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Magnetvariometer, das ohne Energiebedarf einen eingestellten Induktivitätswert
beibehält, und Verfahren zur Einstellung einer Induktivität Zur Veränderung der
Induktivität einer Spule ist es bekannt, Magnetvariometer zu verwenden. Bei derartigen
Magnetvariometem wird die Permeabilität des Spulenkems durch eine Vorerregung geändert,
so daß mit der Änderung der Permeabilität auch die Induktivität variabel erscheint.
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Die Vorerregung des Magnetkreises geschieht beispielsweise durch eine
weitere, auf dem Magnetkern aufgebrachte Steuerwicklung. Der Nachteil einer solchen
Anordnung besteht darin, daß zur Aufrechterhaltung eines eingestellten Induktivitätswertes
eine bestimmte Steuerleistung benötigt wird.
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Ferner ist es bekannt, die Vorerregung durch Permanentmagnete vorzunehmen,
die beispielsweise beidseitig des Spulenkerns angeordnet sind. Durch mechanische
Verstellung dieser Perinanentmagtiete erfährt ihr Magnetfeldeinfluß auf den Spulenkern
eine Änderung. Der Nachteil dieser Variometeranordnung besteht darin, daß mechanische
Bewegungsapparaturen vorgesehen sein müssen.
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Auf dem Gebiet der elektronischen Rechenanlage sind bereits magnetische
Speicherelemente bekannt, die aus zwei gekoppelten Magnetkreisen bestehen und bei
denen der Speicherzustand, der über eine oder mehrere Wicklungen eingegeben wurde,
über eine Ablesewicklung beliebig oft, ohne Zerstörung des Speicherzustandes, abgefragt
werden kann. Das Material derartiger magnetischer Speichereleinente besitzt eine
rechteckförmige Hystereseschleife.
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Die Aufgabe der Erfindung bei einem Magnetvariometer besteht darin,
den Energieverlust, der zur Aufrechterhaltung eines eingestellten Induktivitätswertes
bei seither bekannten Magnetvariometern auftritt, zu beseitigen und auf mechanische
Einstellvorrichtungen zu verzichten.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein aus mindestens zwei gekoppelten
Magnetkreisen bestehender Kern verwendet ist, dessen Material eine Rechteckcharakteristik
der Hystereseschleife aufweist, und der mindestens eine den magnetischen Hauptfluß
steuernde Wicklung, die die Einstellung beider Remanenzzustände im Kein gestattet
und eine Wicklung des gesteuerten Kreises auf einem von einem Teilfluß durchsetzten
Kernschenkel besitzt.
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Der Induktivitätswert wird bei dem erfindungsgemäßen Magnetvariometer
dadurch eingestellt, daß zuerst der magnetische Hauptfluß in einer bestimmten Richtung
gesättigt wird. Diese Sättigung erfolgt über einen Stromimpuls, der durch eine Blockierungs-
oder Einstellwicklung geleitet wird. Diese Wicklung umfaßt den magnetischen Hauptfluß
des Kerns. Nachdem der gesamte Magnetkern in einen einzigen Remanenzzustand übergeführt
ist, wird ein weiterer Stromimpuls durch die Einstellwicklung geleitet, die nur
einen Teilfluß-.zu umfassen braucht. Dies-er Stromimpuls ist derart bemessen, daß
ein Teil des magnetischen Flusses in,:den entgegengesetzten Remanenzzustand übergeführt
wird. Es werden diejenigen Bereiche des Magneitkerns zuerst in diesen entgegengesetzten
Remanenzzustand übergeführt, die den kürzesten Weg der magnetischen Feldlinien,
die durch den Stromimpuls der Einstellwicklung erzeugt werden, beschreiben. Je nach
dem Ausmaß der ummagnetisierten Bereiche ersrheint die Induktivität einer auf einem
Teilfluß des # Magnetkreises befindlichen Wicklung verändert. Leitet man einen Strom
durch die Wicklung des zu steuernden Kreises, dann wird der unimagnetisierte Bereich
des von dieser Wicklung umfaßten Teilflusses auf den übrigen Teilfluß übertragen
oder umgekehrt. Verlangt man z. B. bei einem Dreiloch-Variometer eine Vergrößerung
der Induktivität dieser Wicklung, dann ist es nur notwendig, einen zusätzlichen
Stromimpuls durch die Einstellwickl#ung zu leiten. Dabei wird ein weiterer Bereich
ummagnetisiert und der magnetische Widerstand des Teilflusses geändert. Verlangt
man dagegen eine Verminderung des Induktivitätswertes der Wicklung, dann ist es
entweder erforderlich, zuerst den gesamten Kern durch einen großen Blockierungsimpuls,
der durch die Blockierungs- oder Einstellwicklung geleitet wird, wieder in den Ausgangszustand
der vollständigen magnetischen Sättigung in einer Richtung überzuführen,
d. h. zu blockieren, um sodann durch neuerliche Einstellung den gewünschten
Induktivitätswert zu erreichen. Oder man leitet einfach einen umgepolten Strom durch
die Einstellwicklung. Dabei befindet man sich dann allerdings nicht mehr auf derselben
Kennlinie der vorherigen
Einstellung. Das bedeutet, daß man zur
Erhöhung eines AL-Wertes von AL, um JAL nach AL2 einen kleineren Einstellstrom benötigt
als zur Erniedrigung von AL, nach AL1 um denselben Wert _AAL. Die Differenz
ist durch die Magnetisierungsleistung fester gel g
An Hand der F i
g. 1 bis 8 wird die Erfindung näher erläutert.
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Die F i g. 1 und 2 stellen ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes
Magnetvariometer dar, das aus einem magnetischen Kein 1 gebildet ist. Dieser
magnetische Kein wird durch zwei Löcher 2 und 3 durchsetzt. Der magnetische
Hauptfluß erfährt durch das Loch 3
eine Aufteilung in zwei etwa gleiche Flußpfade.
Zur Blockierung und Einstellung dient eine Wicklung 4, die den magnetischen Hauptfluß
umfaßt. Die Wicklung 5, die einen magnetischen Teilfluß umfaßt, ist in den
zu steuernden Kreis geschaltet, dessen Induktivität einstellbar werden soll. Nach
F i g. 1 ist der Magnetkreis in einem Zustand dargestellt, in dem nach vollständiger
magnetischer Sättigung und überführung in einen einzigen Remanenzzustand der Kern
bereits durch Ummagnetisierung eines kleinen, um das größere Loch 2 angeordneten
Bereiches eingestellt ist. F i g. 2 zeigt einen Feldlinienverlauf, nachdem
durch die Wicklung 5 bereits ein Strom geleitet wurde, der ein übertragen
der ummagnetisierten Bereiche herbeiführte. Im Falle der fehlenden Einstellung würde
sich eine andere Induktivität der Wicklung 5 ergeben als bei Vornahme einer
Einstellung, d. h. der Ummagnetisierung eines Teils des magnetischen Querschnitts.
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In den F i g. 3 bis 5 ist als Beispiel ein Magnetvariometer
mit drei Löchern7, 8 und 9 dargestellt. Nach F i g. 3 ist die
Blockierung, d. h. die Sättigung des gesamten Kerns 6 in einer Richtung,
durch einen BlockierungsstromI,6 über die Wicklung10 durchgeführt. Nach Fig. 4 ist
über die Wicklung 11 ein Einstellstromimpuls fl,# geleitet worden. Auf diese
Weise sind bestimmte Bereiche des Magnetkerns ummagnetisiert. Je größer der Einstellstrornimpuls
II" war, desto größere Bereiche des Kerns 6 sind ummagnetisiert. In Fig.
5 ist ein Feldlinienverlauf dargestellt, der sich nach dem Betrieb der Wicklung
12 des gesteuerten Kreises durch Hindurchleitung eines Stromes 1 ergibt.
Man erkennt die übertragung des ummagnetisierten Bereiches von dem magnetischen
Teilfluß, der von der Wicklung 12 umfaßt wird, auf den nicht von dieser Wicklung
umfaßten Schenkel am Außenrand des Loches 8.
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Die F i g. 6 und 7 stellen beispielsweise die
Ab-
hängigkeit des magnetischen WiderstandesAL von der Einstellung dar. Die
Einstellung ist hierbei durch den Faktor n_, - IE angegeben. Dabei
bedeutet nE die Windungszahl der Einstellwicklung und Ir den Einstellstromimpuls.
Als Parameter für die Funktionen des magnetischen Widerstandes ist der StromI durch
die Wicklung des gesteuerten Kreises, also die Wicklung, deren Induktivität eingestellt
werden soll, angegeben. Die F i g. 6 charakterisiert die Verhältnisse bei
einem Zweilochmagnetvariometer gemäß den F i g. 1 und 2 und die F i
g. 7 die Verhältnisse bei einem Dreilochmagnetvariometer gemäß den F i
g. 3
bis 5.
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Für die praktische Anwendung ist von Bedeutung, daß die in den F i
g. 6 und 7 wiedergegebenen Kennlinien nur bei zunehmender Einstelldurchflutung
nE - IL.- aufgenommen werden können. Ein Einstellimpuls kann also
den AL-Wert bei einem Dreilochvariometer nach den F i g. 3 bis
5 entweder dann vergrößern, wenn er höher als der vorangegangene ist. Oder
es ist dann eine AL-Erhöhung möglich. wenn ein zusätzlicher gleichpoliger Einstellimpuls
angeboten wird. Will man die Induktivität verkleinern, so muß man entweder das erfindungsgemäße
Magnetvariometer durch einen genügend großen Blockierungsstrom Ij; zunächst wieder
blockieren, d. h. vollständig den Kern in einer Richtung sättigend und anschließend
erneut einstellen, oder man legt einen negativen Impuls an. Bei einem Zweilochvariometer
gemäß den F i g. 1 und 2 ist eine Verminderung von AL
auch bei überschreitung des A,-Maximum durch vergrößerte EinstelldurchIGtung möglich.
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In der Fig. 8 ist das Verhältnis des AL-Wertes im voll eingestellten
zum AL-Wert im blockierten, also nicht eingestellten Zustand in Abhängigkeit von
der Durchflutung der Wicklung des zu steuernden Kreises dargestellt. Dabei zeigt
sich, daß ein maximales Verhältnis ALI."",.,:ALB von mehr als 10 bei einer
bestimmten Durchflutung der Wicklung 12 auftritt.
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Die Größe des ummagnetisierten Bereiches, also das Ausmaß der Einstellung,
kann erfindungsgemäß auf zweierlei Art eingestellt werden. Einmal wird die Größe
des ummagnetisierten Bereiches durch die Amplitudenhöhe des Einstellstromimpulses
festgelegt, zum anderen wird die Größe des ummagnetisierten Bereiches durch die
Impulsdauer der an die Einstellwicklung gelegten Spannung eingestellt. Diese Zeitbegrenzung
ist dadurch mög glich, daß zur Ummagnetisierung eine bestimmte Ummagnetisierungszeit
erforderlich ist. Bei einem außerordentlich kurzen Einstellstromimpuls kann daher,
selbst bei großer Amplitude desselben, nicht mit der Ummagnetisierung eines größeren
Bereiches gerechnet werden.
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Das Variationsverhältnis erscheint um so größer, je höher das
Rechteckigkeitsverhältnis des Werk-Stoffes ist.
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Das erfindungsgemäße Magnetvariometer kann z. B. auch in einem Impulsgenerator
Anwendung finden, bei dem die Folgefrequenz durch Einstellimpulse verändert wird.
In der Fernüberwachungs-und Fernwirktechnik ist es oftmals zweckmäßig, eine Änderung
der zu steuernden bzw. zu überwadhenden Größe in eine Frequenzänderung umzusetzen,
weil dabei eventuell auf der Leitung auftretende Störungen leichter unterdrückt
werden können. Hierzu ist das erfindungsgemäße Magnetvariometer besonders dann geeignet,
wenn die Messung oder Änderung nicht fortlaufend, sondern nur in bestimmten Zeitabständen
durchgeführt werden soll, z. B. deshalb, weil über eine Leitung mehrere Größen gemessen
oder gesteuert werden. Eine weitere Anwendung ergibt sich z. B. in einer Regelschaltung,
bei der die Änderung J X eine zu regelnden Größe X in bestimmten Zeitabständen
durchgeführt wird. Ruft JX eine Änderung des Einstellzustandes des Magnetvariometers
hervor, so resultiert daraus eine Änderung des Scheinwiderstandes des Varlometers
oder der Frequenz eines Hilfsgenerators, dessen frequenzbestimmendes Element das
Variometer ist. Auf diese Weise kann die Größe X auf ihren Sollwert zurückgestellt
werden.