DE1173170B

DE1173170B - Einrichtung zur Verzoegerung des Schaltvorgangs eines Magnetverstaerkers

Info

Publication number: DE1173170B
Application number: DEA32061A
Authority: DE
Inventors: Franklin Sherrick Malick
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1958-05-19
Filing date: 1959-05-16
Publication date: 1964-07-02
Also published as: CH376967A; US2983827A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: G05f;

G05g

Deutsche Kl.: 21c -46/32

Nummer: 1173 170

Aktenzeichen: A 32061 VIII b / 21 c

Anmeldetag: 16. Mai 1959

Auslegetag: 2. Juli 1964

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verzögerung des Schaltvorgangs eines Magnetverstärkers, der Steuer-, Vormagnetisierungs- und Arbeitswicklungen aufweist, über einen als Verzögerungsglied dienenden sättigbaren Magnetkern, der eine mit einer Gleichspannungsqüelle verbundene Eingangswicklung trägt, durch die der Kern magnetisch gesättigt wird, und eine Ausgangswicklung, in der in Abhängigkeit von der magnetischen Flußänderung im Kern eine Ausgangsspannung induziert wird, die die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers speist.

Derartige Verzögerungseinrichtungen sind bekannt. Bekannte Einrichtungen müssen jedoch für jeden Schaltvorgang wieder rückmagnetisiert, d. h. neu vorbereitet werden.

Ziel der Erfindung ist, eine automatisch arbeitende Rückmagnetisierung für eine Verzögerungseinrichtung zu schaffen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß eine an sich bekannte Rückmagnetisierungswicklung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Magnetverstärkers die Sättigung des Kerns umkehrt.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren beschrieben.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines sättigbaren Magnetkerns als Verzögerungseinrichtung;

F i g. 2 zeigt eine Darstellung der Hysteresisschleife des Kerns nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Ausgangsstromes des in F i g. 1 gezeigten Kerns, und

F i g. 4 ist das Schaltbild einer Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung.

Die grundlegende Theorie der Verzögerungseinrichtung wird am besten an Hand der Schaltung nach F i g. 1 erklärt. Der Kern 6 hat die in F i g. 2 dargestellte Hysteresisschleife. Eine Gleichspannungsquelle bewirkt einen Strom i_b in der Wicklung N_p. Dadurch wird im Kern ein magnetischer Fluß entsprechend der Amperewindungszahl N_pi_b erzeugt. Eine zweite Gleichspannungsquelle liefert einen Strom ip, der im Kern einen magnetischen Fluß entsprechend der Amperewindungszahl N_pi_p hervorruft.

Nimmt man zunächst an, daß nur der Strom i_b fließt, so hat der Fluß im Magnetkern seinen negativen Sättigungswert — Φ₃ in Punkt A nach F i g. 2. Wird nun angenommen, daß die Amperewindungszahl Npip die doppelte Größe der Amperewindungszahl N_pi_b und entgegengesetztes Vorzeichen hat, so wird der Fluß im Kern den positiven Sättigungswert + <P_S annehmen. Diese Ummagnetisierung erfolgt Einrichtung zur Verzögerung des Schaltvorgangs eines Magnetverstärkers

Anmelder:

AUis-Chalmers Manufacturing Company,

Delaware, Wis. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs,

Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:

Franklin Sherrick Malick, Monroeville, Pa.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19. Mai 1958 (736 263) -

nicht sprungartig, sondern erfordert eine gewisse Zeit. Während dieser Zeit wird eine Spannung E_s in der Wicklung N_s induziert, die in dem Sekundärwiderstand R_s, der mit der Wicklung N_s verbunden ist, einen Strom /_s hervorruft.

Während der Änderungszeit des Flusses im Kern wird durch die Hysteresisschleife gefordert, daß die gesamte Amperewindungszahl im Kern gleich N-I₁ sein muß. Da nur drei Flußquellen, die Ströme i_b, i_p und /_s, vorhanden sind, i_b und i_p jedoch konstante Gleichströme sind, muß sich i_s selbst so einstellen, daß während der Zeit, in der sich der Fluß im Magnetkern ändert, folgende Gleichung erfüllt ist:

Die Größe und Richtung, die N_s i_s haben muß, ist in F i g. 2 dargestellt. Nimmt man für die Hysteresisschleife vertikale Flanken an, so bleibt i_s während der gesamten Flußänderung von der negativen in die positive Sättigung konstant.

Der Strom i_s kann über der Zeit aufgetragen werden, wie in F i g. 3 dargestellt ist. Entsprechend der Kurvendarstellung wurde der Strom i„ zur Zeit t = 0 eingeführt. Nachdem der Fluß die positive Sättigung erreicht hat, kann er sich nicht weiter ändern, so daß die Spannung E_s und damit auch der Strom i_s gegen Null geht. Wird der Strom i_p abgeschaltet, so stellen sich die gleichen Verhältnisse ein, nur hat /_s die

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gegensinnige Richtung, da der Fluß auf den Anfangspunkt A nach F i g. 2 zurückkehrt.

Es kann natürlich erwogen werden, die Wicklung^ in zwei voneinander getrennte Wicklungen zu unterteilen. Der Strom i_b speist dann die eine Wicklung und der Strom i_p die andere. Dies kann erstrebenswert sein, wenn es erwünscht ist, zwei elektrische Stromkreise voneinander getrennt zu halten, um Wechselwirkungen zu verhüten. In F i g. 1 ist die Wicklung N_p nur der Einfachheit halber als eine Wicklung dargestellt. Das Amperewindungszahlverhältnis Ni₁, zu Ni₁, ist 1:2, wobei erv/ünscht ist, daß die Ummagnetisierung des Kerns bis zur Sättigung in beiden Richtungen in der gleichen Zeit vor sich geht.

Die Verzögerungseinrichtung nach der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt.

Hiernach wird eine Wechselspannungsquelle 1 über einen Schalter 2 und Verbindungsleitungen 3 und 4 mit dem Magnetverstärker S verbunden. Die Wechselspannungsquelle 1 ist über die Arbeitswicklungen 10 und 11 und die Rückkopplungswicklungen 12 und 13 des Magnetverstärkers mit einer Last 14 verbunden. In diesem Stromkreis liegen Gleichrichter 15 und 16, die so gepolt sind, daß die Arbeitswicklungen 10 und 11 abwechselnd in den verschiedenen Halbwellen der Speisespannung Strom führen. Der Strom fließt z. B. während der einen Halbwelle durch die Arbeitswicklung 10 und die Rückkopplungswicklung 12 über den Gleichrichter 16 zur Last 14. In der nächsten Halbwelle kehrt der durch die Last fließende Strom seine Richtung um und fließt über den Gleichrichter 15, die Rückkopplungswicklung 13 und Arbeitswicklung 11 sowie Verbindungsleitung 3 zur Wechselspannungsquelle 1 zurück.

Auf dem gleichen Kern mit den Arbeitswicklungen 10 und 11 sind Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 angebracht. Die Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 sind in Reihe geschaltet und werden vom Ausgang eines Vollweg-Brückengleichrichters 22 über eine Drosselspule 23, einen Widerstand 24 und Verbindungsleitungen 25 und 26 gespeist. Die Vormagnetisierungswicklungen haben die Tendenz, den Kern des Magnetverstärkers in die Sättigung zu bringen und dabei den durch die Arbeitswicklungen fließenden Strom zu vergrößern, wie durch die Pfeile neben den Wicklungen 20 und 21 angedeutet wird. Der in Reihe mit diesen Wicklungen liegende Widerstand 24 begrenzt den in diesen fließenden Strom auf einen vorbestimmten Wert. Die im Kreis mit dem Brückengleichrichter 22 und den Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 liegende Drosselspule 23 dient zur Aussiebung unerwünschter Komponenten, was dazu beiträgt, einen nahezu konstanten Gleichstrom zu erhalten.

Vom Ausgang des Brückengleichrichters 22 wird auch eine Eingangswicklung 30 auf einem Magnetkern 31 der Verzögerungseinrichtung über die Drosselspule 23 und einen Widerstand 32 gespeist. Diese Wicklung ruft im Magnetkern einen Fluß hervor, der so gerichtet ist, daß er den Kern in den positiven Sättigungsbereich bringt. Eine Rückmagnetisierungswicklung 33 auf dem Magnetkern 31 wird von einem Strom, der vom Ausgang des Magnetverstärkers 5 abgeleitet wird, gespeist. Die Spannung wird an der Last 14 abgenommen und durch Gleichrichter 34 gleichgerichtet. Ein Widerstand 35 begrenzt den Strom auf einen vorgegebenen Wert. Die Richtung des im Kern durch die Rückmagnetisierungswicklung 33 hervorgerufenen magnetischen Flusses ist dem durch den Strom in der Wicklung 30 erzeugten entgegengesetzt und versucht daher, den Fluß im Magnetkern umzukehren. In der Rückr magnetisierungswicklung 33 fließt nur dann ein Strom, wenn aus dem Magnetverstärker 5 ein Ausgangsstrom durch die Last 14 fließt. Da der Magnetverstärker 5 infolge der Rückkopplungswicklungen 12 und 13 sprungartig wirkt, ist der resultierende Strom in der Wicklung 33 in großem Maße eine Funktion des Widerstandes 35.

Der Kern 31 hat eine Ausgangswicklung 40, die mit den Steuerwicklungen 41 und 42 des Magnetverstärkers verbunden ist. Die Steuerwicklungen 41 und 42 sind derart gepolt, daß sie das Ausgangssignal des Magnetverstärkers verringern, wie durch die Pfeile neben den Wicklungen angedeutet wird. Die Größe des durch den in den Steuerwicklungen 41 und 42 fließenden Strom erzeugten magnetischen Flusses reicht aus, um den magnetischen Fluß durch die Vormagnetisierungswicklungen zu überwinden und den entsättigten Zustand des Magnetverstärkers aufrechtzuerhalten. Wie schon erwähnt, ist die Größe des Stromes, der in den Wicklungen 40, 41 und 42 fließt, von der Größe der Flußänderung im Kern 31 bestimmt. Dadurch wird der Magnetverstärker 5 gesperrt und verhindert, daß ein Ausgangsstrom in den Arbeitswicklungen 10 und 11 fließt.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt: Der Magnetkern 31 befindet sich in der negativen Sättigung. Wird der Schalter 2 geschlossen, so wird dem Gleichrichter 22 aus der Wechselspannungsquelle 1 Energie zugeführt.

Der Gleichstrom vom Ausgang der Gleichrichterbrückenschaltung 22 fließt durch die Drosselspule 23, den Widerstand 32 und die Wicklung 30 auf dem Magnetkern 31. Der durch die Wicklung 30 fließende Strom beginnt sofort damit, den Kern in die positive Sättigung zu bringen. Die Flußänderung im Magnetkern 31 induziert eine Spannung in der Wicklung 40, die mit den Steuerwicklungen 41 und 42 des Magnet-Verstärkers 5 in Reihe geschaltet ist. Der durch die Steuerwicklungen 41 und 42 fließende Strom erzeugt im Kern des Magnetverstärkers 5 einen Fluß, der den magnetischen Verstärker sperrt, so daß kein Ausgangsstrom erzeugt wird. Die Größe des Stromes in den Steuerwicklungen 41 und 42 ist durch die Größe der Flußänderung im Kern 31 bestimmt und groß genug, um einen Ausgangsstrom des Magnetverstärkers zu unterdrücken.

Die Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 sind über den Gleichrichter 24 mit dem Gleichspannungsausgang des Brückengleichrichters 22 verbunden. Sie versuchen, den Magnetverstärker voll zu öffnen, indem sie den Kern des Magnetverstärkers 5 sättigen. Die Amperewindungen der Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 reichen jedoch nicht aus, um die Amperewindungen der Steuerwicklungen 41 und 42 zu überwinden, und der Magnetverstärker bleibt daher gesperrt. Ist durch die Wicklung 30 der Kern 31 in die positive Sättigung gebracht, so hört der Fluß auf, sich zu ändern, und die in der Wicklung 40 induzierte Spannung geht auf Null zurück.

Das bedeutet, daß in den Steuerwicklungen 41 und 42 kein Strom fließt. Die Amperewindungen der

Vormagnetisierungswicklungen suchen daher, den Magnetverstärker voll zu öffnen.

Sobald ein Strom in den Arbeitswicklungen 10 und 11 zu fließen beginnt, wird durch die Rückkopplungswicklungen 12 und 13 eine schnelle Zunahme der Sättigung des Kerns bewirkt, so daß der Magnetverstärker voll geöffnet bleibt, bis der Schalter 2 geöffnet wird. Sobald ein Ausgangsstrom durch die Last 14 fließt, wird durch die Spannung, die an der Last entsteht, die Rückrnagnetisierungswicklung 33 auf dem Kern 31 gespeist, die den Kern wieder in die negative Sättigung bringt. Dadurch wird in der Wicklung 40, die mit den Steuerwicklungen 41 und 42 verbunden ist, eine Spannung induziert. Die durch diese Wicklungen derart erzeugte Feldstärke reicht jedoch nicht aus, die Gesamtfeldstärke, die von den Vormagnetisierungswicklungen 20 und 21 und den Rückkopplungswicklungen 12 und 13 erzeugt wird, zu überwinden. Die für das Rückstellen des Magnetkerns erforderliche Zeit wird durch die Größe des mit dieser Wicklung in Reihe liegenden Widerstandes und der über der Last des Magnetverstärkers entstehenden Spannung bestimmt.

Wird der Schalter 2 geöffnet, so wird der Erregungsstrom des Magnetverstärkers 5 unterbrochen und somit die Last energielos. Ein Wiedereinschalten des Schalters veranlaßt einen neuen Verzögerungsablauf, da sich der Kern dann in der negativen Sättigung befindet.

Die Last 14 des Magnetverstärkers 5 kann durch die Steuerwicklung eines weiteren Magnetverstärkers, eine Relaiswicklung, einen Motor oder einen sonstigen entsprechenden Verbraucher gebildet werden. Die Zeichnung zeigt als Last 14 eine Relaiswicklung. Über den Kontakt 45 dieses Relais kann die Rückmagnetisierungswicklung 33 von einer Gleichspannungsquelle, wie z. B. den Brückengleichrichter 22, gespeist werden. Dieser Stromkreis ist durch die gestrichelten Linien angedeutet. Würde die Rückwicklung in dieser Art gespeist, so wäre der erstere Rückstellkreis nicht erforderlich, und der Gleichrichter 34 mit den Verbindungsleitungen 50, 51 und würde aus der Schaltung entfernt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verzögerung des Schaltvorgangs eines Magnetverstärkers, der Steuer-, Vormagnetisierungs- und Arbeitswicklungen aufweist, über einen sättigbaren Magnetkern, der eine mit einer Gleichspannungsquelle verbundene Eingangswicklung trägt, durch die der Kern magnetisch gesättigt wird, und eine Ausgangswicklung, in der in Abhängigkeit von der magnetischen Rußänderung im Kern eine Ausgangsspannung induziert wird, die die Steuerwicklungen des Magnetverstärkers speist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Rückmagnetisierungswicklung (33) in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Magnetverstärkers (5) die Sättigung des Kerns (31) umkehrt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückmagnetisierungswicklung (33) durch eine Spannung gespeist wird, die am Ausgang des Magnetverstärkers (5) an der mit den Rückkopplungswicklungen (12, 13) verbundenen Last (14) abgenommen und von dem Gleichrichter (34) gleichgerichtet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswicklung (30) auf dem Kern (31) über eine Drosselspule (23) und einen Widerstand (32) mit ihrer Gleichspannungsquelle verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 914 646;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 035 732;
The Proceedings of the IEE, Vol. 99, Part II,
Nr. 70, August 1952, S. 297 bis 308.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen