DE819269C - Anordnung zur Impulsgabe - Google Patents

Anordnung zur Impulsgabe

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DE819269C
DE819269C DEP12101A DEP0012101A DE819269C DE 819269 C DE819269 C DE 819269C DE P12101 A DEP12101 A DE P12101A DE P0012101 A DEP0012101 A DE P0012101A DE 819269 C DE819269 C DE 819269C
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Germany
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air gap
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DEP12101A
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English (en)
Inventor
Paul Duffing
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H01F29/146Constructional details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

Description

  • Anordnung zur Impulsgabe Für viele Verwendungszwecke, z. 13. zur synchronen _\uslösutig# von Schaltern in Hochspannungsanlagen, ist es erforderlich, einen Impuls zu einem genau bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Nulldurchgang eines Wechselstroms zu geben. Ein Mittel hierzu besteht in der Verwendung eines Übertragers mit hochwertigem Eisenkern, der einen scharfen Knick in der Magnetisierungskurve besitzt (rechteckige Magnetisierungskurve) und der schon bei geringen Werten des die Primärwicklung durchsetzten Wechselstroms gesättigt ist. Solange das Eisen gesättigt ist, also keine Änderung des magnetischen Zustandes eintritt, wird in der Sekundärwicklung kein Strom induziert. Erst wenn der Primärstrom Null wird oder kurz danach tritt in der Sekundärwicklung ein Strom auf, der unter Vernachlässigung des Übersetzungsverhältnisses ebenso wie der Strom in der Primärwicklung verläuft. Dieser Sekundärstrom gleicht dem Primärstrom so lange, bis das Eisen ummagnetisiert ist, d. h. bis das Sättigungsgebiet wieder in anderer Richtung erreicht ist. Von diesem Augenblick an induziert die Primärwicklung keinen Strom mehr in der Sekundärwicklung, und dieser klingt daher entsprechend der Zeitkonstante der Sekundärwicklung auf Null ab. Der Strom in der Sekundärwicklung setzt also frühestens beim Nulldurchgang des Primärstroms ein. Häufig ist es jedoch von Nachteil, daß alle von dem Sekundärstrom ausgelösten Vorgänge zeitlich nach dem Nulldurchgang des Primärstroms liegen. Dieser Nachteil kann beispielsweise dadurch behoben werden, daB der Überträger eine Wicklung erhält, durch welche das Eisen vormagnetisiert wird, so daß bei geeigneter Richtung der Vormagnetisierung der Strom in der Sekundärwicklung schon früher als beim Nulldurchgang des Primärstroms einsetzt. Bei einer solchen Anordnung muß man jedoch einen verhältnismäßig hohen Widerstand im Stromkreis der Vormagneti-' sierungswicklung einfügen, Um Rückwirkungen des Primärstroms auf den Vormagnetisierungskreis zu vermeiden. Außerdem besteht Gefahr, daß die Impulsgabe zum unrichtigen Augenblick erfolgt, wenn durch irgendeine Störung der Vormagnetisierungsstrom verschwindet.
  • Nach der Erfindung kann man diesen Nachteil dadurch vermeiden, daß man zwar für den Übertrager ein Material verwendet, das einen scharfen Knick in der Magnetisierungskurve besitzt, bei dem aber der Verlauf der Magnetisierungskennlinie zwischen den beiden Knickpunkten einen Winkel gegenüber der Abszissenachse einschließt. Eine solche Schrägstellung hat zur Folge, daß der Knick der Magnetisierungskurve, also.der Punkt, in welchem der Fluß sich ändert, bereits 'vor dem Nullwert des Primärstroms liegt. Man kann daher den Impuls bereits vor dem Nulldurchgang des Primärstroms geben. Wenn daher der Impuls beispielsweise dazu dient, einen Schalter im Primärstromkreis auszulösen, so kann der Impuls so rechtzeitig auf den Schalter gegeben werden, daß die Auslösung im Nulldurchgang oder in unmittelbarer Nähe des Nulldurchgangs des Primärstroms erfolgt. Diese Verbesserung ist auch bei solchen Anordnungen wertvoll, bei denen im Primärstromkreis mit Hilfe einer gesättigten Drosselspule in bekannter Weise eine kurze stromschwache Pause erzeugt wird, während deren Dauer eine Abschaltung des Kreises erfolgen soll.
  • In Fig. i der Zeichnung ist die Mggnetisierungskennlinie des Eisenkreises des Wandlers gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar ist über den Strom 1 der Fluß 0 aufgetragen: Man sieht, daß die Magnetisierungskennlinie im Sättigungsgebiet horizontal verläuft und der Übergang zwischen den scharfen Knickpunkten durch Gerade erfolgt, die gegenüber der Abszissenachse geneigt sind. In Fig. 2 ist der Verlauf des Primärstroms 7 und des Sekundärstroms 1q über der Zeit t dargestellt. Erreicht der abnehmende Primärstrom den Wert h, welcher dem oberen linken Knickpunkt der Magnetisierungskurve entspricht, so tritt eine Änderung des Flusses ein. Die Folge davon ist, daß im Sekundärkreis ein Strom 7E von Null aus ansteigend entsteht, der bis zum Nulldurchgang des Primärstroms dessen Verlauf bildet. Wenn der Primärstrom infolge einer im Primärstromkreis liegenden Schaltdrosselspule eine kurze Zeit Null wird, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, klingt der Sekundärstrom 1, entsprechend der Zeitkonstante des Sekundärstromkreises ab. Wird durch den Sekundärstromkreis beispielsweise ein Auslöser betätigt, so wird man die Auslösestromstärke .so wählen, daß bei einem Sekundärstrom von der Größe 1$ die Auslösung erfolgt, so daß der Impuls zur@Auslösung des Schalters zeitlich vor dem Nulldurchgang des Primärstroms gegeben wird und daher der Schalter unter Berücksichtigung seiner Eigenzeit in der stromschwachen Pause ausgelöst wird. Da der Sekundärstrom in dem kurzen Zeitabschnitt zwischen seinem Beginn und der Erreichung der Auslösestromstärke annähernd ein Abbild des Verlaufes des Primärstromes gibt, kann durch den Auslöser in diesem kurzen Zeitabschnitt der Verlauf des Primärstroms genau überwacht werden, so daß der Auslöser früher oder später anspricht, je nachdem der Primärstrom den tatsächlichen Nullwert (Beginn der Stufe) schneller oder langsamer erreicht, oder überhaupt eine Auslösung vermeiden, wenn der Primärstrotn einem bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet, sondern aus irgendeinem Grunde wieder ansteigt.
  • Wie bereits erwähnt, sind für Übertrager hochwertige Eisensorten entwickelt worden, die eine rechteckförmige Magnetisierungskurve besitzen und bei denen die Verluste im Eisen gering sind, so daß die Breite der rechteckförmigen Hysteresisschleife klein ist. Um einem Übertrager mit einem derartigen Eisenkern eine Magnetisierungskennlinie zu geben, wie sie in Fig. i dargestellt ist, kann man in den Eisenkern einen kleinen Luftspalt einfügen.
  • Die für die Übertrager erforderlichen Eisensorten hat man bisher als Ringe aus fortlaufend aufgewickeltem Eisenband hergestellt. Wenn man aus einem solchen Band zur Herstellung eines Luftspaltes ein kurzes Stück auch mit äußerster Vorsicht abschneidet, so ist das Material unmittelbar im Bereich seiner Schnittstellen seiner günstigen magnetischen Eigenschaften beraubt, so daß man aus den bisher bekannten bandförmigen gewickelten Eisenkernen nicht ohne weiteres einen solchen mit Luftspalt herstellen kann, welcher die Eigenschaften besitzt, wie sie in Fig. i der Zeichnung angegeben sind.
  • Eine Möglichkeit, aus einem solchen Material einen magnetischen Kreis herzustellen, welcher die Eigenschaften gemäß Fig. i besitzt, besteht nun beispielsweise darin, daß man aus abgeschnittenen Bandstücken einen viereckigen Eisenkreis in der Weise aufbaut, daß sich die Bandstücke an den Enden überdecken, wobei die durch den Schnitt verdorbenen Teile über die Enden des aufgebauten Viereckes hinausragen, also außerhalb des für den Fluß in Betracht kommenden Teiles liegen. Man wird also die Bleche der senkrecht zueinander stehenden Schenkel abwechselnd unter Zwischenschaltung eines Luftspaltes übereinanderschichten; allerdings ist bei einer solchen Anordnung der Füllfaktor kleiner als einhalb.
