DE611510C

DE611510C - Process for the optional adjustment of the self-inductance of coils with a ferromagnetic core material

Info

Publication number: DE611510C
Application number: DEA61028D
Authority: DE
Inventors: Dr Theo Volk
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-03-07
Filing date: 1931-03-07
Publication date: 1935-04-04

Description

Verfahren zur wahlweisen Einstellung der Selbstinduktivität von Spulen reit einem ferromagnetischen Kernmaterial Die Induktivität von Spulen, die auf einen lern aus ferromagnetischem Werkstoff gewickelt sind, läßt sich bekanntlich durch ein überlagertes statisches Magnetfeld in weiten Grenzen ändern. Von dieser Erscheinung wurde bereits früher Gebrauch gemacht, und zwar bei Drosselspulen, die als ruhende Freduenzwandler benutzt werden sollten. Bei diesem Anwendungsgebiet kam es auf eine genau einstellbare Induktivität nicht an, es spielt daher auch keine Rolle, daß die bei einer gegebenen Gleichstrombelastung vorhandene Induktivität verschieden war, je nach der Vorbelastung des Magnetkerns. Eine weitergehende Anwendung wurde aber von der Veränderbarkeit der Induktivität durch ein überlagertes statisches Magnetfeld eben aus diesem Grunde nicht gemacht.Method for the optional setting of the self-inductance of coils riding a ferromagnetic core material The inductance of coils operating on a learn are wound from ferromagnetic material, can be known through change a superimposed static magnetic field within wide limits. From this appearance has already been used earlier, in the case of choke coils, which are called dormant Freduenzwandler should be used. In this area of application there was one precisely adjustable inductance does not matter, therefore it does not matter that the inductance present for a given DC load is different was, depending on the preload of the magnetic core. Another application was made but on the variability of the inductance by a superimposed static Magnetic field is not made for this very reason.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Induktivität durch ein überlagertes statisches Magnetfeld derart veränderbar zu machen, daß innerhalb eines bestimmten Bereiches jeder beliebige Wert der Induktivität mit absoluter Sicherheit eingestellt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man zu Beginn jeder Einstellung mittels eines gegebenenfalls eine Hilfswicklung durchfließenden Gleichstromes oder durch andere Mittel die magnetische Feldstärke innerhalb der Spule bis zu einem maximalen, willkürlich gewählten Betrag Sai ansteigen läßt, das Magnetfeld nach Erreichung des Maximums mehrmals, z. B. durch Änderung von Größe und Richtung des Gleichstroms zwischen den Werten + S- )i und -.51, hin und her führt und hierauf die gewünschte Selbstinduktivität durch Verringern der Gleichstromstärke auf den der gewünschten Selbstinduktivität entsprechenden Wert einstellt. Bei diesem Verfahren hat man die Sicherheit, daß beim Verringern der Stromstärke und dem Einstellen des jeweils gewünschten Wertes gleichen Stromstärken stets auch gleiche Induktivitätswerte entsprechen, so daß der betreffende Strommesser in Induktivitäten oder anderen in gesetzmäßigem Zusammenhang mit diesen stehenden Einheiten geeicht werden kann.The invention is based on the object of making an inductance changeable by a superimposed static magnetic field in such a way that any arbitrary value of the inductance can be set with absolute certainty within a certain range. This object is achieved according to the invention by allowing the magnetic field strength within the coil to rise to a maximum, arbitrarily selected amount Sai at the beginning of each setting by means of a direct current flowing through an auxiliary winding or other means, the magnetic field after the maximum has been reached several times, e.g. B. by changing the size and direction of the direct current between the values + S-) i and -.51, leads back and forth and then sets the desired self-inductance by reducing the direct current strength to the value corresponding to the desired self-inductance. With this method one has the security that when reducing the current intensity and setting the desired value in each case, the same current intensities always correspond to the same inductance values, so that the relevant ammeter can be calibrated in inductances or other units legally related to these.

