DES0029224MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 9. Juli 1952 Bekanntgemacht am 26. Januar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Periodische elektrische Impulse, wie sie unter anderem zur. Änderung des Magnetisierungszustandes eines magnetischen Kreises zu Steuerzwecken benutzt werden, können bekanntlich mit Wechselspannung erzeugt werden, indem eine Erregerwicklung, welche die Impulse empfängt, an die Sekundärwicklung eines Sättigungswandlers angeschlossen wird, dessen Primärwicklung in Reihenschaltung mit einer gewöhnlichen Drossel an die Wechselspannung gelegt wird. Die Wechselspannung liegt, solange der Magnetkern des Sättigungswandlers gesättigt ist, im wesentlichen an der Drossel. Wenn der Sättigungswandler in den ungesättigten Zustand gelangt, übernimmt seine Primärwicklung die Spannung und überträgt sie durch seine Sekundärwick lung auf den Erregerkreis, wo infolgedessen ein Strom in der Erregerwicklung erzeugt wird. Mit Hilfe eines etwa im Sekundärkreis liegenden Ventils, z. B. eines Trockengleichrichters, können dabei einseitige Impulse durch Unterdrückung der ande- ao ren Richtung erzeugt werden. Die Erregerwicklung bildet für den Sättigungswandler eine Bürde, die den Primärkreis des Sättigungswandlers belastet und einen Spannungsabfall an der Drossel verursacht, wodurch die Spannungsimpulse verschliffen, d. h. in ihrer Höhe herabgesetzt werden. Infolgedessen ist zur Erzeugung eines gegebenen Erregerstromes ein verhältnismäßig hoher Leistungsaufwand erforderlich. Dieselben Nachteile hat eine ebenfalls bekannte Anordnung, bei welcher statt

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eines Sättigungswandlers mit Primär- und Sekun-. därwicklung eine durch die Wechselspannung erregte Hilfsdrossel vorgesehen ist, an der die Spannung für den Impulsstromkreis abgegriffen wird. Eine derartige Hilfsdrossel ist im Grunde genommen nichts anderes als ein —- in Sparschaltung ausgeführter ■—- Sättigungswandler, und ihre Wirkungsweise ist grundsätzlich die gleiche. Die erwähnten Nachteile treten auch dann auf, wenn,

ίο wie bekannt, zur Beeinflussung der Größe und der zeitlichen Lage der Impulse eine Vormagnetisierung für die Hilfsdrossel bzw. den Sättigungswandler vorgesehen ist.

Demgegenüber wird mit der Erfindung eine Verbesserung erzielt, indem statt eines Sättigungswandlers eine Sättigungsdrossel verwendet wird, die vormagnetisiert und in Reihenschaltung mit der Erregerwicklung an die Wechselspannung angeschlossen ist. Die Vormagnetisierung hat natürlich eine Unsymmetrie des Stromes in der Erregerwicklung zur Folge, so daß die Impulse der einen Richtung gegenüber denen der anderen vorherrschend sind bzw. überhaupt Impulse nur in einer Richtung auftreten, in der anderen unterdrückt werden. Derartige einseitige Impulse dienen beispielsweise zur Steuerung von Relais und Impulsschaltern oder zur Magnetisierung von Schaltdrosseln, die bekanntlich zur Erleichterung des Unterbrechungsvorgangs bei mechanischen Schaltern insbesondere für häufige Schaltungen, z. B. für Schweißtakter oder mechanische Stromrichter für Starkstrom, verwendet werden können.

In der Zeichnung sind in den

Fig. ι und 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt;

Fig. 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Die Anordnung nach Fig. 1 dient zur Erregung eines Magneten 2 mit-einem Anker 3, der zur Betätigung eines beweglichen Schaltelements od. dgl. dienen möge. Der Magnet 2 trägt eine Erregerwicklung/), und eine Hilfswicklung 5. Ferner ist eine Sättigungsdrossel mit einem Magnetkern 6 vorhanden. Letzterer trägt eine Wicklung 7, die mit der Erregerwicklung 4 in Reihe geschaltet ist. Der dadurch gebildete Erregerkreis ist an eine Wechselspannungsquelle i, beispielsweise die Sekundärwicklung eines Speisetransformators, angeschlossen, deren Spannung mit μ bezeichnet ist. Die Sättigungsdrossel 6 ist ferner mit einer Vormagnetisierungswicklung 8 versehen, die über einen Einstellwiderstand 9 und eine Stabilisierungsdrossel 10 aus einer Gleichspannungsquelle, z. B. einer Batterie 11, gespeist wird.

Die Wirkungsweise der Anordnung sei im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert. Darin ist in Abhängigkeit von der Zeit t der, Verlauf der Spannung u und des Erregerstromes i unter Vernachlässigung der endlichen Breite der Hysteresisschleife des Kernes 6 dargestellt. Die positive Richtung des Stromes i sei durch den Pfeil in Fig. 1 festgelegt.

Infolge positiver Vormagnetisierung des Kernes 6 der; Sättigungsdrossel mit einem Vormagnetisierungsstrom i_v bildet sich der Steuerstrom i in negativer Richtung nur bis zu einer solchen Höhe i_v' aus, daß die Vormagnetisierung mit dem Strom i_v gerade aufgehoben wird und der Magnetkern 6 in den ungesättigten Zustand gelangt. Es ist also i_v' W₁ = i_v W₈, wenn die Windungzahlen der Wicklungen/ und 8 mit w und den entsprechenden Indizes bezeichnet werden. In diesem Zustand stellt die Drosselwicklung 7 einen hohen induktiven Widerstand dar, gegenüber welchem der Widerstand der Steuerwicklung 4 praktisch vernachlässigbar ist, so daß also die gesamte Spannung w" an der Drosselwicklung 7 liegt. Der Magnetisierungszustand der Sättigungsdrossel durchläuft dabei die Hysteresisschleife zunächst, solange die Spannung u negative Werte hat, in Richtung auf das negative Sättigungsknie, ohne jedoch dieses vor dem Ende der negativen 8o, Spannungshalbwelle zu erreichen. Letzteres setzt eine entsprechende Bemessung der Sättigungsdrossel voraus. Beim Richtungswechsel der Spannung u beginnt sich der Magnetisierungszustand wieder in Richtung des positiven'Sättigungsknies zu ändern. Von dem Augenblick an, wo in dieser Richtung die Sättigung erreicht ist, bildet sich ein positiver Impuls aus, dessen Höhe dadurch bestimmt ist, daß nunmehr praktisch die gesamte Spannung «an der Erregerwicklung 4 erscheint. Die schraffierten Flächen des positiven und des negativen Abschnittes sind gleich groß, da eine Gleichrichterwirkung nicht auftritt. Durch die Höhe des Vormagnetisierungsstromes i_v ist also nicht nur die Höhe des negativen Stromabschnittes, sondern auch die Höhe des positiven Impulses bestimmt, und die letztere kann infolgedessen mittels des Widerstandes 9 eingestellt werden. Der 'Stromimpuls erreicht seinen Höchstwert beim Richtungswechsel der Spannung u, mit welchem zugleich auch wieder die rückläufige Magnetisierungsänderung einsetzt, und ist beendet, wenn der Magnetkern 6 der Sättigungsdrossel wieder in den ungesättigten Zustand gelangt. Darauf beginnt das beschriebene Spiel von neuem. Bei der beschriebenen Schaltung steht die gesamte Speisespannung zur Ausbildung eines ausreichenden Stromimpulses, zur Verfügung, ohne daß verlusterzeugende Widerstände erförderlich sind.

Durch eine zusätzliche Gleichstromerregung des Magnetkreises 2 mit Hilfe der Wicklung 5 kann die vom negativen Stromabschnitt erzeugte Erregung aufgehoben werden, so daß ein rein einseitiger Impuls erzielt wird. Im Schaubild der Fig. 2 drückt sich dies dadurch aus, daß die Nullinie für die Kurve i um den Betrag i_v' tiefer rückt. Liegt die Wicklung 5, wie gezeichnet, mit der Vormagnetisierungswicklung 8 der Sättigungsdrossel in einem gemeinsamen Stromkreise in Reihe, so ist die Stärke der Zusatzerregung durch die Windungszahlverhältnisse der Wicklungen 4, 5, 7 und 8 bestimmt. Ein vollständiger Ausgleich des negativen Abschnittes wird erreicht, wenn W₅ : W₁ = W₈ : W₁ ist. Dieser Ausgleich bleibt erhalten, wenn die Impulshöhe mittels des Einstellwiderstandes 9 geändert wird. Es ist nämlich stets i_v W₅ = i_v' W₄. In den Zeiten zwischen den Impulsen hat dann die resultierende

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Durchflutung des Magneten 2 den Wert Null, d. h. der Magnet ist in den genannten Zwischenzeiten unerregt. Wird in den Zwischenzeiten eine negative oder auch eine positive Erregung gewünscht, so sind die Windungszahlverhältnisse entsprechend anders zu wählen. Die mittleren Höhen der positiven und negativen Abschnitte des Erregerstromes ändern sich in der vorerwähnten Schaltung proportional zueinander, wenn der Widerstand 9 verändert wird.

Zugleich ändert sich in geringem Maße auch die Breite, d. h. die Zeitdauer der Impulse. Letztere kann ferner nötigenfalls durch Änderung der Windungsspannung der Drosselwicklung 7 wesentlich beeinflußt werden. Das geschieht entweder durch Änderung der Speisespannung u oder durch Änderung der wirksamen Windungszahl der Drosselwicklung 7, z. B. mit Hilfe von Anzapfungen. Zum vollständigen Ausgleich der negativen Abschnitte des Stromes? muß die Windungszahl der Wick-

20, lung 8 oder der Wicklung 4 im gleichen Verhältnis geändert werden.

Gemäß Fig. 3 handelt es sich bei dem Magnetkreis, dessen Magnetisierungszustand durch Impulse beeinflußt werden soll, um den Kern 2 einer Schaltdrossel, deren Hauptwicklung 12 mit dem Kontakt 13 eines mechanischen Gleichrichters in Reihe geschaltet ist. In der Figur ist eine Dreiphasenanordnung angedeutet, welche auf einen Verbraucher 14 arbeitet, jedoch ist der besseren. Übersieht halber nur eine Phase vollständig dargestellt; die beiden anderen Phasen sind gleich auszugestalten. Anordnungen mit anderer Phasenzahl können daraus in bekannter Weise abgeleitet werden. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind in Fig. 3 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Durch die aus den Teilen 4 bis 11 bestehende Hilfsanordnung werden dem Schaltdrosselkern 2 einseitige Rückmagnetisierungsimpulse in positiver Richtung zugeführt. Die Phasenlage der Speisespannung ist so gewählt, daß die .Rückmagnetisierungsimpulse in den Zeiten zwischen der Öffnung des Kontaktes 13 und seiner erneuten Schließung auftreten.

Damit die Rückmagnetisierungsimpulse in jedem Betriebszustand des Schaltgleichrichters den Ablauf der Ausschaltvormagnetisierung nicht gefährden und die kurz vor dem Einschalten durch die Einschaltvormagnetisierung erreichte Potentialgleichheit der beiden sich schließenden Gegenkontakte nicht beeinträchtigen, soll die Rückmagnetisierung in einem kurzen Zeitabschnitt stattfinden und vor dem Nulldurchgang ins Positive der einzuschaltenden Spannung beendet sein. Während fast der. ganzen Periode mit Ausnahme der Rückmagnetisierungszeit ist der Magnetkern 6 ungesättigt, die Sättigungsdrossel übernimmt die Speisespannung dieses Kreises und begrenzt entsprechend ihrer Vormagnetisierung den durch ihre Wicklung 7 fließenden Strom.

Nach der Umsättigung des Drosselkernes 6 ändert der über die Wicklung 7 fließende Strom seine Richtung. Es bildet sich der Rückmagnetisierungsimpuls aus. Die Schaltdrossel wird rückmagnetisiert und begrenzt entsprechend der Breite ihrer Hysteresisschleife den Rückmagnetisierungsimpuls; falls während der Rückmagnetisierungsdauer noch irgendwelche Vormagnetisierungen der Schaltdrossel entgegengesetzt wirksam sind, muß der Rückmagnetisierungsimpuls um einen entsprechenden Betrag höher sein.

Der Grad der Rückmagnetisierung, d. h. welcher Anteil der gesamten Flußänderung der Schaltdrossel sich während der Rückmagnetisierungsdauer vollzieht, hängt von der Vormagnetisierungsstärke des Drosselkernes 6 ab, weil die positive und negative während einer Periode im Rückmagnetisierungskreis transportierte Elektrizitätsmenge einander gleich sind.

Die Gleichheit der transportierten Elektrizitätsmenge wird 'Zwangläung dadurch aufrechterhalten, daß sich die Dauer des Rückmagnetisierungsimpulses bei einer stärkeren Vormagnetisierung der Sättigungsdrossel verlängert.

Falls die Vormagnetisierung des Kernes 6 so stark erhöht, d. h. die Rückmagnetisierung so weit gesteigert wird, daß der. Schaltdrossel eine größere Spannungsfläche zur Verfügung steht, als sie überhaupt aufnehmen kann, dann wird der Strom im Rückmagnetisierungskreise nach der Umsättigung der Schaltdrossel nur durch Wicklungswiderstände begrenzt und kann somit unerwünschte hohe Augenblickswerte annehmen. Diese hohen Stromaugenblickswerte können grundsätzlich durch einen ohmschen Widerstand herabgesetzt werden, der jedoch Spannungsverluste und dadurch einen schlechten Wirkungsgrad hervorrufen würde. Vorteilhafter ist es, statt eines Widerstandes eine an und für sich bekannte Strombegrenzungsschaltung mit folgenden Eigenschaften anzuwenden: Die Schaltung soll eine beliebige Stromstärke bis zu einem einstellbaren Grenzwert — möglichst ohne einen Spannungsabfall hervorzurufen — durchlassen. Ist die Grenzstromstärke erreicht, so soll die Schaltung die ganze treibende Spannung aufnehmen und für das weitere Anwachsen der Stromstärke einen sehr großen Widerstand bieten.

Fig. 3 enthält beispielsweise eine solche Strombegrenzungsschaltung. Eine Glättungsdrossel 15 hat die Aufgabe, einen dauernd konstanten Strom aufrechtzuerhalten. Ein Ventil 16 ist in Sperrichtung, bezogen auf den Rückmagnetisierungsimpuls, ge^j schaltet und fast während der ganzen Periode stromführend, mit Ausnahme der Zeit, in welcher eine Strombegrenzung stattfindet. Eine Gleichspannungsquelle 17, die in Fig. 3 als dreiphasige Gleichrichterschaltung dargestellt ist, macht den durch den Widerstand 18 eingestellten Grenzwert des Stromes vom Grad der Rückmagnetisierung unabhängig.

Zusätzlich wird der Schaltdrosselkern 2 durch eine Wicklung 19 dauernd negativ mit Gleichstrom vormagnetisiert, der über einen Einstellwiderstand 20 und eine Stabilisierungsdrossel 21 aus einer Batterie 22 entnommen werden kann. Außerdem kann zur spannungsabhängigen Vormagnetisierung ein Hilfskreis, enthaltend einen Einstellwiderstand 23 und ein Ventil 24, vorgesehen sein, der einerseits

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Claims (5)

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   an eine Anzapfung der Hauptwicklung 12, vorzugsweise in der Mitte, und andererseits an die Folgephase angeschlossen ist. Eine derartige kombinierte Vormagnetisierung ■ der Schaltdrossel ist beispielsweise in den Patenten 869 983 und 922 061 früher vorgeschlagen worden und dient dazu, eine selbsttätige Anpassung der Vormagnetisierung an verschiedene Betriebszustände des mechanischen Gleichrichters zu erzielen, so daß die Kontakte stets

   ίο praktisch strom- und spannungsfrei geöffnet werden. Die Rückmagnetisierungsimpulse, die von der Hilfsanordnung 4 bis 11 geliefert werden, dienen zur Abkürzung der Einschaltstufen, d. h. der stromschwachen Pausen, die von der Schaltdrossel bei /der Kontaktschließung verursacht werden und die jedesmal erst beendet sein müssen, bevor der Strom über den geschlossenen Kontakt 13 steil ansteigen kann.

   Die Anwendung von Strom- bzw. Durchflutungs-

   ao impulsen der vorgeschriebenen Art ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern allgemein für elektrisch gesteuerte Einrichtungen "verschiedener Art geeignet.

   _a. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Erzeugung einseitiger periodischer elektrischer Impulse in einer Erregerwicklung mittels Wechselspannung und einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Sättigungsdrossel, vorzugsweise zu Magnetisierungszwecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung mit der vormagnetisierten Sättigungsdrossel in ■ Reihe geschaltet und diese Reihenschaltung an die Wechselspannung angeschlossen ist. '
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Gleichstromerregung des impulserregten Systems in Richtung der Impulse.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den zusätzlichen Erregergleichstrom führende Wicklung mit der Vormagnetisierungswicklung der Sättigungsdrossel in einem gemeinsamen Stromkreise in Reihe liegt. .
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im Stromkreise der Erregerwicklung liegende Strombegrenzungsmittel.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein im Stromkreise der Erregerwicklung liegendes, in Impulsrichtung sperrendes und durch einen Hilfsstrom in Durchlaßrichtung vorbelastetes Ventil.

   Angezogene Druckschriften:
   Schweizerische Patentschrift Nr. 226 560.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen