DE878679C

DE878679C - Switching arrangement for testing magnetic cores

Info

Publication number: DE878679C
Application number: DES23954A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr-Ing Rolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-07-15
Filing date: 1951-07-15
Publication date: 1953-06-05

Description

Schaltanordnung zur Prüfung von Magnetkernen Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Prüfung von Magnetloernen für Drosseln, Wandler u. dgl. mit annähernd rechteckiger Hysteresesc'hleife. Derartige Magnetkerne werden unter anderem für Schaltdrosseln von Kontaktumformern, für Stoß'drosseln zur Erzeugung kurzzeitiger Spannungsimpulse und für Impulstransformatoren in D ifferential scbutzschaltungen verwendet. ilire maguetische Kennlinie soll im ungesättigten Gebiet möglichst parallel zur Fußachse verlaufen, an den Ühergangsstellen in dieSättigunlgslgebiete möglichst scharfe Sättigungsknicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst wenig zur Achse der magnetischen Feldstärke geneigt sein. Im Betriebe sind solche Kerne jedesmal während des größten Teiles derWechselstromhalbwelle gesättigt und entsättigen sich nur bei sehr kleinen Stromwerten in der Nähe des Stromnulldurchganges, um sich bei erneutem Stromanstieg in entgegengesetzter Richtung zu sättigen. Die Ummagnetisierung von einem 5 ättigungszustand in den entgegengesetzten erfolgt in einer Zeitspanne von der Größenordnung einiger Millisekunden. Es kann aber auch eine noch kürzere Ummagnetisierungszeit erforderlich sein, z. B. von I ms und weniger, insbesondere in den genannten Anwendungsfällen. Derartige Eisenkerne werden gewöhnlich in Ringform durch Aufwickeln von sehr dünnem Eisenband hergestellt.Switching arrangement for testing magnetic cores The invention relates to a switching arrangement for testing magnetic learners for chokes, converters and the like. with an almost rectangular hysteresis loop. Such magnetic cores are under e.g. for switching chokes of contact converters, for surge chokes for generation short-term voltage pulses and for pulse transformers in differential protection circuits used. The magnetic characteristic curve should be as parallel as possible in the unsaturated area run to the foot axis, at the transition points into the saturation areas if possible have sharp saturation kinks and as little as possible in the saturated areas be inclined to the axis of the magnetic field strength. There are such cores in the company saturate and desaturate each time during most of the AC half-cycle only with very small current values in the vicinity of the current zero crossing to saturate when the current rises again in the opposite direction. The magnetization reversal from one state of saturation to the opposite takes place in a period of time of the order of a few milliseconds. But it can also be an even shorter one Magnetization time may be required, e.g. B. of I ms and less, in particular in the named use cases. Such iron cores are usually in a ring shape made by winding very thin iron tape.

Die magnetischen Kennlinien derartiger Kerne zeigen einen verschiedenen Verlauf je nach der Geschwindigkeit, mit der die Ummagnetisierung abläuft. Zwecks Prüfung müssen daher die Kennlinien mit ,der gleichen Ummagnetisierungsgeschwindigkeit aufgenommen werden, wie sie betriebsmäßig auftritt. Bisher bediente man sich zur Prüfung einer Refbenschaltung von einer auf den Prüfling aufgebrachten Magnetisierungswickluug und einer zur Strombegrenzung bei gesättigtem Prüfling dienenden Induktivität. Diese Reihenschaltung wird aus einer Wechselstromquelle normaler Frequenz gespeist. Infolge des überwiegend induktiven Charakters dieses Prüfstromkreises fällt der Stromnulldurchgang und damit auch die Zeitspanne, während- welcher der Magnetkern umgesättigt wird, jedesmal etwa mit dem Spannungsmaximum zusammen. Während dieser Zeitspanne übernimmt die Magnetisierungswicklung praktisch ,die Igesamte Spannung, sofern ihre Induktivität während der Ummagnetisierung groß genug ist gegenüber der Induktivität ,der Strombegrenzungsdrossel. Die milden bisher benutzten Prüfeinrichtun gen aufgenommenen Spannungsliurven zeigen daher einen kurz vor dem Maximum der Speisespannung steil ansteigenden, während der Ummagnetisierun'gszeit m-i t den höchsten Augenblickswerten der Speisespannung praktisch zusammenfallenden und hierauf wieder steil abfallenden, im ganzen also etwa rechteckförmigen Verlauf der Spannung am Prüfling. The magnetic characteristics of such cores show a different one Course depending on the speed at which the remagnetization takes place. For the purpose of The characteristic curves must therefore be tested with the same magnetization reversal rate recorded as it occurs during operation. So far one used to Testing of a color circuit from a magnetization winding applied to the test object and an inductance which is used to limit the current when the test object is saturated. These Series connection is powered by an alternating current source of normal frequency. As a result the predominantly inductive character of this test circuit falls the Current zero crossing and thus also the time span during which the magnetic core is resaturated, each time approximately with the voltage maximum together. During this Period of time is practically taken over by the magnetizing winding, the entire voltage, provided that their inductance during the remagnetization is large enough compared to the Inductance, the current limiting choke. The mild test equipment used so far The voltage curves recorded therefore show a voltage just before the maximum of the supply voltage steeply rising, during the remagnetization time m-i t the highest instantaneous values the supply voltage practically coinciding and then again falling steeply, so on the whole approximately rectangular course of the voltage on the test object.

Demgegenüber weisen,die aufgezeiclhneten Spannung!skurven- mit fortschreitender Verkürzung der ßlnmagnetis i-erungszeiten zunehmende Unvollkomm,entheiten auf, indem statt des erwähnten recRhteckförmigen Verlaufes ein mehr ,dreieckförmiger von wesentlich geringerer Höhe als das Maximum der Speisespannung sichtbar wird. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dieser Mangel auf die Verwendung der erwähnten Strombegrenzungsinduktivität zurückzuführen ist. Da nämlich zur Erzielung einer kürzeren Ummagnetisierungszeit eine entsprechend höhere Speisespannung erforderlich ist, so muß, ldamit,der Strom bei gesättigtem Prüfling und damit überhaupt der Effektivwert des Stromes nicht zu hoch wird, auch eine Drossel von entsprechend höherem induktivemWiderstand in der Reihenschaltung mit dem Prüfling verwendet werden. Das geht-schließlich so weit, daß dieser induktive Widerstand gegenüber demjenigen der Prüfwicklung während der Ummagnetisierung nicht mehr vernachlässigbar ist, sondern einen merklichen oder sogar erheblichen Anteil ,der Speisespannung selbst während der Ummagnetisierung in Anspruch nimmt, so daß auf die Prüfwiddung nur noch der erwähnte verringerte Spannungsanteil entfällt. In contrast, the recorded tension shows a curve as it progresses Shortening of the magnetization times increasing imperfections, entities by instead of the above-mentioned rectangular course, a more triangular one of essential lower than the maximum of the supply voltage is visible. The invention is based on the recognition that this deficiency is due to the use of the mentioned current limiting inductance is due. Because namely to achieve a shorter magnetization reversal time If a correspondingly higher supply voltage is required, then the current in the case of a saturated test object and thus not the rms value of the current at all becomes too high, also a choke with a correspondingly higher inductive resistance in connected in series with the device under test. It finally goes so far that this inductive resistance to that of the test winding during the Magnetization reversal is no longer negligible, but a noticeable or even a considerable part of the supply voltage itself during the magnetization reversal takes, so that only the mentioned reduced on the test There is no tension.

Die Erfindung besteht nun darin, daß nicht eine konstante Induktivität im Prüfkreis als Strombegrenzer-verwendet wird, sondern statt dessen eine Strom;begrenzunlgsanor,dnung, deren im Magnetisierungskreis wirksame Induktivität wenigstens während der Ummagnetisierung des Prüflings im Vergleich zu der des Prüflings gering ist. The invention consists in the fact that not a constant inductance is used in the test circuit as a current limiter, but instead a current; their effective inductance in the magnetization circuit at least during the remagnetization of the device under test is small compared to that of the device under test.

In ,der Zeichnung sind verschiedene Ausfülhrungsbeispiele der Erfindung in den Fig. I, 3 und 4 schematisch Sdarg'estellt. Die Fig. 2 und 5 zeigen Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise. In the drawing are various embodiments of the invention in Figs. I, 3 and 4 schematically Sdarg'stell. Figs. 2 and 5 show graphs to explain how it works.

In Fig. I ist ein Magnetisierungskreis dargestellt, der zur Strombegrenzung eine einphasige Vollwellengleichrichteranordnung als einfachstes Beispiel einer Gleichrichterschaltung enthält. Der Prüfling II, z. B. ein Ringkern, trägt eine Magnetisierungswicklung 12 und eine Meßwicklung I3. An die Meßwicklung I3 können Einrichtungen zur Ermittlung des Verlaufes der Magnetisierungsspannung oder der magnetischen Induktion, beispielsweise ein Schleifen- oder Kalhodenstrahloszillograph, angeschlossen werden. In Reihe mit der Magnetisierungswicklung I2 liegt eine zur Strombegrenzung dienende Gleichrichterschaltung 14. Diese besteht aus einem Transformator I6, zwei Ventilen I7 und I8, einer Glättungs-drossel 19 und einem Regelwiderstand 20. Die Reihenschaltung von Magnetisierungswicklung I2 und Strombegrenzungsanordnung 14 ist an einen Anzapftransformator 15 angeschlossen, der die speisende Wechselspannung liefert. Als Ventile sind besonders solche geeignet, die es ermöglichen, die Gleichrichteranordnung mit Teilaussteuerung zu betreiben, also unter anderem entweder gitter- oder zündergesteuerte Entladungsgefäße, vorzugsweise Quecksilberdampfgefäße, oder auch Kontaktumformer. In Fig. I a magnetization circuit is shown, which is used to limit the current a single-phase full-wave rectifier arrangement as the simplest example of one Includes rectifier circuit. The examinee II, z. B. a toroid carries a Magnetizing winding 12 and a measuring winding I3. Can to the measuring winding I3 Devices for determining the course of the magnetization voltage or the magnetic induction, for example a loop or calhode ray oscillograph, be connected. In series with the magnetization winding I2 there is one to Current limiting rectifier circuit 14. This consists of a transformer I6, two valves I7 and I8, a smoothing throttle 19 and a variable resistor 20. The series connection of magnetizing winding I2 and current limiting arrangement 14 is connected to a tap transformer 15, which feeds the alternating voltage supplies. Particularly suitable valves are those which enable the rectifier arrangement to operate with partial control, so among other things either grid or igniter-controlled Discharge vessels, preferably mercury vapor vessels, or contact converters.

Ein Betrieb mit großem Steuerwinkel a ist erforderlich, damit der Prüfling auch in der erfindungsgemäßen Anordnung je-desmal in einer Zeit ummagnetisiert wird, in der die speisende Wec!hselspannung hohe Augenblickswerte hat. Es ergeben sich dann z. B. die in Fig. 2 dargestellten Kurven der zugeführten Spannung E, -der Ventilanodenströme I2 bzw. 13 (Fig. 2 a) und des Primärstromes 1 des Gleichrichtertransformators, also des Magnetisierungsstromes des Prüflings (Fig. 2 b). Dessen Ummagnetisierung findet während der Stromübergabe zwischen den Ventilen statt. Dadurch entstehen an Stelle der bekannten glatt verlaufenden Kurven des ansteigenden bzw. abfallenden Stromes stufenförmige Stromkurven. Die Lage der Stromstufen (damit ist die Ummagnetisierungszeit d t in jeder Spannungshalbwelle gemeint) in -bezug auf die Kurve der speisenden Wechselspannung ist abhängig von sder Größe des Steuerwinkels a, gerechnet vom Zeitpunkt des Nulldurchganges der Kommutierungsspannung bis zum Beginn der Stromübergabe. Die dargestellte Schaltung bietet daher die Möglichkeit, die Hystereseschleife bei gleichbleibender Höhe der Speisespannung durch Finstellung verschieden großer Steuerwinkel a unterem Einfluß verschieden hoher Magnetisierungsspannungen, - gleichbedeutend mit verschiedenen Ummagnètisierungslgesdhwindibakeiten, zu untersuchen. Die Höhe des Stromes und damit die Größe der Umkehrfeldstärke wird- - bei gegebenem Winkel a mit Hilfe des Widerstandes 20 eingestellt.Operation with a large control angle a is required so that the The test object is magnetized each time in a time also in the arrangement according to the invention in which the feeding AC voltage has high instantaneous values. It surrendered then z. B. the curves shown in Fig. 2 of the applied voltage E, -der Valve anode currents I2 or 13 (Fig. 2a) and the primary current 1 of the rectifier transformer, thus the magnetizing current of the test object (Fig. 2 b). Its magnetization reversal takes place during power transfer between the valves. This creates instead of the well-known smooth curves of the rising or falling Stromes stepped current curves. The position of the current stages (thus the magnetization reversal time d t meant in every voltage half-wave) in relation to the curve of the feeding AC voltage is dependent on the size of the control angle α, calculated from the point in time the zero crossing of the commutation voltage until the start of the current transfer. The circuit shown therefore offers the possibility of using the hysteresis loop Constant level of the supply voltage by setting control angles of different sizes a under the influence of different high magnetization voltages, - synonymous with various Ummagnètisierungslgesdhwindibakeiten to investigate. The height of the current and thus the size of the reverse field strength is - - at a given angle a set with the help of the resistor 20.

