DE1438234B2

DE1438234B2 - Anordnung zur ueberwachung des fliessens von stroemen in stromkreisen

Info

Publication number: DE1438234B2
Application number: DE19611438234
Authority: DE
Inventors: John Arnold Murray Hill; May Harold Frederick Basking Ridge; N.J. Baldwin jun. (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1960-05-04
Filing date: 1961-04-27
Publication date: 1971-12-30
Also published as: JPS398275B1; FR1288546A; NL264401A; NL136573C; DE1438234A1; BE603392A; US3175042A; GB980704A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Praktisch brauchbare Uberwachungsanordnungen überwachung des Fließens von Strömen in Strom- für Fernsprechleitungen dürfen außerdem keine Störkreisen, derart, daß das Fließen der Ströme selbst spannungen auf die überwachten Leitungen koppeln oder das über- oder Unterschreiten vorgegebener oder deren Erdsymmetrie stören. Dies gilt insbesondere Stromwerte anzeigbar ist, mit einem Magnetgleid 5 für Schaltungsanordnungen, bei denen eine aktive aus einem magnetisch sättigbaren Material, das we- Abtastung an Stelle einer rein passiven Anzeige erfolgt, nigstens eine öffnung zur Bildung und Begrenzung Hier besteht die Gefahr, daß durch die Abtastung einer die öffnung umgebenden, in sich geschlossenen Störspannungen auf die Leitung gelangen.
Flußbahn enthält, sowie mit einer Hilfsspannungs- Eine elektrische sowie auch eine mechanische quelle und einer Anzeigeeinrichtung, die zur Erzeugung io Trennung wird außerdem benötigt, um die teuren oder Anzeige von Flußänderungen in der Flußbahn Abfrage-und Anzeigeschaltungen vor Hochspannungsmit dieser gekoppelt sind. wanderwellen zu schützen, die beispielsweise durch

Eine solche Überwachungsanordnung ist bekannt Blitzeinschläge verursacht werden. Wenn sich trotzdem

(AEG-Mitteilungen, 1938, S. 113 bis 116). Diese Zerstörungen nicht vermeiden lassen, ist es wün-

Anordnung wird zur überwachung von Hochstrom- 15 sehenswert, diese auf billige, leicht zu ersetzende

anlagen benutzt, indem der den zu messenden Strom Bauteile zu beschränken. Zusätzliche Schwierigkeiten

führende Leiter durch vorzugsweise zwei geschlossene ergeben sich dadurch, daß Fern- und Ortsverbin-

Ringkerne aus einem magnetisch weichen Material dungsleitungen unterschiedliche Empfindlichkeit

geführt ist, das einen möglichst scharfen Sättigungs- gegen Störungen haben, sowie dadurch, daß kleine

knick zeigt, beispielsweise Nickeleisen. Mit dem Kern 20 aber nicht vernachlässigbare Spannungsabweichungen

ist eine Wicklung gekoppelt, der ein Hilfsvvechsel- bei den Teilnehmerleitungen auftreten. Daher müssen

strom zugeführt ist. Der Kern wird gesättigt betrieben; verschiedene Typen von Uberwachungsanordnungen

er erreicht seine maximale Induktion bereits bei bereitgehalten werden. Darüber hinaus sind indivi-

Gleichströmen weit unterhalb der zu messenden duelle Einstellungen der Uberwachungsanordnungen Ströme. Der Einfluß der zu messenden Ströme auf 25 für jeden einzelnen Einsatzfall notwendig,

den durch die Wicklung fließenden Wechselstrom Gleiche oder ähnliche Probleme treten auch bei

ist ein Maß für die Gleichströme. Ein vollständiges Fernmeß-, Prüf- und Steueranlagen und insbesondere

Umschalten des Flusses im Kern findet nicht statt. immer dann auf, wenn spezielle Steuereigenschaften

Die Entkopplung zwischen dem Gleichstromkreis verlangt werden. So sind häufig hohe Verstärkung,

und dem Wechselstrommeßkreis ist unvollkommen. 30 hohe Empfindlichkeit und große Linearität bei kleinem

Es wird sowohl eine Wechselspannung auf den Gleich- Aufwand und ohne unzulässige Beeinträchtigung der

Stromkreis als auch eine gegebenenfalls dem Gleich- Arbeitsgeschwindigkeit besonders wichtig. Für andere strom überlagerte Wechselspannung (Welligkeit) auf Anordnungen kann es wünschenswert sein, zwischen

den Meßkreis gekoppelt. Strömen nahezu gleicher Höhe zu unterscheiden.

Bei Fernsprechteilnehmerleitungen muß festgestellt 35 In diesem Fall wird an Stelle einer linearen Kennlinie

werden, ob ein Schleifenanschluß vorliegt oder nicht, eine Knickkennlinie verlangt.

ob also der Hörer beim Teilnehmer ausgehängt ist Es sind bereits Meßanordnungen unter Verwendung und demgemäß ein Gleichstrom von der Amtsbatterie einer Vielzahl von Magnetkernen bekannt, die jedoch über die Teilnehmerleitung fließt. Da jedoch bei sehr langsam ansprechen (große Zeitkonstante des langen Leitungen häufig Störspannungen induziert 4° Steuerkreises), da sie paarweise verbundene Steuerwerden und Isolationsfehler auftreten, muß nicht und Lastwicklungen benötigen, um einen gegennur festgestellt werden, ob überhaupt ein Strom fließt, phasige Reihenschaltung im Steuerkreis zu erzielen, sondern es muß auch zwischen bestimmten Strom- damit die Steuerwicklung nicht dauernd als Sekundärwerten oberhalb oder unterhalb eines bestimmten wicklung eines Übertragers arbeitet. Zusätzliche Wick-Grenzwertes unterschieden werden, der durch die 45 lungen erhöhen aber die Induktivität wesentlich und Betriebswerte der Fernsprechanlage und auf Grund damit auch die Zeitkonstante des Steuerkreises. Auf von Erfahrungen festgelegt ist. In bekannter Weise solche Anordnungen ist das sogenannte »Gleichstromwerden zu diesem Zweck Relais benutzt, die zwar Transformatorgesetz« anwendbar. Es besagt, daß die gegen Störungen unempfindlich, jedoch wegen ihrer Amperewindungen des Steuerkreisstromes den Ammechanisch beweglichen Teile aufwendig sind und 5° perewindungen des Lastkreisstromes entsprechen insbesondere in elektronisch gesteuerten Vermittlungs- müssen. Da der Steuerkreis und der Lastkreis auf anlagen zu langsam arbeiten. Außerdem eignen sie dem gleichen Magnetkern angeordnet und durch sich schlecht für kompakte Abtastüberwachungs- wenigstens einen Magnetnußweg mit kleinem maanordnungen in Verbindung mit einer großen Zahl gnetischen Widerstand verkettet sind, durchsetzt im von Leitungen. . 55 wesentlichen der gesamte Magnetfluß, der durch den

Für schneller arbeitende Uberwachungsanordnun- Laststrom erzeugt wird, die Steuerwicklung. Die

gen bei Fernsprechanlagen ist es bekannt ^BeIl System Zeitkonstante des Steuerkreises wird daher auch

Technical Journal, November 1958, S. 1383 ff.), zwi- durch den zusätzlichen Magnetfluß auf Grund des

sehen dem eingehängten und dem ausgehängten Laststromes beeinflußt. Es kann daher ein größerer

Zustand einer Teilnehmerleitung an Hand von An- ^6o Laststrom (größerer Spannungsgewinn) nur auf Kosten

derungen der Spannung zu unterscheiden, die an einer größeren Zeitkonstante des Steuerkreises erreicht

einem oder mehreren in Serie in die Leitung ge- werden.

schalteten Widerständen abfällt. Wegen der Emp- Bei den ebenfalls bekannten Transfluxoren, die findlichkeit von Fernsprechleitungen gegen induzierte beispielsweise als abfragbare elektronische Speicher-Störspannungen sind für diese bekannten über- ⁶5 elemente benutzt werden, handelt es sich um Bauteile wachungsanordnungen jedoch umfangreiche und auf- aus remanentem Magnetmaterial, in welchem zuwendige Symmetrier- und Filtereinrichtungen er- nächst ein remanenter Magnetfluß induziert wird, forderlich. Bei einer Erregung von Wicklungen in einer oder

mehreren öffnungen des Transfluxors findet eine Umschaltung des remanenten Magnetflusses auf den kürzesten verfügbaren Flußweg statt. Alle möglichen Flußwege sind innerhalb des remanenten Materials geschlossen, und Flußlinien verschiedener Wege sind miteinander verkettet, so daß Störsignale von einem Weg auf den anderen und damit die entsprechenden Wicklungen übertragen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache überwachungsanordnung der eingangs genannten Art mit hoher Empfindlichkeit und kurzer Ansprechzeit zu schaffen, die sich ohne Schwierigkeiten und ohne störende Beeinflussung in die den zu überwachenden Strom fließenden Leitungen einschalten läßt und bei der eine Abfrage Signale hoher Amplitude liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Magnetglied stabförmig ausgebildet ist und eine axiale, im wesentlichen nicht remanente Flußbahn aufweist, die eine remanente Flußbahn um die öffnung beiderseits flankiert, und daß der zu überwachende Stromkreis mit dem Magnetglied über Kopplungsmittel derart gekoppelt ist, daß ein von dem Stromwert des zu überwachenden Stromkreises abhängiger Magnetfluß von solcher Größe in die nicht remanente Flußbahn einführbar ist, daß der Betrag des für eine Umschaltung im remanenten Flußweg verfügbaren Magnetflusses steuerbar ist.

Da das Magnetglied stabförmig ausgebildet ist, verläuft ein wesentlicher Teil der axialen Flußbahn außerhalb des Magnetgliedes, so daß die axiale Flußbahn im wesentlichen nicht remanent ist. Schaltet man den Fluß in der die öffnung umgebenden Flußbahn mit Hilfe vorzugsweise impulsförmiger Signale der Hilfsspannungsquelle um, so werden in der Anzeigeeinrichtung entsprechende Signale induziert. Wenn jedoch ein von dem Stromwert des zu überwachenden Stromkreises abhängiger Magnetfluß in die nicht remanente Flußbahn eingeführt wird, wird der den um die öffnung verlaufende, zur Umschaltung verfügbare Fluß verkleinert. Bei genügend großer Magnetisierung des nicht remanenten Flußweges steht überhaupt kein um die öffnung verlaufender Fluß zur Umschaltung zur Verfügung, so daß dann auch keine Signale der Anzeigeeinrichtung zugeführt werden. Die Höhe des in die nicht remanente Flußbahn eingeführten Magnetflusses bestimmt also die Größe der abgegebenen Signale. Da keine Verkettung zwischen dem remanenten und dem nicht remanenten Flußweg vorhanden ist, können auch keine Störsignale in die zu überwachende Leitung eingeführt werden. Eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten ist ohne Schwierigkeiten durch eine entsprechende Bemessung des Magnetgliedes sowie der Kopplungswicklungen möglich. Die Geometrie des remanenten Magnetflußweges kann zusammen mit dem Entmagnetisierungsfaktor des Magnetgliedes so gewählt werden, daß sich wünschenswerte Steuereigenschaften ergeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Überwachung von Fernsprechteilnehmerleitungen,

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung des in der Anordnung nach F i g. 1 verwendeten Magnetgliedes,

Z34

F i g. 3 die Steuerkennlinie der Anordnung nach Fig. 1,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Magnetgliedes nach F i g. 2,

F i g. 5 Steuerkennlinien für die Ausführungsform nach F i g. 4.

F i g. 1 zeigt eine überwachungsanordnung nach der Erfindung für die schnelle Abtastung von Teilnehmerleitungen in einer Fernsprechvermittlungsanlage. Jeder Teilnehmer besitzt einen Teilnehmerapparat, wie z. B. den Teilnehmerapparat 1, der an die Adern 2a und 2b einer Teilnehmerleitung angeschlossen ist. übliche Kohle-Blitzschutzgeräte 3a und 3b verbinden die Adern 2a und 2b mit der Erde 4, wenn eine bestimmte Durchbruchspannung erreicht ist. Die Primärwicklungen 6 a und 6 b eines Übertragers 6 führen den Adern 2a und 2b den Speisestrom von einer Batterie 8 zu. Die Schleife für den Speisestrom ist geschlossen, wenn der Teilnehmerapparat 1 sich im ausgehängten Zustand befindet.

