DE944802C

DE944802C - Device for interrupting or regulating direct and alternating current

Info

Publication number: DE944802C
Application number: DES15127D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Gieffers; Dr-Ing Fritz Kesselring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-12-31
Filing date: 1938-08-13
Publication date: 1956-08-09

Description

Es ist bereits eine Einrichtung zum Unterbrechen oder Regeln von Gleich- oder Wechselstrom vorgeschlagen worden, durch die im Stromkreis unmittelbar beim Entstehen eines Überstromes ein ohmscher Widerstand so schnell wirksam gemacht wird, daß der Höchstwert des Überstromes auf einen Bruchteil seines sonstigen Wertes verringert wird. Diese' rasche Einschaltung kann beispielsweise durch Ausbildung des Regelkontaktes als Wälzkontakt oder als Regeleinrichtung mit zwei nach Art zweier unter flachem Winkel sich schneidenden Geraden gegeneinander verschiebbaren Elementen erreicht werden, wobei der Regelvorgang in Abhängigkeit von dem Hauptstrom erfolgen kann.It is already a device for interrupting or regulating direct or alternating current has been proposed through which in the circuit immediately when an overcurrent occurs an ohmic resistance is made effective so quickly that the maximum value of the overcurrent is reduced to a fraction of its other value. This' rapid activation can for example, by designing the control contact as a rolling contact or as a control device with two displaceable against each other in the manner of two straight lines intersecting at a flat angle Elements can be achieved, with the control process taking place as a function of the main flow can.

Gemäß der Erfindung können derartige Einrichtungen erheblich dadurch verbessert werden, daß die Bewegung des Regelelementes in Abhängigkeit eines elektromagnetischen Systems erfolgt, dessen Anker nur einen Teil des Magnetflusses führt.According to the invention, such devices can be significantly improved in that the movement of the control element takes place as a function of an electromagnetic system whose Armature only carries part of the magnetic flux.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 der Eisenkörper des Magneten bezeichnet, dessen Erregerspule 2 vom Hauptstrom durchflossen wird.An embodiment of the invention is shown in the drawing. In Fig. 1, 1 is the iron body of the magnet, the excitation coil 2 of which is traversed by the main current.

Der Eisenkörper ist durch einen Einschnitt 3 unterbrochen und kann an dieser Stelle durch einen angelenkten Anker 4 überbrückt werden. Dieser Anker 4 arbeitet mit einem weiteren durch einen Luftspalt 7 unterteilten Eisenkörper 5 zusammen, dessen Erregerspule 8 gleichfalls vom HauptstromThe iron body is interrupted by an incision 3 and can at this point by a hinged anchor 4 are bridged. This anchor 4 works with another through a Air gap 7 divided iron body 5 together, the excitation coil 8 also from the main stream

durchflossen ist. Der Anker 4 ist über einen Hebelarm 9 mit einem Wälzkörper 10 verbunden, der seinerseits mit einer Kontaktreihe 11 zusammenarbeitet, die durch die einzelnen Drähte eines.Wider-Standes gebildet sein kann. Mit 12 und 13 sind die beiden Hauptkontakte bezeichnet, wobei der Wälzkörper durch einen flexiblen Leiter 14 außerdem noch mit dem Kontakt 13 verbunden ist. Der Wälzkörper trägt weiter noch einen Anker 15, der unter der Anziehungskraft eines Magneten 16 steht, wodurch der Anpreßdruck des Wälzkörpers an die Kontakte erhöht wird. Auch dieser Magnet kannvom Hauptstrom erregt sein, so daß sich für die Anordnung etwa folgender Stromverlauf ergibt: Wicklung 8, Wicklung 2, Wicklung des Magneten 16, Kontakt 12, gegebenenfalls Widerstandsbrücke 11, Wälzkörper 10, flexibler Leiter 14 und Hauptkontakt 13. is flowed through. The armature 4 is connected via a lever arm 9 to a rolling element 10, which in turn cooperates with a row of contacts 11, which through the individual wires of a resistor can be formed. At 12 and 13 they are two main contacts referred to, wherein the rolling element by a flexible conductor 14 also is still connected to contact 13. The rolling element also carries an armature 15, which is below the attraction of a magnet 16 is, whereby the contact pressure of the rolling element on the Contacts is increased. This magnet can also be excited by the main current, so that the Arrangement roughly results in the following current course: winding 8, winding 2, winding of the magnet 16, contact 12, optionally resistance bridge 11, rolling element 10, flexible conductor 14 and main contact 13th

Der Magnetkörper 5 wirkt auf den Anker nach Art einer Rast in der Weise, daß sie diesen im Normalbetrieb festhält, daß aber bei Überschreitung eines bestimmten Überstromwertes, bei dem die Festhaltekraft durch die Anziehungskraft des Magnetkörpers 1 überwogen wird, sobald der Anker sich bewegt, die Zugkraft des Systems auf den Anker 4 nach kurzem Weg vernachlässigbar klein wird, so daß eine sehr rasche Ankerbewegung eintritt. Dadurch, daß der Magnetkörper 5 mit einer Stelle geringen Querschnitts 6 ausgeführt ist, die gewissermaßen als magnetischer Isthmus wirkt, wird erreicht, daß bei einem Stromanstieg der Einfluß des Magnetsystems 5 in erheblich geringerem Maße zunimmt als die Anziehungskraft des Magneten i, so daß bei sehr genau einstellbarem Stromwert der Anker 4 losgelassen wird. Der Ansprechstromwert kann einerseits- durch das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklungen 2 und 4, andererseits durch Abstimmung des magnetischen Querschnitts an der Stelle 6 und endlich auch durch Veränderung des Luftspaltes 7 eingestellt werden. Außerdem können auch die Eisenquerschnitte und Sättigungsverhältnisse in den Eisenkörpern 1 und 5 entsprechend den Erfordernissen des einzelnen Falles abgestimmt werden. Unter Umständen könnte eine Trennung des als Rast wirkenden Magnetsystems in zwei Magnetkörper erfolgen, zu dem Zweck, um durch magnetische Spannungsteilung die Haltezugkraft auf den Anker 4 sehr gering zu halten, was insbesondere in den Fällen zweckmäßig ist, in denen die Windungszahlen der Wicklungen sehr klein sind, so daß sich unter Umständen für die Wicklung 8 theoretisch eine Windungszahl kleiner als 1 ergeben würde.The magnet body 5 acts on the armature in the manner of a latch in such a way that it is in the Normal operation holds that, however, when a certain overcurrent value is exceeded, at which the holding force is outweighed by the attractive force of the magnet body 1 as soon as the armature moves, the tensile force of the system on the armature 4 after a short distance is negligibly small so that a very rapid anchor movement occurs. Characterized in that the magnetic body 5 with a Place of small cross-section 6, which acts as a magnetic isthmus, so to speak, it is achieved that with an increase in current the influence of the magnet system 5 is considerably less Dimensions increases as the attractive force of the magnet i, so that with a very precisely adjustable current value the anchor 4 is released. On the one hand, the pickup current value can be determined by the ratio of the Number of turns of the windings 2 and 4, on the other hand through coordination of the magnetic cross-section at point 6 and finally also by changing the air gap 7. In addition, the iron cross-sections and saturation ratios in the iron bodies 1 and 5 be coordinated according to the requirements of the individual case. In certain circumstances a separation of the magnet system acting as a detent into two magnet bodies could take place, too the purpose of keeping the tensile force on the armature 4 very low by means of magnetic voltage division to keep, which is particularly useful in cases in which the number of turns of Windings are very small, so that theoretically there is a number of turns for winding 8 would be less than 1.

Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, an Stelle einer derartigen magnetischen Spannungsteilung eine elektrische Stromteilung durch einen shunt anzuwenden.Under certain circumstances, instead of such a magnetic voltage division, it can also be expedient to divide the electric current by a to apply shunt.

In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, mehrere Reglerelemente 10 und 11 in Parallel- oder in Reihenschaltung anzuwenden, insbesondere um entsprechend große Stromwerte bzw. höhere Spannungen zu beherrschen. In diesen Fällen kann es vorteilhaft sein, vier etwa gleichartig ausgebildete Systeme anzuwenden und diese sternförmig anzuordnen, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist..Dort sind von vier Systemen-nur die vier Magnetkörper eingezeichnet, die übergreifend sternförmig aneinandergesetzt sind, derart, daß sie alle gemeinsam von der Erregerspule 2 erregt werden.In many cases it can be useful to have several control elements 10 and 11 in parallel or to be used in series connection, in particular for correspondingly large current values or higher voltages to dominate. In these cases it can be advantageous to have four of approximately the same design Apply systems and arrange them in a star shape, as indicated in Fig. 2. There are of four systems - only the four magnetic bodies shown, which are placed together in a star shape so that they all come together are excited by the excitation coil 2.

Die dargestellte Anordnung hat vor allem den Vorteil, daß der Magnetanker 4 in Längsrichtung nur von einem Bruchteil des Gesamtflusses durchflossen wird, während ein großer Teil des Flusses ihn lediglich quer durchsetzt und dann- über den Körper 5 geführt ist. Infolgedessen ist es möglich, diesen Anker sehr leicht auszuführen, wodurch sehr große Arbeitsgeschwindigkeiten erreicht werden können. Auf diese Weise ist es ohne Schwierigkeiten möglich, den gesamten Arbeitsbereich des Reglers in einer oder wenigen Millisekunden zu durchlaufen.The arrangement shown has the main advantage that the armature 4 extends in the longitudinal direction only a fraction of the total river flows through it, while a large part of the river it is only penetrated transversely and then passed over the body 5. As a result, it is possible This anchor is very easy to carry out, which means that very high working speeds can be achieved can. In this way it is possible to use the entire working area of the Controller to run through in one or a few milliseconds.

Eine besonders wertvolle Verbesserung ist weiter dadurch möglich, daß die Hauptkontakte 12, 13 in der Form ausgebildet werden, daß sie auf ihrer ganzen Fläche auf dem Wälzkontakt anliegen. Auf diese 'Weise kann bereits der erste Weg beim Abwälzen des Wälzkontaktes zum Übergang auf die Widerstandskontaktbrücke ausgenutzt werden, wodurch eine weitere erhebliche Erhöhung der Geschwindigkeit möglich ist. Mit besonderem Vorteil go kann das Wälzelement 10 nach einem Kreisbogen geschnitten werden, was sowohl herstellungstechnisch wie auch betriebstechnisch große Vorteile mit sich bringt. Hierbei kann es zweckmäßig sein, einerseits, wie bereits in dem Hauptpatent angegeben ist, die Wälzform der Widerstandscharakteristik bzw. Widerstandsabstufung oder aber in diesen Fällen noch besser umgekehrt die Widerstandsabstufung bzw. Widerstandscharakteristik der Wälzform anzupassen. Als Gegenkontakt für das Abwälzen des Wälzkörpers können einzelne Drähte des Widerstandes, die in entsprechend geringen Abständen nebeneinander angeordnet sind, verwendet werden. Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn kollektorartig eine Reihe von hochkant gestellten leitenden Bändern unter Zwischenschaltung geeigneten Isoliermaterials nebeneinander angeordnet werden, wobei die einzelnen Widerstände an diese »Kollektorlamellen« angeschlossen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Kollektorteilung auch erheblich kleiner als den Drahtdurchmesser auszuführen, so daß z. B. eine Kollektorteilung von 0,5 bis 1 mm verwendet werden kann. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, den Magneten für die Ausübung des Anpreßdruckes mit dem Magnetkörper für die magnetische Rast zu kombinieren.A particularly valuable improvement is also possible in that the main contacts 12, 13 in the shape are formed so that they rest on the rolling contact over their entire surface. on this' way can already be the first way when rolling the rolling contact to the transition to the Resistance contact bridges are used, which means a further significant increase in speed is possible. The rolling element 10 can go along a circular arc with particular advantage be cut, which has great advantages both in terms of production technology and operational technology brings with it. It can be useful here, on the one hand, as already indicated in the main patent is, the rolling shape of the resistance characteristic or resistance gradation or in In these cases, it is better to reverse the resistance gradation or to adapt the resistance characteristics of the rolling shape. As a mating contact for the rolling of the rolling element can individual wires of the resistance, which in correspondingly low Spaced apart, can be used. A particularly favorable arrangement results when a series of upright conductive strips are placed underneath in a collector-like manner Interposition of suitable insulating material are arranged side by side, the individual Resistors can be connected to these "collector lamellas". In this way it is possible the collector pitch also run considerably smaller than the wire diameter, so that, for. Legs Collector pitch of 0.5 to 1 mm can be used. Under certain circumstances it can also be expedient be the magnet for exerting the contact pressure with the magnet body for the magnetic Combine rest.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung bei der Verwendung von wenigstens zwei in, Reihe liegenden Regelelementen ergibt sich, wenn die An-Schlüsse zu den Hauptkontakten einerseits und den Widerstandsbrücken übergreifend ausgeführt werden, derart, daß die Hauptkontakte in eingeschaltetem Zustand parallel zueinander liegen, während beim Übergang auf die Widerstandsschaltung die Widerstände miteinander in Reihe geschaltet sind.A particularly useful design when using at least two in-line Control elements arises when the connections to the main contacts on the one hand and the Resistance bridges are executed across such that the main contacts are switched on State are parallel to each other, while the transition to the resistance circuit the Resistors are connected in series with each other.

Eine derartige Schaltung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Hierbei sind zwei Wälzkontakte 10 angedeutet, die mit zwei äußeren Hauptkontakten 13 und zwei innen angeordneten Hauptkontakten 12 zusammenarbeiten, wobei die beiden Kontakte 12 durch die beiden, gegebenenfalls als ein Stück ausgeführten Widerstandsbrücken 11 miteinander verbunden sind. Die Stromzuführung ist derart übergreifend ausgeführt, daß der rechte Kontakt 13 mit dem linken Kontakt 12 und umgekehrt der linke Kontakt 13 mit dem rechten Kontakt 12 verbunden ist, wodurch sich der eigenartige Übergang von Parallelschaltung der Hauptkontakte auf Reihenschaltung der Widerstände ergibt.Such a circuit is shown schematically in FIG. Two rolling contacts 10 are indicated here, those with two outer main contacts 13 and two inner main contacts 12 work together, the two contacts 12 being implemented by the two, optionally as one piece Resistance bridges 11 are connected to one another. The power supply is so comprehensive carried out that the right contact 13 with the left contact 12 and vice versa the left Contact 13 is connected to the right contact 12, which creates the peculiar transition from Parallel connection of the main contacts to series connection of the resistors results.

Bei der Anwendung von mehreren zusammenarbeitenden Elementen kann es weiter von Vorteil sein, einen Gleichlaufzwang für die einzelnen Elemente vorzusehen, der entweder mechanisch oder elektrisch ausgebildet sein kann. Diese Ausbildung ist insbesondere bei Schaltanordnungen von Vorteil, bei denen der Steuerstrom durch den Regelvorgang selbst beeinflußt wird, wo sonst unter Umständen bei geringer Voreilung eines Elementes das Arbeiten der anderen Elemente in Frage gestellt sein könnte. In manchen Fällen kann es weiter von Vorteil sein, für die Regeleinrichtung eine willkürlich lösbare Verriegelung vorzusehen, durch die das Arbeiten der Regeleinrichtung nur in bestimmten Fällen freigegeben wird. In diesen Fällen wird durch die Lösung der Verriegelung der Arbeitsvorgang als solcher gewissermaßen vorbereitet, während die endgültige Auslösung stromabhängig erfolgt. Auf diese Weise kann beispielsweise auch bei Wechselstrom mit sehr geringer Stromstärke eine genaue synchrone Auslösung des Regel- oder Schaltvorganges einsetzen.It can also be an advantage when using several elements that work together be to provide a synchronicity for the individual elements, either mechanically or can be designed electrically. This training is particularly advantageous for switching arrangements, where the control current is influenced by the control process itself, where else under certain circumstances if one element is slightly in advance, the functioning of the other elements is called into question could be. In some cases it can also be advantageous for the control device to choose an arbitrary one Provide a detachable lock, through which the control device works only in certain Cases is released. In these cases, releasing the lock completes the work process prepared as such, so to speak, while the final trip is current-dependent. In this way, a Use precise synchronous triggering of the control or switching process.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Erfindungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise der Anpreßdruck des Wälzkontaktes an die Kontaktbrücke auch durch Massenwirkung der Kontaktbrücke selbst oder auch durch Anpreßdruckfederung ausgeübt werden. Unter Umständen kann auch die Zugkraft des Magneten 5 zur Ausübung des Anpreßdruckes herangezogen werden, wozu eine äußereAbstützung an der der Kontaktbrücke abgewendeten Seite für das Wälzelement erforderlich ist. An Stelle eines Wälzelementes kann auch ein verschiebbares Widerstandssteuerelement angewendet werden.The application of the inventive concept is not limited to the examples of the invention shown. For example, the contact pressure of the rolling contact on the contact bridge can also exerted by the mass action of the contact bridge itself or by contact pressure springing will. Under certain circumstances, the tensile force of the magnet 5 can also be used to exert the contact pressure can be used, including an external support on the side facing away from the contact bridge for the rolling element is required. Instead of a rolling element, a slidable one can also be used Resistance control can be applied.

Abgesehen von der Anwendung für die Steuerung eines derartigen Widerstandes kann das angegebene Magnetsystem auch in allen anderen Anwendungsfällen für Relais und ähnliche Konstruktionen mit Vorteil verwendet werden, das es ermöglicht, eine verhältnismäßig großeHubbewegung in bisher unerreichbar kurzen Zeiten auszuführen. Ebenso kann auch die Anwendung des Gegenmagneten gewissermaßen als magnetische Rast bei vielen anderen Anwendungsgebieten, bei denen eine verhältnismäßig starke Gegenkraft erwünscht ist, die, nachdem die Hauptkraft überwiegt, sehr schnell praktisch wirkungslos wird, erhebliche Vorteile mit sich bringen. Unter Umständen können weiter auch mechanische Rasten für eine derartige Abstützung des Magnetankers angewendet werden.Apart from the application for the control the specified magnet system can also use such a resistance in all other applications can be used with advantage for relays and similar constructions, which makes it possible to to carry out a relatively large stroke movement in previously unattainable short times. Likewise, the use of the counter magnet can also be used, so to speak, as a magnetic detent many other areas of application where a relatively strong counterforce is desired, which, after the main force predominates, becomes practically ineffective very quickly, considerable advantages entail. Under certain circumstances, mechanical notches can also be used for such a Support of the magnet armature can be used.

Die Unterbrechung des Reststromes, auf den der Strom durch die vorhergehenden Regelvorgänge herabgedrückt ist, kann, soweit dies erforderlich ist, durch beliebige Unterbrechungseinrichtungen erfolgen, wobei der Vorteil besteht, daß Unterbrechungseinrichtungen, die an sich für wesentlich geringere Schaltleistungen ausgelegt sind, ausreichen. The interruption of the residual current to which the current has passed through the previous control processes is depressed, can, as far as this is necessary, by any interruption device take place, with the advantage that interruption devices, which are essential in themselves lower switching capacities are sufficient.

Eine besonders einfache Anordnung für die Steuerung einer solchen Reststromunterbrechungseinrichtung ergibt sich, wenn bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das Magnetsystem 1 an geeigneter Stelle, etwa gegenüber dem Einschnitt 3, durch einen Luftspalt unterbrochen wird, der durch einen weiteren beweglichen Anker überbrückt werden kann, wobei dieser Anker unter der Einwirkung eines starken Kraftspeichers steht und eine Ver- · riegelung erhält, die etwa durch Bewegung des Ankers 4 freigegeben wird. In diesem Falle wird dann bei Unterschreitung einer bestimmten Flußstärke (Stromstärke) der Anker ein kurzes Zeitintervall vor dem Nulldurchgang des Stromes abgerissen, eignet sich also besonders zur Betätigung bzw. Auslösung eines Reststromschalters, an dem der Vorteil einer synchronen Unterbrechung ausgenutzt wird.A particularly simple arrangement for controlling such a residual current interruption device results when, in the embodiment of FIG. 1, the magnet system 1 is more suitable Place, for example opposite the incision 3, is interrupted by an air gap through another movable armature can be bridged, this armature under the action of a strong energy store and is locked, for example by moving the Armature 4 is released. In this case, when the flow rate falls below a certain level (Current strength) the armature torn off a short time interval before the zero crossing of the current, is therefore particularly suitable for actuating or triggering a residual current switch on which the advantage of a synchronous interruption is exploited.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for interrupting or regulating direct and alternating current in the circuit if an overcurrent occurs, a resistor with a predominantly ohmic character makes it effective so quickly that the maximum value of the overcurrent is reduced to a fraction of its other value is reduced, characterized in that the switching on of the resistor done by a fast working electromagnet.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the magnet is itself excited by the current to be interrupted.

3. Device according to claim 2, characterized in that the electromagnet acts on one movable armature acts, whose longitudinal cross-section is dimensioned only for part of the magnetic flux is.

4. Device according to claim 3, characterized in that as the action of the trip magnet counteracting holding force magnetic pull is used.

5. Device according to claim 4, in particular for systems with high currents, characterized in that that the holding force is also exerted by the main current with the help of a current or voltage divider.

6. Device according to claim 5, characterized in that the voltage divider as magnetic flux divider is carried out.

7 · Device according to claim 6, characterized in that the holding magnet with a Iron body is designed with a magnetic isthmus and has an interposition an air gap with this chained magnetic shunt acts on the armature.

8. Device according to claim ι to 7, characterized in that the control device is designed with several control elements that are connected in series or parallel to one another are.

9. Device according to claim 8, characterized in that that several or all control elements separate control magnets are assigned, which are designed with a common main excitation winding.

ro. Device according to claim 9, characterized in that four magnet systems are star-shaped are arranged across such that the adjacent, in the center of the Stern's lying legs are enclosed by the common winding.

11. Device according to claim 8 to 10, characterized characterized in that two or two controller elements are combined with one another in this way are that they are parallel to each other in the position of least resistance, in the rest Positions are in series with each other.

12. Device according to claim 8 to 11, characterized characterized in that the individual controller elements with each other with forced synchronization are executed.

13. Device according to claim 1 to 12, characterized characterized in that the armature movement acts directly on a rolling element that .auf a collector-like roller track is rolled.

14. Device according to claim 13, characterized characterized in that the rolling members are formed in the shape of a circular arc.

15. Device according to claim 14, characterized characterized in that the resistance sections taking into account the desired characteristic are adapted to the rolling shape.

16. Device according to claim 12 to 15, characterized characterized in that the rolling track directly from parts (wires) of the resistor is formed.

17. Device according to claim 15, characterized characterized in that the rolling track consists of individual edgewise metal sheets isolated from one another, which are connected to the corresponding taps of the resistor.

18. Device according to claim 8 to 17, characterized characterized in that the rolling element is pressed against the rolling path by a special force is.

19. Device according to claim 18, characterized characterized in that as a power source for the contact pressure the magnetic retention device is used.

20. Device according to claim 18, characterized in that the contact pressure through a special, z. B. is performed by the main current excited magnet.

21. Device according to claim 12, characterized characterized in that the contact magnets assigned to the position of the lowest resistance of the rolling track as main contacts with a considerably larger cross-section are.

22. Device according to claim 21, characterized in that the contact surfaces these main contacts are matched in their shape to complement the rolling shape.

23. Device according to claim 1 to 22, characterized in that the control magnet at the same time as the delivery of the control pulse for one arranged in series with the variable resistor Residual current interruption device is carried out.

24. Device according to claim 1 to 23, characterized in that the control and the Associated control device within an electrically high-quality medium, such as compressed gas or oil, or under vacuum.

Publications considered: Revue generate de l'Electricite magazine, vol. 25, 1929, pp. 213 to 224, vol. 27, 1930, pp. 217 to 220, Vol. 32, 1932, pp. 671-676.

Please refer to the sheet of drawings