Als Ferromagnetika werden dabei zweckmäßig Materialien mit hoher Anfangspermeabilität, wie Mumetall, Permalloy, Nickalloy, verwendet, weil diese bekanntlich mit verhältnismäßig kleinen magnetischen Belastungsfeldstärken beträchtliche Änderungen der Induktivität hervorrufen.Materials with high initial permeability are expediently used as ferromagnetic materials, such as Mumetall, Permalloy, Nickalloy, used because these are known to be relatively small magnetic field strengths cause considerable changes in inductance.

In der Zeichnung sind eine Anzahl Schaltungen dargestellt, mit Hilfe deren das Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann.In the drawing a number of circuits are shown, with the help of which the method according to the invention can be carried out.

Abb. i zeigt den einfachsten Fall. Auf den die Spule L1 tragenden Kern ist -eine Hilfswicklung L2 aufgebracht, die von einer Batterie E über einen Regulierwiderstand R mit Gleichstrom gespeist wird. Bei Beginn der Einstellung wird zunächst der Widerstand R völlig ausgeschaltet, hierauf mit Hilfe eines nicht gezeichneten Umpolers die Batterie mehrmals umgepolt und dann der Widerstand so weit wieder eingeschaltet, bis der in den Gleichstromkreis eingeschaltete, nicht dargestellte Strommesser die gewünschte Stromstärke bzw. Induktivität anzeigt. Die in Abb. i gezeigte Schaltung hat nun aber den Nachteil, daß der Wechselstromkreis auf den Gleichstromkreis zurückwirkt. Dies läßt sich vermeiden, indem man, wie in Abb. 2 gezeigt, die Selbstinduktivität in zwei -Spulen, vorzugsweise gleicher Größe, auf zwei getrennten Kernen aufteilt und die Gleichstromwicklungen entgegengesetzt schaltet. Bei dieser Anordnung werden durch den Wechselstrom in den Gleichstromwicklungen entgegengesetzt gerichtete Spannungen induziert, die sich gegenseitig aufheben, so daß keine Rückwirkung des Wechselstromkreises auf den Gleichstromkreis stattfindet.Fig. I shows the simplest case. On the coil L1 supporting Core is -an auxiliary winding L2 applied, which is from a battery E via a Regulating resistor R is fed with direct current. At the start of the setting will initially the resistor R completely switched off, then with the help of a not shown Reversing the polarity of the battery several times and then switching the resistor back on so far, until the switched on in the DC circuit, not shown ammeter the indicates the desired current strength or inductance. The circuit shown in Fig. I but now has the disadvantage that the alternating current circuit acts back on the direct current circuit. This can be avoided by reducing the self-inductance, as shown in Fig. 2 divided into two coils, preferably of the same size, on two separate cores and switches the DC windings in opposite directions. With this arrangement voltages in opposite directions due to the alternating current in the direct current windings induced, which cancel each other out, so that no reaction of the alternating current circuit takes place on the DC circuit.

Dasselbe läßt sich durch Schaltungen nach den Abb. 3 und 4 erreichen. Bei der Schaltung nach Abb.3 ist die Gleichstromquelle und der Regulierwiderstand in Reihe mit der Induktivität geschaltet, jedoch durch einen großen Kondensator C überbrückt, der für den Wechselstrom als Kurzschluß wirkt und diesen dadurch von der Gleichstrombatterie und dem Regulierwiderstand fernhält. Bei der Schaltung nach Abb.4 ist der parallel zu der Batterie und dem Regulierwiderstand liegende Kondensator C durch eine in Reihe mit beiden liegende Drossel L ersetzt.The same can be achieved by circuits according to Figs. In the circuit according to Fig.3 there is the direct current source and the regulating resistor connected in series with the inductor, but through a large capacitor C bridged, which acts as a short circuit for the alternating current and this by the DC battery and the regulating resistor. When switching to Fig.4 is the capacitor parallel to the battery and the regulating resistor C is replaced by a throttle L lying in series with both of them.

Es werden nun einige Beispiele für die Anwendung des Verfahrens der Erfindung gegeben.Some examples of the application of the method of Invention given.

Ein Stromreiniger besteht bekanntlich aus einer Reihe in Kaskade geschalteter, unter sich gleichartiger Drosselspulenketten, deren Aufgabe es ist, die Oberwellen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz abzudrosseln, wobei aber diese Grenzfrequenz von Fall zu Fall verschieden ist. Man hat bisher die veränderliche Grenzfrequenz dadurch eingestellt, daß man die Längsschaltung jedes einzelnen Kettengliedes aus einer Anzahl von Spulen aufbaut, von denen mehr oder weniger, je nach der erforderlichen Induktivität zu- oder abgeschaltet werden. Bei Anwendung vorliegender Erfindung genügt es, eine einzelne Spule in jedes Kettenglied einzuschalten, die auch aus Symmetriegründen in üblicher Weise auf Hin- und Rückweg verteilt werden kann, und ihr eine nach dem vorliegenden Verfahren je nach ihrem statischen Magnetfeld veränderliche Induktivität zu geben.As is well known, a power cleaner consists of a series of cascaded, among identical choke coil chains, the task of which is to reduce the harmonics throttle above a certain cut-off frequency, but this cut-off frequency differs from case to case. So far you have the variable cut-off frequency adjusted by the fact that the series connection of each individual chain link is made a number of coils builds up, of which more or less, depending on the required Inductance can be switched on or off. Using the present invention it is enough to switch a single coil in each chain link, which is also off Symmetry reasons in the usual way can be distributed there and back, and her one variable according to the present method depending on her static magnetic field To give inductance.

Abb. 5 stellt z. B. einen derartigen induktiv an die Stromquelle und an die Verbrauchsleitung gekoppelten Stromreiniger mit auf gemeinschaftliche Kerne gewickelten, auf Hin- und Rückweg verteilten Spulen dar. Das statische Magnetfeld wird hier mit der in Abb.3 dargestellten Änordnuug erzeugt, wobei zwischen den Punkten a und b die in Abb.3 ebenfalls zwischen den Punkten und b eingeschobene Schaltung liegt. Das Material der Übertragerkerne ist mit kleiner Anfangspermieabilität so gewählt, daß die Anderungen der magnetischen Feldstärke durch den Gleichstrom keine merkliche Wirkung auf seine Permeabilität ausüben.Fig. 5 shows e.g. B. such inductive to the power source and Electricity cleaner coupled to the consumption line with shared cores wound coils distributed there and back. The static magnetic field is created here with the arrangement shown in Fig. 3, with between the points a and b the circuit also inserted between points and b in Figure 3 lies. The material of the transformer cores is like that with a small initial permeability chosen so that the changes in the magnetic field strength due to the direct current do not occur have a noticeable effect on its permeability.

Will man das statische Magnetfeld in den Übertragerkernen ganz unterdrücken, so kann man in an sich bekannter Weise auf dem Kern von Uei eine dritte, in a und b endigende Wicklung anbringen, die, mit einem regulierbaren Ohmschen Widerstand ausgestattet, das durch den die Sekundärwicklung von Uei durchfließenden Gleichstrom erregte statische Magnetfeld gerade kompensiert.If you want to suppress the static magnetic field in the transformer cores completely, so one can in a manner known per se on the kernel of Uei a third, in a and Attach the ending winding with an adjustable ohmic resistance equipped by the direct current flowing through the secondary winding of Uei excited static magnetic field just compensated.

Mit den Änderungen der Grenzfrequenz der Drosselkette ist im allgemeinen auch eine Änderung ihres Wellenwiderstandes verbunden. Eine derartige Änderung ist in weiten Grenzen praktisch durchaus unschädlich. Der Nennwellenwiderstand in Abb. 5 kann unbedenklich etwa zwischen 12oo und 300 ,S2 schwanken. Dies gestattet, den Stromreiniger mit ein und derselben Spule zur Reinigung von Frequenzen f von etwa Zoo bis 700 Hertz zu verwenden, wenn man .-o,87 (f,-Grenzfrequenz) setzt. DieSelbstinduktion der Spule wird dabei beim Übergang von der tiefsten zur höchsten Frequenz durch das statische Magnetfeld auf etwa 801, ihres ursprünglichen Wertes herabgesetzt. Der Bereich von 7oo bis 24oo Hertz läßt sich bei gleicher Schwankung von entsprechend mit einer zweiten Spule und einem zweiten Kondensator beherrschen.The changes in the cut-off frequency of the choke chain are generally also associated with a change in its characteristic impedance. Such a change is practically entirely harmless within wide limits. The nominal wave resistance in Fig. 5 can be between 1200 and 300 , S2 fluctuate. This allows the current cleaner to be used with one and the same coil for cleaning frequencies f from about Zoo to 700 Hertz, if one .-o, 87 (f, limit frequency) sets. The self-induction of the coil during the transition from the lowest to the highest frequency is reduced by the static magnetic field to about 801, its original value. With the same fluctuation, the range from 700 to 24oo Hertz can be adjusted accordingly with a second coil and a second capacitor.

Ein weiteres Beispiel, in welchem die gemäß der Erfindung veränderlichen Induktivitäten Anwendung finden können; ist dasjenige eines Wellenfilters mit einem in der Frequenzskala beiderseitig begrenzten Durchlaßbereich. Will man etwa beim Abhören verschiedener Rundfunkstationen nacheinander den Durchlaßbereich auf verschiedene Trägerfrequenzen einstellen, so müssen die Induktivitäten des Filters geändert werden. Dies erreicht man wieder durch Überlagerung eines statischen Magnetfeldes auf die Spulenkerne der Induktivitäten.Another example in which the variable according to the invention Inductors can be used; is that of a wave filter with a in the frequency scale passband limited on both sides. Want for example, when listening to different radio stations one after the other, the passband is selected set to different carrier frequencies, so must the inductances of the filter be changed. This is achieved again by superimposing a static magnetic field on the cores of the inductors.

Als weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung sei ein Frequenzanalysator angeführt, bei welchem sich der durchgelassene, beiderseitig begrenzte Frequenzbereich auf eine einzige Frequenz zusammenzieht. In Abb. 6 sei C eine Wechselstrom-EMK, in der eine Reihe ihrer Stärke nach unbekannter Oberwellen vorkommen, L,', Cl' ein Spannun,-sresonanzkreis der Eigenf requenzcoo: mit dem Ohmschen Widerstand R1' und T ein Übertrager, dessen Selbstinduktion bzw. Gegeninduktiv ität gegen Li klein ist. Der Scheinwiderstand X, der parallel zu L1', R1', C,', T liegt, sei außer in unmittelbarer Umgebung der Resonanzstelle klein gegen den Betrag der Reaktanz i nicht aber gegen R1'. Dann wird nur in unmittelbarer Nachbarschaft der Frequenz c)o ein beträchtlicher Strom den Übertrager T durchfließen und auf das Anzeigeinstrument A im Sekundärkreis des Übertragers wirken. Soll mit dieser Anordnung eine Frequenzanalyse ausgeführt werden, so muß man in der Lage sein, ceo kontinuierlich und leicht zu verändern. Dies geschieht durch Änderung der Induktivität L1' nach vorliegendem Verfahren. Die Reaktion von A bei bestimmten meßbaren Induktivitätswerten, aus denen sich die zugehörige Frequenz berechnen läßt, zeigt qualitativ und quantitativ die vorhandenen Oberwellen von (9 an.As a further application example of the invention, a frequency analyzer is cited in which the frequency range that is passed through and is limited on both sides contracts to a single frequency. In Fig. 6, let C be an alternating current EMF in which a number of their strengths appear according to their unknown harmonics, L, ', Cl' a voltage, resonance circuit of the natural frequency coo: with the ohmic resistance R1 'and T a transformer, the self-induction or mutual inductance against Li is small. The impedance X, which is parallel to L1 ', R1', C, ', T , except in the immediate vicinity of the resonance point, is small compared to the magnitude of the reactance i but not compared to R1'. then a considerable current will flow through the transformer T only in the immediate vicinity of the frequency c) o and act on the display instrument A in the secondary circuit of the transformer. If a frequency analysis is to be carried out with this arrangement, one must be able to change ceo continuously and easily. This is done by changing the inductance L1 'according to the present method. The reaction of A at certain measurable inductance values, from which the associated frequency can be calculated, shows qualitatively and quantitatively the harmonics of (9) that are present.

Ferner sei noch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung auf Röhrensender erwähnt. Bei rückgekoppelten Elektronenröhren ist die ausgesandte Frequenz diejenige des Schwingungskreises, der etwa im Gitterkreis eingeschaltet ist. Zu ihrer Veränderung mußte bisher der Kondensator des Schwingungskreises geändert werden, wozu eine ganze Batterie von Kondensatoren erforderlich ist, falls eine einigermaßen stetige Veränderlichkeit der Frequenz gefordert wird. Es läßt sich nun die Veränderlichkeit des Kondensators vorteilhaft durch diejenige der Induktivität mittels des veränderlichen statischen Magnetfeldes nach vorliegendem Verfahren ersetzen. Der hierfür erforderliche Gleichstrom kann dann zugleich. auch dazu dienen, die Induktivität eines an den Schwingungserzeuger angeschlossenen oder in ihn eingeschalteten Stromreinigers, etwa nach Abb. 5 oder 6 in Gestalt eines Wellenfilters, so zu modifizieren, daß sie die erregte Frequenz durchläßt und diese zugleich von ihren Oberwellen reinigt.Furthermore, the application of the method according to the invention should be mentioned Tube transmitter mentioned. With feedback electron tubes, the emitted frequency is that of the oscillation circuit, which is switched on approximately in the grid circle. to the capacitor of the oscillation circuit had to be changed up to now. which requires a whole battery of capacitors, if any constant variability of the frequency is required. The changeability can now be seen of the capacitor advantageously by that of the inductance by means of the variable replace static magnetic field according to the present procedure. The required for this Direct current can then at the same time. also serve to reduce the inductance of one to the Vibration generator connected or switched on in it, for example according to Fig. 5 or 6 in the form of a wave filter, to be modified so that it lets the excited frequency pass and at the same time cleanses it of its harmonics.

Der Anwendungsbereich der Erfindung beschränkt sich nicht allein auf die angeführten Beispiele, sondern dis Erfindung kann mit Vorteil überall da Anwendung finden, wo eine stetige Veränderung der Induktivität wünschenswert ist.The scope of the invention is not limited to the examples given, but the invention can be used with advantage everywhere there find where a steady change in inductance is desirable.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for the optional adjustment of the self-inductance of coils with a ferromagnetic core material, to which such a static magnetic field is imposed during operation that the operational inductance is given a desired value, characterized in that one is made by means of a direct current flowing through an auxiliary winding or by other means the magnetic field strength within the coil can increase to a maximum, arbitrarily chosen amount, the magnetic field several times after reaching the maximum, z. B. by changing the size and direction of the direct current between the values + # 51 and - 5j1, back and forth and then the desired self-inductance is set by reducing the direct current strength to the value corresponding to the desired self-inductance.

2. The method according to claim i, characterized by Use with power purifiers to change the cutoff frequency.

3. Procedure according to Claim i, characterized by use in wave filters for shifting the Pass band.

4. The method according to claim i, characterized by use with a frequency analyzer to change the resonance position of a selective, voltage resonance circuit serving as a shunt.

5. The method according to claim i, characterized by its use in a tube transmitter to change the transmitted Frequency.

6. Arrangement for performing the method according to claim a, characterized in that that the direct current EMF and the regulating ohmic resistance as well a capacitor connected in parallel between the halves of the secondary coil a transformer with a core material of low initial permeability set that inductively connects the power cleaner to the power source.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that to cancel the static magnetic field in the transformer between the halves of the secondary coil, a third winding including an adjustable one Ohmic resistance is attached, in which the direct current emf is an opposite same static magnetic field as generated in the secondary coil.