wicklungen 211 und 209 in der durch die Pfeile 233 und 229 wie vorher hergestellt wird. Für diesen Zu- und 235 angegebenen Richtung, den Gleichrichter stand, falls die Zeichenpolarität umgekehrt wird, wird 237 und die Belastung 51'. Dieser Strom ist der Zu- nur die Reihenfolge der Sättigung der Kerne 11' und wachsmagnetisierungsstrom für die Kerne 201 und 15 13' beeinflußt, um die Polarität des Ausgangs par-203, da sich diese Kerne in den gleichen relativen allel zu der Belastung 51' zu ändern.
Zuständen wie die Kerne 11' und 13' befinden. Da Die Schaltung nach Fig. 8 zeigt einen magnetischen während des Zeicheneingangsintervalls die Kerne 201 Verstärker der Ganzwellen- oder Vollwegbauart mit und 203 ebenfalls ungesättigt sind, kann nur Zu- der Brückenschaltung nach Fig. 5, die im übrigen gewachsmagnetisierungsstrom fließen, weshalb die 20 maß der Vollwegarbeitsweise arbeitet, wie im ZuWicklungen 209 und 211 eine hohe Impedanz zwi- sammenhang mit der Schaltung nach Fig. 6 erklärt sehen den Klemmen 47' und 49' darstellen. Deshalb ist. Ein Paar Kerne 301 und 303 ist mit Netzwicklunbraucht die Zeichenquelle (nicht dargestellt) nur den gen 305 und 307 versehen, die auf die Kerne 301 ge-Zuwachsmagnetisierungsstrom für das Kernpaar 11' wickelt sind, und mit Netzwicklungen 309 und 311, und 13' zu schaffen, wenn man ideale Gleichrichter 25 die auf dem Kern 303 nach Art der in Fig. 5 verannimmt, wie in dem Falle der Fig. 1, und auch anschaulichten Wicklungen und Kerne angeordnet Zuwachsmagnetisierungsstrom für die Kernpaare 201 sind. Ein zweites Paar Kerne 313 und 315 hat Netz- und 203. Der Spannungsabfall an der Belastung und wicklungen 317 bzw. 319, die auf den Kern 313 gean der Blindbelastung ist klein im Vergleich zu der wickelt sind, und Netzwicklungen 321 und 323, die Spannung zwischen den Klemmen 221 und 223. Als 30 sich auf dem Kern 315 befinden und die gleiche Ergebnis der gleichen Zeichenspannung, die an dem Funktion wie die Wicklungen auf den Kernen aus-Wicklungspaar 27', 29' und dem Wicklungspaar 209, üben, die mit 201 und 203 in Fig. 6 bezeichnet 211 auftritt und der entgegengesetzten Wirkungen, sind. Die Gleichstromklemmen 327 und 329 eines die an den zugeordneten Kernen durch den Strom Vollwegbrückengleichrichters 325 sind mit Leitungen durch die in Differentialschaltung angeordneten Wick- 35 331 und 333 über den Brückenkreis verbunden, der lungen erzeugt werden, wird die Art und Weise der von den Wicklungen auf den sättigungsfähigen Ker-Sättigung der Kerne 201 und 203 nach Art der Kerne nen 313 und 314 an den Punkten 335 und 337 und 11' und 13' unterschiedlich beeinflußt, so daß der über eine Blindbelastung 339 gebildet ist. Die eine der Kerne 201 und 203 veranlaßt wird, sich Wechselstromklemmen 341 und 343 der Gleichrichtergleichzeitig zu sättigen, wenn sich der eine der Kerne 40 brücke 325 sind über die Brückenschaltung, die aus 11' und 13' sättigt. Für die dargestellte Polarität ist den Wicklungen auf den Kernen 301 und 303 besteht, dies der Kern 203. Nach der Sättigung des Kernes an die Punkte 345 und 347 über eine als Widerstand 203 und bis zur Sättigung des Kernes 201 hat die in- 349 dargestellte Belastung geschaltet,
duzierte Spannung in der Wicklung 209 eine solche Die Netzspannung wird an einen Netztransforma-Polarität, daß ein Strom durch die Brücke von der 45 tor 351 an den Klemmen 353 und 357 angelegt, wo-Klemme 217 zu der Klemme 219 fließt, wodurch ein bei die Primärwicklung 359 eine Sekundärwicklung Weg niedriger Impedanz zwischen den Wechselstrom- 361 speist, die den Netzeingang für den Brückenkreis, klemmen 227 und 229 der Brücke hergestellt wird. dem die Kerne 301 und 303 zugeordnet sind, an den Diese Wirkung wird aufrechterhalten, bis der Kern Eingangsklemmen 363 und 365 über einen Span-201 gesättigt ist. Wenn der Kern 203 gesättigt ist, sät- 50 nungsaufnahmewiderstand 367 zuführt. Der andere tigt sich auch der Kern 11', so daß bis zur Sättigung den Kernen 313 und 315 zugeordnete Brückenkreis des Kernes 13' die in der Wicklung 45' des Kernes 13' erhält einen Netzeingang an den Klemmen 369 und induzierte Spannung einen Strom zu der Belastung 371 über einen Spannungsaufnahmewiderstand 373 51' herstellt, da der Weg niedriger Impedanz zwi- und ein Paar Verbindungen 375 und 377, die unmitschen den Brückenklemmen 227 und 229 gebildet 55 telbar zu dem Transformatoreingangskreis verlaufen, wird. Wie in dem Falle der Zeichenwicklungen 27' und 29' Für die gleiche in Fig. 6 angegebene Netzpolarität der Schaltung nach Fig. 6 wird das Zeichen differenwürde die Anlegung eines Zeichens E_s entgegengesetz- tial in die Schaltung nach Fig. 8 über die Zeichenter Polarität bewirken, daß der Kern 13' vor dem eingangswicklungen 381 und 383 eingeführt, die zu Kern 11' gesättigt wird, wodurch Strom durch die 60 Zeicheneingangsklemmen 385 und 387 über die so-Belastung51' mit (zu der angegebenen) entgegen- genannte Schutzimpedanz oder den Widerstand 389 gesetzter Polarität bewirkt wird. Während des Zei- verlaufen. Gleichzeitig mit der Sättigung des ersten cheneingangsintervalls würde die Spannung zwischen Kernes des Kernpaares 301 und 303 wird der eine den Klemmen 47' und 49' ebenfalls gegen die be- Kern in dem Paar 313, 315 gesättigt. Die Sättigung zeichnete Polarität umgekehrt werden. Der Weg des 65 eines Kernes in dem Kernpaar 313, 315 stellt einen entstehenden Stromes würde über die Belastung 51', Weg niedriger Impedanz zwischen den Wechselstromden Gleichrichter 343, die Blindbelastung 225, die klemmen 341 und 343 der Gleichrichterbrücke 325 Ausgangswicklungen 211 und 209 in derselben Rieh- her, um Leistungsübertragung auf die Belastung 349

19 20

zu ermöglichen. Wie im Zusammenhang mit der Be- Halbperiode. Wenn sich einer der Kerne 419 und 421 Schreibung der Fig. 6 dargelegt wurde, nimmt auch sättigt, wird ein Weg niedriger Impedanz zwischen der Verstärker nach Fig. 8 Zeichen einer Polarität den Ausgangswicklungen 427 und 429 der Stufe 401 auf, die zwischen die Klemmen 385 und 387 während und den Eingangswicklungen 431 und 433 der Stufe des Zeicheneingangsintervalls einer Halbperiode der 5 403 hergestellt, wobei der Vollwegbrückengleieh-Netzspannung angelegt werden, die zwischen die richter 435 in der vorher beschriebenen Weise als Klemmen 353 und 357 eingeführt wird, um einen Ergebnis der Sättigung eines der Kerne 419 und 421

Ausgang an die Belastung 349 zu liefern. Somit steht und der induzierten Spannung arbeitet, die in einer

fest, daß in der Schaltung nach Fig. 8 ein magne- der zugeordneten Ausgangswicklungen 437 und 439

tischer Verstärker in Brückenbauart verwendet wird, io auftritt.

um die Schaltfunktion für einen zweiten magneti- Die Eingangswicklungen 431 und 433 für die Stufe sehen Verstärker in Brückenbauart zu schaffen, wo- 403 sind zwecks differentialer Beeinflussung der durch ermöglicht wird, daß der zweite Verstärker Kerne 441 und 443 geschaltet, so daß eine zeitliche nach Art eines Ganzwellen- oder Vollwegverstärkers Trennung in den Sättigungszeiten dieser Kerne bearbeitet. 15 wirkt wird, da keiner der Kerne 441 und 443 die In der Schaltung nach Fig. 9 ist ein magnetischer Sättigung während des oben beschriebenen Betriebs-Verstärker dargestellt, der drei Stufen aufweist, die Vorganges erreicht hat. Die gleiche zeiltiche Trennung ganz allgemein mit 401, 403 und 405 bezeichnet sind. wird zwischen den Sättigungszeiten der Kerne 445 Jede dieser Stufen arbeitet gemäß den Grundsätzen, und 447 bewirkt. Wenn die Sättigung eines der Kerne die im Zusammenhang mit der Beschreibung der 20 441 und 443 infolge des Ausgangs der Stufe 401 auf-Fig. 6 erklärt wurden, mit der Ausnahme, daß der tritt, der als Eingang an die Stufe 403 angelegt wird, Ausgang von der Stufe 401 nun als Eingang zu der wird Sättigung in einem der Kerne 445 und 447 her-Stufe 403 benutzt wird und der Ausgang von der gestellt, so daß ein Weg niedriger Impedanz zu den Stufe 403 der Eingang zu der Stufe 405 ist. Wie er- Eingangswicklungen 449 und 451 (über eine Gleichwähnt wurde, tritt diese Wirkung innerhalb einer 25 richterbrücke 452) für die den Kernen 453 und 455 halben Periode der Netzspannung auf und kann zugeordnete Stufe 405 entsteht. Da zu dieser Zeit in während jeder darauffolgenden Halbperiode beim der Halbperiode keiner dieser Kerne gesättigt ist, Vorhandensein des Zeichens erscheinen. kann das gelieferte Zeichen eine zeitliche Trennung Das Eingangsintervall für die Stufe 403 hat eine in den Sättigungszeiten der Kerne 453 und 455 begrößere Zeitdauer als das Eingangsintervall für die 30 wirken. Wieder zu ungefähr der gleichen Zeit, zu Stufe 401, und das Eingangsintervall für die Stufe 405 der sich einer der Kerne 453 und 455 sättigt, wird hat eine größere Zeitdauer als das Eingangsintervall einer der Kerne 457 und 459 zur Sättigung getrieben, für die Stufe 403. Dies ist deshalb der Fall, weil das um einen Weg niedriger Impedanz über die Gleich-Ausgangsintervall für die Stufe 401 notwendigerweise richterbrücke 460 zu den Verstärkerausgangsklemmen zeitlich mit wenigstens einem Teil des Eingangsinter- 35 461 und 463 zu schaffen. Der Ausgang des mehrvalls für die Stufe 403 übereinstimmen muß. Dies stufigen Verstärkers nach Fig. 9, der an den Klemmen trifft für jede nachfolgende Stufe unabhängig von der 461 und 463 auftritt, hängt von dem an die Klemmen Stufenzahl zu. 407 und 409 angelegten Eingang ab und tritt während Es ist bereits vorher darauf hingewiesen worden, derselben Halbperiode der Netzspannung auf. Es das das Ausgangsintervall einer bestimmten Ver- 40 wird bemerkt, daß dieser Ausgang von jedem Einstärkerstufe unmittelbar auf das Eingangsintervall für gang unabhängig ist, der während der vorhergehendiese Stufe folgt. Diese Betriebsfolge ermöglicht, daß den Halbpediode der Netzspannung an den Verein Ausgang von der Stufe 401 als ein Eingang zu der stärker angelegt wird.

Stufe 403 wirksam ist, was in ähnlicher Weise auch Viele Faktoren können die Sättigungszeit der Kerne für die folgenden Stufen gilt. 45 in jeder Stufe bestimmen. Diese Faktoren schließen Unter der Annahme, daß ein Eingangszeichen die Querschnittsfläche des Kernaufbaus, die Winzwischen den Klemmen 407 und 409 liegt, wird eine dungszahl der Netzwicklungen und die Sättigungszeitliche Trennung zwischen den Sättigungszeiten der kennlinien des verwendeten Kernmaterials ein. Bei-Kerne 411 und 413 infolge der differentialen An- spielsweise können sich die Querschnittabmessungen legung der Zeichenenergie über die Zeichenwick- 50 der Kerne in aufeinanderfolgenden Stufen vergrößern, hingen 415 und 417 bewirkt. Eine gleichartige zeit- wodurch ermöglicht wird, daß die Sättigung an liehe Trennung wird zwischen den Sättigungszeiten späteren Punkten einer gegebenen Halbperiode auffür die Kerne 419 und 421 hergestellt. Einer der tritt.

Kerne des Paares 419 und 421 sättigt sich zu der Der magnetische Verstärker nach Fig. 9 ist als gleichen Zeit, zu der Sättigung in einem der Kerne 411 55 Regelverstärker für eine Servoschleife dargestellt, und 413 auftritt, wobei diese Zeit relativ zeitig in wobei der an den Klemmen 461 und 463 auftretende einer beliebigen Halbperiode der Netzfrequenz her- Ausgang an die Regelphase (an den Klemmen 471 gestellt wird. Dieser Betriebsvorgang kann in der und 475 bezeichnet) eines Zweiphasenmotors 477 anEinheit Voltsekunden ausgedrückt werden, die von gelegt ist, der an den Klemmen 479 und 481 mit der an die Klemmen 423 und 425 angelegten Netz- 60 Netzspannung gespeist wird. Eine mechanische Verspannung geliefert werden. Da die Netzspannung aus- bindung ist durch die gestrichelte Linie 483 zwischen reichend groß sein muß, um zu bewirken, daß alle dem Rotor (nicht dargestellt) des Zweiphasenmotors Kerne des mehrstufigen magnetischen Verstärkers 477 und einer umlaufenden Welle 485 eines Regelwährend jeder Halbperiode in die Sättigung getrieben transformators 487 angezeigt. Der Regeltransformator werden, wird nur ein Teil der Voltsekunden benutzt, 65 wird mit elektrischem Eingang von einem Synchronum die Sättigung der Kerne der ersten Stufe zu be- geber 489 gespeist, so daß der Ausgang des Regelwirken. Dies ist gewöhnlich ein verhältnismäßig transformators an den Klemmen 491 und 493 Null kleiner Teil der gesamten Netz-Voltsekunden je ist, wenn die Winkelrichtung der umlaufenden Welle

21 22

485 der Winkelrichtung der Eingangswelle 495 des Da es unzweckmäßig ist, die kleine erste Stufe Synchrongebers 489 entspricht. Sonst tritt eine Fehler- dieses Verstärkers an einer üblichen Netzspannung in spannung zwischen den Klemmen 491 und 493 auf der Größe von 115 Volt bei 60 Hz arbeiten zu lassen,

und wird als Eingang an den mehrstufigen magne- da ein solcher Betrieb eine sehr große Windungszahl

tischen Verstärker zwischen die Klemmen 407 und 5 mit außerordentlich dünnem Draht erfordern würde,

409 angelegt. Der entstehende verstärkte Ausgang, sieht die Schaltung nach Fig. 10 die Anlegung einer

der an die Regelphase an den Klemmen 471 und 475 kleineren Spannung (36 Volt/60 Hz) an die erste Stufe

angelegt wird, bewirkt eine Winkeldrehung des Rotors vor. Diese kleinere Spannung wird von zusätzlichen

des Zweiphasenmotors 477 und eine entsprechende Wicklungen 500 erhalten, die sich auf den Schalt-

Winkeldrehung der umlaufenden Welle 485 des Regel- io kernen der letzten Stufe befinden, die den Kernen 457

transf ormators in solcher Richtung, daß bewirkt wird, bzw. 459 in Fig. 9 entsprechen. Diese Wicklungen

daß sich die Ausgangsspannung des Regeltransfor- dienen einfach als Abwärtstransformator, um eine

mators an den Klemmen 491 und 493 vermindert. niedrigere Netzspannung an die erste Stufe zu legen,

Ein Resonanzkreis 500 ist in der Servoschleife ent- ohne die anderen Funktionen der Kerne in der letzten

halten für Gegensuchzwecke gemäß der üblichen 15 Stufe zu beeinträchtigen.

Praxis. Da kleine Unterschiede in den Kennwerten der Fig. 10 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform Kerne das Bestreben hervorrufen, einen Wechselder Erfindung, die praktisch gebaut worden ist und Stromausgang beim Fehlen eines Wechselstrommit Erfolg betrieben wurde. In dieser Figur, die der eingangs abzugeben, sind in der Schaltung nach Ausführangsform nach Fig. 9 mit den nachfolgend 20 Fig. 10 Mittel vorgesehen, um eine solche Kernunsymangegebenen Ausnahmen entspricht, wurden Aus- metrie auszugleichen. Dies wird, wie in Fig. 10 gezeigt lassungszeichen (') zu den Bezugsziffern der Netz- ist, durch die Einfügung von Widerständen erreicht, Spannungsklemmen, der Zeicheneingangsklemmen welche die Zeichenwicklungen überbrücken, die den und der Belastungsklemmen nach Fig. 9 sowie Be- Wicklungen 413 und 415 der Fig. 9 entsprechen. Die messungsangaben zu den einzelnen Schaltungsbau- 25 Wirkung dieser Widerstände besteht darin, ein teilen hinzugefügt, die ihre besonderen Kennwerte an- Wechselstromzeichen geeigneter Amplitude und Phase geben. einzuführen, um den unerwünschten Ausgang zu be-Die Widerstandswerte der Widerstände, die den in seitigen. Die Einfügung eines dieser Widerstände Fig. 9 vorhandenen Widerständen entsprechen, sind bewirkt einen Wechselstromausgang, falls sie erfolgt, in Fig. 10 in Ohm angegeben. Die Leistungsbemes- 30 um eine ausreichend kleine Impedanz zu haben. Je sung bestimmter Widerstände ist in Watt eingetragen. kleiner der ohmsche Widerstand ist, um so größer ist Die verschiedenartigen Spulen, die den in Fig. 9 dar- der Ausgang oder die abgegebene Leistung. Die Eingestellten Spulen entsprechen, sind durch Zusätze fügung des anderen Widerstandes hat die gleiche gekennzeichnet, welche die Drahtstärke und Win- Wirkung mit der Ausnahme, daß der erzeugte dungszahl angeben. Beispielsweise bezeichnet die 35 Wechselstromausgang entgegengesetzte Phase besitzt. Nummer 42 einen Draht der Größe 42 nach der Beide Widerstände können eingefügt werden, wobei Brown-&-Sharpe-Lehre, und der Zusatz »2500 T« das Verhältnis ihrer ohmscher Widerstandswerte so bedeutet 2500 Windungen aus dem vorgenannten eingestellt wird, daß ein kleiner Wechselstromausgang Draht. Die Kennzeichnung der IN67A-Gleichrichter aufgehoben wird. Wenn beide Widerstände eingefügt ist die RTMA-Typennummer der Hughes-Germa- 40 und beide Widerstandswerte klein gehalten werden, niumdioden, die in einem Bericht beschrieben ist, der wird die Eingangsimpedanz des magnetischen Veram 1. März 1953 von der Hughes Aircraft Company, stärkers und somit die Verstärkung herabgesetzt. Je-Culver City, California, veröffentlicht wurde. Die An- doch wird größere Stabilität des Ausgangs gegen gaben der IN 93-Gleichrichter sind die Typennum- Temperaturänderungen u. dgl. erzielt. Typische Werte mern der General-Electric-Company-Germanium- 45 für die in Fig. 10 mit R-3 und R-4 bezeichneten dioden, die auf S. 43 A in Proceeding of the I. R. E., Widerstände liegen zwischen 4000 und 20 000 Ohm. September 1953, beschrieben sind. Infolge geringer Unterschiede des Rückwärtswider-Die magnetischen Kerne, die mit »Arnold Eng. Standes der Gleichrichter und der Kennwerte der #5233-51« bezeichnet sind, sind solche Kerne, wie Kerne wird mitunter ein kleiner Gleichstromausgang sie in einem Bericht der Arnold Engineering Co., 5° beim Fehlen eines Gleichstromeingangs beobachtet. Marengo, Illinois, (mit TC-IGlA bezeichnet) ver- Dies kann dadurch ausgeglichen werden, daß der öffentlicht am 15. März 1953, beschrieben sind. Dar- Gleichrichter mit der höchsten Impedanz mit einem in sind sie als Kerne beschrieben mit einem Außen- Widerstand überbrückt wird, wie beispielsweise mit durchmesser von 38,1 mm, einem Innendurchmesser dem Widerstand R~l oder R-2 in Fig. 10. Für eine von 25,4 mm und einer Höhe von 9,53 mm und mit 55 größere Stabilität gegen Änderungen des Rückwärtseinem kleinsten Gewicht von 37,0 g. Die Kerne, die Widerstandes der Gleichrichter können beide Widermit Arnold Eng. #5340-51 bezeichnet sind, sind in stände R-I und R-2 eingefügt und das Verhältnis demselben Bericht beschrieben und haben einen ihrer Widerstandswerte so eingestellt werden, daß sich Außendurchmesser von 19,05 mm, einen Innendurch- angenähert ein Gleichstromausgang Null für einen messer von 12,7 mm, eine Höhe von 3,18 mm und 60 Gleichstromeingang Null ergibt. Je kleiner diese ein kleinstes Gewicht von 3,09 g. Die Kerne, die mit Widerstände gemacht werden, um so größer ist die »Magnetics, Inc. #50041-4/1« bezeichnet sind, sind Stabilität und um so geringer die Verstärkung, solche Kerne, die in den Standard Specifications and Typische Werte für die Widerstände R-I und R-2 Size Sheets beschrieben sind, veröffentlicht von liegen im Bereich von 0,1 bis 0,5 Megohm. Magnetics, Inc., Butler, Pennsylvania, am 1. August 65 In Fällen extremer Unterschiede zwischen den 1952, mit einem Innendurchmesser von 50,8 mm, Kernkennwerten und zwischen den Gleichrichtereinem Außendurchmesser von 63,5 mm und mit einer kennwerten können Widerstände in die zweite und Höhe von 25,4 mm. dritte Stufe in derselben Weise wie die Widerstände

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R-I, .R-2, /?-3 und fi-4 eingefügt werden, wie es im der entgegengesetzten Richtung in dem Kern 526. Die Zusammenhang mit der ersten Stufe veranschaulicht Wicklungen 528 und 530, der Schalter 531, die ist. Die Vorteile, die sich aus der Einfügung dieser Batterie 532 und der Rheostat 533 brauchen aus Widerstände ergeben, können die Nachteile aufheben, später erörterten Gründen an sich nicht in dem da die Leistung eines magnetischen Verstärkers mit 5 magnetischen Verstärker nach Fig. 11 vorhanden zu schlechter Symmetrie nie ganz so gut wie bei einem sein.

gut ausgeglichenen Verstärker sein kann. Ein Paar Ausgangswicklungen 534 und 536 sind

In der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 11 ebenfalls auf die Kerne 524 bzw. 526 gewickelt. Jede ist eine Netzwechselspannungsqueüe 511 vorhanden. der Wicklungen 534 und 536 kann um beide Kerne Wie im folgenden ausführlich dargelegt wird, hat die io 524 und 526 bei Übereinanderschichtung der Kerne Netzspannung gewöhnlich einen Wert von 115VoIt gewickelt sein, falls die Wicklungen 516 und 518 und eine Frequenz von 60 Hz. Eine Aufgabe der Er- nicht in dieser Weise gewickelt sind. Andernfalls wird findung besteht darin, eine überschnelle und leistungs- die Wicklung 534 gewöhnlich allein um den Kern 524 fähige Arbeitsweise über einen weiten Bereich der und die Wicklung 536 ebenfalls allein um den Kern Netzspannungsänderungen aufrechtzuerhalten. Mit 15 526 gewickelt. Beispielsweise kann jede Wicklung einer Frequenz von 60 Hz kann sich die Spannung 534, 536 aus angenähert 2600 Windungen der Drahtbeispielsweise auf einen Wert von 130 Volt erhöhen stärke Nr. 26 bestehen.

und auf einen Wert von 100 Volt oder weniger ver- Die Netzwicklungen 520 und 522 sind auf die

mindern. Wenn die Spannung auf 115VoIt bleibt, Kerne 538 bzw. 540 (die Kerne des magnetischen kann sich die Frequenz zwischen 52 und 68 Hz 20 Hauptverstärkers) gewickelt, die hinsichtlich ihrer ändern. Die Spannung und die Frequenz können sich Zusammensetzung und gemäß ihrem Aufbau den beide aus ihren Mittelwerten ändern, so daß Gesamt- Kernen 524 und 526 entsprechen. Beispielsweise kann änderungen von ± 13% oder mehr entstehen. jede Wicklung 520, 522 aus ungefähr 462 Windungen

Widerstände 512 und 514 mit Werten von ange- der Drahtstärke Nr. 22 hergestellt werden. Jede nähert 55 000 bzw. 45 000 Ohm sind mit der Span- 35 Wicklung kann individuell um ihren zugehörigen nungsquelle 511 in Reihe geschaltet. Die besonderen Kern gewickelt werden, oder sie kann um beide Werte, die für die Widerstände gewählt wurden, und Kerne 538 und 540 bei Übereinanderschichtung der die Funktion der Widerstände wird im folgenden aus- Kerne gewickelt werden.

führlich behandelt. Ein Paar Netzwicklungen 516 Eingangswicklungen 542 und 544 sind auf die

und 518, welche die Netzwicklungen des magne- 30 Kerne 538 bzw. 540 gewickelt. Jede Wicklung 542, tischen Schaltverstärkers sind, sind parallel zu dem 544 kann aus angenähert 150 Windungen der Draht-Widerstand 512 in Reihe geschaltet. Ein Paar Netz- stärke Nr. 26 bestehen. Die Wicklungen 542 und 544 wicklungen 520 und 522, welche die Netzwicklungen sind mit einer Zeichenenergiequelle 546 und einem des magnetischen Hauptverstärkers sind, sind über handbetätigten Schalter 547 in Reihe geschaltet, um den Widerstand 514 in Reihe geschaltet. 35 an die Kerne 538 und 540 Energie in differenzieren-

AIs besonderes Beispiel können die Wicklungen der Weise zu liefern. Anders ausgedrückt, liefert die 516 und 518 jeweils aus 600 Windungen der Draht- Wicklung 542 Energie einer Polarität aus der Quelle stärke Nr. 23 bestehen. Die Wicklungen 516 und 518 546 an den Kern 538, und die Wicklung 544 liefert sind auf die Kerne 524 bzw. 526 gewickelt, die magne- Energie entgegengesetzter Polarität an den Kern 540. tisch sättigungsfähig sind. Die Wicklungen 516 und 40 Auf die Kerne 538 und 540 sind ebenfalls Aus- 518 können getrennt auf die Kerne 524 und 526 ge- gangswicklungen 548 und 550 aufgewickelt. Jede wickelt werden, oder die Kerne können übereinander- Wicklung 548, 550 kann aus angenähert 2000 Wingeschichtet sein, wobei jede Wicklung um beide düngen der Drahtstärke Nr. 26 bestehen. Die Wick-Kerne gewickelt werden kann. Zur Veranschau- lungen 548 und 550 sowie die Wicklungen 542 und lichung kann jeder Kern 524 und 526 die Form eines 45 544 können auf beide Kerne 538 und 540 gewiekelt Toroides und einen Innendurchmesser von ange- sein, wenn die Wicklungen 520 und 522 einzeln auf nähert 50,8 mm, einen Außendurchmesser von etwa ihre zugehörigen Kerne gewickelt sind. Sonst werden 63,5 mm und eine Höhe von ungefähr 25,4 mm die Wicklungen 542 und 544 sowie die Wicklungen haben. 548 und 550 einzeln auf ihre zugeordneten Kerne ge-

Die Kerne 524 und 526 können aus Material her- 50 wickelt.

gestellt werden, das von der Firma Magnetics Inc., Das untere Ende der Wicklung 534 in Fig. 11 ist

Butler, Pennsylvania, hergestellt ist. Die besonderen mit dem unteren Ende der Wicklung 536 verbunden, benutzten Kerne können von der Fa. Magnetics, Inc. Infolge dieser gegenseitigen Verbindung sprechen die unter ihrer Handelsnummer 50041-4 A gekauft wer- Wicklungen 534 und 536 in differentialer Weise derart den. Der Kern besteht aus etwa 50"⁰Io Nickel und 55 an, daß die Wicklung 534 einen magnetischen Fluß 50% Eisen und ist aus einem Material hergestellt, in entgegengesetzter Richtung zu dem Fluß erzeugt, das nur in einer besonderen Richtung gewalzt und in der von der Wicklung 536 bewirkt wird. Eine Verbin-Wasserstoff geglüht ist, um das Material hinsichtlich dung wird von dem oberen Ende der Wicklung 534 der Körnung auszurichten. zu einem Ende einer Blindbelastung 552 hergestellt,

Darstellungsgemäß sind die Eingangswicklungen 60 die eine verhältnismäßig niedrige Impedanz hat. Bei- und 530 auf die Kerne 524 bzw. 526 gewickelt spielsweise kann die Blindbelastung 552 einen Wider- und in Differentialschaltung an eine Gleichspannungs- standswert von angenähert 1000 Ohm haben, quelle, beispielsweise eine Batterie 532, über einen Das andere Ende der Blindbelastung 552 ist mit

handbetätigten Schalter 531 und einen Rheostaten den Anoden der beiden Dioden 554 und 556 verbunangeschlossen. Infolge dieser Differentialschal- 65 den. Die Kathoden der Dioden 554 und 556 haben tung erzeugt die Wicklung 528 einen magnetischen gemeinsame Verbindungspunkte mit den Anoden der Fluß in der einen Richtung in dem Kern 524 und die Dioden 558 bzw. 560. Die Kathoden der Dioden 558 Wicklung 530 erzeugt einen magnetischen Fluß in und 560 sind ihrerseits mit dem oberen Ende der

Wicklung 536 verbunden, wie man in Fig. 11 erkennt. Die Dioden 554, 556, 558 und 560 können jeweils vier in Reihe geschaltete Germaniumdioden sein, wie sie von der General Electric Company und anderen Fabrikanten hergestellt werden und in einem Bericht beschrieben sind, der im Juni 1953 von der General Electric veröffentlicht wurde. Die Dioden können mit der General-Electric-Typennummer »IN 93« gekennzeichnet sein.

Die unteren Enden der Wicklungen 548 und 550 sind in gleicher Weise zusammengeschaltet, wie oben für die Wicklungen 534 und 536 erklärt wurde. Hierbei arbeiten die Wicklungen 548 und 550 in Differentialschaltung, um magnetische Flüsse in entgegengesetzten Richtungen in ihrem entsprechenden Kern 538 und 540 zu erzeugen. Es sind Verbindungen von dem oberen Ende der Wicklung 548 zu der Anode der Diode 558 und von dem oberen Ende der Wicklung 550 zu einem Ende einer Belastung 562 vorhanden, die eine verhältnismäßig niedrige Impedanz hat. Das andere Ende der Belastung 562 ist mit der Anode der Diode 560 verbunden. Zur Veranschaulichung kann die Belastung 562 einen Widerstandswert von ungefähr 1000 Ohm haben. Praktisch kann die Belastung ein Elektromotor oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Verwertung des verstärkten Zeichens sein.

Wie vorher bemerkt wurde, erzeugen magnetische Kerne einen veränderlichen magnetischen Fluß, wenn eine Spannung an eine auf dem Kern angeordnete Wicklung angelegt wird. Wenn eine Spannung für eine ausreichende Zeitdauer an die Wicklung gelegt wird, kann der Kern magnetisch gesättigt werden. Der Kern wird negativ magnetisch gesättigt, wenn eine Spannung einer ersten Polarität an die auf dem Kern befindliche Wicklung für eine bestimmte Zeitdauer angelegt wird. Der Kern wird positiv gesättigt, wenn die gleiche Spannung entgegengesetzter Polarität für die gleiche Zeitdauer an die Wicklung gelegt wird.

Während der Zeit, während der ein Kern nicht gesättigt ist, erzeugt er vergrößerte Beträge des magnetischen Flusses, wenn eine Spannung einer Polarität angelegt wird. Für bestimmte Kernmaterialien, beispielsweise solche Stoffe, die in den Kernen dieser Ausführungsform verwendet werden, können kleine Stromerhöhungen große Zunahmen des Änderungsverhältnisses oder der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses verursachen. Da Erhöhungen des Änderungsverhältnisses des Flusses der elektromotorischen Kraft, d. h. der Spannung, gleichwertig sind, kann eine große Spannungserhöhung durch eine kleine Stromerhöhung (Magnetisierungszuwachsstrom) erzeugt werden, wenn der Kern ungesättigt bleibt. Dies kann man auf Grund der steilen Seiten 570 und 572 der in Fig. 16 gezeigten Kurve erkennen. Infolge der großen Spannungszunahme, die erforderlich ist, um eine kleine Stromerhöhung zu erzeugen, kann die von der Wicklung dargebotene Impedanz während der Perioden, in denen der Kern nicht gesättigt ist, verhältnismäßig groß sein. Beispielsweise kann jede Ausgangswicklung 534, 536, 548 und 550 Impedanzen von angenähert 100 000 Ohm haben, wenn ihre zugehörigen Kerne ungesättigt bleiben.

Wenn ein Kern magnetisch gesättigt wird, erzeugen Stromerhöhungen durch seine zugehörige Wicklung im wesentlichen keine Erhöhung des magnetischen Flusses. Infolge des Fehlens einer Flußerhöhung in dem Kern wird keine Spannung in der Wicklung induziert. Dies erkennt man aus den waagerecht verlaufenden flachen Teilen 574 und 576 der Hysteresisschleife der Fig. 16. Da die Impedanz durch das Verhältnis zwischen Spannung und Strom dargestellt wird, hat die Wicklung praktisch die Impedanz Null, wenn ihr zugeordneter Kern gesättigt ist. Beispielsweise stellt die Wicklung 536 eine sehr niedrige Impedanz dar, wenn der Kern 526 gesättigt ist.

ίο Die Leistung eines magnetischen Kernes zu einem Zeitpunkt hängt von bestimmten Kennwerten des Kernes ab. Beispielsweise ist die Leistung des Kernes unter anderem von der Querschnittfläche des Kernes und von dem magnetischen Material abhängig, aus dem er hergestellt ist. Die Kennwerte des Kernes bestimmen ihrerseits, welche Zeitdauer erforderlich ist, um den Kern von einer negativen Sättigung in eine positive Sättigung zu bringen oder umgekehrt, wenn eine bestimmte Spannung an die dem Kern zugeordnete Wicklung angelegt ist. Spannungserhöhungen ergeben eine Verkürzung der Zeit, die zum Wechseln der Kernsättigungspolarität erforderlich ist. In gleicher Weise sind größere Zeitperioden notwendig, um einen Kern bei Verminderung der Spannung 2x1 sättigen, die an die zugeordnete Wicklung angelegt wird.

Die Kombination der Spannung und der Zeit, die erforderlich ist, um einen Kern von einer Sättigungspolarität in die entgegengesetzte Sättigungspolarität zu bringen, ist als die »Voltsekundenkapazität« des Kernes definiert worden. Der Begriff »Voltsekunden« kann mathematisch als das Integral der Spannung mit Bezug auf die Zeit beschrieben werden. Somit ist

Voltsekunden = JVdi,
0

wobei V die Spannung zu einem beliebigen Zeitpunkt und dt eine unendlich kleine Zeiterhöhung von diesem Zeitpunkt aus ist.

Da der Voltsekundenwert eines Kernes zu einem beliebigen Zeitpunkt von dem Voltsekundenwert abhängt, der von diesem Zeitpunkt über eine zugehörige Wicklung angelegt worden ist, stellt die in Fig. 6 gezeigte Kurve die Beziehung zwischen Strom und VoIt-Sekunden dar. Der Wert des Stromes ist längs der Horizontalachse und der Betrag der Voltsekunden längs der Vertikalachse dargestellt. Wie man aus Fig. 16 erkennt, sind die Teile 570 und 572 verhältnismäßig steil, und die Teile 574 und 576 sind verhältnismäßig flach, so daß eine Ansprechkurve oder Kennlinie entsteht, die sich einem Rechteck annähert. Eine solche Kurve ist aus Gründen erwünscht, die aus der folgenden Erörterung deutlich werden.

Während abwechselnder Halbperioden hat die Quelle 511 der Fig. 11 eine positive Spannung an ihrer oberen Klemme und eine negative Spannung an ihrer unteren Klemme, wobei eine solche Spannungsbeziehung im folgenden als eine positive Halbperiode bezeichnet wird. Während solcher Perioden fließt Magnetisierungsstrom durch die Wicklungen 516, 518, 520 und 522 nach unten. Dieser Magnetisierungsstrom ist verhältnismäßig klein und erzeugt in den Kernen 524, 526, 538 und 540 magnetische Flüsse in Abwärtsrichtung. Diese magnetischen Flüsse bewegen den Voltsekundenpegel der Kerne auf der Hysteresisschleife gemäß Fig. 16 in Abwärtsrichtung.

Wenn eine Spannung von der Batterie 532 an die

Wicklungen 530 und 528 über den Rheostat 533 dar-

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stellungsgemäß angelegt wird, würde Strom durch die Wicklung 530 nach unten und durch die Wicklung 528 nach oben fließen. Der Strom durch die Wicklung 530 würde verursachen, daß die Wicklung einen magnetischen Fluß in dem Kern 526 in derselben Richtung erzeugt wie der Fluß, der von der Wicklung 518 erzeugt wird. Jedoch würde infolge der Differenzwirkung der Wicklungen 528 und 530 die Wicklung 528 einen magnetischen Fluß in dem Kern 524 in der entgegengesetzten Richtung zu dem Fluß erzeugen, der von der Wicklung 516 erzeugt wird. Das sich ergebende Änderungsverhältnis des Flusses in dem Kern 526 würde somit größer sein als das Änderungsverhältnis des Flusses in dem Kern 524.

Da der Kern 526 zu einem beliebigen Zeitpunkt ein größeres Änderungsverhältnis des Flusses als der Kern 524 hat, wird eine größere Spannung augenblicksweise von der Quelle 511 an die Wicklung 518 als an die Wicklung 516 angelegt. Die Anlegung einer größeren Spannung an die Wicklung 518 als an die Wicklung 516 bewirkt, daß der Kern 526 vor dem Kern 524 gesättigt wird, da der Kern 526 einen größeren Betrag an Voltsekunden je Zeiteinheit als der Kern 524 aufnimmt.

Da die Netzwicklung 518 eine größere Spannung als die Netzwicklung 516 hat, hat die Ausgangswicklung 536 eine größere Spannung als die Ausgangswicklung 534. Dies hat zur Folge, daß eine Spannung an die Gleichrichter 554, 556, 558 und 560 in Rückwärts- oder Sperrichtung angelegt wird. Infolgedessen muß die Spannungsquelle 532 nur Zuwachsmagnetisierungsstrom an die Kerne 524 und 526 und geringen Rückstrom an die Gleichrichter liefern.

Wie oben offenbart wurde, fließt anfänglich nur Magnetisierungsstrom durch die Wicklungen 516,518, 520 und 522. Dieser Magnetisierungsstrom ist verhältnismäßig klein, da die Kerne 524, 526, 538 und 540 ungesättigt sind und die Kerne in dem Bereich 572 der Fig. 16 arbeiten. Während dieser Zeit hat die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 dieselbe Größenordnung wie die Spannung an den Wicklungen 516 und 518. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Widerstände 512 und 514 Werte derselben Größenordnung haben, wodurch eine Spannung an dem Widerstand 512 in derselben Größenordnung wie die Spannung an dem Widerstand 514 erzeugt wird. Die an den Wicklungen 516 und 518 erzeugte Spannung ist bei 580 in Fig. 12 C veranschaulicht, und die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 ist bei 578 in Fig. 12B dargestellt. Diese Spannungen werden als Ergebnis der Anlegung einer im wesentlichen sinusförmigen Spannung von der Quelle 511 erzeugt, die in Fig. 12 A bei 581 dargestellt ist.

Wenn der Kern 526 gesättigt ist, wird praktisch keine Spannung an der Wicklung 518 erzeugt. Dies beruht darauf, daß der Kern 526 in dem im wesentlichen flachen Teil (Fig. 16) seiner Kennlinie arbeitet und eine vernachlässigbare Impedanz an der Wicklung 518 verursacht. Da keine Spannung in der Wicklung 518 erzeugt wird, muß die Spannung von der Quelle 511 in den Wicklungen 516, 520 und 522 erneut verteilt werden.

Man würde zunächst glauben, daß eine Spannung an der Wicklung 516 derselben Größenordnung wie die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 erzeugt werden würde, wenn der Kern 526 gesättigt ist. Es hat den Anschein, als ob diese Spannungsbeziehung infolge der Werte der Widerstände 512 und 514 auftreten würde. Wenn jedoch eine Spannung der normalerweise von der Quelle 511 erzeugten Polarität an der Netzwicklung 516 und somit an der Ausgangswicklung 534 aufträte, würde ein sehr großer Strom durch den Widerstand 552 und die Gleichrichter 554, 556, 558 und 560 in Vorwärtsrichtung der Gleichrichter, d. h. in Richtung geringer Gleichrichterimpedanz, fließen. Dieser Strom von der Ausgangswicklung 534 würde einen äquivalenten Strom durch die Netzwicklung 516 als Ergebnis der normalen Transformatorwirkung erfordern. Jedoch würde der Strom durch die Netzwicklung 516 auch durch die Netzwicklungen 518, 520 und 522 fließen müssen.

Da kein Belastungsstrom durch die Wicklungen 520 und 522 fließen kann, wenn diese ungesättigt sind, kann nur Magnetisierungsstrom durch die Wicklung 516 fließen. Die Impedanz, die dem Magnetisierungsstrom von der Wicklung 516 geboten wird, ist verhältnismäßig niedrig, da eine verhältnismäßig geringe Impedanz für diese Wicklung von dem Stromkreis gebildet wird, zu dem die Ausgangswicklungen 534 und 536, die Belastung 552 und die Dioden gehören. Infolge der verhältnismäßig geringen Impe-

danz, die an der Wicklung 516 liegt, und infolge des verhältnismäßig kleinen Stromes durch die Wicklung wird praktisch keine Spannung an der Wicklung erzeugt, wie bei 582 in Fig. 12 C veranschaulicht ist. Dadurch wird bewirkt, daß die volle Spannung an der Quelle 511 an die Wicklungen 520 und 522 angelegt wird, wie in Fig. 12 B bei 584 dargestellt ist.

Die Anlegung der vollen Netzspannung an die Wicklungen 520 und 522 bewirkt, daß eine beträchtliche Menge Voltsekunden in die Kerne 538 und 540 eingespeist wird, so daß die Kerne verhältnismäßig schnell gesättigt werden. Beim Fehlen eines Zeichenstromes werden die Kerne 538 und 540 im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt gesättigt, da sie gleiche Voltsekundenkapazitäten haben und der gleiche Betrag an Voltsekunden in die Kerne gelangt. Wenn die Kerne gesättigt sind, sind die an den Wicklungen 520 und 522 gebildeten Impedanzen verhältnismäßig klein, und die an den Wicklungen erzeugten Spannungen sind vernachlässigbar. Dies ist in Fig. 12 B bei 586 dargestellt.

Bei der Sättigung der Kerne 538 und 540 bleibt nur der Kern 524 ungesättigt. Dadurch wird bewirkt, daß die volle Netzspannung von der Quelle 511 an die Wicklung 516 gelangt, wie in Fig. 12 C bei 588 dargestellt ist. Die große Spannung an der Wicklung 516 verursacht ihrerseits, daß ein Belastungsstrom durch den Stromkreis fließt, zu dem die Blindbelastung 552, die Dioden und die Wicklungen 534 und 536 gehören. Dieser Strom ist verhältnismäßig groß infolge der niedrigen Impedanz, die durch die Blindbelastung 552 und die Dioden gebildet wird.

Die Spannung, die den Stromfluß durch die Bündbelastung 552 erzeugt, hat an dem oberen Ende der Wicklung 534 positive Polarität und an dem unteren Ende der Wicklung entgegengesetzte Polarität. Man erkennt jedoch, daß die Batterie 532 eine positivere Polarität an dem unteren Ende der Wicklung 528 als an dem oberen Ende der Wicklung erzeugt. Dadurch werden Voltsekunden durch den Strom durch die Blindbelastung 552 in entgegengesetzter Richtung zu den von der Batterie 532 hervorgerufenen Voltsekunden erzeugt. Somit schafft der Strom durch die Blind-

belastung 552 eine stabilisierende Wirkung, indem er die Arbeitsweise des Verstärkers so aufrechterhält, wie oben erläutert wurde.

Die obige Erörterung betrifft die Arbeitsweise des magnetischen Verstärkers, wenn eine positive Spannung von der Quelle 511 an die Wicklung 516 angelegt und kein Zeichen von der Quelle 546 erzeugt wird. Jedoch arbeitet der Verstärker in gleicher Weise bei der Anlegung einer positiven Spannung von der Quelle 511 an die Wicklung 522 (im folgenden als negative Halbperiode definiert) und bei Anlegung keiner Spannung von der Quelle 546. Unter solchen Bedingungen fließt Strom durch die Wicklungen 522, 520, 518 und 516 nach oben. Dieser Strom erzeugt einen Fluß in dem Kern 524 in derselben Richtung wie der Fluß, der in dem Kern durch den Strom aus der Batterie 532 entsteht. Der Fluß, der in dem Kern 526 durch die Anlegung von Spannung aus der Quelle 511 hervorgerufen wird, wirkt dem Fluß entgegen, der in dem Kern durch die Anlegung von Spannung aus der Batterie 532 erzeugt wird. Dadurch wird bewirkt, daß der Kern 524 vor dem Kern 526 gesättigt wird.

Wenn der Kern 524 gesättigt ist, wird die volle Spannung von der Quelle 511 an die Wicklungen 522 und 520 angelegt. Diese Spannung bewirkt, daß die Kerne 538 und 540 gleichzeitig gesättigt werden und daß danach der Wicklung 518 die volle Netzspannung aufgedrückt wird. Da das untere Ende der Wicklung 518 eine positivere Spannung erhält als das obere Ende der Wicklung, ist die in der Wicklung 536 induzierte Spannung an dem unteren Ende positiver als an dem oberen Ende. Diese Spannung ist so gerichtet, daß ein Strom durch die Blindbelastung 552 und die Dioden in gleicher Weise, wie oben erläutert wurde, entsteht. Infolgedessen arbeitet der magnetische Verstärker in gleicher Weise während beider Hälften jeder Spannungsperiode von der Quelle 511. Die Kennwerte des magnetischen Verstärkers sind so gewählt, daß der Verstärker so arbeitet, wie in den Fig. 12 A bis 12 C veranschaulicht ist, wenn eine maximale Spannung von beispielsweise 130 Volt von der Quelle 511 erzeugt wird und wenn kein Signal von der Quelle 546 geliefert wird. Wie man aus Fig. 12 C erkennt, sättigt sich der Kern 526 in der ersten Halbperiode und in den darauffolgenden abwechselnden Halbperioden verhältnismäßig spät, und der Kern 524 sättigt sich in der zweiten Halbperiode und in den darauffolgenden abwechselnden Halbperioden verhältnismäßig spät.

Die Sättigung des Kernes 524 oder des Kernes 526 zu einem verhältnismäßig späten Zeitpunkt in jeder Halbperiode bewirkt, daß die volle Netzspannung von der Quelle 511 an die Wicklungen 520 und 522 nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit in jeder Halbperiode angelegt wird, bevor sich die Kerne 538 und 540 sättigen. Dies ist durch die verhältnismäßig kurze Dauer des Kurventeils 584 in Fig. 12 B ersichtlich. Da die Kerne 538 und 540 fast am Ende jeder Halbperiode gesättigt werden, wird die volle Netzspannung nur in abwechselnden Halbperioden an die Wicklung 518 für verhältnismäßig kurze Zeiträume angelegt, wie bei 588 in Fig. 12 C dargestellt ist. In gleicher Weise wird die volle Netzspannung an die Wicklung 516 nur für eine verhältnismäßig kurze Zeitdauer in abwechselnden Halbperioden der Spannung angelegt. Infolgedessen sind die Voltsekunden, die in den Wicklungen 516, 518 von dem durch die Blindbelastung 552 fließenden Strom erzeugt werden, verhältnismäßig klein.

Wie bereits vorher erwähnt wurde, kann sich die Netzspannung von der Quelle 511 beträchtlich ändern. Beispielsweise kann die Spannung am Morgen vor Arbeitsbeginn in den Fabriken verhältnismäßig hoch sein, da nicht viel Energie verbraucht wird. Spät am Tag kann die Spannung beträchtlich abnehmen, da nicht nur die Fabriken, sondern auch ίο die anderen Verbraucher Energie entnehmen. Somit kann sich die Spannung der Quelle 511 zwischen 130 und 100 Volt ändern. Die untere Netzspannung der Quelle 511 ist bei 589 in Fig. 13 A dargestellt.

Wenn die Netzspannung von der Quelle 511 verhältnismäßig groß ist, nimmt jeder Kern 524 und 526 des magnetischen Schaltverstärkers eine beträchtliche Menge Voltsekunden auf. Der Kern, der am Ende jeder Halbperiode ungesättigt bleibt, nimmt während der Halbperiode eine beträchtliche Menge Voltsekunden auf. Dadurch wird bewirkt, daß der ungesättigte Kern in eine Lage gelangt, die sich der Sättigung in der Hysteresisschleife der Fig. 16 annähert. Beispielsweise würde der Kern 524 ein Voltsekundenniveau haben, daß der Stellung 590 in Fig. 16 am Ende jeder positiven Halbperiode entspricht (d. h., die obere Klemme der Quelle 511 ist positiv). Wie man erkennt, ist die Stellung 590 nicht weit von dem flachen Teil 576 entfernt, der die negative Sättigung des Kernes 526 zu solchen Zeiten darstellt. Bei einer Abnahme der Spannung, die von der Quelle 511 an die Wicklungen angelegt wird, nehmen die an die Kerne 524 und 526 angelegten Voltsekunden ab. Wie ausführlich im folgenden erklärt wird, reichen die Voltsekunden noch aus, um eine Sättigung eines der Kerne 524 und 526 und beider Kerne 538 und 540 während jeder Halbperiode zu erzeugen, wenn kein Zeichen von der Quelle 546 angelegt wird. Jedoch liegt der ungesättigt bleibende Kern nicht so dicht an der Sättigung, wie es der Fall ist, wenn die Netzspannung hoch ist. Beispielsweise würde der Kern 524 einen Voltsekundenpegel haben, der nur der Stellung 592 in Fig. 16 am Ende der abwechselnden Halbperioden entspricht (d. h. positive Spannung von der Quelle 511), wenn die Netzspannung nur 100 Volt beträgt. Man erkennt, daß die Stellung 592 viel weiter von der negativen Sättigung, die durch den flachen Teil 576 dargestellt wird, entfernt ist als die Stellung 590.

