CH148615A - Ferraris relay based on the resonance principle. - Google Patents

Ferraris relay based on the resonance principle.

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CH148615A
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CH
Switzerland
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resonance circuit
leg
pole
coil
ferraris
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German (de)
Inventor
A-G Landis Gyr
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Landis & Gyr Ag
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H53/00Relays using the dynamo-electric effect, i.e. relays in which contacts are opened or closed due to relative movement of current-carrying conductor and magnetic field caused by force of interaction between them
    • H01H53/10Induction relays, i.e. relays in which the interaction is between a magnetic field and current induced thereby in a conductor
    • H01H53/12Ferraris relays

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  • Electromagnets (AREA)

Description

  

      Ferrarisrelais    nach dem Resonanzprinzip.    Die Erfindung bezieht sich auf ein, nach  dem Resonanzprinzip gebautes     Ferrarisrelais,     das sich insbesondere durch grosse Selektivität  und 'guten Wirkungsgrad auszeichnet. Er  findungsgemäss sind für die Erzeugung der,  die Bildung des Drehmomentes bewirkenden  phasenverschobenen Triebflüsse zwei auf die       Ansprechfrequenz    abgestimmte und mitein  ander gekoppelte Resonanzkreise vorgesehen.  



  Die beiden Resonanzkreise des     Ferraris-          relaiskönnen    sich entweder     aus    einem mit einem       Überlagernetz    verbundenen     Serienresonanz-          kreis    und aus einem, mit diesem     induktivgekop-          pelten        Sekundärresonanzkreis    oder aus einem       Serienresonanzkreis    und einem     Parallelreso-          nanzkreis,    die beide in Serie mit dem Über  lagernetz verbunden sind, zusammensetzen.

    Im     erstern    Falle kann zweckmässig die Er  regerspule des     Serienresonanzkreises    an einem       Rückschlussschenkel    und die Erregerspule des       Sekundärresonanzkreises    an dem einem Pol  schenkel eines mit zwei Polschenkeln     ver-          sehenen    Triebeisens angeordnet werden.

   Im       .letztern    Falle kann die Erregerspule des Se-         rienresonanzkreises    an dem einen Polschenkel  und die Erregerspule des     Parallelresonanz-          kreises    an dem andern Polschenkel eines mit  zwei Polschenkeln und einem     Rückschluss-          schenkel    versehenen Triebeisens angeordnet  werden.  



  In der Zeichnung sind in den     Fig.    1 und  2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung  zur Darstellung gebracht.  



  Das in     Fig.    1 schematisch dargestellte       Ferraiisrelais    enthält ein Triebeisen 1, das  zwei Polschenkel 2, 3 und einen     RÜCkSChlnss-          schenkel    4 aufweist. In dem, von den Pol  schenkeln 2, 3 und dem     Rückschlussschenkel     4 gebildeten Luftspalt 5 ist eine Triebscheibe  6 angeordnet. Es sind zwei     Resonanzkreise    7,  8 vorgesehen, von denen der eine, einen mit  dem Netz zu verbindenden     Serienresonanzkreis     und der andere einen, mit diesem induktiv  gekoppelten Sekundärkreis bildet. Beide Re  sonanzkreise 7, 8 enthalten einen Konden  sator 9, 10 und eine Spule 11, 12.

   Hierbei  ist die Spule 11 des     Serienresonanzkreises    7  um das     Rückschlusseisen    4 und die Spule 12      des     Sekundärresonanzkreises    8 um den Pol  schenkel 2 gelegt.  



  Der durch den Polschenkel 3 des Trieb  eisens 1 führende     Magnetfluss    ist nun mit dem,  durch die Spule 11 des     Serienresonanzkreises     7 fliessenden Strom     Ji    im wesentlichen in  Phase. Der durch den Polschenkel 2 geleitete       Magnetfluss    aber dagegen, wenn man von den  Scheiben- und     Eisenverlustströmen    absieht, in  Phase mit den resultierenden     Amperewindun-          gen    der Ströme     J1    und     Js.     



  Für die Bildung eines günstigen Phasen  winkels zwischen dem, durch den Polschen  kel 2 führenden     Magnetfluss    und dem, durch  den Polschenkel 3 führenden     Magnetfluss    und  zur Erzielung eines möglichst grossen, von dem       Sekundärresonanzkreis    8 bestimmten Magnet  flusses ist es jedoch nicht notwendig, den Se  kundärresonanzkreis 8 genau auf Resonanz ab  zustimmen. Die besten Verhältnisse zur Errei  chung eines maximalen Drehmomentes bei Ge  ben der     Ansprechfrequenz    dürften wohl am  zweckmässigsten durch Veränderung der Ka  pazität des     Kondensators    10 bei konstantem  Strom     J1    experimental bestimmt werden.