  • Einen hohen Füllfaktor kann man erreichen, wenn man zwei parallele Schenkel des Übertragers aus derartigen Bandstücken zusammensetzt und die magnetische Verbindung zwischen diesen beiden Schenkeln mit Hilfe von Zwischenschenkeln ausführt, die stumpf mit den anderen Schenkeln zusammenstoßen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in den Fig..3 und 4 der Zeichnung dargestellt. Mit i sind die beiden Schenkel bezeichnet, die aus abgeschnittenen und aufeinandergeschichteten Bandstücken eines Ringkernes aufgebaut sind. Der magnetische Kreis wird über einen Luftspalt 3 durch zwei Zwischenschenkel 2 geschlossen, die aus dem gleichen Material wie die Schenkel i oder aus anderem Material aufgebaut sein können. Wesentlich ist nur, daß der Querschnitt der Übergangsstelle zwischen den Schenkeln i und 2 und damit der Querschnitt der Zwischenschenkel so groß gewählt ist, daß die Übergangsstelle nicht in das Sättigungsgebiet kommt. Dies ist aus dem Grunde erforderlich, weil in dem Schenkel i nur dann eine rechteckige Charakteristik vorhanden ist, wenn die Kraftlinien in Längsrichtung der Blechstücke verlaufen. Man muß daher dafür sorgen, daß die Übergangsstellen zwischen dem Schenkel i und dem Schenkel 2 so groß gewählt werden, daß in dem Bereich der Schenkel i, in welchem die Kraftlinien von der Längsrichtung der Bandstücke abweichen, keine Sättigung eintritt. Das bedeutet mit anderen Worten, daß der Querschnitt der Zwischenschenkel mindestens gleich dem Doppelten der Schenkel i sein muß. Man wird ihn zweckmäßig größer wählen, damit der Einfluß der Zwischenschenkel und der an diese angrenzenden Teile der Schenkel i vernachlässigt werden kann, so daß sich die magnetische Charakteristik aus der Charakteristik der Schenkel i zwischen den Schenkeln 2 in dem Luftspalt zusammensetzt. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Schenkel i bewickelt. Die Wicklung ist nur schematisch angedeutet und mit 5 bezeichnet. Sie kann als Scheibenwicklung oder als Röhrenwicklung, die Primär- und Sekundärwicklung enthält, ausgebildet sein.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Fig. 5 und 6. Hier sind zwei Kerne 6 aus ringförmig aufgewickeltem Band vorhanden, die je einen Luftschlitz 7 besitzen. Die beiden Ringe sind unter Einhaltung eines dünnen Luftspaltes 8 aufeinandergesetzt. Die Schlitze 7 der beiden Ringe sind gegeneinander, und zwar vorzugsweise, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, um i8o° versetzt. Zur Erzeugung der rechteckförmigen Kennlinie, die durch den Luftspalt zwischen den beiden Ringkernen entsprechend Fig. i umgeformt wird, dienen lediglich die Blechteile des Kernes, die über- bzw. unterhalb des Schlitzes des anderen Kernes liegen. Die anderen Teile des Kerns dienen als Rückschlußweg für den Kraftlinienfluß und besitzen einen solchen Querschnitt, daß sie nicht gesättigt werden. Es muß daher auch die Oberfläche eines Ringes zwischen den beiden Schlitzen mindestens gleich dem Doppelten oder einem Mehrfachen des Querschnittes eines Ringkernes sein, da in den Teilen zwischen den beiden Ringen die Kraftlinien nicht mehr in Richtung des aufgewickelten Bandes verlaufen, sondern vom oberen Ring zum unteren Ring übergehen.
  • Die Primär- und Sekundärwicklungen kann man als Ringspulen auf die Eisenringe aufwickeln. Man kann aber auch Scheibenspulen verwenden, die auf die Ringe aufgefädelt werden, indem man zunächst die beiden Ringe so legt, daß ihre Schlitze übereinander liegen und dann die Scheibenspulen unter Verwendung dieser Schlitze auf die ringförmigen Kerne auffädelt und hierauf den einen Ringkern gegen den anderen um i8o° dreht. Eine andere Möglichkeit für die Anordnung eines Luftspaltes besteht darin, daß man einen Kern mit ringförmig aufgewickeltem Eisenband unter Zwischenschaltung eines kleinen Luftspaltes auf zwei in Abstand voneinander angeordneten Schenkeln aufsetzt. Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 7 und B. Wie aus den Figuren ersichtlich, sitzt ein Ringkern io unter Zwischenschaltung eines kleinen Luftspaltes i i auf zwei Schenkeln 12 auf, die über ein Joch 13 geschlossen sind. Die Schenkel können, wie im linken Teil der Fig. 8 dargestellt ist, rechteckförmig sein oder auch ähnlich wie bei einem Transformator abgesetzt sein, und zwar entweder nur außen, wie im unteren rechten Teil der Fig. 8, oder auch außen und innen, wie im oberen Teil der Fig. 8 dargestellt. Der Flußverlauf ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die rechteckförmige Magnetisierungskennliniewird durch den Flußverlauf in den Teilen des Ringkernes io erzeugt, die zwischen den beiden Schenkeln 12 liegen. Die übrigen Teile des Ringkernes dienen zur überführung dieses Flusses in die Schenkel, und da bei ihnen die Kraftlinien nicht mehr in Richtung des aufgewickelten Bandes verlaufen, muß, wie auch im Ausführungsbeispiel dargestellt, ihre Oberfläche größer sein, als dem Querschnitt des Ringkernes entspricht, damit in diesen Teilen des Ringkernes und auch in den Schenkeln keine Sättigung auftritt. Auch das Joch 13 muß für die Charakteristik des magnetischen Kreises vernachlässigbar sein.
  • Die Primär- und Sekundärwicklungen können, wie schematisch im Ausführungsbeispiel dargestellt, als Ringspulen 1.4 aufgewickelt werden, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen entweder übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Man kann aber auch eine Spule, die Primär- und Sekundärwicklung enthält, über den Kern schieben, so daß sie diesen von außen umfaßt, wodurch das Aufwickeln auf den Kern vermieden wird.
  • Es ist nicht erforderlich, daß ein Kreisring verwendet wird. Man kann auch einen Ringkern verwenden, der zusammengedrückt ist und die Form eines länglichen Rechteckes besitzt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Soweit die Teile mit denen der Fig. 7 und 8 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugzeichen gewählt. Bei der Anordnung nach Fig.9 ist eine Spule 15, die Primär- und Sekundärwicklung enthält, über den Kern geschoben. Der Füllfaktor wird nahezu gleich eins.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. ,Anordnung zur Impulsgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Nulldurchgang eines Wechselstroms mit Hilfe eines Übertragers, dessen Primärwicklung von dem Wechselstrom durchflossen wird und dessen Sekundärwicklung zur Impulsgabe dient, für die synchrone Steuerung von Schaltern, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager einen Eisenkern besitzt, bei dem ein scharfer Knick in der Magnetisierungskennlinie vorliegt, hei dem aber der Verlauf der Magnetisierungskennlinie zwischen den beiden Knickpunkten gegenüber der Abszissenachse geneigt ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Eisenkern ein Luftspalt eingefügt ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern aus einzelnen abgeschnittenen Bandstücken in der Weise aufgebaut ist, daß die Schnittstellen außerhalb des magnetischen Kreises liegen. q..
  4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schenkel aus abgeschnittenen, aufeinandergeschichteten Blechstreifen bestehen, die über Zwischenschenkel miteinander verbunden sind, wobei der Querschnitt der Zwischenschenkel das Doppelte oder ein Mehrfaches des Ouerschnittes der anderen Schenkel ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kerne aus ringförmig aufgewickeltem Band durch einen Luftspalt getrennt sind und Schlitze besitzen, die gegeneinander um vorzugsweise i8o° versetzt sind.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkern aus aufgewickeltem Bandeisen auf zwei im Abstand voneinander angeordneten Schenkeln unter Zwischenschaltung eines kleinen Luftspaltes aufgesetzt ist und diese Schenkel über ein Joch geschlossen sind.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringkern von der Form eines länglichen Rechteckes verwendet ist.
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