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Magnetischer Verstärker Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung
von magnetischen Verstärkern.
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Bekannt sind :Magnetverstärker mit sogenannten Ventildrosseln, d.
h. Drosseln, deren Arbeitswicklungen in Reihe mit j e einem Ventil liegen und die
zueinander parallel geschaltet sind. Hierfür sind solche Anordnungen geläufig, bei
denen die Ventile in den parallelen Zweigen entgegengesetzt gepolt sind, so daß
über jeden der Zweige nur die Halbwellen je einer der beiden Polaritäten des Wechselstromes
fließen können. Die Arbeitswicklungen sind dabei z. B. auf den Außenschenkeln eines
dreischenkeligen Eisenkernes angeordnet, auf dessen Mittelschenkel eine Wicklung
zur Gleichstromvormagnetisierung vorgesehen ist. Hierdurch wird jede der Drosseln
stets gleichartig für jede der Halbwellen des Wechselstromes vormagnetisiert, und
beide Drosseln übernehmen stets gleiche Spannungskurventeile gleicher Form und Flächenausdehnung
von der Kurvenform der Wechselspannungshalbwelle bzw. lassen an der gespeisten Last
die entsprechenden restlichen Teile der Spannungskurvenform der Halbwelle entstehen.
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Es ist auch bekanntgeworden, bei solchen magnetischen Verstärkern
für jede Drossel je einen Eisenkern vorzusehen und die Eisenkerne der Drosseln entweder
durch eine die Eisenkerne beider Drosseln gemeinsam umschließende Gleichstromvormagnetisierungswicklung
zu erregen oder auf jeden der Eisenkerne je eine Vormagnetisierungswicklung zu benutzen,
die für beide Eisenkerne derart in Reihe an eine Gleichspannungsquelle
angeschlossen
sind, daß eine stets gleichartige Magnetisierung der beiden Eisenkerne für die Arbeitsstromführung
ihrer Drosseln während ihrer Arbeitshalbwellen erfolgt.
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Es ist bei solchen Drosseln auch bekanntgeworden, in jedem der parallelen
Zweige in Reihe mit Drossel und Ventil und dem einen Verzweigungspunkt der Parallelschaltung
benachbart je einen Widerstand einzuschalten, so daß über jeden der Widerstände
die von der Drossel seines Parallelzweiges gesteuerte Spannungshalbwelle des Wechselstromes
ihren Strom schickt und an den äußeren Enden der Reihenschaltung der beiden Widerstände
die an diesen anfallende Spannung abzunehmen.
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Es ist ferner bekanntgeworden, die Ventile, welche mit den Arbeitswicklungen,
die an einem dreischenkeligen Eisenkern, der auf seinem Mittelschenkel die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
trägt, auf den Außenschenkeln angeordnet sind und mit je einem ohmschen Widerstand,
die für beide Parallelzweige einem Verzweigungspunkt der Parallelschaltung benachbart
liegen, in Reihe liegen, in beiden parallelen Zweigen gleichsinnig zu polen. Es
nimmt dann nur die eine Halbwelle des Wechselstromes während jeder Periode auf-
beide Parallelzweige verteilt ihren Weg über die Drosselanordnung, und an jedem
der genannten Widerstände wird je ein Spannungsabfall von entsprechend der Vormagnetisierung
verschiedener Größe erzeugt.
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Ferner sind magnetische Verstärker bekannt, die mit mehreren Ventilstromdrosseln
arbeiten, die gemeinsam einen Bürdenwiderstand mit ihren Ausgangswechselströmen
in entgegengesetzter Richtung speisen, so daß sich wieder ein Wechselstrom ergibt,
der dann gegebenenfalls anschließend gleichgerichtet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in bezug auf die Eingangsgröße
richtungsempfindlichen magnetischen Verstärker zu schaffen, bei welchem an dem Bürdenwiderstand
ohne Zuhilfenahme eines besonderen Gleichrichters unmittelbar eine Gleichspannung
auftritt, die bei dem Steuergleichstrom Null bzw. einem bestimmten Wert des Steuergleichstromes
zu Null wird, jedoch mit dem einen oder anderen Vorzeichen auftritt, je nachdem,
welche Richtung der Steuergleichstrom besitzt bzw. nach welcher Richtung er von
dem Wert, bei welchem die Ausgangsspannung Null ist, abweicht, und dabei entweder
eine Ausnutzung beider Halbwellen des Wechselstromes oder im Falle der Ausnutzung
nur einer Halbwelle eine Verbesserung in der Schaltung gegenüber den bekannten Lösungen
zu erreichen.
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Für die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben können
in deren Rahmen verschiedene Lösungswege beschritten werden.
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Nach der einen grundsätzlichen Lösung kann bei einem magnetischen
Verstärker mit Ventilstromdrosseln zur Speisung der an seinen Ausgangsklemmen liegenden
Bürde mit gegensinnigen Strömen, wobei die Drosseln durch eine Gleichstromvormagnetisierung
gegensinnig in untereinander verschiedenem Sinne beeinflußt werden, erfindungsgemäß
für jede Halbwelle des Wechselstromes ein besonderer elektrischer, über die Bürde
und eine Drossel führender Pfad vorgesehen werden und die Steuerung der beiden Pfade
durch eine Gleichstromvormagnetisierung derart erfolgen, daß der über die Bürde
fließende Wechselstrom in seinen Halbwellen verschiedener Polarität gegenläufig
beeinflußt wird und über die Bürde dadurch ein resultierender Gleichstrom fließt.
Über die Bürde fließen in den Zeiträumen der aufeinanderfolgenden Halbwellen des
Wechselstromes somit Halbwellen eines unsymmetrischen Wechselstromes, der als Komponente
des Bürdenstromes den erwünschten Gleichstrom liefert.
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Nach einer weiteren grundsätzlichen Lösung können bei einem magnetischen
Verstärker mit Ventilstromdrosseln zur Speisung der an seinen Ausgangsklemmen liegenden
Bürde mit gegensinnigen Strömen, wobei die Drosseln durch eine Gleichstromvormagnetisierung
gegensinnig in untereinander verschiedenem Sinne beeinflußt werden, erfindungsgemäß
einer oder beiden Halbwellen des Wechselstromes je zwei oder mehrere elektrische,
über die Bürde führende Pfade von entgegengesetzter Stromrichtung zugeordnet werden,
die durch die Gleichstromvormagnetisierung derart gesteuert werden, daß über die
Bürde resultierend ein Gleichstrom fließt.
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Im Rahmen dieser Lösung gibt es erfindungsgemäß wiederum verschiedene
spezielle Lösungswege. Nach dem einen Lösungsweg können die zwei bezüglich der sie
durchfließenden Stromhalbwellen in entgegengesetztem Sinne von dem Steuerstrom vormagnetisierten
Ventilstromdrosseln, mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung ihrer Ventile parallel
geschaltet, mit der Wechselstromquelle und dem Bürdenwiderstand in Reihe liegen.
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Nach einem zweiten Lösungsweg kann die als Wechselstromquelle dienende
Transformatorwicklung eine Mittelanzapfung besitzen und jede Wicklungshälfte mit
je einem Ventildrosselpaar und dem an die Mittelanzapfung angeschlossenen Bürdenwiderstand
einen geschlossenen Stromkreis bilden, in welchem die von einer Änderung des Steuerstromes
im gleichen Sinne beeinflußten Stromhalbwellen beider Ventildrosselpaare den Bürdenwiderstand
in gleicher Richtung durchfließen.
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Nach einem dritten Lösungsweg kann der Bürdenwiderstand eine Mittelanzapfung
besitzen und jede seiner Hälften mit je einem Ventildrosselpaar und der an die Mittelanzapfung
angeschlossenen Wechselstromquelle einen geschlossenen Stromkreis bilden, in welchem
die von einer Änderung des Steuerstromes in gleichem Sinne beeinflußten Stromhalbwellen
beider Ventildrosselpaare in den beiden Wiederstandshälften die gleiche Richtung
haben.
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Nach einem vierten Lösungsweg kann der Bürdenwiderstand aus zwei Hälften
bestehen, von denen jede mit ihrem einen Ende an die Mittelanzapfung der Transformatorwicklung,
mit ihrem anderen Ende an die beiden Enden der Transformatorwicklung über je eine
Ventildrossel angeschlossen ist, derart, daß über die eine Widerstandshälfte die
von der positiven, über die andere Widerstandshälfte die von der negativen Spannungshalbwelle
herrührenden Stromhalbwellen fließen und von Änderungen des Steuerstromes gleichsinnig
beeinflußte
Stromhalbwellen in der Hintereinanderschaltung beider Widerstandshälften gleiche
Richtung haben.
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Nach einer dritten grundsätzlichen Lösung im Rahmen der Erfindung
können bei einem magnetischen Nullstromverstärker mit Ventilstromdrosseln für die
Speisung einer Bürde, wobei die Drosseln durch eine Gleichstromvormagnetisierung
gegensinnig magnetisch beeinflußt werden, erfindungsgemäß für die eine Halbwelle
des Wechselstromes elektrische Pfade mit Ventilstromdrosseln von einer speisenden
Spannungsteilerwicklung über einen gemeinsamen Bürdenwiderstand geschlossen sein
bei solcher Steuerung der Ventildrosseln, daß an dem Bürdenwiderstand resultierend
ein Gleichstrom entsteht. Hierbei kann vorzugsweise der Bürdenwiderstand mit einer
Mittelanzapfung der als Wechselstromquelle dienenden Transformatorwicklung unmittelbar
und mit den beiden Enden der Transformatorwicklung über je eine Ventilstromdrossel
verbunden sein, welche von einer Änderung des Steuerstromes in entgegengesetztem
Sinne beeinflußt werden und deren Ventile in bezug auf die Enden der Transformatorwicklung
gleichsinnig hintereinander geschaltet sind.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand einiger Schaltungsbeispiele
wird nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel im Rahmen des ersten grundsätzlichen
Lösungsweges. Darin ist mit i die speisende Wechselstromquelle, z. B. die Sekundärwicklung
eines Transformators, mit 2 der Bürdenwiderstand und mit 3 die den Steuergleichstrom
liefernde Gleichspannungsquelle bezeichnet, wobei der Steuergleichstrom sowohl positive
als auch negative Werte anzunehmen in der Lage sein möge. Der Bürdenwiderstand 2
ist mit der Transformatorwicklung i in Reihe geschaltet. In diesem Stromkreis liegt
die Parallelschaltung zweier Ventilstromdrosseln, deren Arbeitswicklungen mit 4
und 5 und deren zugehörige Ventile mit 14 und 15 bezeichnet sind. Die Durchlaßrichtung
der Ventile 14 und 15 ist so gewählt, daß über die eine Drossel nur positive, über
die andere nur negative Stromhalbwellen fließen können. Beide Drosseln sind mit
je einer von dem Steuergleichstrom durchflossenen Vormagnetisierungswicklung 4'
bzw. 5' ausgerüstet, wobei der Wicklungssinn dieser Wicklungen so gewählt ist, daß
ein in einer bestimmten Richtung fließender Steuergleichstrom die von dem Halbwellenstrom
über die Arbeitswicklung der einzelnen Drosseln hervorgerufene Gleichstrommagnetisierung
in der einen Drossel unterstützt, in der anderen Drossel dagegen schwächt. Das hat
zur Folge, daß durch den betreffenden Steuergleichstrom die Induktivität der einen
Drossel herab- und die der anderen dagegen heraufgesetzt wird. Infolgedessen werden
die beiden den Bürdenwiderstand 2 in verschiedener Richtung durchfließenden Stromhalbwellen
in verschiedenem Sinn durch den Steuergleichstrom beeinflußt, und es entsteht an
dem Bürdenwiderstand eine einer Wechselspannung überlagerte Gleichstromkomponente,
deren Richtung von der Richtung des Steuergleichstromes in den Wicklungen 4' und
5' abhängt. Eine Drossel 12 im Steuerstromkreis hat den Zweck, einen Kurzschluß
der in den Steuerwicklungen 4' und 5' induzierten Grundwellenspannungen, die sich
bei dieser Schaltung nicht ausgleichen, zu vermeiden.
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Bei der zweiten grundsätzlichen Lösung wird bei einer brückenähnlichen
Schaltung der Bürdenwiderstand in beiden Halbperioden des Wechselstromes jeweils
nur von Strom in der gleichen Richtung durchflossen, so daß also die Spannung an
ihm bei gleichbleibendem Steuergleichstrom niemals ihre Richtung umkehrt. In dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Bürdenwiderstand 2 mit seinem einen Ende
an eine Mittelanzapfung der speisenden Transformatorwicklung i angeschlossen. In
den beiden für den Bürdenwiderstand so entstehenden, je eine Hälfte der Transformatorwicklung
i einschließenden Stromkreisen liegt je ein Ventilstromdrosselpaar. Die Arbeitswicklungen
des rechten Drosselpaares sind mit 4 und 5, die dazugehörigen Ventile mit 14 und
15 und die Vormagnetisierungswicklungen mit 4' und 5' bezeichnet. In dem linken
Stromzweig liegt ein gleichartiges Drosselpaar mit den Arbeitswicklungen 6, 7, den
Ventilen 16 und 17 und den Steuerwicklungen 6' und 7', welche mit den Steuerwicklungen
4' und 5' in Reihe geschaltet sind. Der Wicklungssinn der Vormagnetisierungswicklungen
ist so gewählt, daß jeweils die beiden Ventilstromdrosseln, z. B. die mit den Arbeitswicklungen
4 und 6, deren Stromhalbwellen den Bürdenwiderstand 2 in gleicher Richtung durchfließen,
durch den Steuergleichstrom gleichsinnig und im entgegengesetzten Sinne wie die
beiden anderen Ventilstromdrosseln erregt werden. Es werden somit die in beiden
Halbperioden den Bürdenwiderstand in gleicher Richtung durchfließenden Stromhalbwellen
gleichsinnig und in entgegengesetztem Sinne wie die den Bürdenwiderstand in der
anderen Richtung durchfließenden Stromhalbwellen von dem Steuergleichstrom beeinflußt.
In diesem Fall tritt also an dem Bürdenwiderstand 2 eine pulsierende Gleichspannung
auf, deren Pulsationen jedoch stets nur auf einer Seite der Nullinie liegen.
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Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 im
wesentlichen dadurch, daß Bürdenwiderstand und Transformatorwicklung ihre Lage getauscht
haben. In diesem Fall besitzt also der Bürdenwiderstand 2 eine Mittelanzapfung.
Die Vormagnetisierungswicklungen sind hier im Gegensatz zu Fig. 2 so geschaltet,
daß von den beiden in Flußrichtung ihrer Ventile gleichzeitig vom Wechselstrom,
also von den Halbwellen des Wechselstromes der einen Polarität durchflossenen Reihenschaltungen
aus Drossel und Ventil die eine Drossel gleichsinnig mit dem Ventilstromfeld und
die andere Drossel gegensinnig zu dem Ventilstromfeld vormagnetisiert wird. Die
Transformatorwicklung i in verschiedener Stromrichtung durchfließende Stromhalbwellen
haben aber in den beiden Hälften des Bürdenwiderstandes 2 gleiche Richtung und sind
nur um i8o° in der Phase gegeneinander verschoben. Die Gesamtspannung an dem Widerstand
2 ändert infolgedessen bei einem bestimmten Steuergleichstrom ebenfalls ihre Richtung
nicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besitzt der Bürdenwiderstand
2 eine Mittelanzapfung. Diese ist mit der Mittelanzapfung der Transfnrmatorwicklung
i verbunden. Es sind die Doppelpaare von Ventildrosseln
mit den
Wicklungen 8, io bzw. 1i, g in Reihe mit je einem der Ventile 18 bis 21 und je einer
zugeordneten der untereinander in Reihe geschalteten Steuerwicklungen 8' bis ix'
vorhanden.
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Die Durchlaßrichtungen der Ventile 18, ig, 2o, 21 sind so gewählt,
daß in der positiven Halbwelle der Transformatorspannung der Strom in der einen
Hälfte des Widerstandes 2 die gleiche Richtung hat wie der Strom in der anderen
Hälfte bei dem entgegengesetzten Vorzeichen der Transformatorspannung. Auch hier
fließt also in beiden Halbwellen Strom über den Bürdenwiderstand 2, wobei die Gesamtspannung
an seinen Klemmen bei gleichbleibendem Steuerstrom ihre Richtung niemals umkehrt.
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Diese im vorstehenden beschriebenen Schaltungsbeispiele für die Anwendung
der Erfindung haben gegenüber den bekannten Schaltungen mit geteilter Bürde den
technischen Vorzug, daß bei ihnen die Gleichstromkomponente des Bürdenstromes aus
beiden Halbwellen des Wechselstromes erzeugt wird.
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In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. q. ist der eine Endpunkt
des Bürdenwiderstandes 2 mit einer Mittelanzapfung der Transformatorwicklung i verbunden,
während der andere Endpunkt des Widerstandes über je eine Ventilstromdrossel an
die beiden Enden der Transformatorwicklung angeschlossen ist. Die Arbeitswicklungen
der beiden Ventilstromdrosseln sind mit 8 und g, die zugehörigen Ventile mit 18
und ig und die Erregerwicklungen mit 8' und g' bezeichnet. Die Durchlaßrichtungen
der Ventile 18 und ig sind so gewählt, daß der Bürdenwiderstand 2 überhaupt nur
in der einen Spannungshalbwelle von Strom durchflossen werden kann. In bezug auf
den Halbwellenstrom werden die beiden Ventilstromdrosseln durch den Steuergleichstrom
in verschiedenem Sinne erregt. Da über den Bürdenwiderstand 2 die Differenz der
beiden Ströme in den Arbeitswicklungen 8 und g der Ventilstromdrosseln fließt, so
tritt auch hier bei dem Steuergleichstrom Null eine völlige Kompensation der Ströme
in dem Bürdenwiderstand 2 auf. Je nachdem, in welcher Richtung der Steuergleichstrom
von dem Wert Null abweicht, überwiegt in dem Widerstand 2 die eine oder die andere
Stromrichtung. Der Strom fließt aber, wie gesagt, über den Bürdenwiderstand jeweils
nur während einer Halbperiode. Er ist also lückenhaft. Diese Schaltung hat den technischen
Vorzug, daß sie die Verwendung einer Bürde ohne Mittelanzapfung ermöglicht.