DD134166B1

DD134166B1 - HIGHLY SENSITIVE HOLDING MAGNETIC RELEASE

Info

Publication number: DD134166B1
Application number: DD20258377A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Wirthgen
Original assignee: Siegfried Wirthgen
Priority date: 1977-12-13
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1984-10-03
Also published as: DE2848806A1; DD134166A1; DE2848806C2

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Haltemagnetauslöser hoher Empfindlichkeit, der nach dem Sättigungsprinzip arbeitet und insbesondere als Auslöser für Fehlerstromschutzschalter geeignet ist,The invention relates to a holding magnet trigger high sensitivity, which operates on the principle of saturation and is particularly suitable as a trigger for residual current circuit breaker,

Characteristic of the known technical solutions

Die zur Zeit in Fehlerstromschutzschaltern eingesetzten Ausloser arbeiten entweder nach dem Kompensationsprinzip oder nach dem Sättigungsprinzip. Die nach dem Sättigungsprinzip arbeitende Gruppe kann folgendermaßen beschrieben werden:The tripping devices currently used in residual current circuit breakers operate either according to the compensation principle or according to the saturation principle. The saturation principle can be described as follows:

Zwei aus hochwertigem ferromagnetischem Flachmaterial bestehende Joche, die ein Fenster für die Aufnahme einer Spule besitzen, stehen sich mit ihren Breitseiten gegenüber und sind durch eine nichtferromagnetische oder eine teils ferromagnetische und teils nichtferromagnetische Schicht, die als Nebenschluß dient, verbunden. Durch beide.Jochfenster ist eine gemeinsame Auslösespule gewickelt. An einer deite der Fenster sind die durch die Fenster entstehenden Rahmen besonders schmal gehalten. Diese Teile der Joche werden als Sättigungszonen bezeichnet. Die Seiten der Sättiguagszoaea, die den Stirnseiten der Joche entsprechen, sind feingeschliffen und werden durch einen ebenfalls feingeschliffenen Anker überbrückt. Die Länge der schmalen Sättigungszonen ist etwa so groß, wie der Anker lan™ ist.Two yokes, made of high-quality ferromagnetic flat material, which have a window for accommodating a coil face each other with their broad sides and are connected by a non-ferromagnetic or a partly ferromagnetic and partly non-ferromagnetic layer, which serves as a shunt. Through both .Jochfenster a common trip coil is wound. On one side of the windows, the frames created by the windows are kept very narrow. These parts of the yokes are called saturation zones. The sides of the saturdayzoeae, which correspond to the ends of the yokes, are finely ground and are bridged by an equally finely honed anchor. The length of the narrow saturation zones is about as long as the anchor lan ™ is.

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Aaf einer anderen Stirnseite der Joche oder auf der gleichen Seite, aber neben den Sättigungszonen, liegt der Dauermagnet auf (03-PS 24-2 777 und 278 954-). Bei diesen Auslösern wird der größte Teil des Flusses über den Nebenschluß geleitet, während Лег Rest den Anker durchsetzt und diesen gegen die Kraft einer Rückzugsfeder festhält. Wird die Spule mit einem Strom gespeist, so werden die Fenster der Joche durchflutet. In jeden Joch wird nun ein Fluß erzeugt, der die Fenster umwirbelt. Ist dieser Fluß so groß, daß beide Sättigungszonen gesättigt sind, liegt der Anker auf Zonen gleichen magnetischen Zustandes, d. h. der den Anker haltende Gleichfluß ist abgeriegelt und der Anker wird von der Rückzugsfeder abgezogen. In Wirklichkeit fällt allerdings der Anker schon ab, bevor die Sättigung eintritt. Mit steigendem Erregerstrom wird nämlich der Srregerflu3 größer und auf Grund des endlichen Querschnittes der Sättigungszonen der Pernanentfluß kleiner, wobei der Anker dann abfällt, wenn die Haltekraft unter die üückzugskraft fällt. Der magnetische Nebenschluß hat insofern einen Einfluß auf die Empfindlichkeit, indem bei Sperrung des Permanentflusses durch die Durchflutung der Spule nicht der Fluß im Permanentmagneten selbst abgeriegelt werden muß, dazu wäre eine hohe Durchflutung nötig, sondern nur der Ankerfluß, wobei sich der Fluß im magnetisch gut leitenden Nebenschluß um etwa diesen Betrag erhöht. Dies entspricht gewissermaßen einer "Umschaltung des Flußweges. Einen entscheidenden Einfluß auf die Empfindlichkeit hat die Länge der Sättigungszone. In der OE-PS 24-2 777 wurde deshalb vorgeschlagen, die Sä^tigungszone nur auf die Stelle au begrenzen, auf der der Anker aufliegt. Nun darf aber die Haltekraft des ankers aus Gründen der Zuverlässigkeit, z. 3. der Erschufterungssicherheit, nicht beliebig klein gemacht werden, was zur Folge hat, daß auch der Anker und das Sättigungsgebiet nicht beliebig klein werden können. Deshalb erreichen diese Auslöser keine so hohe Empfindlichkeit wie Kompensationsauslöser.Aaf another end of the yokes or on the same side, but next to the saturation zones, the permanent magnet is on (03-PS 24-2 777 and 278 954-). At these triggers most of the river is conducted over a shunt while Лег rest passes through an armature and holds against it against force of a return spring . If the coil is supplied with a current, the windows of the yokes are flooded. In each yoke, a river is now created that swirls around the windows. If this flow is so great that both saturation zones are saturated, the armature is located on zones of the same magnetic state, ie the DC flux holding the armature is sealed off and the armature is pulled off the return spring. In reality, however, the anchor drops off before saturation occurs. Namely, as the excitation current increases, the sputtering flux 3 becomes larger and, due to the finite cross section of the saturation zones, the pernanent flow becomes smaller, and the armature then drops as the holding force falls below the retracting force. The magnetic shunt has an effect on the sensitivity in that by blocking the permanent flux through the coil, the flux does not have to be sealed off in the permanent magnet itself, this would require a high flux, but only the Ankerfluß, the flux in the magnetically good conductive shunt increased by about this amount. The length of the saturation zone has a decisive influence on the sensitivity, and it has therefore been proposed in OE-PS 24-2777 that the saturation zone should be limited only to the position on which the armature rests Now, however, the holding force of the armature can not be made arbitrarily small for reasons of reliability, for example, the safety against leakage, with the result that the armature and the saturation area can not be made arbitrarily small, which is why these triggers do not achieve this high sensitivity such as compensation trigger.

Aus der DE-AS 10 78 227 und der DE-GM 18 19 419 ist es auch schon bekannt, die Ankerzone durch zwei in Richtung des Flusses kurze Sättigungszonen zu begrenzen. Dadurch kann der Durchflutungsanteil für diese Zonen kleiner gehalten werden.From DE-AS 10 78 227 and DE-GM 18 19 419, it is already known to limit the anchor zone by two short saturation zones in the direction of the river. As a result, the flow rate for these zones can be kept smaller.

Offensichtlich wurde jedoch nicht erkannt, daß die Länge dieser Zonen in Richtung des sie durchsetzenden Flusses klein sein muß, um den Durchflutungsanteil für diese Zonen minimal zu halten. Dies ist vor alle« deshalb von Bedeutung, weil wegen der eintretenden Sättigung die Feldstärke hohe Werte annimmt.Obviously, however, it has not been recognized that the length of these zones in the direction of the flow passing through them must be small in order to minimize the flooding rate for these zones. This is particularly important because the field strength assumes high values due to the saturation occurring.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die nach dem Sättigungsprinzip arbeitenden Auslöser empfindlicher zu machen·The aim of the invention is to make the actuators operating according to the saturation principle more sensitive ·

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Erhöhung der Empfindlichkeit durch eine zweckmäßige Ausbildung der Sättigungszonen zu erzielen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in jeder Flußzuführung, die innerhalb der Joche den Permanentfluß vom Permanentmagneten zur Ankerzone leitet, Sätigungsgitter eingebracht werden, die aus vielen, in Flußrichtung kurzen Durchbrüchen mit beliebiger geometrischer Form bestehen. Die Sättigungszonen müssen in ihrem Querschnitt, dieser entspricht der Summe der Querschnitte der Teilsättigungszonen, so bemessen sein, daß sie den Haltefluß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft führen können, ohne in die Sättigung zu kommen. Sie dürfen aber auch nicht einen zu großen Querschnitt besitzen, denn dann wird der Sättigungsfluß höher und die Induktion in den nicht zum Sättigungsgebiet gehörenden Oochteilen wird größer.The technical object of the invention is to achieve the increase in sensitivity by appropriate formation of the saturation zones. According to the invention, this is achieved in that in each flux feed, which conducts the permanent flux from the permanent magnet to the armature zone within the yokes, actuation gratings are introduced, which consist of many short in the direction of flow openings with any geometric shape. The saturation zones must be dimensioned in their cross-section, this corresponds to the sum of the cross-sections of the partial saturation zones, so that they can lead the holding flux to generate the necessary holding force, without coming to saturation. But they must also not have too large a cross-section, because then the saturation flux is higher and the induction in the not belonging to the saturation Oochteilen becomes larger.

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Dies bedeutet aber, daß auch die Feldstärke steigt, so daß der Durchflutungsbedarf für die nicht zu den Sättigungszonen gehörigen Oochteile ebenfalls anwächst.This means, however, that the field strength increases, so that the flooding demand for the not belonging to the saturation Oochteile also increases.

Working Example

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigenIn the accompanying drawing show

Fig. 1 ; eine Ansicht des erfindungsgemäßen Auslösers Fig. 2 : eine Seitenansicht im Schnitt durch die Ankerzone "Auslösers nach Fig. 1 _/ Fig. 1; 2 shows a side view in section through the anchor zone "trigger according to FIG. 1 _/

Fig. 3 ! ein herausgezeichnetes Sättigungsgitter nach Fig. 1.Fig. 3! an outlined saturation grid of FIG. 1.

Der Magnetauslöser besteht aus den Jochen 1, dem Permanentmagneten 2 und dem vom Permanentfluß gehaltenen Anker 9, die beide die Joche 1 an den entgegengesetzten Stirnseiten überbrükken.The magnetic release consists of the yokes 1, the permanent magnet 2 and held by the permanent flux armature 9, both of which bridge the yokes 1 at the opposite end faces.

Vom Permanentmagneten wird der Permanentfluß zur Ankerzone geleitet, die von den beiden Sättigungszonen 4 begrenzt wird. Wie Fig. 3 zeigt, bestehen die Sättigungsgitter 4 aus Teilsättigungszonen 11 und Durchbrüchen 12, wobei die Länge der Durchbrüche und damit auch die der Teilsättigungszonen in Flußrichtung kurz sein soll, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm. Bei einer weiteren Verringerung dieser Länge kann der Fall eintreten, daß der Anker bereits durch Streufluß über die Luftspalte der Durchbrüche gehalten wird. Die Summe der Querschnitte aller Teilsättigungszonen 11 eines Gitters 4 muß so groß gehalten werden, daß der Permanentfluß zur Erzeugung der notwendigen Haltekraft des Ankers geführt werden kann, ohne daß die Teilsättigungszonen in die Sättigung kommen. Es ist vorteilhaft, möglichst viele kurze Durchbrüche 12 bei geringem Querschnitt der Teilsättigungszonen einzubringen. Je mehr Durchbrüche 12 eingebracht werden, um so geringer wird jedoch die Wanddicke zwischen den Durchbrüchen. Da diese aus technologischen Gründen nicht beliebig dünn gemacht werden kann, ist es unter Umständen erforder-From the permanent magnet , the permanent flux is conducted to the armature zone, which is bounded by the two saturation zones 4. As shown in FIG. 3, the saturation gratings 4 consist of partial saturation zones 11 and apertures 12, wherein the length of the apertures and thus also of the partial saturation zones in the flow direction should be short, preferably 0.1 to 0.2 mm. In a further reduction of this length may be the case that the anchor is already held by leakage flux over the air gaps of the apertures. The sum of the cross sections of all partial saturation zones 11 of a grating 4 must be kept so large that the permanent flux can be guided to generate the necessary holding force of the armature without the partial saturation zones coming into saturation. It is advantageous to introduce as many short openings 12 with a small cross-section of the partial saturation zones. The more breakthroughs 12 are introduced, but the smaller is the wall thickness between the openings. Since these can not be made arbitrarily thin for technological reasons, it may be necessary to

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lieh, wenige Durchbrüche bei größerer Wanddicke einzubringen. Um dabei die Länge der Sättigungszonen klein zu halten, ist es vorteilhaft, wie in Fig. 3 den Durchbrüchen 12 eine ovale Form zu geben.lent to bring in a few breakthroughs with greater wall thickness. In order to keep the length of the saturation zones small, it is advantageous, as in FIG. 3, to give the apertures 12 an oval shape.

Es ist außerdem günstig, die das Fenster 8 umgebenden Dochteile 1, außer die Sä'ttigungszonen selbst, in ihrem Querschnitt möglichst groß zu halten, denn bei konstantem Fluß ist der Durchflutungsbedarf, die Verlustleistung und die Magnetisierungsleistung um so kleiner, je größer der Querschnitt ist· Der magnetische Nebenschluß kann in bekannter Weise durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 und nichtferromagnetische Zwischenlagen 6 oder auch durch ferromagnetische Zwischenlagen 5 realisiert werden.It is also beneficial to keep the wickets 1 surrounding the window 8, except the saturation zones themselves, as large as possible in their cross-section, because at constant flux, the larger the cross-section, the smaller the flow, the power dissipation, the power loss and the magnetization power · The magnetic shunt can be realized in a known manner by ferromagnetic spacers 5 and non-ferromagnetic intermediate layers 6 or by ferromagnetic spacers 5.

Die Zwischenlagen werden zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß sie nicht im Bereich der Sättigungsgitter 4 und der Ankerzone 3 liegen. Dies hat den Vorteil, daß die Sättigungsgitter 4 nicht zusätzlich einen Teil des Nebenschlußflusses führen müssen und außerdem eine leichte Säuberung der Ankerzone 3 an der Ankerauflagestelle möglich ist. Wegen des ohnehin geringen Durchflutungsbedarfs wird man das Wickelfenster meist schmal halten. An der Ankerauflagestelle müssen die Gitter etwas weiter auseinander liegen, als der Anker breit ist, so daß im Ausführungsbeispiel die Gitter 4 schräggelegt wurden. Oa die Feldlinien das Sättigungsgitter annähernd geradlinig durchlaufen, benötigen die erfindungsgemäßen Auslöser nur eine minimale Auslösedurchflutung und Auslösescheinleistung. Betrachtet man hingegen eine Sättigungszone z, 8. nach DE-GM 18 19 419 einschließlich ihrer Umgebung, so erkennt man, daß die Fludichte unmittelbar vor und hinter der eigentlichen Sättigungszone höher ist. Dies bewirkt, daß die wirksame Länge der Sättigungszone größer als ihre geometrische Länge ist. Man kann diesen Effekt auch erklären, wenn man sich Äquipotentiallinien - Linien gleicher magnetischer Spannung - eingezeichnet denkt. Die Integrationswege der in Ankernähe verlaufenden Äquipotentiallinien sind bedeutend länger als die fensterseitig verlaufenden. Demzufolge muß wegen der geringen Feldstärke auch die Flußdichte ankerseiticj geringer sein als fensterseitig.The intermediate layers are expediently designed so that they are not in the region of the saturation grid 4 and the anchor zone 3. This has the advantage that the saturation gratings 4 need not additionally carry a part of the shunt flow and also a slight cleaning of the armature zone 3 at the anchor bearing point is possible. Because of the already low flood demand you will usually keep the winding window narrow. At the anchor support the grid must be slightly further apart than the anchor is wide, so that in the embodiment, the grid 4 were inclined. Since the field lines pass through the saturation grid approximately rectilinearly, the triggers according to the invention require only minimal triggering and triggering performance. If, however, a saturation zone z, according to DE-GM 18 19 419, including its surroundings, is considered, it can be seen that the density is higher immediately before and after the actual saturation zone. This causes the effective length of the saturation zone to be greater than its geometric length. This effect can also be explained by considering equipotential lines - lines of equal magnetic tension. The integration paths of the equipotential lines running close to the anchorage are significantly longer than those on the window side. Consequently, because of the low field strength, the flux density must also be lower on the anchor side than on the window side.

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Der erfindungsgemäSe Auslöser, nach Fig, I bis 3, besitzt den Vorteil, daß er eine geringe Auslösedurchflutung und Auslösescheinleistung benötigt» Der Summenstromwandler kann somit in seinen Abmessungen klein gehalten werden, bzw· man kann die Anzahl der Primärdurchführungen des Wandlers verringern. The trigger according to the invention, according to FIGS. 1 to 3, has the advantage that it requires a low triggering capacity and triggering apparent power. The summation current transformer can thus be kept small in size, or the number of primary feedthroughs of the converter can be reduced.

Aufgrund der kurzen Sättigungszonen ist der magnetische Widerstand des Erregerkreises klein· Um einen bestimmten induktiven Widerstand UL zu erhalten, dieser bestimmte Wert ist wegen der Leistungsanpassung an den Wandler notwendig, braucht man nur eine kleine Windungszahl· Sind die Erregerkreise in sich luftspaltlos geschlossen, wie dies in dem Ausföhrungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 der Fall ist, müssen die Wicklungen 7 von Hand gewickelt werden, so daß eine kleine Windungszahl vorteilhaft ist.Due to the short saturation zones, the magnetic resistance of the exciter circuit is small. In order to obtain a specific inductive resistance UL, this particular value is necessary because of the power adaptation to the converter, only a small number of turns is required. If the excitation circuits are closed in air-gapless manner, as is In the Ausföhrungsbeispiel of Fig. 1 and 2, the case, the windings 7 must be wound by hand, so that a small number of turns is advantageous.

Aufgrund der geringen Auslösedurchflutung, verbunden mit den schon bekannten Eigenschaften, wie Unabhängigkeit in Auslösung von der Polarität des Auslösestromes, ist die Anwendung als Primärauslöser möglich· In diesem Fall werden alle Leiter des Netzes ein- oder mehrfach durch das Fenster 8 gesteckt· Tritt ein Fehlerstroffl auf, so erfolgt die Auslösung unabhängig davon, ob diese ein reiner Wechselstrom, ein Mischstrom oder ein reiner Gleichstrom ist·Due to the low triggering capacity, combined with the already known properties, such as independence in triggering the polarity of the tripping current, the application is possible as a primary trigger · In this case, all conductors of the network one or more times through the window 8 plugged · Occurs Fehlerstroffl irrespective of whether this is a pure alternating current, a mixed current or a pure direct current.

Bei der Anwendung als Primärauslöser wird es wegen des größeren Querschnittes der Hauptleiter meist notwendig sein, das Fenster δ und damit den Auslöser größer auszuführen· Ebenso kann es günstiger sein, das Fenster rund statt eckig zu gestalten·When used as a primary trigger, it will usually be necessary because of the larger cross-section of the main ladder to make the window δ larger and thus the trigger larger · It may also be cheaper to make the window round instead of square ·

Claims

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Erfindunqsanspruch

1. Highly sensitive holding magnet release, in particular for residual current circuit breaker, consisting of two 3ochen with a serving for receiving one or more windings window and the Ooche bridging permanent magnets and anchors, said ferromagnetic interlayers and optionally a further non-ferromagnetic interlayer distance the yokes and in each FluSzuführung, the within the wick directs the flux from the permanent magnet to the anchor zone, in the vicinity of the armature, a saturation zone is arranged, characterized in that each saturation zone consists of a plurality of flow directionally short partial saturation zones and openings, which together form a saturation grid.

2. Holding magnet release according to item 1, characterized in that the saturation grid of partial saturation zones and openings of 01, - 0.2 mm in length in FIuS-

direction ·

- For this 1 sheet drawings -