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Verfahren zur Verfeinerung des Abgleichs von zwei oder mehreren in
Reihe geschalteten Induktionsspulen Es ist bekanntlich bei der Herstellung von Induktionsspulen
nur in. beschränktem Maße möglich, den verlangten Induktionswert zu erzielen. Abgesehen
von den unvermeidlichen Schwankungen der Fabrikation liegt dies daran, daß die Abgleichung
der Induktivität, wenn von äußeren Hilfsmitteln abgesehen wird, nur stufenweise
durch Ab- oder Zuwickeln einer Windung erfolgen kann. Hat man nämlich eine Spule
von der Windungszahl ta, so hat diese die Induktivität L = a w2 Henry, wobei
eine bei einer gegebenen Spule konstante Größe ist. Hierbei ist li= Permeabilität"
f = Kernquerschnitt, d," = mittlerer Kerndurchmesser. Die Ab- oder Zunahme
einer Windung ergibt dann eine Induktivitätsänderung von
oder prozentual
Eine Spule von z. B. 5oo Windungen kann also nur in Stufen von 0,4 % abgeglichen
werden, d. h. man kann sich dem verlangten Wert nur bis auf die Hälfte dieses Schrittes,
also auf 0,2 °'o nähern. Ungünstigenfalls ist also- der Sollwert der Induktivität
einer Spule von tv u'indungen nur mit einer Genauigkeit von
erreichbar. 'Nun kann aber der mögliche Fehler der Abgleichung wesentlich herabgesetzt
werden, wenn die abzugleichende Spule aus zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten,
nicht miteinander magnetisch verketteten Teilspulen besteht, die in ihrem Aufbau
(a und w) verschieden sind.
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Das hierbei anzuwendende Verfahren ist Gegenstand der Erfindung.
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Wie gezeigt wurde, ist die pro Windung erreichbare Änderung der Induktivität
Hat man nun beispielsweise zwei Spulen (a1, ivl und a2, w.), so kann man auf jeder
eine Induktionsünäerung erzielen von:
bzw.
Führt man diese Änderungen nun gleichzeitig, aber in entgegengesetztem
Sinne aus, so erhält man eine Gesamtänderung von
Prozentual ergibt sich:
und entsprechend der größte Abgleichfehler
Dieser Fehler ist, insbesondere wenn a1, 1111 und a.2, t11. nur wenig voneinander
abweichen, bedeutend kleiner als die, die man bei einer einzelnen Spule erhält,
was am besten an einem Beispiel gezeigt werden kann: --Eine Spule Es sei: x. w =
x ooo u - 2o-7 damit L = a w2 = o,1 Henry
Zwei Teilspulen 2. w,. = 500; w2 = 60o a,1= 2 . 10-1; u2 Z-- 1,4 - 2o-7
L uz w i -i_ a2 w i =
- 2.25 . 10-3 + 1.4 - 36 - I0-3 _ (50
-i- 50,4) - 10-3 - 0,1004 Henry
s = ± 0,o16 %.
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Man hat ,also eine sechsmal so feine Abgleichmöglichkeit. Wäre die
Induktivität der Spule z. B. um 0,o6 % zu klein, und müßte sie bis auf 0,o3 % abgeglichen
werden, so wäre das wohl im zweiten, aber nicht im ersten Fall möglich.
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Sind a,1, w1 und a2, t112 sehr voneinander verschieden, so daß sich
die Produkte a1 # tut und a2 #t112 etwa wie 1:2, 1:3... verhalten, so kann man einer
zu- oder abgewickelten Windung der einen Spule zwei oder mehrere ab- oder zugewickelte
Windungen der anderen Spule zuordnen, um den gewünschten Zweck zu erreichen.
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Von besonderer Bedeutung wird obiges Verfahren aber erst bei Anwendung
auf 'Spulenpaare, von denen jede Spule .aus zwei gleichen Wicklungen besteht. Hier
kommt es meist, z. B. bei den Spulen der Fernmeldetechnik, wo die beiden Wicklungshälften
an verschiedene Adern, z. B. eines Kabels, angeschlossen. sind, darauf .an, daß
die beiden Wicklungshälften in allen ihren Werten (Induktivität, Ohmscher Widerstand,
,Kapazität) im höchsten Maße symmetrisch sind. Insbesondere ist Wert ,auf die Induktionssymmetrie
zu legen.
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Nun werden beim Viererbetrieb meist pro Leitungspaar zwei Spulen verwendet,
von denen die eine im Stamm, die andere im Vierer wirksam ist. Da jede dieser beiden
Spulen eine Unsymmetrie hat, so ist es, wie bekannt, möglich, durch Auswahl zweier
Spulen mit etwa gleichen, aber entgegengesetzten. Unsymmetrien die Unsymmetrie möglichst
weit zu kompensieren. Dieses erfordert aber ein mühsames Aussuchen der benötigten
Spulen; dabei hängt die Gesamtwirkung von der Wahrscheinlichkeit ab, zueinander
pas--sende-Bpulex@ -2ü -finden: I3i;es.es wird um so unwahrscheinlicher, je geringer-
die Gesamtzahl der zur Verfügung stehenden Spulen ist.
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Ein weiteres Mittel, um Unsymmetrien auszugleichen, ist die Ausnutzung
der insbesondere in unwirksamer Schaltung bestehenden Streufelder, z. B. durch veränderliche
Verkettung mit den Windungen der wirksamen Spule. Dieses Mittel versagt aber bei
zu geringen Streufeldern.
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Wendet man nun das oben beschriebene Verfahren, das Gegenstand der
Erfindung ist, sinngemäß auf ein solches Spulenpaar an, so erhält man den. gleichen
günstigen Abgleich wie bei .einer aus zwei Teilspulen bestehenden Spule. Eine kurze
Überlegung wird dies näher erklären.
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Für eine Spule mit zwei ,gleichen Wicklungen (s.Abb. r), von denen
jede die Induktivität L1+ M bzw. L2 + M besitzt, ist die Unsymmetrie
,gegeben durch den Ausdruck
In dieser Gleichung kommt die gegenseitige Induktion M nicht mehr vor. Man kann
also, so weit es die Unsymmetrie anbetrifft, die Wicklungen als magnetisch voneinander
unabhängig ansehen und auf sie die eingangs angestellten Betrachtungen anwenden.
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L,. und L2. weisen auch bei sorgfältigster Fabrikation immer Unterschiede
auf. Um nun die Unsymmetrien zu vermindern, müssen also die Induktivitäten L1 und
L2 möglichst aufeinander abgeglichen werden. Dies kann, wie im Anfang gezeigt, -durch
Zu- oder Abwickeln einer Windung bis auf
geschehen, wobei w jetzt die Windungszähl jeder Halbspule ist und sich auch s auf
die Halbspule bezieht.
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Im ,allgemeinen wird nun die Unsymmetrie auf die Gesamtinduktivität
der Spule bezogen.
Sind die beiden Wicklungen fest gekoppelt und
elektrisch hintereiriandergeschaltet, so ist die Gesamtinduktivität gleich dem Vierfachen
der Einzelinduktivität, und die Unsymmetrie ist entsprechend gleich dem vierten
Teil des oben angegebenen Wertes, also
Um eine Unsymmetrie gleich oder kleiner als s' zu erreichen, ist es natürlich oft
notwendig, mehr als eine Windung abzunehmen. Dies gilt :auch für die folgenden Betrachtungen.
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Es ist nun außerdem meist erwünscht, die G:esamtinduktivität beim
Symmetrieren nicht zu verändern. Das kann dadurch geschehen, daß man beim Abschalten
von Windungen von der einen Wicklung die gleiche Anzahl Windungen der anderen Wicklung
zufügt.
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Es ist nun leicht zu sehen, wie sich beim Vorhandensein von zwei Spulen
(Abb.2) die Symmetrierung in diesem Fall gemäß der Erfindung erreichen läßt.
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Hat man zwei Spulen mit den Werten (pro Halbseite)
so ist die Änderung der Induktivität bei gleichzeitiger, aber entgegengesetzter
Änderung um eine Windung L _- 2 (ui w1
- u2 w2) oder prozentual
also der mögliche Fehler der Abgleichung bezogen auf die Halbseite:
bezogen auf die Gesamtinduktivität:
Diese letzte - Formel gilt, wenn sowohl Spule i wie auch Spule 2 wirksam geschaltet
sind, d. h. wenn die magnetischen Flüsse der Halbseiten gleichsinnig verlaufen.
Ist jedoch, wie es meist der Fall ist (z. B. bei Phantompupinisierung), die zweite
Spule unwirksam, die Halbseiten also magnetisch gegeneinandergeschaltet, so ist
Eiaa Beispiel wird die Wirkung dieses Verfahrens wieder am besten zeigen Eine Spuze
i. w (pro Halbseite)-500 -u=2#IO-7 L - u w2 -2-25-10-3 - o,o5 Henry (pro Halbseite)
Zwei Spulen 2. U,1--w2=5oo
| a-2 u1--2.10_`;a2 =1,8.i0_7; -_-o,g. |
| ül |
| L _- ui w=- o, i H (die zweite Spule ist |
| unwirksam) |
Die zuletzt gewählten Werte entsprechen ungefähr den bei Pupinspulen mittlerer Pupinisierung
vorliegenden Verhältnissen. Bei diesen Spulen wird z. B. von der Deutschen Reichspost
eine Symmetrie von mindestens -- o,o3 o'o verlangt. Das Beispiel zeigt, daß diese
Symmetrie mit Hilfe des neuen Verfahrens leicht erreicht werden kann, während bei
einem einfachen Abgleich, der sich nur auf eine Spule bezieht, dies nicht in jedem
Fall möglich ist.