DE650553C

DE650553C - Mehrstufiger Magnetverstaerker

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Publication number: DE650553C
Application number: DEF75842D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1932-07-01
Filing date: 1933-07-01
Publication date: 1937-09-27
Also published as: FR766593A; GB404039A; US2027311A; GB404034A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Magnetverstärker, bei welchen die Änderung des magnetischen Widerstandes einer Drossel durch Gleichstrommagnetisierung zur Steuerung des die Drossel durchfließenden Wechselstromes benutzt und dieser Wechselstrom über Gleichrichter der nächsten Stufe zugeführt wird.

Die Erfindung kann insbesondere für elekirische Relais- und sonstige Steuereinrichtungen, Eisenbahnsignalanlagen verwendet werden, um einen schwachen Auslösestrom zu verstärken, z. B. bei Fernsteuerungen ohne Verwendung oder mittels hoch- oder niederfrequenten Trägerströmen für Temperaturregelung und für andere Einrichtungen, bei welchen bisher Elektronenverstärkerröhren benutzt werden.

Ein besonders wichtiges Beispiel ist auch die Verwendung des Erfindungsgegenstandes zusammen mit photoelektrischen Vorrichtungen. Das Verstärkersystem gemäß der Erfindung spricht auf Energien geringer Größe, wie sie u. a. bei photoelektrischen Zellen zur Verfügung stehen, sicher an und verstärkt diesen Effekt stufenweise zu jeder erforderlichen Größe, so daß schwere Schalter oder Motore unmittelbar betätigt werden können.

■ Gemäß der Erfindung werden diese Ergebnisse ohne Kontakte, bewegte Teile oder Elektronenröhren dadurch erreicht, daß durch besondere Maßnahmen wenigstens an den auf die erste. Stufe folgenden Drosseln unerwünschte Gleichstromvormagnetisierungen des Kerns 'der jeweiligen Stufe insoweit unschädlich gemacht sind, daß in jeder Stufe der ganze Aussteuerungsbereich wenigstens · im steilen Teil der VMagnetisierungscharakteristik im wesentlichen für die «u verstärkenden Impulse frei bleibt.

Gemäß der Erfindung kann eine beliebig große Verstärkung durch entsprechende Wahl der Stufenzahl erreicht werden, da gemäß der Erfindung die an der Drossel einer jeden Stufe hinter der ersten oder einschließlich der ersten die unerwünschte Gleichstromvor- ■ magnetisierung des Spulenkerns unwirksam gemacht wird. Auf diese Weise kann in der Kette der Spulen gemäß der Erfindung die Vormagnetisierung einer Spule auf die folgende Spule keinen schädlichen' Effekt ausüben, solange der zu verstärkende Strom nicht angelegt ist.

Zur Erläuterung der Erfindung -im einzelnen ist in den Zeichnungen eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt. Es ist Abb. ι eine schematische Ansicht des ge~ samten Verstärkers, *,$*

Abb. 2 eine solche einer abgeänderten AuSf führungsform und

Abb. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

ίο In Abb. ι bedeutet ι eine photoelektrische Zelle, welche durch einen nicht dargestellten Lichtschein erregt wird. Die Art der photoelektrischen Einrichtung an sich ist nebensächlich. 2 bedeutet einen Kontakt mit Klemmen 3, an welche ein Steuerstromkreis angeschlossen sein kann. Der Steuerstromkreis kann zu einer beliebigen Anlage, beispielsweise einer Licht- oder Kraftanlage, gehören, die in Abhängigkeit von dem auf die Zelle ι fallenden Licht zu regeln ist.

Um den geringen elektrischen Strom, der aus der Zelle 1 abfließt, so zu verstärken, daß der Schaltern betätigt werden kann,.ist der erfindungsgemäße, im vorliegenden Beispiel vierstufige Magnetverstärker mit Eingangsklemmen 4 und Ausgangsklemmen 5 vorgesehen. Die Stufenzahl kann je nach dem vorliegenden Zweck größer oder geringer als vier sein, je nachdem die Energie mehr oder weniger hoch zu verstärken ist.

