DE2224101A1

DE2224101A1 - Elektromagnetische schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2224101A1
Application number: DE19722224101
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Krause; Karl-Otto Prof Dr Lehmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-17
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1973-11-29
Also published as: JPS4956159A; DE2224101B2

Description

Elektromagnetische Schaltungsanordnung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Schaltungsanordnung mit einem luftspaltlosen Eisenkreis und Wicklungen für mehrere elektrische Eingangsgrößen und eine Ausgangsgröße,.
Die Erfindung geht von dem bekannten Sperrmagnetprinzip aus. Dieses Prinzip, das insbesondere bei sogenannten Schutzrelais Anwendung findet, beruht auf der additiven oder subtraktiven Überlagerung von Magnetflüssen in einem geschlossenen magnetischen Kreis. In den üblichen Anwendungsfallen wird dabei ein konstanter, durch Permanentmagnete oder gleichstromgespeiste Elektromagnete erzeugter magnetischer Fluß mittels eines von einem als Steuergröße anzusehenden elektrischen Signal erzeugten Flusses derart geschwächt, daß ein gegen eine Federkraft angezogener Anker sich löst und Kontakte betätigt. Der geschlossene Eisenkreis des aus Eisenkern und Wicklung bestehenden Sperrmagnetsystems ist dabei Teil des den konstanten Fluß führenden Eisenkreises.
Es besteht die Aufgabe, den bisherigen Anwendungsbereich des Sperrmagnetprinzips wesentlich zu erweitern und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die bei möglichst einfachem Aufbau mehrere Schaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten erlaubt.
Eine Lösung der Aufgabe wird in einer elektromagnetischen Schaltungsanordnung der eingangs genairnten Art gesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit Hilfe einer Gleichstromvormagnetisierung die Permeabilität des magnetis,chen Kreises auf den maximalen Wert eingestellt ist und daß der magnetische Kreis ein von mindestens einer elektrischen Eingangsgröße gespeistes Sperrmagnetsystem zur Steuerung seines elektromagnetischen Widerstands aufweist, derart, daß die Ausgangsgröße gemäß einer vcrgegebenen Funktion der oder den Eingangsgrößen folgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Eisenkreis rahmenartig aus zwei Schenkeln und zwei Jochen aufgebaut ist und daß die Schenkel gleichartige, fensterkernartige Ausbildungen aufweisen. deren quer zur magnetischen Flußrichtung im Eisenkreis angeordnete Mittelschenkel die Wicklungen des Sperrinagnetsystems tragen und daß auf dem einen Joch die Wicklung zur Abnahme der Ausgangsgröße und auf dem anderen Joch Wicklungen zur Einführung weiterer Eingangs- oder hilfsgrößen, insbesondere Gleichstrom zur Vormagnetisielung und Hilfswechselspannung angebracht sind.
Ein Eisenkreis der genannten Art läßt sich in einfacher Weise als geschlossener Kern aus geschichteten Kernblechen herstellen. Die Wicklungen sind ohne Schwierigkeit aufzubringen. Neben einer fest vorgegebenen Eingangsgröße, nämlich der Gleichstromvormagnetisierung, lassen sich über die Wicklungen des Sperrmagnetsystems und weitere auf dem die Yormagnetisierungswicklung tragenden Joch angebrachte Wicklungen wahlweise weitere elektrische Eingangsgrößen aufgegeben, die Ausgangsgröße ist dann jeweils eine Funktion der Eingangsgröße. Je nach Art und Anzahl der Eingangsgrößen läßt sich die Schaltanordnung gemäß der Erfindung als Trenner, Modulator, Multiplizierer, invertierendes Glied oder Magnetverstärker einsetzen, wie im folgenden anhand der Figur erläutert wird.
Das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Schaltungsanordnung geuäR. der Erfindung zeigt einen geschlossenen und luftspaltfreien Eisenkreis 1 aus geschichteten Kernblechen, welcher im wesentlichen aus geschichteten Kernblechen, welcher im wesentlichen aus den Schenkeln 2 und 2' und den Jochen 3 und 3' besteht. Wie weiter zu sehen ist, weisen die Schenkel 2 und 2' symmetrisch angeordnete fensterkernartige ausbildung 4 auf, die, zusammen mit in je zwei gegensinnig gewickelten Wicklungshälften aufgebrachten Wicklungen W3 und W5 auf den quer zur Flußrichtung in den Schenkeln 2 und 2' angebrachten Mittelschenkeln 6 der fensterkernartigen Ausbildungen 4 das Sperrmagnetsystem 5 bilden. Das Joch 3 des Eisenkreises 1 trägt die Wicklung W4 zur Abnahme der Ausgangsgröße U4, das gegenüberliegende Joch 3', die Wicklung W1, welche den zur Gleichstromvermagnetisierung notwendigen Gleichstrom 11 führt. Auf dem Joch 3' ist noch eine weitere Wicklung W2 für eine weitere Eingangsgröße u2 vorgesehen.
Neben der in jedem Falle fest vorgegebenen Eingangsgröße I1 an der Wicklung W1 stehen also noch Singabemöglichkeiten für 3 weitere Eingangsgrößen, nämlich u2 auf der Wicklung W2 und u3 Üuf der Wicklung W3 bzw. u5 auf der Wicklung W5 des Sperrmagnetsystems zur Verfügung.
Die Permeabilität des für den Eisenkreis 1 verwendeten Materials ist bekanntlich von der magnetischen Feldstärke im magnetischen Kreis abhängig; trägt man die Permeabilität als Funktion der Feldstärke auf, so durchläuft die Kurve ein Maximum. Dieses Permeabilitätsmaximum, das materialabhängig einer bestimmten Feldstärke zugeordnet ist, soll als Arbeitspunkt der elektromagnetischen Schaltungsanordnung in den folgend beschriebenen Anwendungen gelten. Die Eingangswicklung Wi auf dem Joch 3' und der sie durchfließende Gleichstrom 11 sind so abgestimmt, daß die im Magnetkreis erzeugte magnetische Feldstärke und daß die Vorau3setzungen zur Erzielung eines Permeabilitätsmaximus im Eisenkreis 1 erfüllt sind.
Die gezeigte elektromagneti.sche Schaltungsanordnung läßt sich funktionell auf verschiedene Art verwenden: a) als Trenner: In dem mit dem Gleichstrom 11 vormagnetisierten Magnetkreis ist die an der Wicklung W4 auftretende Ausgangsgröße u4 solange Null, bis eine Wechselspannung als Eingangsgröße u3 auf die Wicklung W3 des Sperrmagnetsystems 5 gegeben wird. Mit Hilfe dieser Wechselspannung wird der magnetische Widerstand des Eisenkreises 1 und damit seine Permeabilität derart gesteuert, daß in der Wicklung W4 als Ausgangsgröße u4 ein Wechselstrom induziert wird, welcher der Eingangsgröße u3 folgt.
b) als Modulator: Dem durch die Gleichstromvormagnetisierung mit Gleichstrom I1 erzeugten Fluß im Eisenkreis 1 wird ein weiterer Fluß überlagert, welcher mit Hilfe eines der Wicklung W2 zugeführten veränderlichen Gleichstroms erzeugt wird. Den Wicklungen W3 des Sperrmagnetsystems 5 wird als dritte Eingangsgröße u3 eine konstante Wechselspannung zugeführt.
Als Ausgangsgröße u4 tritt eine Wechselspannung veränderlicher Amplitude auf, entsprechend der Modulation der Wechselspannung u3 konstanter Amplitude mit dem veränderlichen Gleichstrom bzw. pulsierenden Gleichstrom u2 in der Wicklung W2.
c) als Multiplizierer: Den Wicklungen W2 und W3 sind als Eingangsgrößen Wechselspannungen gleicher Frequenz und Phasenlage aber mit unterschiedlichen Amplituden zugeführt. ils Ausgangsgröße u4 tritt eine Wechselspannung auf, deren Höhe dem funktionellen Produkt der Wechselspannungen an den Eingängen entspricht.
d) als ins-ertierendes Glied Dem durch die Gleichstrom vormagnetisierung mit dem Gleichstrom I1 in der Wicklung W1 erzeugten Fluß im Eisenkreis 1 wird ein Wechselfluß überlagert, welcher mit Hilfe der Wicklung W2 und einer dieser als Hilfsgröße zugeführten Wechselspannung u2 erzeugt wird. Der Wicklung W3 des Sperrragnetsystems 5 wird eine Gleich- oder Wechselspannung u3 als steuernde Eingangsgröße zugeführt. Die Ausgangsspannung u4 folgt dann dieser Eingangsgröße umgekehrt proportional. Derartige Übertragungsglieder mit fallender Charakteristik finden Anwendung in der Regeltechnik.
e) als Magnetverstärker: Um zu erreichen, daß die Ausgangsgroße der Eingangsgröße verstärkt folgt, wird zusätzlich zu der bereits unter d) geschilderten Schaltungsanordnung eine weitere Eingangsgröße u5 auf die Wicklungen W5 des Sperrmagnetsystems 5 gegeben. Diese Eingangsgröße u5 ist eine Gleichspannung und dient zur Einstellung des Verstärkerarbeitspunkts in Analogie zur negativen Gittervorspannung einer Verstärkerröhre.
7 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Elektromagnetische Schaltungsanordnung mit einem luftspaltlosen Eisenkreis und Wicklungen fpr mehrere elektrische Eingangsgrößen und eine Ausgangsgröße, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Gleichstromvormagnetisierung die Permeabilität des magnetischen Kreises auf den Maximalwert eingestellt ist und daß der magnetische Kreis ein von einer weiteren elektrischen Eingangsgröße gespeistes Sperrmagnetsystem (5) für Steuerung seines elektromagnetischen Widerstands aufweist, derart, daß die Ausgangagrbße (u4) gemäß einer vorgegebenen Funktion der oder den Eingangsgrößen (u2, u3) folgt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gesermzeichnet, daß der Eisenkreis (1) rahmenartig aus zwei Schenkeln (2, 2') und zwei Jochen (3, 3') besteht und daß die Schenkel (2, 2') gleichartige fensterkernartige Asubildungen (4) aufweisen, deren quer zur magnetischen Flußrichtung im Eisenkreis angeordnete Mittelschenkel (6) die Wicklungen (W3, 5) des Sperrmagnetsystems (5) tragen, ura daß auf dem einen Joch (3) die Wicklung (W4) zur Abnahme der Ausgangsgröße (u4) und auf dem anderen Joch (3') Wicklungen (W1, W2) für Eingangsgrößen (11., u2) angebracht sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 als Trenner, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Eingangsgröße (u3) der Wicklung (W3) des Sperrmagnetsystems (5) zugeführt -let.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 als Modulator, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Joch (3') angeordneten Wicklung (W2) für eine Eingangsgröße eine veränderliche Gleichspannung (u2) zugeführt ist und daß der Wicklung (W3) des Sperrmagnetsystems (5) eüie konstante Wechselspannung (u3) als zweite Eingangsgröße zugeführt ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 als Multiplizierer, dadurch-gekennzeichnet, daß der auf dem Joch (3') angeordneten Wicklung (W2) eine Wechselspsnnung (u2) und der Wicklung (W3) des Sperrmagnetsystems (5) eine zweite Wechselspannung (u3) gleicher Frequenz und Phasenlage zugeführt ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 als invertierendes Glied, dadurch gekennzeichnet, daß der «Jicklung (W2) auf dem Joch (3') eine Wechselspannung (u2) als HilSsgröße und der Wicklung (W3) des Sperrmagnetsystems (5) eine Gleich- oder Wechselspannung (u3) als steuernde Eingangsgröße zugeführt ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2 als Magnetverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklung (W2) auf dem Joch (3') eine Wechselspannung (u2) als Hilfsgröße, der Wicklung (W3) des Sperrmagnetsystems (5) eine Gleich- oder Wechselspannung (u3) als steuernde Eingangsgröße, und der Wicklung (W5) des Sperrmagnetsystems (5) eine Gleichspannung (u5) zur Einstellung des Verstärkerarbeitspunkts zugeführt ist.

L e e r s e i t e