DE963359C - Verstaerkeranordnung fuer lichtelektrische Schalt- und Steuereinrichtungen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, für lichtelektrische Schalt- und Steuereinrichtungen als lichtempfindliches Organ Photozellen zu verwenden. Sie haben die Eigenschaft, bei Belichtung der aus einem besonderen Metall gebildeten, unter Luftabschluß stehenden Schicht Elektronen abzugeben, die von einer gegenüberstehenden Anode, die an eine positive Spannung zu legen ist, angezogen werden. Infolge des physikalischen Aufbaues dieser Photozellen und ίο der geringen Anzahl Photoelektronen, die ohne Zerstörung der Schicht abgegeben werden können, haben diese Photozellen einen sehr hohen inneren Widerstand und können daher auch bei großen angelegten Gleichspannungen nur sehr kleine Ströme liefern.

Es ist bekannt, daß zur Verstärkung des abgebbaren Stromes der Photozellen Elektronenvervielfacher entwickelt wurden, die aber auch nur in der Lage sind, selbst bei sehr großen Anodenspannungen Ströme in der Größenordnung bis zu höchstens ao einigen mA abzugeben.

Es sind auch andere lichtelektrisch empfindliche Einrichtungen bekannt, z. B. das Selenphotoelement, das bei Belichtung eine EMK liefert, die aber auch so gering ist, daß nur Feinmeßgeräte oder höchstempfindliche Relais ansprechen. Infolge-

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dessen sind Schaltgeräte, bei denen ein Selenphotoelement auf ein Relais arbeitet, sehr betriebsempfindlich.

Eine weitere Möglichkeit, lichtelektrische Vor-S gänge zu schalten oder zu steuern, besteht in der Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes bestimmter Substanzen von der Beleuchtung, z. B. Cadmiumsulfid. Man nennt diese Photowiderstände. Sie ändern bei Belichtung ihren inneren ίο Widerstand in weiten Grenzen, so daß ein aus einer Gleichstromquelle gelieferter Strom bei Belichtung ein Vielfaches des Wertes annimmt, den er ohne Belichtung des Photowiderstandes hat. Mit Rücksicht auf die Kristallstruktur dieser Photowiderstände ist aber auch hier der Belastungsstrom auf sehr kleine Werte — meist nur Bruchteile von 1 mA — begrenzt.

Die bisherige Praxis hat gezeigt, daß es für betriebssicheres und auf längere Zeit einwandfreies Funktionieren von Schalt- und Steuereinrichtungen notwendig ist, in jedem Fall einen Röhrenverstärker zu verwenden, um die für das Schalten kräftiger Relais oder Schütze notwendige Energie zur Verfugung zu haben. Die Röhrenverstärker haben aber gewisse Nachteile: Die Röhren müssen geheizt werden und unter voller Spannung stehen, damit sie stets betriebsbereit sind. Sie unterliegen also einer dauernden Abnutzung auch dann, wenn die Geräte nur ab und zu einmal schalten müssen. Es ist nie ganz sicher, daß die Röhre nicht gerade dann, wenn eine Schaltung besonders wichtig ist, noch funktionsbereit ist und nicht schon hätte ersetzt werden müssen. Außerdem sind Röhren empfindlich bei rauhem Betrieb, so daß oft Hemmungen bestehen, sie zu verwenden.

Es ist nun weiterhin bekannt, die Vormagnetisierung eines magnetischen Verstärkers direkt durch Photoströme zu steuern. Eine Anordnung dieser Art hat aber den Nachteil, daß die kleinen Photoströme einen magnetischen Verstärker benötigen, dessen Steuerwicklung eine sehr hohe Windungszahl hat, um nennenswerte Verstärkungen zu erzielen. Das bedeutet aber für den Verstärker eine große Zeitkonstante.

Die Erfindung betrifft nun eine Verstärkeranordnung, die von vornherein eine Rückkopplung bewirkt, so daß ein hoher Verstärkungsgrad nicht mehr auf Kosten des Zeitverhaltens der Anordnung geht. Erfindungsgemäß wird das zu betätigende Steuer- oder Regelorgan mit Gleichstrom über Ventile, vorzugsweise in Graetzschaltung, aus einem Wechselstromnetz über magnetische Verstärker gespeist, dessen S teuer wicklung parallel zum Verbraucher liegt und einen lichtelektrischen Empfänger enthält. Der magnetische Verstärker soll durch eine Drossel — oder eine Kombination von Drosseln — mit besonderer Wicklung dargestellt seih, mittels deren die von den lichtempfindlichen Einrichtungen gelieferten kleinen Ströme die Drossel vormagnetisieren und deren Speisespannung dem Verbraucher entnommen wird. Durch diese Magnetisierung wird der induktive Widerstand der Drossel geändert, und durch die rückkoppelnde Wirkung kann mit einem kleinen Strom ein großer Ausgangsstrom ohne wesentliche Verzugszeit gesteuert werden. Nachstehend sind einige Schaltmöglichkeiten beschrieben:

Fig. ι zeigt eine Schaltung mit einem Photowiderstand 9. Die im Wechselstromkreis liegenden Drosselspulen 1, 2 werden durch den Photostrom aus dem Photowiderstand 9 magnetisiert. Der Verbraucher, vorzugsweise ein Relais 7, ist durch einen Gleichrichter 8 gespeist, der über die Drosseln 1, 2 am Wechselspannungsnetz 4 liegt. An der Relaiswicklung 7 entsteht eine Gleichspannung. Diese wird gleichzeitig als Speisespannung für den Photowiderstand verwendet. ' Die Anordnung arbeitet dann so, daß ohne Belichtung infolge der hohen Induktivität der Drosseln nur ein sehr kleiner Strom durch den Wechselstromkreis fließt und auch nur eine kleine Spannung am Relais entsteht. Sie reicht aber aus, um bei Belichtung des Photowiderstandes einen Photostrom zum Fließen zu bringen, der sofort die Drossel magnetisiert und damit den Strom durch den Wechselstromkreis wesentlich vergrößert. Damit wird der Spannungsabfall an der Relaiswicklung 7 ebenfalls größer, und der Photowiderstand erhält eine vergrößerte Speisespannung, wodurch sich erneut der Strom im Arbeitskreis ver- go größert.

Es handelt sich also tatsächlich um eine Rückkopplungsschaltung, die außerdem noch den Vorteil hat, daß die Betriebsspannung für den Photowiderstand nicht aus einer besonderen Stromquelle bezogen werden muß.

In Fig. 2 wird eine Drosselschaltung gezeigt, wobei die Drosseln zwei Wicklungen zur Vormagnetisierung tragen: 3 und 13. Durch die Wicklung 3 wird wie bisher der Photostrom geführt, durch die Wicklung 13 der Arbeitsstrom des Verbraucherkreises, vorzugsweise eines Relais 7 oder Schützes. Die Wicklung 3 besteht vorzugsweise aus relativ vielen Windungen, um mit kleinem Strom eine große Amperewindungszahl zu erreichen. Die Wicklung 13 kann unter Umständen mit einer einzigen Windung auskommen. Durch diese Wicklung 13 wird eine zusätzliche Rückkopplung bewirkt, so daß der dem Verbraucher 7 zugeführte Strom wesentlich verstärkt wird gegenüber dem steuernden Photostrom.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, deren Drossel-Gleichrichter-Anordnung auch als unvollständige Brückenschaltung bezeichnet wird: magnetischer Verstärker mit Selbstsättigung und Gleichstromausgang. Mit den Drosseln 1,2 im Wechselstromkreis liegen je ein Gleichrichterelement 6 und 16 in Reihe, und es wird dadurch eine verstärkende Wirkung erzielt, daß die Ströme jeder Richtung nur über eine Drossel fließen können, wodurch der Laststrom die Magnetisierung selbst verstärkt.

Fig. 4 zeigt ein Anordnung, in der verschiedene Möglichkeiten kombiniert sind. Es sind beispielsweise in Reihe mit den Drosseln 1 Gleichrichterelemente 6 und 16 geschaltet. Ferner ist der Gleichrichter 8 aus den Fig. 1 und 2 zur Speisung des

Verbrauchers 7 mit den Gleichrichterelementen 6 und 16 im Drosselkreis kombiniert worden. Die gleichstromführende Leitung zum Verbraucher 7 ist als zusätzliche Wicklung 13 über die Drosseln dargestellt. In der Anordnung nach Fig. 4 summieren sich die Rückkopplungswirkungen aller Einrichtungen derart, daß durch einen außerordentlich kleinen Photostrom eine sehr große Spannungs- und Stromänderung am Verbraucher 7 herbeigeführt wird. Durch Pfeile ist die Addition der magnetisierenden Wirkung der Wicklungen 3 und 13 angedeutet.

Für die praktische Ausführung von derartigen Schaltungen kann es notwendig sein, zur Begrenzung des maximalen aus der Anordnung zu entnehmenden Stromes oder der maximalen am Photowiderstand anliegenden Spannung eine Gegenkopplung einzuführen, die dann wirksam wird, wenn der Strom einen bestimmten Größtwert über-

so schreitet. Es kann jede der angegebenen rückkoppelnden Wirkungen auch als Gegenkopplung geschaltet werden.

Fig. 5 zeigt als Beispiel, wie die Wicklung 13 der Drosseln im gegenkoppelnden Sinne verwendet wird. Der Photostrom fließt im magnetisierenden Sinne durch die Wicklung 3, die vorzugsweise eine hohe Windungszahl erhält. Durch die Gleichrichterelemente 6 und 16 wird die magnetisierende Wirkung unterstützt. Oberhalb eines gewünschten maximalen Stromes ist die entmagnetisierende Wirkung der Gegenkopplungswicklung 13 so stark, daß eine weitere Erhöhung der Spannung am Verbraucher 7 nicht mehr auftritt.

Claims (4)

Patentansprüche.

1. Mit lichtelektri'schen Zellen bzw. Widerständen arbeitende Steuer- bzw. Regelanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das zu betätigende Steuer- oder Regelorgan mit Gleichstrom über Ventile, vorzugsweise in Graetzschaltung, aus einem Wechselstromnetz über einen magnetischen Verstärker gespeist wird, dessen Steuerwicklung parallel zum Verbraucher liegt und einen lichtelektrischen Empfänger enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gegekennzeichnet, daß die Drosseln eine Ruckoder Gegenkopplung tragen, deren Gleichstrom über Gleichrichter dem zu verstärkenden Wechselstromkreis entnommen wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Gleichstromspeisekreis des zu betätigenden Schalt- oder Regelorgans eine !zusätzliche Wicklung zur Rück- oder Gegenkopplung auf die Drossel aufgebracht ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichter zur Speisung des zu betätigenden Schalt- oder Regelorgans und des Gleichstromvormagnetisierungskreises so angeordnet sind, daß jede Drossel nur von Halbwelten gleichen Vorzeichens des zu verstärkenden Wechselstromes durchflossen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 657 127, 709 546.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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