DE2456704A1

DE2456704A1 - Quotient monitor for two direct currents - has two fixed exerting opposed torques on rotating element

Info

Publication number: DE2456704A1
Application number: DE19742456704
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dipl Hefermann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1976-08-12

Abstract

The quotient monitor has two fixed coils which exert torques in opposite directions on a rotating element which is free of any controlling mechanical torque. Two soft-magnetic cores (3, 4) carry coils (2, 5) having substantially different numbers of turns. The cores are arranged perpendicular to one another and have a common air gap in which the rotating element (1) in the form of a permanent magnet disc is located. Pref. the cores are in the form of intersecting frames, whereby the section of one frame opposite the open side of this frame carries a coil (2) with a large number of turns and the other core embraces a busbar (5). The monitor is suitable for currents of widely different powers.

Description

"Quotientenwächter" Die Erfindung bezieht sich auf einen Quotientenwächter für ortsfesten die Überwachung des Quotienten zwei Gleichströme mit zwei Spulen, die entgegengesetzt gerichtete Drehmomente auf ein drehbar gelagertes und von mechanischen Richtmomenten freies Organ ausüben. Die Erfindung ist anwendbar für Quotientenmesswerke, elektrische Aulöser und vorzugsweise für Schaltgeräte für Fahrzeuge mit Gleichstromantrieb. "Quotient monitor" The invention relates to a quotient monitor for stationary monitoring of the quotient of two direct currents with two coils, the oppositely directed torques on a rotatably mounted and mechanical Exercise directing moments free organ. The invention can be used for quotient measuring mechanisms, electric releasers and preferably for switching devices for vehicles with direct current drives.

Es sind Quotientenmesser mit festen und beweglichen Spulen nach dem Kreuzspulprinzip bzw. nach dem Kreuzfeldsystembekannt (Keinath, Die Technik elektrischer Messgeräte", d. 1 (1928), S. 350 bis 359; Reinhold Drachsel, Grundlagen der elektrischen Messtechnik" (1966) VEB Verlag Technik Berlin, S. 116 und S. 123). Diese Quotientenmesser arbeiten zufriedenstellend und genau, solange Ströme etwa gleicher Größenordnung in Verhältnis zu setzen sind, oder die Möglichkeit besteht, Nesswandler einzusetzen. Für einen sehr hohen Strom sind Kreuzspulmesswerke jedoch nicht geeignet, weil der Strom über eine Schleifbürste zur betreffenden beweglichen Spule geführt werden müsste.Beim elektrodynamischen Quotientenmesser nach dem Kreuzfeldsystem mit einem Jochringund radial nach innen gerichteten mit Spulen versehenen Polen läßt sich der notwendige symmetrische Aufbau für die Messung eines Quotienten zweier Gleichströme von stark unterschiedlicher Höhe wegen des notwendigen unterschiedlichen Wickelvolumens nicht realisieren.There are quotient meters with fixed and movable coils according to the Cross-winding principle or known according to the cross-field system (Keinath, Die Technik Zusammenarbeit Messgeräte ", d. 1 (1928), p. 350 to 359; Reinhold Drachsel, Fundamentals of the electrical Messtechnik "(1966) VEB Verlag Technik Berlin, p. 116 and p. 123) work satisfactorily and accurately as long as currents are of approximately the same order of magnitude are to be set in relation, or there is the possibility of using Nesswandler. However, cross-coil measuring mechanisms are not suitable for very high currents because the Electricity can be fed to the relevant moving coil via a grinding brush In the electrodynamic quotient meter according to the cross-field system with a Yoke ring and radial inwardly facing with coils Poles can be the necessary symmetrical structure for the measurement of a quotient two direct currents of greatly different height because of the necessary different Do not realize the winding volume.

Ferner sind Drehmagnetmeßwerke bekannt (Drachsel, S. 136/137) jedoch nicht als Quotientenmesser.Furthermore, rotary magnet measuring mechanisms are known (Drachsel, pp. 136/137), however not as a quotient meter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Quotientenwächter zu schaffen, der geeignet ist, bei Uberschreiten eines vorgebbaren Quotienten zweier Gleichströme von stark unterschiedlicher Höhe Auslöser zu betätigen.The invention is based on the object of a quotient monitor to create that is suitable when a predeterminable quotient of two is exceeded Direct currents of widely differing levels to actuate the trigger.

Die Lösung dieser Aufgabe bestehtdarin, daß erfindungsgemäß zwei getrennte weichmagnetisclle Kerne mit Spulen stark unterschiedlicher Windungszahl nach demKreuzfeIdsystem senkrecht zueinander angeordnet sind und sich in dem ihnen gemeinsamen Luftspalt als drehbares Organ eine dauermagnetische Scheibe befindet.The solution to this problem is that, according to the invention, two separate Soft magnetic cores with coils with very different numbers of turns according to the cross field system are arranged perpendicular to each other and are located in the air gap they share a permanent magnetic disk is located as a rotatable organ.

Vorzugsweise sind die weichmagnetischen Kerne rahmenförmig gestaltet und greifen mit jeweils einer durchbrochenen Rahmen.-seite bzw. mit ihren Pollücken ineinander. Die der durchbrochenen Rahmenseite gegenüberliegende Rahmenseite des ersten Kernes ist mit einer Spule großer Windungszahl versehen. Der zweite Kern umschließt eine Stromschiene.The soft magnetic cores are preferably designed in the shape of a frame and grip each with a perforated frame side or with their pole gaps into each other. The frame side of the opposite the openwork frame side first core is provided with a coil with a large number of turns. The second core encloses a busbar.

Der erfindungsgemäße Quotientenwäohter erlaubt vorteilhaft die Messung zweier Gleichströme, deren Werte sich um einige Zehnerpotenzen voneinander unterscheiden, weil die bauliche Ausgestaltung den notwendigen. Platzbedarf für die den kleineren Strom führende Wicklung sicherstellt.The quotient keeper according to the invention advantageously allows the measurement two direct currents whose values differ from each other by a few powers of ten, because the structural design has the necessary. Space requirements for the smaller ones Ensures live winding.

Der zweite die-Gleichstromschiene umschließende Kern kann mit einem zusätzlichen justierbaren Luftspalt versehen sein.The second core surrounding the DC bus can be connected to a additional adjustable air gap.

Mit einer Luftspalt-Justiereinrichtung läßt sich vorteilhaft der magnetische Widerstand für-den vom zweiten Kern erzeugten Fluß und damit der Auslösewert des Quotienten vorgeben.With an air gap adjusting device, the magnetic Resistance for the generated by the second core River and with it the Specify the trigger value of the quotient.

Die Drehung der Magnetscheibe kann dabei vorteilhaft zum Schalten von Kontakten oder zur Betätigung eines mechanischen Auslösers oder zur elektromagnetischen, optischen oder optoelektronischen Ubermittlung einer Anzeige benutzt werden. Es ist als solches bekannt, ein elektrisches Meßinstrument baulich mit einem Relais zu vereinigen und dabei das bewegliche Organ selbst mit Kontakten zu versehen (DT-PS 261 031).The rotation of the magnetic disk can be advantageous for switching of contacts or for actuating a mechanical release or for electromagnetic, optical or optoelectronic transmission of a display can be used. It is known as such, an electrical measuring instrument structurally with a relay to unite and to provide the movable organ itself with contacts (DT-PS 261 031).

Die Funktion bzw. Abhängigkeit des Quotienten der Gleichströme von der Stellung der Magnetscheibe kann durch Formgebung der Magnetscheibe - kreisförmig oder etwa elliptisch -Formgebung der Pole der Kerne oder Änderung der Länge der Pollücken bzw. Luftspalte beeinflusst werden. Diese EingriffsmUglichke.iten sind als solche bekannt (vgl. Keinath, S. 351). Der erfindungsgemäße Quotientenwächter kann insbesondere mit einer etwa elliptischen Magnetscheibe versehen sein. Vorteilhaft wird auf diese Weise eine Auslösefunktion mit bistabilem Verhalten erreicht.The function or dependence of the quotient of the direct currents of the position of the magnetic disc can be determined by shaping the magnetic disc - circular or roughly elliptical shape of the poles of the nuclei or change in the length of the Pole gaps or air gaps are influenced. These possibilities for intervention are known as such (cf. Keinath, p. 351). The quotient monitor according to the invention can in particular be provided with an approximately elliptical magnetic disk. Advantageous a trip function with bistable behavior is achieved in this way.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments described in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 Eine schematische. Darstellung des Messteiles des Quotientenwäckters, Fig. 2 Schnitt und Draufsicht gem. der Schnittlinie II - II in Fig. 1, Fig. 3 einen Magnetkern mit justierbarem Luftspalt, Fig. 4 eine elliptische Magnetscheibe und Fig. 5 die Funktion der Stellung der Magnetscheibe in Abhängigkeit vomzu messenden Gleichstrom.They show: FIG. 1 a schematic. Representation of the measuring part of the Quotientenwäckters, Fig. 2 section and plan view according to the section line II - II 1 and 3 show a magnetic core with an adjustable air gap, and FIG. 4 shows an elliptical one Magnetic disk and FIG. 5 the function of the position of the magnetic disk as a function of of the direct current to be measured.

Der Messteil des Quotientenwächters besteht aus einer hartmagnetischen Scheibe, die ohne mechanisches Richtmoment drehbar gelagert ist, einer Spule 2 für den Gleichstrom I1, weichmagnetischen Kernen 3 und 4 und einer Schiene für den Gleichstrom 12. Der weichmagnetische Kern 4 kann mit einer zusätzlichen Luftspalt-Justiereinrichtung 6 versehen sein (Fig.3).The measuring part of the quotient monitor consists of a hard magnetic one Disc that can be rotated without a mechanical straightening torque is stored, a coil 2 for the direct current I1, soft magnetic cores 3 and 4 and one Rail for the direct current 12. The soft magnetic core 4 can be equipped with an additional Air gap adjusting device 6 may be provided (Fig. 3).

10 Fig. 4 zeigt eine Magnetscheibe elliptischen Querschnitts,mit der ein bistabiles Auslöseverhalten gemäß Fig. 5 erreicht werden kann. 10 Fig. 4 shows a magnetic disk with an elliptical cross section which a bistable release behavior according to FIG. 5 can be achieved.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Quotientenwächters erläutert.The mode of operation of the quotient monitor is explained below.

Die vom Gleichstrom I1 durchflossene Spule 2 erzeugt im weichmagnetischen Kern 3 einen magnetischen Fluß 01 , der an der hartmagnetischen Scheibe 1 ein Drehmoment M1 entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt, wobei M1 9 C1 11 fl (63$) wobei 2 die Scheibenstellung angibt.The coil 2 through which the direct current I1 flows generates a soft magnetic Core 3 a magnetic flux 01, which on the hard magnetic disk 1 a torque M1 generated counterclockwise, where M1 9 C1 11 fl (63 $) where 2 is the position of the target indicates.

Die Funktion f1 () verläuft ungefähr sinusfömig.The function f1 () is approximately sinusoidal.

Die Größe C1 ist eine nur vom Aufhau abhängige Konstante.The quantity C1 is a constant that only depends on the structure.

Der Gleichstrom 12 in der Schiene 5 erregt im weichmagnetischen Kern 4 den magnetischen Fluß und und bewirkt an der hartmagnetischen Scheibe 1 ein Drehmoment M1 im Uhrzeigersinn, wobei M2 = C2 I2 f2 (# L ) Die Funktion 9 (» ) verläuft ungefähr cosinusförmig. Die Größe C2 ist eine vom Aufbau abhängige Konstante. Gleichgewicht an Scheibe 1 ist erreicht, wenn M1 = M2.The direct current 12 in the rail 5 excites in the soft magnetic core 4 the magnetic flux and and causes a torque on the hard magnetic disk 1 M1 clockwise, where M2 = C2 I2 f2 (# L) The function 9 (») runs approximately cosine. The variable C2 is a constant that depends on the structure. balance at target 1 is reached when M1 = M2.

Daraus folgt Folglich ist jedem Verhältnis I2/Il eine bestimmte Scheibenstellung g zugeordnet und es gIlt Die Drehung kann wie bereits erwähnt, zum Schalten von Kontakten oder zur Betätigung eines mechanischen Auslösers oder zur Anzeige benutzt werden.It follows As a result, each ratio I2 / II is assigned a specific pulley position g and it applies As already mentioned, the rotation can be used to switch contacts or to actuate a mechanical trigger or for display purposes.

Mit der Luftspalt-Justiereinrichtung gibt man den magnetischen Widerstand für ß 2 und damit den Auslösewert des Quotienten vor, wobei die Auslösung bei z.B.The air gap adjustment device gives the magnetic resistance for ß 2 and thus the release value of the quotient, the release at e.g.

J 45° betätigt wird. J 45 ° is actuated.

Eine vom Grundprinzip abweichende Arbeitsweise der Funktion ( # ) kann durch Formgebung der Drehscheibe erreicht werden, z.B. in der in Fig. 4 dargestellten Art.A working method of the function (#) that deviates from the basic principle can be achieved by shaping the turntable, for example that shown in FIG Art.

Hierdurch ergibt sich abweichend vom Grundprinzip die Möglichkeit einer Auslösung-mit bistabilem Verhalten. Bei I1 = I2= O gibt es für die Magnetscheibe besonders ausgeprägte stabile Lagen, die-senkrechte und die waagerechte. Wird mit I1 allein erregt, nimmt. die Magnetscheibe die senkrechte Stellung ein, mit I2 die waagerechte. Beide Ströme zugleich entscheiden mit ihrem Quotienten über die Stellung. Der Zusammenhang I I2/Il C . (#) verläuft mit einem Hystereseeffekt (Anzugz fall-Verhältnis), der u. U. erwünscht ist, vgl. Fig. 5.Deviating from the basic principle, this results in the possibility a trip with bistable behavior. When I1 = I2 = O there is for the magnetic disc particularly pronounced stable positions, the vertical and the horizontal. Will with I1 aroused alone, takes. the magnetic disk into the vertical position, with I2 the horizontal. Both currents at the same time decide on the position with their quotient. The connection I I2 / Il C. (#) has a hysteresis effect (pick-up ratio), which may be desired, see Fig. 5.

Weiterhin kann der Quotientenmesser für eine Auslösung mit einem Höchststrom (I@@@@) dimensioniert sein. Dabei ist I1 = O und die Ausgangslage senkrecht. Bei Erreichen eines Höchststromes I2 max kippt die Drehscheibe in die waagerechte Stellung. Sie wird mit äußerer Einwirkung, z.B. von Hands in die Ausgangslage zurückgedreht.Furthermore, the quotient meter can be used for tripping with a maximum current (I @@@@) must be dimensioned. I1 = O and the starting position is vertical. at When a maximum current I2 max is reached, the turntable tilts into the horizontal position Position. It is turned back into the starting position with external influence, e.g. by hands.

Die besondere Gestaltung der Magnetkerne erlauben die Messung von Gleichströmen stark unterschiedlicher Größe. Dabei kann z.B. I1 einige mA und I2 einige hundert A betragen.The special design of the magnetic cores allow the measurement of Direct currents of very different sizes. For example, I1 can have a few mA and I2 a few hundred A.

Claims

1. Quotient monitor for monitoring the quotient of two direct currents with two stationary coils, the oppositely directed torques on a rotatable exercise a supported andjvon mechanical straightening moments free organ, characterized in, that two -separated.

soft magnetic cores (3,4) with coils (2,5) very different Number of turns according to the Ereuzfeldsystem are arranged perpendicular to each other and themselves in the common air gap as a rotatable organ a permanent magnetis ^ .ne disc (1.10) is located.

2. quotient monitor according to claim 1, characterized in that the soft magnetic cores (3, 4) are frame-shaped and each have one openwork frame side. interlock that that of the openwork frame side opposite frame side of the first core (3) with a coil (2) with a large number of turns is provided and that the second core (4) encloses a busbar (5).

3. Quotient monitor according to Claims 1 and 2, characterized in that that the second core (4) is provided with an additional adjustable air gap.

4. quotient monitor according to one or more of the preceding claims, characterized by a circular permanent magnetic disk (1).

5. Quotient monitor according to one or more of the preceding claims, characterized by a permanent magnetic disk (10) with an approximately elliptical cross section.

6. Quotient monitor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the permanent magnetic disc (1,10) carries contact pieces.

7. quotient monitor according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized. that the permanent magnetic disc (1,10) one Position transmitter carries the optical, mechanical, electromagnetic or opto-electronic is connected to an evaluation and display device.

8. quotient monitor according to claim 1 or the following, characterized in that that a release device is coupled directly to the permanent magnetic disc (i) is.

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