DE976237C - Magnetverstaerker - Google Patents

Description

• Magnetverstärker Bei der Entwicklung leistungsfähiger Magnetverstärker für Regelantriebe geht das Bestreben dahin, die hierbei gestellten Forderungen nach großem Verstärkungsgrad und kleiner Zeitkonstante mit einem Minimum an Steuerleistungsaufwand zu erfüllen. Ein wesentlicher Schritt in dieser Richtung bedeutet der Einsatz von Magnetverstärkern mit der sogenannten Ventildrossel- oder Selbstsättigungsschaltung, bei welcher der Magnetverstärker zwei in aufeinanderfolgenden Halbwellen abwechselnd stromdurchflossene Lastwicklungen aufweist. Dabei werden hohe Verstärkungsgrade bei zufriedenstellender Zeitkonstante erreicht, jedoch muß üblicherweise immer noch eine nicht unerhebliche Steuerleistung von der den Steuereingang des Magnetverstärkers speisenden Vormagnetisierungsstromquelle aufgebracht werden. Der Magnetverstärker nach der Erfindung benötigt jedoch unter Anwendung des Prinzips der steuerbaren Selbstmagnetisierung keine besondere Vormagnetisierungsquelle, so daß der im Zusammenhang mit dieser erforderliche Aufwand entfällt.
• Die Erfindung bezieht sich nun auf einen Magnetverstärker, insbesondere für Regelantriebe, mit zwei jeweils abwechselnd in aufeinanderfolgenden Halbwellen stromdurchflossenen Lastwicklungen, dessen Steuerkreis eine Impedanz enthält, die den Aussteuerungszustand des Magnetverstärkers bestimmt.
• Bei einem Magnetverstärker mit Ventildrosselschaltung ist es zwar bekannt, direkt an eine einzige, beiden Lastwicklungen gemeinsam zugeordnete Steuerwicklung eine stromrichtungsunabhängige Impedanz anzuschließen. Je nach Größe dieser veränderbaren Impedanz wird dabei die Ausbildung eines mehr oder weniger großen Wechselstromes in der Steuerwicklung erreicht, wodurch die Magnetverstärkerdrosseln einstellbar kurzgeschlossen werden.
• Demgegenüber besteht das Kennzeichen des erfindungsgemäßen Magnetverstärkers darin, daß den Lastwicklungen in an sich bekannter Weise zwei gegensinnig geschaltete Steuerwicklungen zugeordnet sind und daß die Impedanz aus einem steuerbaren Gleichrichter besteht, der aus den im Steuerkreis induzierten Oberwellen den Selbstmagnetisierungsstrom herstellt.
• Bekanntlich werden in der Steuerwicklung jeder Drossel in jeder Periode der Speisewechselspannungsperiodewährend deren Auf- und Abmagnetisierungszeit von den Lastwicklungen Spannungen induziert. Während nun die von den Drosseln dementsprechend aufgenommenen Spannungszeitflächen gleich sind, sind auf Grund des immer vorhandenen Widerstandes von Drosseln und Ventilen die auf-und rückmagnetisierende Spannung einer Drossel nicht in jedem um eine Halbwelle verschobenen Zeitpunkt gleich groß, und zwar ist die rückmagnetisierende Spannung größer als die aufmagnetisierende. Daher gelingt es durch an sich bemannte gegensinnige Schaltungen der beiden Steuerwicklungen nur, zu verhindern, daß eine Wechselspannung der Grundfrequenz induziert wird. Es treten jedoch im Steuerkreis Spannungen der höheren geradzahligen Frequenzen, insbesondere der doppelten Frequenz, auf, die wesentlich kleiner sind als die Spannungen, welche die Grundfrequenz in jeder einzelnen Steuerwicklung induzieren und sich durch die gegensinnigen Schaltungen derselben aufheben. Diese Oberwellenspannungen wurden bisher als störender Einfluß hingenommen. Weitere Ursachen für das Entstehen von Oberwellen sind Unsymmetrien in der Auslegung der einzelnen Drosseln, die in der Praxis unvermeidbar sind, der Rückstrom der Gleichricher sowie die Hysterese der Magnetisierungskennlinie des Kernwerkstoffes. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit der Aussteuerung des Magnetverstärkers auch die induzierten Oberwellenspannungen im Steuerkreis ansteigen, so daß die durch den steuerbaren Gleichrichter ausgenutzte spezielle Steuerwirkung der geradzahligen Oberwellen den Magnetverstärker weit stärker beeinflußt, als es mit den bekannten Steuereinrichtungen möglich ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Magnetverstärkern ist es, daß bei Verwendung einer elektronischen Vorstufe, beispielsweise eines Steuertransistors, keine Stromversorgung für diese Stufe erforderlich ist, sondern der Magnetverstärker selbst die Speisespannung der Vorstufe liefert. Die Verwendung eines steuerbaren Ventils zur Vormagnetisierungsbeeinflussung ermöglicht auf diese Weise mit sehr geringer Steuerleistung bei kleiner Zeitkonstante eine große Veränderung auf der Ausgangsseite des Magnetverstärkers.
• Die Erfindung ist mit weiteren erfindungsgemäßen Einzelheiten in der Zeichnung näher dargestellt. Ein Transformator i, der an einer Wechselspannung UA liegt, speist über einen Ma.-gnetverstärker 2 einem Verbraucher 3, dessen Leistungsaufnahme gesteuert werden soll. Die Steuerung erfolgt durch Veränderung der Induktanz des Magnetverstärkers 2, dessen Vormaggnetisierungswicklungen 8 und 9, welche magnetisch gegensinnig in Reihe geschaltet sind, an ein steuerbares Ventil 5 angeschlossen sind. Durch die ungesteuerten Ventile q. wird in an sich bekannter Weise erreicht, daß die Lastwicklungen 6 und 7 jeweils immer in der gleichen Richtung vom Laststrom durchflossen werden. Das Ventil s kann, wie dargestellt, eine Elektronenröhre, ein Gas- oder Dampfentladungsgefäß oder eine andere, auf beliebige Weise steuerbare Einrichtung mit gleichrichtenden Eigenschaften sein, z. B. auch eine Fotozelle oder ein Fotowiderstand. Als steuerbares Ventil kann ebenfalls ein Transistor oder eine ähnliche steuerbare Halbleiteranordnung verwendet werden. Dem steuerbaren Ventil 5 wird die zur Steuerung des Magnetverstärkers dienende Größe in geeigneter Form, bei der in der Figur dargestellten Elektronenröhre also in Form einer elektrischen Spannung Ust, zugeführt. Solange das Ventil s sperrt, findet noch keine Vormagnetisierung des Magnetverstärkers statt und damit noch keine Beeinflussung der Leistungsaufnahme des Verbrauchers 3. Bei Öffnen des Ventils ergibt sich jedoch je nach der Größe des Öffnens eine entsprechende Beeinflussung. Die Beeinflussung hängt deshalb von der 2. Harmonischen des von dem Transformator i gelieferten Wechselstromes ab, da sich die Grundwellenanteile im Vormagnetisierungskreis durch die Gegenschaltung aufheben. Ein geringes Öffnen der Elektronenröhre 5 bewirkt zunächst nur eine geringe Vormagnetisierung durch den dabei noch verhältnismäßig geringen Oberwellenanteil der 2. Harmonischen. Beim weiteren Öffnen der Elektronenröhre 5 tritt dann aber eine unverhältnismäßig rasche Zunahme in der Steuerwicklung ein infolge der zwangläufig damit verbundenen stärkeren Vormagnetisierung. Dieser Vorgang kann ebenfalls als eine Art Rückkopplung bezeichnet werden, da eine größere 2. Harmonische die Vormagnetisierung vergrößert und diese wieder die 2. Harmonische.
• Der steuerbare Gleichrichter kann auch in einem Hilfsmagnetverstärker mit Gleichstromausgang bestehen, dessen Lastwicklungen vom Oberwellenstrom gespeist werden. Je nach der Aussteuerung des Hilfsmagnetverstärkers wird dann ein mehr oder weniger großer Teil des gleichgerichteten Oberwellenstromes zur Aussteuerung des erfindungsgemäßen Magnetverstärkers freigegeben.
• Der Magnetverstärker nach der Erfindung ist bezüglich seiner Ausführung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte schematische Beispiel beschränkt. So können die Magnetverstärker mehrphasig ausgeführt werden, z. B. zur Verwendung bei Drehstrom. Ferner können zusätzliche Steuer-und Vormagnetisierungswicklungen vorgesehen sein. Es sind alle Anordnungen und Maßnahmen, die auch sonst bei Magnetverstärkern gebräuchlich sind, hier mit ihren bekannten Vorteilen anwendbar.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Magnetverstärker, insbesondere für Regelantriebe, mit zwei jeweils abwechselnd in aufeinanderfolgenden Halbwellen stromdurchflossenen Lastwicklungen, dessen Steuerkreis eine Impedanz enthält, die den Aussteuerungzustand des Magnetverstärkers bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß den Lastwicklungen (6, 7) in an sich bekannter Weise zwei gegensinnig geschaltete Steuerwicklungen (8, 9) zugeordnet sind und daß die Impedanz aus einem steuerbaren Gleichrichter (5) besteht, der aus den im Steuerkreis induzierten Oberwellen den Selbstmagnetisierungsstrom herstellt.
2. 2. Magnetverstärker nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen elektronischen Gleichrichter, insbesondere einen Transistor. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 661 540, 611 097; französische Patentschrift Nr. 831459; britische Patentschriften Nr. 571851, 420 100; USA.-Patentschriften Nr. 2 100 7I5, 2126790, 2 171784; Moeller, »Taschenbuch für Elektrotechniker«, 1955 S. 155; Zeitschrift »Archiv für Elektrotechnik«, 1937, H. 4, S. 213 bis 222; Zeitschrift »Revue d'Enseignement Technique«, 1949, Aufsatz »1'electronique industrielle« von Ch. Nadai; Dissertation von U. Lamm, »The Transductor«, Stockholm 1943, S. 16. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 967 237.