Gleichstromerregte Induktanz mit Relaiswirkung. Es ist bekannt, dass eine gleichstrom erregte, von Wechselstrom durchflossene In duktanz bei geeigneter Bemessung die Eigenschaft hat, dass der durchfliessende Wechselstrom innerhalb weiter Grenzen bei nahe proportional der wirksamen Gleich stromerregung wird. Da die Leistung des Wechselstromes vielmal grösser als die des sättigenden Gleichstromes gemacht werden kann, kann die Wirkung der Anordnung oft mit der Wirkung eines Relais verglichen werden, in dem eine kleine Leistung zum Auslösen einer grösseren verändert wird.
Es ist auch bekannt, dass man die Einwirkung des Gleichstromes auf dem Wechselstrom durch eine Eigenerregung der Induktanz ver stärken kann, indem man den durchfliessen den Wechselstrom oder einen dazu proportio nalen Strom gleichrichtet und - mit dem er zeugten Gleichstrom eine Erregerwicklung speist.
In gewissen Fällen ist es zweckmässig, dass die gesteuerte Leistung ziemlich stetig mit der steuernden wächst, in andern kann es wünschenswert sein, dass die erstere plötz lich steigt oder fällt, wenn die letztere einen gewissen Wert über- oder unterschreitet, wo durch die Wirkung der eines gewöhnlichen Relais mit mechanisch beweglichem Kontakt ähnlich wird.
Gemäss der Erfindung wird eine Wir kung der letztgenannten Art durch eine ge wisse Bemessung des greises für die Eigen erregung der Induktanz erreicht. Die nähere Bedingung für das Erreichen dieser Wirkung geht aus den der folgenden Beschreibung be gleitenden Diagrammen der Wirkungsweise hervor und kann, wie man findet, so ausge drückt werden,
dass der Höchstwert des Dif ferentialquotienten des die Induktanz durch fliessenden Wechselstromes in Funktion der gesamten Gleichstromerregung grösser sein soll als der Mindestwert des Differential quotienten desselben Wechselstromes in Funktion des durch Gleichrichtung dieses Wechselstromes erzeugten Gleichstromes. Dies hat zur Folge, dass die Induktanz mit zwei stabilen, voneinander wesentlich ab weichenden Werten des durchfliessenden Wechselstromes arbeiten kann.
Welcher die ser Werte sich einstellen wird, hängt dann von dem nächst vorhergehenden Zustand ab, den man mittels der unabhängigen Erregung herstellen kann, indem bei vorhergehender hoher Erregung der Wechselstrom den hohen Wert annimmt, bei vorhergehender niedriger oder (im Verhältnis zur Eigen erregung) negativer Erregung der Wechsel strom den niedrigen Wert annimmt.
Drei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung in Fig. 1, 3 und 4 schematisch dargestellt, während Fig. 2 und 5 Diagramme der Wirkungsweise darstellen.
In Fig. 1 ist 1 die als Relais dienende Induktanz, die in Reihe mit einem Organ 2, zum Beispiel einer Läutglocke oder einer Auslösespule, die einen verhältnismässig star ken Strom für ihre Betätigung erfordert, an zwei Wechselstromklemmen 3 geschaltet ist. Das Organ 2 kann auch eine Gleichrichter gruppe derselben Art wie 7 und 9 in Verbin dung mit einer besonderen gleichstromge sättigten Induktanz darstellen, um die erhal tene Wirkung zu verstärken. Die Induktanz wird von drei Gleichstromwicklungen 4, 5; 6 beeinflusst.
Die Wicklung 4 liegt in Reihe mit der Induktanz selbst über eine Gleich richtergruppe (ein Graetz-Vieleck) 7 parallel zu einem Widerstand ss, der innerhalb gewis ser Grenzen regelbar sein soll, so dass der Gleichstrom im Verhältnis zum Wechsel strom in unten näher zu beschreibender Weise geregelt werden kann. Die Wicklung 5, die der vorher genannten entgegenwirkt, ist an den Wechselstromklemmen über eine andere Gleichrichtergruppe 9 in Reihe mit einem Widerstand 10 angeschlossen, der durch einen Kontakt 11 kurzgeschlossen wer den kann, welcher schaubildlich als ein Druckknopf dargestellt ist, aber in beliebiger Weise beeinflussbar und in der Regel ent fernt vom Apparat angebracht ist.
