DE609872C - Magnetischer Modulator - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
26. FEBRUAR 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVe 609872 KLASSE 21a⁴ GRUPPE 14oi

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Magnetischer Modulator

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. August 1932 ab

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, bei der eine Modulation auf Grund der nichtlinearen Kennlinie eisenhaltiger Induktivitäten stattfindet. Im allgemeinen sind S für derartige Modulationsvorgänge vier Stromkreise vorhanden, und zwar ein Trägerfrequenzoder Speisekreis, ein Aussteuerungskreis, dem die modulierende Frequenz zugeführt wird, ein Ausgangs- oder Verbraucherkreis und ein Vormagnetisierungskreis. Durch geeignete Schaltmaßnahmen ist es möglich, diese Kreise teilweise gemeinsam verlaufen zu lassen. Dem Zweck der Schaltungsanordnung entsprechend sind die vier Kreise miteinander gekoppelt.

Durch die Kopplung der Kreise entstehen Nachteile, welche den Wirkungsgrad und die Verzerrungsfreiheit des Modulationsvorganges wesentlich herabsetzen können. Entstehen z. B. in dem Speisekreis Ausgleichströme von der Frequenz des Aussteuerungskreises, so sind Zeichenverzerrungen die Folge, da sich die Belastung des Aussteuerungskreises mit der Steuerfrequenz ändert. Bei der Übertragung von Sprache und Telegraphiezeichen müssen derartige Verzerrungen selbstverständlich vermieden werden. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, diejenigen Kreise, zwischen denen Kopplungen unerwünscht sind, durch zueinander senkrechte Anordnung der Induktivitäten zu entkoppeln. Auf diese Weise läßt sich zwar eine Entkopplung erreichen, jedoch wird der

' Aufbau teuer und umfangreich. Es wurde auch schon versucht, unerwünschte Ausgleichströme dadurch zu vermeiden, daß in einem der beiden zu entkoppelnden Kreise zwei Wicklungen angeordnet sind, die mit dem anderen Kreis in Gegenphase gekoppelt sind. Auf diese Weise werden entgegengesetzt gerichtete Spannungen induziert, so daß ein Ausgleichstrom nicht zustande kommen kann.

Die zuletzt beschriebene Entkopplungsart hat keine praktische Bedeutung erlangen können, da sie dem Konstrukteur in bezug auf die Anordnung und Bemessung der einzelnen Induktivitäten zu wenig Freiheit läßt. Da zwei Spannungen nur dann zur restlosen Aufhebung gebracht werden können, wenn sie gleich groß und entgegengesetzter Richtung sind, ist durch diese Anforderung die Bemessung der Induktivitäten festgelegt und den weiteren Anforderangen bezüglich der Kopplung mit anderen Kreisen nicht mehr anpaßbar.

EssindmagnetischeModulationseinrichtungen bekannt, bei denen vier Induktivitäten zu einer Brücke zusammengeschaltet sind. Diese An-Ordnung ist insofern nachteilig, als durch die Brückenanordnung parallele Kreise entstehen, in denen sich Ausgleichströme nur schwer vermeiden lassen.

Es sind ferner magnetische Modulatoren beschrieben worden, bei denen zur Vermeidung von unerwünschten Spannungen, in bestimmten Wicklungen diese so angeordnet sind, daß sie mehrere Kerne gleichzeitig umschließen. Die

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Reinhold Bausinger in Finkenkrug, Kr. Osthavelland, Heinrich Fulling in Berlin-Pankow und Dr.-Ing. Walter Hähnle in Berlin-Siemensstadt.

Flüsse in den gemeinsam umschlossenen Kernen sind dabei so bemessen und gerichtet, daß der resultierende, die Wicklung durchsetzende Fluß Null ist. Abgesehen von der wicklungstechnisehen Schwierigkeit, die die gemeinsame Umwicklung mehrerer Kerne bereitet, läßt sich, bei dieser Anordnung ein einheitlicher Aufbau nicht durchführen. Eine einheitliche Anordnung und Bemessung der einzelnen Teile ist jedoch die ίο sicherste Gewähr für die Erzielung einer vollkommenen Kompensation.

Gemäß der Erfindung wird in an sich bekannter Weise ein magnetischer Modulator benutzt, dessen Kreise in Einzelwicklungen unterteilt sind und bei dem die während der Aussteuerung in den Einzelwicklungen auftretenden unerwünschten EMKe durch Gegenschaltung vermindert bzw. vollkommen aufgehoben werden. Um nun zu verhindern, daß die oben beschriebenen Nachteile eines solchen Modulators auftreten, werden diejenigen Kreise des Modulators, in denen eine Kompensation unerwünschter Spannungen herbeigeführt werden soll, mit mindestens vier Einzelwicklungen ausgerüstet. Durch die erhöhte Anzahl der Einzelwicklungen ergibt sich gegenüber den bisher bekannten Schaltungen eine wesentlich größere Variationsmöglichkeit, die es dem Konstrukteur gestattet, die Anordnung so zu treffen, daß die unvermeidbaren Störspannungen nur in denjenigen Kreisen entstehen, in denen sie nicht oder nur wenig stören. Ein weiterer unter Umständen sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Oberwellen, die im allgemeinen eine Phasenverschiebung gegenüber den Grundwellen aufweisen, durch Kompensation ebenfalls wenigstens in den Kreisen unterdrückt werden können, in denen sie besonders stark stören. Der Erfindungsgedanke wird an Hand der Figuren, die Ausführungbeispiele darstellen, näher erläutert. In Fig. 1 sind die vier Kreise des magnetischen Modulators getrennt dargestellt. Jeder Kreis enthält vier in Reihe geschaltete Induktivitäten, die im Speisekreis mit S₁ -f- S₄, im Aussteuerungskreis mit a_t -j- a_lt im Verbraucherkreis mit W₁ -j-«₄ und im Magnetisierungskreis mit W₁ -f- m_i bezeichnet sind. Die Wicklungen sind auf vier Eisenkernen 1, 2,3,4 derart angeordnet, daß sich auf jedem Kern von jedem Kreis eine Wicklung befindet. Die Wicklungen der einzelnen Kreise liegen an den entsprechenden Stromquellen U_s, U_a, U_1n bzw. an dem Verbraucher V. Wird für alle Wicklungen gleicher Wicklungssinn und gleiche Raumlage (Wicklungsanfang bei sämtlichen Spulen beispielsweise links) vorausgesetzt, so ergibt sich erfindungsgemäß die dargestellte Schaltungsart der einzelnen Wicklungen.

In dem Ausführungsbeispiel wurden vier Induktivitäten in jedem Kreis gewählt, da diese

Anzahl einen besonders günstigen Kompromiß zwischen Einfachheit des Aufbaues und Kompensationsmöglichkeiten darstellt. Es sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch andere Anzahlen von Wicklungen anwendbar. Auch ist es nicht erforderlich, in sämtlichen Kreisen die Wicklungen in Reihe zu schalten, sondern es kann beispielsweise im Magnetisierungskreis eine Parallelschaltung von je zwei Wicklungen vorgenommen werden.

Es lassen sich nicht- in allen Kreisen die unerwünschten Spannungen restlos kompensieren. Gemäß eines weiteren Gedankens der Erfindung wird daher die Anordnung so gewählt, daß eine möglichst vollkommene Kompensation in den Kreisen eintritt, in denen die, unerwünschten Ausgleichströme besonders störend wirken und auf andere Weise nicht unschädlich gemacht werden können. Dies gilt insbesondere von den Ausgleichströmen der Aussteuerfrequenz im Speisekreis. Die Erfindung sieht eine derartige Anordnung vor, daß die unvermeidlichen Ausgleichströme im Magnetisierungskreis entstehen. In diesem Kreis können die Ausgleichströme durch hochohmige Widerstände klein gehalten werden. Soll ein unzulässig hoher Gleichspannungsabfall an diesen Wiederständen vermieden werden, so können selektive Begrenzungswiderstände zur Anwendung kommen. Theoretisch wäre es auch möglich, in den übrigen Kreisen durch selektive Begrenzungswiderstände die störenden Ausgleichströme klein zu halten, jedoch ist dieser Weg praktisch besonders dann nicht begehbar, wenn es darauf ankommt, ein ganzes Frequenzband zu sperren. Es ergeben sich dann sehr teure Begrenzungswiderstände. Anders liegen die Verhältnisse bei Ausgleichströmen, die durch Oberwellen der Speisefrequenz entstehen. Diese lassen sich durch selektive Schaltmittel verhältnismäßig einfach kurzschließen bzw. auf einen zulässigen Wert her abdrücken.

Es soll nun der Nachweis erbracht werden, daß durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung tatsächlich die gewünschte Kompensation herbeigeführt wird. Es seien zunächst die durch die Aussteuerungsfrequenz in den übrigen drei Kreisen hervorgerufenen Spannungen betrachtet und zu diesem Zwecke angenommen, daß ein Strom der Aussteuerungsfrequenz in Richtung des Pfeiles f _a den Aus- Steuerungsstromkreis durchfließe. Es werden dann in den einzelnen Wicklungen Spannungen induziert, welche die durch die Pfeile angedeuteten Richtungen haben. Die Länge dieser Pfeile ist gleichzeitig ein Maß für die Größe der induzierten Spannungen und läßt erkennen, daß die in den Wicklungen der Kerne 1 und 2 induzierten Spannungen kleiner sind als die in den übrigen Wicklungen. Diese Verschiedenheit ist darauf zurückzuführen, daß die Aussteuerung in den Kernen 1 und 2 gleichsinnig mit der Magnetisierung dieser Kerne

erfolgt, während die Kerne 3 und 4 ihrer Magnetisierung gegensinnig ausgesteuert werden. Die Wicklungen auf den Kernen 1 und 2 haben daher in dem betrachteten Augenblick eine kleinere Induktivität als die übrigen Wicldungen. Die in den Kreisen durch die Aussteuerungsfrequenz hervorgerufenen Gesamtspannungen können durch die geometrische Addition der Spannungspfeile ermittelt werden. Es zeigt sich, daß in dem Speisekreis und im Verbraucherkreis eine vollständige Kompensation der einzelnen Spannungen stattfindet, während im Magnetisierungskreis eine Restspannung übrigbleibt. Der durch diese Spannung hervorgerufene Ausgleichstrom kann, wie bereits erwähnt, durch einen in diesen Kreis einzuschaltenden Begrenzungswiderstand klein gehalten werden. Die sich im Aussteuerungskreis ergebende resultierende Spannung ist, wenn man von Ohmschen Spannungsverlusten absieht, gleich der angelegten Spannung.

In Fig. 2 sind die Spannungspfeile dargestellt, die sich ergeben, wenn der Speisekreis von einem Strom in Richtung des Pfeiles f_s durchflossen wird. Es ist angenommen, daß gleichzeitig eine Aussteuerung im gleichen Sinne wie bei dem in Fig. 1 betrachteten Fall stattfindet, so daß die Induktivitäten der auf den Kernen 1 und 2 befindlichen Wicklungen kleiner sind als die der übrigen Wicklungen. Es zeigt sich, daß im Aussteuerungskreis und im Magnetisierungskreis keine resultierenden Spannungen entstehen. Die im Verbraucherkreis resultierende Spannung stellt das gewünschte Modulationsprodukt dar und wäre bei fehlender Aussteuerung gleich Null.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der die vier Einzelkerne zu einem Eisenkörper mit fünf magnetisch miteinander gekoppelten Schenkeln vereinigt sind. Die geschlossenen Pfeillinien f_s, f_v, f_m und fa zeigen den Verlauf der durch die vier Wicklungsgruppen hervorgerufenen Kraftflüsse. Die vier Speisewicklungen S₁ -f- S₄ sind um die Schenkel 1, 2,3 und 4 gewickelt.

Die Magnetisierungswicklungen Jn₁, m_t sind gemeinsam über die Schenkel 1 und 2 und die Wicklungen m_a, m_t sind gemeinsam über die Schenkel 3 und 4 gewickelt. Als Aussteuerungswicklung ist nur eine einzige Wicklung vorge- sehen, die durch die Fenster b und c um den Schenkel 5 gewickelt ist. Die Verbraucherwicklungen sind in derselben Weise wie die Speisewicklungen angeordnet. Durch diesen Aufbau läßt sich der Kupferaufwand, insbesondere im Aussteuerungskreis, verringern.

Der Modulator gemäß der Erfindung ist mit nachgeschaltetem Gleichrichter in erster Linie als Verstärker von Telegraphiezeichen geeignet.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Modulator, dessen Kreise (Trägerfreqenz- oder Speisekreis, Aussteuerungskreis, Ausgangs- oder Verbraucherkreis und Vormagnetisierungskreis) in EinzeLwicklungen unterteilt sind und bei dem die während der Aussteuerung in den Einzelwicklungen auf tretenden unerwünschten EMKe durch Gegenschaltung vermindert bzw. vollkommen aufgehoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kompensation verwendete Zahl der Einzelwicklungen eines Kreises mindestens vier beträgt.

2. Magnetischer Modulator nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Schaltung und Bemessung der Induktiyitäten, daß im-Speisekreis praktisch keine Spannungen von der Aussteuerungsfrequenz erzeugt werden.

3. Magnetischer Modulator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreis vier oder χ · 4 (χ = ganze Zahl) in Reihe geschaltete Induktivitäten enthält.

4. Magnetischer Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier magnetisch getrennte Kerne vorgesehen sind, auf denen vier Induktivitäten (von jedem Kreise ,eine) angeordnet sind.

5. Magnetischer Modulator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten auf magnetisch gekoppelten Eisenkörpern aufgewickelt sind, die in Form eines fünfschenkligen Transformatorkernes angeordnet sind.

6. Magnetischer Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Aussteuerungswicklung auf dem mittleren Kern vorgesehen ist.

7. Magnetischer Modulator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß unerwünschte Ausgleichströme, sofern sie nicht durch Kompensationsmaßnahmen verhindert sind, durch gegebenenfalls selektiv wirkende Widerstände kurzgeschlossen oder auf ein unschädliches Maß herabgedrückt sind.

8. Magnetischer Modulator nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung und Bemessung der Induktivitäten, daß die nicht kompensierbaren Spannungen im Vormagnetisierungskreis tio entstehen.

9. Magnetischer Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem magnetischen Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit nachgeschaltetem Gleichrichter besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen