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Einrichtung zur Erzeugung magnetischer Wechselfelder Die Anmeldung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung magnetischer Wechselfelder mit einem
den Magnetisierungsstrom liefernden steuerbaren Generator. Die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe besteht darin, zur Veränderung der Frequenz des Wechselfeldes,
der Amplitude, der Flankensteilheit usw., die Steuerung des Generators kontaktlos
und ohne Verwendung von erschütterungsempfindlichen und alternden Bauteilen (Elektronenröhren)
durchzuführen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung des Generators mit Hilfe eines
oder mehrerer in einer astabilen oder bistabilen Kippschaltung angeordneter steuerbarer
Halbleiter. Durch die Anordnung der Halbleiter in einer astabilen Kippschaltung
wird dabei zugleich erreicht, daß das magnetische Feld in dem eingestellten Kipprhythmus
selbststätig schwankt. Zur Lieferung des das magnetische Wechselfeld hervorrufenden
Stromes eignet sich vorteilhaft ein fremderregter Gleichstromgenerator. In diesem
Fall kann der Erregerstrom des Generators mit Hilfe der Kippschaltung steuerbar
sein.
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An Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles sei die
Erfindung näher erläutert. Der von einem Motor 1 angetriebene fremderregte Gleichstromgenerator
2 speist eine Last 21, welche beispielsweise eine Stromschleife zur Erzeugung des
gewünschten Magnetfeldes sein möge. Der Generator 2 wird von einer Kippschaltung
3 gesteuert. Als steuerbare Halbleiter sind in diesem Fall Transistoren verwendet.
Statt der dargestellten Flächentransistoren können jedoch auch andere Transistorentypen
oder andere steuerbare Halbleiter, wie beispielsweise magnetfeldabhängige Widerstände,
Heißleiter od. dgl., verwendet werden. Bei größeren Generatoren ist es vorteilhaft,
die Steuerung wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Magnetverstärker
4 durchzuführen. Dabei erhält man eine besonders einfache Steuerung, wenn der Generator
2 mit zwei galvanisch getrennten Erregerwicklungen 2 a und 2 b versehen ist, die
so geschaltet sind, daß die von ihnen erzeugten Erregerfelder entgegengesetzt gerichtet
sind. In diesem Fall kann die Erregerwicklung 2 a über den Magnetverstärker 4 a
und die Erregerwicklung 2 b über den Magnetverstärker 4 b an die Erregerspannung
5 angeschlossen werden.
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Die Steuerung des Generators 2 erfolgt mit Hilfe der astabilen Kippschaltung
3, welche aus den beiden Transistoren 30 und 31, den Kollektorwiderständen 32 und
33, den Basiswiderständen 34 und 35 sowie den Kondensatoren 36 und 37 besteht. Die
erforderliche Kollektorspannung wird von einer besonderen Gleichspannungsquelle
6 geliefert. Derartige astabile Kippschaltungen sind bereits vorgeschlagen worden.
Je nach der Größe der Kollektorspannung der Kapazitäten sowie der Basis- bzw. Kollektorwiderstände
erhält man eine Kippspannung unterschiedlicher Frequenz, Amplitudengröße und Impuls-Pausenverhältnis.
Dabei wird unter Impuls-Pausenverhältnis das Verhältnis der Impulsdauer zur Impulspause
eines jeden Transistors verstanden. Werden nunmehr die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers
4 a in den Kollektorkreis des Transistors 30 geschaltet und die Steuerwicklungen
des Magnetverstärkers 44 b in den Kollektorkreis des Transistors 31, so wird über
die Magnetverstärker der Generator 2 und damit das gewünschte Magnetfeld in dem
eingestellten Kipprhythmus schwingen. Durch Veränderung der Ankopplung, d. h. also
durch Kapazitätsänderung der Kondensatoren 36 und 37 können die Schaltzeiten der
Kippschaltung variiert werden. Um die Schaltzeit der Transistoren 30 und 31 unabhängig
voneinander in möglichst weiten Grenzen variieren zu können, sind die Basiswiderstände
34 und 35 nicht unmittelbar an die Kollektorspannung 6 angeschlossen, sondern an
den Abgriff der als Spannungsteiler ausgebildeten Kollektorwiderstände 32 und 33.
Durch diese Maßnahme lassen sich besonders lange Kippzeiten erreichen, die um so
größer sind, je mehr sich das an den Spannungsteilern 32 und 33 abgegriffene Potential
dem Kollektorpotential der Transistoren 30 und 31 nähert. Eine allzu große Annäherung
an das Kollektorpotential
führt jedoch zu Störungen des Kippvorganges.
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Für den Fall, daß eine Änderung der Flankensteilheit der Kippschwingungen
erwünscht ist, können die in den Erregerstromkreisen des Generators 2 vor-Qesehenen
Widerstände 2 c und 2 d veränderbar ausgebildet sein. Da die Größe dieser Widerstände
die Trägheit des Generators beeinfiußt, kann mit ihnen die gewünschte Zeitkonstante
der Impulsflanken eingestellt werden. Eine derartige Regelung der Flankensteilheit
ist jedoch nur in gewissen Grenzen möglich und zudem mit erheblichen Verlusten behaftet.
Gemäß der weiteren Erfindung ist daher parallel zu den beiden Kipptransistoren 30
und 31 je ein Steuertransistor 40 und 41 geschaltet, dessen Basis über veränderbare
Widerstände 42 bzw. 43 an das Kollektorpotential des zugehörigen Transistors und
über je einen Kondensator 44 bzw. 45 an dessen Emitterpotential angeschlossen ist.
Die Erregerwicklungen der beiden Magnetverstärker 4 n und 4 6 können sodann statt
im Kollektorkreis der Transistoren 30 und 31 im Kollektorkreis der Transistoren
40 und 41 angeordnet werden. Durch Veränderung der Widerstände. 42
und 43 bzw. der Kapazitäten 44 und 45 ist eine Änderung der Flankensteilheit der
Kippspannung infolge Veränderung der Zeitkonstante möglich.
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Da die beiden Magnetverstärker 4 a und 4 b in Abhängigkeit von der
Öffnungszeit der Transistoren 30 und 31 gesteuert werden, arbeiten die beiden Magnetverstärker
im Gegentakt, d. h. je weiter der eine Magnetverstärker geöffnet ist, desto mehr
ist der andere Magnetverstärker geschlossen und umgekehrt. Je nachdem welcher der
beiden Magnetverstärker weiter geöffnet ist, wird auch das Feld von der Erregerwicklung
2 a oder 2 b überwiegen und damit der von dem Generator 2 gelieferte Strom in der
einen oder anderen Richtung fließen.
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Ist eine bestimmte Flankensteilheit der Stromimpulse im Stromkreis
der Last 21 vorgeschrieben, so bereitet eine zu große Trägheit des Generators eventuell
Schwierigkeiten. Gemäß der weiteren Erfindung wird daher die Steuerung durch die
Magnetverstärker 4 a und 4 b so ausgelegt, daß der Generator beim
Umschalten stark übererregt wird. Dadurch kann trotz größerer Trägheit die gewünschte
Flankensteilheit erreicht werden. Die Übererregung des Generators würde jedoch zur
Überschreitung der vorgeschriebenen Amplitudenhöhe führen, so daß eine Strombegrenzungseinrichtung
7 vorgesehen ist. Beim Erreichen der vorgeschriebenen Amplitudenhöhe werden deshalb
über die Strombegrenzungseinrichtung 7 die Magnetverstärker 4 a und 4 b so beeinflußt,
daß der Erregerstrom des Generators 2 auf den vorgeschriebenen Wert begrenzt wird.
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Der Strombegrenzungseinrichtung 7 wird der Istwert der Generatorspannung
über einen Spannungsteiler 71 zugeführt, der Sollwert beispielsweise von der Spannungsquelle
5 über einen Transformator 72 und eine Gleichrichteranordnung 73 dem Spannungsteiler
74. Vor dem Vergleich der beiden an den Potentiometer 71 und 74 entstehenden Spannungen
wird die am Potentiometer 71 abgegriffene Spannung ebenfalls über eine Gleichrichteranordnung
75 gleichgerichtet. Sobald die Generatorspannung und damit die am Potentiometer
71 abgegriffene Spannung den Sollwert, d. h. die Größe der am Potentiometer 74 abgegriffenen
Spannung erreicht, wird ein weiteres Ansteigen der Generatorspannung durch entsprechende
Steuerung der beiden Magnetverstärker über die zusätzlichen Steuerwicklungen 4 g
und 4 h bzw. 4 n und 4 o verhindert. Zwei Kondensatoren
8 und 9
verhindern eine Rückkopplung der Magnetverstärker auf die Transistorkippschaltung.
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Die vorbeschriebene Einrichtung zur Erzeugung magnetischer Wechselfelder
eignet sich u. a. zur Speisung von Räumgeräten für magnetische Minen. Sowohl bei
einer derartigen Anwendung als auch bei anderen Anwendungsfällen, in denen mehrere
magnetische Wechselfelder gleichzeitig erzeugt werden sollen, können mehrere Generatoren
von einer gemeinsamen Kippschaltung gesteuert werden. So ist es z. B. möglich, eine
Kippschaltung auf dem Minensuchboot oder an Land anzuordnen und die erzeugten Impulse
dem in jedem Minenräumgerät angeordneten Generator über die entsprechenden Magnetverstärker
und eine drahtlose Telegrafenverbindung zuzuführen.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Minenräumgeräte nicht, wie bisher
üblich, von den Minensuchbooten ziehen zu lassen, sondern ferngelenkte Minenräumgeräte
zu verwenden, die den Minensuchbooten vorauseilen und daher auch die Suchboote bereits
vor den Minen schützen. Bei solchen ferngesteuerten Minenräumgeräten kann es zweckmäßig
sein, jedes Minenräumgerät mit einer eigenen Kippschaltung zu versehen und die Frequenz.
Amplitude, Flankensteilheit und das Impuls-Pausenverhältnis der erzeugten magnetischen
Felder durch Beeinflussung der ohmschen, induktiven undoder kapazitiven Widerstände
der Kippschaltung fernzusteuern.
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Für die Fernsteuerung kann jedem zu versteilenden Widerstand ein besonderer
Übertragungskanal, beispielsweise eine besondere Trägerfrequenz, zugeordnet sein.
Vielfach ist es jedoch vorteilhaft, allen Widerständen einen gemeinsamen Übertragungskanal
zuzuordnen, und die Verstellung der einzelnen Widerstände durch an sich bekannte
Modulationsverfahren durchzuführen. In manchen Fällen, beispielsweise bei der Verwendung
für Minenräumgeräte, wird im allgemeinen nur eine beschränkte Anzahl fester Steuerprogramme
benötigt, d. h. bestimmte Frequenz- und Amplitudenzahlen, bestimmte Flankensteilheiten
und Impuls-Pausenverhältnisse. Es ist daher möglich, die Änderung der Widerstände
in vorbestimmten Stufen durchzuführen, beispielsweise mit Hilfe sogenannter Schrittwähler.
Um auch hier Kontakte und mechanisch bewegte Teile weitgehend zu vermeiden, können
diese Schrittwähler ebenfalls als steuerbare Widerstände ausgebildet sein.
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Bei Verwendung mehrerer ferngelenkter Geräte kann es erforderlich
sein, die einzelnen Geräte zu synchronisieren, um unerwünschte überlagerungseffekte
zu vermeiden. Eine derartige Synchronisation läßt sich gemäß der weiteren Erfindung
dadurch erreichen, daß statt der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen astabilen
Kippschaltung entweder eine bistabile Kippschaltung verwendet wird. Um jedoch sowohl
ein selbsttätiges als auch ein gesteuertes Kippen zu ermöglichen, können aber auch
die Steuerimpulse in die astabile Kippschaltung nach Art einer bistabilen Kippschaltung
eingeführt werden. Zu diesem Zweck können den Kollektoren und damit auch den Basen
der Kipptransistoren über eine bei bistabilen Kippschaltungen übliche Umsteuereinrichtung
zweier Dioden Synchronisationsimpulse zugeführt werden, die die Schaltung sofort
kippen lassen.
Durch diese Maßnahme kann ein gleichzeitiges Ansprechen
sämtlicher Kippschaltungen erzwungen werden.