Die dritte Gleichstromwicklung 6 wirkt in demselben Sinne wie die Wicklung 4 und ist auch an die Gleichrichtergruppe 9 über einen beson deren Kontakt 12 angeschlossen.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird durch Fig. 2 veranschaulicht. In dieser Figur bezeichnet die voll ausgezogene<B>V-</B> förmige Kurve A den Wechselstrom durch die Induktanz 1 (Ordinate) als Funktion der resultierenden, den Eisenkern sättigen den Gleichstromampèrewindungen (Abszisse). Diese Kurve ist auf Versuchswerte gegrün det und ist wenigstens annähernd um die Ordinatenachse symmetrisch, da der Charak ter der Induktanz von der Richtung des sät tigenden Gleichstromes unabhängig ist.
Bei kleiner Gleichstromerregung hat die Induk tanz einen hohen und der durchfliessende Wechselstrom einen entsprechend niedrigen Wert; bei sehr hohen Gleichstromwerten nähert sich die Induktanz einem niedrigen, konstanten Wert; dazwischen kann, wie die Versuche gezeigt haben, der Wechselstrom ziemlich nahezu proportional dem Gleich strom werden.
In kleinem Masse wird die Kurve von der gesamten Impedanz des Wechselstromkreises abhängig: Die gestrichelte Gerade B durch den Nullpunkt stellt dagegen die Amperèwindun- gen des Gleichstromes in der Wicklung 4 (Abszisse) als Funktion des Wechselstromes (Ordinate) dar, das heisst sie kann gewisser massen mit der Widerstandsgeraden im Strom - Spannungsdiagramm einer Gleich strommaschine verglichen werden.
Indem man diesen Gleichstrom mit andern konstan ten Gleichstromerregungen zusammenwirken oder ihm dieselben entgegenwirken lässt, er hält man die verschiedenen ausgezogenen Ge raden C, D, E parallel zur Geraden B.
Die reine Selbsterregungsgerade B ver tritt, wie genannt, physikalisch gesehen, die Amperewindungen in der Wicklung 4 als Funktion des Wechselstromes durch die In duktanz 1, aber sie 'kann natürlich rein mathematisch auch derart aufgefasst werden, dass sie die letztere Grösse als Funktion der ersteren vertritt, wodurch die Kennzeichnung der Erfindung eine einfache mathematische Form erhält.
In dieser Ausführungsform wird die Funktion von einer wesentlich ge raden Linie vertreten und hat also eine kon stante Ableitung, deren Wert durch den Widerstand 8 genau eingestellt werden kann. Eine Einstellung kann natürlich auch durch Änderung der Windungszahl der Wicklung 4 erfolgen. Erfindungsgemäss soll die ge nannte Ableitung - oder der Mindestwert derselben, falls die Linie schwach gekrümmt ist - unter allen Umständen kleiner als der Höchstwert der Ableitung der Kurve A sein.
Dies hat zur Folge, dass die Linie B, die die Kurve<I>A</I> in einem Punkt<I>b</I> schneidet und also eine hohe Erregung, entsprechend einem hohen Wert des durchfliessenden Wechsel stromes, ergibt, durch das Einführen einer schwachen Gegenerregung, zum Beispiel durch die Wicklung 5 in Reihe mit dem Widerstand 10, also bei unterbrochenem Kontakt 11, in die Linie C übergeht, die die Kurve A in drei Punkten cl, c2, es schneidet. Falls die Linie B die vorherige Erregung vertritt, geht die Erregung- nur an den Schnittpunkt c' zurück, das heisst sie verur sacht nur eine unbedeutende Änderung des Wechselstromes.
Falls man dagegen eine stärkere Gegenerregung einführt, zum Bei spiel durch Kurzschliessen des Widerstandes 10 mittelst des Kontaktes 11, kann man die Erregerlinie<I>D</I> erhalten, welche die Kurve<I>A</I> in einem Punkt d nahe dem Koordinaten ursprung schneidet, was also einem niedrigen Wert des Wechselstromes entspricht. Wenn man nun den Kontakt 11 wieder unterbricht, geht der Strom nicht zu dem Punkte c1 zu rück, sondern verbleibt bei dem untern Schnittpunkt c' zwischen der Linie C und der Kurve A, weil der zwischenliegende Schnittpunkt c2 labil ist.
Die Induktanz ver hält sich also wie ein Relais ohne selbsttätige Rückführung oder mit Rückführung- für eine wesentlich niedrigere Stromstärke, welches den Wechselstrom praktisch unterbricht, so bald der Kontakt 11 geschlossen wird.
Falls nun anderseits der Kontakt 12 ge schlossen wird, so erhält man die Erregungs- linie E, welche die Kurve A nur in dem sta bilen Punkt e schneidet, und wenn der Kon takt 12 wieder frei gelassen wird, geht der Strom nur um einen unbedeutenden Wert zu dem ursprünglichen Punkt c" zurück. Hier kann man also die Wirkung mit der eines Relais vergleichen, welches beispielsweise durch einen Selbstspeisekontakt oder mecha nische Mittel in geschlossenem Zustande ge halten wird, auch nachdem der Schliess impuls aufgehört hat.
Man kann auch eine mit der beschriebe nen im wesentlichen gleichartige Arbeits weise des Relais durch nur zwei Wicklungen dadurch erreichen, dass man die Selbsterre gungslinie etwas gekrümmt macht, indem man eine Impedanz von gebrochener oder ge krümmter Charakteristik in den Selbsterre gungskreis schaltet. Zwei verschiedene Aus führungsformen zu diesem Zweck zeigen Fig. 3 und 4. In beiden diesen Figuren sind die Gleichstromwicklungen der Induktanz 1 mit 4 und 5 bezeichnet, von der die erstere eigenerregt und die letztere abwechselnd mit- und entgegenwirkend ist.
Die Wicklung 4 wird über die Gleichrichtergruppe 7 parallel zu einem ohmschen Widerstand 13 und in Reihe mit einer Glimmlampe 14 gespeist. Durch diese Schaltung wird erreicht, dass der Strom in der Wicklung 4 nicht mehr der ge raden Linie B der Fig. 2, sondern der gebro chenen Linie F der Fig. 5 folgt, indem kein Strom durch die Wicklung 4 zustande kommt, bevor die Spannung an den Klem men des Widerstandes 13 die Sperrspannung der Glimmlampe überschreitet, während der Strom oberhalb dieses Wertes linear mit der Spannung steigt.
Die Linie F schneidet, wie die Linie C der Fig. 2, die Kurve A in drei Punkten<B><I>f', f', f',</I></B> von welchen der mittlere labil ist. Einzig mit dieser Erregung kann der Wechselstrom also zwei voneinander weit getrennte Werte in Abhängigkeit von dem vorhergehenden Erregungszustand an nehmen. Letzterer kann durch die Wicklung 5 bestimmt werden, indem ein negativer Er regerimpuls in dieser Wicklung die Linie G mit dem. Schnittpunkt g, ein positiver da- gegen die Linie<I>H</I> mit dem Schnittpunkt<I>h</I> ergibt.
Derartige Impulse können durch die zweipoligen Druckknöpfe 15, 16 erzeugt wer den, die die Wicklung 5 abwechselnd in bei den Richtungen an die Gleichstromklemmen des Graetz-Vielecks 9 anschliessen. Die Druck knöpfe können selbstverständlich durch selbsttätig beeinflusste Kontakte ersetzt wer den, oder man kann beispielsweise den Er regerstrom in der Wicklung 5 den Unter schied zwischen einem gewissen Sollstrom oder Sollspannung und einem Iststrom bezw. Istspannung vertreten lassen, die um irgend eine Grösse schwankt, die man durch das Ge rät 2 beeinflussen kann, wenn sie gewisse Werte über- oder unterschreitet.
Der geneigte Teil der Linie F kann auch so hoch liegen, dass dieser Teil die Kurve A nicht schneidet, und in diesem Falle wirkt die Anordnung ohne Zusatzerregung als ein entregtes, mit positiver Zusatzerregung als ein erregtes Relais, wobei der Übergang zwischen den beiden Zuständen in jedem Falle plötz lich bei den Werten der Zusatzerregung er folgt, für die die gebrochene Linie H die Kurve A tangiert (bezw. im Knickpunkt be rührt).
Fig. 4 zeigt schliesslich zwei voneinander unabhängige Abänderungen der Fig. 3. Die eine Abänderung bedeutet, dass das die Wick lung 4 speisende Graetz-Vieleck 7 in Serie mit einer Eisen enthaltenden Induktanz 17 und zusammen mit letzterer parallel zu einer eisenlosen Induktanz 18 geschaltet ist. Die Wirkung ist im wesentlichen dieselbe wie bei der Anordnung des Widerstandes 13 und der Glimmlampe 14 auf der Gleichstromseite, nämlich dass der Strom durch die Wicklung 4 gering wird, so lange das Eisen der Induk tanz 17 ungesättigt bleibt, indem diese In duktanz dann einen viel höheren Wert als die Induktanz 18 hat. Mit eintretender Sättigung des Eisens bekommt der Strom einen beinahe geradlinigen Verlauf.
Die den Strom der Wicklung 4 wiedergebende Kurve erhält im untern Teil einen etwas gleichförmigeren, ge krümmten Verlauf als die Linie F der Fig. 5, aber im übrigen denselben Hauptcharakter wie diese.
Die zweite Abänderung der Fig. 4 gegen über Fig. 3 bedeutet nur, dass die Umkehrung des Stromes durch die Wicklung ;5 mittelst zwei einpoliger Kontakte 19, 20 und eines Potentiometerwiderstandes 21 erfolgt.
Für Fig. 3 und 4 ist es gemeinsam, dass infolge der besonderen Form der Selbsterre gungslinie die äussere Erregung, bei der das Relais mit zwei wesentlich verschiedenen Wechselstromwerten arbeitet, gleich null ist. Falls man nach Fig. 1 eine besondere Wiek- Jung 5 zur Schaffung dieser äusseren Er regung verwendet, kann man natürlich zur Verstärkung dieser Erregung einen Strom in entsprechender Richtung durch die Wicklung 6 schicken, anstatt den Widerstand 10 kurz zuschliessen.
In allen den genannten Fällen erhält man nebst der äussern Gesamterregung, bei der die Induktanz mit zwei wesentlich verschiedenen Wechselstromwerten arbeitet, in beiden Sinnen wirkende Zusatzerregungen solcher Stärke, dass der äusseren Summen erregung in beiden Fällen nur ein bestimmter Wert des Wechselstromes entspricht.
Bei sämtlichen Ausführungsformen be steht auch die Möglichkeit, dass verschiedene Erregerströme durch dieselbe Wicklung ge leitet werden, falls nur die Stromkreise im übrigen so beschaffen sind, dass die Ströme hierdurch nur unbedeutend beeinflusst wer den, das heisst falls der Widerstand der Er regerwicklung im Verhältnis zur Impedanz des übrigen Kreises vernachlässigt werden kann.
Es ist ja allgemein bekannt, dass, wenn zwei übrigens getrennte Stromkreise, jeder mit hohem Widerstand, lediglich einen Teil mit nur kleinem Widerstand gemeinsam haben, sich diese Stromkreise gegenseitig nicht merkbar beeinflussen, sondern dass man im gemeinsamen Teil einfach mit einer Super position der beiden durch die grossen Wider stände bestimmten Ströme rechnen kann. Be sonders in solchen Stromkreisen, die gleich artig mit den Betätigungskreisen von Relais wirken sollen, sind die Widerstände oft sehr hoch, ohne dass besondere Massnahmen hierfür nötig sind.