DE875237C

DE875237C - Verfahren und Einrichtung zur Veraenderung des Widerstandes von Wechselstromkreisen durch Beeinflussung des mit diesen verketteten magnetischen Flusses auf mechanischem Wege

Info

Publication number: DE875237C
Application number: DES23205A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr-Ing Sichling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-05-20
Filing date: 1951-05-20
Publication date: 1953-04-30
Also published as: JPS35018648Y1

Description

Verfahren und Einrichtung zur Veränderung des Widerstandes von Wechselstromkreisen durch Beeinflussung des mit diesen verketteten magnetischen Flusses auf mechanischem Wege Für die Steuerung und Regelung von elektrischen Maschinen und Anlagen werden unter anderem Drosselspulen verwendet, deren Induktan7en, regel-I3ar sind. Bei Magnetverstärkern z. B. erfolgt die :1nderuug durch Beeinflussung ihrer Vormagnetisierung. Der Eisenkern der Drosselspule hat dabei mindestens zwei Wicklungen., die eigentliche Dro:sselspulenwicklung, deren Induktanz verändert wird,, und eine Vormagnetisierungswicklung, die den Eisenkern vormagnetisiert und durch deren Strom die Induktanz der ersten Wicklung geändert wird. Drosselspulen mit Eii.senkern gestatten aber noch auf andere Weise ihre Induktanz zu verändern, ohne daß dabei die Wicklung der Drosselspule und deren Windungszahl geändert zu werden brauchen. Bekanntlich iist jeder Wechselstromkreis mit einem magnetischen Kreis verkettet. Bei Drosselspulen mit Eisenkern liegt der magnetische Kreis in. besonders, geschlossener Form vor. Bis auf einige wenige Streulinien verlaufen alle magnetischen Flußlinien in dem Eisenkern. Es ist deshalb möglich, eine Veränderung der Induktanz von Drosselspulen durch Veränderung ihres magnetischen Kreises vorzunehmen, indem dessen magnetischer Widerstand auf mechanischem Wege geändert wird. Diese Möglichkeit ist auch an .sich bekannt, man kann z. B. einen Luftspalt in einem Eisenkern vorsehen und diesen ändern. Man kann ferner einen sogen:annten magnetischen Nebenschluß anordnen und diesen regelbar veränderlich machen.

Infolge magnetischer Anziehung treten bei derartig regelbaren magnetischen Kreissen stets, Kraftwirkungen auf diejenigen mechanischen Teile des

magnetischen Kreises auf, welche zur Änderung

des magnetischen Widerstandes beweglich

sind. Die Kräfte sind proportional dem

()uadrat dies. magnetischen: Flusses und können ins-

besondere dann, wenn, die Amperenvin:dungsizahl der

Drosselspule sehr hoch Ist, groß sein, und die V er-

stellkräfte zur Bewegung der mechaniisichem Teile

gegen die Wirkung des Kraftflwsises müssen dann

-:henfalls sehr groß sein, um diese zu überwunden.

Werden derartige Drosselspulen zur Reg@e-lung und

Steuerung verwendet, so erfordern sie ' dement-

spT"echonde große Steuerleistungen.

Dieser Nachteil wiird durch die Erfindung be-

hoben.. Sie dient zur Veräniderung des Widerstandeas

von Wechselstromkreisen durch B,eieinfluissung Beis

mit diesen

magnetischen Flusses auf

mechanischem Wege und besteht darin, daß die

Widerstandsiänderung durch Veränderung des

Weges der Flußl.inien im oder annähernd ,im Null-

durchgang dies magnetiischen Wechselflusses vor-

genommen wIrd. Insibeisondere für allmähliche

Änderungen ist es dabei vorteilhaft, die mecha-

nische Veränderung des Weges der Flußiknien in

Abhängigkeit von dem den magnetischen Fluß des

Kreises hervorrufenden Strom oder von einer

anderen mit dein Strom in Verbindung stehenden

(sröße ausildsen zu lassen, d. h. die Widerstan@dis-

änderung des. magnetischen Kreises, selbsttätig im

'\T-u#lliduirchgang des. Magnetfeldes zu bewirken. Im

allgemeinen wird b,-)i. einem magnetischen Kreiss der

Fluß mit dem ihn: erzeugenden Strom in. Phase sein.,

so daß es beisonders vorteiilhaft ist, den Strom zur

Bew egungsauslöisung heranzuziehen. Es. kann dazu

aber auch z. B.. die Spannung benutzt werden, nur

wird dann gegebenenfalls eine Phasenv -,irschizl"ung

zu berücksichtigen sein.

Das neue Verfahren bedarf dadurch, daß die Be-

wegung der den Widerstand des magnetischen

KTeIses verändernden . mechanischen Teinle im Nulil-

durchganvg des ma.gnetiechen Wechseilflusses erfolgt,

nur siehr geringer Leistungen zur Bewegung der

betreffenden Teiile. Die vorgesehene Gesamt-

bewegung dieser Teile kann entweder auf einmal,

d. h. während eines einzigen

ge-

schehen oder auch. allmäjhlidli, also in .der Weise,

daß jedesmal während aufeinanderfolgender Null-

durchgänge des Weehselfluisses kleine Bewegungen

vorgenommen werden:. Der Endzustand der ge-

wünschten Gesamtbewegung wüird daibei also erst

nach mehreren Nulldurchgängen erreicht. Außer-

halb der Nulldurchgänge des Wechselflusises mu:ß

durch geeignete Mittel, z. B. durch selbsttätig

wri-rkende Sperr- oder andere Haltevorrichtungen,

die mit der Steuereinrichtung zu einer Einheit z.u-

sammengebaut sein können, dafür gesorgt ,verdtni,

daß keine umgewollte Verstellung infolge der K .raft-

wirkung des Wechselflusses außerhalb der Null-

durchgänge auftreten lcan in..

In der Zeichnung ist ein Beispiel =für eine Ein-

richtung zur Ausübung des neuen Verfahrens

schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. i ein vollständiges Schaltbild,

Fig.-2- trdd 3 Mittel zur Veränderung des Wider-

standes eines magnetischen Kreises in verschie-

denen Stellungen,

Fig. q. eine Steuereinrichtung und

Fing. 5 und 6 weitere Au.sführungsformen der be-

weglichen Steuerteile und dess, zugehörigen Luft-

Spalts.

In Fig. i iisit ein Verbraucher i in einem We:chsel-

st@romkreis dargestellt, dessen. Strom geändert wer-

den sohl. An die Klemmen 2 und 3 ist eine nicht

dargestellte Wechselgtromqueilil.e anigeschlos-sein, die

Über eine D:rosselspulo q. mit dor Wicklung 5 und

dem Eisenkern 6 den Verbraucher i speist. Im Luft-

spalt der Drosselspule 4, der durch die Pol-

flächen 7 und 8 des Eisenkerns 6 gebild5t wird, be-

findet sich ein als Steuerschieber ausgebildetes

Steuerorgan g, das- von einer in Fiig. 4 niäher dar-

gestellten. Steuereinriehfiung io verstellt werden

kann.

Die Ausibiildung dos Luftspalts, und des Steuer-

schiebers, sowie dessen mögliche Stellungen in dem

Luftspalt bei Betätigung durch die Steuereinrioh-

tung io ist aus den Fig. 2! und 3 zu erkennen.. Die

.Polflächen 7 und 8 des Eüsenkerns 6 sind gezahnt

und zueinander symmetrisch ausgebildet. Deir

Stieuerschieiher 9 ist ebienfalls gezahnt, und zwar

mit gleicher Teilung, und weist ein geometrisch

ähnliinhes, Profil auf wie der Luftspalt bz.w. die

d'_@;aien, bildenden Polflächen 7 und B.

Die Ausbildung und WiTkwngsweitse:_ der an

and°ureT Stelle bereits vorgeschl:agenien, zurr Betäti-

gung des Steuerschiebers ,9 v°!rwenidilya"rzn Steuer-

einrichtung io (Fig. i), die ihrer Arbeitsweiiise nach

als. magnetische Wechselschalteinrichtung be-

zeichnet werden kann, sei an Hand von Fig. .4 be-

schrieben. ZWei Magnete 13 und r4 #sin:d durch zwei

Polschuhe 18 und ig, die in der Mitte je«#eüs mit

,einem engen Luftspalt 15 bzw. 16 verseihen sind.,

@iberb@rii:clZt. Ein Anker 17, an dem der Steuer-

sch:iieher 9 starr befestigt is't, befindiet sich zwischen

den Polschuhen i8 und: ig. Der Steuerschiebeir 9 ist

so gegen zwei Federn 20 und 2-1 abgestützt, daß er

in den Endstellungen vor .den Polschuhen 18 und i9

jeweils gegen, den Druck einer Feder gehalten wird.

Die Verstellung des Ankers 17 und damit des

Steuerschiebers g @ wird von der Steuerwicklung

11-12 durch einen: in ihr fließ-enden Steuerstrom

ausgelöst. Wird der Anker 17 z. B. in der ge-

zeichneten Stellung vor dem Polschule ig geih;a,lte:n,

so wird beim Vorhandensein eines.

ge-

eigneter Richtung in der Steuerwicklung 11-12 die

magnetische Haltdcraft des Polschuhs ig durch

Flußverdrängung geschwächt. Unter der Wirkung

der gespannten Feder 21 wird darauf der Anker 17

in die andere Endlage bewegt und wird hier von

den Polschuhen 18 festgehalten, welche gleichzeitig

die Feder 21 unterstützen. Bei einer Umkehr des

Steuerstroms in der Steuerwicklung 11-12 wieder-

holt sich das Spiel in der anderen Richtung. Die

Haltekraft der Polsichuihe 18 bz.«-. 19 mu ß jeweils

so groß sein, daß durch die Kraftwirkung, die der

Steuerschieber in dem Luftspalt der D,rosisielspul-ei 4

(Fig. i) durch das dort vorliegende magnetische

Feld erfährt, kenne Bewegung ausgelöst werden

kann. Eine ungewollte Verstellung des Steuerschiebers 9 ist dann verhindert. Gemäß der Erfindung wird die Umsteuerung des Steuerschiebers 9, d. 1i. die Auslösung der Bewegung des. Ankers 17, durch einen Steuerstrom dann vorgenommen, wenn. de-r magnetische Fluß in. der Drosseilspule 4 durch Null geht, damit die Umsteuerung praktisch ohne hzsond-eren K raftaufwand erfolgen kann..

Die in Fig. i dargestellte Einrichtung kann hinsichtlich der A.uslö:sung der Bewegung des Steuer-9 im. Nulldu3rchga.ng des Wechis,elflusses dzr Drosselspule .4 selbsttätig airbeiten, wenn der durch die Steuerwicklung 1i-12- fließende Steuerstrom ein Wechselstrom mit gegenüber denm. ErreIgerstrom der Drosaellspule4 geeigneter Pha senversclii@e,b,un,g ist. Beim Einschalten des Steu.erwecUs,elstroms erfolgt dann die Umsteuerung des Steuerschiebers 9 während derjenigen ersten Halbwelle, welche eine Schwächung des. Flusses durch den Anker 17 verursacht. Wirkt der Steuerwechselstrom länger als eine Periode ein., so können ge:-gebenenfalls an Stelle einmaliger Umsteuerungen auch andauernde Umsteuerungen eines Steuerorgans und damit andauernde periodisch,- Widerstandsänderungen. eines magnetischen Kreises be- wirkt werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung ist, nicht auf die Vorwendun,g einer Steuereinrichtung mach Fig. 4 beschränkt. Es können auch andere Schalt- oder Steuereinrichtungen, die denselben Zweck erfüllen, verwendet werden.. Insbesondere- ist es für die Erfindung unwesentlich, wie die Änderung eines magnetischen Kreises auf mechanischem Webe vorgenGmm-; n wird. An Stelle der bei dem Beispiel nach Fig. i vorgenommenen Änderung der Induktanz zwischen zwei festen Werten kann, die Ändrung auch zwischen mehreren Werten in beliebig kleinen und vielen Stufen vorgenommen w",rde:n. Ebenso isst die Einrichtung nach der Erfindung in bezu.g auf die Ausführung des, Luftspalts und der diesen bildenden Polflächen sowie in h.zug auf die Ausbildung des Steuerschiebers 9 nicht auf das Beispiel der Fig. i beschränkt.
Zwei weitere Ausführungs:formen für den Luftspalt zeigen die Fig. 5 und 6. Mit 7 und 8 sind wieder dde Polflächen bezeichnet und mit 9 die Steuerschieber. Diese Ausführungsformen der Steuerschieber utitersclieiden sich von derjenigen nach den Fig. i und 3 dadurch, daß die Schlußstücke innerhalb der Zahnlücken der Polflächen 7 und: 8 beweglich sind: und in den Endlagen. unmittelbar an den Polzähnen anliegen. Die den. Luftspalt bildenden Polflächen dies Magnetkerns der Drosselspule können aber auch andere unstetige Profile aufweisen. Eine symmetrische Ausbildung der Polflächen erscheint am zweckmäßigsten. in bezug auf .-in-, einfache Fertigung derselben sowie des Steuexorgans. Außer Steuerschiebern sind auch andere Steuerorgane verwendbar, z. B. solche, die durch uine Drehbewegung einen Luftspalt und damit den Fluß eines magnetischen Kreises verändern.
Die Stie:uero:rga,ne brauchen nicht in einem Luftspalt angeordnet zu sein, sondern können auch in anderer Weise an. oder in einem magnetischen Kreis angebracht sein:, z. B,. nach Art von m:agnet.ischen Nebenschlüssen. Es isst ferner möglich, in ei°m magnetischen Kreiss ein bewegliches Steuerorgan anzuordnen, das hinsichtlich seiner magnetischen Leitfähigkeit nicht homogen isst, so daß bei einer Bewegung des Steuerorgans ein Teil von diesem mit anderer spezifischer magnetischer Leitfähigkeit in den Magnetkreis. eingeschaltet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE i. Verfahren, zur Veränderung des. Widerstands. von Wechselstromkreiisen durch Beeinflussung des mit diesen verketteten magnetischen Flüs,seis auf mechanischem Wege:, dadurch gekennzeichnet, daß die WiJ°rstandsänderung durch Veränderung des Weges der Flu.ßlini-en im oder annähernd im Nulldurchgang des magnetischen Wechselflusses erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Veränderung des Weges der Fluß'linien in Abhängigkeit von dem den magnieüschen Fluß des. Kreises hervorrufenden Strom oder einer anderen, mit dem Strom in Verbindung stehenden Größe, aus,-gelöst: wird.
3,. Einrichtung zur Durchführung des Verfah,ren;s nach Anspiruch i oder 2, gekennzeichnet durch ein zur Veränderung des Weges der Flußlinien dienendes, bewegliches Steuerorgan, vo-rzugslvaise in einem Luftspalt des magnetischen Kreises, und eine die Verstellung des Steuerorgans Steuereinrichtung.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch geknnzeichnet, daß zur Verhinderung einer ungewollten Verstellung d:,s Steuerorgan> eine selbsttätige, Haltevorrichtung vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadur;rh glekennzeich;net, daß die Ste:ue:reinrIchtung nach Art einer magnetisch geisteuerten, federbetätigten Wechselschalteinrichtung ausgebildet ist.
6. Einrichtung mach Anspruch 3 biss 5, dadurch. gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung und die Haltevorrichtung auf magnetischer Grundlage beruhen:, zusammenarbeiten. und zu einer Einheit zusammengebaut sind und daß das Steuerorgan in seiner jeweiligen zu verändernden Lage gegen die Spannung einer Feder gehalten isst, so daß die Verstellung des Steuerorgans beim Nulldurchgang des Z'@Tech:selfluiss-°s zunächst durch die Feder erfolgt.
7. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, diaß die den Luftspalt bildenden Polflächen des, maignetitschen Keirn:s ein unstetiges Profil aufweisen und` vorzugsweisse symmetrisch sind. B. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein zumindest annähernd ähnliches- Profil aufweist wie die den Luftspalt bildenden: Polflächen. g. Einrichtung nach AwspTuch 3 oder einem der folgenden- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan und die den Luftspalt bildenden Polflächen mit gleicher Teilung gezahnt sind. to. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines. derart hinsichtlich seiner magnetischen Leitfähigkeit nicht homogenen Steuerorgans., daß bei seiner Teile mit anderer spezifischer Leitfähigkeit im M.agnetkrens der Droisselspul.e wirksam werden,.