Eine periodisch abgetastete überwachungsanordnung 22 enthält für jede Teilnehmerleitung eine eingepegelte überwachungsschaltung 22; zur übertragung von Impulsen aus einer Impulsquelle 13 an ein Anzeigegerät 14 im eingehängten Zustand und zur Sperrung dieser Impulse während des ausgehängten Zustandes. Anschlüsse α und b der Teilnehmerschleife sind an Klemmen a' und V der Anordnung 22, und die Batterie 8 und Erde sind an Klemmen 8' und g' angeschaltet. Jede überwachungsschaltung 22 j weist ein stabförmiges Magnetglied 23 aus ferromagnetischem Material auf, das zwei PoleiV und S und eine öffnung 24 quer zu seiner Achse 25 hat.

Wie in F i g. 2 deutlicher gezeigt, ergeben sich durch die öffnung 24 im Magnetglied 23 gegabelte Magnetflußwege 26a und 26 b für eine Flußbahn 26 zwischen den Polen N und S und eine Flußbahn 27, der die öffnung umfaßt. In einem Querschnitt des Magnetgliedes 23 in Höhe der öffnung 24 durchsetzen beide Wege für den Magnetfluß die Abschnitte

A₁ und A₂ des Querschnittes. Das Verhältnis —r-

definiert die seitliche Exzentrizität e der öffnung 24 im Hinblick auf die Achse 25.

Der Magnetfiußweg 27 verläuft vollständig innerhalb des Magnetgliedes 23 und weist daher Umschalteigenschaften auf, die durch die Eigenschaften des Materials, aus dem das Magnetglied 23 am Umfang der öffnung 24 besteht, bestimmt werden. Vorteilhafterweise besitzt die öffnung 24 kreisförmigen Querschnitt, und das Magnetglied 23 kann aus irgendeinem der gut bekannten magnetischen Materialien hergestellt sein, die hohe Remanenz und kleine Koerzitivkraft aufweisen, so daß es für den Magnetflußweg 27 eine zylindrische Hülle mit rechteckiger Hysteresisschleife bildet.
Die Magnetflußwege 26 a und 26 b enden an den Polen N und S des Magnetgliedes 23, so daß sich deren Eigenschaften nicht nur auf Grund des Materials des Magnetgliedes 23 ergeben. Insbesondere sind die Remanenzeigenschaften der geschlossenen Flußbahn 26, der die beiden Magnetflußwege 26 a und 26 b enthält, völlig verschieden von denen der kreisförmigen Flußbahn 27, wie später noch gezeigt werden soll.

Wicklungen 28 und 29 (Fig. 1) befinden sich auf

dem Magnetglied 23 und sind in Reihe geschaltet mit der Teilnehmerschleife, um ein Magnetfeld H_n (F i g. 2) parallel zur Achse 25 entsprechend dem Schleifenstrom zu erzeugen. Die Wicklungen 28 und 29 werden vom Strom der Batterie 8 durchflossen, wenn der im ausgehängten Zustand sich befindende Teilnehmerapparat 1 eine Schleife zwischen den Adern la und 2b bildet. Die Impulsquelle 13 ist mit Klemmen ρ 1 und ρ 2 der überwachungsschaltung 22j für einen bestimmten Zeitabschnitt während der Abtastung der Anordnung 22 verbunden und legt Schaltimpulse wechselnder Polarität an einen Leiter 30, der sich durch öffnung 24 des Magnetgliedes 23 erstreckt. Das Anzeigegerät 14 ist in entsprechender Weise mit Klemmen dl und dl und einem Leiter 31, der ebenfalls durch die öffnung 24 führt, verbunden. Der um die öffnung 24 verlaufende Fluß 27 (F i g. 2), der die Leiter 30 und 31 verkettet, ermöglicht eine beträchtliche Kopplung.

Der umschaltbare Magnetfluß auf der Flußbahn 27 und damit der Kopplungsgrad zwischen der Impulsquelle 13 und dem Anzeigegerät 14 wird bestimmt durch den Zustand der Magnetflußwege 26a und 26 b, und dieser Zustand wird wiederum durch das angelegte Feld H_a gesteuert.

Auf Grund der Pole N und S ist ein wirksames Magnetfeld H innerhalb der Magnetflußwege 26a und 26 b proportional der Differenz zwischen dem angelegten Magnetfeld H_n und einem entmagnetisierenden Feld H_d der Pole. Außerdem verhindert das entmagnetisierende Feld H_d an den Enden der Magnetflußwege 26a und 26b den Übergang eines Magnetflusses von der geschlossenen Flußbahn 27 auf die Magnetflußwege 26a und 26b, der die Wicklungen 28 und 29 verkettet. Dadurch wird die Abfrageschaltung, die die Impulsquelle 13 enthält, von der Teilnehmerschleife getrennt.

Unter Bezugnahme auf F i g. 2 läßt sich der Wert des resultierenden Magnetfeldes H innerhalb der Magnetflußwege 26 a und 26 b annähern, wenn man annimmt, daß das Feld homogen ist. Dann ergibt sich:

H = H_n -H_n

(1)

Da die entmagnetisierende Feldstärke H_d proportional der Flußdichte M in Längsrichtung an den Polen N und S ist, kann die obengenannte Gleichung auch geschrieben werden:

H = H_n- DM,

(2)

worin der Entmagnetisierungsfaktor D annähernd ist: WT

D =

(3)

wobei W die Breite, T die Dicke und L die Länge des Magnetgliedes 23 sind.

Die Flußdichte oder Induktion M in Längsrichtung hängt von der angelegten Feldstärke H_n ab, wie in der folgenden Annäherung gezeigt ist, worin H_c die Koerzitivkraft und M₅ die Sättigungsinduktion des Materials ist, aus dem das Magnetglied 13 besteht:

M=O,

M =

<H_C

(4 a)

— , H_c< H_a < H_c+ DM₃ (Ab)

65 Der Steuerfluß in Längsrichtung der Magnetflußwege 26 a und 26 b kann angenähert werden durch

Φ = Απ AM,

(5)

worin A die Querschnittsfläche des Stabes ist.

Andererseits ist der verfügbare, umschaltbare Magnetfluß J Φ um die öffnung 24 begrenzt durch den kleineren Querschnitt A₂ und ergibt sich zu

ΔΦ = 2 A₇ -AnM,

(6)

Für kleine Werte des Schleifenstromes in den Wicklungen 28 und 29 wird der Steuerfluß Φ in Längsrichtung der Magnetflußwege 26a, 26b zuerst durch den größeren Querschnitt A₁ gehen, und der umschaltbare Magnetfluß A Φ wird konstant bleiben, bis der Längsfluß den kritischen Wert

4 π (A₁ + A₂) M₅

erreicht. Wenn dieser Wert überschritten wird, wird der umschaltbare Magnetfluß Δ Φ mit zunehmenden Steuerfluß in Längsrichtung der Magnetflußwege entsprechend der Gleichung

ΔΦ = An[A₁ + Α₂)Μ,~Φ

(7)

abnehmen. Wenn der Steuerfluß in Längsrichtung der Magnetflußwege Φ den Wert

Απ (A₁ + A₂) M_s

erreicht, ist der Querschnitt A₂ vollständig gesättigt und der verkettende Fluß zwischen den Leitern 30 und 31 auf einen vernachlässigbaren kleinen Wert verringert.

Die obere und untere Grenze des Schleifenstromes während des ausgehängten und eingehängten Zustandes erfordern, daß die überwachungsschaltung zwischen zwei verschiedenen Werten für das angelegte Magnetfeld unterscheidet.

Die Beziehung zwischen Δ Φ und H_a auf Grund des Schleifenstromes erhält man durch Kombinieren der obengenannten Gleichungen. Der Wert für H_n, bei dem Δ Φ zuerst beginnt, mit zunehmender Feldstärke abzufallen, ist definiert als H₁ und ist gleichzeitig die Feldstärke, die dem maximal zulässigen Schleifenstrom für den eingehängten Zustand entspricht. Es ist:

H₁ =H_C+

DM₈.

(8)

Wenn die öffnung 24 zentrisch verläuft (A₁ = A₂), entspricht diese Feldstärke gerade der Koerzitivkraft H_c.

Der Wert des angelegten Feldes H_n, bei dem der umschaltbare Fluß Δ Φ verschwindet, ist definiert als H₂ und ist die Feldstärke, die dem minimal vorgeschriebenen Wert des Schleifenstromes im ausgehängten Zustand entspricht. Sie beträgt:

H₂ — H_c

A₁ + A₂

DM₃.

(9)

M = M.

> H_c + DM₃

(4c)

Entsprechend ist

Δ Φ = 8 π A₂M₂, H_n < H₁ ; (1Oa)

ΔΦ=^_Γ(Η₂-Η_α),Η_ι<Η_α<Η₂; (1Ob)

ΔΦ = 0, H_a>H₂. (1Oc)

Den Faktor D erhält man durch Auslösung der Gleichungen.für H₁ und H₂:

Fluß ΔΦ als Funktion des angelegten Feldes H_a gegeben durch:

D =

2 A,

[H₂ - Hn

L M_s J-

(Π)

Δ Φ = 8 π rTM„

Daraus und aus der Gleichung (3) für D kann Δ Φ = die Bemessung von W, L und T für geeignete Werte "von Δ Φ entnommen werden. Diese Beziehung ist graphisch durch die Steuerkennlinie in F i g. 3-'wieder- ίο Δ Φ = 0, gegeben, die zeigt, daß die Öffnung 24 vorteilhafterweise seitlich von der Achse 25 angeordnet wird, um H₁ zu vergrößern, während H₂ konstant bleibt.
Auf diese Weise ergibt sich, indem man ein großes A

(16a)

, H₁ <H_a<H₂; (16b)

(16c)

Verhältnis -j- und einen kleinen Entmagnetisierungs-

^A2

faktor wählt, eine große Steilheit, und zwei Werte für H₀, die nicht sehr verschieden sind, können klar unterschieden werden. Andererseits kann eine Steuerung der Ausgangskopplung bei kleinen Werten des angelegten Feldes erreicht werden, indem ein Material mit kleiner Koerzitivkraft, ein kleines Ver-

(A + A )
hältnis ^¹-:—— und ein kleiner Entmagnetisierungs-

faktor benutzt werden.

Eine überwachungsschaltung mit Steuerkennlinien, die einen festlegbaren Knick haben, erhält man durch ein Magnetfeld 23 mit zwei Öffnungen 54 a und 54 b (F i g. 4), durch die elektrische Leiter 30' und 31' geführt sind. Ein Stromimpuls von der Impulsquelle 13 im Leiter 30' ergibt eine Magnetisierung auf einer Flußbahn 57 α im Uhrzeigersinn um die Öffnung 54 a und eine Magnetisierung auf der Flußbahn 57 b um die Öffnung 54 b entgegen dem Uhrzeigersinn. Ohne ein angelegtes Feld H₀ beträgt der umschaltbare Magnetfluß auf Grund des stromdurchflossenen Leiters 30':

ΔΦ = 8πτΓΜ₅, (12)

40

worin r der minimale Abstand zwischen den öffnungen 54 a und 54 b ist.
Ein Längsfluß Φ, dargestellt durch

φ = T(W - r - d)4nM_s,

(13)

worin d der Durchmesser der öffnungen 54 a und 54 b ist, kann durch das Glied 53 fließen, ohne die Flußbahnen 57 a und 57 b einzuschnüren. Ein Längsfluß oberhalb dieser Größe verringert den wirksamen Durchmesser der Flußbahnen 57 a und 57 b proportional und verringert daher den Wert des Magnetflusses, der durch einen Abfragestromimpuls mit wechselnder Polarität auf dem Leiter 30' umgeschaltet werden kann, Der umzuschaltende Fluß wird Null, wenn der Längsfluß das Material auf beiden Seiten der öffnungen vollständig sättigt. Das tritt ein bei

Die öffnungen 54 a und 54 b. können seitlich herausgerückt werden, ohne diese Ergebnisse zu beeinflussen, solange die Flußbahnen 57 a und 57 b die Seitenbegrenzungen des Teiles 53 nicht schneiden, d. h., solange W > r + D ist und der Winkel Θ zwischen der Längsachse des Magnetgliedes 23 und r Null ist.

F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit des umschaltbaren Flusses Δ Φ als Funktion des angelegten Feldes H₀ für verschiedene Lagen der öffnung 54a relativ zur Lage der öffnung 54 b, d. h., m, n, r und W werden konstant gehalten und j und k mit Θ geändert (F i g. 4). H_x ist der Wert für H₀, bei dem die Größe der Änderung von Δ Φ mit H₀ einen ersten Änderungspunkt unterschreitet.

H_y ist der Wert für H_a, bei dem er einen zweiten Änderungspunkt unterschreitet, und H₂ ist der Wert für H₀, bei dem er einen dritten Änderungspunkt unterschreitet. Kurve α zeigt das für axial angeordnete öffnungen, d. h. Q = 0, H_x = H_y. Wenn Θ im Gegenuhrzeigersinn wächst, bewegt sich H_x nach links und H_y nach rechts, während H₂ unverändert bleibt, wie in Kurve b gezeigt. Wenn k = η + r, Hy = H₂ (Kurve c) ist, verschwindet der steile abfallende Teil der Kurve. Wenn Θ weiter zunimmt, nehmen der restliche Magnetfluß Δ Φ und H₂ ab, bis j = m — r, und bei diesem Wert verschwindet Δ Φ vollständig, wie durch die Kurven d und e gezeigt. Wenn Θ noch weiter zunimmt, wandert der geneigte Abschnitt nach links und behält seine anfängliche Steigung, bis es den Endwert bei Θ = 90° erreicht (Kurve /). Für j > m — r und k > η + r (Kurven c bis e) ergibt sich:

H.=

m + η W

(17a)

(17b)

und

φ = T(W - d)4nM_s.

(14)

Indem man die oben angegebenen Beziehungen kombiniert, ergeben sich die Werte für H₁ und H₂:

55

60 ΔΦ = 8^rTM₅, H₀ < H_x

(18a)

ΔΦ = SjzrTM, I

w \H_X - η

H₁ = H_c +

W -r - d

DM.

(15 a)

2r DM_S H_x<H_a<H_y;

J'

(18b)

(15b) 65 Δ Φ = 4.-1 TM₅ (i-m + r), H_a = H, (18c)

und entsprechend ist der verfügbare, umschaltbare und Δ Φ nimmt langsam ab, wenn H₀ über H₂ zunimmt.

109 553/174

Fury < m — r (Kurven e und /) ergibt sich:

H_x = H_c + DM₅

H=H_C + DM_S

j + η — r W

j + η + r W

Δ Φ = 8xrTM_s, H_a< H_x;

(19a) (19b)

IO

(20 a)

ΔΦ = 8 π/TM J 1 +

(H_x- H_a)

Δ Φ = 0,

Ir DM H_x<H_a< H

H_v < H,.

Hg)!

s J'

(20b)

(20c)

20

Es kann daher der geschlossene Weg für den remanenten Magnetfluß, der flankiert wird von dem axialen, nicht remanenten Magnetfluß, gebildet werden entweder durch eine einzige Öffnung, die aus der Achse des Magnetgliedes gerückt werden kann, oder durch zwei Öffnungen, und zwar je nach der gewünschten Empfindlichkeit und Eigenschaft der überwachungsschaltung. In jedem Fall ist jedoch eine Trennung zwischen den Schaltungen, die den beiden Magnetflußwegen zugeordnet sind, sichergestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur überwachung des Fließens von Strömen in Stromkreisen, derart, daß das Fließen der Ströme selbst oder das Über- oder Unterschreiten vorgegebener Stromwerte anzeigbar ist, mit einem Magnetglied aus einem magnetisch sättigbaren Material, das wenigstens eine Öffnung zur Bildung und Begrenzung einer die Öffnung umgebenden, in sich geschlossenen Flußbahn enthält, sowie mit einer Hilfsspannungsquelle und einer Anzeigeeinrichtung, die zur Erzeugung oder Anzeige von Flußänderungen in der Flußbahn mit dieser gekoppelt sind, d a durch gekennzeichnet, daß das Magnetglied (23) stabförmig ausgebildet ist und eine axiale, im wesentlichen nicht remanente Flußbahn (26) aufweist, die eine remanente Flußbahn (27) um die Öffnung (24) beiderseits flankiert und daß der zu überwachende Stromkreis mit dem Magnetglied (23) über Kopplungsmittel derart gekoppelt ist, daß ein von dem Stromwert des zu überwachenden Stromkreises abhängiger Magnetfluß von solcher Größe in die nicht remanente Flußbahn (26) einführbar ist, daß der Betrag des für eine Umschaltung im remanenten Flußweg verfügbaren Magnetflusses steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungsquelle eine Impulsquelle (13) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied (23) aus

einem Material mit im wesentlichen rechteckiger Hysteresisschleife besteht, daß die Kopplungsmittel aus Wicklungen (28, 29) bestehen, die koaxial auf dem Magnetglied (23) aufgebracht sind, I und daß die Hilfsspannungsquelle (13) und die j Anzeigeeinrichtung (14) je mit einem durch die I Öffnung (24) führenden Leiter (30 bzw. 31) ver-| bunden sind. j

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,1 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (24)' asymmetrisch in bezug auf die mittlere Längs-: achse (25) des Magnetgliedes (23) angeordnet ist ■ und daß das Magnetglied einen Entmagnetisie- ■ rungsfaktor I

D =

2A-,

(H₂ - H₁) M,

aufweist, worin die Größe -j— das Verhältnis des

maximalen zum minimalen Querschnittabschnitts j des Magnetgliedes ist, die Größe (H₂ — ATi) die Differenz zwischen dem Wert für die Feldstärke der nicht remanenten Flußbahn (26), bei dem die Umschaltung des Magnetflusses der remanenten Flußbahn (27) zuerst beeinflußt wird, und dem Wert für die Feldstärke der nicht remanenten Flußbahn (26), bei dem die Umschaltung unterdrückt wird, und worin die Größe M_s die Sättigungsmagnetisierung des Magnetgliedes (23) ist (Fig. 2).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetglied (23) zwei Öffnungen (54a, 546) aufweist, die je eine in sich geschlossene remanente Flußbahn (57 α, 57 b) begrenzen, und daß die Hilfsspannungsquelle (13) in entgegengesetzter Richtung an die beiden Öffnungen (54 a, 54 b) so angekoppelt ist, daß die Richtung der remanenten Magnetflüsse um die Öffnungen (54 a, 54 b) zwischen diesen Öffnungen gleich ist (F i g. 4).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Öffnungen (54 a, 54 b) nicht weiter voneinander entfernt sind als die Summe einer der beiden Abstände j + η und m + k, worin j und k der minimale seitliche Abstand entgegengesetzter Seiten der ersten Öffnung (54 a) von entsprechenden Seitenkanten des Magnetgliedes (23) und m und « der minimale seitliche Abstand entgegengesetzter Seiten der zweiten Öffnung (54 b) von entsprechenden Seitenkanten des Magnetgliedes (23) sind (F i g. 4).

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Vielzahl von Öffnungen durch das Magnetglied erstreckt,; von denen jede eine ringförmige Zone hat, die einen umschaltbaren remanenten Magnetfluß proportional der Feldstärke der nicht remanenten Flußbahn aufweist und den Beziehungen entspricht:

H_c + DM_s

<H_a<H₂,

wobei

11

H=H+ DM

ist, in denen bedeutet: H_a die Größe des an-

gelegten Magnetfeldes, Δ Φ der umschaltbare Magnetfluß, W die Breite, T die Dicke, D der Entmagnetisierungsfaktor und H_c die Koerzitivkraft des Magnetgliedes (23), d der Durchmesser und r der minimale Abstand zwischen den öffnungen, wobei r < (W - d) ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen