DE956240C - Magnetischer Zaehlkreis, bestehend aus einer mehrere Impulse unterdrueckenden Drosselspule, die ueber einen Gleichrichter und einen Verbraucher an die Sekundaerwicklung eines Saettigungswandlers angeschlossen ist - Google Patents

Description

Es sind bereits magnetische Zählkreise vorgeschlagen worden. Sie bestehen aus einer Drosselspule, die eine annähernd rechteckförmige Magnetisierungskurve besitzt und deren Wicklung über einen Gleichrichter an die Sekundärwicklung eines Sättigungswandlers angeschlossen ist. Dieser Sättigungs wandler besitzt ebenfalls eine Charakteristik, die annähernd rechteckförraig ist. Die Primärwicklung dies Sättigungswandlers wird von einem Wechselstrom durchflossen, der beispielsweise über einen ohmschen Widerstand einer Wechselspannung entnommen wird. Solange sich der Wandler im Sättigungsgebiet befindet, ist die an ihm auftretende Spannung praktisch gleich Null. Wird jedoch der Wandler ummagnetisiert, so tritt an seiner Wicklung eine Spannung auf. Das Zeitintegral der Spannung, das zur Ummagnetisierung erforderlich ist, ist praktisch konstant und unabhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes. Es ist dem Produkt aus Windungszahl und dem Sättigungsfluß proportional. Dieses Spannungsintegral tritt auch in der Sekundärwicklung des Wandlers auf und sucht die Zähldrossel umzumagnetisieren. Ist das Spannungsintegral der Zähldrossel größer als das Spannungsintegral, welches der gesättigte

Wandler liefert, so kommt erst nach einer bestimmten Anzahl von Spannungsintegralen die Zähldrosselspule ins Sättigungsgebiet, und erst das nächstfolgende Spannungsintegral löst im Stromkreis der Zähldrossel einen großen Stromimpuls aus, während die vorhergehenden Spannungsintegrale nur kleine Stromimpukse erzeugen;, deren Höhe dem Magnetisierungsstrom der Zähldrossel entspricht.

ίο Wenn hier und im folgenden von Magnetisierungsstrom gesprochen wird, so ist dabei stets der Magnetisierungsstrom zu verstehen, der auftritt, wenn sich die Drosselspule auf dem aufsteigenden oder abfallenden Ast der Hysteresisschleife befindet; bei rechteckiger Hystersisschleife ist also der Magnetisierungsstrom der Koerzitivkraft proportional.

Macht man die Windungszahl der Drosselspule veränderlich, so kann man die Zahl der auftreten- - ao den Spannungsimpuls«, die noch keine nennenswerten Stromimpulse erzeugen', durch die Wahl der Windungszahl verändern.

In Fig. ι der Zeichnung ist die Schaltung einer derartigen Zähldrosselspule dargestellt. Der Kern der Zähldrosselspule, der aus einem hochwertigen Eisen besteht, das -eine nahezu rechteckförmige Magnetisierungskennlinie besitzt, ist mit 1 bezeichnet. Die Wicklung der Drosselspule trägt das Bezugszeichen 2. Sie ist über einen Gleichrichter 3 an die Sekundärwicklung 6 einesi Sättigungswandlers 4 angeschlossen, dessen Primärwicklung 5 über einen z. B. ohmschen Widerstand 7 an einer Wechselspannungsquelle liegt. In Reihe mit der Wicklung der Zähldrossel liegt der Kontakt 10 eines Druckknopf schalters 9 und außerdem die Wicklung 12 eines stromwertempfindlichen Gerätes, z. B. eines Relais, Auslösers od. dgl., das also bei einem bestimmten Stromwert anspricht. Außerdem besitzt die Zähldrossel noch eine Wicklung 13, die über den Gleichrichter 14 und einen Widerstand 15 sowie über den Kontakt 11 an der Wechselspannung liegt.

In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Induktion B und der FeldstärkeH einer solchen Zähldrosselspule dargestellt. Ist der Kontakt 11 geschlossen, so fließt über die Wicklung 13 der Zähldrossel ein großer negativer Strom, der die Zähldrossel in das Gebiet der Sättigung bringt. Wird der Kontakt 9 niedergedrückt, so befindet sich die Zähldrossel im Punkt a. Nachdem der Kontakt 10 geschlossen ist, wirken die von der Sekundärwicklung 6 herrührenden Spannungsimpulse auf die Drosselspule ein. Beispielsweise bringt der erste positive Spannungsimpuls die Drosselspule bis zum Punkt b_v und nach Aufhören des Impulses gelangt die Drosselspule zum : Punkt Ci₁. Der nächste positive Spannungsimpuls magnetisiert die Drosselspule bis zum Punkt b_?, und. nach Aufhören dieses Impulses befindet sich die Drosselspule im Punkt a₂. Beim dritten Spannungsimpuls kommt die Drosselspule in das Gebiet - der Sättigung, und es wird ein großer Stromimpuls erzeugt.

Die über die Wicklung 12 fließenden Stromimpulse sind in Fig. 3 dargestellt. Die ersten beiden' Stromimpulse besitzen nur eine geringe Höhe, die dem Magnetisierungsetrom der Zähldrosiselspule entspricht, und erst der dritte Impuls besitzt einen weit darüber hinausgehenden Stromwert und ist so groß, daß er die Ansprechs'trom- stärke des Gerätes mit der Auslösewicklung· 12 erreicht.

Sollen nicht zwei, sondern mehr Spannungsimpulse unterdrückt werden, so muß man die Windungzahl der Drosselspule vergrößern, dadurch wird der Magnetisierungsstrom kleiner, und man bekommt z. B. Stromimpulse, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, wobei die ersten fünf Stromimpulse wieder dem Magnetisierungsstrom entsprechen, während durch den sechsten Spannungsimpuls die Drosselspule ins Sättigungsgebiet kommt und einen entsprechend großen Stromimpuls auslöst.

Man hat es also durch die Wahl der Windungszahl in der Hand, die Zahl der Spannungsimpulse festzulegen, bei denen noch kein zur Auslösung genügender Stromimpuls erzeugt wird.

Da die Kennlinie der Zähldrosselspule nicht genau rechteckförmig ist und außerdem während der Ummagnetisierung Stromimpulse von der Höhe des Magnetisierungsstromes auftreten, ist es praktisch nicht möglich, Zähldrosselspulen zu bauen, die einen größeren. Regelbereich als 1:12 besitzen, also beispielsweise geeignet sind., einen bis zwölf Spannungsimpulse des Sättigungswandlers zu unterdrücken.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird erfindungsgemäß parallel zum Gleichrichter 3 ein ohmscher Widerstand geschaltet. Da durch den Gleichrichter 3, wie angenommen, die positiven Spannungsimpulse zur Ummagnetisierung der Drosselspule wirksam werden, so werden nunmehr durch den Parallelwiderstand auch die negativen Spannungsintegrale wirksam, welche die Drosselspule wieder zurückmagnetisieren. Das negative Spannungsintegral wirkt jedoch nicht in seiner vollen Höhe, sondern vermindert um das Spannungsintegral / i · r · dt, wobei i der Strom durch den Widerstand und r der Betrag dieses Widerstandes ist. Solange das Verhältnis der Spannung des Spannungsintegrals zum Gesamtwilderstand des Kreises kleiner ist als der Magnetisierungsstrom der Drosselspule, ändert sich an der Wirkungsweise nichts. Erst wenn bei höherer Windungszahl der Drosselspule der Magnetisierungsstrom gleich oder kleiner wird als das Verhältnis der Spannung des Spannungsintegrals zum Gesamtwiderstand des Kreises, tritt eine Rückmagnetisierung der Drosselspule ein. Da nun die Spannungsinitegrale nicht genau rechteckförmig sind, so wird mit steigender Windungszahl der Drosselspule zunächst eine teilweise und schließlich eine größere Rückmagnetisierung erfolgen, bis endlich ein Grenzwert für die Rückmagnetisierung erreicht ist. Es wird also beispielsweise bei einer hohen Windungszahl der Drosselspule sich die Ummagnetisierung so vollziehen, wie

es in Fig. S dargestellt ist, d. h. bei einem positiven Spannungsintegral erfolgt eine Ummagnetisierung von, Punkt a_t bis zum Punkt a₂. Dann erfolgt beim negativen Spannungsintegral eine Rückmagnetisierung bis zum Punkt a₃. Beim nächsten positiven Spannungsintegral wird dann vom Punkt a_s ausgegangen. Es ergibt sich somit, daß durch den ohmschen Widerstand die Zahl der Spannungsintegrale, die unterdrückt werden können, erhöht werden kann, da von einer bestimmten Windungszahl ab die Ummagnetisierung nach einer Art Pilgerschrittverfahren erfolgt, während bei kleiner Windungszahl noch keine Rückmagnetisierung durch das negative Spannungsintegral erfolgen kann.

Diese Anordnung würde immer genau zählen, wenn die Form 'des Spannungsintegrals, welches der Sättigungswandler erzeugt, sich nicht ändern würde. Schwankt jedoch die Netzspannung, so ändert sich die Form des Zeitintegrals der Spannung. Da die Größe dieses Zeitintegrals konstant ist, muß bei kleiner Spannung die Zeit größer werden. Da nun aber der bei der Rückmägnetisierung fließende Strom durch den Magnetisierungsstrom der Zähldrosselspule in seiner Höhe begrenzt ist, wird das Integral/ i · r -dt bei kleiner Spannung größer, d. h. die Rückmagnetisierung wird bei !deiner Spannung kleiner, bei größerer Spannung größer. Das hat zur Folge, daß ζ. Β. bei sinkender Spannung die Zahl der Spannungsimpulse, die unterdrückt werden, kleiner wird; das ist vielfach unerwünscht. Man kann dies erfmdungsgemäß dadurch beseitigen, daß man der Drosselspule eine weitere Wicklung gibt, die von der Spannung, die den" Strom durch die Primärwicklung des Sättigungswandlers treibt, abhängig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt. Soweit die Teile mit denen der Fig. ι übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt. Zum Unterschied von der An- Ordnung nach Fig. 1 liegt parallel zum Gleichrichter 3 ein ohmscher Widerstand 20, außerdem besitzt die Drosselspule eine weitere Wicklung 21, die über eine Glättungsdrosselspule 27 von einer Gleichrichteranordnung 22 gespeist wird, die über einen ohmschen Widerstand 23 an die Netzspannung angeschlossen ist.

Wie sich dabei die Verhältnisse ändern, zeigt die Fig. 7, in welcher wieder die Kennlinie der Zähldrossel dargestellt ist. Der Strom durch die Wicklung 21 ruft eine Magnetisierung hervor, die durch den Abstand der gestrichelten senkrechten Geraden von der Ordinatenachse dargestellt ist. Die Ummagnetisierung bei einem positiven Spannungsintegral erfolgt also jetzt vom Punkt Ci₁ bis zum Punkt a₂, während das negative Spannungsintegral eine Rückmägnetisierung bis zum Punkt a₃ hervorruft. Zum Unterschied von der Ummagnetisierung gemäß Fig. 5 ist der Magnetisierungsstrom für die Rückmagnetisierung größer geworden.

Wird nun beispielsweise die Spannung kleiner, so verschiebt sich die gestrichelte Gerade nach links. Dies ändert bei der Ummagnetisierung durch die positiven Spannungsintegrale praktisch nichts. Bei der Ummagnetisierung durch die negativen Spannungsintegrale dagegen wird der Strom im Widerstand kleiner als· vorher, und man kann bei geeigneter Wahl des Stromes durch die Wicklung 21 erreichen, daß der Strom um so viel kleiner wird, wie die Zeit zunimmt, so daß die Rückmagnetisierung wieder um den gleichen Betrag erfolgt Wählt man die bei der Normalspannung auftretende Vormagnetisierung etwas anders, so tritt die Kompensierung nur unvollständig auf.

Im manchen Fällen kann es auch erwünscht sein, daß bei einer Steigerung der Spannung die Zahl der unterdrückten Spannungsimpulse kleiner wird, dann wählt man die Vormagnetisierung so, daß die gestrichelte Gerade links von der Ordinatenachse liegt und sich bei kleiner werdender Spannung nach rechts verschiebt.

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Schweißtakter dargestellt. Soweit die Teile mit denen der vorhergehenden Figuren 1 und 6 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt. Mit 24 ist ein Schalter bezeichnet, der eine Einschaltspule 25 und eine Ausschaltspule 26 besitzt. Der Schalter ist dabei so gebaut, daß sein Kontakt geschlossen wird, wenn die Einschaltspule einen Stromimpuls bestimmter Höhe, erhält. Er bleibt auch nach Verschwinden dieses Impulses geschlossen. Er wird erst geöffnet, wenn in der Ausschaltspule ein Stromimpuls bestimmter Höhe auftritt und bleibt geöffnet, auch nachdem dieser Stromimpuls verschwunden ist. Die Ausschaltspule 26 liegt in Reihe mit der Wicklung 2 der Zähldrosselspule. Die Einschaltspule 25 liegt über den Kontakt 10 an einem Kondensator 30, der über einen hohen Widerstand 31 und einen Gleichrichter 32 von der Netzspannung erregt wird. Mit 34 sind die Schweißelektroden bezeichnet.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Sind die Kontakten geschlossen, so wird über die Wicklung 13 die Drosselspule so stark vormagnetisiert, daß sie sich im gesättigten negativen Teil der Charakteristik befindet. Wird nun der Druckknopf eingeschaltet, so befindet sich die Drosselspule im Punkt α (Fig. 7). Durch Schließen des Kontaktes 10 entlädt sich der Kondensator 30 über die Wicklung 25. Der durch die Entladung des Kondensators in der Wicldung hervorgerufene Stromimpuls bewirkt die Schließung des Kontaktes des Schalters 24. Der nach der Entladung über die Wicklung 25 noch fließende Reststrom ist so klein, daß bei Erregung der Spule 26 durch einen Stromimpuls entsprechender Höhe der Schalter wieder ausgelöst (geöffnet) wird. Durch Schließen des Schalters 24 wird der S ättigumgswandler 4 an Spannung gelegt, und die Drosselspule beginnt zu zählen. Nach einer bestimmten Zahl von Spannungsintegralen, die von der Windungszahl der Zähldrosselspule abhängen, ist die Zähldrosselspule unmagnetisiert, und es erfolgt ein so starker · Stromimpuls über die Wicklung 26, daß der Schalter geöffnet wird. Dadurch ist der Schweißvorgang

beendet, der Druckknopf wird wieder losgelassen, und bei erneutem Drücken wiederholt sich das Spiel von vorn.

Wie ein solcher Schalter 24 ausgebildet werden kann, zeigt Fig. 9. Er besteht aus einem Anker 40 und zwei Haltemagneten 41 und 42. Jeder Haltemagnet besitzt einen permanenten Magneten 43 bzw. 44, an dessen Stelle auch eine mit Gleichstrom erregte Wicklung treten kann. Die Polschuhe des Haltemagneten tragen die Wicklungen 25 bzw. 26. Außerdem ist noch ein Nebenschluß 45 bzw. 46 zu dem permanenten Magneten vorgesehen. Die Aufhängung des Ankers erfolgt z. B. an federnden Drähten^. Die Wicklung 25 ist so geschaltet, daß der durch den Kondensator erzeugte Stromimpuls einen Fluß hervorruft, der dem vom Magneten erzeugten entgegengesetzt ist. Die Wicklung 26 ist so geschaltet, daß der über den Gleichrichter 3 fließende Strom einen Fluß erzeugt, welao eher dem Fluß des permanenten Magneten 44 entgegenwirkt. Liegt der Anker beispielsweise an dem Haltemagneten 41 an, und wird die Wicklung 25 in entsprechender Weise erregt, so wird der Haltefluß durch den Anker unterdrückt, und unter Wirkung der federnden Aufhängung wird der Anker nach rechts gezogen und gelangt in das Feld des Haltemagneten 42, der ihn so lange festhält, bis die Wicklung 26 erregt wird, worauf der Anker dann wieder zum Haltemagneten 41 zurückschwingt und dort festgehalten wird. Der bewegliche Kontakt des Schalters, der nicht dargestellt ist, ist mit dem Anker 40 verbunden.

Es war bisher angenommen worden, daß die Vormagnetisierung, welche durch die Wicklung 21 erzeugt wird, von einer Gleichspannung hervorgerufen wird. Es steht aber nichts im Wege, hierzu auch eine Wechselspannung zu verwenden. Die Schaltung wird dann so getroffen, daß in dem Zeitraum, in dem die negativen Spannungsintegrale wirksam werden, die gewünschte Vormagnetisierung vorhanden ist.

In Fig. 10 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar für die Anwendung der Zähldrossel für einen Regelstromkreis. Es wird dabei die Anordnung so getroffen, daß der Schalter 24 ein bestimmte Zeit lang geschlossen und dann eine bestimmte Zeit lang geöffnet ist, und zwar soll die Anordnung so wirken, daß bei steigender Spannung das Verhältnis von Schließungszeit zu Öffnungszeit kleiner wird. Zu diesem Zweck sind im Ausführungsbeispiel zwei Zähldrosseln 1 und i' vorgesehen. Jede dieser Zähldrosseln besitzt wieder eine Wicklung 2 bzw. 2', die in Reihe mit einem Gleichrichter 3 bzw. 3' mit Parallelwiderstand 20 bzw. 20' an der Sekundärwicklung eines Sättigungswandlers 4 bzw. 4'· angeschlossen ist, dessen Primärwicklung 5 bzw. 5' über einen Widerstand 7 an der zu regelnden Netzspannung liegt. Außerdem besitzt jede Zähldrossel eine Wicklung 21 bzw. 21', die über einen Gleichrichter 22 und einen Widerstand 23 an die Netzspannung angeschlossen ist. Ferner besitzt jede Zähldrossel noch eine Wicklung 13 bzw. 13', die über einen Widerstand 14 an eine Gleichspannung angeschlossen ist. Der Schalter 24 hat zwei Hilfskontakte 50 und 51, die mit den Wicklungen 13 und 13' so verbunden sind, daß in der einen Stellung des Schalters die Wicklung 13, in der anderen die Wicklung 13' von der gleichgerichteten Wechselspannung erregt wird. Die Wicklung 25 wird von den Impulsen über die Wicklung 2, die Wicklung 26 von den Impulsen über die Wicklung 2' erregt.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird der Schalter 54 geschlossen, so wird die Anordnung wirksam. Die Widerstände 20 und 20' sind dabei so gewählt, daß die Zähldrosselspulen im Pilgerschrittverfahren arbeiten. Nach einer bestimmten Zahl von Spannungsimpulsen entsteht ein Stromimpuls solcher Höhe über der Wicklung 25, daß der Schalter geschlossen wird. Er wird geöffnet, wenn vom Schließungszeitpunkt ab eine bestimmte Zahl von Spannungsintegralen die Drosselspule 1' ummagnetisiert hat. Würde man die Wicklung 21 und 2i' nicht vorsehen, so würde bei steigender Spannung die Zeit, während der der Schalter geschlossen ist, größer werden und ebenso die Zeit, während der der Schalter geöffnet ist, da, wie früher erwähnt, das Integral Ji · r -dt bei größerer Spannung kleiner wird. Will man aber das Verhältnis von Öffnungszeit zu Schließungszeit bei steigender Spannung kleiner machen und bei sinkender Spannung größer, so kann man dies in folgender Weise erreichen: Mam gibt der Drosselspule ι eine Wicklung 21, durch welche eine solche zusätzliche Vormagnetisierung hervorgerufen wird, daß z. B. bei schwankender Spannung die Schließungszeit konstant bleibt. Man kann sie aber auch so wählen, daß bei steigender Spannung die Schließungszeit kleiner" wird. Man kann auch der Drosselspule i' eine Wicklung 21' geben und diese so wählen, daß die Schließungszeit bei steigender Spannung noch größer wird als ohne diese Wicklung, d. h. man würde in diesem Fall in Fig. 7 die Vormagnetisierung so wählen, daß sie negativ ist. Man erreicht, wenn die Schließungszeit bei schwankender Spannung konstant ist und sich die Öffnungszeit bei steigender Spannung vergrößert oder wenn bei steigender Spannung sich die Schließungszeit verringert und die Öffnungszeit konstant bleibt oder größer wird, daß das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer bei steigender Spannung kleiner und bei kleiner werdender Spannung größer wird. Liegt daher der Schalter in einem Stromkreis, der von einer konstanten Spannung gespeist wird, so wird der Mittelwert des Stromes in diesem Stromkreis mit steigender Spannung kleiner. Beispielsweise kann dieser Stromkreis der Erregerstromkreis einer Wechselstromsynchronmaschine sein, deren Wechelspannung auf die Sättigungswandler einwirkt. Man erhält dann eine Regeleitiirichtung, die die Wechselspannung konstant zu halten erlaubt. Sie arbeitet ähnlich wie Tirillregler.

Es ist aber auch möglich, für Regelzwecke in den Stromkreis des Schalters die Spule eines Reg-

lers einzuschalten, der von dem Strom über den Schalter gespeist wird und je nachdem, wie man das Verhältnis von Einschalt- zu Ausschaltzeit wählt, den gewünschten Regelvorgang hervorruft. Zu erwähnen ist noch folgendes: Wenn die Wicklung 13 bzw. 13' erregt ist, wird die Drosselspule 1 bzw. 1' nach beendeter Zählung wieder zurückgestellt, d. h. in das Gebiet der negativen Sättigung der Charakteristik gebracht. Wenn der Zähl-Vorgang beginnt, befindet sich daher die Drosselspule jeweils im Punkt α der Charakteristik. In der Zeit, in welcher die Drosselspule im negativen gesättigten Ast der Kennlinie sich befindet, werden zwar über den Widerstand 20 bzw. 20' die negativen Spannungsimpulse wirksam und rufen große Stromimpulse hervor. Diese haben aber keine Wirkung, da der Schalter, wie in Fig. 9 dargestellt ist, polarisiert ist und diese Stromimpulse den Haltefluß verstärken.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Magnetischer Zählkreis, bestehend aus einer mehrere Impulse unterdrückenden Drosselspule, die über einen Gleichrichter und einen Verbraucher an die Sekundärwicklung eines Sättigungswandlers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Gleichrichter ein Widerstand geschaltet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule eine Wicklung besitzt, die über Gleichrichter von der Spannung, die den Strom über die Primärwicklung des Sättägungswandlers treibt, erregt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in der Wicklung so gewählt ist, daß Spannungsänderungen keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Zähldrosselspule ausüben.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule eine weitere mit Gleichstrom erregte Wicklung besitzt, die die Rückstellung der Zähldrossel nach beendigter Zählung bewirkt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier Zählkreise, von denen der eine auf die Einschaltwicklung, der andere auf die Ausschaltwicklung eines Schalters einwirkt, um die Zeit, in welcher der Schalter geschlossen und geöffnet ist, in Abhängigkeit von einer Wechselspannung einzustellen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 628 432, 624 933; »Journal of Applied Physics«, Bd. 21, (1950), S. 49 bis 54;

   »Electronics«, Januar 1951, S. 108 bis in.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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