DE977645C - Ruecklauf-Magnetverstaerker in Doppelwegschaltung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 30. NOVEMBER 1967

B 30130 Villa/21 α²

ist als Erfinder genannt worden

Bei den sogenannten Rücklauf-Magnetverstärkern ist für die Speisewechselspannung jeder Drossel eine Aufteilung in eine Arbeits- und in eine Steuerhalbperiode vorgesehen. Die Entkopplung von Arbeits- und Steuerkreisen erfolgt dabei mittels Ventilen. Nach Ablauf einer Arbeitshalbperiode steht die Drossel am Remanenzpunkt und wird dann innerhalb der anschließenden Steuerhalbperiode durch eine Spannungszeitfläche entmagnetisiert. Mit dieser Entmagnetisierung läuft die Drossel in ihren Arbeitspunkt zurück, der je nach Größe der Steuerspannung auf der Ordinatenachse zwischen positivem und negativem Remanenzpunkt auf und ab wandert. Nach diesem durch Selbstentsättigung erzwungenen Rücklauf der Drossel von ihrem Remanenzpunkt zum Arbeitspunkt hat der Rücklauf-Magnetverstärker seinen Namen. In der nunmehr folgenden Arbeitshalbperiode muß die Drossel erst wieder über Arbeitswicklung, zugehöriges Ventil und die vorhandene Bürde durch Aufnahme einer der vorhergehenden, gleichen Spannungszeitfläche bis zum Sättigungsknick magnetisiert werden, ehe der volle, im Idealfall nur von der Bürde begrenzte Arbeitsstrom fließen kann. Es tritt somit ein steuerbarer Laststrom nur während einer, nämlieh der Arbeitshalbperiode auf. Dementsprechend ist schon ein aus Drosseln mit Rückstellkreis für eine steuernde Spannungszeitnäche gebildeter Magnetverstärker vorgeschlagen worden, bei dem zwei Drosseln über Ventilstrecken derart miteinander sowie mit einem Lastwiderstand und einem Steuerorgan verbunden sind, daß ein Laststrom während beider Halbperioden der speisenden Wechselspannung auftritt. Es handelt sich also hierbei um einen Magnetverstärker mit zwei Drosseln in Zweiwegschaltung. Bei ihm werden beide HaIb-

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Perioden der speisenden Wechselspannung nutzbar gemacht Dieser Rücklauf-Magnetverstärker führt demnach an seinem Ausgang einen Wechselstrom. Hinsichtlich des letzteren Rücklauf-Magnetverstärkers sind überdies Schaltungen vorgeschlagen worden, die die Leistungsverstärkung mit einer Spannungsverstärkung verbinden. Sie gehen von einer Spannungsverstärkung durch Herabsetzen des Verhältnisses von Steuer- zu Arbeitswindungen ίο aus. Erreicht wird das letztere, indem die Drosseln des Magnetverstärkers mit einer Anzapfung versehen werden. Für den Arbeitskreis wird die gesamte Drosselwicklung, für den Steuerkreis aber nur der Teil bis zur Anzapfung ausgenutzt. Die Speisung dieses Teils der Drosselwicklungen, der die steuernde Spannungszeitfläche zur Entmagnetisierung der Drosseln während der Steuerhalbperiode aufnimmt, erfolgt über zugehörige Steuerventile. Die Steuerwechselspannung selbst wird ao entweder über eine Anzapfung dem Hauptspeisetransformator oder einem besonderen Hilfstransformator entnommen. Sie teilt sich auf die Drosselanzapfwicklung und einen Steuerwiderstand auf, wobei der auf die Anzapfwicklung entfallende Anas teil die für die Entmagnetisierung verfügbare Spannungszeitfläche stellt. Die letztere wird somit durch den Steuerwiderstand bestimmt. Damit legt aber dieser auch die während der Arbeitshalbperiode aufzuwendende Spannungszeitfläche und in weiterer Folge hiervon den Laststrom fest. Der letztere wird also durch den Steuerwiderstand über die Spannungszeitfläche gesteuert. In der obengenannten Anordnung wird die Änderung der Spannungszeitfläche durch eine Steuerwechselspannung vorgenommen, deren Amplitude geändert werden muß. An Stelle der Amplitude können auch Teile der Halbwellen unterdrückt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Thyratrons, deren Zündwinkel nach Maßgabe der zu steuernden Spannungszeitfläche geändert wird. Abgesehen davon, daß damit ein erhöhter Aufwand an Hilfsmitteln verbunden ist, lassen sich bei den bekannten Anordnungen keine Steuergrößen verwenden, die nur in der Phasenlage veränderlich sind. Dies ist ein großer Nachteil, da der genannte Fall häufig auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Magnetverstärkeranordnung zu schaffen, deren Spannungszeitflächensteuerung so eingerichtet ist, daß sie auch auf eine ausschließliche Phasenänderung einer Steuerwechselspannung anspricht.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rücklauf-Magnetverstärker in Doppelwegschaltung und besteht darin, daß die in der Steuerhalbperiode wirksame entmagnetisierende Spannungszeitfläche mittels einer nur in der Phase veränderlichen Steuerwechselspannung gewonnen ist.

In der Zeichnung ist der Rücklauf-Magnetverstärker nach der Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei bezieht sich die in Abb. ι schematisch wiedergegebene Schaltung auf den Fall, daß die in der Steuerhalbperiode wirksame steuernde Spannungszeitfläche durch die Überlagerung zweier Wechselspannungen erzeugt ist, von denen die eine nach Phase und Amplitude und bezüglich der letzteren vorzugsweise auf den Wert Null einstellbar ist, während die andere mindestens in der Phase veränderlich ist.

Mit ι und 2 sind zwei bezüglich des Arbeitsstromkreises in Doppelwegschaltung ausgelegte Drosseln bezeichnet, deren einzige Wicklungen mit Anzapfungen 3 und 4 versehen sind. 5 bedeutet einen Last- und 6 einen Schutzwiderstand. Mit den Kennzahlen 7 bis 14 sind Ventilstrecken belegt, die der funktionellen Trennung von Arbeite- und Steuerhalbperiode unter- und gegeneinander dienen. Schließlich sind mit 15 und 17 zwei bei 16 angezapfte Transformatoren bezeichnet. Die Speisung der Arbeitskreise erfolgt durch den Transformator 15, während die Steuerkreise von den durch die Anzapfstellen 16 begrenzten Wicklungsteilen der Transformatoren 15 und 17 gespeist werden. Die Ventilstrecken 7 bis 10 sind so in die Stromkreise geschaltet, daß der Arbeitsstromkreis für die Drossel 1 vom Transformator 15 über die Drossel i, die Ventilstrecke 7, den Lastwiderstand 5, die Ventilstrecke 9 zum Transformator 15, der Arbeitsstromkreis für die Drossel 2 vom Transformator 15 über die Drossel 2, die Ventilstrecke 10, den Lastwiderstand 5 und. die Ventilstrecke 8 zum Transformator 15 zurückgeführt ist. Ferner sind die Ventilstrecken 11 bis 14 sowie der Schutzwiderstand 6 andererseits so geschaltet, daß der Steuerstromkreis für die Drossel 1 vom Transformator 1S über die Drossel 1 bis zur Anzapfung 3, über die Ventilstrecke 13 zum Transformator 17 und über dessen Anzapfung zur Anzapfung des Transformators 15 geführt ist. Der Steuerstromkreis für die Drossel 2 ist vom Transformator 15 über die Drossel 2 bis zur Anzapfung 4, über die Ventilstrecke 12, den Schutzwiderstand 6, die Ventilstrecke 14 zum Transformator 17 und von dessen Anzapfung zu der des Transformators 15 geführt. In der ersten Halbperiode der speisenden Wechselspannung fließt über den Arbeitsstromkreis ^τ5> ^r> 7» S) 9> ^τ5 der Drossel 1 die positive Halb- i»5 welle des Arbeitsstromes. Gleichzeitig fließt im Steuerkreis 15, 2, 4, 12, 6, 14, 17, 16, 15 der Drossel 2 ein Entmagnetisierungsstrom. Die Größe der an der Drossel 2 auftretenden Spannungszeitfläche während dieser Halbperiode wird bestimmt von der Phasenlage der einen an der Anzapfwicklung des Transformators 17 abgenommenen Steuerspannungskomponente und der davon abhängigen Amplitude der speisenden Summenspannung der Transformatoren 17 und 15 bis zur Anzapfung 16. Dabei ist angenommen, daß die am Transformator 17 abgegriffene Spannung zumindest in der Phase veränderlich ist. Die am Transformator 15 abgegriffene Spannung soll nach Phase und Amplitude fest einstellbar sein. Die Größe der in der Drossel 2 auftretenden Spannungszeitfläche ist außerdem noch von der Größe bzw. der Einstellung des gegebenenfalls einstellbaren Schutzwiderstandes abhängig, da sich die gesamte Spannungszeitfläche auf diesen Widerstand und die Drossel verteilt. Wie schon ausgeführt, erfolgt die

Steuerung dieses beispielhaften Rücklauf-Magnetverstärkers nach der Erfindung in der Weise, daß die Phasenlage der am Transformator 17 abgegriffenen eigentlichen Steuerwechselspannung variiert wird. Die resultierende Spannung aus der Überlagerung der an den Transformatoren 15 und 17 abgegriffenen Teil spannungen bewirkt über die Spannungszeitfläche die Steuerung des Laststromes in der Bürde, und zwar in der Weise, daß bei to phasengleichen Überlagerungsspannungen der minimale und bei gegenphasigen Überlagerungsspannungen, der maximale Laststrom durch die Bürde 5 fließt. Durch kontinuierliche Phasenänderung der am Transformator 17 abgegriffenen Spannung können alle Werte des Laststromes zwischen Maximum und Minimum eingestellt werden. Bei einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 360⁰ wird der Ausgangszustand wieder erreicht.

Während der zweiten Halbperiode der speisenao den Wechselspannung fließt der Last- oder Arbeitsstrom im Arbeitsstromkreis 15; 2, 10, 5, 8, 15 über die in der ersten Halbperiode durch den Steuerstrom entmagnetisierte Drossel 2. Gleichzeitig fließt jetzt der steuernde Entmagnetisierungsstrom im Steuerstromkreis 15, 1, 3, 11, 6, 13, 17, 16, 15 der Drossel 1. Die Speisung erfolgt dabei aus den gleichen Spannungsquellen.

Die in ihrer Überlagerung die steuernde Spannungszeitfläche bestimmenden, gegebenenfalls gegeneinander phasenverschobenen Wechselspannungskomponenten können erfindungsgemäß und zusätzlich in ihrer Amplitude aufeinander so abgestimmt werden, daß die Steuerkennlinie des Rücklauf-Magnetverstärkers eine bestimmte Formgebung erhält. Damit ist eine vorteilhafte Anpassung, der phasengesteuerten Gesamtordnung an die jeweilige-Aufgabenstellung gegeben.

Die in der Abb. 1 wiedergegebene Schaltung kann leicht dahingehend abgeändert werden, daß die steuernde Spannungszeitfläche durch eine einzige phasenveränderliche Steuerwechselspannung konstanter, sonst aber einstellbarer Amplitude bestimmt wird.

Dazu ist es nur notwendig, den Abgriff 16 am Transformator 15 bis zur oberen sekundärseitigen Anschlußklemme heraufzuführen.

In der Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rücklauf-Magnetverstärkers nach der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem nach Abb. 1 durch den Fortfall der Ventilstrecken 13, 14. An ihre Stelle sind die vorzugsweise veränderlichen Widerstände 18, 19 getreten. Gleichzeitig ist der Schutzwiderstand bzw. das Steuerorgan 6 in die Leitung vom Verbindungspunkt dieser beiden vorzugsweise einstellbaren Widerstände zum Transformator 17 gelegt. Bei dieser Schaltung kann also ein Ausgleichsstrom von der Anzapfstelle 4, der Drossel 2 über die Ventilstrecken 12 und 11 zur Anzapfstelle 3 der Drossei ι fließen. Die Größe dieses Ausgleichsstromes ist durch die Widerstände 18, 19 bestimmt. Er schwächt den Entmagnetisierungsstrom und führt auf diese Weise zu einer in manchen Steuer- oder Regelfällen gewünschten Unsymmetrie der Steuerkennlinie des Rücklauf-Magnetverstärkers.

Ganz allgemein kann beim Rücklauf-Magnetverstärker nach der Erfindung zur Verkleinerung der Totzeiten und zur besseren Ausnutzung des gewählten magnetischen Materials die Frequenz der Speisespannung höher als Netzfrequenz gewählt werden. In diesem Fall ist die Speisespannung zweckmäßig einem ans Netz angeschlossenen Frequenzumformer zu entnehmen.

Ferner kann die erfindungsgemäß vorgesehene Phasensteuerung mit einer zusätzlichen Steuerung über ein. Steuerorgan im Steuerstromkreis kombiniert werden. Im Ausführungsbeispiel nach der Abb. ι kann dieses zusätzliche Steuerorgan die Stelle des Schutzwiderstandes 6 einnehmen. Das Steuerorgan kann dabei ein veränderlicher Widerstand, ein Elektronenrohr, ein Transistor, die Endstufe eines Röhren- oder Transistorverstärkers, eine Photozelle oder auch ein Halbleiter sein, dessen Leitfähigkeit durch magnetische oder elektrische Felder, durch Licht, Wärme oder mechanische Kräfte beeinflußt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1. Rücklauf-Magnetverstärker in Doppelwegschaltung mit durch Ventile entkoppelten Steuer- und Arbeitskreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuerhalbperiode wirksame entmagnetisierende Spannungszeitfläche mittels einer nur in der Phase veränderlichen Steuerwechselspannung gewonnen ist.

   2. Rücklauf-Magnetverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Steuerhalbperiode wirksame, steuernde Spannungszeitfläche durch die Überlagerung zweier Wechselspannungen erzeugt ist, von ior denen die eine nach Phase und Amplitude fest einstellbar ist und die andere in der Phase veränderlich ist.

   3. Rücklauf-Magnetverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Überlagerung die steuernde Spannungszeitfläche bestimmenden, gegebenenfalls gegeneinander phasenverschobenen Wechselspannungskomponente zusätzlich in ihrer Amplitude aufeinander abgestimmt sind im Sinne einer no bestimmten Formgebung der Steuerkennlinie des Rücklauf-Magnetverstärkers.

   4. Rücklauf-Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck einer bestimmten Formgebung der Kennlinie des Magnetverstärkers in den Zweigen des Steuerstromkreises eine Steuerorgankombination, vorzugsweise eine Widerstandskombination, vorgesehen ist.

   5. Rücklauf-Magnetverstärker nach An-Spruch 4, gekennzeichnet durch eine Auslegung des Steuerstromkreises im Sinne eines einseitig gerichteten Ausgleichstromes über die Drosseln der Doppelwegschaltung.

   6. Rücklauf-Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Phasensteuerung mit einem zusätzlich im Steuerstromkreis gelegenen Steuerorgan kombiniert ist, das beispielsweise ein veränderlicher Widerstand, ein Elektronenrohr, ein Transistor, die Endstufe eines Röhren- oder Transistorverstärkers, eine Fotozelle oder ein Halbleiter ist, dessen Leitfähigkeit durch magnetische oder elektrische Felder, durch Licht, Wärme oder mechanische Kräfte beeinflußt

   ίο wird.

   J. Rücklauf-Magnetverstärker nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung der Totzeit und des Aufwandes an aktivem Material bzw. zur besseren Ausnutzung des letzteren die Frequenz der Speisespannung höher als Netzfrequenz gewählt ist.

   8. Rücklauf-Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsverstärkung durch Herabsetzung des Verhältnisses zwischen Steuer- und Arbeitswicklungen der Drossel erreicht ist.

   9. Rücklauf-Magnetverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit lediglich einer Wicklung ausgerüsteten Drosseln in zwei benachbarte Zweige einer Doppelwegventilbrücke gelegt sind, deren Brückenzweige die Speisespannung und die Bürde enthalten, während angezapfte Wicklungsteile der Drosseln in die Nachbarzweige einer zweiten Doppelwegventilbrücke geschaltet sind, deren Brückenzweig einen Schutzwiderstand und die Reihenschaltung zweier Spannungsquellen enthalten, von denen die eine phasenveränderlich fest einstellbar und die andere nach Phase und Amplitude fest einstellbar ist.

   10. Abänderung des Rücklauf-Magnetverstärkers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt je einer an die Anzapfwicklung der Drossel angeschlossene Reihenschaltung von vorzugsweise einstellbarem Widerstand und Ventilstrecke gleicher Durchlaßrichtung über einen Schutzwiderstand bzw. ein zusätzliches Steuerorgan an die Reihenschaltung der beiden Spannungsquellen angeschlossen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 917 311, 926866, 976237, 740300;

   USA.-Patentschriften Nr. 2259647, 2229950;

   Zeitschrift »AIEE«, September 1953, S. 445 bis 461; 1951, Vol. 70, S. 1221 und 2124 bis 2128;

   Zeitschrift »Elektrical Manufacturing«, Novemher 1952, S. 98 bis 101;

   Zeitschrift »Transactions of the American Institute of Electrical Engineers«, 1953, Vol. 72, S. 731 und 732 sowie 742 bis 748;

   Zeitschrift »Electronics«, Juni 1953, S. 161 bis 163.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsche Patente Nr. 1 099054, 914864.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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