.Die photoelektrische Zelle 1 wird von einer Gleichstromquelle 6 erregt. Zur Erregung des Magnetverstärkers ist an dessen Klemmen 7 eine Wechselstromquelle 8 von beispielsweise iioVolt und 60 Perioden angeschlossen. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann ein Transformator 9 zwischen die Wechselstromquelle und den Magnetverstärker eingeschaltet sein. Der vierstufige Magnetverstärker enthält vier Stufen 10, 20, 30, 40; jede hat einen magnetisierbaren Kern 11, 2i, 31 oder 41. Auf den Kernen befinden sich Vormagnetisierungswicklungen 12, 22, 32, 42 und Drosselspulen 13, 23, 33 oder 43. *45 Jeder Anordnung ist ein Gleichrichter 14, 24, 34 oder 44 zugeordnet,' beispielsweise ein Elektronenröhrengleichrichter, ein Metalldampfgleichrichter, ein elektrolytischer Gleichrichter, ein Kupferoxyd- oder sonstiger Metalltrockengleichrichter. Die letztere Art von Gleichrichtern verdient den Vorzug, weil sie gute Gleichrichtereigenschaften und geringen Spannungsabfall hat.

Die von der Stromquelle 6 erregte photoelektrische Zelle 1 ist mit der Vormagnetisierungswicklung 12 der Stufe 10 in Reihe geschaltet. Die Drosselspule 13 derselben Stufe 10 wird durch Wechselstrom erregt, der vom Transformator 9 entnommen wird, und zwar ist die Wicklung 13 mit dem Transformator 9 » und einem Gleichrichter 14 in Reihe geschaltet. Fließt kein photoelektrischer Strom in der Wicklung 12, dann erfolgt keine Vormagnetisierung des Kerns der Stufe 10, und jdlir Spule dieser Stufe wird ihren Magnetij^iefungsstrom von der Wechselstromquelle * einnehmen, nämlich über den Gleichrichter 14, von wo er durch die Drosselspule 13 zum Transformator zurückgeht. Fließt dagegen photoelektrischer Strom in der Wicklung 12, so wird der Kern 11 der Stufe 10 durch Gleichstromerregung vormagnetisiert, der Wechselstromwiderstand der Spule 13 nimmt ab, und der Strom über 13 und 14 wächst mit der Größe des photoelektrischen Stromes. Die Vormagnetisierungswicklung' 22 der nächsten Stufe 20 wird durch einen gleichgerichteten Strom aus dem Gleichrichter 14 erregt. Es wird also entsprechend der Größe des Stromes in der Drossel ¹13 und dem Gleichrichter 14 eine Gleichstromvormagneti- · sierung des Kerns 21 der Stufe 20 erfolgen. In gleicher Weise wie vorhin die Drossel 13 wird nun die Drossel 23 der Stufe 20 durch Wechselstrom der mit dem Gleichrichter 24 in Reihe geschalteten Wechselstromquelle erregt, und das gleiche wird mit den Wicklungen 33 und 43 und den diesen zugeordneten Gleichrichtern 34 und 44 der dritten und vierten "Stufe 30 und 40 der Fall sein. Die Vormagnetisierungswicklung 32 der Stufe 30 wird mit gleichgerichtetem Strom aus 24 und entsprechend die Vormagnetisierungswicklung 42 der Stufe 40 von dem Gleichrichter 34 aus erregt.

Der Kern 11 der ersten Stufe wird also entsprechend der Stromaufnahme des Verstärkers aus der photoelektrischen Zelle erregt. Die Vormagnetisierungswicklung 22 der zweiten Stufe 20 erhält einen Gleichstrom, der dem Wechselström in der Drossel 13 der ersten Stufe 10 proportional ist. In derselben Weise wird die Vormagnetisierungswicklung 32 der dritten Stufe mit Gleichstrom proportional dem Wechselstrom in der Drossel 23 der Stufe 20 und weiter die Vormagnetisierungswicklung 42 der letzten Stufe 40 mit Gleichstrom proportional dem Wechselstrom in der Drossel 33 der Stufe 30 gespeist. ·

Der gleichgerichtete Strom aus dem Gleichrichter 44 der letzten Stufe fließt in die Arbeitswicklung des Schalters 2; dieser wird infolgedessen erregt, sobald der dem Wechselstrom in der Drossel 43 der letzten Stufe 40 proportionale Gleichstrom aus dem Gleichrichter 44 die Arbeitswicklung durchfließt.

Um nun die Stufenzahl beliebig erhöhen zu können, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung noch besondere Ausgleichwicklungen 15,25,35,45 auf den Kernen der Stufen 10, 20, 30, 40 angeordnet.

