-
Synchronlaufendes Wechselstromtriebwerk Die Erfindung bezieht sich
auf eine verbesserte Anordnung für synchronlaufende Wechselstromtriebwerlze#, wie
sie in Hochspannungsanlagen insbesondere als. Zeitwerk für Überstromaus.löser Verwendung
finden. Bei der Konstruktion derartiger Triebwerke ist zu berücksichtigen, daß die
steuernde elektrische Größe, vorzugsweise der Strom, in sehr weiten Grenzen schwanken
kann. Außerdem wird in vielen Fällen gefordert, daß ein. und dasselbe Modell für
in weiten Grenzen voneinander abweichende Nennstromstärken verwendbar sein soll.
Die, Erfüllung dieser Bedingungen. wird unter Ausnutzung eines: älteren Vorschlags,
wonach die Antriebsenergie unmittelbar aus der Hochspannungsleitung etwa mit Hilfe
eines. Wandlers entnommen wird, nach der vorliegenden Erfindung dadurch ermöglieht,t
daß ein Stromwandler als Impulserzeuger verwendet wird, dessen Kern aus einem schon
bei der kleinsten Primärstromstärke, für die das. Gerät bemessen ist, magnetisch
hochgesättigten Stoff besteht, und daß weiter die in der Sekundärwicklung
bei
jedem Stromnulldurcbgang des Primärstromes in abwechselnder Richtung auftretenden,
von der Größe des Primärstromes im Bereich oberhalb, des Kleinststro:mwe:rtes im
wesentlichen unabhängigen Stromimpulse- zum Antrieb oder zur Steuerung des beweglichen
Teiles der Anordnung herab,-gezogen werden. Dies bedeutet gegenüber den bekannten
Triebwerken oder Synchronmotoren eine wesentliche Verbesserung, indem einerseits
ein sehr großer Strombereich beherrscht werden kann, während andererseits die Hochspannungsisolation
zwischen Primärleitung und Eisenkern, erspart werden kann, wodurch die Weglänge
des magnetischen Kreises äußerst klein gewählt werden kann. Als Material für den
Kern wird mit besonderem Vorteil eine der an sich bekannten hochmagnetischen Eisenlegierungen
verwendet, wie sie unter dem Namen -Mumetall, Permalloy, Legierung iod.o (vgl. ATM
Z 913/i-5) im Handel erhältlich sind. Es fließen dann in der Sekundärwicklung des
Wandlers bei Belastung mit einer kleinen Bürde bei jedem Stromnulldurchgang des
Primärstromes sehr kurzzeitige Stromimpulse in abwechselnder Richtung, deren Größe
angenähert proportional der maximalen Flußänderung im Wandlerkern und im wesentlichen
unabhängig von der Größe des Primärstromes ist. Diese Erscheinung, die im gesamten
Bereich oberhalb des Kleinstromwerte:s, für den das. Gerät bemessen ist, auftritt,
beruht auf der besonderen Gestalt der Magnetisierungskurve des für den Wandlerkern
verwendeten Werkstoffes, welche schon bei kleinen Stromwerten den. Sättigungszustand
erreicht und demgemäß äußerst steil verläuft. Die in der Sekundärwicklung auftretenden
Stromimpulse werden erfindungsgemäß zum Antrieb: oder zur Steuerung des beweglichen
Teiles der. Anordnung benutzt. Ihre Unabhängigkeit von der Größe des Primärstromes
vereinfacht die Aufgabe der Schaffung eines mechanischen Gehwerkes erheblich. Ihre
regelmäßige zeitliche Folge im Rhythmus des Primärstromes verbürgt einen zeitlich
genauen Gang des Triebwerkes.
-
Im folgenden seien die Erfindungsmerkmale an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert. In Fig. i ist io der Primärleiter des Wandlers, i i der Wandlerkern.
Die Sekundärspule i2 besteht vorzugsweise aus einer einzigen Windung, welche drehbeweglich
gelagert ist. Sie steht unter Einwirkung eines magnetischen Querfeldes, das von
einem Dauermagneten 13 erzeugt wird. Dadurch werden die die Sekundärwicklung durchfließenden
Stromimpulse in Kraftimpulse -wechselnder Richtung umgewandelt, unter deren Einfluß
die Sekundärwicklung hin und her schwingt. Die Sekundärwicklung selbst kann also
als mechanischer Übertrager benutzt werden. Dadurch lassen sich die unvermeidlichen
Energieverluste äußerst klein halten. Auch sind keine flexiblen Zuführungsleitungen
erforderlich, die für die Frequenz des Primärstromes schwingungsfest ausgebildet
sein müßten.
-
Da der Ringkern i i des Wandlers magnetisch hochgesättigt ist, ist
es vorteilhaft, ihn für das Querfeld durch ein nichtgesättigtes magnetisches Teil,
beispielsweise einen Anker, zu überbrücken. Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel
auf den Wandlerkern i i zwischen den Polen NS des Dauermagneten 13 ein U-förmiges,
magnetisch leitendes Teil 14, das nicht gesättigt ist, aufgesetzt.
