-
Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung Die Erfindung bezieht
sich auf Magnetverstärker in Selbstsättigungsschaltung mit einer Magnetisierung
durch eine Hilfswechselspannung, die die gleiche Frequenz wie die Speisewechselspannung
aufweist. Unter Selbstsättigungsschaltung ist eine Anordnung zu verstehen, bei der
in Reihe mit der Lastwicklung des Magnetverstärkers ein Ventil geschaltet ist, so
daß der durch die Ventilrichtung bedingte Laststrom eine in gleichem Sinn wirkende
Magnetisierung erzeugt wie die Steuerwicklung. Die Lastwicklung unterstützt somit
selbsttätig den Steuervorgang, so daß sich als besonderer Vorteil dieser Schaltungsart
ergibt, daß bedeutend weniger Steuerenergie als bei anderen nicht in Selbstsättigungsschaltung
ausgeführten Magnetverstärkern benötigt wird.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die benötigte Steuerenergie
bzw. die Zeitkonstante eines Magnetverstärkers, die mit der Steuerenergie in Beziehung
steht, noch weiter zu senken. Ein Magnetverstärker nach der Erfindung ist gekennzeichnet
durch eine Speisewechselspannung mit einer Spannungspause in jeder Halbperiode,
wobei die Hilfswechselspannung im wesentlichen in dieser Spannungspause einen Teil
der zur Sättigung erforderlichen, im übrigen von der Speisewechselspannung zu liefernden
Spannungszeitfläche aufbringt, und zwar derart, daß der Sättigungszeitpunkt in den
Zeitraum fällt, in dem die Speisewechselspannung von Null verschieden ist.
-
Es ist bereits bekannt, bei -Magnetverstärkern in Selbstsättigungsschaltung
durch eine Hilfswechselspannung gleicher Frequenz wie die Speisewechselspannung
die Eisenkerne in der jeweiligen Sperrphase der Speisewechselspannung rückzumagnetisieren.
Für diese Schaltung ist die Bezeichnung #,Rücklaufsteuerungcc bekanntgeworden, die
zum Ausdruck bringt, daß die normalerweise durch Gleichstrom vorgenommene Rückmagnetisierung
von der Hilfswechselspannung übernommen wird.
-
Ferner ist es bekannt, bei Magnetverstärkern zur Verringerung des
Lastwechselstromes bei der Aussteuerung Null eine Wechselerregung der Grunderregung
zu überlagern. Auf diese Weise gelingt es, den in der Lastwicklung fließenden Strom
gewissermaßen durch den Hilfsstrom zu verdrängen.
-
Schließlich wurde auch schon angeregt, bei Magnetverstärkern mit Wechselstromsteuerung
das Verhältnis von Wechselerregung zu Eigenerregung mit Hilfe eines dem Drosselspulenstrom
gleichfrequenten Steuerwechselstromes zu ändern. Man kann so die Magnetisierung
zum Teil vom Steuerwechselstrom und zum Teil vom Arbeitswechselstrom herleiten,
so daß sich je nach der Größe des Steuerwechselstromes der Arbeitsstrom einstellt.
-
Demgegenüber beruht die Erfindung auf dem Grundgedanken, daß die Speisewechselspannung
des Magnetverstärkers in jeder Halbperiode eine Spannungspause aufweist, in der
eine Hilfswechselspannung die zur Sättigung erforderliche Spannungszeitfläche ganz
oder teilweise aufbringt, während die Hilfswechselspannung selbst im allgemeinen
eine Spannungspause aufweist, solange die Speisewechselspannung von Null verschieden
ist. Es handelt sich also nicht darum, mit der Hilfswechselspannung die Magnetisierung
wieder aufzuheben, die vom Arbeitsstrom aufgebracht wurde, und es soll auch keine
Verdrängung zwischen Hilfs- und Arbeitsstrom erreicht werden. Im Gegenteil soll
die Hilfswechselspannung der Speisewechselspannung einen Teil ihrer Aufgabe, das
Kernmaterial bis zur Sättigung zu magnetisieren, abnehmen.
-
Der Magnetverstärker nach der Erfindung bedarf im einfachsten Fall
zur Steuerung keiner besonderen mit Gleichstrom gespeisten Steuerwicklung; er kann
vielmehr durch die Hilfswechselspannung selbst gesteuert werden, und zwar entweder
durch Verändern der Amplitude und/oder der Phasenlage dieser Spannung. Das durch
die Lastwicklung aufgebrachte Spannungszeitintegral wird bei Steuerung durch die
Hilfswechselspannung vorteilhaft derart bemessen, daß gerade noch keine Sättigung
eintritt, wenn die Hilfswechselspannung gleich Null ist. Der Hilfswicklungsstromkreis
wird vorzugsweise gleichartig aufgebaut wie der an die Lastwicklung des Magnetverstärkers
angeschlossene Stromkreis. Ist der Lastkreis des Magnetverstärkers beispielsweise
in Wechselstromschaltung ausgeführt, d. h. mit je einer Drossel und einem Ventil
für jede der Laststromhalbwellen verschiedener Richtung, so kann der Hilfsstromkreis
ebenfalls je Drosselspule eine Hilfswicklung und ein damit in Reihe geschaltetes
Ventil aufweisen. Bei einer Gleichstrom-Brückenschaltung des Magnetverstärkers kann
der Lastkreis ebenfalls in Gleichstrom-Brückenschaltung
ausgebildet
werden. Die Einrichtung nach der Erfindung arbeitet jedoch auch, wenn der Hilfsstromkreis
eine andere Ausführung als der Laststromkreis aufweist. Der in dem Hilfsstromkreis
liegende Arbeitswiderstand kann beliebiger Art sein, z. B. ein Wirkwiderstand. Ist
er ein Blindwiderstand, so kann durch seine Veränderung eine Phasensteuerung des
Magnetverstärkers erzielt werden. Der Magnetverstärker nach der Erfindung kann außerdem
mit einer Vormagnetisierungswicklung ausgerüstet sein und durch diese gesteuert
werden.
-
In der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Es zeigt Fig,l einen Magnetverstärker in Gleichstrom-Brückenschaltung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung bei Wechselstromsteuerung, Fig.
3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung bei Gleichstromsteuerung.
-
Der Magnetverstärker nach Fig. 1 hat zwei Drosselspulen 1 und 1',
die je eine Lastwicklung 2 bzw. 2', eine Hilfswicklung 3 bzw. 3' sowie eine Vormagnetisierungswicklung
4 bzw. 4' aufweisen. Der Lastkreis des Magnetverstärkers ist stärker ausgezogen;
er ist bei R und S an ein Wechselstromnetz angeschlossen und enthält außer den Lastwicklungen
2 und 2' eine Sättigungsdrossel 12 zur Erzielung der Spannungspausen, vier Ventile
5, 5', 6, 6' sowie die Last 14. Der Hilfsstromkreis ist beispielsweise in der gleichen
Weise aufgebaut wie der Lastkreis und enthält außer den Hilfswicklungen 3, 3' vier
Ventile 7, 7', 8, 8' und einen Arbeitswiderstand 13. Der Hilfsstromkreis wird von
der Wechselstromquelle 9 mit einer Hilfsspannung gleicher Periodizität wie die Lastspannung
gespeist. Zur Steuerung des Magnetverstärkers wird die Spannung einer Gleichstromquelle
10, die über eine Drosselspule 11 an die Vormagnetisierungswicklungen 4 und 4' angeschlossen
sind, verändert. Die Drosselspulen 1 und 1' können sowohl aus Spezialeisen als auch
aus normalem Eisenblech hergestellt sein. Der Arbeitswiderstand 13 des Hilfsstromkreises
ist verhältnismäßig hochohmig und derart bemessen, daß die in dem Hilfsstromkreis
verbrauchte Leistung bei gesättigter Drossel niedrig ist.
-
An Hand von Fig. 2 sei die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1
bei Wechselstromsteuerung durch den Hilfsstromkreis erläutert. Hierzu ist der Vormagnetisierungskreis
mit den Vormagnetisierungswicklungen 4 (Fig. 1) und 4', der Gleichspannungsquelle
10 und der Drosselspule il fortzudenken. Der obere Teil der Fig. 2 zeigt
für eine Wechselstromhalbwelle die bei verschieden hoher Spannung der Spannungsquelle
9 (Fig. 1) erreichten und auf die Drosselspulen 1 bzw. 1' einwirkenden Spannungszeitintegrale.
Die Fläche zwischen 0 und t1 wird von der Hilfswicklung 3 während der Speisespannungspause
aufgebracht, die Fläche von t, bis 2 durch die Lastwicklung. Das von der Lastwicklung
aufgebrachte Zeitintegral wird vorteilhaft so groß gewählt, daß gerade noch keine
Sättigung eintritt, wenn die Hilfswechselspannung gleich Null ist. Für zwei verschiedene
Aussteuerungszustände a und b sind zwei verschiedene von den Hilfswicklungen aufgebrachte
Spannungszeitintegrale dargestellt. Während der linke Teil der Darstellung von 0
bis 2 für die Drosselspule 1 gilt, gilt der rechte Teil bis 2T für die Drosselspule
1'. Der untere Teil der Fig. 2 zeigt den sich bei in verschiedenen Aussteuerungen
a und b ergebenden Drosselspulenstrom in der Lastwicklung z. Bei Aussteuerung
a ergibt sich ein Strom gemäß Kurve i", bei Aussteuerung b ein Strom gemäß Kurve
ib. Gemäß dem größeren Spannungszeitintegral im Fall b ergibt sich für die Drosselspule
ein früherer Übergang in die Sättigung. Dieser Vorgang löst den senkrechten Anstieg
der Stromkurven aus und wird deshalb auch als Zündung bezeichnet. Er findet bei
der Kurve i" im Zeitpunkt t", bei der Kurve ib im Zeitpunkt tb statt. Wird an Stelle
einer Steuerung durch die Amplitude der Hilfsspannung eine Steuerung durch Verändern
der Phasenlage der Hilfsspannung vorgenommen, so ergeben sich ähnliche Verhältnisse.
-
Soll der Magnetverstärker nach Fig. 1 anstatt über den Hilfsstromkreis
und die Hilfsspannung aus der Stromquelle 9 allein durch eine Gleichspannung aus
der Stromquelle 10 über die Vormagnetisierungswicklungen 4 und 4' gesteuert werden,
so wird das durch die Hilfswicklungen 3 und 3' aufgebrachte Spannungszeitintegral
fest eingestellt und die Phasenlage der Hilfsspannung vorteilhaft derart bemessen,
daß sich das von ihr und das vom Lastkreis aufgebrachte Spannungszeitintegral, wie
im oberen Teil der Fig. 3 dargestellt, aneinander anschließen. Die Fläche I im oberen
Teil der Fig. 3 stellt das vom Lastkreis aufgebrachte Spannungszeitintegral dar,
die Fläche II das des Wechselstromhilfskreises. Der Anschluß der Fläche II an die
Fläche I kann beispielsweise durch eine entsprechende Bemessung des Arbeitswiderstandes
13 erzielt werden. Um zu erreichen, daß der Magnetverstärker bei einer Steuerspannung
Null an den Vormagnetisierungswicklungen 4 und 4' noch keine Aussteuerung zeigt
und von da ab eine gleichmäßig mit der Größe der Spannung zunehmende Aussteuerung,
kann eine zusätzliche, derart negativ gewählte Gleichstromvormagnetisierung vorgesehen
werden, daß die mit Hilfe der Lastwicklungen 2, 2' und die mit Hilfe der Hilfswicklungen
3 und 3' aufgebrachten Spannungszeitintegrale den Magnetverstärker gerade noch ungesättigt
lassen. Liegt nun eine bestimmte Steuerspannung an den Vormagnetisierungswicklungen
4 und 4' vor, so wird die Sättigung des Magnetverstärkers um einen der Steuerspannung
entsprechenden Betrag früher als nach Ablauf einer Halbwelle erreicht.
-
Der mittlere Teil der Fig. 3 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit
t den Strom i durch die Lastwicklung 2 für zwei verschieden große
Aussteuerungen a und b mit Hilfe der Vormagnetisierungswicklung 4.
Bei einer Aussteuerung c ergibt sich ein Stromverlauf gemäß Kurve i" bei einer größeren
Aussteuerung d - entsprechend der früher erreichten Sättigung - ein Strom gemäß
Kurve id. Der Höchstwert des Stromes i ist bei gegebener Belastung durch die Zeitlinie
t2 festgelegt, welche gleichzeitig die Trennungslinie zwischen den Spannungsflächen
I und II darstellt. Der Aussteuerbereich des Magnetverstärkers kann durch Verschieben
der Zeitlinie t2 verändert werden, insbesondere durch Verändern der Spannung an
der Hilfswicklung 3.
-
Aus dem unteren Teil der Fig. 3 sind die für die verschiedenen Aussteuerungen
c und d erforderlichen Flußänderungen dO, und 40d der Drosselspule 1 erkenntlich.
Die Kurve 00 stellt den durch die Spannungsflächen von Hilfs- und Lastkreis
erzeugten Fluß dar. Den Aussteuerungen c und d mit Gleichstrom durch die Vormagnetisierungswicklung
3 entsprechen die waagerechten Kurven 0" und 0, In den Schnittpunkten dieser
Kurven mit der Kurve 0, zur Zeit t, bzw. td wird die Drosselspule 1 gezündet.
-
Der Magnetverstärker nach der Erfindung benötigt zur Vollaussteuerung
im Gegensatz zu den bekannten Magnetverstärkern in Selbstsättigungsschaltung eine
wesentlich geringere Steuerleistung. Bekanntlich richtet sich die zur Umsättigung
eines Magnetverstärkers in Selbstsättigungsschaltung erforderliche Steuerleistung
nach dem durch den Lastkreis aufzubringenden Spannungszeitintegral. Da dieses durch
die Hilfswicklung kleiner gehalten wird
als bei den üblichen Magnetverstärkern
in Selbstsättigungsschaltung, erklärt sich die Erreichung des genannten Vorteiles
ohne weiteres. Man wird bestrebt sein, das bei Nullaussteuerung vom Lastkreis aufgebrachte
Spannungszeitintegral im Verhältnis zum Spannungszeitintegral des Hilfsstromkreises
möglichst klein zu machen bzw. ihm unter Berücksichtigung anderer Einflüsse einen
optimalen `'Wert zu geben, um mit möglichst geringer Steuerleistung auszukommen.
Der Magnetverstärker nach der Erfindung bietet, wie bereits oben dargelegt, außerdem
die Möglichkeit zu einer Steuerung mit Wechselstrom, wobei die Steuerung sowohl
durch den Betrag als auch durch die Phasenlage erfolgen kann.
-
Der Magnetverstärker nach der Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Er kann auch in mehrphasiger Schaltung ausgeführt
sein, ferner in anderen, an sich bekannten Selbstsättigungsschaltungen. Der Hilfsstromkreis
kann außer an eine besondere Wechselstromquelle an die gleiche Wechselstromquelle
wie der Laststromkreis angeschlossen sein und kann eine von der Schaltung des Laststromkreises
unterschiedliche Ausführung auch ohne irgendwelche Ventile haben. Es ist ferner
möglich, bei dem Magnetverstärker nach der Erfindung sowohl eine Steuerung durch
die Hilfswicklung 3, 3' mit Wechselstrom als auch gleichzeitig eine Steuerung durch
die Vormagnetisierungswicklung 4, 4' mit Gleichstrom vorzunehmen und mit den Steuerungen
verschiedene Einflüsse zur Wirkung zu bringen. Die Hilfswicklung kann außerdem zur
Rückkopplung verwendet werden.