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Anordnung zur Anzeige des Durchgangs eines Gleichstroms durch einen
bestimmten Wert Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anzeige des Durchgangs
eines Gleichstroms durch einen bestimmten Wert.
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Auf dem Gebiet der Gleichstromtechnik ist es öfters wünschenswert,
den Durchgang eines Gleichstroms durch einen bestimmten Wert anzuzeigen.
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Zum Beispiel ist es bei Stromrichteranlagen mit Quecksilberventilen
von größter Bedeutung, eine eventuelle Störung in Form einer Rückzündung in einem
Ionenventil registrieren zu können. Solche Registrierungen können auf verschiedene
Weise ausgenutzt werden, z. B. zur Blockierung der Anlagen oder eines Teiles der
Anlagen oder ganz einfach dazu, um die Anzahl Rückzündungen während einer Periode
zusammenzählen zu können.
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Da eine Rückzündung bedeutet, daß der Strom in einem Zuleitet der
rückzündenden Anode in der der Normalrichtung entgegengesetzten Richtung fließt,
ist es möglich, eine Rückzündung mit Hilfe eines Transformators anzuzeigen, dessen
Primärwicklung in dem Zuleiter der rückzündenden Anode eingeschaltet ist und deren
Sekundärwicklung an einem Anzeigeorgan angeschlossen ist.
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Die gewöhnliche Form eines Rückzündungsanzeigers besteht aus einem
Transformator, der bei normalem Betrieb mit Gleichstrom und gesättigten Eisenkernen
arbeitet und dessen Magnetisierungskurve eine kleine Neigung oberhalb des Sättigungspunktes
hat. Die während der Variation des Normaistromes zwischen Null und dem normalen
Betriebswert entstehende Anderung des Flusses ist von solcher Größe, daß die Gefahr
einer unerwünschten Anzeige nicht entstehen kann.
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Trotz der kleinen Neigung der Sättigungskurve oberhalb des Sättigungspunktes
ist eine unerwünschte Anzeige doch möglich, nämlich zufolge großer Stromableitungen,
die bei Kommutierung großer Ströme in kurzer Zeit entstehen können. Bei gesteuerten
Stromrichtern kann ein lonenventil bisweilen durchzünden und sehr große Ströme in
der Normalrichtung veranlassen. Ferner besteht die Gefahr für fehlerhafte Anzeigen,
wenn ein großer Strom in der Normairichtung bei Kommutierung zwischen verschiedenen
Ventilen oder Anoden schnell gegen Null abnimmt.
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Um die obengenannten Nachteile zu vermeiden, verwendet man nach der
Erfindung statt eines einfachen Transformators eine Impulstransformatorkombination,
die mit einer von dem genannten Gleichstrom durchflossenen Primärwicklung und mit
zwei einander entgegenwirkenden Sekundärwicklungen versehen ist, deren entsprechende
magnetische Kreise in verschiedener Weise ausgebildet und so im Ver-
hältnis zueinander
bemessen sind, daß die Summenspannung der Sekundärwicklungen Null ist, solange der
Gleichstrom nicht den genannten Wert passiert, während die genannte Summenspannung,
wenn der Gleichstrom den genannten Wert passiert, ein Anzeigeorgan beeinflußt Die
Differenz zwischen den beiden magnetischen Kreisen kann in Weiterbildung der Erfindung
z. B. dadurch erreicht werden, daß diese Kreise aus verschiedenen Eisenkernen bestehen.
Die Differenz zwischen solchen Kernen kann weiter durch zweckmäßige Wahl des Kernmaterials,
der Kernquerschnitte und durch verschiedene Bemessungen der beiden Kerne erreicht
werden, oder die eine Sekundärwicklung kann mittels eines Eisenkernes an die Primärwicklung
geschaltet sein, während die andere Sekundärwicklung nur durch Luftinduktion geschaltet
ist.
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Das wesentliche ist, daß die Fluß änderung für die beiden Sekundärwicklungen
hauptsächlich dieselbe bleibt, wenn der Primärstrom vom Betriebswert auf einen bestimmten
niedrigen Stromwert, z. B. Null, sinkt, während die Fluß änderung der beiden Sekundärwicklungen
eine große Differenz aufweist, wenn der Strom verhältnismäßig schnell den genannten
Stromwert passiert, wie es bei einer Rückzündung der Fall ist. Durch Reihenschaltung
der beiden Sekundärwicklungen mit entgegengesetzter Polarität werden
die
in den Sekundärwicklungen auf Grund normaler Variationen strominduzierten Spannungen
hauptsächlich einander aufheben, während die bei einer Rückzündung induzierten Spannungen
solche verschiedene Größe haben, daß ihre Differenz ein Anzeigeorgan, z. B. ein
Relais, ein Zählwerk od. dgl. beinflussen kann.
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Wenn der Strorn nach einer Rückzündung oder nach einer der anderen
beschriebenen Stromänderungen wieder den aktuellen Stromwert passiert, wird eine
neue Spannungsdifferenz über den beiden Sekundärwicklungen auftreten, so daß das
Anzeigeorgan in solcher Weise für jede Rückzündung zwei aufeinanderfolgende Impulse
bekommt. Diese Doppelanzeige kann in dem Anzeigeorgan kompensiert werden, oder man
kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit Hilfe von Dioden das Anzeigeorgan
so einschalten, daß nur der eine Impuls das Organ beeinflußt, z. B. in solcher Weise,
daß eine Diode in Reihe mit dem Anzeigeorgan eingeschaltet wird, während diese Diode
und das Anzeigeorgan mit einer anderen Diode in solcher Weise parallel geschaltet
wird, daß die beiden Dioden antiparallel geschaltet werden.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung
beschrieben, in der Fig. 1 eine Schaltung nach der Erfindung zeigt, während Fig.
2 die Flußkurven der magnetischen Kreise einer solchen Schaltung zeigt; die Schaltung
nach Fig. 1 ist von der Art, daß die beiden magnetischen Kreise aus verschiedenen
Eisenkernen bestehen; Fig. 3 zeigt die Flußkurven eines idealen Transformators,
der mit der Transformatorkombination in Fig. 1 äquivalent ist; Fig. 4 und 5 zeigen
Beispiele der Eisenkerne der Schaltung nach Fig. 1; Fig. 6 zeigt eine Schaltung
der Art, bei der die eine der Sekundärwicklungen der Transformatorkombination an
die Primärwicklung mittels eines Eisenkernes geschaltet ist, während die andere
nur mittels Luftinduktion geschaltet ist; Fig. 7 zeigt die entsprechende Flußkurve;
Fig. 8 zeigt die Flußkurve einer mit einer Vormagnetisierungswicklnng versehenen
Schaltung nach Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt eine Transformatorkombination 1, die mit einer von dem
beschriebenen Gleichstrom durchflossenen Primärwicklung 2 versehen ist. Die Wicklung
2 kann z. B. in Reihe mit einem Ionenventil angeschlossen sein. Die Transformatorkombination
ist ferner mit zwei Sekundärwicklungen 3 und 4 versehen, die in solcher Weise in
Reihe geschaltet sind, daß die darin induzierten Spannungen entgegengesetztgerichtet
sind. Die Differenz zwischen den in den Sekundärwicklungen 3 und 4 induzierten Spannungen
beeinflußt ein Anzeigeorgan 5, z. B. ein Relais oder ein Zählwerk od. dgl. Um Doppelanzeige
zu vermeiden, ist das Anzeigeorgan 5 mit einer Diode 6 in Reihe geschaltet und zusammen
mit dieser mit einer anderen Diode 7 in solcher Weise parallel geschaltet, daß die
beiden Dioden antiparallel geschaltet sind. In solcher Weise wird nur die eine Halbperiode
der in den Sekundärwicklungen induzierten Summenspannung dem Anzeigeorgan 5 zugeführt.
Dieses Organ ist ferner mit einem Kondensator parallel geschaltet, um die Zeit,
in der das Anzeigeorgan beeinflußt wird, zu verlängern.
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Um die Dioden zu schützen, sind die Sekundärwicklungen 3 und 4 mit
einem spannungsabhängigen Widerstand 9 parallel geschaltet. Ferner kann die Empfindlichkeit
der Anordnung mit Hilfe des Potentiometers 10 eingestellt werden.
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In Fig. 2 sind Flußkurven der beiden Kerne nach Fig. 1 gezeigt. Die
Kurve III entspricht der Flußkurve des der Sekundärwicklung 3 entsprechenden Eisenkreises,
während die Kurve IV der Flußkurve der Sekundärwicklung 4 entspricht. Hierbei ist
der Fluß als die Ordinate abgebildet, während die Abszisse die Amperewindungen zeigt.
Nach der Erfindung sind die beiden Kerne in der Weise bemessen, daß die Flußänderung
in den beiden Kernen, d. h. die Flußänderungen d X 3 und d X 4, wenn der Normalstrom
von seinem normalen Wert gegen Null abnimmt, praktisch gleich sind. Da die Amperewindungen,
mit Ausnahme einer gewissen Justierung für die beiden Kerne gleich sind, wird folglich
die totale Spannung bei der angegebenen Stromrichtung Null oder sehr klein. Bei
einer Stromänderung von einem positiven zu einem negativen Wert werden indessen
die Fluß änderungen d ¢) 3' und A z10 4' auftreten, die einander sehr ungleich sind.
Die Differenz zwischen den in den beiden Sekundärwicklungen induzierten entsprechenden
Spannungen wird somit durch die Diode 6 den Kondensator 8 laden und in dem Anzeigeorgan
5 eine Anzeige verursachen. Wenn der Strom, z. B. nach einer Rückzündung, wieder
in die Normalrichtung fließt, wird eine ebenso große, aber in der entgegengesetzten
Richtung gerichtete Fluß änderung erhalten.
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Die hierdurch induzierte Spannungsdifferenz hat somit im Verhältnis
zu der früher induzierten ein entgegengesetztes Vorzeichen, so daß der Kondensator
und das Anzeigeorgan durch die Diode 7 kurzgeschlossen sind. Gleichzeitig sperrt
die Diode 6 eine neue Ladung des Kondensators 8 und die Anzeige in dem Anzeigeorgan
5.
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Die in Fig. 1 gezeigte Transformatorkombination 1 ist mit einem idealen
Transformator mit einer Flußkurve wie die in Fig. 3 gezeigte äquivalent. Diese Flußkurve
kann einfach als die Differenz zwischen den in Fig. 2 gezeigten Flußkurven aufgefaßt
werden.
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Die magnetischen Kreise in der Transformatorkombination 1 in Fig.
1 können nach einem der in Fig. 4 gezeigten Prinzipien ausgebildet sein. In beiden
Fällen haben die beiden Kerne zweckmäßig dieselben äußeren geometrischen Dimensionen.
Gewöhnlich wird der eine Kern mit möglichst guten magnetischen Eigenschaften versehen,
dadurch, daß der Kern aus magnetisch orientierten Blech hergestellt wird, während
der andere Kern aus einem einfachen Eisenmaterial hergestellt wird und eventuell
mit reduzierten Querschnittflächen durch Einlegung von unmagnetischem Ergänzungsmaterial.
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Anstatt verschiedene Eisenkerne für die beiden Sekundärwicklungen
zu verwenden, kann der eine dieser Kerne an die Primärwicklung mit Hilfe eines Eisenkernes
geschaltet werden, während der andere mittels Luftinduktion geschaltet ist. Um den
krummen Teil der Flußkurve des Eisenkerns zu vermeiden, muß eine Vormagnetisierungswicklung
angeordnet werden. Die Transformatorkombination bekommt dabei die in Fig. 6 gezeigte
Form, in der die Vormagnetisierungswicklung mit 11 bezeichnet ist, während die übrigen
Bezeichnungen dieselben wie in Fig. 1 sind. Die entsprechenden Flußkurven bekommen
die in Fig. 7 gezeigte Form, in der die Bezeichnungen
dieselben
wie in Fig. 2 sind. Auch hier sind J X 3 und d ¢) 4 gleich groß, bei Amperewindungen
größer als Null.
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Der gewünschte Durchgangswert des Gleichstroms kann bei einem beliebigen
Wert festgestellt werden, wenn die in Fig. 1 gezeigte Transformatorkombination mit
einer Vormagnetisierungswicklung versehen wird, die dieselbe Anzahl von Windungen
für die beiden magnetischen Kreise aufweist. Die äquivalente Flußkurve des entsprechenden
idealen Transformators ist dabei wie in Fig. 8 gezeigt. Der Abstand A bezeichnet
hierbei die Amperewindungen der Vormagnetisierungswicklung. Durch Änderung dieser
Amperewindungszahl kann der Punkt a in beliebiger Weise auf der Abszisseachse festgelegt
werden und dadurch auch der Stromwert, bei welchem das Anzeigeorgan beeinflußt wird.