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Erregeranordnung eines Magnetkreises Das Hauptpatent betrifft eine
unsymmetrische Drosselanordnung. Diese besteht aus zwei Sättigungsdrosseln, deren
Arbeitswicklungen (Wechselstromwicklungen) hintereinandergeschaltet und deren Magnetkerne
mit Gleichstrom in mit Bezug auf die Arbeitswicklungen entgegengesetzten Richtungen
und verschieden stark vormagnetisiert sind. Eine derartige Anordnung gestaltet die
Kurvenform eines hindurchfließenden Wechselstromes annähernd trapezförmig, bei Verwendung
einer geeigneten Eisensorte annähernd rechteckförmig, und zwar so, daß die Höhe
der positiven Stromabschnitte von der Höhe der negativen Stromabschnitte verschieden
ist, während die mittleren Abschnittsbreiten im umgekehrten Verhältnis stehen wie
die Höhen und mithin die Impulsdauer einesteils kürzer, andernteils länger ist als
eine Halbwelle. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es unter
Zuhilfenahme eines derartigen Stromverlaufes möglich ist, einen Magnetkreis periodisch
mit einseitigen Durchflutungsimpulsen abweichend von der Dauer einer Halbwelle zu
erregen, und daß es dann verhältnismäßig einfach ist, Höhe und Dauer der Impulse
von vornherein festzulegen und entweder unabhängig voneinander oder auch in gegenseitiger
Abhängigkeit nach einer vorbestimmten Gesetzmäßigkeit zu steuern oder selbsttätig
zu regeln. Erfindungsgemäß sind zur Erregung eines Magnetkreises ein an Wechselspannung
liegender, eine unsymmetrische Drosselanordnung nach dem Hauptpatent enthaltender
Erregerkreis und eine Dauererregerquelle von solcher Stärke vorgesehen, daß sie
die ihr entgegenwirkenden Erregerimpulse aus dem Drosselkreis gerade ausgleicht.
Auch
ein unvollkommener Ausgleich genügt manchmal, kann unter Umständen sogar erwünscht
sein, insbesondere wenn die unausgeglichene Restdurchflutung einem Sonderzweck dienstbar
gemacht werden kann.
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Die Fig. 1, q. und 7 der Zeichnung sind Schaltbilder verschiedener
Ausführungsbeispiele der Erfindung, die Fig. 2, 3, 5 und 6 dienen zur Erläuterung
der Wirkungsweise.
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Fig. i zeigt einen Magnetkern 23 mit einer Hauptstromwicklung 13 und
zwei Erregerwicklungen 16 und 17. Zwei Sättigungsdrosseln io und 2o bilden eine
Drosselanordnung, deren Arbeitswicklungen ii und 21 in Reihe miteinander und mit
der Erregerwicklung 16 an eine Wechselspannungsquelle 18 angeschlossen sind. Die
Vormagnetisierungswicklungen 12 bzw. 2z der Drosselanordnung sind ebenfalls hintereinandergeschaltet,
jedoch mit entgegengesetzten Richtungen gegenüber den Arbeitswicklungen. Der Pfeil
neben der Wicklung ii bezeichnet beispielsweise die Richtung eines positiven Wechselstromimpulses
und zugleich die zugehörige Magnetisierungsrichtung. Der aus einer beliebigen Gleichstromquelle,
beispielsweise einer Batterie i9 entnommene Vormagnetisierungsstrom in der Wicklung
12 wirkt in entgegengesetzter Richtung magnetisierend, in der Wicklung 2a dagegen
in gleicher Richtung magnetisierend wie ein positiver Stromstoß in der Wicklung
2i. Infolgedessen ist die Sättigungsdrossel io bestimmend für die Höhe der positiven
Stromabschnitte und die Sättigungsdrossel 2o bestimmend für die Höhe der negativen
Stromabschnitte des Drosselkreises. Der Gleichstromkreis enthält einen Einstellwiderstand
1q. und eine Stabilisierungsdrossel 15. Von der Wicklung 17 sei zunächst angenommen,
daß sie in einem besonderen, ebenfalls stabilisierten Gleichstromkreise liege. Die
Windungszahl der verschiedenen Wicklungen seien mit w und dem zugehörigen Index
bezeichnet. Damit der positive Stromabschnitt höher wird als der negative, muß die
Sättigungsdrossel io stärker vormagnetisiert sein als die andere, d. h.
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w121W11 > w221w21-Dann ergibt sich beispielsweise der in Fig. 2 über
der Zeit t in idealisierter Form rechteckig aufgetragene Stromverlauf, dessen positive
Abschnitte die Höhe il und dessen negative Abschnitte die Höhe i2 haben mögen, entsprechend
der Bedingung 22 ' w211W22 - 21 ' w111 w12-Diese Ströme, mit der Windungszahl
w1, der Erregerwicklung 16 multipliziert, bilden abwechselnd einen Anteil der Durchflutung
des Magnetkreises z3. Dieser Wechseldurchflutung wird zur Erzielung eines einseitigen
Erregerimpulses mittels eines Gleichstromes i9 in der Wicklung 17 eine positive
Dauerdurchflutung von gleicher Stärke wie der negative Durchflutungsabschnitt des
Drosselkreises überlagert. Dann ist die resultierende Durchflutung des Magnetkreises
23 Null in der Zeit, in der der negative Strom i2 fließt. In der Zeit, in der der
positive Strom il fließt, hat die Gesamtdurchflutung des Magnetkreises 23 den Wert
01, welcher der Summe der Absolutwerte der Ströme il und i2 entspricht (rechte Seite
der Fig. z). Die um den Betrag i2 unterhalb der Zeitachse liegende Linie
bildet also die Nullinie der resultierenden Durchflutung und ist demgemäß in Fig.
2 mit 0 bezeichnet. `Wird für die Dauererregung eine besondere Gleichstromquelle
verwendet, so kann an Stelle der beiden Wicklungen 16 und 17 eine einzige Wicklung
für die Überlagerung der beiden Stromarten verwendet werden. In diesem Falle sowie
anderenfalls bei gleicher Windungszahl der Wicklungen 16 und 17 müssen die Absolutbeträge
der Ströme i2 und i. einander gleich sein. Sind die Windungszahlen verschieden und
fließt in sämtlichen Gleichstromwicklungen derselbe Strom i., so lautet die Bedingung
dafür, daß der negative Durchflutungsimpuls gerade aufgehoben wird: w17/w16 = w22/w21-Mithin
kann, wenn diese Bedingung erfüllt ist, die Gleichstromwicklung des Magnetkreises,
wie in Fig. i dargestellt, mit den beiden Gleichstromwicklungen 12 und 22 der Drosselanordnung
in Reihe geschaltet sein. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, daß bei Veränderung
des Gleichstromes, beispielsweise mittels des Einstellwiderstandes iq., das Gleichgewicht
zwischen den negativen Erregerimpulsen und der Dauererregung stets erhalten bleibt,
da beide sich um denselben Betrag ändern.. Im gleichen Verhältnis ändert sich die
Höhe des Erregerimpulses. Infolge der Gleichheit des Höhenverhältnisses bleibt ferner
das Breitenverhältnis der positiven und negativen Erregerabschnitte und damit bei
gegebener Periodendauer T die Dauer t1 des einseitigen Erregerimpulses unverändert.
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In Fig. 2 ist die Impulszeit t1 eingezeichnet. Sie liegt je zur Hälfte
vor und hinter den durch Mittellinien bezeichneten Nulldurchgängen der Wechselspannung.
Wird der Strom ig durch Veränderung des Widerstandes 1q. beispielsweise vergrößert,
so wachsen die Ströme in der Anordnung im gleichen Verhältnis auf die in Fig. 3
eingezeichneten Werte i12 bzw. i22 an. Auch die Gesamtdurchflutung wächst im gleichen
Verhältnis auf den Wert 02, der von der neuen Nullinie aus zu rechnen ist. Die Dauer
t1 des einseitigen Erregerimpulses bleibt dieselbe wie vorher. Sie ist in dieser
Schaltung ein für allemal festgelegt durch die Beziehung (T - tl)/tl = il/i2
= w12, w21/wll ' i'22 und damit die Größe 1l = T ' w11 ' w22/(w12 ' w21 + w11 '
w22) Eine Änderung der Impulsdauer erfordert mithin eine Veränderung der Windungszahl
einer der Drosselwicklungen. Eine der Sättigungsdrosseln kann zu diesem Zweck mit
Anzapfungen einer ihrer Wicklungen versehen sein. Vorteilhaft wird dazu diejenige
Sättigungsdrossel gewählt, die für die Höhe des positiven Trapezabschnittes bestimmend
ist, also im Beispiel eine der Wicklungen il oder i2 der Sättigungsdrossel io, weil
die Wicklungen der anderen, der Sättigungsdrossel 2o, für das Gleichgewicht der
einander ausgleichenden Durchflutungsanteile mitbestimmend sind und ihre Änderung
also auch eine Änderung der Windungszahlen der Wicklungen 16 oder 17 erfordern würde.
Der Sonderfall, daß der
einseitige Impuls gerade eine Halbwellendauer
hat, liegt vor, wenn die Sättigungsdrosseln gleiches Windungszahlverhältnis haben
und mithin gleich stark vormagnetisiert sind.
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Eine Änderung der Impulsdauer bei im wesentlichen unveränderter Höhe
kann beispielsweise auch mittels der Schaltung gemäß Fig. 4 erzielt werden. Hier
hat die Wicklung 12 ihren besonderen Stromkreis mit einem Einstellwiderstand 24
und einer Stabilisierungsdrossel 25. Behält der Gleichstrom in diesem Kreise gemäß
Fig. 5 seinen ursprünglichen Wert il und wird der Gleichstrom im Stromkreise der
Wicklungen 22 und 17 beispielsweise durch Verkleinerung des Widerstandes 14 vom
ursprünglichen Wert i2 auf den Wert i22 gesteigert, so ergibt sich gegenüber dem
in Fig. 5 gestrichelt wiederholten ursprünglichen Stromverlauf eine Vergrößerung
auch des positiven Erregerabschnittes, die sich infolge unveränderter Höhe il in
einer Verbreiterung auswirkt. Da das Gleichgewicht zwischen dem negativen Erregerabschnitt
und der Dauererregung erhalten bleibt, entsteht also ein einseitiger Stromimpuls
von längerer Dauer t2. Die resultierende Gesamterregung ändert sich verhältnismäßig
wenig; in erster Annäherung kann die resultierende Durchflutung 01' 01 gesetzt
werden. Wird dagegen nicht der Widerstand 14, sondern der Widerstand 24 verstellt,
so ist gemäß Fig. 6 mit einer Erhöhung der Stromstärke il auf den Wert 1l2 und der
Gesamtdurchflutung auf den Wert 03 eine Veränderung der Impulsdauer etwa in umgekehrtem
Verhältnis, d. h. eine Verkürzung auf die Dauer t3, verbunden. Auch in dieser Figur
ist zum Vergleich der ursprüngliche Stromverlauf gestrichelt eingezeichnet. Infolge
der Symmetrielage der einseitigen Impulse zu den Spannungsnulldurchgängen ist mit
einer Änderung der Impulsdauer auch eine Veränderung der Phasenlage des Einsatzzeitpunktes
der Impulse verknüpft. Dieser Umstand kann - wie im Hauptpatent erwähnt - für Steuer-
und Regelzwecke nutzbar gemacht werden.
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Aus den beschriebenen Beispielen können solche, bei denen sich die
Höhe und die Dauer der Erregerimpulse nach anderen Gesetzen ändern, vorzugsweise
unter Verwendung mehrerer Gleichstromkreise, z. B. auch nach den Fig. 5 und 7 des
Hauptpatentes, abgeleitet werden. Die beschriebenen Erregeranordnungen können auch
für offene Magnetkreise sowie für Betätigungsmagneten benutzt werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der zuletzt genannten Art zeigt Fig.
7. Soweit hierfür gleiche Teile wie für die früheren Beispiele vorgesehen sind,
tragen sie gleiche Bezugszeichen. Die von den rechteckigen Strömen wechselnder Richtung
der Drosselanordnung durchflossene Erregerwicklung 16 ist nach Fig. 7 auf den Schenkelenden
eines Schaltmagneten 16 angeordnet. Die Pfeile zeigen die Magnetisierungsrichtung
der positiven Erregerimpulse an. Den negativen Impulsen wirkt ein Dauermagnet 27
entgegen, dessen Pole mit NN und SS bezeichnet sind. Der Magnet weist ferner
einen magnetischen Nebenschluß mit engem Luftspalt auf, der durch einen verschiebbaren
Teil 28 des Magneten enger und weiter gestellt werden kann. Spaltweite, Windungszahl
der Wicklung 16 sowie die Windungszahlen der Anordnung io/2o und seine Vormagnetisierung
sind so aufeinander abzustimmen, daß sich in den Schenkelenden das vom negativen
Erregerimpuls hervorgerufene Feld und der sich ihm überlagernde Teil des Feldes
des Dauermagneten gegenseitig aufheben. Das Feld des Dauermagneten kann sich hierbei
und bei abgefallenem Anker 29 über den magnetischen Nebenschluß schließen, so daß
eine übermäßige Schwächung des Dauermagneten vermieden wird. Der Pfeil am Anker
29 bezeichnet die Richtung einer nicht dargestellten Abzugskraft.