Steuerschaltung mit magnetischem Verstärker Es ist ein magnetischer Verstärker vorgeschlagen worden, bei welchem in dem bzw. den Arbeitsstrom kreisen in Reihe mit der Arbeitswicklung ein Ventil liegt und der Eisenkern jeder Arbeitswicklung in sei ner Magnetisierung gesteuert wird mittels einer ver änderbaren Gleichspannung an einem besonderen für ihn vorgesehenen Steuerstromkreis bei diesem an nähernd konstant bleibendem Strom, wobei dieser Steuerstromkreis in Reihe mit der Steuerwicklung einen Ohmschen Widerstand solcher Grösse enthält,
dass die an der Steuerwicklung entweder als Span nungsabfall oder als induzierte Spannung auftretende Spannung nur einen kleinen Bruchteil von etwa 10% oder weniger des an dem Reihenwiderstand entstehen den Spannungsabfalles beträgt Bildet ein solcher Ver stärker die Folgestufe einer mehrstufigen Anordnung, so kann, wie weiterhin vorgeschlagen wurde, die Steue rung jeder Teildrossel mittels eines zusätzlichen Steuerkreises erfolgen, der gebildet wird durch eine Steuerwicklung auf dem Kern der Teildrossel in Reihe mit einem Ventil und der Arbeitswicklung einer Teildrossel der vorhergehenden Stufe. Hierbei können Schaltelemente, wie Widerstände und Wicklungen, beiden Steuerkreisen gemeinsam angehören.
Als Speisespannung für den Arbeitskreis der vorher gehenden Stufe dient dabei die an der Steuerwick lung der Folgestufe auftretende Wechselspannung in Verbindung mit einer Zusatzspannung, die auf ver schiedene Weise erzeugt werden kann. Der an einer Gleichspannung liegende Steuerkreis mit annähernd konstantem Strom ist dabei so zu bemessen, dass, wenn im zusätzlichen Steuerkreis der Steuerstrom Null ist, der Verstärker den kleinsten Laststrom abgibt. Es ist zu übersehen, dass hierbei an die Konstanz der Gleichspannung für den Steuerkreis mit annähernd konstantem Strom keine grossen Anforderungen ge stellt zu werden brauchen. Daher kann z.
B. auch für die Speisuno, dieses Steuerkreises die gleichgerich tete Speisewechselspannung des Magnetverstärkers be nutzt werden.
Die vorliegende Erfindung, betrifft eine solche Steuerschaltung mit magnetischem Verstärker, bei dem in Reihe mit der Arbeitswicklung jeder seiner für<B>je</B> eine Halbwelle des Wechselstromes vorge sehenen Teildrosseln ein Ventil liegt, der Eisenkern jeder Teildrossel<B>je</B> eine Steuerwicklung trägt und jeder dieser Steuerwicklungen über<B>je</B> einen Ohraschen Reihenwiderstand an einer Gleichspannung liegt, und bezweckt eine vorteilhafte Weiterbildung.
Erfindungs gemäss ist der Ohmsche Reihenwiderstand derart be messen, dass die Steuerwicklung von einem annähernd konstanten Strom durcbflossen wird, und dass ferner auf dem Eisenkern jeder Teildrossel<B>je</B> eine weitere Steuerwicklung über ein elektrisches Ventil und einen steuerbaren Widerstand einen Stromkreis bildet, des sen treibende Spannung von der Arbeitswicklun <B>'g</B> über diese Steuerwicklung der Teildrossel transformatorisch abgeleitet wird.
Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass ausser der transformatorisch in der Steuerwicklung indu zierten Spannung eine zusätzliche Spannung im Steuer kreis des Verstärkers bzw. im Arbeitskreis der Vor stufe nicht erforderlich ist.
Während bei der früher vorg geschlagenen Anordnung die Vorstufe ein Magnet- verstärker ist, wird im vorliegenden Fall ein steuer barer Widerstand benutzt, für welchen der Aufwand und Raumbedarf gegenüber denjenigen für eine für eine magnetische Verstärkerstufe wesentlich geringer ist.
Die gesamte Anordnung erfordert ferner eine we sentlich geringere Steuerleistung, ihre Ansprechzeit ist gegenüber derjenigen der vorgeschlagenen Anord nung kürzer und lediglich bestimmt durch die Tot zeit des Verstärkers während der positiven Halbwelle der Wechselspannung, während die Aussteuerung selbst in der negativen Halbwelle unverzögert erfolgt.
Während ferner bei der früher vorgeschlagenen An ordnung jedem Teilkern der Folgestufe ein Teilkern in der vorausgehenden Verstärkerstufe zuzuordnen ist, genügt gegebenenfalls bei der erfindungsgemässen An ordnung die Anwendung eines gemeinsamen Wider standes für mehrere oder alle Teildrosseln der Ma- gnetverstärkerstufe. In Abwandlung von der früher vorgeschlagenen Anordnung übernimmt die Hilfswick lung, die in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand an einer Gleichspannung liegt und von einem an nähernd konstanten Strom durchflossen wird,
in die sem Falle die Funktion einer Gleichstromvormagneti- sierung der Teilkeriie des magnetischen Verstärkers für die Festlegung eines Arbeitspunktes an der Kenn linie des Verstärkers. Der steuerbare Widerstand kann ein von Hand verstellbarer Widerstand sein, ein Tran sistor, der elektrisch gesteuert wird oder auch ein Widerstand aus einem Halbleiter, der für die Verände rung seines Widerstandswertes der Wirkung eines steuerbaren Magnetfeldes ausgesetzt ist.
Werden für die Verwirklichung der Erfindung Transistoren benutzt, so liegt ein solcher Transistor jeweils mit zwei seiner Elektroden in Reihe mit einem besonderen Gleichrichterventil und der Steuerwick- jung, welche auf der Teildrossel für die Steueranord nung einer Halbwelle des Wechselstromes angeordnet ist. An zwei andern der Elektroden des Transistors liegt die Eingangssteuerspannung des Verstärkers. Diese kann für Regelzwecke in bekannter Weise z. B. als Differenz aus einer Soll- und einer Istgrösse gre- wonnen werden.
Für die Ausnutzung mehrerer Halbwellen des ein- oder mehrphasigen Speisewechselstromes des magne tischen Verstärkers für die Lieferung der Ausgangs leistung desselben, wobei für jede Halbwelle des Wechselstromes<B>je</B> eine Teildrossel am magnetischen Verstärker vorgesehen werden muss, kann erfindungs gemäss entweder für die Steuerwicklungen jeder Teil drossel je ein besonderer Widerstand bzw. Tran sistor vorgesehen werden oder für die Steuerwick lungen aller Teildrosseln gemeinsam nur ein steuer barer Widerstand.
Selbstverständlich muss jeweils im Leitungszuge zu jeder Steuerwicklung<B>je</B> ein be sonderes Gleichrichterventil liegen, wie es zum grund sätzlichen Wesen der Erfindung gehört.
Eine solche erfindungsgemässe Anordnung ist nicht beschränkt auf die Anwendung eines magnetischen Kernmaterials mit möglichst rechteckiger Magnetisie- rungsschleife an den gleichstromvormagnetisierbaren Drosselanordnungen, sondern die Kennlinie kann eine beliebige Abweichung von dieser Form haben.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.
In Fig. <B>1</B> ist eine Teilanordnung mit Transistoren als steuerbare Widerstände einer beispielsweisen erfin dungsgemässen Steuerschaltung nach Fig. 4 darge stellt, bei welcher beide Halbwellen des Hüfswechsel- stromes der Stufe des Magnetverstärkers für die Lieferung der Ausgangsleistung benutzt werden. Diese Hilfswechselspannung liegt an den Klemmen<B>1</B> und 2 des magnetischen Verstärkers. Die beiden Arbeits wicklungen des magnetischen Verstärkers sind mit<I>3a</I> bzw. <B>3b</B> bezeichnet.
In Reihe mit diesen Arbeitswick- jungen liegen die Gleichrichterventile 4a bzw. 4b, welche zusammen mit den weiteren Gleichrichter- ventilen 5a bzw. <B>5b</B> den gleichgerichteten Strom für die Speisung des Belastungswiderstandes<B>6</B> liefern.
Auf dem gleichen Teilkern mit der Arbeitswicklung 3a ist die Wicklung 7a angeordnet, auf dem gleichen Teilkern mit der Wicklung<B>3b</B> die Wicklung<B>7b.</B> Die beiden Wicklungen 7a und<B>7b</B> werden über mit ihnen in Reihe geschaltete Widerstände 8a bzw. <B>8b</B> von einer Gleichspannungsquelle gespeist, und die von ihnen erzeugte Durchflutung dient zur Festlegung des Arbeitspunktes entsprechend der niedrigsten Aus steuerung des magnetischen Verstärkers an dessen Kennlinie.
Auf dem gleichen Teilkern mit der Wick- jung 3a sitzt weiterhin die Wicklung 9a, auf dem glei chen Teilkern mit der Wicklung<B>3b</B> die Wicklung<B>9b.</B> Die Wicklung 9a liegt über das Gleichrichterventil <B>1</B> Oa in Reihe mit zwei Elektroden des Transistors<B>1</B> la, die Wicklung<B>9b</B> über das Gleichrichterventil <B>10b</B> in Reihe mit zwei Elektroden des Transistors<B>1<I>1 b.</I></B> In dem Ausführungsbeispiel ist die Basiselektrode des Transistors<B>1</B> la mit der Emitterelektrode des Tran sistors<B>1<I>1</I> b</B> verbunden.
An der Emitterelektrode des Transistors<B>1</B> la und der Basiselektrode des Transistors <B>1<I>1</I> b</B> liegt die an die Klemmen 12 und<B>13</B> der Anord nung gelieferte Steuerspannung.
Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. <B>1</B> wird nunmehr auf die Fig. 2 Bezug genommen. In dieser ist eine Kennlinie für einen der Teilkerne des magnetischen Verstärkers wiedergegeben. Es wird angenommen, dass die an den Klemmen 14 und<B>15</B> der Anordnung liegende Gleich spannung einen solchen Wert haben möge, dass eine Vormagnetisierung des Teilkernes stattfindet, durch welche der Ausgangspunkt<B>1</B> an der Kennlinie be stimmt ist.
Hierbei würde in der positiven Halbwelle der Hüfswechselspannung 1-2 ein Strom über die Arbeitswicklung 3a, das Ventil 4a, den Lastwider stand<B>6</B> und das Ventil<B>5b</B> fliessen, der bestimmt ist durch den Verlauf der Hystereseschleife des Kern materials vom Punkt<B>1</B> über den Punkt II nach dem Punkt III. Beim Durchlaufen der Schleife von<B>11</B> nach III übernimmt die Drossel die an den Punkten<B>1</B> und 2 zugeführte Wechselspannung, so dass am Lastwider stand<B>6</B> nur ein kleiner Spannungsabfall entsprechend dem angegebenen Magnetisierungsstrom auftreten kann.
Am Ende der positiven Spannungshalbwelle bzw. bei Beginn der negativen Halbwelle geht der Strom vom Punkt III zunächst auf den Punkt IV zu rück, ohne dass an der Drossel eine Spannung indu ziert wird. Bei weiterem Rückgang des Drosselstromes wird der Ast der Hystereseschleife von dem Punkt IV nach dem Punkt<B>1</B> durchlaufen. Hierbei entsteht an der Drossel wieder die volle angelegte Wechselspan nung. Gleichzeitig wird in der Steuerwicklung 9a eine Spannung induziert, wodurch das linke Ende der Wicklung 9a positive Polarität und das rechte Ende negative Polarität annehmen.
Zufolge dieser treiben den Spannung könnte über das Ventil 10a bei geöff netem Transistor Ila ein Strom über diesen fliessen. Der Transistor war jedoch zunächst noch als ge sperrt angenommen. Ist aber der Transistor geöffnet worden durch eine entsprechende Steuerspannung an 12 und<B>13,</B> so fliesst vom Erreichen des Punktes IV auf der Hystereseschleife an durch die Wicklung 9a, das Ventil 10a und den Transistor lla ein entspre chender Strom. Dieser erzeugt auf dem Teilkern des magnetischen Verstärkers eine magnetische Durch- flutung, welche derjenigen, die durch die Wicklung 7a hervorgerufen wird, entgegengesetzt gerichtet ist.
Die Magnetisierung durch die Wicklung 7a ist daher wäh rend dieser Halbwelle nicht in der Lage, die Anord nung auf den Punkt<B>1</B> der Kennlinie zurückzuführen. Die Anordnung kann vielmehr nur auf einen solchen Wert der Magnetisierungskennlinie bzw. einen solchen Arbeitspunkt zurückgeführt werden, der durch die Differenz der Durchflutungen von 7a und 9a be stimmt ist. Ein solcher Punkt ist beispielsweise in der Figur mit V bezeichnet. Bei der nachfolgenden posi tiven Halbwelle des Arbeitswechselstromes wird die Schleife vom Punkt V nach Punkt VI und von dem Punkt VI auf dem ansteigenden Ast zum Punkt Ill durchlaufen.
Auf dem Wege von VI nach<B>111</B> über nimmt die Drossel entsprechend der lnduktionsände- rung eine Spannungszeitfläche. Während des weiteren Teils der positiven Halbwelle der Wechselspannung befindet sich die Drossel in der Sättigung, und der sie durchfliessende Strom steigt bis zum Punkt VII entsprechend dem Ohmschen Widerstand des Strom kreises. Mit absinkender Wechselspannung nimmt der Strom zunächst bis zum Punkt IV ab und in der an schliessenden negativen Halbwelle bei demselben Steuerzustand des Transistors wieder bis zum Punkt V.
Während ohne Berücksichtigung eines Steuerein flusses über die Wicklung 9a von dem Punkt<B>1</B> der Hystereseschleife ausgegangen wurde, der allein fest gelegt war durch die Durchflutung, welche von der Wicklung 7a geliefert wurde, so wird nunmehr bei dem angenommenen Wert der Steuerspannung an den Klemmen 12 und<B>13</B> für jede positive Halbwelle von dem Punkt V ausgegangen. Ändert sich diese Steuer spannung an 12 und<B>13,</B> so ergibt sich ein anderer Ausgangspunkt an der Magnetisierungskennlinie bzw. Hystereseschleife für jede positive Halbwelle.
Es ist also zu erkennen, dass durch die Anwendung der Er findung der Aussteuerungsgrad des Magnetverstär kers bestimmt wird durch die Höhe der Steuerspan nung, die dem Transistorvorverstärker an den Klem men 12 und<B>13</B> zugeführt wird.
Aus der angegebenen Wirkungsweise ergibt sich, dass die Aussteuerung des Magnetverstärkers während jeder negativen Halbwelle entsprechend dem durch die Steuerspannung bestimm ten Widerstandswert des Transistors durchgeführt wird, das heisst, dass, abgesehen von einer gewissen Totzeit während der positiven Halbwelle, die Aus- steuerung unverzögert erfolgt, also nicht durch eine Zeitkonstante des Steuerkreises bestimmt wird.
Während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> eine Anordnung benutzt ist mit einer Reihenschaltung der beiden Transistoren über die Basis des einen Transistors und die Emitterelektrode des andern Tran sistors, kann auch eine Anordnung nach der teilwei sen Wiedergabe einer Anordnung nach Fig. <B>1</B> gemäss Fig. <B>3</B> gewählt werden, bei welcher die beiden Tran sistoren parallel an ihren Basis- und Emitterelektro- den mit der Steuerspannung beschickt werden.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist schliesslich eine Anordnung gezeigt, bei welcher die Steuergleichspannung für die Transistoren -über einen besonderen Gleichrichter als Differenzspannung ge liefert wird, die gewonnen wird mittels zweier Drossel ströme, wobei die beiden Drosseln zu einer magne tischen Anordnung mit einer magnetischen Brücke gehören, in welcher ein magnetischer Vergleich der Istwertgrösse mit einer Sollwertgrösse stattfindet. Durch eine solche Anordnung gelingt es, eine Steuergleich spannung zu liefern, welche unabhängig ist von Schwankungen nach Höhe und Frequenz der Hüfs- wechselspannung, mit welcher diese Anordnung ge speist ist.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die den Klemmen 12 und<B>13</B> nachgeordneten Teile, wel che bereits in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> vorhanden waren, wieder mit den gleichen Bezugs zeichen versehen worden. Weiterhin bezeichnet in die ser Figur<B>16</B> den Transformator, über welchen die Vergleichsanordnung gespeist wird.
Diese besteht aus einer magnetischen Brückenanordnung mit dem Dauermagneten<B>17,</B> dem Elektromagneten<B>18</B> mit der Wicklung<B>19,</B> die in Abhängigkeit von der Istgrösse über den Widerstand<B>35</B> mit Gleichstrom gespeist wird. 20 ist ein in sich geschlossener Drosselkern, der die beiden Wechselstromwicklungen 21 trägt. 22a und <B>22b</B> sind die beiden Jochstücke, durch welche der magnetische Kreis in sich geschlossen wird, der durch den Elektromagneten<B>18</B> und den Dauermagneten<B>17</B> mit gleichsinniger Flussrichtung gespeist wird.
Zu der magnetischen Vergleichsanordnung gehören weiterhin der Drosselkern<B>23</B> mit den Wechselstromwicklungen 24 sowie die beiden Joche<B>25</B> und<B>26.</B> In Reihe mit den Drosselwicklungen 21 bzw. 24 liegt eine Gleich- richterbrückenanordnung mit den vier Ventilen<B>27</B> bis<B>30.</B> Parallel zu den Ausgangsklemmen der Gleich- richteranordnung kann als spannungsabhängiger Wi derstand zur Begrenzung der abgegebenen Steuer spannung für einen Schutz der Transistoren ein wei teres Ventil<B>31</B> angeordnet werden.
Die Speisung der Anordnung mit Wechselspannung erfolgt von der Se kundärwicklung des Transformators über die beiden Wicklungen 21 und 24 von den Klemmen<B>32</B> und<B>33</B> und der Mittelanzapfung 34 der Sekundärwicklung des Transformators<B>16,</B> indem diese mit der Verbin dungsleitung zwischen der Basiselektrode des Tran sistors lla und der Emitterelektrode des Transistors llb verbunden ist. Der Drosselkern 20 wird vor- magnetisiert von der Differenz der Magnetflüsse des Dauermagneten<B>17</B> und des Elektromagneten<B>18,</B> wäh rend der Drosselkem <B>23</B> lediglich von dem Elektro magneten<B>18</B> vormagnetisiert wird.
Bei einer bestimm ten Erregung des Elektromagneten<B>18</B> sind die beiden Vormagnetisierungen der Drosselkerne 20 und<B>23</B> ein ander gleich, so dass bei gleichen Windungszahlen der Wicklungen 21 und 24 und gleichen Wechselspan nungen zwischen den Klemmen<B>32</B> und 34 bzw. 34 und<B>33</B> auch die beiden Wechselströme über die Wick- hingen 21 und 24 einander gleich sind. Die Aus gangsspannung an der Gleichrichterbrücke mit den Ventilen<B>27</B> bis<B>30</B> ist dann Null.
Weicht die Erregung des Elektromagneten<B>18</B> entsprechend einer Abwei chung des Istwertes vom Sollwert von diesem Wert ab, so entsteht am Ausgang der Gleichrichterbrücke und dementsprechend an den Klemmen 12 und<B>13</B> eine Steuerspannung, die<B>je</B> nach Richtung der Abwei chung vom Sollwert positiv oder negativ sein kann, und die je nach Grösse der Abweichung einen mehr oder weniger grossen Wert besitzt. Im übrigen arbeitet eine solche Anordnung dann, wie es bereits anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. <B>1</B> beschrieben worden ist.
Bei Untersuchung einer Anordnung nach der Er findung, bei welcher die Steuerspannung gebildet wird in einer Vergleichsanordnung mit einer magnetischen Brücke und einer zusätzlichen Drosselanordnung für die Bildung einer gleichgerichteten Steuerspannung, ergibt sich eine Steuerspannung pulsierenden Charak ters. Für die Erzielung einer einwandfreien Wirkung der Anordnung ist es dabei notwendig, dass diese Steuerspannung im Bereich der negativen Halbwelle des Arbeitswechselstromes des magnetischen Verstär kers wirksam ist.
Zur Erzielung dieses Effektes hat es sich als zweckmässig ergeben, dass für mindestens eine der beiden den Magnetverstärker bzw. die magnetische Vergleichsanordnung speisenden Wech selspannungen eine Einrichtung für eine solche Ein stellung ihrer Phasenlage relativ zu der andern Wechselspannung vorgesehen ist, dass die Pulsationen der Steuerspannung, die über die magnetische Ver gleichsanordnung geliefert werden, in einwandfreier Weise in die negative Halbwelle des Wechselstromes hinein verlegt werden, welcher die magnetische Ver- stärkeranordnung speist.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. <B>5</B> ist noch veranschaulicht, wie für die Steuerwicklungen bzw. Steuerkreise aller Teildrosseln des magnetischen Ver stärkers gemeinsam nur ein Widerstand benutzt wer den kann. Die Anordnung ist in diesem Falle veran schaulicht an einem dreiphasigen System. In der Figur sind die einzelnen Teile, welche den bereits in den andern Figuren enthaltenen entsprechen, wieder sinn gemäss mit den gleichen Zahlen bezeichnet und jeweils nur durch entsprechende Buchstaben unterschieden, soweit mehrere dieser Teile nunmehr vorhanden sind.
Die Speisung des magnetischen Verstärkers mit der dreiphasigen Wechselspannung erfolgt an den Klein- men RST. Für jede Halbwelle jeder Phase der Wech- selspannung ist<B>je</B> eine besondere Teildrossel vor- aesehen. Zu der einen Teildrossel<B>-</B> hören beispiels- C Ce weise wieder sinngemäss die Arbeitswicklung 3a, die orinagnetisierungswicklung 7a und die Steuerwick lung 9a. Die Steuerwicklung jeder Teildrossel liegt in Reihe mit<B>je</B> einem Ventil, z. B. die Steuerwicklung 9a mit dem Gleichrichter 10a.
Alle Steuerwicklungen <B>9</B> sind über die zugehörigen Ventile<B>10</B> gemeinsam an den"einen steuerbaren Widerstand in Form des Transistors<B>11</B> angeschlossen, der durch die an den Klemmen 12 und<B>13</B> liegende Spannung gesteuert wird.