Der größtmögliche Winkel a ist dadurch gegeben, daß die herabgeregelte Gleichspannung dazu ausreichen muß, den erforderlichen Strom durch die Wirkwiderstände der Glättungsdrossel 19 und des Reglers 20 zu treiben. Ist zur Dedng dieser Spannungsabfälle in den Gleichstromkreis eine zusätzliche Gleichstromquelle 2I, z. B. eine Akkumulatorenbatterie eingefügt, so kann die Stufe symmetrisch zum Scheitelwert der speisenden Wechselspannung gelegt werden.The largest possible angle a is given by the fact that the downregulated DC voltage must be sufficient for the required current through the resistors the smoothing throttle 19 and the controller 20 to drive. Is to deduce these voltage drops in the DC circuit an additional DC power source 2I, z. B. a storage battery inserted, the stage can be symmetrical to the peak value of the feeding AC voltage be placed.

Der Vorteil der besclriebenen Anordnung besteht darin, daß an die Stelle der hohen Induktivität einer konstanten Regeldrossel die wesentlich kleinere Streuind'uktivität des Gleichrichtertransformators I6 getreten ist, so daß während der Ummagnetisierung wieder praktisch der volle Wert der zu- geführten Spannung an der Wicklung I2 des Prüflings I3 wirksam ist. Diese restliche Induktivität fällt auch noch weg, wenn statt der Anordnung nach Fig. I eine Brückenschaltung nach Fig.3 zur Strombegrenzung verwendet wird. Diese erfordert allerdings die doppelte Anzahl von Ventilen I7, I7' und 18., 18'. Im übrigen ent'hält diese Figur die gleitAlen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie Fig. I. The advantage of the arrangement described is that to the Instead of the high inductance of a constant regulating throttle, the significantly smaller one Stray inductance of the rectifier transformer I6 has occurred, so that during the remagnetization practically the full value of the guided Voltage on winding I2 of test object I3 is effective. This remaining inductance is also omitted if a bridge circuit is used instead of the arrangement according to FIG according to Fig.3 is used to limit the current. However, this requires twice as much Number of valves I7, I7 'and 18., 18'. In addition, this figure contains the sliding elements Parts with the same reference numerals as Fig. I.

