<B>Anordnung zur Impulsgabe.</B> Für viele Verwendungszwecke, z. B. zur synchronen Auslösung von Schaltern in Hoch spannungsanlagen, ist es erforderlich, einen Impuls zu einem genau bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Nulldurchgang eines Wech selstroms zu geben. Ein Mittel hierzu besteht in der Verwendung eines Übertragers mit hochwertigem Eisenkern, der einen scharfen Knick in der Magnetisierungskurve besitzt (rechteckige Magnetisierungakurve) und der schon bei geringen Werten des die Primär wicklung .durchsetzenden Wechselstroms ge. sättigt ist.
Solange das Eisen gesättigt ist, also keine Änderung des magnetischen Zustandes eintritt, wird in der Sekundärwicklung kein Strom induziert. Erst wenn der Primärstrom Null wird, oder kurz danach, tritt in der Se kundärwicklung ein Strom auf, der unter Ver- nachlässigung des Übersetzungsverhältnisses ebenso wie der Strom in der Primärwicklung verläuft. Dieser Sekundärstrom gleicht dem Primärstrom so lange, bis das Eisen um magnetisiert ist, das heisst bis das Sättigungs gebiet wieder in anderer Richtung erreicht ist.
Von diesem Augenblick an induziert die Pri- märwicklung keinen Strom mehr in der Se kundärwicklung, und dieser klingt daher ent sprechend der Zeitkonstante der Sekundär wicklung auf Null ab. Der Strom in der Se- kundärwicklung setzt also frühestens beim Nulldurchgang des Primärstroms ein. Häufig ist es jedoch von Nachteil, dass alle von dem Sekundärstrom ausgelösten Vorgänge zeitlich nach dem Nulldurchgang des Primärstroms liegen.
Dieser Nachteil kann beispielsweise da durch behoben werden, dass der Übertrager eine Wicklung erhält, durch welche das Eisen vormagnetisiert wird, so dass bei geeigneter Richtung der Vormagnetisierung der Strom in der Sekundärwicklung schon früher als beim Nulldurchgang des Primärstroms ein setzt.
Bei einer solchen Anordnung muss man jedoch einen verhältnismässig hohen Wider stand im Stromkreis der Vormagnetisierungs- wicklung einfügen, um Rückwirkungen des Primärstroms auf den Vormagnetisierungs- kreis zu vermeiden. Ausserdem besteht Gefahr, dass die Impulsgabe zum unrichtigen Augen blick erfolgt, wenn durch irgendeine Störung der Vormagnetisierimgsstrom verschwindet.
Nach der Erfindung kann man diesen Nachteil dadurch vermeiden, .dass man zwar für den Kern des Übertragers ein Material verwendet, das einen scharfen Knick in der Magnetisierungskurve besitzt, wobei aber die Magnetisierungskennlinie des Kerns zwischen den beiden Knickpunkten einen Winkel von weniger als 90 mit der Abszissenachse ein schliesst.
Eine solche Schrägstellung hat zur Folge, dass der Knick der Magnetisierungs- kurve, also der Punkt, in welchem der Fluss sieh ändert, bereits vor dem Nullwert des Primärstroms liegt. Man kann daher den Im puls bereits vor dem Nulldurchgang des Pri märstroms geben.
Wenn daher der Impuls bei spielsweise dazu dient, einen Schalter im Se- kundärstromkreis auszulösen, so kann der Im- püls so rechtzeitig auf den Schalter gegeben werden, dass die Auslösung im Nulldurchgang oder in unmittelbarer Nähe des Nulldurchgan ges des Primärstroms erfolgt.
Diese Verbesse rung ist auch bei solchen Anordnungen wert voll, bei denen im Primärstromkreis mit Hilfe einer gesättigten Drosselspule in bekannter Weise eine kurze stromschwache Pause erzeugt wird, während deren Dauer eine Abschaltung des Kreises erfolgen soll.
In Fig.1 der Zeichnung ist die Magneti- sierungskennlinie des Eisenkreises der Anord nung gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar ist über den Strom J der Flüss 0 auf getragen. Man sieht, dass die-Magnetisierungs- kennlinie im Sättigungsgebiet horizontal ver läuft und der Übergang zwischen den scharfen Knickpunkten durch Gerade erfolgt, die ge genüber der Abszissenachse geneigt sind.
