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Auslöser Für manche Verwendungszwecke, insbesondere für die Auslösung
von Wechselstromschaltern, ist es erforderlich, Impulse um ein eindeutig bestimmtes
Zeitmaß vor einem Stromnulldurchgang des Wechselstromes zu geben. Diese Aufgabe
ist so lange verhältnismäßig leicht zu lösen, als sich eine Reihe von untereinander
gleichen Wechselstromhalbwellen aneinander anschließen. In vielen Fällen, insbesondere
bei Überlast und Kurzschlüssen, trifft diese Bedingung nicht zu, vielmehr können
die Halbwellen deformiert werden und auch in ihrer Dauer verschieden groß sein.
Um auch in solchen Fällen die vorgestellte Aufgabe zu lösen, ist bereits vorgeschlagen
worden, die Kommandogabe durch Vergleich des Momentanwertes des Stromes oder der
Spannung mit der effektiven Stromstärke oder Spannung auf einen dem Steuerimpuls
folgenden Richtungswechsel der Größe bzw. ihres Differentialquotienten zu orientieren.
Es wird also hierbei die Impulsgabe nicht nur durch Berücksichtigung des Momentanwertes
der Größe, sondern auch durch zusätzliche Berücksichtigung des Effektivwertes gegeben,
wodurch erreicht wird, daß der Zeitabstand vor dem Stromnulldurchgang, praktisch
unabhängig von dem Effektivwert, jedesmal gleich groß -ist.
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Nach der Erfindung kann die vorerwähnte Aufgabe in einfacher Weise
dadurch gelöst werden, daß die Impulsgabe mit Hilfe eines Elementes erfolgt, dessen
Charakteristik in dem für die Impulsgabe
ausgenutzten Bereich wenigstens
in guter Annäherung einen logarithmischen Verlauf hat. Mit besonderem Vorteil wird
als solches Element ein Übertrager mit Eisenkern verwendet, dessen Nfagnetisierungskurve
einen solchen logarithmischen Verlauf hat. Bei der Verwendung eines derartigen Übertragers
wird nämlich erreicht, daß ein bestimmter Wert .der Sekundärspannung immer genau
zur selben Zeit. vor dem Stromnulldurchgang durchlaufen wird, gleichgültig ob der
Effektivwert des Primärstromes hierbei groß oder klein ist. Mit besonderem Vorteil
werden hierbei Übertrager verwendet, deren Eisen aus normalem Dynamoblech (Siliziumeisen),
zweckmäßig solchem mit möglichst geringer Hysteresis, besteht.
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Der Flußverlauf (über dem Strom) in einer Drossel mit einem derartigen
Eisenkern unter Vernachlässigung der Hysteresiserscheinung ist in dem Diagramm in
Fig. i dargestellt. Man kann hierbei die Kurve, wie dies durch senkrechte Linien
angedeutet ist, grundsätzlich in drei verschiedene Bereiche einteilen, wovon in
dem Bereich a in unmittelbarer Nähe des Stromnulldurchgangs ein praktisch geradliniger
Verlauf vorliegt, in dem Bereich b ein logarithmischer Verlauf, während in dem anschließenden
Sättigungsgebiet c ein infolge der Luftinduktion wieder praktisch linearer Verlauf
gegeben ist. Für die voreilende Impulsgabe nach der Erfindung ist also der Bereich
b brauchbar.
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In dem Diagramm in Fig. 2 ist der Verlauf der in einer Sekundärwicklung
eines derartigen Übertragers induzierten Spannung U, über der Zeit dargestellt.
Hierbei sind wieder durch senkrechte Linien die Bereiche b und a voneinander
abgetrennt.
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Es ergibt sich hierbei, daß für eine bestimmte Spannung US der Zeitabstand
d t immer gleich groß ist, unabhängig wie hoch der effektive Strom in der
entsprechenden Halbwelle ist. Für die Spannung US gilt hierbei im wesentlichen folgende
Gleichung:
Für sehr kleine Werte von d t kann man demnach setzen:
Man hat es also in dem Bereich b in der Hand, eine Voreilzeit d t in verhältnismäßig
weiten Grenzen zu wählen, der dann eine bestimmte Spannung Uk zugeordnet ist. Mit
Hilfe eines spannungsabhängigen Elementes, das bei genau diesem Spannungswert beeinflußt
wird, kann dann die gewünschte Impulsgabe durchgeführt werden.
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Mit besonderem Vorteil kann in den Eisenkernen eines derartigen Elementes
ein kleiner Luftspalt, beispielsweise in der Größenordnung von o,i bis i mm, gelegt
werden, wodurch einerseits die Ein-Wirkung der Hysteresiserscheinungen herabgesetzt
und andererseits der logarithmische Teil b der Kennlinie :besonders groß gemacht
werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Vorauslösung eines elektrischen
Schalters ist in Fig.3 dargestellt. Hierbei ist als spannungsabhängiges Element
eine Dreielektrodenanordnung gewählt, bei der bei einer bestimmten Spannung ein
Überschlag eintritt und dadurch ein Relaisstrom eingeschaltet wird.
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Mit i ist hierbei die Primärleitung bezeichnet, die über einen Eisenkern
2 mit einer Sekundärwicklung 3 verkettet ist. Diese Sekundärwicklung ist an Leitungen
.4 und 5 angeschlossen. Die Leitung 5 führt über einen Umschalter 6 zur Mittelelektrode
7 einer Dreielektrodenanordnung 8, von der die eine Elektrode mit der Leitung ,4,
die andere Elektrode mit der Erregerspuleg des außerdem noch mit einer Zeitverzögerungseinrichtung
io versehenen Umschalters 6 führt, Der zweite Pol des Umschalters führt zur Mittelelektrode
i i einer zweiten Dreielektrodenanordnung 1:2, von der die eine Elektrode wieder
mit der Leitung 4 und die andere, 13, mit der Erregerspule 14 des Auslösers 15 verbunden.
ist, die gemeinsam mit der Spule 9 über ein Hilfsschaltelement 16 des Auslösers,
das nach einem Auslösevorgang den Stromkreis wieder unterbricht, an den einen Pol
einer Spannungsquelle 17 angeschlossen ist, an deren anderem Pol die Leitung 4 liegt.
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Bei dieser Anordnung ist der Umstand ausgenutzt, daß in dem Bereich
a (Fig'. 2) die Spannung infolge des linearen Verlaufs der Magnetisierungskurve
ein Maß für die Stromstärke selbst ist, also als Indikator für das Vorliegen eines
Überstromes verwendet werden kann.
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Wenn ein Überstrom eintritt und demnach die induzierte Spannung US
einen entsprechend hohen Wert, der als Ansprechwert für die Dreielektrodenanordnung
8 gewählt ist, überschreitet, wird durch den Überschlag der Erregerkreis der Spule
9 geschlossen und dadurch der Umschalter 6 umgeschaltet. Dadurch ist der Auslöser
vorbereitet. Sobald die Spannung US vor dem nächsten Stromnulldurchgang den Wert
Uk erreicht, tritt ein Überschlag an der anderen entsprechend abgestimmten Dreielektrodenanordnung
12 ein, wodurch der Erregerkreis des Auslösers geschlossen wird. Die Umschaltzeit
des Umschalters wird mit besonderem Vorteil länger als die Vorauslösezeit gewählt,
um sicher zu erreichen, daß in dem Augenblick, in dem der Wert Uk nach einer Spannungsspitze
durchlaufen wird, nicht eine Nachauslösung eintreten kann.
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Es ist also auf diese Weise die Möglichkeit gegeben, bei Wechselströmen
mit beliebig wechselnder Amplitude (Effektivstromstärke) eine Vorauslösung genau
zu einem bestimmten, kurz vor dem Stromnulldurchgang liegenden Zeitpunkt durchzuführen,
so daß auch bei veränderter Halbwellendäuer der Zeitabstand gegenüber dem angesteuerten
Stromnulldurchgang praktisch immer konstant bleibt.
Die Anwendung
des Erfindungsgedankens ist nicht auf die erwähnten Möglichkeiten beschränkt. Insbesondere
kann in ähnlicher Weise eine beliebige Impulsgabe in bestimmter Voreilung vor dem
Nulldurchgang irgendeiner wechselnden Größe gegeben werden. Auf diese Weise kann
auch bei Wellenstrom, bei dem ein eigentlicher Stromnulldurchgang nicht vorliegt,
eine synchronisierte Betätigung erreicht werden. Als spannungsabhängiges Element
kann auch nicht bloß eine Dreielektrodenanordnung, sondern auch ein anderes Element,
wie beispielsweise ein spannungsabhängiges Solenoid oder Relais oder eine Elektronenröhre
oder unter Umständen auch ein Gasentladungsgefäß (Stromtor), verwendet werden. In
der Verwendung als Auslöser einer elektrischen Schalteinrichtung wird hierbei mit
besonderem Vorteil die Auslösezeit so gewählt, daß bei gegebener Eigenzeit der Schalteinrichtung
die Kontakte erst gerade im Stromnulldurchgang einen solchen Abstand erreicht haben,
der eine Wiederzündung verhindert, wodurch die Lichtbogenarbeit erheblich herabgesetzt
und eine wesentlich bessere Ausnutzung der Schalteinrichtung ermöglicht wird.
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An Stelle eines derartigen Übertragers können aber auch noch andere
Elemente verwendet werden, deren Stromspannungscharakteristiken einen logarithmischen
oder annähernd logarithmischen Verlauf haben. Hierzu können beispielsweise Ventile
mit solchen Eigenschaften verwendet werden, beispielsweise Halbleiter nach Art von
Trockengleichrichtern, wobei zwei derartige Elemente in umgekehrtem Sinne einander
parallel geschaltet sein können, damit in beiden Richtungen der gewünschte Verlauf
besteht. In ähnlicher Weise können als Ventile auch Elektronenröhren oder Elektronenröhrensysteme
verwendet werden, die mit einer derartigen Charakteristik arbeiten.