Die Ausgleichwicklungen 15, 25, 35,45 sind vorzugsweise gleichachsig mit den Vormagnetisierungswicklungen 12, 22, 32, 42 gewickelt und liegen in Reihe mit den Widerständen 16, 26, 36, 46, über welche ihnen Gleichstrom, von einem von der Sekundärleitung des Transformators 9 erregten Gleichrichter 17 zufließt. Die Spulen 15, 25, 35, 45 bewirken infolge ihrer Anordnung und Schaltung, daß

to ihre magnetisierende Wirkung derjenigen des Gleichstromes in den Vormagnetisierungswicklungen 12, 22, 32 und 42 entgegengesetzt ist. Diese Ausgleichsspulen sollen den normalen Magnetisierungsstrom in den einzelnen

15" Stufen ausgleichen. Die Drosseln 13, 23, 33 und 43 werden nämlich stets Magnetisierungsstrom führen, auch wenn in den Vormagnetisierungswicklungen 12, 22, 32 und 42 kein Gleichstrom fließt und in den Vormagnetisierungswicklungen der nachfolgenden Stufen einen Gleichstrom verursachen. Dieser Gleichstrom wird von Stufe zu Stufe ansteigen und die Kerne in schädlicher Weise vormagnetisieren. Die Ausgleichwicklungen 15, 25, 35 und 45 nun ermöglichen es, diese schädliche Vormagnetisierung auszugleichen und den Vormagnetisierungsspulen jeder Stufe einen Gleichstrom zuzuführen, dessen Sättigungswirkung nicht dem tatsächlichen Strom in der Drosselspule der vorhergehenden Stufe proportional ist, sondern nur der Verstärkung, die dieser Strom infolge der durch den zu verstärkenden Strom verursachten Vormagnetisierung des zugehörigen Kerns seiner eigenen Stufe erfahren hat.

Die Vormagnetisierung des Kerns irgendeiner Stufe wird also auf Null gebracht, wenn die Vormagnetisierung des Kerns der vorhergehenden Stufe Null ist.

Betrachtet man zunächst die Stufen 10 und 20, dann wird diese Wirkung erreicht, wenn der Strom in der Ausgleichwicklung 25 durch den Widerstand 26 so eingeregelt wird, daß die Gleichstrommagnetisierung durch 25 gleich und entgegengesetzt der Magnetisierung ist, welche von dem Strom in der Wicklung 22 dann herrührt, wenn in der Vormagnetisierungswicklung 12 der ersten Stufe kein Gleichstrom fließt. Dies ist also der Strom, der bei Leerlauf aus der Drossel 13 über den Gleichrichter 14 in die Vormagnetisierungswicklung 22 fließt. Auf diese Weise ist im Leerlauf die Vormagnetisierung des Kerns der Stufe 20 gleich Null.

Wird nun von der photoelektrischen Zelle 1 eine geringe Gleichstromspannung auf die Vormagnetisierungswicklung 12 aufgedrückt, dann wird der Kern der Stufe 10 vormagnetisiert, und der Strom in der Drossel 13 wird verstärkt; die Folge ist eine Verstärkung des Stroms in der Vormagnetisierungswicklung 22 der Stufe 20. Nun ist die Wirkung der Wicklungen 22 und 25 ungleich, und der Kern ' der Stufe 20 wird in Abhängigkeit von der Vormagnetisierung der Stufe 10 in verstärk- _: tem Maße vormagnetisiert. Diese Vormagnetisierung ist proportional dem Unterschied zwischen dem Strom in der Wicklung 22 bei erregter Wicklung 12 und dem geringeren Strom in 22 bei stromloser Wicklung 12.

Die Wicklungen 35 und 45 der Stufen 30' und 40 wirken in derselben Weise. Bei entsprechender Einstellung des Ausgleichstromes in den Wicklungen 35 und 45 sind die Kerne der Stufen 30 und 40 ebenfalls nicht vor-· magnetisiert, solange in der Wicklung 12 der ersten Stufe kein Strom fließt.

Betrachtet man das Ergebnis, das ohne die Ausgleichspulen 25, 35 und 45 zustande kornmen würde, dann zeigt sich besonders deutlich, welche Vorteile durch die letzteren erreicht werden.

Fließt in diesem angenommenen Fall kein Strom in der Wicklung 12, dann würde der Kern der Stufe 20 durch Strom der Wicklung 22 vormagnetisiert, weil in der Drossel 13 Strom fließt. Der Magnetisierungsstrom der Wicklung 23 würde dadurch beträchtlich verstärkt werden. Die Folge wäre eine noch größere Vormagnetisierung des Kerns der Stufe 30 und ein noch stärkerer Magnetisierungsstrom in der Drossel 33. Der Kern der Stufe 40 wäre dann noch stärker vormagnetisiert. Es ergibt sich daraus, daß die Vorrichtung ohne die Ausgleichwicklungen nicht nur viel weniger empfindlich wäre, sondern daß auch der Stufenzahl bestimmte Grenzen gesetzt sein würden. Auch ohne Vormagnetisierungsstrom in Wicklung 12 der ersten Stufe würde jede Stufe eine Magnetisierung aufweisen, und diese würde von Stufe zu Stufe zunehmen, und schon -bei geringer Stufenzahl würde die letzte Stufe durch die kumulative Wirkung der Magnetisierungsströme der Mittelstufen völlig gesättigt sein.

Weitere Vorteile der Ausgleichwicklungen ergeben sich daraus, daß jede Stufe auf größte Verstärkung eingestellt werden kann.

Um ein Höchstmaß an Verstärkerwirkung zu erreichen, empfiehlt es sich, den Widerstand der Wicklung 22 durch Versuche an die Widerstände der Wicklungen der Stufe 10 anzupassen. Die Wechselstromspannung des Transformators 9 ist auch zweckmäßig der Permeabilitätskurve des Kerns und den Charakteristiken der Wicklungen der Stufe 10 anzupassen.

In der ersten Stufe 10 ist ebenfalls eine Ausgleichwicklung 15 dargestellt. Diese Wicklung 15 kann an sich fortfallen, ist aber häufig zweckmäßig, beispielsweise um den

sogenannten Dunkelstrom der Photozelle auszugleichen. Manche photoelektrischen Einrichtungen sollen die Steuerung erst dann in Gang setzen, wenn von einer bestimmten Lichtstärke abgewichen wird. In solchen Fällen kann durch den Widerstand 16 eine Einstellung eingeregelt werden, bei welcher der Kern der Stufe io bei einem bestimmten photoelektrischen Strom, der dem gewollten ίο Beleuchtungszustand entspricht, ohne jede Vormagnetisierung ist. Abweichungen von dieser Lichtstärke bewirken ,dann eine Vormagnetisierung des Kerns und eine Betäti-. gung des Schalters 2.

Sollte die Stromquelle 8 merklichen Spannungsschwankungen unterworfen sein, dann werden auch diese durch die Ausgleichwicklungen ausgeglichen, da die Ausgleichwicklungen und die Drosseln über Gleichrichter ao von derselben Stromquelle aus gespeist werden und sich so die Spannungsschwankungen aufheben.

Sollte ein Arbeiten des Verstärkers mit ungewöhnlich großen Schwankungen des Netzstromes in Frage kommen,, dann ist es zweckmäßig, dem Gleichrichter 17 noch eine Drosselspule 18 zuzuordnen. Die Drosselspule 18 hat dabei einen magnetischen Kern und Wicklungen, die einer der Stufen 10, 20, 30 oder 40 angepaßt sind. Wenn nötig, kann jeder Stufe eine Drosselspule und ein Gleichrichter entsprechend 18 und 17 zugeordnet werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Wird das lichtempfindliche Element 1 belichtet, dann wird der Strom in der Wicklung 12 stärker, wobei die Wicklung 12 den Eigenschaften des lichtempfindlichen EIementes 1 angepaßt sein kann. Nun wird die magnetische Erregung von 12 diejenige von 15 überwinden, und der Kern von 10 wird eine Gleichstromvormagnetisierung erfahren. Entsprechend wird der Strom in 13 verstärkt und desgleichen der gleichgerichtete Strom.in 22. Jetzt überwiegt in der Stufe 20 die von 22 herrührende Erregung, und der Kern erfährt eine Vormagnetisierung. Die Magneti-. sierung· des Kerns der Stufe 20 wird viel größer sein als 'die des Kerns der Stufe io, und die Stromabgabe aus 20 wird gleichfalls verstärkt. Entsprechend wird die Stromabgabe der Stufen 30 und 40 eine weitere Verstärkung aufweisen.

Der gleichgerichtete Strom aus der letzten Stufe wird dem Schalter 2 unmittelbar zugeführt. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Wicklung des Schalters 2 im Leerlauf nicht ganz frei von Gleichstrom, weil in der Wicklung 43 ein Magnetisierungsstrom fließt. Der Schalter 2 kann jedoch so eingeregelt werden, daß der Ruhestrom geringer ist als der zur Betätigung des Schalters erforderliche Strom. Tritt nun ein photoelektrischer Impuls ein, dann wird der Schaltererregungs- 6g strom so weit gesteigert, daß der Schalter geschlossen wird. Hört dann der photoelektrische Impuls auf, so sinkt der Strom wieder auf den Ruhestrom ab, und der Schalter wird unterbrochen. . _#

Wie Abb.. 1 zeigt, sind die Kerne der Stufen 10, 20, 30 und 40 voneinander verschiedeni

Die Stufen besitzen zwei miteinander verkettete Magnetsysteme, von denen eins wechselnden Kraftfluß und das andere gleichbleibenden Kraftfluß führt. Es hat sich nun als günstig erwiesen, die Bahnen der magnetischen Flüsse, die einerseits vom Wechselstrom und andererseits vom Gleichstrom herrühren, verschieden zu bemessen, je nachdem die Kerne für die Anfangs-, Mittel- oder Endstufen des Verstärkers bestimmt sind.

Es hat sich gezeigt, daß die größte Verstärkung ungefähr dem Querschnitt und der Länge der beiden Mittelschenkel der Kerne proportional ist.

Die Abmessungen für die Mittelschenkel des Kerns der Stufe 40 können entsprechend der Verstärkung des ganzen Systems entworfen sein.

Der Bedarf an Gleichstrom für die Magnetisierung der letzten Stufe wird im wesentlichen geringer sein als der von dieser abzugebende Strom. Daher werden die beiden Mittelschenkel des Kerns der Stufe 30, welche den wechselnden magnetischen Kraftfluß führen, so bemessen, daß die Stromabgabe dieser Stufe vermehrt um die Verluste im Gleichrichter 34 gleich dem Bedarf für die Vormagnetisierung der letzten Stufe ist.

Um eine möglichst große Verstärkerwirkung zu erzielen, muß ferner das Größenverhältnis der Teile der Kerne zueinander so bemessen sein, daß ein möglichst hoher magnetischer Wechselfluß bei einer möglichst geringen Gleichstromerregung zu erreichen ist. Dies wird um so leichter zu erreichen sein, je kürzer die beiden Mittelschenkel sind. Andererseits empfiehlt es sich, den durch Gleichstrom erregten Teil des magnetischen Kraftflusses im Verhältnis zum Wechselstromteil möglichst groß zu gestalten. Je langer der Weg des magnetischen Flusses ist, der die festen Teile der Mittelschenkel, die Außenschenkel und die dazwischenliegenden waagerechten Teile umfaßt, um so größer wird das auszustanzende Kernfenster sein und um so größer auch der Raum, der für die Gleichstromvormagnetisierungswicklung zur Verfügung steht. Je größer der Raum für diese Wicklung ist, desto größer wird auch die er-

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zielbare Amperewindungszahl pro Längeneinheit sein.

Es kann auch erwünscht sein, den genannten Teilen des magnetischen Kraftflusses wesentlich größere Abmessungen zu geben als den kurzen Mittelschenkeln. In diesem Fall kann der magnetische Potentialgradient längs des magnetischen Kreises, der die äußeren und inneren Schenkel umfaßt, so gestaltet

ίο sein, daß der verengte Teil, den die Mittelschenkel bilden, beinahe den gesamten magnetischen Widerstand des Kreises darstellt. Auf diese Weise wird die Amperewindungszahl- pro Längeneinheit der beiden Mittelschenkel gleich der Zahl der Amperewindungen der Vormagnetisierungsspule dividiert durch die wirksame Länge des gesamten magnetischen Weges, der nur um ein weniges die Länge der kurzen Mittelschenkel überschreitet.

Abb. ι zeigt ein Beispiel für eine Bemessung der Kerne der Stufen 10, 20, 30, 40, das sich als zufriedenstellend erwiesen hat. Querschnitt und Länge der beiden Mittelschenkel nehmen dabei von Stufe zu Stufe zu. Versuche haben erwiesen, daß Kernabmessungen, wie sie bei der ersten Stufe am Kern 11 angewandt sind, zufriedenstellende Verstärkungsergebnisse liefern. Die vier Drosselspulen können, von Stufe zu Stufe an Größe zunehmend, ähnlich zueinander ausgeführt werden. Die vier in Abb. 1 dargestellten Kerne haben gleiche Außenabmessungen; das ergibt in den letzten Stufen eine etwas geringere Verstärkung, ermöglicht dafür aber für die Praxis eine handliche Anordnung und eine Normalgröße für alle Stufen, welche die Herstellung der Verstärker erleichtert.

Die Herstellung der Kerne aus besonderen Nickel-Eisen-Legierungen, z. B. Permalloy, hat sich als günstig erwiesen. Die Verwendung derartiger Kerne für einen mehrstufigen Verstärker bewirkt eine größere Ergiebigkeit. Es hat sich aber als wirtschaftlich und praktisch erwiesen, Permalloy nur in der ersten oder in einigen Anfangsstufen, in weichen mit niedrigen Energien gearbeitet wird, zu verwenden und in den übrigen mit größeren Energien arbeitenden Stufen gewöhnliches weiches Eisen als Baustoff zu wählen.

Wie bereits oben gesagt, fließt in dem Relais 2 noch ein geringer Ruhestrom. Will man diesen vermeiden, z. B. wenn ein Motor unmittelbar von den Endklemmen des Verstärkers aus gespeist und die Energiezufuhr zum Motor Null werden soll, wenn dem Verstarker kein Strom mehr zugeführt wird> so kann dies durch eine Schaltung, wie in Abb. 2 dargestellt, erreicht werden.

Abb. 2 zeigt nur die letzte Stufe eines Verstärkers. Die letzte Stufe 50 hat eine Vormagnetisierungswicklung 52 und eine Drossel S3 entsprechend den Stufen der Abb. 1. Der Transformator 9 hat. eine Anzapfung 56, die verstellbar und ungefähr in der Mitte der Sekundärwicklung angeordnet sein kann.

In einer zusätzlichen Drosselspule 55, die in ihren elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Drossel 53 entspricht, fließt ein Wechselstrom. " .

Die Drosseln 53 und 55 bilden mit dem Transformator 9 eine Brücke, die im Ruhezustand abgeglichen ist. Der Endgleichrichter 54 ist zwischen die Anzapfung 56 und die Verbindung der beiden Drosseln 53 und 55 geschaltet. Befindet sich im Ruhezustand die Brücke im Gleichgewicht, so ist das Potential am Anschluß zwischen den beiden Drosseln dem im Punkte 56 des Transformators 9 ungefähr gleich, und der Gleichrichter 54 wird keine nennenswerte Wechselstromipannung bekommen.

Die Ausgangsklemmen des Gleichrichters 54 sind an einen Stromverbraucher 57, z. B. einen Motor, angeschlossen.

Tritt bei der dargestellten Schaltung kein Strom in die erste Stufe des Verstärkers ein, dann wird dem Motor 57 kein Strom zufließen. Wird aber der Verstärker erregt, so wird die Endstufe 50 über die Mittelstufen vormagnetisiert, das Gleichgewicht der Brücke gestört und der Gleichrichter 54 mit Wechselstrom erregt. Der Motor erhält dann gleichgerichteten Antriebsstrom und wird mit einer Geschwindigkeit lauf en, die von der Erregung am Eingang des Verstärkers abhängt.

Für den Fachmann ergibt sich ohne weiteres, daß die Brückenschaltung auch an Stelle der Ausgleichwicklungen 15, 25, 35 und 45 der Abb. 1 für den Ausgleich des Magnetisierungsstromes in den Eingangsmittelstufen anwendbar ist.

Stellt man sich unter Abb. 2 eine in dieser Weise ausgeglichene Mittelstufe vor, dann ist 57 die Vormagnetisierungswicklung entsprechend 22, 32 oder 42 in Abb. 1.

Ebenso ergibt es sich ohne weiteres, daß statt der Anzapfung des Transformators 9 auch eine Brückenschaltung anwendbar ist, welche die Spulen 53 und 55 und zwei veränderliche Widerstände oder sonstige Impedanzen umfaßt, die die Brücke vom Transformator 9 aus mit Strom versorgen und den Gleichrichter 54 an Punkte gleichen Potentials der Brücke anzuschließen gestatten. Statt den -Verstärker wie in Abb. 1 mit Gleichstrom zu erregen, kann der Schalter 2 natürlich auch in Abhängigkeit von irgendwelcher Wechselstromspeisung über den Verstärker erregt werden, indem dem Verstärker ein be- iao sonderer Gleichrichter vorgeschaltet wird, der der Wicklung 12 der ersten Stufe einen

gleichgerichteten Strom zuführt, der seinerseits von einem steuernden Wechselstromimpuls herrührt.

Statt des angegebenen Stromes von no Volt und 60 Perioden als Arbeitsstrom für den Verstärker können auch andere Frequenzen gewählt werden; die Erfindung ist nicht auf niedrige Frequenzen beschränkt. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß bei einer Vergrößerung der Frequenz der Stromquelle, an welche der Magnetverstärker angeschlossen ist, seine Wirksamkeit und die erreichbare Verstärkung vergrößert wird.

Auch kann der Gegenstand der Erfindung zum Verstärken von Wechselströmen benützt werden, falls die Frequenz dieser Ströme wesentlich geringer ist als die Frequenz der Stromquelle 8. Z. B. kann der Verstärker mit Hochfrequenz gespeist werden und der in die Wicklung 12 gesandte Strom eine Tonfrequenz besitzen.

Abb. 3 zeigt eine beispielsweise Ausführung zum Verstärken hörbarer Frequenzen. Zu der Ausführung gehören zwei vollständige Magnetverstärker 60 und 600. Wie in Abb. 1 sind Zuführungsklemmen 4, Entnahmeklemmen s und Speiseklemmen 7 angeordnet. Die

' beiden Verstärker werden über die Klemmen 7 van einer Wechselstromquelle 8 erregt, deren Frequenz höher ist als diejenige des zu verstärkenden Stromes. Der zu verstärkende Wechselstrom fließt über die Klemmen

64 den ,beiden entgegengesetzt parallel geschalteten Verstärkern über entgegengesetzt geschaltete Gleichrichter 61 und 62 zu.' Die Entnahmeklemmen 5 der Verstärker 60 und 600 sind ebenfalls entgegengesetzt parallel geschaltet und an einen Belastungsstromkreis

65 angeschlossen.

Wird an die Klemmen 64 ein Wechsel-· strom angeschlossen, dann werden infolge der entgegengesetzten Schaltung der Gleichrichter 61 und 6> abwechselnd die Verstärker 60 und 600 erregt, je nachdem die positive oder negative Halbperiode wirksam ist. Entsprechend werden an den Klemmen 5 der beiden Verstärker abwechselnd intermittierende Impulse gleicher Richtung abgegeben, welche den zu den Einlaßklemmen 4 gelangten HaIbperioden entsprechen. Die Endklemmen S sind in entgegengesetzter Richtung zueinander an den Verbraucherkreis 65 angeschlossen, so daß die halben Perioden sieh in dem Verbraucherstromkreis 65 zu einem verstärkten Wechselstrom vereinen.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich noch mannigfaltig verändern. Z.B. können parallel zu den Vormagnetisierungswicklungen einer oder mehrerer der Stufen besondere Drosseln hoher Reaktanz geschaltet sein, oder es kann im Stromkreis ,dieser Wicklungen ein zusätzlicher Widerstand liegen, der den Verstärker schneller ansprechen läßt. Auch können die Gleichrichter in Reihe mit Kondensatoren oder von den Sekundärwicklungen von Transformatoren erregt werden, so daß ihre Erregung nur den von den Kondensatoren hindurchgelassenen Impulsen entspricht bzw. dem Übersetzungsverhältnis der Transformatoren proportional ist.

Außer den obigen sind noch weitere sowohl elektrische wie mechanische Anwendungen zur Erzeugung von Bewegung in Betracht gezogen.

Claims

Patentansprüche:

i. Mehrstufiger Magnetverstärker, bei dem die Änderung des magnetischen Widerstandes einer Drossel durch Gleich-Strommagnetisierung zur Steuerung des die Drossel durchfließenden Wechselstromes benutzt und dieser Wechselstrom über Gleichrichter der nächsten Stufe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Maßnahmen wenigstens an den auf die erste Stufe folgenden Drosseln unerwünschte Gleichstromvormagnetisierungen des Kerns der jeweiligen Stufe insoweit unschädlich gemacht sind, daß in jeder Stufe der ganze Aussteuerüngsbereieh wenigstens im steilen Teil der Magnetisierungscharakteristik im wesentlichen für die zu verstärkenden Impulse frei bleibt.
2. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Nickellegierung von hoher Permeabilität, wie z. B. Permalloy, als Kernmaterial, welche schon auf geringe magnetische Kräfte anspricht.
3. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Stufen mit einer Vorrichtung versehen ist, welche eine ungewollte Gleichstromvormagnetisierung ihres eigenen Kerns aufhebt.
4. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang wenigstens einer Stufe mit no dem Eingang der folgenden Stufe über eine Bfückenanordnung · verbunden ist (Abb. 2), in deren einem Zweig die Ausgangswicklung (53) liegt, während sich in einem anderen Zweig eine zusätzliche Drossel (55) mit einem der Ausgangswicklung annähernd gleichen Wechsel-• stromwiderstand befindet und daß die folgende Stufe von einem zwischen zwei Diagonalpunkten der Brücke liegenden ¹^⁰ Gleichrichter (54) gespeist wird, der seinerseits aus der Brücke Strom erhält,

sobald das Brückengleichgewicht durch Gleichstrommagnetisierung des Kerns der vorhergehenden Stufe gestört ist.
5. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kernen der Stufen durch Gleichstrommagnetisierung steuerbare Drosseln (i3> ²3> 33> 43) vorgesehen sind, daß der durch diese Drosseln fließende Wechselstrom über Gleichrichter (14, 24, 34, 44) durch die Magnetisierungswicklung (22, 32, 42) des folgenden Kerns fließt und daß wenigstens die Kerne der auf die erste Stufe folgenden Stufen mit Ausgleichwicklungen (25, 35, 45) gegen ungewollt auf den Kern wirkende Gleichstromvormagnetisierungen versehen sind.
6. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 3 oder 5, gekennzeichnet durch

ao Steuermittel, welche die Gleichstrommagnetisierung der jeweiligen Stufe beeinflussen, und zwar derart, daß die auf den betreffenden Kern ausgeübte gesamte Magnetisierung proportional dem Unterschied zwischen den Wechselströmen ist, welche in der vorhergehenden Stufe im Ruhe- und Arbeitszustand der Anordnung fließen.
7. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern jeder Stufe mit einer mit der Gleichstromsteuerungswicklung (12, 22, 32, 42) gleichachsig gewickelten, zusätzlichen Gleichstromwicklung (15, 25, 35, 45) versehen ist, welche der Magnetisierungswirkung der Gleich-■ stromsteuerungswicklung auf dem Kern entgegenwirkt.
8. Anordnung für mehrstufige Magnetverstärker nach Ansprüchen 1 .bis 7 zum Verstärken schwacher Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetverstärker ein Gleichrichter zum Gleichrichten der zu verstärkenden schwachen Wechselströme vorgeschaltet ist.
9. Anordnung für mehrstufige Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Magnetverstärker und dem Belastungsstromkreis (57) eine Brückenanordnung derart liegt, djaß eine Drosselspule (55), welche einen der Ausgangswicklung (53) der letzten Stufe annähernd gleichen Wechselstromwiderstand hat, und die Ausgangswicklung (53) zwei Zweige der bei nicht erregtem Verstärker im Gleichgewicht befindlichen Brücke bilden und daß ein vom Brückenstrom bei gestörtem Gleichgewicht erregter Gleichrichter (54) mit dem Belastungskreis (57) verbunden ist.
10. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregung der Brücke ein an die Wechselstromquelle für die Speisung des Verstärkers angeschlossener Transformator (9) vorgesehen und der Gleichrichter (54) zwischen die mittlere Anzapfung (56) der Sekundärwicklung des Transformators (9) und den Verbindungspunkt des Ausgangs (53) des Verstärkers bzw. der vorhergehenden Stufe mit der Drosselspule (55) geschaltet ist.
11. Mehrstufiger Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe zwei Kerne, welche von einer Wechselstromquelle mit höherer Frequenz als derjenigen des zu verstärkenden Stromes erregt werden, und außerdem zwei unter sich entgegengesetzt geschaltete Gleichrichter enthält, die von zufließendem gleichzurichtendem Wechselstrom gespeist werden, so daß je zwei Kerne gemäß den aufeinanderfolgenden Halbperioden der zugeführten Energie abwechselnd erregt werden, während die den abfließenden gleichgerichteten Strom führenden Wicklungen der Kerne jeder Stufe in solcher Weise parallel geschaltet sind, daß die verstärkte Wechselstromenergie die Frequenz des der Stufe zugeführten Wechselstromes erhält.
12. Mehrstufiger Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ver-Stärkung von Wechselströmen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung eines Wechselstromes höherer Frequenz als der des zu verstärkenden Stromes ein Paar entgegengesetzt geschalteter Gleichrichter (61, 62) von dem zu verstärkenden Wechselstrom gespeist und mit den Eingängen (4) der ersten Stufen zweier Magnetverstärkeranordnungen verbunden sind, wodurch die beiden Magnetverstärkeranordnungen im Gegentakt zueinander erregt werden, und daß die gleichgerichteten Ausgangs ströme der Magnetverstärkeranordnungen im Gegentakt zueinander parallel an einen Verbraucherkreis (65) n° geschaltet sind, der auf diese Weise verstärkten Wechselstrom von der Frequenz des zufließenden Stromes erhält (Abb. 3).
13. Mehrstufiger Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Drosseln (13» ²3> 33» 43) zugeordneten Teile der Kerne in ihrer Größe mit jeder Stufe zunehmen.
14. Mehrstufiger Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einer

Stufe die Länge der Kernteile, die den Wicklungen (12, 15; 22, 25; 32, 35; 42, 45) zugeordnet sind, größer ist als die Länge des Kernteils, der der entsprechenden Drossel (13, 23, 33, 43) zugeordnet ist. '
15. Mehrstufiger Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einer Stufe der Querschnitt der Kernteile, die den Wicklungen (12, 15; 22, 2$; 32, 35; 42, 45) zugeordnet sind, größer ist als der Querschnitt des Kernteils, der der entsprechenden Drossel (13, 23, 33, 43) zugeordnet ist.
16. Mehrstufiger Magnetverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern wenigstens der letzten Stufe aus gewöhnlichem magnetischem Material hergestellt ist. ao

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen