DE1032323B

DE1032323B - Magnet amplifier

Info

Publication number: DE1032323B
Application number: DEB37327A
Authority: DE
Inventors: Abbott Alexander Brown
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1954-09-30
Filing date: 1955-09-27
Publication date: 1958-06-19

Description

Magnetverstärker Die Erfindung betrifft einen Magnetverstärker mit zwei sättigungsfähigen, jeweils zwei Wicklungen aufweisenden Drosselspulen, deren, erste Wicklungen über Gleichrichter an eine erste Wechselspannungsqu,elle und an eine Eingangssignalqu.elle und deren zweite Wicklungen an einen: Ausgangskreis und eine zweite, der ersten Wechselspannungsquelle synchrone Wechselspannungsquelle angeschlossen sind.Magnetic amplifier The invention relates to a magnetic amplifier two saturable choke coils, each with two windings, whose, first windings via rectifier to a first AC voltage source and an an input signal source and its second windings to one: output circuit and a second AC voltage source synchronous with the first AC voltage source are connected.

Bei den bisher bekannten Magnetverstärkern der vorgenannten Art wird die Vormagne:tisierungsspannung mit zwei Vollwellen-Gleichrichterbrücken so gleichgerichtet, daß die Vormagnetisierungswicklungen; während jeder Halbwelle der gemeinsamen Netzfrequenz mit Spannung versorgt werden. Die Größe dieser zugeführten Spannung legt dann, den Arbeitspunkt jedes Kernes auf der Magnetisierungskurve fest. Hierdurch wird dann auch die Reaktanz des Kernes und damit der durch die Ausgangswicklung der entsprechenden Hälfte des Ausgangskreises fließende Strom für einen vorgegebenen Wert der Hilfsspannung in jeder Halbwelle festgelegt. Der Hauptnachteil solcher Magnetverstärker liegt in deren relativ langsamen Ansprech.vermögen. Die, Zeitkonstante für die Ansprechverzögerung solcher Magnetverstärker lag bisher optimal in der Größenordnung von 10 bis 30 Perioden der Speisefrequenz. Der- Grund für diese Tatsache liegt vor allem bei den Gleichströmen, welche durch die ein hohes L : R-Verhältnis aufweisenden Steuerwicklungen fließen. Dieses L : R-Verhältnis bewirkt bezüglich der Gleichspannungsausgleichsvorgänge eine Verschiebung der unteren Zeitkonstantengrenze des Systems, welche durch das Verhältnis L : R festgelegt wird. Um diese untere Grenze der Zeitkonstanten hinunterzudrücken, ist es üblich geworden, den Nenner dieses Zahlenverhältnisses dadurch zu vergrößern, daß man, einen, mit den Steuerwicklungen in Reihe geschalteten, Widerstand vergrößert. Durch diese Maßnahme wird jedoch der Verstärkungsfaktor des Verstärkers verkleinert.In the previously known magnetic amplifiers of the aforementioned type the pre-magnetization voltage is rectified with two full-wave rectifier bridges so that that the bias windings; during each half cycle of the common network frequency be supplied with voltage. The magnitude of this applied voltage then determines the Working point of each core on the magnetization curve. This then becomes also the reactance of the core and thus that of the output winding of the corresponding Half of the output circuit current flowing for a given value of the auxiliary voltage set in each half-wave. The main disadvantage of such magnetic amplifiers lies in their relatively slow response. The, time constant for the response delay Such magnetic amplifiers have so far been optimally on the order of 10 to 30 periods the feed frequency. The reason for this fact is mainly due to the direct currents, which flow through the control windings, which have a high L: N ratio. This L: N ratio has the effect of equalizing the DC voltage a shift in the lower time constant limit of the system, which is caused by the Ratio L: R is determined. To push this lower limit of the time constant down, it has become common to increase the denominator of this numerical ratio by that one, with the control windings connected in series, increases resistance. However, this measure reduces the gain factor of the amplifier.

Die Erfindung bezweckt, die vorerwähnten Nachteile des verminderten Verstärkungsfaktors und des langsamen Ansprechvermögens bei einem minimalen Aufwand. an Schaltmitteln zu beseitigen und dem Magnetverstärker ein Anwendungsgebiet zu erschließen, welches bisher den meist unwirtschaftlichen, aber empfindlichen Röhrenverstärkern vorbehalten blieb.The invention aims to reduce the aforementioned disadvantages of the Gain and slow response with minimal effort. to eliminate switching means and the magnetic amplifier a field of application open up which so far the mostly uneconomical but sensitive tube amplifiers was reserved.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Magnetverstärker der einleitend genannten Art derart auszubilden, daß die Gleichrichter in Halbwellenschaltung angeschlossen sind und in abwechselnden Ha.lhwellen der gemeinsamen Netzfrequenz den beiden ersten Wicklungen Halbwellen der ersten Speisespannung zuführen und daß mit - zweiten Gleichrichtern in HalbwellenschaJtung während der verbleibenden .Halb.wellen der gemeinsamen Netzfrequenz den zweiten Wicklungen Halbwellen der zweiten Speisespannung zugeführt werden, derart, daß die zweitgenannten Halbwellen die Kerne der Drosselspulen zur Sättigung bringen und die erstgenannten Halbwellen die Kerne entmagnetisieren sowie bei Zufuhr einer Eingangssignalspannung die einer der beiden ersten Wicklungen zugeführte Entmagnetisierungsspannung vergrößert und die der anderen der beiden ersten Wicklungen zugeführte Entmagnetisierungsspannung vermindert wird.To solve the aforementioned problem, it is proposed according to the invention that to train the magnetic amplifier of the type mentioned in the introduction in such a way that the rectifier are connected in half-wave circuit and in alternating half-wave of the common Supply the mains frequency to the first two windings half-waves of the first supply voltage and that with - second rectifiers in half-wave switching during the remaining .Half. Waves of the common mains frequency to the second windings half-waves of the second supply voltage are supplied in such a way that the second-mentioned half-waves Bring the cores of the choke coils to saturation and the first-mentioned half-waves demagnetize the cores and, if an input signal voltage is supplied, the one the demagnetizing voltage applied to the first two windings is increased and the demagnetizing voltage applied to the other of the first two windings is decreased.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt sich jedoch nun, daß bei der zyklischen Sättigung der Kerne periodisch das Verhältnis L : R zu Null gemacht wird. Ferner wird während eines beachtlichen Zeitabscl-mittes einer jeden Periode effektiv verhindert, daß die Gleichspannungskomponenten fließen können, und es wird die Zeitkonstante theoretisch auf eine Halbwelle der Versorgungsfrequenz vermindert, ohne daß sich hierdurch in irgendeiner Weise der Verstärkungsfaktor verkleinert. Im übrigen werden beim Anmeldungsgegenstand nur halb so viele Gleichrichter benötigt wie bei den, vorbekannten einleitend besprochenen Magnetverstärkern.When operating the arrangement according to the invention, however, it now appears that with the cyclic saturation of the nuclei the ratio L: R to zero periodically is made. Furthermore, during a considerable interval of time, everyone Period effectively prevents the DC components from flowing, and it is the time constant theoretically on a half-wave of the supply frequency reduced without affecting the gain in any way scaled down. In addition, only half as many rectifiers are used in the subject of the application required as with the previously known magnetic amplifiers discussed in the introduction.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, daß beim erfindungsgemäßen in dem Eingangs- und Entmagnetisierungskreis die einen Enden der ersten Wicklungen miteinander verbunden sind und ihre anderen Enden über entsprechende Gleichrichten an die entgegengesetzten Enden einer Impedanz angeschlossen sind, über die das Eingangssignal eingeleitet wird, während die erste Wechselspa.nn,ungsquelle zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der ersten Wicklungen und dem Mittelpunkt der Eingangsimpedanz eingeschaltet ist. Hierbei sind in dem Ausgangs- oder Magnetisierungskreis die zweiten Wicklungen mit ihren einen, Enden zusammengeschlossen und-mit ihren anderen Enden über entsprechende Gleichrichter an die entgegengesetzt liegenden Enden einer Belastungsimpedanz angeschlossen, derart, daJ3 die zweite Wechselspannungsquelle zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt. der zweiten Wicklungen. und den Mittelpunkt der Belastungsimpedanz eingeschaltet ist.Another feature of the invention is directed to that when according to the invention in the input and degaussing circuit one ends of the first windings are connected to each other and their other ends via corresponding Rectifying connected to opposite ends of an impedance via which the input signal is initiated during the first alternating voltage source between the common connection point of the first windings and the midpoint the input impedance is switched on. Here are in the output or magnetization circuit the second windings with one of their ends joined together and with theirs other ends to the opposite ends via appropriate rectifiers Ends of a load impedance connected in such a way that the second AC voltage source between the common connection point. of the second windings. and the center point the load impedance is switched on.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand einer als Beispiel gewählten Ausführungsform, deren Schaltbild in Fig. 1 angegeben ist' beschrieben.In the following, the invention is chosen by way of example Embodiment, the circuit diagram of which is given in Fig. 1 'is described.

Die beiden Drosselspulen 30 und 31 sind mit ihren Entmagnetisierungswicklun.gen 28, 29 auf der einen Seite an eine Klemme 32 und auf der anderen Seite über die Gleichrichter 26, 27 an die Klemmen. 24, 25 der Sekundärwicklung 22 eines. Transformators T1, auf dessen Primärwicklung 20 das gleichzurichtende und zu verstärkende Wechselsignal ES mittels der Klemmen21,22 gegebenwird, angeschlossen. Zwischen die gemeinsame Verbindung 32 der Wicklungen 28,29 und den Mittelabgriff 23 der Wicklung 22 wird eine erste Wechselspannung ER -eingeleitet, die über der Sekundärwicklung 43 eines Speisetransformators T2 abgenommen wird, wobei die Primärwicklung des Transformators T2 mit ,einer Energie gespeist wird, die mit der Trägerfrequenz des Signals ES, z. B. 400 Hz (eine bei elektrischen Bordausrüstungen in Flugzeugen häufig verwendete Speisefrequenz), syn--chron ist.The two choke coils 30 and 31 are connected with their demagnetization windings 28, 29 on one side to a terminal 32 and on the other side via the rectifier 26, 27 to the terminals. 24, 25 of the secondary winding 22 of one. Transformer T1, on whose primary winding 20 the alternating signal ES to be rectified and amplified is given by means of terminals 21,22. Between the common connection 32 of the windings 28,29 and the center tap 23 of the winding 22, a first alternating voltage ER is introduced, which is taken from the secondary winding 43 of a feed transformer T2, the primary winding of the transformer T2 being fed with an energy that with the carrier frequency of the signal ES, e.g. B. 400 Hz (a feed frequency frequently used for electrical on-board equipment in aircraft), is synchronous.

Im Magnetisierungskreis sind die beiden Wicklungen 33, 34 einerseits miteinander und andererseits über die Gleichrichter 36, 37 mit den. Enden 40, 41 einer- Belastungs- oder Nutzimpedanz verbunden. Zwischen der Verbindungsstelle 35 der Magnetisierungswicklungen 33, 34 und einer Mittelanzapfung 39 der Belastungsimpedanz ist eine zweite Energiequelle EG angeschlossen, die als von einer zweiten Sekundärwicklung 44 des Speisetransformators T2 entnommen dargestellt ist. Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn keinerlei Signal ES auf die Klemmen 21, 22 gegeben wird, ruft die Wechselspannung ER in den beiden Entmagnetisierungswicklungen 28,29 bei jeder Halbperiode, bei der z. B. die Klemme 32 gegenüber der Klemme 23- positiv ist, Spannungshalbwel.len hervor, während die anderen Wechsel durch die Gleichrichter 26, 27, entsprechend der Anschlußrichtung, gesperrt werden (das Dreieck stellt die Kathode nach der allgemeiner, Konvention dar). Diese beidem Halbwellen haben eine Entmagnetisierung der Kerne der beiden Drosselspulen 30, 31 zur Folge, bei der der Arbeitspunkt für beide Spulen auf den gleichen niederen Punkt der Magnetisierungskurven abgesenkt wird.In the magnetization circuit, the two windings 33, 34 are on the one hand with each other and on the other hand via the rectifier 36, 37 with the. Ends 40, 41 of a load or useful impedance connected. A second energy source EG, which is shown as being taken from a second secondary winding 44 of the supply transformer T2, is connected between the junction 35 of the magnetizing windings 33, 34 and a center tap 39 of the load impedance. The operation is the following: If any signal ES to the terminals 21, 22 is given, the AC voltage ER calls in the two Entmagnetisierungswicklungen 28,29 at each half-period in which z. B. the terminal 32 is positive compared to the terminal 23-, Spannhalbwel.len out, while the other changes are blocked by the rectifiers 26, 27, according to the connection direction (the triangle represents the cathode according to the general convention). These two half-waves result in a demagnetization of the cores of the two choke coils 30, 31, at which the operating point for both coils is lowered to the same lower point on the magnetization curves.

In dem Ausgangs- oder Magnetisierungskreis seinerseits ist die Wechselspannung EG bestrebt, in den beiden Wicklungen 33, 34 Spannungshalbwellen bei jedem Wechsel zu erzeugen, für den die Klemme -38 gegenüber der Klemme 35 positiv ist, während die anderen Wechsel von den. Gleichrichtern 36, 37, die wie dargestellt angeschlossen sind, gesperrt werden. Die Schaltverbindungen sind so vorgenommen, daß bei der Halbperiode der gemeinsamen Speisefrequenz, bei der die Spannung ER den, Wicklungen 28, 29 zugeführt wird, eine Blockierung der Spannung EG durch die Gleichrichter 36, 37 auftritt, so daß die Wicklungen 33, 34 nicht gespeist werden., und umgekehrt. Das heißt mit anderen Worten, daß die Wicklungen 28,-29 einerseits und die Wicklungen 33, 34 andererseits wechselweise während der verschiedenen. Halbperioden der gemeinsamen Frequenz gespeist werden.In the output or magnetization circuit for its part, the alternating voltage EG strives to generate voltage half-waves in the two windings 33, 34 for each change for which the terminal -38 is positive with respect to the terminal 35, while the other changes of the. Rectifiers 36, 37, which are connected as shown, are blocked. The switching connections are made so that during the half cycle of the common supply frequency at which the voltage ER is fed to the windings 28, 29, the voltage EG is blocked by the rectifiers 36, 37 so that the windings 33, 34 are not fed be., and vice versa. In other words, the windings 28, -29 on the one hand and the windings 33, 34 on the other hand alternately during the different. Half periods of the common frequency are fed.

Wenn man auf die Klemmen 21, 22 ein Arbeitssignal E5 gibt, das beispielsweise in der Phasenlage mit der Spannung an der Quelle ER übereinstimmt, wird die in der Wicklung 28 erzeugte positive Halbwelle vergrößert und jene in der Wicklung 29 erzeugte um ebensoviel verkleinert. Da sich die Spannung EG im übrigen nicht ändert, reicht die Halbwelle, die in der Wicklung 33 auftritt, nicht mehr dazu. aus, den Kern der Drosselspule 30 so schnell zu sättigen wie beim Fehlen des Signals ES, während die in der Wicklung 34 auftretende Halbwelle den Kern der Drosselspule 31 schneller sättigt als beim Fehlen des Signals ES; an den Klemmen 40, 41 tritt demnach eine gleichgerichtete Restspannung auf, die bezüglich ihrer Richtung und Größe dem Wechselsignal ES entspricht.If you give a work signal E5 to the terminals 21, 22, for example corresponds to the phase position of the voltage at the source ER, the voltage in the Winding 28 generated positive half-wave and that in the winding 29 generated reduced by as much. Since the voltage EG does not change otherwise, it is sufficient the half-wave that occurs in the winding 33, no longer in addition. from, the core of the Choke coil 30 to saturate as quickly as in the absence of the signal ES, while the in the winding 34 occurring half-wave the core of the choke coil 31 faster saturates than in the absence of the signal ES; at the terminals 40, 41 therefore occurs a rectified residual voltage, the direction and size of the alternating signal It corresponds.

In den Einzelheiten der erläuterten Schaltung können im Rahmen, der Erfindung verschiedene Abänderungen vorgenommen werden. Insbesondere können die die Form und Phasenlage betreffender Verhältnisse mittels gewisser naheliegender Maßnahmen abgewandelt werden, vor allem, soweit sie den Wickelsinn und den Sinn des Anschlusses der Gleichrichter betreffen.In the details of the circuit explained in the context of the Various modifications may be made to the invention. In particular, the the shape and phase of the relationship by means of certain obvious ones Measures are modified, especially as far as they change the winding sense and the sense the connection of the rectifier.

Die Fig.2 ist zur Erläuterung einer möglichen Anwendungsart der Schaltung nach der Erfindung bestimmt, soweit sie als Servoverstärker zwischen eine Quelle mit veränderlichen Wechselsignalen und eine Vorrichtung, die mit kontinuierlichem oder gleichgerichtetem Strom arbeitet, eingeschaltet ist. Nach diesem Blockschaltbild wird das Wechselsignal auf einen Vorverstärker 46 gegeben, der den. Demodulatorverstärker 45 nach der Erfindung speist, dessen Ausgang seinerseits an die Vorrichtung 47 angeschlossen ist, die etwa ein Differentialrelais von irgendeiner geeigneten Art sein kann. Diese kann ihrerseits einen Motor 48 steuern. In den Rahmen des allgemeinen Wirkungsschemas kann offensichtlich eine große Anzahl von Sonderanwendungen, die alle in den Rahmen der Erfindung fahlen, eingesetzt werden.FIG. 2 is to explain a possible type of application of the circuit determined according to the invention, insofar as it is used as a servo amplifier between a source with variable alternating signals and a device that works with continuous or rectified current is working, is switched on. According to this block diagram the alternating signal is given to a preamplifier 46, the. Demodulator amplifier 45 according to the invention, the output of which is in turn connected to the device 47 which may be a differential relay of any suitable type, for example. These can in turn control a motor 48. In the context of the general scheme of effects can obviously have a large number of special applications, all in the frame of the invention pale, can be used.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Magnetic amplifier with two saturable, each two windings inductor coils, the first windings via rectifier to a first AC voltage source and to an input signal source and their second windings to an output circuit and a second, the first AC voltage source synchronous AC voltage source are connected, characterized in that the rectifiers (26, 27) are connected in half-wave circuit and in alternating Half-waves of the common mains frequency to the first two windings (28, 29) half-waves the first. Apply supply voltage (ER) and that with second rectifiers (36, 37) in half-wave circuit during the remaining half-waves of the common Ne-tzfrequemz the second windings (33, 34) half-waves of the second supply voltage (EG) are supplied in such a way that the second-mentioned half-waves form the cores of the choke coils bring to saturation and the first-mentioned half-waves are the nuclei demagnetize as well as one of the two when an input signal voltage is supplied The demagnetization voltage applied to the first windings is increased and that of the other demagnetizing voltage applied to the first two windings is reduced will.

2. Magnetic amplifier according to claim 1, characterized in that in the input or Demagnetization circuit the one ends of the first windings (28, 29) together are connected and their other ends via appropriate rectifiers (26, 27) are connected to the opposite ends of an impedance (22) through which the input signal (ES) is initiated while the first AC voltage source (ER) between the common connection point (32) of the first windings and the The midpoint (32) of the input impedance is switched on.

3. Magnetic amplifier after Claim 1 and 2, characterized in that ß in the output or magnetization circuit the second windings (32, 34) with their one ends joined together and with their other ends via corresponding rectifiers (37, 36) to the opposite lying ends of a load impedance are connected, such that the second AC voltage source (EG) between. the common connection point (35) of the second windings and the midpoint (38) of the load impedance switched on is. Considered publications: German patent application A 2456 VIII a / 21 a2.