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Magnetverstärker Es ist ein Magnetverstärker vorgeschlagen. worden,
bei welchem durch den Eingangsstrom die Permeabilität der Spulenkerne von mit periodisch
veränderlichem, einen Gleichstromanteil enthaltendem Strom gespeisten Drosselspulen
mittels in den Kernen erzeugter magnetischer Flüsse zur Steuerung des einen Verbraucher
durchfließenden Ausgangsstromes geändert wird und der vom Eingangsstrom beeinflußte
Halbwellenstrom eines Strompfades der Verstärkeranordnung Zur Erzeugung zusätzlicher
magnetischer Flüsse in den Drosselkernen dient.
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Durch die zusätzlichen magnetischen Flüsse kann die Charakteristik
des Verstärkers beeinflußt, beispielsweise die Steilheit der Charakteristik erhöht
werden, ohne daß besondere Rückkopplungsgleichrichter erforderlich sind. Gemäß der
Erfindung wird die Einflußnahme der zusätzlichen magnetischen Flüsse noch wesentlich
dadurch gesteigert, daß unter Verwendung von zwei vorzugsweise gleich ausgelegten
Drosseln die in verschiedenartiger Weise vom Eingangsstrom abhängigen Ströme und/oder
Spannungen von wenigstens zwei Strompfaden der Verstärkeranordnung gleichzeitig
zur Erzeugung der zusätzlichen Flüsse in den Spulenkernen verwendet werden. Die
Abhängigkeit der genannten Ströme vom Eingangsstrom kann qualitativ oder quantitativ
verschieden sein.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, auf die Gestaltung der Charakteristik
weiteren Einfluß zu nehmen. So ist es beispielsweise möglich, die Form der Charakteristik
für ein gewünschtes Anwendungsgebiet, z. B. für Regelzwecke, in passender Weise
auszubilden, oder es kann, wie experimentell nachgewiesen
wurde,
die Steilheit der Kennlinie noch weiter erhöht werden, ohne die Stabilität des Verstärkers
zu beeinträchtigen. Der Erfindungsgegenstand bietet weiterhin die Möglichkeit, den
Einfluß der Änderungen von Betriebsverhältnissen, z. B. Temperaturänderungen und
Änderungen der Netzspannung, herabzusetzen, wenn der Temperatur- bzw. Spannungsgang
der beiden Kopplungskreise verschieden ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich in
herstellungstechnischer Hinsicht dadurch, daß die Abgleichung der Verstärkerelemente
und die Anpassung des Verstärkers an einen gegebenen Verbraucher erheblich vereinfacht
wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die Verwirklichung
des Erfindungsgedankens dargestellt. Es zeigt Fig. i ein Schema eines Verstärkers
mit zwei Verstärkereinheiten, Fig. 2 die Kennlinie einer Verstärkereinheit ohne
zusätzliche Kopplungen, Fig.3 ein Schema eines Verstärkers mit zwei Verstärkersystemen.
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Das in Fig. i gezeigte Ausführungsbeispiel stellt einen Magnetverstärker
mit zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleich ausgelegten Einheiten I, II
dar. In der Einheit I sind mit i, 2 zwei gleiche und gleichartige Spulenkerne aus
magnetisch gut durchlässigem Stoff, z. B. einer Eisen-Nickel-Legierung, bezeichnet,
auf denen die unter sich gleichen Arbeitswicklungen 3, q. angeordnet sind. Die Einheit
wird aus einem Gleichstromnetz io über einen periodisch arbeitenden mechanischen
Unterbrecher 5 in der Weise gespeist, daß je nach der Stellung des Mittelkontaktes
dieses Unterbrechers in der gestrichelt bzw. punktiert angedeuteten Lage die Arbeitswicklungen
3, q. wechselweise von periodisch veränderlichem Gleichstrom durchflossen sind.
In Reihe mit den beiden Arbeitswicklungen liegt ein gemeinsamer Gleichstromverbraucher
6, der von den Arbeitsströmen in einer bestimmten Richtung, wie durch die Pfeile
6' angedeutet ist, durchflossen wird. Den beiden Kernen i, 2 ist eine gemeinsame
Eingangswicklung 7 zugeordnet, die von einem bei 2o vorgesehenen Geber beispielsweise
mit Gleichstrom gespeist ist.
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Durch die in den Wicklungen 3, q. fließenden Arbeitsströme werden
in den Kernen magnetische Flüsse erzeugt, deren Gleichflußanteile durch die Pfeile
3', q.' versinnbildet sind. In der Nullstellung, d. h. bei Stromlosigkeit der Wicklung
7, sind die beiden Arbeitsströme und damit die Gleichflußanteile gleich groß. Fließt
indes in der Eingangswicklung ein Strom, so erzeugt dieser bei einer bestimmten
Stromrichtung in den Kernen i, 2 magnetische Gleichflüsse, die durch die Pfeile
7' versinnbildet sind. In dem gezeichneten Falle ist der Richtungssinn der Flüsse
3', 7' bzw. q.', 7' gleich, der Widerstand der Wicklungen 3, q. wird also herabgesetzt,
und in dem Verbraucher fließt ein entsprechend großer Strom. Kehrt der Eingangsstrom
seine Richtung um, so .wird der Widerstand der Arbeitswicklungen entsprechend vergrößert,
und in dem Verbraucher fließt ein entsprechend kleiner Strom, der praktisch dem
Strom in der Nullstellung entspricht. In Reihe mit dem Verbraucher 6 liegt eine
Kopplungswicklung 8, die den Kernen in analoger Weise wie die Eingangswicklung 7
zugeordnet ist. Mittels der Wicklung 8 erzeugt der Verbraucherstrom in den beiden
Kernen magnetische Flüsse, deren Gleichflußanteil durch den Pfeil 8' versinnbildet
ist. Die Verhältnisse sind so gewählt, daß die letztgenannten Flüsse denselben Richtungssinn
besitzen wie die Arbeitsflüsse 3', q.'. Bei der angenommenen Richtung des Eingangsstromes
unterstützen die Kopplungsflüsse 8' die Wirkung des Eingangsstromes und wirken bei
Umkehr der Eingangsstromrichtung diesem Strom entgegen.
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In ganz analoger Weise wie die Einheit x ist die Einheit II aufgebaut,
deren entsprechende Teile mit den Bezugszeichen ii bis ig versehen sind. Die Flußverhältnisse
sind bei der Einheit II so gewählt, daß die Kopplungsflüsse 18' den gleichen Richtungssinn
besitzen wie die Arbeitsflüsse i3', i4'. Der Eingangsstrom in der Wicklung 17 erzeugt
in den beiden Kernen ii, i2 magnetische Flüsse i7', wobei die Verhältnisse so gewählt
sind, daß bei der angenommenen Richtung des Eingangsstromes der Richtungssinn der
Flüsse 17' demjenigen der Flüsse i4', i3', 18' entgegengesetzt gerichtet ist. Im
Verbraucher 18' fließt gemäß den vorstehenden Ausführungen ein kleiner Strom, angedeutet
durch die Pfeile i6'. Bei Umkehr der Richtung des Eingangsstromes wächst der Verbraucherstrom
an, wie sich aus dem oben Gesagten ergibt.
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Der Strom des Verbrauchers 6 durchfließt außer der Wicklung 8 noch
eine weitere Wicklung 9, die in Reihe liegt mit der Wicklung 8 und den Kernen 1i,
12 der Einheit II in gleicher Weise zugeordnet ist wie die Eingangswicklung
17. Ebenso durchfließt der Strom des Verbrauchers 16 eine weitere Wicklung
ig, die in Reihe liegt mit der Wicklung 18 und den Kernen i, 2 der Einheit I in
analoger Weise wie die Eingangswicklung 7 zugeordnet ist. Die Verhältnisse sind
so gewählt, daß die durch die Ströme der Kopplungswicklungen g, ig erzeugten magnetischen
Gleichflußanteile g', ig' jeweils entgegengesetzten Richtungssinn wie die Gleichflußanteile
8', 18' besitzen. Die Wicklungen 8, 9 bzw. 18, ig können statt in Reihen- auch in
Parallelschaltung angeordnet sein.
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In der Nullstellung heben sich, gleiche Kopplungswicklungen und gleiche
Kerne vorausgesetzt, die von den Kopplungswicklungen in den beiden Einheiten erzeugten
Gleichflußanteile jeweils auf. Das bedeutet, daß der Nullstrom in jeder Einheit
so groß ist, wie wenn keinerlei Kopplung vorhanden wäre. Fließt in den Eingangswicklungen
ein Strom von der im Ausführungsbeispiel angenommenen Richtung, so überwiegen die
Gleichfiußanteile 8', g' die Gleichflußanteile ig', i8', während bei umgekehrter
Richtung des Eingangsstromes die Gleichflußanteile ig', 18' die Gleichflußanteile
8', g' überwiegen. Bei beiden Richtungen des Eingangsstromes unterstützen demnach
die resultierenden Kopplungsflüsse jeder Einheit die Wirkung des Eingangsstromes.
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Trägt man den Strom J des Verbrauchers einer Einheit, z. B. der Einheit
I, in Abhängigkeit vom Eingangsstrom i auf, so ergibt sich, wenn keinerlei Kopp-
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vorhanden wäre, für das in Fig. i dargestellte Ausführungsbeispiel grundsätzlich
die in Fig. 2 schaubildlich gezeigte Kennlinie. Aus dieser ist ersichtlich, daß
der Verbraucherstrom von einem Nullwert für den Eingangsstrom gleich Null mit wachsendem
Eingangsstrom der einen Richtung, die hier als positiv bezeichnet ist, ansteigt
und einem Sättigungswert zustrebt. Kehrt der Eingangsstrom seine Richtung um, so
bleibt der Verbraucherstrom im wesentlichen unterhalb des Nullwertes, die Kennlinie
verläuft für die hier als negativ bezeichnete Richtung des Eingangsstromes praktisch
parallel zur Abzissenachse.
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Bei Verwendung von nur einer Kopplung, z. B. mit Hilfe der Wicklung
8, bewirken die Kopplungsflüsse 8' ein Anwachsen des Nullstromes und eine Vergrößerung
der Steilheit der Kennlinie. Das Anwachsen des Nullstromes ist unerwünscht, weil
dadurch die Wirtschaftlichkeit des Verstärkers herabgesetzt und der Aussteuerungsbereich
verkleinert wird, da ja der durch das Sättigungsgebiet bedingte Grenzwert unverändert
bleibt.
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Diese Nachteile werden durch die Verwendung einer weiteren Kopplung,
z. B. mit Hilfe der `'Wicklung i9, vermieden. Wie schon erwähnt, heben sich in der
Nullstellung die Kopplungsflüsse auf. Die Verstärkereinheit arbeitet also mit einem
Nullstrom, wie er ohne jegliche Kopplung vorhanden wäre. Fließt ein Eingangsstrom
z. B. von der angenommenen Richtung, so werden die Kopplungsflüsse 8' gemäß den
vorstehenden Ausführungen größer, während die Kopplungsflüsse i9', wie aus dem Schaubild
der Fig. 2 ersichtlich ist, praktisch unverändert bleiben. Durch die erfindungsgemäße
Mehrfachkopplung wird also beim Ausführungsbeispiel der Vorteil der Vergrößerung
der Steilheit wie bei einfacher Kopplung erreicht, ohne daß dabei die vorerwähnten
Nachteile in Kauf genommen werden müssen.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. i sind auf den Kernen der beiden
Einheiten je zwei Kopplungswicklungen vorgesehen, die von den Strömen der beiden
Einheiten durchflossen sind. Es werden also zwei Ströme zu Kopplungszwecken benutzt,
wobei die beiden Ströme in verschiedenartiger Weise vom Eingangsstrom abhängig sind.
Eine andere Möglichkeit der Anwendung des Erfindungsgedankens ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Die Figur stellt eine Verstärkeranordnung mit zwei Systemen I, 1I dar, deren jedes
für sich einen nach beiden Richtungen aussteuerbaren Verstärker bildet. Die einzelnen
Systeme weisen je zwei Kerne 21, 22 bzw. 31, 32 mit auf diesen angeordneten Arbeitswicklungen
23, 24 bzw. 33, 34 auf. Die Arbeitswicklungen sind mit Hilfe der periodisch arbeitenden
Unterbrecher 25, 35, 45 aus einem Gleichstromnetz 40 mit periodisch veränderlichem
Gleichstrom gespeist. Die Arbeitswicklungen sind wiederum von dem periodisch veränderlichen
Strom entsprechend den beiden Stellungen der Mittelkontakte der mechanischen Unterbrecher
wechselweise gespeist. Diese Ströme erzeugen in den Kernen magnetische Flüsse, deren
Gleichflußanteile durch die Pfeile 23', 24' bzw. 33', 34' in Analogie zu den Unterbrecherstellungen
gestrichelt bzw. punktiert angedeutet sind. Im Stromkreis der Arbeitswicklungen
der beiden Systeme liegt je ein Gleichstromverbraucher 26, 36. Auf jeweils den beiden
Kernen der beiden Systeme sind die Eingangswicklungen 27, 37 angeordnet, die von
einem mit 41 bezeichneten Geber beispielsweise mit Gleichstrom gespeist sind. Es
sei zunächst die Wirkungsweise des Systems I betrachtet. In der Nullstellung, also
bei Stromlosigkeit der Wicklung 27, sind, gleiche Arbeitswicklungen und gleiche
Kerne vorausgesetzt, die beiden Arbeitsströme gleich groß. Der Gleichstromverbraucher
26 ist dann von einem reinen Wechselstrom durchflossen, der entweder für den Verbraucher
von vornherein ohne Bedeutung ist oder durch Siebmittel, z. B. Kondensatoren, beliebig
klein gehalten wird. Fließt in der Eingangswicklung ein Strom, so erzeugt dieser
in den beiden Kernen magnetische Flüsse, die für eine bestimmte Richtung des Eingangsstromes
durch die Pfeile 27' versinnbildet sind. Diese Flüsse überlagern sich den Arbeitsgleichflüssen,
und zwar addieren sich beide Flüsse im Kern 21, während sie im Kern 22 einander
entgegenwirken. Das bedeutet ein Anwachsen des die Wicklung 23 und den Verbraucher
26 und eine Verringerung des die Wicklung 24 und den Verbraucher 26 durchfließenden
Arbeitsgleichstromes. Während einer ganzen Unterbrecherperiode ist somit der Verbraucher
von einem resultierenden Gleichstrom durchflossen, der durch den Pfeil 26' angedeutet
ist. Kehrt der Eingangsstrom seine Richtung um, so ändert sich damit auch die Richtung
des den Verbraucher durchfließenden Gleichstromes. Der Verbraucherstrom durchfließt
eine Wicklung 28, die in Reihe liegt mit dem Verbraucher und den beiden Kernen in
derselben Weise zugeordnet ist wie die Eingangswicklung 27. Parallel zu dem Verbraucher
liegt eine weitere, den Kernen in derselben Weise zugeordnete Wicklung 29. Die Verhältnisse
sind so gewählt, daß die Ströme der beiden Kopplungswicklungen 28, 29 in den Kernen
Flüsse erzeugen, deren resultierende Arbeitsgleichflußanteile entsprechend dem resultierenden
Verbrauchergleichstrom 26' durch die Pfeile 28', 29', versinnbildet sind. Bei Umkehr
der Richtung des Eingangsstromes kehren auch der Verbraucherstrom und mit ihm die
resultierenden Kopplungsgleichflüsse ihre Richtung um. In dem Ausführungsbeispiel
unterstützen demnach die Kopplungsflüsse für beide Richtungen des Eingangsstromes
dessen Wirkung.
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Das System II entspricht hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise dem
System I und enthält die den Teilen des Systems I entsprechend bezeichneten Teile.
Die Verhältnisse sind hier wiederum so gewählt, daß die resultierenden Kopplungsflüsse
38', 39' für beide Richtungen des Eingangsstromes denselben Richtungssinn besitzen
wie die von letzterem erzeugten Flüsse 37'. Der Kopplungsgrad kann in gewünschter
Weise gewählt werden. So ist z. B. für die Wicklungen 29, 39 je ein Regelwiderstand
42, 43 vorgesehen, der in Reihe mit diesen Wicklungen liegt.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 werden in jedem System der den
Verbraucher durchfließende Strom und die an dem Verbraucher liegende Spannung für
Kopplungszwecke ausgenutzt. Es kann indes jede an einem beliebigen Widerstandsteil
des Verbraucherkreises liegende Spannung, z. B. die an dem
Verbraucher
26 und der Wicklung 28 liegende Spannung, in der Kopplungswicklung 29 Verwendung
finden. In dem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getröffen, daß die resultierenden
Kopplungsflüsse 28,' 29' gleichen Richtungssinn haben. Wie später näher ausgeführt
ist, kann es auch zweckmäßig sein, die beiden Flüsse einander entgegenwirken zu
lassen.
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Ist der Verbraucher 26 beispielsweise ein Motor oder nichtohmscher
Widerstand, etwa ein Heißleiter, so hängen die Ströme in den beiden Kopplungswicklungen
28, 29 in verschiedenartiger Weise vom Eingangsstrom ab. So wird z. B., wenn der
Verbraucher 26 einen Motor darstellt, in der Nullstellung, d. h. bei stillstehendem
Motor, die Spannung an dem Motor und damit der Gleichstromanteil in der Wicklung
29 praktisch Null sein. Mit zunehmender Aussteuerung wächst mit dem Anlaufen des
Motors die Spannung in dem Motor und damit der Strom in der Wicklung 29.
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Für bestimmte Regelaufgaben kann es erwünscht sein, die Steilheit
um den Nullpunkt besonders groß zu machen, was sich gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung beispielsweise dadurch erreichen läßt, daß die Kopplung mittels der Wicklung
28 besonders stark gewählt wird und diej enige mittels der Wicklung 29 entgegengesetzten
Richtungssinn erhält. Mit zunehmender Aussteuerung nimmt dann entsprechend dem Anwachsen
der Spannung am Motor 26 die Wirkung des Stromes in der Wicklung 29 zu und schwächt
dadurch in zunehmendem Maße die Wirkung des Kopplungsstromes der Wicklung 28. Die
Verwendung von zwei Kopplungen dient also hier dazu, die Charakteristik des Verstärkers
diesem besonderen Verwendungszweck entsprechend auszubilden.
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Die Verwendung einer Mehrfachkopplung bringt des weiteren Vorteile
für die Herstellung und Justierung des Verstärkers. So kann man z. B. bei Serienfertigung
die einander entgegenwirkenden Kopplungswicklungen 28, 29 fest vorsehen und für
einen gewünschten resultierenden Kopplungsgrad die Verschiedenheiten des verwendeten
Materials, z. B. des Kernmaterials, oder Ungleichmäßigkeiten der Verbraucherdaten
mit Hilfe des regelbaren Widerstandes 42 ausgleichen.
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Es versteht sich im Rahmen des Erfindergedankens, daß die vom Eingangsstrom
abhängigen Ströme bzw. Spannungen irgendwelcher Strompfade des Verstärkerkreises,
z. B. auch Strompfade, die den zwei Einheiten bzw. Systemen gemeinsam sind, für
die Mehrfachkopplung Verwendung finden können. Es können auch mehr als zwei Ströme
oder Spannungen, d. h. eine beliebige Mehrfachkopplung, Verwendung finden. Durch
die Wahl von Strompfaden mit verschiedener Abhängigkeit der Ströme vom Eingangsstrom
ist es möglich, die Charakteristik des Verstärkers weitergehend dem Verwendungszweck
anzupassen.