Statt nach Fig. I die Wicklung 12 des Prüflings I3 in den Primärkreis des Gleichrichtertransformators I6 einzufügen, kann man ihn auch auf der Sekundärseite in einen Anodenzweig legen; dann erfolgt die Magnetisierung einseitig. Mit Hilfe einer zusätzlichen Vormagnetisierung in entgegengesetzter Richtung bietet diese Anordnung die Möglidikeit, unsymmetrische Magnetisierungskurven aufzunehmen, wie sie beispielsweise bei der Sechs drosselschaltung von Kontaktumformern und bei Transduktoren vorkommen. Durch verschiedene Einstellung der Vormagnetisierung ist die Lage des einen Umkehrpunktes der Hystereseschleife vähll}ar. Instead of FIG. I, the winding 12 of the test object I3 in the primary circuit of the rectifier transformer I6, you can also insert it on the secondary side put in an anode branch; then the magnetization takes place on one side. With help This offers an additional bias in the opposite direction Arrangement the possibility to record asymmetrical magnetization curves, such as they are used, for example, in the six-throttle circuit of contact converters and transducers occurrence. The position of the a reversal point of the hysteresis loop.

Statt Gleichrichterschaltungen können ganz allgemein auch Wechsel richtersch altungen zur Strombegrenzung verwendet werden. Nach Fig. 4 wird zur Strombegrenzung eine Transduktorschaltung 24 nach Art der bekannten Krämerschaltung verwendet, wie sie z. B. auc'h für Gleichstrommeßwandler benutzt wird. Auf Kernen 26 und 27 aus Ihochpermeablem -Magnetwerkstoff, z. B. aus Nickeleisen oder bei weniger hohen Ansprüchen auch aus Siliciumeisen, befinden sich Hauptwicklungen 28 und 29, die vom Wechselstrom durchflossen werden, und Vormagnetisierungswicklungen 30 und 3I, die einen mittels einer Drossel 32 geglätteten, durch einen Regler 33 in seinerGrößeeinstellbarenGleichstrom führen. Während die Wechselstromwicklungen 28 und 29 gleichsinnig in Reihe geschaltet sind, werden die Gleichstromwicklungen 30 und 31 gegensinnig miteinander verbunden. Die übrilgen Teile der Prüfanordnung sind genau so bezeichnet wie in Fig. I. Instead of rectifier circuits, alternations can generally also be used judge circuits can be used to limit the current. According to Fig. 4 is used to limit the current a transductor circuit 24 used in the manner of the known Kramer circuit, such as she z. B. is also used for DC transducers. On cores 26 and 27 Highly permeable magnetic material, e.g. B. made of nickel iron or for less demanding requirements Also made of silicon iron, there are main windings 28 and 29, which are from the alternating current are traversed, and bias windings 30 and 3I, which one means a choke 32 smoothed by a regulator 33 in its size adjustable direct current to lead. While the alternating current windings 28 and 29 are connected in series in the same direction are, the DC windings 30 and 31 are connected to one another in opposite directions. The remaining parts of the test arrangement are labeled exactly as in Fig. I.

Fig. 5 zeigt die Spannungs-, Strom- unsd Kraftflußkurven. Dabei ist zur Vereinfachaung,der in Wirklichkeit mit endlicher Steilheit ungefähr trapezförmig ansteigende Stromverlauf durch einen rechteckigen ersetzt, wodurch auch die in Wirklichkeit eintretende Überl appung der Spannungskurven nic'ht in Erscheinung tritt. Ferner ist der Einfluß der endlic'hen Breite der Hystereseschleifen der Kerne 26 und 27 auf den Verlauf des Stromes vernachlässigt und eine vollkommene Glättung des Gleichstromes angenommen. Die von der angelegten, sinusförmigen WechselspannungE gebildeten Spannungsflächen zerfallen nach Fig. 5 a in mehrere Teile. Die Flächen e5 werden von der Wicklung 28 des Kernes 26 aufgenommen, und zwar während derjenigen Halbwelle desWechselstromes I (Fig. 5 b), in der dieser so gerichtet ist, daß er die Gleichstromdurchflutung der Vormagnetisierungswicklung 30 aufhebt. In entsprechender Weise werden die Flächen e9 von der Wicklung 29 des Kernes 27 aufgenommen, und zwar während der anderen Halbwelle des Stromes 1. Die schmalen Flächen e2 schließlich treten an der Wicklung I2 des Prüflings II auf und bewirken dessen Ummagnetisierung. Fig. 5 shows the voltage, current and force flow curves. It is for the sake of simplification, in reality it is roughly trapezoidal with a finite steepness rising current course is replaced by a rectangular one, which also means that in reality any overlapping of the voltage curves does not appear. Further is the influence of the finite width of the hysteresis loops of the cores 26 and 27 neglected on the course of the current and a complete smoothing of the direct current accepted. The voltage areas formed by the applied, sinusoidal alternating voltage E. disintegrate according to Fig. 5a into several parts. The surfaces e5 are from the winding 28 of the core 26 recorded during that half-wave of the alternating current I (Fig. 5 b), in which this is directed so that it flows through the direct current the bias winding 30 cancels. The surfaces are made in a corresponding manner e9 taken up by the winding 29 of the core 27, during the other half-wave of the current 1. The narrow areas e2 finally occur on the winding I2 of the Test item II and cause its magnetization.

Der Kraftfluß im Prüfling 1 1 ist in Fig. 5 c dargestellt durch die Kurve «0t, in Fig. 5 d der Kraftfluß im I(ern 26 durch die Kurve po und der Kraftfluß im Kern 27 durch die Kurve ¢7. Der Prüfling wird symmetrisch magnetisiert, und die Ummagnetisierung findet unter den Kuppen der Spannungskurve mit praktisch gleichbleibender Geschwindigkeit statt. Die Transduktorkerne 26 und 27 dagegen werden vom Sättigungszustand aus in jeder zweiten Halbwelle einseitig nach einer Sinuskurve magnetisiert. Der Wechselstrom I (Fig. 5 b) weist unter den Scheitelwerten der Spannung Stufen geringer Stromstärke auf, die den Magnetisierungsstrom des Prüflings während seiner Ummagnetisierung darstellen. Die Transduktorkerne 26 und 27 sind während der Stromstufen durch den Gleichstrom -voll gesättigt. Wenn also durch geeignete Bemessung der Windungszahl und des Eisenquerschnittes der Transduktorkerne die verbleibende Restinduktivität der Spulen 2S und 29 gering gehalten wird, so ist der durch den nur schwachen Anstieg des Stufenstromes hervorgebrachte induktive Spannungsabfall an den Spulen 28 und 29 gegenüber der Magnetisierungsspannung zu vernachlässigen. Die Magnetisierungsspannung liegt also wunschgemäS praktisch in voller Höhe am Prüfling.The power flow in the test object 1 1 is shown in Fig. 5 c by the Curve «0t, in Fig. 5d the power flow in the I (ern 26 through the curve po and the power flow in the core 27 by the curve ¢ 7. The test object is magnetized symmetrically, and the Magnetization reversal takes place under the crests of the voltage curve with practically constant Speed instead. The transducer cores 26 and 27, on the other hand, are saturated off in every second half-wave magnetized on one side according to a sinusoidal curve. Of the Alternating current I (FIG. 5 b) has steps lower than the peak values of the voltage Amperage on which the magnetization current of the test object during its remagnetization represent. The transductor cores 26 and 27 are during the current stages through the Direct current - fully saturated. So if by suitable dimensioning of the number of turns and the iron cross-section of the transducer cores, the remaining residual inductance of the coils 2S and 29 is kept low, that is due to the only slight increase of the step current produced inductive voltage drop at the coils 28 and 29 can be neglected in relation to the magnetization voltage. The magnetizing voltage is practically the full amount on the test item as desired.

Claims

PATENT CLAIMS I. Switching arrangement for testing magnetic cores for Chokes, converters and the like with an approximately rectangular hysteresis loop in which a current limiter connected in series with the magnetization winding of the test object is characterized by a current limiting arrangement, whose in the magnetization circle 5 effective inductance compared to that of the test object at least during the magnetic reversal of the test object is low.

2. Switching arrangement according to claim I, characterized by a power converter arrangement as a current limiter.

3. Switching arrangement according to claim 2, gekeunzeich by partial level control the converter arrangement.

4. Switching arrangement according to claim 2, characterized by a grid or arrangement containing igniter-controlled discharge vessels as a current limiter.

5. Switching arrangement according to claim 2, characterized by a Stromumformungsanordnuug with mechanically moved contacts as current limiters.

6. Switching arrangement according to claim I, characterized by transducers as a current limiter.