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Sperrmagnet Die Erfindung betrifft die weitere Ausgestaltung eines
Sperrmagnets, @d. h. eines Magnets mit einer ihn quer zu seinem Hauptkraftfluß durchsetzenden
und den Hauptkraftfluß durch örtliche Sättigung eines Teiles des Magnetkreises sperrenden
Hilfserregung ohne merkliche, den Hauptmagnetkreis längs magnetisierende Wirkung.
Derartige Sperrmagnete sind bereits früher vorgeschlagen worden. Sperrmagnete sind
sowohl in geschlossener Form für Drosseln, Wandler und Transformatoren als auch
mit Luftspalt insbesondere für Haltemagnete von Schaltern verwendbar und zeichnen
sich durch eine besonders geringe, zur Steuerung benötigte Energie der Hilfserregung
und als Haltemagnete durch besonders rasche Auslösung aus. Eine wesentliche Eigenschaft
der Sperrmagnete ist es ferner, daß durch die Hilfserregung, auch wenn sie einen
noch so hohen Wert hat, keine Richtungsumkehr .des Hanptkraftflusses verursacht
werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Sperrmagnet mehrere von verschiedenen
Steuerströmen herrührende Sperrerregungen aufweist. Dadurch wird es ermöglicht,
den Magnet in Abhängigkeit von mehreren elektrischen Größen zu steuern, die voneinander
unabhängig sein oder in gegenseitigem Abhängigkeitsverhältnis stehen können.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt.
Die Magnete nach den Fig. i und 2 haben mehrere voneinander
unabhängige Sperrwicklungen, die den Magnet in so großen Abständen voneinander durchsetzen,
daß sie sich gegenseitig nicht beeinflussen. Fig. i zeigt einen geschlossenen Magnetkörper
i i mit einer Hauptwicklung 12, die den ganzen Magnetquerschnitt umfaßt, und mehreren
Sperrerregungen, die sich voneinander durch .die gegenseitige Lage .der Durchbrechüngen
und verschiedene Wicklungsausführung unterscheiden. Bei den Sperrwicklungen 13 und
14 sind die Durchbrechungen, je zwei an der Zahl, längs der Bahn des Hauptkraftflusses
hintereinander angeordnet. Die Leiter bzw. Spulenseiten der Hilfswicklungen durchziehen
die Durchbrechungen in entgegengesetzten Richtungen. Bei den Sperrwicklungen 15
und 16 befinden sich die Durchbrechungen in der Bahn des Hauptkraftflusses nebeneinander.
Zur Aufhebung der längs magnetisierenden Komponente müssen hier den ganzen Magnetkörper
umgebende Windungen vorgesehen sein. Der Magnetquerschnitt zwischen den nebeneinanderliegenden
Durchbrechungen ist doppelt so groß wie der Querschnitt zwischen den Durchbrechungen
und den Flanken des Magnetkörpers, und die Durchflutung der äußeren Spule ist halb
so groß wie die Durchfiutung der inneren Spule. Die Sperrwicklungen 15 und 16 sind
einander magnetisch und elektrisch gleichwertig. Durch die Sperrung und Freigabe
des Hauptkraftflusses mittels einer von den Erregerwicklungen 13, bis 16 kann der
magnetische Widerstand des Magnetkörpers i i vergrößert und verringert und damit
z. B. die Induktivität der Spule 12 herab- und heraufgesetzt werden. Der Haltemagnet
gemäß Fig. 2 hat als Quelle der magnetischen Spannung z. B. einen Dauermagnet, dessen
Pole mit NN, SS bezeichnet sind. Auf den Magnetanker wirkt in Pfeilrichtung
eine Abreißkraft. Der durch den Magnetanker verlaufende Haltefluß ist nur ein Teil
des Hauptkraftflusses. Ein anderer, insbesondere größerer Teil schließt sich über
einen magnetischen Nebenweg mit einem sehr engen Luftspalt. In der Bahn des Haltekraftflusses
liegen sechs Duxchbrechungen hintereinander. Diese können beliebig paarweise zusammengefaßt
und jedes Paar mit einer Sperrwicklung z. B. ähnlich den Wicklungen 13 und
14 in Fig. i versehen werden. Die Sperrwicklungen können z. B. von den Strömen eines
Drehstromnetzes erregt werden, so daß eine Auslösung bei Überstrom einer der drei
Phasen erfolgt. Damit sich die Sperrwicklungen nicht gegenseitig beeinflussen, müssen
sie getrennt voneinander liegen. Demgemäß sind die Abstände zwischen den Dürchbrechungen
in Längsrichtung des Hauptkraftflusses so groß, daß hier eine Sättigung durch die
Hilfserregung noch nicht eintritt, wenn die Sättigung des Magnetquerschnittes zu
beiden Seiten der Durchbrechungen zwischen diesen und den Flanken des Magnetkörpers
bereits erreicht ist.
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Im Gegensatz dazu sind bei den Sperrmagneten gemäß den Fig. 3 und
4 die Abstände zwischen den Durchbrechnngen, in denen verschiedene, in der Zeichnung
nicht dargestellte Sperrwicklungen liegen, so klein, daß sich diese Stellen wenigstens
innerhalb eines Teiles des betriebsmäßigen Erregungsbereiches sättigen. Damit kann
der Verlauf derBetriebskennlinien derMägnete in mannigfacher Weise beeinflußt werden;
denn solange die Zwischenräume ungesättigt sind, ist die magnetische Kopplung zwischen
den Sperrwicklungen weniger eng als nach Eintritt der Sättigung der Zwischenräume,
da in dem zuletzt genannten Erregungsbereich eine ähnliche Wirkung eintritt, als
wenn die Zwischenstege von einem Luftspalt unterbrochen wären oder ganz fehlen würden.
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Der Sperrmagnet kann gemäß Fig. 3 nach dem Ruhestromprinzip oder gemäß
Fig. 4 nach dem Arbeitsstromprinzip gebaut sein. Nach Fig. 3! ist das Ruhestromprinzip
dadurch verkörpert, daß die Sperrwicklungen nicht in der Bahn des Haltekraftflusses,
sondern eines anderen sich über einen magnetischen Nebenweg schließenden Teiles
des Hauptkräftflusses angeordnet sind. Die Magnetstege zwischen den Durchbrechungen
verschiedener Sperrwicklungen können nach Fig. 3 in Längsrichtung des Hauptkraftflusses
oder nach Fig.4 quer dazu liegen. Das Hauptfeld kann von einem Dauermagnet (Fig.
3) oder von einer Haupterregerwicklung (Fig. 4) herrühren. Eine besonders für Dauermagnete
vorteilhafte Ausführungsform ist die dreischenklige gemäß Fig. 5, wo der Dauermagnet
einen Teil des mittleren Schenkels bildet und auf diese Weise gegen magnetische
Beeinflussung durch fremde magnetische Körper besonders gut abgeschirmt ist. Am
mittleren Polschuh sind Durchbrechungen für zwei Sperrwicklungen nach Art der Wicklungen
15 und 16 der Fig. i angebracht. Die Durchbrechungen der verschiedenen Sperrwicklungen
stehen miteinander durch Luftspalte, die die Abstandsstellen durchziehen, in Verbindung.
Diese Anordnung, die z. B. aus 'baulichen Gründen zweckmäßig sein kann, stimmt in
der Wirkung weitgehend überein mit der Anordnung mehrerer Sperrwicklungen in gemeinsamen
Durchbrechungen. Schließlich ist auch eine noch weitergehende Vereinigung der verschiedenen
Sperrerregungen möglich, nämlich in der Form, daß nur eine Hilfserregerwicklung
vorhanden ist, die an mehrere Steuerkreise angeschlossen ist, ,so daß sich die Steuerströme
in dieser gemeinsamen Sperrwicklung gegenseitig überlagern.
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Ausführungsbeispiele der beiden zuletzt genannten Arten sind in Fig.
6, Teile 2o und 21, dargestellt. Der Magnet 2o ist ein Haltemagnet mit einem Dauermagnet
und einer Sperrwicklung nach Art der Wicklung 14 gemäß Fig. i. Er steuert einen
Schalter 23, mit dem zwei Drehstromsysteme miteinander gekuppelt werden, z. B: zum
Anschalten einer Synchronmaschine an ein Drehstromnetz. Die Sperrwicklung des Haltemagnets
2o wird von zwei Sättigungswandlern 24 und 25 erregt, deren Primärwicklungen an
je eines der beiden Drehstromsysteme angeschlossen sind. Die beiden Spannungen rufen
beim Richtungswechsel Stromstöße in der Sperrwicklung hervor. Sind die beiden Systeme
synchron,
so erfolgen die Stromstöße von den beiden Wandlern gleichzeitig. Die Sperrwicklung
des Haltemagnets2o ist so ausgelegt, daß ein von einem Sättigungswandler herrührender
Stromstoß allein den Anker nicht zum Abfallen bringen kann. Wird aber durch Überlagerung
zweier gleichzeitiger Impulse ein erhöhter Stromstoß verursacht, so wird der Haltemagnet
2o ausgelöst und der Schalter 23 geschlossen. Statt dessen oder gleichzeitig damit
kann auch eine Anzeigevorrichtung- durch den Magnet 2o betätigt werden.
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Der Sperrstromkreis kann durch ein Relais gesteuert werden, das ihn
erst dann schließt, wenn die Spannungshöhe in den beiden miteinander zu kuppelnden
Systemen gleich ist. Das Relais ist mit einem nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden
Haltemagnet 21 ausgestattet, der einen Dauermagnet und zwei in gemeinsamen Durchbrechungen
im magnetischen Nebenweg untergebrachte Sperrwicklungen hat. Letztere werden von
den beiden Systemen mit gleichgerichteten Hilfsströmen gespeist, deren magnetisierende
Wirkungen einander entgegengesetzt gerichtet sind. Solange die Spannung eines Systems
überwiegt, hat die resultierende Durchflutung der beiden Sperrwicklungen einen endlichen
Wert und sperrt mithin den magnetischen Ne enweg. Der Hauptkraftfluß des Magnets
2i schließt sich daher über den Anker und hält diesen fest. Werden die beiden Spannungen
annähernd gleich, so nähert sich die resultierende Durchflutung der beiden Sperrwicklungen
dem Wert Null. Damit wird der magnetische Nebenweg mehr und mehr freigegeben, der
Hauptkraftfluß verlagert sich infolgedessen in zunehmendem Maße vom Anker in den
Nebenweg, bis schließlich der Anker abfällt und damit der Sperrstromkreis des Magnets
2o geschlossen wird.
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Zur willkürlichen Verhinderung dieses Vorganges ist der kelaismagnet2i
mit einer dritten Sperrwicklung versehen, die unabhängig von den beiden anderen
wirkt und von einer Hilfsspannung her unter Ruhestrom steht, der durch einen Druckknopfschalter
unterbrochen werden kann. Im Gegensatz zu den Fig. i bis 5, wo die Durchbrechungen
der verschiedenen Sperrwicklungen parallel zueinander den Magnetkörper durchsetzen,
kann die dritte Sperrwicklung des Magnets 21 zwecks Platzersparnis kreuzweise zu
den beiden anderen Sperrwicklungen angeordnet sein, so daß sie in Fig. 6 in Ansicht
und in der zugehörigen Schnittfigur 7 im Schnitt sichtbar wird. Sie ist nach Art
der Wicklungen 15 und 16 gemäß Fig. i ausgeführt, so daß sie längs der Bahn des
Hauptkraftflusses wenig Platz beansprucht. Der Magnetkörper oder wenigstens der
den magnetischen Nebenweg bildende Teil darf bei kreuzweiser Anordnung mehrerer
Sperrwicklungen nicht geblättert sein. Massive Ausführung des Magnetkörpers ist
bei dem Relaismagnet 21 zulässig, weil er durchweg Gleichfelder aufweist und nicht
bei .Durchschreitung eines Augenblickswertes des Sperrstromes rasch, sondern auf
Dauerwerte von Gleichströmen überhaupt ansprechen soll. Im Gegensatz dazu ist natürlich
geblätterte Ausführung des Magnetkörpers erforderlich, wenn z. B. die Haupterregerwicklung
von Wechselstrom durchflossen wird, wie beispielsweise bei dem Magnet nach Fig.
i. Wird die Sperrwicklung von veränderlichem Strom durchflossen und soll bei Stromänderungen
eine Sperrwirkung möglichst rasch eintreten, so können gemäß Fig. 5 geblätterte
Polschuhe auf einen massiven Unterteil aufgesetzt sein.
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Statt mehrerer Sperrerregungen gleichen Ranges, die sich gegenseitig
beeinflussen, können auch mehrere ungleichrangige Sperrerregungen vorgesehen sein,
z. B. neben der eigentlichen, die Sperrwirkung auslösenden Erregung eine Vormagnetisierung
der Sperrstelle mit Gleich- oder Wechselstrom. Damit eine Rückwirkung des Sperrstromes
auf die Vormagnetisierung möglichst vermieden oder wenigstens verringert wird, kann
letztere durch einen Wirkwiderstand oder eine Induktivität in mehr oder weniger
hohem Grade stabilisiert sein. Mit einem vormagnetisierten Sperrmagnet kann z. B.
die Aufgabe gelöst werden, einen Gleichstromschnellschalter für verschiedene Auslösewerte
bei Vor- und Rückstrom zu bauen. Verschiedene Auslösewerte für Vor- und Rückstrom
können zwar bei einem Zugmagnet durch Überlagerung der die Anziehung des Ankers
bewirkenden Haupterregung mit einer Gleichstromvormagnetisierung erreicht werden,
jedoch arbeitet ein Zugmagnet mit einer zu großenEigenzeit, die seineVerwendung
fürSChnellschalter in vielen Fällen ausschließt. Haltemagnete mit Gegenmagnetisierung
sind polarisiert und darum nur für eine Stromrichtung verwendbar. Demgegenüber sind
Sperrmagnete wegen des Wegfalls der längs magnetisierenden Komponente der Sperrwicklung
nicht polarisiert. Wird einer die Sperrung eines solchen Magnets verursachenden
Gleichstromerregung eine stabilisierte Gleichstromvormagnetisierung überlagert,
so tritt eine Sperrung sowohl dann ein, wenn die Summe der Durchflutungen, als auch
dann, wenn die Differenz der Durchflutungen den Sperrwert erreicht. Die Sperrwerte
des Auslösestromes können hiernach ohne weiteres so abgestimmt werden, daß der eine
ein kleiner Rückstromwert und der andere ein hoher Überstromwert ist. Durch andere
Abgleichung können auch zwei verschiedene Sperrwerte gleicher Richtung desAuslösestromes
erzielt werden, so daß eine Auslösung erfolgt, wenn ein unterer oder ein oberer
Grenzwert eines endlichen Betriebsbereiches unter- bzw. überschritten wird. ,Die
Vormagnetisierung kann durch unmittelbare Überlagerung der Ströme in einer einzigen
Sperrwicklung oder mittels einer besonderen Sperrwicklung erfolgen. Die Vormagnetisierungswicklung
kann in den gleichen Durchbrechungen liegen wie die eigentliche Sperrwicklung, sie
kann aber auch nach dem Muster der Fig. 3 bis 5 oder in ähnlicher Weise getrennt
und in besonderen Durchbrechungen an der Sperrstelle angeordnet sein. Im allgemeinen
wird die Vormagnetisierungswicklung als Sperrwicklung auszuführen sein, es kann
aber unter Umständen auch zweckmäßig sein, die Vormagnetisierungswicklung
so'
anzuordnen, daß sie eine mehr oder weniger starke, längs magnetisierende Wirkung
hat.