In Fig.2 ist der Verlauf des Primärstroms J, und des Sekundärstroms J; über der Zeit t dargestellt. Erreicht der abnehmende Primär strom den Wert J'" welcher dem obern linken Knickpiimkt der Magnetisierungskurve ent spricht, so tritt eine Änderung des Flusses ein. Die Folge davon ist, dass im Sekundärkreis ein Strom J2 von Null aus ansteigend ent steht, der bis zum Nulldurchgang des Primär stroms dessen Verlauf bildet.
Wenn der Pri märstrom infolge einer im Primärstromkreis liegenden Schaltdrosselspule eine kurze Zeit Null wird, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, klingt der Sekundärstrom Jz entsprechend der Zeitkonstante des Sekundärstromkreises ab.
Wird durch den Sekundärstromkreis beispiels weise ein Auslöser betätigt, so wird man die Auslösestromstärke so wählen, dass bei einem Sekundärstrom von der Grösse J'; die Aus lösung erfolgt, so dass der Impuls zur Aus lösung .des Schalters zeitlich vor dem Null durchgang des Primärstroms gegeben wird und daher der Schalter unter Berücksichti gung seiner Eigenzeit in der stromschwachen Pause ausgelöst wird.
Da der Sekundärstrom in dem kurzen Zeitabschnitt zwischen seinem Beginn und der Erreichung der Au slösestrom- stärke annähernd ein Abbild des Verlaufes des Primärstroms gibt, kann durch den Auslöser in diesem kurzen Zeitabschnitt der Verlauf des Primärstroms genau überwacht werden, so dass der Auslöser früher oder später an spricht, je nachdem der Primärstrom den tat sächlichen Nullwert (Beginn ,der Stufe) schneller oder langsamer erreicht oder über haupt eine Auslösung vermeiden, wenn der Primärstrom einen bestimmten Grenzwert.
nicht unterschreitet, sondern aus irgendeinem Grunde wieder ansteigt.
Wie bereits erwähnt, sind für Übertrager hochwertige Eisensorten entwickelt worden, die eine rechteckförmige Magnetisierungskurve besitzen und bei denen die Verluste im Eisen gering sind, so dass die Breite der reehteck- förmigen Hysteresisschleife klein ist.. Um einem Übertrager mit einem derartigen Eisen kern eine Magnetisierungskennlinie zu geben, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, kann man in den Eisenkern einen kleinen Luftspalt ein fügen.
Die für die Übertrager erforderlichen Eisensorten hat man bisher als Ringe aus fortlaufend aufgewickeltem Eisenband herge stellt. Wenn man aus einem solchen Band zur Herstellung eines Luftspaltes ein kurzes Stück auch mit äusserster Vorsicht abschneidet, so ist das Material unmittelbar im Bereieh seiner Schnittstellen seiner günstigen magnetischen Eigenschaften beraubt, so dass man aus den bisher bekannten bandförmigen gewickelten Eisenkernen nicht ohne weiteres einen solchen mit Luftspalt herstellen kann, welcher die Eigenschaften besitzt, wie sie in Fig. 1 der Zeichnung angegeben sind.
Eine Möglichkeit, aus einem solchen Mate rial einen magnetischen Kreis herzustellen, welcher die Eigenschaften gemäss Fig.1 be sitzt, besteht nun beispielsweise darin, dass man aus abgeschnittenen Bandstücken einen viereckigen Eisenkreis in der Weise aufbaut, dass sich die Bandstücke an den Enden über decken, wobei die durch den Schnitt verdor benen Teile über die Enden des aufgebauten Viereckes hinausragen, also ausserhalb des für den Fluss in Betracht kommenden Teils liegen.
Man wird also die Bleche der senkrecht zu- einanderstehenden Schenkel abwechselnd unter Zwischenschaltung eines Luftspaltes überein andersehichten; allerdings ist bei einer solchen Anordnung der Füllfaktor kleiner als Einen hohen Füllfaktor kann man errei chen, wenn man zwei parallele Schenkel des Übertragers aus derartigen Bandstücken zu- sammensetzt und die magnetische Verbindung zwischen diesen beiden Schenkeln mit Hilfe von Zwischenschenkeln ausführt, die stumpf mit den andern Schenkeln zusammenstossen.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in den Fig.3 und 4 dargestellt, wobei Fig. 4 die Draufsicht bei abgenommener Spule 5 dar stellt. Mit 1 sind die beiden Schenkel bezeich net, die aus abgeschnittenen und aufeinander geschichteten Bandstücken eines als Ring fort laufend aufgewickelten Eisenbandes aufgebaut sind. Der magnetische Kreis wird über einen Luftspalt 3 durch zwei Zwischenschenkel 2 geschlossen,
die aus dem gleichen Material wie die Schenkel 1 oder aus anderem Material auf gebaut sein können. Wesentlich ist nur, dass der Querschnitt der Übergangsstelle zwischen den Schenkeln 1 und 2 und damit der Quer schnitt der Zwischenschenkel so gross gewählt ist, dass die Übergangsstelle nicht in das Sätti gungsgebiet kommt. Dies ist aus dem Grunde erforderlich, weil in dem Schenkel 1 nur dann eine rechteckige Charakteristik vorhanden ist, wenn die Kraftlinien in Längsrichtung der Blechstücke verlaufen.
Man muss daher dafür sorgen, dass die Übergangsstellen zwischen dem Schenkel 1 und dem Schenkel 2 so gross ge wählt werden, dass in dem Bereich der Schen kel 1, in welchem die Kraftlinien von der Längsrichtung der Bandstücke abweichen, keine Sättigung eintritt. Das bedeutet mit an dern Worten, dass der Querschnitt der Zwi schenschenkel mindestens gleich dem Doppel ten der Schenkel 1 sein muss.
Man wird ihn zweckmässig grösser wählen, damit der Einfluss der Zwischenschenkel iuid der an diese an grenzenden Teile der Schenkel 1 vernachläs sigt werden kann, so dass sich die magnetische Charakteristik aus der Charakteristik der Schenkel 1 zwischen den Schenkeln 2 und den Luftspalt zusammensetzt. Im Ausführungsbei- spiel sind die beiden Schenkel 1 bewickelt. Die Wickhuig ist nur schematisch angedeutet und mit 5 bezeichnet. Sie kann als Scheibenwick lung oder als Röhrenwicklung, die Primär und Sekundärwicklung enthält, ausgebildet sein.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Er findung zeigen die Fig. 5 und 6. Hier sind zwei Kerne 6 aus ringförmig aufgewickeltem Band vorhanden, die je einen Luftschlitz 7 besitzen. Die beiden Ringe sind unter Ein haltung eines dünnen Luftspaltes 8 aufeinan- dergesetzt. Die Schlitze 7 der beiden Ringe sind gegeneinander, und zwar vorzugsweise, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, um 180 versetzt.
Zur Erzeugung der rechteckförmigen Kennlinie, die durch den Luftspalt zwischen den beiden Ringkernen entsprechend Fig. 1 umgeformt wird, dienen lediglich die Blech teile des Kernes, die über- bzw. unterhalb des Schlitzes des -andern Kernes liegen. Die an dern Teile des Kernes dienen als Rückschluss weg für den Kraftlinienfluss und besitzen einen solchen Querschnitt, dass sie nicht ge sättigt werden.
Es muss daher auch die Ober fläche eines Ringes zwischen den beiden Schlitzen mindestens gleich dem Doppelten oder einem Mehrfachen des Querschnittes eines Ringkernes sein, da in den Teilen zwi schen den beiden Ringen die Kraftlinien nicht mehr in Richtung des aufgewickelten Bandes verlaufen, sondern vom obern Ring zum untern Ring übergehen.
Die Primär- und Sekundärwicklungen kann man als Ringspulen auf die Eisenringe auf wickeln. Man kann aber auch Scheibenspulen verwenden, die auf die Ringe aufgefädelt werden, indem man zunächst,die beiden Ringe so legt, dass ihre Schlitze übereinanderliegen und dann die Scheibenspulen unter Verwen dung dieser Schlitze auf die ringförmigen Kerne auffädelt und hierauf den einen Ring kern gegen den andern um 180 dreht.
Eine andere Möglichkeit für die Anordnung eines Luftspaltes besteht darin, dass man einen Kern mit ringförmig aufgewickeltem Eisen band unter Zwischenschaltung eines kleinen Luftspaltes auf zwei in Abstand voneinander an geordneten Schenkeln aufsetzt. Ein Aus führungsbeispiel zeigen die Fig. 7 und B. Wie aus den Figuren ersichtlich, sitzt ein Ring kern 10 unter Zwischenschaltung eines klei nen Luftspaltes 11 auf zwei Schenkeln 12 auf, die über ein Joch 13 geschlossen sind.
Die Schenkel 12 können, wie im linken Teil der Fig. 8 dargestellt ist, rechteckförmig sein, oder auch ähnlich wie bei einem Transformator abgesetzt, und zwar entweder nur aussen, wie im untern rechten Teil der Fig. 8, oder aueh aussen -und innen, wie im obern Teil der Fig. 8 dargestellt. Der Flussverlauf ist durch Pfeile gekennzeichnet.
Die reehteckförmige Magnetisierungskennlinie wird durch den Flussverlauf in den Teilen des Ringkernes 10 erzeugt, die zwischen den beiden Schenkeln 12 liegen. Die übrigen Teile des Ringkernes die nen zur Überführung dieses Flusses in die Schenkel, und da bei ihnen die Kraftlinien nicht mehr in Richttuig des aufgewickelten Bandes verlaufen, muss, wie:
auch im Ausfüh rungsbeispiel dargestellt, ihre Oberfläche grö sser sein als dem Querschnitt des Ringkernes entspricht, damit in diesen Teilen des Ring kernes und auch in den Schenkeln keine Sätti- g-ung auftritt. Aiich das Joch 13 muss für die Charakteristik des magnetischen Kreises ver- nachlässigbar sein.
Die Primär- und Sektuidärwicli:ltlngen kön nen, wie schematisch im Ausführungsbeispiel dargestellt, als Ringspulen 14 aufgewickelt werden, wobei die Primär- und Sektundärwick- lungen entweder übereinander oder neben einander angeordnet sind. Man kann aber auch eine Spule, die Primär- und Sekundär wicklung enthält, über den Kern schieben, so dass sie diesen von aussen umfasst, wodurch das Aufwickeln auf den Kern vermieden wird. Es ist nicht erforderlich, dass ein Kreisring verwendet wird.
Man kann auch einen Ring kern verwenden, der zusammengedrückt ist und die Form eines länglichen Rechteckes be sitzt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Soweit die Teile mit -denen der Fig. 7 und 8 überein stimmen, sind die gleichen Bezugszeichen ge wählt. Bei der Anordnung nach Fig. 9 ist eine Spule 15, die Primär- und Sekundär- Wicklung enthält, über den Kern geschobei Der Füllfaktor wird nahezu gleich eins.
<B> Arrangement for generating pulses. </B> For many purposes, e.g. B. for synchronous triggering of switches in high-voltage systems, it is necessary to give a pulse at a specific point in time with respect to the zero crossing of an alternating current. One means of doing this is to use a transformer with a high-quality iron core, which has a sharp kink in the magnetization curve (rectangular magnetization curve) and which even at low values of the alternating current penetrating the primary winding. is saturated.
As long as the iron is saturated, i.e. no change in the magnetic state occurs, no current is induced in the secondary winding. Only when the primary current becomes zero, or shortly thereafter, does a current appear in the secondary winding which, ignoring the transformation ratio, runs just like the current in the primary winding. This secondary current is the same as the primary current until the iron is magnetized around, that is, until the saturation area is reached again in the other direction.
From this moment on, the primary winding no longer induces any current in the secondary winding, and this therefore decays to zero in accordance with the time constant of the secondary winding. The current in the secondary winding starts at the earliest when the primary current crosses zero. However, it is often a disadvantage that all processes triggered by the secondary current occur after the primary current has passed zero.
This disadvantage can be eliminated, for example, by providing the transformer with a winding through which the iron is premagnetized, so that with a suitable direction of the premagnetization, the current in the secondary winding starts earlier than when the primary current crosses zero.
With such an arrangement, however, a relatively high resistance must be inserted in the circuit of the premagnetization winding in order to avoid repercussions of the primary current on the premagnetization circuit. There is also a risk that the impulse will be given at the wrong moment if the Vormagnetisierimgsstrom disappears due to some disturbance.
According to the invention, this disadvantage can be avoided by using a material for the core of the transformer that has a sharp kink in the magnetization curve, but the magnetization characteristic of the core between the two kink points has an angle of less than 90 with the The abscissa axis.
Such an inclination has the consequence that the kink in the magnetization curve, ie the point at which the flux changes, is already before the zero value of the primary current. You can therefore give the pulse before the zero crossing of the primary current.
If, for example, the pulse is used to trigger a switch in the secondary circuit, the pulse can be applied to the switch in good time for triggering to occur at the zero crossing or in the immediate vicinity of the zero crossing of the primary current.
This improvement is also worthwhile in those arrangements in which a short low-current break is generated in the primary circuit with the aid of a saturated choke coil in a known manner, during the duration of which the circuit should be switched off.
In FIG. 1 of the drawing, the magnetization characteristic of the iron circuit of the arrangement according to the invention is shown, namely, the liquid 0 is carried over the current J. It can be seen that the magnetization curve runs horizontally in the saturation area and the transition between the sharp kink points is made by straight lines that are inclined with respect to the abscissa axis.
FIG. 2 shows the course of the primary current J and the secondary current J; shown over time t. When the decreasing primary current reaches the value J '"which corresponds to the upper left bend of the magnetization curve, the flux changes. The consequence of this is that a current J2 increases in the secondary circuit from zero, which goes up to the zero crossing the primary stream whose course forms.
If the primary current due to a switching inductor located in the primary circuit becomes zero for a short time, as shown in FIG. 2, the secondary current Jz decays according to the time constant of the secondary circuit.
If, for example, a trigger is actuated by the secondary circuit, the triggering current will be selected so that with a secondary current of the size J '; The triggering takes place so that the impulse to trigger the switch is given before the primary current crosses zero and therefore the switch is triggered taking into account its own time in the low-current break.
Since the secondary current in the short period of time between its beginning and the achievement of the tripping current strength provides an approximate image of the course of the primary current, the course of the primary current can be precisely monitored by the trigger in this short period of time, so that the trigger sooner or later responds, depending on whether the primary current reaches the actual zero value (start, the stage) faster or more slowly, or avoid tripping at all if the primary current reaches a certain limit value.
does not fall below, but increases again for some reason.
As already mentioned, high-quality iron types have been developed for transformers that have a rectangular magnetization curve and where the losses in the iron are low, so that the width of the rectangular hysteresis loop is small. To a transformer with such an iron core, a magnetization characteristic to give, as shown in Fig. 1, you can add a small air gap in the iron core.
The types of iron required for the transformer have so far been Herge as rings made of continuously wound iron strip. If you cut off a short piece of such a band to create an air gap with extreme caution, the material is deprived of its favorable magnetic properties immediately in the area of its interfaces, so that one cannot easily use one of the band-shaped wound iron cores known so far Can produce air gap, which has the properties as indicated in Fig. 1 of the drawing.
One way to produce a magnetic circuit from such a material, which has the properties according to FIG. 1, is, for example, to build a square iron circle from cut pieces of tape in such a way that the pieces of tape overlap at the ends , whereby the parts spoiled by the cut protrude beyond the ends of the built-up square, that is to say outside of the part in question for the river.
The metal sheets of the legs that are perpendicular to one another are therefore alternately layered with the interposition of an air gap; However, with such an arrangement the fill factor is less than A high fill factor can be achieved if two parallel legs of the transformer are assembled from such pieces of tape and the magnetic connection between these two legs is made with the help of intermediate legs, which are butted with the others Thighs collide.
An exemplary embodiment for this is shown in FIGS. 3 and 4, FIG. 4 being the top view with the coil 5 removed. With 1, the two legs are designated net, which are made up of cut and stacked pieces of tape of a continuously wound as a ring iron tape. The magnetic circuit is closed via an air gap 3 by two intermediate legs 2,
which can be built from the same material as the legs 1 or from a different material. It is only essential that the cross-section of the transition point between the legs 1 and 2 and thus the cross-section of the intermediate legs is selected so large that the transition point does not come into the saturation area. This is necessary because the leg 1 only has a rectangular characteristic when the lines of force run in the longitudinal direction of the sheet metal pieces.
It must therefore be ensured that the transition points between the leg 1 and the leg 2 are chosen so large that no saturation occurs in the area of the leg 1 in which the lines of force deviate from the longitudinal direction of the pieces of tape. That means in other words that the cross-section of the intermediate legs must be at least equal to twice the leg 1.
It is expediently chosen larger so that the influence of the intermediate legs iuid the parts of the legs 1 adjoining them can be neglected, so that the magnetic characteristic is composed of the characteristics of the legs 1 between the legs 2 and the air gap. In the exemplary embodiment, the two legs 1 are wound. The Wickhuig is only indicated schematically and denoted by 5. It can be designed as a disc winding or as a tube winding containing the primary and secondary windings.
Another embodiment of the invention is shown in FIGS. 5 and 6. Here, two cores 6 made of an annularly wound band are present, each of which has an air slot 7. The two rings are placed on top of one another while maintaining a thin air gap 8. The slots 7 of the two rings are mutually offset, preferably, as the embodiment shows, offset by 180.
To generate the rectangular characteristic, which is reshaped by the air gap between the two toroidal cores according to FIG. 1, only the sheet metal parts of the core that are above or below the slot of the other core are used. The other parts of the core serve as a path for the flow of lines of force and have such a cross-section that they are not saturated.
The upper surface of a ring between the two slots must therefore be at least twice or a multiple of the cross-section of a toroidal core, since in the parts between the two rings the lines of force no longer run in the direction of the wound band, but from the upper ring go to the lower ring.
The primary and secondary windings can be wound onto the iron rings as toroidal coils. But you can also use disc coils that are threaded onto the rings by first placing the two rings so that their slots are on top of each other and then threading the disc coils onto the ring-shaped cores using these slots and then threading one ring core against the other turns by 180.
Another possibility for the arrangement of an air gap is that you put a core with a ring-shaped wound iron band with the interposition of a small air gap on two spaced apart legs. 7 and B. As can be seen from the figures, a ring core 10 sits with the interposition of a small air gap 11 on two legs 12 which are closed by a yoke 13.
The legs 12 can, as shown in the left part of FIG. 8, be rectangular, or they can also be offset in a manner similar to that of a transformer, either only on the outside, as in the lower right part of FIG. 8, or outside and inside , as shown in the upper part of FIG. The course of the river is indicated by arrows.
The rectangular magnetization characteristic is generated by the course of the flux in the parts of the toroidal core 10 that lie between the two legs 12. The remaining parts of the toroidal core are used to transfer this flow into the legs, and since the lines of force no longer run in the direction of the wound tape, must be as follows:
also shown in the exemplary embodiment, their surface must be larger than the cross section of the ring core, so that no saturation occurs in these parts of the ring core and also in the legs. The yoke 13 must be negligible for the characteristics of the magnetic circuit.
The primary and secondary windings can, as shown schematically in the exemplary embodiment, be wound up as ring coils 14, the primary and secondary windings being arranged either one above the other or next to one another. But you can also push a coil containing the primary and secondary winding over the core so that it surrounds it from the outside, thereby avoiding the winding on the core. It is not necessary that an annulus be used.
You can also use a ring core that is compressed and sits in the shape of an elongated rectangle be, as shown in FIG. To the extent that the parts match those of FIGS. 7 and 8, the same reference numerals are selected. In the arrangement according to FIG. 9, a coil 15, which contains primary and secondary windings, is pushed over the core. The fill factor becomes almost equal to one.