-
Um die das magnetische Querfeld erzeugende Einrichtung räumlich vorteilhaft
unterzubringen und sie gegen die Einflüsse des von dem Primärstrom herrührenden,
im Fall von Kurzs:chlußströmen sehr starken Feldes zu schützen, kann man sie nach
der weiteren Erfindung im Innern des Primärleiters anordnen. Demgemäß ist bei dem
Ausführungsbeispiel der Primärleiter io rohrförmig ausgebildet, und der Dauermagnet
13 ist mit dein größten Teil seines Volumens im Innern des Primärleiters untergebracht,
so daß er durch hohe Kurzschlußströme nicht entmagnetisiert werden kann. Mit seinen
beiden Polen A'S, zwischen welchen die bewegliche Sekundärwicklung 12 schwingt,
ragt er durch eine Öffnung in der Wandung des rohrförmigen Leiters io nach außen.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Dauermagnet 13 mit den
Polen NS vollständig innerhalb des Primärleiters angeordnet. Er ist mit Polschuhen
15, 16 aus.Weicheisen versehen, die durch die Wandung des rohrförmigen Primärleiters
io nach außen ragen.
-
In, vielen Fällen ist es vorteilhaft, die aus dem Innern des Primärleiters
herausragenden magnetisch leitenden Teile der das Querfeld erzeugenden Einrichtung
zum Schutz gegen die magnetische Rüclnv irkung des die Sekundärspule durchfließenden
Stromes mit Kurzschlußwindungen zu versehen. Zweckmäßig bestehen solche Kurzschlußwindungen
aus einem Stück mit dem Primärleiter. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung werden durch die um jeden der .beiden Polschuhe herum getrennt sich
schließendenWandteile des Rohrleiters io ebenfalls derartige Kurzschlußwindungen
gebildet.
-
Die Bewegung der Sekundärspule 12 kann nach der weiteren Erfindung
unmittelbar mechanisch auf ein Schrittschaltwerk, z. B. ein. Steigrad, übertragen
werden, derart, dal sich dieses bei jeder Schwingung schrittweise weiterbewegt.
Hierfür ist es vorteilhaft, daß die Sekundärwicklung bzw. Schwingspule mit
gleichbleibender
Amplitude schwingt, damit das Steigrad jeweils nur um einen ganz bestimmten Schritt
fortgeschaltet wird. Gerade hierbei wirkt sich das Gleichbleiben der den Impulsen
innewohnenden Energiebeträge besonders günstig aus.
-
Beim Gegenstand der Erfindung soll demgemäß das Getriebe nach Möglichkeit
so ausgebildet sein, daß die Amplitude. der Schwingspule praktisch konstant und
außerdem die Bewegung der mechanischen Einrichtung, auf welche die Bewegung der
Schwingspule übertragen wird, möglichst vollkommen gleichförmig ist.
-
Eine Ausführungsmöglichkeit der mechanischen Übertragungseinrichtung,
mit der dies bei geeigneter Bemessung der einzelnen Teile in völlig befriedigender
Weise erreichbar ist, ist in Fig. 3 schematisch angegeben. Die Schwingspule bzw.
ein mit ihr verbundenes Teil 2o ist mit zwei Schaltklinken 2r, 22 verbunden, die
derartig auf ein Steigrad 23 einwirken, daß das Steigrad beim Ausschwingen der Spule
nach jeder dar beiden Richtungen um einen Schritt weiterbewegt wird. Um die Bewegung
zu vergleichmäßigen, sind harte elastische Endanschläge 24 vorgesehen, zwischen:
denen die Sekundärspule bzw. ein mit ihr verbundenes. Teil hin und her schwingt.
Durch diese Endanschläge wird die Amplitude der schwingenden Teile auf ein bestimmtes
Maß begrenzt. Außerdem läßt es: sich mit ihrer Hilfe erreichen, daß jeweils am Ende
einer Schwingbewegung ein beträchtliches Teil der den hin und her schwingenden:
Massen innewohnenden Energie reflektiert wird, so daß die Winkelgeschwindigkeit
des Steigrads praktisch konstant gehalten werden kann.
-
Bei einer gewissen Dämpfung der Schwingspule und entsprechend abgeglichener
Masse der bewegten Teile ist leicht Synchronismus zwischen Stromimpuls und Schaltimpuls
zu erreichen.
-
Unter Umständen ist es vorteilhaft, anstatt von vier Anschlägen 2q.,
wie sie das Ausführungsbeispiel zeigt, deren nur zwei, also ein Paar Endanschläge
zu verwenden.
-
Die Erfindung, deren Ausführungs:- und Anwendungsmöglichkeiten sich
nicht auf die hier angegebenen Beispiele beschränken, ist besonders für überstromauslöser
mit stromunabhängiger Verzögerung von großem Vorteil. Anordnungen der angegebenen
Art halten bei entsprechender Bemessung des Primärleiters ohne weiteres Kurzächlußs.trörne
bis zum iooofachen Nennstrom aus und können leicht so ausgebildet werden, daß ein
und dasselbe Modell für Nennstromstärken im Bereich von 6 bis iooo Ampere verwendbar
ist. Außer für Überstromzeitauslöser sind die Vorschläge der Erfindung aber auch
für viele andere elektrische Geräte, beispielsweise für Zähler öder für Uhren, von
Bedeutung.