Eine Verminderung der Netzspannung von der Quelle 511 verursacht, daß der Barkhausen-Effekt zeitweilig beim Betrieb des magnetischen Verstärkers vorherrscht, wenn die Quelle 532 nicht vorhanden ist. Der Barkhausen-Effekt betrifft die Erscheinung, daß Kerne zu verschiedenen Zeiten nicht immer in der gleichen Weise arbeiten. Beispielsweise können die Moleküle in dem Kern zu einem Zeitpunkt unter einer besonderen Gruppe von Bedingungen magnetisch nicht so ausgerichtet sein wie zu einem anderen Zeitpunkt unter der gleichen Gruppe von Bedingungen. Dies bewirkt, daß der von dem Kern erzeugte Fluß zu dem einen Zeitpunkt kleiner ist als zu dem anderen. Man erkennt, daß jeder Kern eine zufällige Spannungsänderung gegen einen Normalwert gemäß dem Barkhausen-Effekt hat.

Der Barkhausen-Effekt wird nun mit Bezug auf das Schaltkernpaar 524 und 526 betrachtet. Der Effekt wird auch in positiven Halbperioden betrachtet, wenn Strom durch die Wicklungen 516, 518, 520

und 522 als Ergebnis einer positiven Spannung an
der oberen Klemme der Quelle 511 nach unten fließt.
Unter diesen Bedingungen erzeugt der Barkhausen-Effekt eine willkürliche Spannungsverteilung zwischen
den Wicklungen 516 und 518 und infolgedessen zwischen den Wicklungen 534 und 536. Da die Wicklungen 534 und 536 differential geschaltet sind, sucht
die Spannung an diesen Wicklungen von positiven
zu negativen Werten in willkürlicher Weise sehr
schnell zu schwanken.

Wenn die willkürliche Differentialspannung, die
von dem Barkhausen-Effekt erzeugt wird, positiv
wäre (oberes Ende der Wicklung 534 positiv), würde
sie einen Strom durch die Blindbelastung 552, die

Die Sättigung der Kerne 538 und 540 bewirkt, daß die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 auf einen vernachlässigbaren Wert abfällt, wie bei 598 in Fig. 13 B veranschaulicht ist. Wenn dies der Fall 5 ist, wird die volle Netzspannung an die Wicklung 516 angelegt. Dies ist in Fig. 13 C bei 600 veranschaulicht. Der sich ergebende Stromfluß durch die Blindbelastung 552 und die Dioden erfolgt in einer solchen Richtung, daß die Arbeitsweise des magnetischen ίο Verstärkers stabilisiert wird, wie oben vollständig erklärt wurde. Somit bleibt einer der Kerne 524 und 526 während jeder Halbperiode der Netzspannung auch dann ungesättigt, wenn die Netzspannung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert abfällt, beiDioden und die Wicklung 536 erzeugen. Dieser Strom 15 spielsweise auf 100 Volt, würde durch die Wicklung 534 nach oben und durch Die oben erläuterte Arbeitsweise des magnetischen

die Wicklung 536 nach unten in einer solchen Rieh- Verstärkers beruhte auf der Grundlage, daß kein tung fließen, daß ein Fluß entgegengesetzt zu dem Zeichen von der Quelle 546 vorhanden war. Es wurde Fluß erzeugt wird, der aus dem Barkhausen-Effekt gezeigt, daß der magnetische Verstärker keine überresultiert. Infolgedessen kann der Barkhausen-Effekt 20 mäßig großen Ströme aus der Quelle 511 entnehmen in keinem Falle eine merkliche Differentialspannung kann, auch nicht bei beträchtlichen Änderungen der positiver Polarität herstellen. Jedoch erzeugt eine Netzspannung. Die vorher beschriebene Arbeitsweise negative Differentialspannung als Folge des Bark- ändert sich jedoch, wenn ein Zeichen von der hausen-Effektes nur geringen Strom infolge der hohen Zeichenquelle 546 an die Wicklungen 542 und 544 Impedanz, die von den Dioden 554, 556, 558 und 25 gelangt, da der Zweck des magnetischen Verstärkers 560 gebildet wird. Deshalb können sich negative Dif- darin besteht, solche Zeichen zu verstärken. ferential-Voltsekunden ansammeln. Wenn die Zeichenquelle 546 eine positivere Span-

Ais Folge des Barkhausen-Effektes wechselt der nung an ihrer unteren Klemme als an ihrer oberen Kern 524 am Ende positiver Halbperioden der Netz- Klemme aufweist, fließt Strom durch die Wicklung spannungen von der Stellung 590 in die Stellung 592 30 544 in Fig. 11 nach unten und durch die Wicklung in Fig. 16, wenn die Netzspannung abnimmt. Da der 542 nach oben. Dieser Strom erzeugt einen Fluß in Kern 524 ein Voltsekundenniveau hat, das der Stel- dem Kern 540 in derselben Richtung wie der Fluß, lung 592 am Ende positiver Halbperioden für niedrige der durch den Netzstrom durch die Wicklung 522 erNetzspannungen entspricht, muß er nur von der Stel- zeugt wird, wenn der Netzstrom durch die Wicklung lung 592 zu dem flachen Teil 574 in den darauffol- 35 nach unten fließt. Jedoch verläuft der Fluß, der in genden Halbperioden wandern, um positiv gesättigt dem Kern 538 durch den Zeichenstrom von der zu werden. Als Folge davon erfordert der Kern 524 Quelle 546 erzeugt wird, wenn der Netzstrom durch zur Sättigung weniger Voltsekunden bei der Anlegung die Wicklung nach unten fließt. Jedoch verläuft der niedriger Netzspannungen als bei der Anlegung hoher Fluß, der in dem Kern 538 durch den Zeichenstrom Netzspannungen. Dies bewirkt, daß der Kern 524 in 40 von der Quelle 546 erzeugt wird, entgegengesetzt zu der negativen Halbperiode bei niedrigen Netzspan- dem Fluß, der in dem Kern durch den Netzstrom aus nungen früher gesättigt wird als bei hohen Netzspannungen. Dies kann man erkennen, wenn man die
Dauer der Kurventeile 593 und 594 in den Fig. 13 B
und 13 C mit der Dauer der entsprechenden Kurven- 45
teile 578 und 580 in den Fig. 12 B und 12 C vergleicht.
In gleicher Weise wird der Kern 526 in positiven
Halbperioden verhältnismäßig früh gesättigt.

Bei der Sättigung des Kernes 526 in positiven Halbperioden wird im wesentlichen keine Spannung an 50 Fig. 14 C für die Spannung an den Wicklungen 516 der Wicklung 518 erzeugt. Aus denselben Gründen, und 518 und durch den Kurventeil 604 in Fig. 14 B wie oben in der Erläuterung der hohen Netzspan- für die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 nung dargelegt wurde, hat die Spannung an den dargestellt. Dies ergibt sich zum Teil daraus, daß die Wicklkungen 516 und 518 einen vernachlässigbaren Widerstände 512 und 514 dieselbe Größenordnung Wert, wie bei 595 in Fig. 13 C dargestellt ist. Wenn 55 haben, und teilweise aus der Tatsache, daß das die Wicklungen 516 und 518 eine vernachlässigbare Zeichen von der Quelle 546 an den Wicklungen 534 Spannung haben, liegt die volle Netzspannung an den und 536 in gleicher Weise wie an den Wicklungen Wicklungen 520 und 522, wie in Fig. 13 B bei 596 548 und 550 auftritt. Wie man erkennt, ist die von gezeigt ist. der Zeichenquelle 546 an den Wicklungen 536 und

Infolge der niedrigen Netzspannung benötigen die 60 550 erzeugte Spannung so gerichtet, daß sie den in Kerne 538 und 540 eine längere Zeit zur Sättigung, den Kernen 526 und 540 von der Netzspannung ernachdem sie die volle Netzspannung erhalten, als zeugten Fluß unterstützt. Die von der Quelle 546 an wenn die Netzspannung hoch ist. Dies wird durch die den Wicklungen 534 und 548 erzeugte Spannnung verhältnismäßig lange Dauer des Kurventeiles 596 in ist so gerichtet, daß sie dem sich auf Grund des Fig. 13 B veranschaulicht. Beide Kerne 538 und 540 65 Netzstromes entstehenden Fluß entgegenwirkt, werden gleichzeitig gesättigt, da sie beide gleiche Die Beziehungen der Momentanspannungen in den

Kennwerte haben und denselben Betrag an Volt- verschiedenen Netzwicklungen für einen ungesättigten Sekunden erhalten. Zustand der Kerne 524,526, 538 und 540 kann durch

der Quelle 511 hervorgerufen wird. Dies bewirkt, daß der Kern 540 mehr Voltsekunden erhält als der Kern 538 und daß er vor dem Kern 538 gesättigt wird. Während der Zeit, während der alle Kerne 524, 526, 538 und 540 ungesättigt sind, hat die Spannung an den Wicklungen 516 und 518 dieselbe Größenordnung wie die Spannung an den Wicklungen 520 und 522. Dies wird durch den Kurventeil 602 in

die folgenden vier linearen Gleichungen ausgedrückt werden, wenn im wesentlichen gleiche Windungsverhältnisse zwischen den verschiedenen Wicklungen in dem Schaltverstärker und den entsprechenden Wicklungen in dem Hauptverstärker vorhanden sind:

e₁ + e₂ + e_s + e_l = e_L (1)

wobei

^pi + e₂ _ Widerstand 512

e₃ + e₄ ~ Widerstand 514 " ^U

e_t = Spannung an der Wicklung 516.

e_% = Spannung an der Wicklung 518.

e_s = Spannung an der Wicklung 520.

e₄ = Spannung an der Wicklung 522.

e_L = Netzspannung von der Quelle 511.

e_s — Zeichenspannung von der Quelle 546.

Nachdem positive Voltsekunden einige Zeit an die Kerne gelegt worden sind, wird der Kern 526 gesättigt, und die Impedanz der Wicklung 536 wird verhältnismäßig niedrig. Der Kern 526 wird zuerst aus den gleichen Gründen gesättigt, wie oben für den Fall erklärt wurde, in dem keine Zeichenspannung von der Quelle 546 erzeugt wird. Jedoch wird der Kern 526 zu einer früheren Zeit in der Halbperiode als in dem Falle gesättigt, in dem keine Zeichenspannung von der Quelle 546 erzeugt wird. Dies ergibt sich aus der Wirkung der Zeichenquelle 546, die Spannungsbeziehungen an den verschiedenen Netzwicklungen zu ändern, so daß eine Vergrößerung der an den Kern 526 angelegten Voltsekunden mit Bezug auf den Voltsekundenwert hervorgerufen wird, der gewöhnlich durch den Kern von der Netzquelle 511 aufgenommen wird.

