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.Als Relais wirkende, gleichstromerregte Induktanz, die eine von dem
durchfließenden Wechselstrom bzw. von einem diesem proportionalen Strom über Gleichrichter
eigenerregte Wicklung und mindestens eine unabhängige gleichstromerregende Komponente
hat Die Erfindung betrifft eine als Relais wirkende, gleichstromerregte Induktanz,
die eine von dem durchfließenden Wechselstrom bzw. von einem diesem proportionalen
Strom über Gleichrichter eigenerregte Wicklung und mindestens eine unabhängige gleichstromerregende
Komponente hat. Die Relaiswirkung kommt hierbei dadurch zustande, daß der Mindestwert
des Differentialquotienten der Funktion zwischen dem die Induktanz durchfließenden
Wechselstrom und- der Erregerwirkung des durch seine Gleichrichtung erzeugten Gleichstromes
kleiner ist als der Höchstwert des Differentialquotienten der Funktion zwischen
demselben Wechselstrom und der gesamten Gleichstromerregung. Wenn die letztere einen
gewissen Wert überschreitet, steigt nämlich unter der obigen Bedingung der Wechselstrom
sprungweise auf einen bedeutend höheren Wert, da alle zwischenliegenden
Werte
unstetig sind. und diese Wirkung kann mit dem Schließen von Relaiskontakten gleichgestellt
werden.
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Gemäß der Erfindung erhält man eine Wirkung, die mit der eines in
der eingestellten Lage sich selbst festhaltenden Relais verglichen werden kann,
dadurch, daß Anordnungen vorgesehen sind, die sowohl die Erregung, bei der die Induktanz
mit zwei verschiedenen Wechselstromwerten arbeitet, als auch abwechselnd in beiden
Richtungen wirkende Zusatzerregungen herstellen, so daß der Summenerregung in beiden
Fällen nur ein Wert des Wechselstromes entspricht. Wenn diese Zusatzerregungen wegfallen,
behält der Wechselstrom nämlich in solchen Fällen beinahe den Wert, den er durch
die Zusatzerregung erhielt, was also der Wirkung eines Relais gleichkommt, das nach
dem Wegfallen des Schaltimpulses seine durch denselben bewirkte Ein- oder Ausschaltstellung
beibehält.
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Drei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung in Abb.
i, 3 und .I schematisch dargestellt, während Abb. a und 5 Diagramme der Wirkungsweise
darstellen.
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In Abb. i ist i die als Relais dienende Induktanz, die in Reihe mit
einem Organ a, z. B. einer Alarmglocke oder einer Auslösespule, die einen verhältnismäßig
starken Strom für ihr Ansprechen erfordert, an zwei Wechselstromklemmen 3 geschaltet
ist. Das Organ a kann auch ein Gleichrichter in Verbindung mit einer besonderen
gleichstromgesättigten Induktanz sein, um die Wirkung zu verstärken. Die Induktanz
wird von drei Gleichstromwicklungen 4., 5, 6 beeinflußt. Die Wicklung d. liegt in
Reihe mit der Induktanz selbst über eine Gleichrichtergruppe (einem Graetz-Viereck)
7 parallel zu einem Widerstand 8, der innerhalb gewisser Grenzen regelbar sein soll,
so daß der Gleichstrom im Verhältnis zum Wechselstrom in unten näher zu beschreibender
Weise geregelt werden kann. Die Wicklung 5, die der Wicklung .I entgegenwirkt, ist
an die Wechselstromklemmen über eine andere Gleichrichtergruppe g in Reihe mit einem
Widerstand io angeschlossen, der durch einen Schalter i i kurzgeschlossen werden
kann, welcher in beliebiger `Weise beeinflußbar und in der Regel entfernt vom Apparat
angebracht ist. Die dritte Gleichstromwicklung 6 wirkt in demselben Sinne wie die
Wicklung 4 und ist auch an die Gleichrichtergruppe g über einen besonderen Schalter
1z angeschlossen.
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Die `'Wirkungsweise dieser Anordnung wird durch Abb. z veranschaulicht.-
In dieser Abbildung gibt die voll ausgezogene V-förmige Kurve A den die Induktanz
i durchfließenden Wechselstrom (Ordinate) als Funktion der resultierenden, den Eisenkern
sättigenden Gleichstromamperewindungen (_1lsszisa#@. Diese l,#urve iat aus \"ersuchen
ermittelt t;;t<l ist wenigstens annähernd um die Ordinatcnachse symmetrisch,
cla der Charakter der Induktanz von der Richtung des sättigendt-n Gleichstromes
unabhängig ist. Bei klei::en Gleichstromwerten ist die Induktanz hoch und der durchfließende
Wechselstrom entsprechend klein, und bei sehr hohen Gleichstromwerten nähert sich
die Induktanz einem niedril-en, konstanten Wert, aber dazwischen ist. wie die "ersuche
gezeigt haben, der Wechselstrom annähernd proportional dem Gleichstrom. In kleinem
:Maße wird die Kurve von der gesamten Impedanz des Wechselstromkreises abhängig.
