DE758289C

DE758289C - Richtungsempfindlicher Magnetverstaerker

Info

Publication number: DE758289C
Application number: DES133541D
Authority: DE
Inventors: Gustav Dr-Ing Barth
Original assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Current assignee: Siemens APP und Maschinen GmbH
Priority date: 1938-08-19
Filing date: 1938-08-20
Publication date: 1953-03-02

Description

Bei einem Magnetverstärker, bei dem der induktive Widerstand von Drosselspulen mittels Beeinflussung der Permeabilität der Spulenkerne durch die vom Eingangsstrom erzeugte magnetische Durchflutung zur Steuerung des dem Verbraucher zugeführten Ausgangsstromes der Drosselspulen geändert wird, kann bekanntlich die Wirkung der von dem Eingangsstrom erzeugten magnetischen Durchflutung erheblich gesteigert werden, wenn der mittels dieser Durchflutung geänderte Drosselspulenstrom gleichgerichtet und zur Erzeugung einer zusätzlichen magnetischen Durchflutung in dem Spulenkern benutzt wird. Diese letztere Durchflutung überlagert sich der von dem Eingangsstrom erzeugten Durchflutung und bewirkt ihrerseits eine weitere gleichsinnige oder entgegengesetzte Änderung der Permeabilität des Spulenkernes und damit eine Änderung des induktiven Widerstandes der Wicklung.

Ein bekannter, in dieser Weise positiv rückgekoppelter Magnetverstärker besitzt eine sehr beträchtliche Empfindlichkeit, die besonders dort von großem Vorteil ist, wo es sich um die Verstärkung von außerordentlich geringen elektrischen Energien handelt. Es sei hier beispielsweise das Gebiet von selbsttätigen Steuereinrichtungen für Luftfahrzeuge erwähnt, bei denen nur gering belastbare Instrumente, wie

Kompasse oder Kreiselgeräte, als Steuergeräte verwendet werden. Ein auf diesem Anwendungsgebiet zur Verstärkung der geringen Steuerenergien verwendeter Verstärker muß nicht nur genügend verstärken, sondern er muß auch richtungsempfindlich sein.

Die Erfindung betrifft einen richtungsempfindlichen Magnetverstärker, bei dem der induktive Widerstand von Drosselspulen durch ίο Beeinflussung der Permeabilität der Spulenkerne mittels der vom Eingangsstrom erzeugten magnetischen Durchflutung zur Steuerung des dem Verbraucher zugeführten Drosselspulenausgangsstromes geändert wird. Gemäß der Erfindung ist bei einer derartigen Anordnung unter Verwendung von zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Magnetverstärkereinheiten in jeder Einheit der durch den Eingangsstrom erzeugten magnetischen Durchflutung eine von dem gleichgerichteten Drosselspulenstrom bewirkte Durchflutung derart überlagert, daß j e nach der Richtung des Eingangsstromes in der einen Einheit die beiden Durchflutungen gleiche Richtung, in der anderen Einheit dagegen entgegengesetzte Richtung aufweisen, und umgekehrt, und es ist hierbei die vom gleichgerichteten Drosselspulenstrom erzeugte Durchflutung derart bemessen, daß der induktive Widerstand einer Drosselspule bei entgegengesetzter Richtung der Durchflutungen innerhalb des Aussteuerbereiches sich nicht wesentlich ändert und größer als sein Ausgangswert beim Nullwert des Eingangsstromes bleibt und je nach dem Richtungssinn des Eingangsstromes im wesentlichen nur eine von beiden Verstärkereinheiten wirksam ist.

Bei einem bekannten richtungsempfindlichen Magnetverstärker, bei dem ebenfalls Kerndrosselspulen verwendet sind, der aber auf der Erzeugung und Ausnutzung höherer Harmonischer, insbesondere der zweiten Harmonischen, beruht, sind ebenfalls zwei Einheiten vorgesehen zu dem Zweck, positive und negative Signalströme zu verstärken, sowie eine Rückkopplung. Die Unterscheidung zwischen positiven und negativen Signalströmen ist dort aber nicht durch die Rückkopplung, sondern durch eine konstante Vormagnetisierung erreicht.

Es ist ferner bekannt, mehrere derartige Ein- j heiten von Magnetverstärkern in Brücke zu ,· schalten und dabei so anzuordnen, daß sich ! jeweils zwei Verstärkereinheifen gleicher Riehtungsempfindlichkeit gegenüberliegen, und in ' der einen Brückendiagonalen einen Verbrau- ₍ eher anzuschalten, in dessen Eingang sich die ; Phase der aus der Brücke zugeführten Wech- j selspannung umkehrt, sobald das Vorzeichen des der Gesamtverstärkeranordnung zugeführ- j ten Stromes geändert wird. j

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

Fig. ι eine schematische Darstellung der Magnetverstärkeranordnung,

Fig. 2 ein Schaubild der Abhängigkeit des Arbeitsstromes vom Eingangsstrom, _ Fig. 3 ein Schaubild der Charakteristik der Verstärkeranordnung.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Magnetverstärkeranordnung besteht aus den beiden hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Magnetverstärkereinheiten I, II. Die Einheit I enthält die auf den hochpermeablen Kernen 1, 2 angeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Arbeitswicklungen 3, 4, die Einheit II die auf den hochpermeablen Kernen 5, 6 angeordneten Arbeitswicklungen 7, 8. Zur Speisung der Drosseln dient die Wechselstromquelle 9.

Der aus einer Gleichstromquelle 10 gelieferte Eingangsstrom ig durchfließt je eine Steuerwicklung 11, 12 der beiden Einheiten I, II. Der Drosselspulenstrom wird mit Hilfe von Gleichrichteranordnungen 13, 14, 15, 16 die beispielsweise als Graetzschaltungen ausgebildet sein können, gleichgerichtet, und die gleichgerichteten Ströme werden entsprechend den Wicklungen ij, 18, 19, 20 zugeführt.

Die Eingangswicklungen 11 bzw. 12 und die von den gleichgerichteten Drosselströmen durchflossenen Wicklungen 17, 18 bzw. 19, 20 sind in an sich bekannter Weise so angeordnet, daß sie immer zwei Kerne umschließen. Dabei sind die Wicklungssinne der beiden Arbeitswicklungen 3, 4 bzw. 7, 8 so gewählt, daß die von den Arbeitswechselströmen in den Wicklungen ii, 17, 18 bzw. 12, 19, 20 induzierten Spannungen sich aufheben und keine Rückwirkungen auf die letztgenannten Wicklungen eintreten.

Die Wirkungsweise der Anordnung ergibt sich aus folgendem:

Es sei zunächst die Einheit I betrachtet. Fließt ein Eingangsstrom I₁, in der einen Richtung, die als positiv angenommen sei, so erzeugt er mittels der Wicklung 11 einen magnetischen Gleichfluß in den Kernen 1, 2 der Einheit I, dem sich ein von den gleichgerichteten Strömen der Wicklungen 17, 18 erzeugter Gleichfluß überlagert. Der Wicklungssinn der Wicklungen 11, 17, 18 und der Richtungssinn der Gleichrichteranordnungen 13, 14 sind so gewählt, daß der durch die gleichgerichteten Ströme der Wicklungen 17, 18 erzeugte magnetische Fluß den gleichen Richtungssinn wie der durch den positiven Eingangsstrom erzeugte Steuerfluß besitzt, daß sich also die Gleichflüsse addieren. Der von den gleichgerichteten Drosselströmen erzeugte Fluß unter-

stützt hierbei den von dem Eingangsstrom erzeugten Fluß und wirkt somit in bekannter Weise im Sinne einer positiven Rückkopplung. Fließt derEingangsstrom in der Wicklung 11 in entgegengesetzter Richtung, also ein negativer Eingangsstrom, so wirkt bei dem gewählten Wicklungssinn der von den gleichgerichtetem Drosselströmen erzeugte magnetische Fluß dem Steuergleichfluß des Eingangsstromes entgegen. Dabei ist der Rückkopplungsfluß derart bemessen, daß der induktive ^Widerstand einer Drossel bei entgegengesetzter Richtung- der magnetischen Gleichflüsse sich innerhalb des Aussteuerbereiches nicht wesentlich ändert und größer als sein Ausgangswert beim Nullwert des Eingangsstromes bleibt.

Im Schaubild der Fig. 2 ist die Abhängigkeit des Dosselausgangsstromes / der Einheit I vom Eingangsstrom i_e dargestellt. Bei positivem Eingangsstrom wächst der Drosselspulenstrom / mit dem Steuerstrom i_e linear an, bei negativem Eingangsstrom dagegen bleibt der Drosselausgangsstrom im wesentlichen unterhalb seines Ausgangswertes für den Eingangsstrom Null. Durch die beschriebene Rückkopplung wird somit eine Unsvmmetrie der Charakteristik der Verstärkereinheit bewirkt. In der Einheit II durchfließt der steuernde Eingangsstrom i_e die Steuerwicklung 12. Der durch den Eingangsstrom erzeugten Steuererregung überlagert sich die durch die gleichgerichteten Drosselströme der Wicklungen 19, 20 erzeugte Rückkopplungserregung. Bei der Einheit II sind Wicklungssinn der Wicklungen 12, 19, 20 und Richtungssinn der Gleichrichteranordnungen 15, 16 so gewählt, daß bei dem vorerwähnten positiven Richtungssinn des Eingangsstromes die mittels dieser Wicklungen erzeugten magnetischen Flüsse in bezug aufeinander entgegengesetzte Richtung besitzen. Die Rückkopplung ist wiederum derart bemessen, daß hierbei der induktive Widerstand einer Drossel sich innerhalb des Aussteuerbereiches nicht wesentlich ändert und größer als sein Ausgangs wert beim Nullwert des Eingangsstromes bleibt. Bei negativen Eingangsströmen dagegen besitzen Steuererregung und Rückkopplungserregung gleichen Richtungssinn, die Rückkopplung unterstützt also in die- sem Falle die Wirkung des Eingangsstromes. Für diese Verhältnisse ergibt sich für die Einheit II ein entsprechender Verlauf der Kennlinie des Drosselspulenstromes in Abhängigkeit vom Eingangsstrom.

Die beiden Einheiten I, II sind in der Weise zusammengeschaltet, daß die vier Arbeitswicklungen 3, 4, 7, 8 die vier. Zweige einer Brückenschaltung bilden, wobei jeweils die beiden. Drosseln einer Einheit in gegenüberliegenden Brückenzweigen liegen. Fließt kein Eingangsstrom, so sind die Widerstände der.Arbeits wicklungen gleich groß, und die Brückenschaltung ist im Gleichgewicht. In diesem Falle ist die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten α und b der in dem einen Diagonalzweig der Brückenschaltung liegenden phasenabhängigen Schaltung 21 gleich Null. Fließt dagegen ein Eingangsstrom i_e, so werden je nach seiner Richtung entweder die induktiven Widerstände der beiden Brückenzweige der Einheit I mit den Arbeitsdrosseln 3, 4 oder diejenigen der Brückenzweige der Einheit II mit den Arbeitsdrosseln 7,8 gleichzeitig geändert. Beim Durchgang durch die Nullage kehrt der Strom in der Brücke mit der Anordnung 21 seine Phase um.

Die Anordnung 21 stellt eine phasenempfindliche Schaltung dar. Diese Anordnung spricht auf eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom nach Größe und Phase an und ist bekannt. Sie setzt als Phasenbezugspunkt eine Hilfsspannung von der gleichen Frequenz voraus. Die phasenempfindliche Schaltung hat die Aufgabe, an den Verbraucher einen Ausgangsgleichstrom I_a abzugeben, der vorzugsweise proportional ist dem Betrag der Wechselspannung an den Klemmen α und b und proportional ist cos a, wenn mit α der Winkel zwischen der Spannung an den Klemmen α und b und der Hilfsspannung an den Klemmen c und d bezeichnet ist. Mit 22 ist ein Phasenschieber bezeichnet, durch den der W⁷inkel zwischen der Hi'lfsspannung an den Klemmen c und d und der Brückenspannung an den Klemmen α und b so gewählt werden kann, daß cos α einen für den Einstellvorgang günstigen Wert erhält. Wie oben erwähnt, kehrt beim Durchgang durch die Nullage mit dem Vorzeichen von i_e die Phase der Wechselspannung an den Klemmen a und b der Brückenschaltung ihr Vorzeichen um. Da J_a proportional cos α ist, ändert sich somit mit der Richtung des Eingangsstromes i_e des Verstärkers auch die Richtung des von dem Verstärker an den Verbraucher abgegebenen Stromes J_a. In der Fig. 3 ist die Abhängigkeit zwischen dem Eingangsgleichstrom i_e und dem Ausgangsgleichstrom J_a wiedergegeben, die für das Ausführungsbeispiel durch eine Gerade gegeben ist. Als phasenempfindliche Schaltungen können bekannte Gleichrichterbrückenschaltungen verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Richtungsempfindlicher Magnetverstärker, bei dem der induktive Widerstand von Drosselspulen mittels Beeinflussung der Permeabilität der Spulenkerne durch die vom Eingangsstrom erzeugte magnetische Durchflutung zur Steuerung des dem Verbraucher zugeführten Drosselspulenausgangsstromes geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von

zwei hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise gleichartigen Magnetverstärkereinheiten in jeder Einheit der durch den Eingangsstrom erzeugten magnetischen Durchflutung eine von dem gleichgerichteten Drosselspulenstrom bewirkte Durchflutung derart überlagert ist, daß je nach der Richtung des Eingangsstromes in der einen Einheit die beiden Durchflutungen gleiche Richtung, in der anderen Einheit dagegen entgegengesetzte Richtung aufweisen, und umgekehrt, und hierbei die vom gleichgerichteten Drosselspulenstrom erzeugte Durchflutung derart bemessen ist, daß der induktive Widerstand einer Drosselspule bei entgegengesetzter Richtung der Durchflutungen innerhalb des Aussteuerbereiches sich nicht wesentlich ändert und größer als sein Ausgangswert beim Nullwert desEingangsstromes bleibt und je nach dem Richtungssinn des Eingangsstromes im wesentlichen nur eine von beiden Verstärkereinheiten wirksam ist.
2. Magnetverstärker nach Anspruch i, ₂g dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Verstärkereinheit zwei geschlossene Kerne (i, 2 bzw. 5, 6) aus magnetisch gut durchlässigem Stoff, z. B. Eisen-Nickel-Legierung, aufweist und jedem Kern eine gesonderte, von Wechselstrom durchflossene Wicklung (3, 4 bzw. γ, 8) zugeordnet ist, während die von dem Eingangsstrom und von den gleichgerichteten Drosselspulenströmen durchflossenen Wicklungen (11, 17, 18 bzw. 12, 19, 20) beiden Kernen gemeinsam sind, bei solcher Anordnung der Wechselstrormvicklungen, daß sich die in den übrigen Wicklungen (11, 17, 18 bzw. 12, 19, 20) induzierten Wechselspannungen aufheben (Fig. 1).
3. Magnetverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Eingangsstrom durchflossenen Wicklungen in der Weise auf den Kernen angeordnet sind, daß in einer der beiden Einheiten die vom Eingangsstrom erzeugte magnetische Durchflutung den von den gleichgerichteten Drosselspulenströmen erzeugten magnetischen Durchflutungen entgegengesetzt gerichtet ist und daß in der anderen der beiden Einheiten die vom Eingangsstrom erzeugte magnetische Durchflutung mit den von den gleichgerichteten Drosselspulenströmen erzeugten magnetischen Durchflutungen gleichgerichtet ist (Fig. 1).
4. Magnetverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Kernen zugeordneten, von Wechselstrom durchflossenen Wicklungen (3, 4, 7,8) Zweige einer Brückenschaltung bilden, in deren einer Diagonale die zur Speisung dienende Wechselstromquelle (9) liegt und an deren andere Diagonale der Verbraucher über eine phasenempfmdliche Schaltung (21) angeschlossen ist, in der die in den Diagonalen auftretenden Spannungen in einer Gleichrichterbrückenschaltung einen Gleichstrom erzeugen, der dem Betrag der verstärkten Wechselspannung (α, b) proportional ist und dessen Richtung von der Phasenlage zwischen den beiden Spannungen an den Brückendiagonalen abhängt (Fig. 1).

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschriften Nr. 561 333,

635 022, 650 553, 657 127;

französische Patentschriften Nr. 800 970,

825770;

USA.-Patentschriften Xr. 1 739 579,
ι 844 704.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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