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Der magnetische Verstärker

 
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Rudi



Anmeldedatum: 17.03.2008
Beiträge: 74

BeitragVerfasst am: Di Mai 20, 2008 11:23 am    Titel: Der magnetische Verstärker Antworten mit Zitat

Über die Publikationen der Teslapress bin ich auf ein vergessenes Stück Technikgeschichte gestoßen - den magnetischen Verstärker. Da dieser aufgrund seiner Einfachheit auch heute als interessante Facette seine Einsatzgebiete hätte will ich kurz sein Grundprinzip beschreiben. Dazumals war (oder ist?) er Bestandteil von Leistungsreglern, Leistungsoszillatoren, Radartechnik, Regelschaltungen (Servomotoren, automatische Landegeräte). Gerade die deutsche Luftwaffe hatte dieses Bauelement perfektioniert. Sein Vorteil ist die Fast-Unverwüstlichkeit. So wird dieses Bauelement auch heute noch in der Weltraumtechnik eingesetzt.
Doch nun zur Funktion. Bekanntermaßen ist der komplexe Scheinwiderstand einer Spule
[math]
X_L=j\omega\cdot L
[/math]
Die Induktivität L berechnet sich für eine lange Spule gemäß
[math]
L=\mu_0\mu_r\cdot N^2\cdot\frac{A}{l}
[/math]
Interessant ist dabei der Faktor [math]\mu_r[/math]. Er beschreibt als Faktor der Vakuumgrundstärke das Verhältnis zwischen magnetischer Feldstärke H und magnetischer Flußdichte B. Ist er größer 1 so wird durch das Kernmaterial die Flußdichte gegenüber einem Vakuumkern verstärkt.
Wichtig ist das die Induktivität und damit der Scheinwiderstand der Spule proportional zu [math]\mu_r[/math] sind. Dies kann man ausnutzen wenn man bedenkt das der Zusammenhang zwischen B und H nur für kleine magnetische Feldstärken linear ist; wird H größer, geht der Kern in die Sättigung und das Feld wird nicht mehr verstärkt. Das bedeuted wiederum das [math]\mu_r[\math] kleiner wird. Dies kann man durch eine Vorsättigung mittels einer Hilfswicklung erreichen, welche durch einen Gleichstromfluß die Vorsättigung regelt. So variiert ein recht kleiner Steuerstrom die Induktivität und damit den Scheinwiderstand der Spule. Eine seriengeschaltete Glühlampe kann so in ihrer Helligkeit geregelt werden.
Interessant ist auch die Rückkoppelmöglichkeit: Indem man einen Teil des Flußstroms durch eine weitere Hilfswicklung zurückkoppelt kann man erreichen das durch einen steigenden Laststrom die Feldstärke im Kern durch einen Gegenfluß verringert wird. Somit steigt die Reaktanz der Spule, der Strom wird geregelt.
In der Publikation wurden auch Audioverstärker bzw. Verstärker/Oszillatoren für Radar und Sonar gezeigt. Auch in der Spannungsstabilisierung sowie Servostabilisierung der Geschütze haben solche magnetischen Verstärker bei der US Navy eine große Rolle gespielt.

Auch heutzutage scheinen diese Bauelemente nicht wirklich vergessen zu sein:
"Magnetic amplifiers were used extensively as the switching element in early switched-mode (SMPS) power supplies[1], as well as in lighting control. They have been largely superseded by semiconductor based solid-state switches, though recently there has been some regained interest in using mag amps in compact and reliable switching power supplies. PC ATX power supplies often use mag amps for secondary side voltage regulation."
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_amplifier
http://focus.ti.com/lit/ml/slup129/slup129.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_amplifier
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Rudi



Anmeldedatum: 17.03.2008
Beiträge: 74

BeitragVerfasst am: Di Mai 20, 2008 1:23 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ein deutscher Wikipedia-Artikel wurde auch noch gefunden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Transduktor_(Elektronik)
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Di Mai 20, 2008 6:23 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ich kann mir schon denken warum dieser "Verstärker" nicht mehr eingesetzt wird: Halbleiter sind kleiner, vieel leichter und auch wirkliche Verstärker, nicht nur eine steuerbare Drossel.

Das dieses Ding in der Raumfahrt eingesetzt wird kann ich mir kaum vorstellen, da wird voll und ganz auf Leichtbau gesetzt.
Eine vollgepackte Ariane 5 zu starten kostet z.B. ca. 150 mio Euro*, will man damit die gekauften 8 Tonnen Nutzlast in eine geostationäre Umlaufbahn bringen kostet damit jedes einzelne Gramm 18,75 Dollar.
Ein Gramm Gold kostet zur Zeit (20.05.2008, 16:30) übrigens (Überraschung!) 18,749 Euro, nur um den Wert eines Satelliten zu verdeutlichen.


*
http://satundkabel.magnus.de/artikel/arianespace-plant-bis-zu-sieben-ariane-5-starts-in-2008-fuenftes-jahr-im-plus.html
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Rudi



Anmeldedatum: 17.03.2008
Beiträge: 74

BeitragVerfasst am: Di Mai 20, 2008 6:44 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Auch heute setzt die NASA noch auf Prozessoren, welche aus niedrigintegrierten Schaltkreisen aufgebaut sind - Pentium & Co. würden ob ihrer feinen Strukturen bei der hohen Strahlenbelastung kaum zuverlässig funktionieren. Zudem sind auch die Temperaturschwankungen extremer.
Und wie dem englischsprachigen Wikipedia zu entnehmen ist werden diese Bauelemente ja auch in jedem ATX-PC-Netzteil verwendet.
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Andi



Anmeldedatum: 05.04.2004
Beiträge: 1925

BeitragVerfasst am: Di Mai 20, 2008 9:20 pm    Titel: Antworten mit Zitat

In der englischen Wikipedia steht nur das diese Dinger in frühen Schaltnetzteilen als Schaltelement verwendet wurden und teilweise heute noch bei der Hochspannungs-Gleichstromübertragung verwendet werden, wohl aber nur weil dafür noch kein so rechter Ersatz zu finden war.
Den einzigen Hinweis den ich auf die Dinger gefunden habe ist eine optionale Verwendung in Sperrwandler-Netzteilen.
Wobei mir noch ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion auffällt: Wenn der Kern in Sättigung getrieben wird geht der Rest der reingesteckten Leistung in Verlustwärme über.
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lokl



Anmeldedatum: 12.03.2008
Beiträge: 6

BeitragVerfasst am: Mo Feb 16, 2009 11:38 am    Titel: Antworten mit Zitat

Hi,
ich komme aus Danmark, und lese hier schon eine ganze Zeitlang mit, jetzt hab ich mich mal entschlossen etwas beizutragen .. Wink

Hab mal etwas herumgesucht und bin auf das IC "UC1838" gestossen.
Der nennt sich "Magnetic Amplifier Controller".....

Soweit dem Datenblatt zu entnehmen ist, schein das ein Controller zu sein der eine zusätzliche, entsrechend dimensionierte Spule auf der Sekundærseite eines Schaltnetzteils kontrolliert in die Sættigung treibt, und damit wohl die Ausgangsspannung regeln kann.

UC1838/2838/3838 datenblatt :
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/29373/TI/UC3838A.html

Farnell hat den UC2838, jedoch verkauft zurzeit nur per 100er einheiten (farnell.dk) Crying or Very sad

Davon hætte ich gerne mal das eine oder andre sample Wink
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