DE78537C - Einrichtung, um an elektromagnetischen Apparaten die Einflüsse der Hysteresis zu beseitigen - Google Patents

Description

efafontwmfo.

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist bekannt, dafs bei allen elektromagnetischen Apparaten, bei denen Eisen Verwendung findet, z. B. bei einem Elektromagneten oder einer Spule (Solenoid), welche auf einen Kern, einen Anker oder eine Scheibe einwirkt, es Unmöglich ist, eine magnetische Wirkung zu erzielen, welche in einem bestimmten Verhältnifs zu dem Strom in dem Elektromagneten oder in der Spule steht. In der That bildet die vollständige Magnetisirungscurve des Eisens immer eine geschlossene Curve. Die Wirkungen sind also stets von den Strommengen oder Stromstärken abhängig, welche vorher erreicht worden sind. Diese Thatsache bezw. dieses Gesetz ist unter dem Namen magnetische Hysteresis bekannt; der zurückbleibende Magnetismus, welcher die Herstellung äufserst empfindlicher und genau arbeitender elektromagnetischer Apparate unmöglich macht, ist ein besonderer Fall der Hysteresis. Die Beseitigung dieser störenden Einflüsse an elektromagnetischen Apparaten, welche ihren Ursprung in den eigenthümlichen Eigenschaften des Eisens selbst haben, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, und zwar wird der angestrebte Zweck mit Hülfe einer neuen elektromagnetischen Anordnung erreicht. Diese ermöglicht nämlich die Erlangung einer magnetischen Strömung, welche eine ganz bestimmte Function des ihn erzeugenden elektrischen Stromes ist. Das Verhältnifs dieser beiden Ströme zu einander kann ganz nach Wunsch geregelt werden.

Die erwähnte Anordnung besteht in der Hauptsache darin, dafs man auf die Leitung, den Anker oder dergleichen nicht einen, sondern zwei Elektromagnete einwirken läfst, deren Ströme entgegengesetzt gerichtet sind oder in entgegengesetzter Richtung auf ein und dasselbe Eisenstück einwirken, oder von denen der eine Strom in der einen Richtung auf ein Eisenstück, der andere Strom in der entgegengesetzten Richtung auf ein zweites Eisenstück einwirkt in der Weise, dafs die daraus sich ergebende Wirkung eine dirferentiale ist.

Wählt man die Abmessungen der beiden Elektromagnete oder der beiden Eisenstücke in dem richtigen Verhältnifs, so ergiebt sich

1. dafs die erzielte magnetische Wirkung eine bestimmte Function des Hauptstromes ist, welcher, die Elektromagnete erregt, und dafs diese Wirkung Null wird, sobald der Hauptstrom aufhört;

2. dafs man das Verhältnifs der erzielten magnetischen Wirkung (d. h. der Differenz der beiden magnetischen Ströme) zu dem Hauptstrom, welcher die beiden differentialen Ströme erzeugt, nach Wunsch regeln kann.

Der praktischen Ausführung des neuen Verfahrens stellen sich keine Schwierigkeiten entgegen, weil die Magnetisirungscurven des Eisens und des Stahls einander sehr ähnlich sind, nur dafs die einen mehr Hysteresis besitzen als die anderen.

Angenommen, es erzeuge ein Elektromagnet mit einem Eisenkern an einer Stelle des Raumes für den bestimmten Hauptstrom ein Feld von 100 Einheiten und der zurückbleibende Magnetismus betrage 3 pCt., so wird das zurückbleibende Feld an derselben Stelle gleich + 3 Einheiten sein. .Wird ein zweiter Elektro-

magnet hinzugefügt, welcher für denselben Hauptstrom an derselben Stelle ein Feld von io Einheiten erzeugt, jedoch von entgegengesetzter Richtung, und wird an Stelle .von Eisen Stahl verwendet, dessen remanenter Magnetismus 30 pCt. beträgt, so läfst sich das zurückbleibende Feld dieses Ausgleich-Elektromagneten durch — 3 ausdrücken. Man hat also für den bestimmten Hauptstrom ein Feld von 100— 10 = 90, und für den Fall, dafs der Hauptstrom = ο ist, ein Feld von 3 — 3=0. Der zurückbleibende Magnetismus läfst sich demnach unter Verlust eines kleinen Theiles des Hauptstromes gänzlich beseitigen.

Der leichteren Erklärung wegen soll die Ueberfragung dieser Vorrichtung ins Praktische an der Hand einiger einfacher Beispiele erklärt werden. Es sei z. B. angenommen, dafs ein Spannungsmesser für Gleichstrom hergestellt werden soll, welcher in seiner Form mit der Fig. ι beiliegender Zeichnung übereinstimmt. Das Potential wird durch die bewegliche Wickelung gemessen und der Strom veranlafst, durch die Wickelungen H des Hauptelektromagneten und diejenigen h der Neben- oder Ausgleichmagneten hindurch zu fliefsen. Der Kern 2V¹, welcher den Hauptstrom hervorruft, sollte aus einem Metall hergestellt sein, . welches den kleinstmöglichen Grad von Hysteresis besitzt, z. B. aus weichem Eisen, während der Kern iV², welcher den Ausgleichstrom hervorruft, aus Gufseisen oder Stahl hergestellt sein sollte, d. h. aus einem Metall, welches einen hohen Grad von Hysteresis aufweist. Die Richtung der magnetischen Kraftlinien und diejenige der elektrischen Ströme sind durch Pfeile veranschaulicht. Durch Veränderung des Querschnittes der beiden Kerne 2V¹ 2V², der Amperewindungen derselben und des Luftraumes der magnetischen Kraftlinien ist es möglich, eine Vorrichtung zu scharfen, bei welcher der zurückbleibende Magnetismus vollständig oder doch theilweise ausgeglichen wird, bei welchem ferner der erzeugte magnetische Strom immer im geraden Verhältnifs zu dem Hauptstrom / steht, so dafs das resultirende, die Drehung veranlassende Kräftepaar ebenfalls im geraden Verhältnifs zur Strommenge steht.

Dasselbe Verfahren sei nun auf den Fall angewendet, wo eine Spule einen Kern aus weichem Eisen beeinflufst, wobei dieser Kern durch die Wirkung der Spule bis zu einer bestimmten Stelle in letztere hineingezogen werden soll, sobald der Strom einen bestimmten Werth erreicht hat.

Bei mancher Art von Apparaten wirkt, wie Fig. 2 erkennen läfst, eine Spule A, durch deren Windungen ein Strom / fliefst, auf einen Eisenkern 2V, der an einer Feder R aufgehängt ist oder mittelst eines Gegengewichtes im Gleichgewicht erhalten wird. Bei einem gewissen Werth /° des Stromes soll der Kern in eine bestimmte Lage gerathen, z. B. in eine solche, dafs er oben den Anschlag α berührt. Diese Bedingung kann niemals erfüllt werden, wenn man einen Apparat gemäfs Fig. 2 benutzt, wie aus dem oben bezüglich der Hysteresis Gesagten hervorgeht. Aber auch dieser Uebelstand läfst sich vorliegender Erfindung gemäfs beseitigen. Wie aus der Fig. 3 zu erkennen, werden nämlich zwei Kerne 2V¹ und 2V² mechanisch mit einander verbunden. Dabei ist der erstere als Haupt-, der letztere als Nebenkern anzusehen. Der erstere weist ferner einen geringen Grad von Hysteresis auf, hinsichtlich des letzteren trifft das Gegentheil zu. Das Hauptsolenoid A¹ hat das Bestreben, den Kern in einer bestimmten Richtung anzuziehen, die Nebenspule A? hat dagegen das Bestreben, eine entgegengesetzte Bewegung hervorzurufen und wirkt deshalb ausgleichend. Die aus diesen beiden Beeinflussungen sich ergebende Gesammtwirkung ist somit die Differenz beider, und mit Berücksichtigung . des oben Gesagten ergiebt sich darin, dafs die Wirkungen der Hysteresis auf solche Weise ausgeglichen werden können, besonders in Bezug auf die Stellung des Kernes zum Anschlage α, wenn die beiden Spulen von demselben Strom oder von zwei Strömen durchflossen werden, welche ■ stets in einem bestimmten Verhältnifs zu einander stehen. Die oben beschriebene Anordnung, welche in.. mechanischer Hinsicht in der mannigfachsten Weise abgeändert werden kann, bezweckt, die Resultante der anziehend wirkenden Kräfte unabhängig von den Wirkungen der Hysteresis zu machen. Dieser Zweck wird durch geeignete Beschaffenheit der Kerne 2V¹ 2V², durch ein passendes Verhältnifs der Windungen auf den Spulen A¹ A² (oder auch durch das Verhältnifs der Amperewindungen, falls beide hinter einander geschaltet sind, ferner durch die gegenseitige .Stellung der Spulen zu den Kernen erreichbar.

Bei vielen Arten von Apparaten ist ein Elektromagnet vorhanden, welcher eine als Anker dienende Platte von weichem Eisen beeinflufst, durch deren Bewegung gewisse Verrichtungen möglich werden. Z. B. benutzt man eine solche Einrichtung, um einen Stromschlufs herzustellen, was eintritt, sobald der Anker angezogen wird. Bei dieser Gattung von Apparaten wird eine genaue Wirkung wieder unter Verwerthung der Hysteresis herbeigeführt. Die Stellung des Ankers bei einer bestimmten Stromstärke ist nicht immer dieselbe, wenn die letztere einmal einen bestimmten Werth überschritten hat. ' Die Abweichung würde eine noch gröfsere sein, wenn der Apparat mit Wechselströmen gespeist wird. Für den letzteren Fall eignet sich besonders die durch die Fig. 4 veranschaulichte Einrichtung.

Der Hauptelektromagnet E¹ zieht einen aus weichem Eisen bestehenden Anker .ZV³ entgegen der Spannung einer Feder R und der Wirkung eines Differentialelektromagneten E² auf einen zweiten Anker N* an, welche letztere einen hohen Grad von Hysteresis aufweisen. Die beiden Elektromagnete müssen derart geschaltet werden, dafs sie durch denselben Strom / im entgegengesetzten Sinne erregt werden. Durch geeignete Wahl der Verhältnisse hinsichtlich der magnetischen Felder läfst sich bei einer solchen Einrichtung leicht erreichen, dafs der Stromschlufs bei C C immer genau in dem Augenblicke stattfindet, in welchem die Stromstärke einen ganz bestimmten Werth erreicht hat, gleichviel, welchen W'erth dieselbe vorher hatte.

Es ergiebt sich also, dafs die Anziehungskraft, welche von Seiten des zurückbleibenden Magnetismus im Elektromagneten E'²· und dem Anker iV⁴ hervorgerufen wird, gleich sein sollte der Anziehungskraft, welche durch den zurückbleibenden Magnetismus im Elektromagneten E¹ auf die Armatur N³ bei der dem Stromschlufs entsprechenden Stellung ausgeübt wird.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:
   Verfahren zur Beseitigung der nachtheiligen Einflüsse der Hysteresis bei elektrischen Apparaten, welche auf Aenderung der magnetischen Wirkung eines Eisen, Stahl oder andere magnetische Körper enthaltenden magnetischen Stromkreises beruhen, dadurch gekennzeichnet, dafs der zu beeinflussende Körper aufser durch vorgenannten durch einen zweiten, dem ersteren entgegengesetzt wirkenden magnetischen Stromkreis beeinflufst wird, welcher von denselben elektrischen Strömen erregt wird wie der magnetische Hauptstromkreis, oder von einem Theil dieser Ströme oder von einem anderen oder anderen Strömen, welche während der Aenderung dem mit dem Erreger des Hauptstromkreises gleichen Gesetze folgen.
   Das durch Anspruch i. gekennzeichnete Verfahren mit der besonderen Anordnung, dafs die in dem Haupt- und Differentialstromkreise befindlichen, magnetisch zu erregenden Körper aus in hysteretischer Hinsicht verschiedenen Stoffen bestehen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.