Bei der Sättigung des Kernes 526 fällt die Spannung an der Wicklung 516 auf einen vernachlässigbaren Wert in einer Weise ab, die der oben beschriebenen entspricht. Die Spannung fällt auf einen vernachlässigbaren Wert unter der Voraussetzung, daß die Zeichenspannung von der Quelle 546 verschwunden ist. Wenn die Quelle 546 noch immer ein Zeichen erzeugt, fällt die Spannung an der Wicklung 516 praktisch auf einen negativen Wert. Dies ist ersichtlich, wenn man e₂ = 0 in den obigen Gleichungen macht und die Gleichungen nach e_t auflöst, da die Gleichung (4) nicht länger gültig ist. Wie man aus der Gleichung (2) erkennt, wird dann e_t gleich — e_s. Die an der Wicklung 516 erzeugte Spannung ist bei 606 in Fig. 14 C für den Fall veranschaulicht, in dem die Quelle 546 noch immer eine Zeichenspannung erzeugt, nachdem der Kern 526 gesättigt ist.

Die Lösung der obigen Gleichungen für den Fall, daß e_% = 0 ist, zeigt, daß

e -

4-

(5)

(6)

Die Gesamtspannung an den Wicklungen 520 und 522 beträgt e_L + e_s, wie in Fig. 14 B bei 608 veranschaulicht ist. Wie man aus den Gleichungen (5) und (6) erkennt, nimmt der Kern 540 eine größere Anzahl Voltsekunden als der Kern 538 nach der Sättigung des Kernes 526 auf. Außerdem hatte der Kern 540 eine größere Menge Voltsekunden aufgenommen als der Kern 538 vor der Sättigung irgendeines Kernes infolge der Differentialwirkung, die durch die Wicklungen 542 und 544 an der Spannung von der Zeichenquelle 546 erzeugt wird. Dies bewirkt, daß der Kern 540 vor dem Kern 538 gesättigt wird.

Wenn der Kern 540 gesättigt ist, wird die der Wicklung 522 zugeordnete Impedanz verhältnismäßig

ίο niedrig und die Spannung an der Wicklung vernachlässigbar. Da die Kerne 524 und 538 nun als einzige Kerne ungesättigt bleiben, wird angenähert die halbe Spannung von der Quelle 511 an die Wicklung 516 und die andere Hälfte der Spannung an die Wicklung 520 angelegt. Diese Spannungen sind bei 610 und 612 in den Fig. 14 C bzw. 14 B dargestellt.

Während der Zeit, während der die Kerne 526 und 540 gesättigt sind, fließt Strom durch einen Kreis, der aus der Wicklung 534, der Blindbelastung 552, den Dioden 554, 558, den Dioden 556, 560 und der Wicklung 536 besteht. Dieser Strom ist verhältnismäßig groß, da die Impedanz, die von der Blindbelastung 552, den Dioden und der Wicklung 536 gebildet wird, verhältnismäßig niedrig ist. Infolge dieses Stromes ist die Spannung an der Anode der Diode 558 im wesentlichen gleich der Spannung an der Anode der Diode 560. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Spannungsabfälle an den Dioden 554 und 556 im wesentlichen gleich sind.

Da die Anoden der Dioden 558 und 560 im wesentlichen gleiche Spannungen haben, muß die Impedanz zwischen diesen Gliedern verhältnismäßig niedrig sein. Dadurch wird bewirkt, daß die an der Wicklung 548 erzeugte Spannung einen Strom durch einen Kreis hervorruft, zu dem die Diode 558, die Wicklung 536, die Wicklung 534, die Blindbelastung 552, die Diode 556, die Belastung 562, die Wicklung 550 und die Wicklung 548 gehören. Dieser Strom erzeugt eine Ausgangsspannung an der Belastung 562, wie in Fig. 14 D bei 614 dargestellt ist.

Nachdem der Kern 540 gesättigt ist, werden noch Voltsekunden an den Kern 538 angelegt, da angenähert die halbe Netzspannung von der Quelle 511 während dieser Zeit der Wicklung 520 aufgedrückt wird. Dadurch wird der Kern 538 einige Zeit nach der Sättigung des Kernes 540 gesättigt. Bei der Sättigung der Kerne 538 und 540 kann die Spannung an den Wicklungen 520 und 522 vernachlässigt werden, wie in Fig. 14 B bei 616 veranschaulicht ist. Dies bewirkt, daß die volle Spannung von der Quelle 511 an die Wicklung 516 gelangt, wie in Fig. 14 C bei 618 dargestellt ist. Der Kern 524 kann nicht zu jeder Zeit während der positiven Halbperiode der Netzspannung gesättigt werden, und zwar aus denselben Gründen, die oben für den Fall dargelegt wurden, wo kein Zeichen von der Quelle 546 erzeugt wird.

In der nächsten Halbperiode der Netzspannung wird der Kern 524 vor dem Kern 526 in gleicher Weise gesättigt, wie oben beschrieben wurde. Außerdem wird der Kern 538 vor dem Kern 540 infolge der differentiellen Voltsekunden gesättigt, die in die Kerne von der Quelle 546 eingeführt werden, wobei angenommen wird, daß die Spannung von der Quelle 546 dieselbe Polarität behält. Wenn die Kerne 524 und 538 gesättigt sind, fließen Ströme durch die Blindbelastung 552 und die Belastung 562 in solcher Weise, wie oben beschrieben wurde. Dies ergibt sich aus der Induktion positiver Spannungen an den unte-

2OJ 747/237

ren Enden der Wicklungen 536 und 550 als an den oberen Enden der Wicklungen. Der Strom fließt durch die Belastung 562, bis der Kern 540 gesättigt ist.

Somit erkennt man, daß ein Ausgangsimpuls an der Belastung 562 in jeder Halbperiode der Netzspannung erzeugt wird, wenn ein positives Zeichen an der unteren Klemme 546 der Quelle relativ zu der Spannung an der oberen Klemme der Quelle entsteht. Durch eine Betrachtung, die der obigen entspricht,

Die oben offenbarte Vorrichtung hat mehrere wesentliche Vorteile. Sie erzeugt einen verhältnismäßig starken Ausgangsimpuls während jeder Halbperiode der Netzspannung und während derselben 5 Halbperiode der Netzspannung, in der eine Zeichenspannung an den Verstärker geführt wird. Der Verstärker erzeugt in aufeinanderfolgenden Halbperioden Ausgangsimpulse, deren Amplitude und Polarität der Amplitude und Polarität der Zeichenspannung

kann weiterhin gezeigt werden, daß eine Ausgangs- xo entsprechen. Außerdem sind solche Ausgangsimpulse spannung entgegengesetzter Polarität an der Be- vollständig unabhängig von Eingangszeichen (Quelle lastung 562 in jeder Halbpriode der Netzspannung 546) und von Ausgangsimpulsen, die in einer vorerzeugt wird, wenn die Zeichenspannung an der hergehenden Halbperiode auftreten, oberen Klemme der Quelle 546 positiver als an der Der Verstärker hat auch den Vorteil, daß er mit

unteren Klemme der Quelle ist. Somit wird ein Aus- 15 gutem Wirkungsgrad arbeitet, so daß in keinem Falle gangsimpuls in jeder Halbperiode der Netzspannung übermäßig große Ströme aus der Netzquelle 511 enterzeugt, wenn ein Zeichen von der Quelle 546 ge- nommen werden, auch nicht bei beträchtlichen Ändeliefert wird. Die Polarität und Amplitude des Aus- rangen der Netzspannung der Quelle 511. Beispielsgangsimpulses werden von der Polarität und Ampli- weise kann sich bei den Werten, die zu Anfang der tude des Eingangsimpulses während derselben Halb- 20 Beschreibung für die verschiedenen Bestandteile anperiode bestimmt. gegeben wurden, die Netzspannung zwischen 100

Die in Fig. 14 gezeigten Kurven betreffen den Fall, und 130 Volt ändern, ohne die Arbeitsweise des Verin dem eine verhältnismäßig hohe Spannung, bei- stärkers wesentlich zu beeinflussen, spielsweise 630 Volt, von der Quelle 511 und eine Da Spannungsänderungen den Frequenzänderun-

verhältnismäßig große Zeichenspannung von der 25 gen bei der Bestimmung der gesamten Voltsekunden Quelle 546 erzeugt wird. Die in Fig. 15 dargestellten während jeder Halbperiode der Netzspannung gleich-Kurven veranschaulichen den Fall, in dem eine wertig sind, soll bemerkt werden, daß der Verstärker niedrige Netzspannung, beispielsweise 100 Volt, von auch bei beträchtlichen Frequenzänderungen der der Quelle 511 und ein großes Zeichen 546 erzeugt Netzspannung zuverlässig arbeitet. Weiterhin wird anwerden. Wie man erkennt, entsprechen die in Fig. 15 30 genommen, daß es einem Fachmann auf Grund der dargestellten Kurven den Kurven nach Fig. 14 mit obigen Darstellung verständlich ist, wie man die der Ausnahme, daß die relativen Zeichen, zu denen
verschiedene Kerne gesättigt sind, infolge der Differenz der Netzspannung etwas unterschiedlich sein
können. 35

Es ist erwünscht, daß sich einer der Kerne 524 und 526 vor einem oder beiden der Kerne 538 und 540 sättigt. Um diese Reihenfolge zu gewährleisten, sind die Widerstände 512, 514 parallel zu den Wicklungen 516 und 518 bzw. 520 und 522 geschaltet. Der 40 Widerstand 512 besitzt auch einen etwas größeren Wert als der Widerstand 514, so daß die Kerne 524 und 526 etwas mehr Voltsekunden als die Kerne 538 und 540 während der Zeit am Anfang jeder

Spannungshalbperiode aufnehmen, in der alle Kerne 45 Verzögerang zwischen dem Zeitpunkt schafft, zu dem ungesättigt sind. sie ein Eingangszeichen aufnimmt und ein Ausgangs-

Es wurde gezeigt, daß Strom durch die Wicklun- zeichen abgibt, haben die Stufen vor der Endstufe in gen 534 und 536 und die Blindbelastung 552 gegen jeder Halbperiode Zeit, um geeignet zu arbeiten, Ende jeder Halbperiode der Netzspannung fließt, ob wenn die Endstufe der Kaskadenanordnung ein Auseine niedrige oder eine hohe Spannung an den ma- 5o gangszeichen am Ende jeder Halbperiode der Netzgnetischen Verstärker von der Quelle 511 angelegt spannung liefert.

wird. Es ist weiterhin gezeigt worden, daß Strom Wie man aus der obigen Beschreibung erkennt, ist

durch die Wicklungen 534 und 536 und die Blind- die Amplitude des Ausgangszeichens von der Ambelastung 552 in jeder Halbperiode der Netzspannung plitude des Eingangszeichens abhängig. Dies erkennt fließt, ob eine Zeichenspannung an den magnetischen 55 man aus der Tatsache, daß der durch die Belastung Verstärker von der Quelle 546 angelegt wird oder 562 fließende Strom von den Spannungen an den nicht und ob die Zeichenspannung die eine oder die Wicklungen 548 und 550 abhängt und daß die in den andere Polarität hat. Dieser Strom erzeugt in dem Wicklungen 548 und 550 induzierten Spannungen Kern 524 oder in dem Kern 526 eine Änderung des von der Amplitude der an die Wicklungen 542 und Voltsekundenwertes, die dem Wert äquivalent ist, der 60 544 angelegten Zeichen abhängig sind, in den Kernen durch den Strom von der Batterie über Die relative Zeit, zu der das Ausgangszeichen in

die Wicklungen 530 und 528 erzeugt wird, jedoch jeder Halbperiode erzeugt wird, hängt von dem Strom entgegengesetzte Polarität hat. Jedoch hat der Bark- ab, der durch die Blindbelastung 552 und die Wickhausen-Effekt, wie vorher erklärt wurde, die gleiche lungen 534 und 536 fließt. Wie vorher offenbart Wirkung wie die Batterie 532. Deshalb brauchen die 65 wurde, steuert dieser Strom die relative Zeit in jeder Batterie 532, der Rheostat 533 und die Wicklungen Halbperiode, in der einer der Kerne 524 und 526 ge- und 530 auf den Schaltverstärkerkernen 524 und sättigt wird. Da die Kerne 538 und 540 im allgenicht in dem Verstärker enthalten zu sein. meinen erst gesättigt sind, wenn einer der Kerne 524

Schaltungsparameter einstellt, damit der Verstärker bei noch größeren Spannungsschwankungen als zwischen 100 und 130 Volt leistungsfähig arbeitet.

Da der oben offenbarte magnetische Verstärker große Ausgangszeichen erzeugen kann, kann er als Endstufe in einer Kaskadenschaltung verwendet werden. Vorstufen einer solchen Anordnung können den Vorrichtungen nach Fig. 9 und 10 entsprechen.

Der oben beschriebene magnetische Verstärker ist im besonderen zur Verwendung als Endstufe in einer Kaskadenanordnung infolge seiner Lieferang von Ausgangsleistung am Ende jeder Halbperiode der Netzspannung geeignet. Da jede Stufe eine gewisse

und 526 gesättigt ist, kann ein Ausgangsimpuls in jeder Halbperiode erst geliefert werden, nachdem einer der Kerne 524 und 526 gesättigt ist. In dieser Weise kann die relative Zeitstellung, mit anderen Worten die Phase, des Ausgangszeichens dadurch geregelt werden, daß die Amplitude des an die Wicklungen 528 und 530 angelegten Zeichens eingestellt wird. Das an die Wicklungen 528 und 530 angelegte Zeichen kann in der Amplitude dadurch eingestellt werden, daß die Stellung des beweglichen Kontaktes an dem Rheostat 533 so variiert wird, daß der wirksame Widerstand in dem Kreis geändert wird.

Da sowohl die Phase als auch die Amplitude des Ausgangszeichens geregelt werden kann, kann der oben offenbarte magnetische Verstärker benutzt werden, um die Arbeitsweise bestimmter Vorrichtungen, wie beispielsweise Motoren, genau zu regeln. Die Arbeitsweise des Motors kann auf diese Weise geändert werden, indem die Phase und die Amplitude des Ausgangszeichens eingestellt wird.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Magnetverstärker zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die Amplitudenänderungen in jeder Halbperiode eines Netzwechselstroms unter der Steuerung der Kennwerte eines Eingangssignals während einer solchen Halbperiode haben, bestehend aus einem Paar sättigungsfähigen Magnetkernen und auf diesen angeordneten Wicklungen, die in elektrische Stromkreise mit einer Netzwechselstromquelle, einem Signaleingangskreis und einem Signalausgangskreis, der eine Belastung und eine Gleichrichtervorrichtung enthält, geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der zeitlichen Nacheilung zwischen den Eingangssignalen (E_s an 35, 37) und den Ausgangssignalen (an 53, 55) auf ein Minimum auf den Kernen (11, 13) eine Anordnung vorgesehen ist, die aufweist ein Paar an sich bekannte, an die Netzwechselstromquelle (E_ac an 23, 25) angeschlossene Netzwicklungen (15, 17), die eine so ausreichende Anzahl Windungen haben, daß beide Kerne (11, 13) während jeder Halbperiode des Netzwechselstroms (E_ac) wirksam gesättigt werden, sowie ein Paar Signalwicklungen (27,29), die mit dem Signaleingangskreis und miteinander derart verbunden sind, daß sie dem Kernsättigungseffekt von einer der Netzwicklungen entgegenwirken und den Kernsättigungseffekt der anderen Netzwicklung ansprechend auf das Eingangssignal unterstützen, und ein Paar Ausgangswicklungen (43, 45), die mit dem Signalausgangskreis und miteinander derart verbunden sind, daß ein Stromfluß durch den Signalausgangskreis in der ersten Richtung während eines Anfangteiles jeder Halbperiode des Netzwechselstromes vor der Sättigung des ersten der genannten Kerne und Stromfluß durch den Signalausgangskreis in der zweiten Richtung in jeder Halbperiode des Netzwechselstromes nach der Sättigung des ersten der genannten Kerne bis zur Sättigung des anderen Kernes zu erzeugen suchen, und die Gleichrichtervorrichtung (61) den Stromfluß durch die Belastung (51) nur in der zweiten Richtung zuläßt (Fig. 1).

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Voltsekundeninhalt der gewickelten Kerne eine solche Beziehung zu der Netzspannung hat, daß Sättigung jedes Kernes während jeder Halbperiode der angelegten Spannung gewährleistet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalwicklungen (27, 29) abwechselnd einen Pfad hoher Impedanz und einen Pfad niedriger Impedanz zum Stromfluß in den Ausgangswicklungen (43, 45) herstellen.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen (155, 157; 185, 187) in einer Brückenschaltungsanordnung geschaltet sind, in welcher der Ausgangskreis eine Belastung (177) und in einer Richtung wirkende Mittel (199, 175) enthält, die quer über die Brücke geschaltet sind.

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brückenkreis Impedanzen (171, 173) geschaltet sind und daß die Signalenergie zwischen einem Paar Klemmen (179, 181) in der Brücke in den speziellen Halbperioden relativ zu der Einführung der Netzspannung unterschiedlich eingeführt wird.

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Paar sättigungsfähige Kerne (201, 203), die den Kernen (H', 13') gleichartig sind, mit Netzwicklungen (205, 207) und Ausgangswicklungen (209, 211) versehen ist, die über eine Gleichrichterbrücke (215) an die Ausgangswickluhgen (43', 45') auf den Kernen (H', 13') sowie auch an Belastungen (225, 51') gekoppelt sind.

7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwicklungen erste und zweite Wicklungspaare (305, 307; 309, 311) haben, die den sättigungsfähigen Kernen in dem ersten Paar (301, 303) magnetisch zugeordnet sind, und dritte und vierte Wicklungspaare (317, 319; 315, 321) haben, die den sättigungsfähigen Kernen in dem zweiten Paar (315, 313) magnetisch zugeordnet sind, und daß ein Ausgangskreis vorhanden ist, der Wicklungen enthält, an die in einer Richtung wirkende Mittel (325) und eine Belastung (349) angeschlossen sind.

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in den ersten und zweiten Paaren (305, 307; 309, 311) an entgegengesetzten Seiten (341, 343) in einem Brückenkreis (325) angeschlossen sind und daß die Wicklungen in den dritten und vierten Paaren (317, 321; 319, 323) mit den entgegengesetzten Seiten (327, 329) in dem dritten Kreis verbunden sind.

9. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (H', 13', 201, 203), die Wicklungen (27', 29', 43', 45', 205, 207, 233, 235) und die Ausgangskreise (53', 55') so angeordnet sind, daß sie eine Mehrstufeneinheit (Fig. 9) bilden, daß der Ausgangskreis jeder Stufe mit den Signalwicklungen der nächstfolgenden Stufe gekoppelt ist und daß die Netzwicklungen (419, 421; 445, 447; 457, 459) parallel zu der Wechselstromquelle (E_ac) geschaltet sind, die auch mit einer Parallelanordnung von den Kernen (411, 413; 441, 443; 453, 455) zugeordneten Ausgangswicklungen verbunden ist.

10. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Wechselstromquelle angeschlossenen Wicklungen ein erstes Paar Netz-

wicklungen (516, 518), von denen jede einem anderen Kern in dem ersten Paar (524, 526) magnetisch zugeordnet ist, und ein zweites Paar Netzwicklungen (520, 522) enthalten, von denen jedes einem anderen Kern in dem zweiten Paar (538, 540) magnetisch zugeordnet ist, und daß der Ausgangskreis ein erstes Paar Ausgangswicklungen (534, 536), von denen jede einem anderen Kern in dem ersten Paar magnetisch zugeordnet ist, und ein zweites Paar Ausgangswicklungen (548, 550) enthält, von denen jede einem anderen Kern in dem zweiten Paar magnetisch zugeordnet ist, daß die Signalquelle (511) periodische Netzspannung den Netzwicklungen in jedem Paar zuführt, und daß der Ausgangskreis (546) Signalenergie in Differentialanordnung den Netzwicklungen zu-

führt und Steuervorrichtungen (554, 556, 558, 560) enthält, um den Netzwicklungen in dem zweiten Paar relativ zu der Zuführung der Netzspannung an die Wicklungen eine Spannung in Differentialanordnung zuzuführen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 644129, insbesondere ίο Fig. 1 und 2;

Zeitschrift »Funk-Technik«, 1953, S. 628 bis 629, insbesondere S. 629, Z. 4 und 5;

Zeitschrift »Funk und Ton«, 1953, S. 355, Abs. 2; Zeitschrift »The Proceedings of the Institute of Electrical Engineers«, 1950, S. 628 bis 644, insbesondere Fig. 11 und 29.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen