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Magnetischer Verstärker Es ist bekannt, daß man vormagnetisierte Drosseln
als magnetische Verstärker benutzen kann, weil bei Wahl geeigneter Verhältnisse
in einem über die Wechselstromwicklung der Drossel von einer Wechselspannungsquelle
gespeisten Verbraucher der Strom sich wesentlich stärker ändert als der Vormagnetisierungsstrom,
der im folgenden als Steuerstrom bezeichnet werden soll. Bei einer bekannten Schaltung
dieser Art liegen in den Stromkreisen der Arbeitswicklungen der Drosseln Ventile,
welche jeweils nur eine Halbwelle des von der W echselstromquelle gelieferten Stromes
über die betreffende Arbeitswicklung fließen lassen. Die Arbeitswicklung wird also
mit Halbwellenstrom gespeist, d. h. mit einem Wechselstrom, dem noch eine Gleichstromkomponente
überlagert ist, die ihrerseits eine zusätzliche Gleichstromerregung des Drosselkernes
bewirkt. Diese zusätzliche Erregung durch die dem Arbeitsstrom überlagerte Gleichstromkomponente
wirkt bei der bekannten Anordnung auf den Drosselkern in der gleichen Richtung magnetisierend
wie der der Gleichstromwicklung zugeführte Steuergleichstrom. Eine Änderung des
Steuergleichstromes hat in diesem Fall eine gleichsinnige Änderung des Stromes in
der Arbeitswicklung zu Folge, so daß bei zunehmendem Steuerstrom auch die dem Arbeitsstrom
überlagerte Gleichstromkomponente zunimmt. Es tritt mithin eine Rückkopplungswirkung
auf, indem die Änderung der dem Arbeitsstrom überlagerten Gleichstromkomponente
die Wirkung einer Änderung des Steuergleichstromes unterstützt.
Es
ist auch bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, nach welcher zwei parallel
vom Wechselstrom gespeiste Arbeitswicklungen auf einem Magnetkern mit j e einem
Ventil derart in Reihe geschaltet sind, daß jede der Wicklungen nur von einem Halbwellenstrom
der einen oder der anderen Richtung durchflossen wird, so daß sich am Ausgang der
Anordnung ein Wechselstrom mit überlagerter Gleichstromkomponente ergibt. Auf dem
die Arbeitswicklung tragenden Kern ist eine Gleichstromwicklung vorgesehen, die
von einer Gleichspannungsquelle mit einem Strom der einen oder der anderen Richtung
beschickt werden kann.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit einem
magnetischen Verstärker, der eine Steuerwicklung und eine Arbeitswicklung besitzt,
bei dem erfindungsgemäß der Arbeitswechselstrom über ein in Reihe liegendes Ventil
und den Verbraucher der auf dem Magnetkern angeordneten Arbeitswicklung derart zugeführt
wird, daß die von dem entstehenden Gleichstrom herrührende Erregung des Magnetkernes
der von dem Steuergleichstrom herrührenden Erregung entgegengerichtet ist. Es wird
also mit einem Kern sowie einer Arbeitswicklung in Reihe mit einem Ventil je Phase
des Wechselstromes unmittelbar ein Gleichstrom gewonnen.
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Die prinzipielle Schaltung eines magnetischen Verstärkers gemäß der
Erfindung ist in Fig. i dargestellt. Der Magnetkern 4 besitzt zwei Wicklungen 6
und 7, von denen die erstere die Arbeitswicklung, die letztere die Steuerwicklung
darstellt. Die Steuerwicklung 7 wird von einer nicht näher dargestellten Gleichstromquelle
8 mit einem veränderlichen Gleichstrom JR gespeist. Die Arbeitswicklung 6 liegt
in Reihe mit dem Verbraucher 3 und einem Ventil 5 an der Sekundärwicklung eines
an eine Wechselspannungsquelle i angeschlossenen Transformators 2. Die Durchlaßrichtung
des Ventils 5 ist so gewählt, daß die Gleichstromkomponente des in der Arbeitswicklung
6 fließenden Halbwellenstromes in bezug auf den Magnetkern 4 eine Durchflutung in
entgegengesetzter Durchflutung hervorruft wie der die Wicklung 7 durchfließende
Steuergleichstrom. Aus der Durchflutung des Steuergleichstromes und der Gleichstromkomponente
des Arbeitsstromes bildet sich eine Gesamtdurchflutung, deren Größe für die Induktivität
der Wicklung 6 bestimmend ist. Diese bestimmt wiederum die Größe des die Arbeitswicklung
durchfließenden Wechselstromanteils. Andererseits legt die Amplitude dieses Wechselstromes
die Größe der im Arbeitsstrom enthaltenen Gleichstromkomponente fest. Es gelingt
auf diese Weise, mit sehr geringen Änderungen des Steuerstromes JR auf dem Wege
über die dadurch bedingte Induktivitätsänderung der Wicklung 6 jeweils ein neues
Gleichgewicht der Durchflutungen und damit der Höhe des Gleichstromanteils des Arbeitsstromes
festzulegen. Die Höhe dieses Stromes wird ferner durch die Größe des Belastungswiderstandes
3 im Arbeitskreis bestimmt. Ist der Verbraucherwiderstand gegenüber der Induktivität
der Wicklung 6 klein, so kommen die Induktivitätsänderungen voll zur Auswirkung,
und es entsteht ein großes Verstärkungsverhältnis zwischen Arbeits- und Steuer-Strom.
Mit wachsender Bürde des Arbeitsstromkreises wird das Verstärkungsverhältnis der
Ströme verkleinert.
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Da bei der Anordnung nach Fig. i der Arbeitsstrom JA ein pulsierender
Gleichstrom mit einem starken W echselstromanteil ist, so ist der Verstärker in
dieser einfachen Form unter Umständen nur schwer verwendbar. Eine Glättung des die
Wicklung 6 durchfließenden Arbeitsstromes ist nicht angängig, da ja das Prinzip
der Verstärkung gerade darauf beruht, daß der Arbeitsstrom ein Wechselstrom mit
Gleichstromkomponente ist. Durch Glättung des Arbeitsstromes würde also eine Verschlechterung
der Verstärkung eintreten. Wird in dem Verbraucher ein Gleichstrom möglichst geringer
Welligkeit verlangt, so ist es zweckmäßig, mehrere Magnetkerne vorzusehen, deren
Arbeitswicklungen in die einzelnen Phasenzweige einer mehrphäsigen Gleichrichteranordnung
in Nullpunktschaltung geschaltet sind, und den Verbraucher in den Gleichstromzweig
dieser Gleichrichteranordnung zu legen. Hierfür zeigt die Fig.2 ein Ausführungsbeispiel,
und zwar für den Fall, daß die Anordnung dreiphasig ausgebildet ist. Der Transformator
2 liegt primärseitig an einer Drehstromquelle i. Mit jeder der drei Sekundärphasen
u, v, w des Transformators 2 ist ein besonderes Ventil 5 und eine Arbeitswicklung
6 je eines der drei Magnetkerne 4, 4' und 4" in Reihe geschaltet. Die rechten Endklemmen
der Wicklungen 6 der verschiedenen Magnetkerne sind untereinander verbunden und
bilden den einen Anschlußpunkt für den Verbraucherwiderstand 3, der mit seiner anderen
Klemme an dem Sternpunkt der sekundären Transformatorwicklung liegt. Die Steuerwicklungen
7 sind sämtlich hintereinander an die Gleichstromquelle 8 angeschlossen. Der Verbraucher
3 wird also von der Summe der drei Arbeitsströme der Magnetkerne 4, 4', 4" durchflossen.
Da diese Arbeitsströme gegeneinander um i2o° in der Phase verschoben sind, ergibt
sich für den den Verbraucher 3 durchfließenden Strom eine wesentlich geringere Welligkeit
als für den einzelnen Teilstrom.
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Man kann diesen verhältnismäßig glatten Verbraucherstrom zur Steuerung
weiterer Verstärkerstufen benutzen, so daß sich also auf diese Weise sehr leicht
Kaskadenschaltungen aufbauen lassen.
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Fig. 3 zeigt Verstärkungskurven, wie sie bei Versuchen gewonnen wurden,
und zwar sind die Kurven A und B mit der einphasigen Anordnung entsprechend Fig.
i, die Kurven C und D mit einer entsprechenden zweiphasigen Anordnung aufgenommen.
Die Kurven A und B einerseits und die Kurven C und D andererseits
unterscheiden sich dadurch, daß sie bei verschiedenen Werten des Verbraucherwiderstandes
aufgenommen worden sind. Man erkennt, daß der Arbeitsstrom JA
mit zunehmendem
Steuergleichstrom JR sehr steil und nahezu linear abfällt.
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Der Einsatzpunkt der Regelung sowie der Regelsinn können durch zusätzliche
Vormagnetisierung des Magnetkernes mittels einer dritten Wicklung oder auch durch
geeignete Schaltungsmaßnahmen direkt über die Steuerwicklung geändert werden.
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Von einer zusätzlichen Vormagnetisierung des Magnetkernes 4 mittels
einer weiteren Wicklung 9, die
von einer Gleichstromquelle io mit
einem festen einstellbaren Strom gespeist wird, ist bei der Anordnung nach Fig.4
Gebrauch gemacht. Außerdem ist hier noch eine weitere Wicklung ii auf dem Magnetkern
vorgesehen, die unter Vorschaltung eines Widerstandes 13 über den Hilfsgleichrichter
i2 unmittelbar an der Sekundärspannung des Transformators 2 liegt. Das Vorzeichen
der von der Wicklung ii herrührenden Durchflutung stimmt mit dem der Durchflutung
der Steuerwicklung 7 überein. Der Zweck der Wicklung ii besteht darin, den Einfluß
von Spannungsschwankungen des Netzes i auf die Höhe des Arbeitsstromes zu kompensieren.
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Fig. 5 zeigt die entsprechende Schaltung in dreiphasiger Anordnung.
Die einander entsprechenden Wicklungen der drei verschiedenen Magnetkerne 4, 4'
und 4" sind jeweils miteinander in Reihe geschaltet.
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Fig.6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Anwendung eines magnetischen
Verstärkers gemäß der Erfindung zur Konstandhaltung des Gleichstromes in einem Verbraucher
bei schwankender Gleichspannung. Der Verbraucher 3 wird aus der Gleichspannungsquelle
8 mit einem Strom JG gespeist, und dieser Strom dient gleichzeitig als Steuergleichstrom
für die Vormagnetisierung des Magnetkernes 4. Außerdem wird der Verbraucher 3 aber
auch von dem Strom JA in der Arbeitswicklung 6 des Magnetkernes durchflossen. Der
in dem Verbraucher 3 fließende Summenstrom wird bei Spannungsschwankungen der Gleichspannungsquelle
8 und damit bei Schwankungen des Gleichstromes JG dadurch konstant gehalten, daß
der Anteil des Stromes JA um so viel steigt bzw. so viel fällt, daß die Summe
beider Ströme konstant bleibt. Besitzt der Verbraucher 3 einen konstanten Widerstand,
so ist es auf diese Weise möglich, den Strom in ihm von Spannungsschwankungen in
dem speisenden Gleichstromnetz unabhängig zu machen. Hierbei entspricht der Zusatzstrom
JA leistungsmäßig den Schwankungen der Gleichspannung, so daß die Gesamtanordnung
bei geringeren Schwankungen im Gleichstromkreis entsprechend klein gehalten werden
kann. Auch diese Anordnung kann selbstverständlich mehrphasig ausgeführt werden,
«ras den Vorteil hat, daß der Zusatzstrom JA eine geringere Welligkeit besitzt.
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Fig. 7 zeigt eine Schaltung, bei der der Strom in dem Verbraucher
3 unabhängig von dessen Widerstand konstant gehalten werden soll. Der Verbraucher
3 wird von dem Summenstrom der Arbeitsströme der Magnetkerne 4, 4', 4" durchflossen.
In Reihe mit dem Verbraucher liegen aber außerdem noch die Steuerwicklungen 7 der
drei Magnetkerne, so daß der Summenstrom gleichzeitig als Steuergleichstrom auf
die drei Magnetkerne einwirkt. Die gesamte Energie, die dem Verbraucher 3 zugeführt
wird, wird hier dem Drehstromnetz i entnommen. Auf dem Magnetkern sind außerdem
noch die Gleichstromwicklungen 15
vorgesehen, die in Hintereinanderschaltung
an den Klemmen des Verbrauchers 3 liegen. Es entsteht auf diese Weise eine Rückkopplung
mit einem Strom, der der Spannung an dem Verbraucher proportional ist. Diese Rückkopplung
hat den Zweck, die von der Krümmung der magnetischen Charakteristik der Kerne herrührende
geringe Änderung des Verbraucherstromes, die bei veränderlichemVerbraucherwiderstand
sonst eintreten würde, auszukompensieren. Es ist deswegen mit der dargestellten
Schaltung möglich, bei wechselnder Belastung einen konstanten Gleichstrom zu erhalten,
was beispielsweise für Meßzwecke wichtig sein kann.
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Fig.8 stellt schließlich eine Kombination der Schaltungen nach Fig.
6 und 7 dar. Der Verbraucher 3 wird hier wiederum von zwei Strömen durchflossen,
von denen der eine von der Gleichspannungsquelle 8 geliefert und der andere durch
die Summe der drei Arbeitsströme der Magnetkerne 4, 4' und 4" gebildet wird. Der
Summenstrom der Arbeitsströme der Magnetkerne durchfließt wiederum die Steuerwicklungen
7, während der von der Gleichstromquelle 8 gelieferte Stromanteil besondere Wicklungen
17 durchfließt, die eine mit den Wicklungen 7 gleichsinnige Durchflutung erzeugen.
Es ist mit dieser Schaltung möglich, bei schwankender Spannung der Gleichstromquelle
8 und veränderlichem Verbraucherwiderstand den Gesamtstrom im Verbraucher derart
zu regeln, daß er konstant bleibt.