   Nach  Abstimmung des     Sekundärresonanzkreises    8  wird dann bei Geben der     Ansprechfrequenz     unter     Konstanthaltung    der Spannung, auf  maximalen Strom     Ji        bezw.    maximales Dreh  moment abgestimmt.  



  Bei Geben der     Ansprechfrequenz    sind dann  die Grösse und Phasenbeziehung der Trieb  flüsse derart, dass auf die Triebscheibe 6 ein  maximales     Drehmoment    ausgeübt wird. Die  auf die Scheibe 6 einwirkende     Tagentialkraft     wirkt dann in Richtung von dem Pol des  Schenkels 3 nach dem Pol des Schenkels 2.  Bei Anordnung der Spule 12 des Sekundär  resonanzkreises 8 um den Polschenkel 3 er  folgt eine Verdrehung der Triebscheibe 6 in  der entgegengesetzten Richtung als vorher.  Der Wicklungssinn der Spule 12 des     Sekun-          därresonanzkreises    hat hierbei keinen Einfluss  auf den Drehsinn der Triebscheibe 6.  



  Es ist natürlich nicht unbedingt notwen  dig, die Phasenverschiebung zwischen den  zwei erforderlichen Triebflüssen durch einen  Sekundärstrom zu bewirken. Man kann auch    zur Erreichung des beabsichtigten Zweckes  eine Schaltanordnung     treffen,    wie sie in     Fig.    2  schematisch zur Darstellung gebracht ist.  Hier weist das Triebeisen 1 wiederum zwei  Polschenkel 2, 3 und einen     Rückschlussachen-          kel    4 auf. Um den Polschenkel 2 ist nun die  Spule 11 eines     Serienresonanzkreises    7 und  um den Schenkel 3 die Spule 12 eines     Pa-          r-allelresorianziueises    8 gelegt.

   Mit 8 und 10  sind wiederum die Kondensatoren der beiden  Resonanzkreise 7, 8 bezeichnet. Der Serien  resonanzkreis 7 und der     Parallelresonanzkreis     8, die beide auf die gleiche     Ansprechfrequenz     abgestimmt sind, sind fernerhin in Serien  schaltung mit einem     Überlagernetz    verbunden.  Hier bildet also die Spule 11 mit dein Kon  densator 9 einen     Spannungsresonanzkreis    und  die Spule 12 mit dem Kondensator 10 einen       Stromresonanzkreis.    Der     Parallelresonanzkreis     8 ist nun infolge des     ohmschen    Widerstandes  der Spule 12 und der Eisenverluste, sowie  infolge der Scheibenströme nicht verlustlos.

    Demnach fliesst bei Resonanzfrequenz ein Ver  luststrom durch den     Parallelresonanzkreis    8,  der um nahezu 90   dem Strom in der Spule  12 vorauseilt. Da ferner dieser Verluststrom  auch die Spule 11 durchfliesst, sind der durch  den Polschenkel 2 führende     Magnetfluss    und  der durch den Polschenkel 3 führende Mag  netfluss um nahezu 90   gegeneinander ver  schoben. Durch passende Wahl der W     indungs-          zahlen    der beiden Spulen 11, 12 kann er.  reicht werden, dass die zwei Triebflüsse der  Grösse nach einander gleich sind. Da der  Strom in der Spule 12 grösser als in der  Spule 11 ist, wird man die     Windungszahl     der Spule 12 kleiner, als die der Spule 11  machen.

   Im Bedarfsfalle kann der erforder  liche Verluststrom auch durch einen an die  Spule 12 gelegten Parallelwiderstand künst  lich erhöht werden.  



  Bei Geben der     Ansprechfrequenz    treten  nun die beiden Resonanzkreise in Resonanz.  Die beiden     Triebflüsse    besitzen dann einen  nach Grösse und Phase günstigsten Wert für  die Erzeugung einer, auf die Triebscheibe  einwirkenden     Tagentialkraft,    deren Richtung  vom Wicklungssinne der beiden Spulen ab-           hängig    ist. Ist dagegen die Frequenz der an  gelegten Spannung kleiner als die     Ansprech-          frequenz,    so nimmt wegen der .gestörten Re  sonanz im     Serienresonanzkreise    7 zunächst  der Strom in der Spule 11 etwas ab.

   Da  auch in dem     Parallelresonanzkreis    8 die Re  sonanz gestört ist, wird auch der Strom in  der Spule 12 ebenfalls abnehmen. Je niedriger  ferner die Frequenz ist, desto mehr nähert  sich der     Parallelresonanzkreis    dem Fall, in  dem die Kapazität des     Kondensators    10 über  haupt fehlen würde. Es wird deshalb auch  die 90   Phasenbeziehung zwischen den bei  den Triebflüssen gestört. Bei einer Frequenz,  die über der     Ansprechfrequenz    des     Ferraris-          relais    liegt, sind im wesentlichen die Vor  gänge analog. Nur verschwindet hier, weil  der ohnehin geringere Strom der Spule 11  mehrheitlich durch den Kondensator 10 fliesst,  der Strom in der Spule 12 fast ganz.  



  Obwohl die Form des Triebkernes der- in  den     Fig.    1 und 2 dargestellten     Ferrarisrelais     bezüglich der     Platzausnützung    sehr günstig  ist, können naturgemäss auch anders gestaltete  Triebkerne Benützung finden. So könnten  beispielsweise für die Herstellung der     Fer-          rarisrelais    auch Triebsysteme benützt werden,  wie sie bei Elektrizitätszählern zur Verwen  dung gelangen.  



  Das von, von einer Zentralstelle     ausge-          sandten@teuerfrequenzströmen    in Tätigkeit  gesetzte     Frequenzrelais    soll zur Ausführung  von Arbeitsvorgängen bei Schaltern, Tarif  zählern, Uhren oder zur Überwachung ähn  licher Vorgänge Verwendung finden.



      Ferraris relay based on the resonance principle. The invention relates to a Ferraris relay built according to the resonance principle, which is characterized in particular by great selectivity and good efficiency. According to the invention, two resonance circuits that are matched to the response frequency and coupled with one another are provided for the generation of the phase-shifted drive fluxes causing the formation of the torque.



  The two resonance circuits of the Ferrari relay can be made up of either a series resonance circuit connected to a superimposed network and a secondary resonance circuit inductively coupled to this, or a series resonance circuit and a parallel resonance circuit, both of which are connected in series to the superimposed network .

    In the first case, the excitation coil of the series resonance circuit can expediently be arranged on a return leg and the excitation coil of the secondary resonance circuit on one pole leg of a drive iron provided with two pole legs.

   In the latter case, the excitation coil of the series resonance circuit can be arranged on one pole leg and the excitation coil of the parallel resonance circuit on the other pole leg of a drive iron provided with two pole legs and one return leg.



  In the drawing, two embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 and 2.



  The Ferraiis relay shown schematically in FIG. 1 contains a drive iron 1, which has two pole legs 2, 3 and a RÜCkSChlnss- leg 4. In the air gap 5 formed by the pole legs 2, 3 and the yoke leg 4, a drive pulley 6 is arranged. Two resonance circuits 7, 8 are provided, one of which forms a series resonance circuit to be connected to the network and the other forms a secondary circuit which is inductively coupled to this. Both Re resonance circuits 7, 8 contain a capacitor 9, 10 and a coil 11, 12.

   Here, the coil 11 of the series resonance circuit 7 is placed around the return iron 4 and the coil 12 of the secondary resonance circuit 8 around the pole leg 2.



  The magnetic flux leading through the pole leg 3 of the drive iron 1 is now essentially in phase with the current Ji flowing through the coil 11 of the series resonance circuit 7. On the other hand, if one disregards the disk and iron leakage currents, the magnetic flux conducted through the pole leg 2 is in phase with the resulting ampere turns of the currents J1 and Js.



  For the formation of a favorable phase angle between the magnetic flux leading through the pole leg 2 and the magnetic flux leading through the pole leg 3 and to achieve the largest possible magnetic flux determined by the secondary resonance circuit 8, it is not necessary, however, to use the secondary resonance circuit 8 agree exactly on response. The best conditions for reaching a maximum torque at Ge ben the response frequency should probably be most expediently determined experimentally by changing the capacitance of the capacitor 10 at a constant current J1.

   After tuning the secondary resonance circuit 8, when giving the response frequency while keeping the voltage constant, to maximum current Ji respectively. matched maximum torque.



  When the response frequency is given, the size and phase relationship of the drive flows are such that a maximum torque is exerted on the drive pulley 6. The tangential force acting on the disc 6 then acts in the direction from the pole of the leg 3 to the pole of the leg 2. When the coil 12 of the secondary resonance circuit 8 is arranged around the pole leg 3, the drive disc 6 rotates in the opposite direction than before . The direction of winding of the coil 12 of the secondary resonance circuit has no influence on the direction of rotation of the drive pulley 6.



  It is of course not absolutely neces sary to bring about the phase shift between the two required drive flows by a secondary current. To achieve the intended purpose, it is also possible to use a circuit arrangement as shown schematically in FIG. Here, the drive iron 1 again has two pole legs 2, 3 and a return leg 4. The coil 11 of a series resonance circuit 7 is now placed around the pole leg 2 and the coil 12 of a parallel resonance circuit 8 is placed around the leg 3.

   The capacitors of the two resonance circuits 7, 8 are in turn denoted by 8 and 10. The series resonance circuit 7 and the parallel resonance circuit 8, both of which are tuned to the same response frequency, are also connected in series with a superimposed network. So here the coil 11 with your Kon capacitor 9 forms a voltage resonance circuit and the coil 12 with the capacitor 10 is a current resonance circuit. The parallel resonance circuit 8 is now not lossless due to the ohmic resistance of the coil 12 and the iron losses, as well as due to the disk currents.

    Accordingly, at the resonance frequency, a loss current flows through the parallel resonance circuit 8, which leads the current in the coil 12 by almost 90. Furthermore, since this leakage current also flows through the coil 11, the magnetic flux leading through the pole leg 2 and the magnetic flux leading through the pole leg 3 are displaced by almost 90 relative to one another. By a suitable choice of the number of turns of the two coils 11, 12 he can. It will be enough that the two instinctual flows are equal in size to one another. Since the current in coil 12 is greater than that in coil 11, the number of turns in coil 12 will be made smaller than that of coil 11.

   If necessary, the required leakage current can also be artificially increased by a parallel resistor placed on the coil 12.



  When the response frequency is given, the two resonance circuits now come into resonance. The two drive flows then have a value that is favorable in terms of size and phase for generating a tangential force acting on the drive pulley, the direction of which depends on the direction of the winding of the two coils. If, on the other hand, the frequency of the applied voltage is lower than the response frequency, then the current in the coil 11 initially decreases slightly because of the disturbed resonance in the series resonance circuit 7.

   Since the Re is disrupted in the parallel resonance circuit 8, the current in the coil 12 will also decrease. Furthermore, the lower the frequency, the closer the parallel resonance circuit approaches the case in which the capacitance of the capacitor 10 would be absent at all. The phase relationship between the instinctual flows is therefore disturbed. At a frequency that is above the response frequency of the Ferrari relay, the processes are essentially analog. Only here, because the already lower current of the coil 11 flows mostly through the capacitor 10, the current in the coil 12 almost completely disappears.



  Although the shape of the drive core of the Ferraris relay shown in FIGS. 1 and 2 is very favorable in terms of space utilization, drive cores of different designs can naturally also be used. For example, drive systems like those used in electricity meters could also be used to manufacture the ferrari relays.



  The frequency relay, which is activated by a central office, is used to carry out work processes on switches, tariff counters, clocks or to monitor similar processes.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Ferrarisrelais nach dem Resonanzprinzip, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeu- gung der, die Bildung des Drehmomentes be wirkenden phasenverschobenen Triebflüsse zwei, auf die Ansprechfrequenz abgestimmte und miteinander gekoppelte Resonanzkreise vorgesehen sind. UNTERANSPRüCHE 1. Ferrarisrelais nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der eine der beiden Resonanzkreise aus einem mit dem Netz verbundenen Serienresonanzkreis und der andere aus einem mit diesem induktiv gekoppelten Sekundärresonanzkreis besteht. PATENT CLAIM: Ferraris relay according to the resonance principle, characterized in that two resonance circuits which are matched to the response frequency and coupled to one another are provided for the generation of the phase-shifted drive flows that affect the formation of the torque. SUBClaims 1. Ferraris relay according to patent claim, characterized in that one of the two resonance circuits consists of a series resonance circuit connected to the network and the other consists of a secondary resonance circuit inductively coupled with this. 2. Ferrarisrelais nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule des Serienresonanz- kreises an einem Rückschlussschenkel und die Erregerspule des Sekundärresonanz- kreises an einem Polschenkel eines mit zwei Polschenkeln versehenen Triebeisens angeordnet sind. 2. Ferrari relay according to claim and dependent claim 1, characterized in that the excitation coil of the series resonance circuit are arranged on a return leg and the excitation coil of the secondary resonance circuit on a pole leg of a drive iron provided with two pole legs. 3. Ferrarisrelais nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der eine der beidenResonanzkreiseeinen Serienresonanz- kreis und der andere einen Parallel resonanzkreis bildet, die beide in Serie mit einem Überlagernetz verbunden sind. 3. Ferraris relay according to patent claim, characterized in that one of the two resonance circuits forms a series resonance circuit and the other forms a parallel resonance circuit, both of which are connected in series to a superimposed network. 4. Ferrarisrelais nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule des Serienresonanz- kreises an dem einen Polschenkel und die Erregerspule des Parallelresonanzkreises an dem andern Polschenkel eines mit zwei Polschenkeln und einem Rückschlussschen- kel versehenen Triebeisens angeordnet sind. 4. Ferrari relay according to claim and dependent claim 3, characterized in that the excitation coil of the series resonance circuit is arranged on one pole leg and the excitation coil of the parallel resonance circuit on the other pole leg of a drive iron provided with two pole legs and one return leg.
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