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Die punktierte Gerade B durch den Nullpunkt bezeichnet die Amperewindungen
des Gleichstromes in der Wicklung 4 (Abszisse) als Funktion des Wechselstromes (Ordinate),
d. h. sie kann gewissermaßen mit der Widerstandsgeraden im Stromspannungsdiagramm
einer Gleichstrommaschine verglichen werden. Indem man diesen Gleichstrom mit anderen
konstanten Gleichstromerregungen zusammenwirken oder entgegenwirken läßt, erhält
man die verschiedenen ausgezogenen Geraden C, D, E parallel zur Geraden B. Die Schnittpunkte
dieser verschiedenen Geraden mit der Kurve A bezeichnen die Werte der Erregung und
des Wechselstromes, bei denen Gleichgewicht möglich ist.
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Die reine Selbsterregungsgerade B vertritt. wie gesagt physikalisch
gesehen, die Ainperewindungen in der Wicklung -. als Funktion des Wechselstromes
durch die Induktanz i, aber sie kann natürlich rein mathematisch auch derart aufgefaßt
-werden, als ob sie die letztere Größe als Funktion der ersteren verträte. In dieser
Ausführungsform wird die Funktion von einer wesentlich geraden Linie vertreten,
und ihr Differentialquotient ist eine Konstante, deren Wert durch den Widerstand
8 genau eingestellt werden kann. Eine Einstellung kann natürlich auch durch Änderung
der Windungszahl der Wicklung .4 erfolgen. Der Differentialquotient (oder sein Mindestwert,
falls die Linie z. B. gekrümmt ist) soll unter allen Verhältnissen kleiner als der
Höchstwert des Differentialquotienten der Kurve A sein. Das Ergebnis ist, date die
Linie B, die die Kurve A in einem Punkt b schneidet und also eine
hohe Erregung, entsprechend einem hohen Wert des durchtließenden Wechselstromes,
ergibt, durch das Einführen einer schwachen Gegenerregung, z. B. durch die Wicklung
5 in Reihe mit dein Widerstand io, also bei offenem Schalter i i, in die Linie C
übergeht, die die Kurve.- in drei Punkten cl, c=, c3 schneidet. Falls die
Linie B die vorherige Erregung vertritt. geht
die Erregung nur an
den Schnittpunkt cl zurück, d. h. sie verursacht nur eine unbedeutende Änderung
des Wechselstrohes. Falls man dagegen erfindungsgemäß eine stärkere Gegenerregung
einführt, z. B. durch Kurzschließen des Widerstandes-io mittels des'-Schalters i
i, kann man die Erregerlinie D erreichen, welche die Kurve A in einem Punkt d nahe
dem Koordinatenursprung schneidet, was also einem niedrigen Wert des Wechselstromes
entspricht. Falls man nun den Schalter i i wieder unterbricht, geht der Strom nicht
zu dem Punkt cl zurück, sondern verbleibt bei dem unteren Schnittpunkt c3 der Linie
C und der Kurve A, der im Gegensatz zum zwischenliegenden Schnittpunkt c2 stetiges
Gleichgewicht vertritt. Falls andererseits der Schalter i2 geschlossen wird, so
erhält man die Erregungslinie E, welche die Kurve A nur in dem Punkte
schneidet, und wenn der Schalter 12 wieder geöffnet wird, geht der Strom um nur
einen unbedeutenden Wert zu dem ursprünglichen Punkt cl zurück. -In beiden Fällen
kann man also die Wirkung mit der eines Relais vergleichen, welches in geöffnetem
bzw. geschlossenem Zustand gehalten wird, nachdem der öffnungs- bzw. Schließimpuls
aufgehört hat.
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Man kann auch eine mit der beschriebenen im wesentlichen gleichartige
Arbeitsweise des Relais durch nur zwei Wicklungen dadurch erreichen, daß man die
Selbsterregungslinie etwas gekrümmt macht, indem sie auf einer teilweisen Reihenschlußerregung
über eine Impedanz gekrümmter Charakteristik aufbaut. Zwei verschiedene Ausführungsformen
zu diesem Zweck zeigen Abb.3 und 4. In diesen beiden Abbildungen sind die Gleichstromwicklungen
der Induktanz i mit 4 und $ bezeichnet, von der die erstere eigenerregt und die
letztere abwechselnd gleich- und entgegengesetzt erregt wird. Die Wicklung wird
über die Gleichrichtergruppe 7 gespeist; dabei liegt parallel zur Wicklung 4 ein
ohmscher Widerstand 13 und damit in Reihe eine Glimmlampe 14. Diese Schaltung bewirkt,
daß der Strom in der Wicklung 4. nicht länger der geraden Linie B der Abb. 2, sondern
der abgeknickten Linie F der Abb. 5 folgt, weil kein Strom durch die Wicklung 4
fließt, bevor die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 13 die Sperrspannung
der Glimmlampe überschreitet, während der Strom oberhalb dieses Wertes linear mit
der Spannung steigt. Die Linie F schneidet, wie die Linie C der Abb. 2, die Kurve
A in drei Punkten f 1, f2, f3, deren mittlerer unstabil -ist. Mit nur dieser
Erregung kann der Wechselstrom also zwei voneinänder weit getrennte Werte in Abhängigkeit
von dem vorhergehenden Erregungszustand annehmen. Letzterer kann durch die Wicklung
5 bestimmt werden, indem ein entgegengesetzter Erregerimpuls in dieser Wicklung
die Linie G mit dem Schnittpunkt g, ein gleichgerichteter dagegen die Linie
H mit dem Schnittpunkt 1a ergibt. Derartige Impulse können durch die zweipoligen
Schalter 15, 16 erzeugt werden, die die Wicklung 5 abwechselnd in
beiden Richtungen an die Gleichstromklemmen des Graetz-Vierecks g anschließen. Die
Schalter können selbstverständlich durch selbsttätig beeinflußte Schalter ersetzt
werden, oder man kann beispielsweise den Erregerstrom in der Wicklung 5 den Unterschied
zwischen einem gewissen Sollstrom oder Sollspannung und einem Iststrom bzw. Istspannung
vertreten lassen, die mit irgendeiner Größe schwankt, die man düich Gerät 2 beeinflussen
will, wenn sie gewisse Werte über- oder unterschreitet.
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Der Knickpunkt der Linie F kann auch so hoch liegen, daß die Linie
die Kurve A nicht schneidet, und in solchem Falle wirkt die Anordnung ohne Zusatzerregung
als ein enterregtes, mit positiver Zusatzerregung als ein erregtes Relais, wobei
der Übergang zwischen den beiden Zuständen in jedem Falle plötzlich bei den Werten
der Zusatzerregung erfolgt, für die die gebrochene Linie die Kurve A tangiert (bzw.
im Knickpunkt berührt).
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Abb.4 zeigt schließlich zwei voneinander unabhängige Abänderungen
der Abb.3. Gemäß der einen Abänderung ist das die Wicklung 4 speisende Graetz-Viereck
7 in Reihe mit einer Eisen enthaltenden Induktanz 17 und zusammen mit letzterer
parallel zu einer eisenlosen Induktanz 18 geschaltet. Die Wirkung ist im wesentlichen
dieselbe wie bei der Anordnung des Widerstandes 13 und der Glimmlampe 14 auf der
Gleichstromseite, nämlich daß der Strom durch die .Wicklung 4 klein bleibt, solange
das Eisen der Induktanz 17 ungesättigt ist, indem diese Induktanz dann einen viel
höheren Wert als die Induktanz 18 hat. Mit eintretender Sättigung des Eisens bekommt
der Strom einen beinahe geradlinigen Verlauf. Die den Strom der Wicklung 4 wiedergebende
Kurve erhält im unteren Teil einen etwas gleichförmiger gekrümmten Verlauf als die
Linie F der Abb. 5, aber im übrigen denselben Hauptcharakter wie diese.
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Die zweite Abänderung der Abb. 4 gegenüber Abb.3 besteht darin, daß
die Umkehrung des Stromes durch die Wicklung 5 mittels zweier einpoliger Kontakte
i9, 2o und eines Potentiometerwiderstandes 21 erfolgt.
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In sämtlichen Ausführungsformen kann auch die Abänderung getroffen
werden, daß verschiedene Erregerströme durch dieselbe Wicklung geleitet werden,
falls nur die Stromkreise im übrigen so beschaffen sind,
daß die
Ströme hierdurch nur unbedeutend beeinflußt werden. d.li. falls der Widerstand der
Erregerwicklung im Verhältnis zur Impedanz des übrigen Kreises vernachlässigt werden
kann. Besonders in solchen Stromkreisen, die gleichartig mit den Betätigungskreisen
von Relais wirken sollen, ist dies oft der Fall, ohne daß besondere Maßnahmen hierfür
nötig sind.