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Anordnung zur Impulsgabe Für viele Verwendungszwecke, z.
13. zur synchronen _\uslösutig# von Schaltern in Hochspannungsanlagen, ist
es erforderlich, einen Impuls zu einem genau bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den
Nulldurchgang eines Wechselstroms zu geben. Ein Mittel hierzu besteht in der Verwendung
eines Übertragers mit hochwertigem Eisenkern, der einen scharfen Knick in der Magnetisierungskurve
besitzt (rechteckige Magnetisierungskurve) und der schon bei geringen Werten des
die Primärwicklung durchsetzten Wechselstroms gesättigt ist. Solange das Eisen gesättigt
ist, also keine Änderung des magnetischen Zustandes eintritt, wird in der Sekundärwicklung
kein Strom induziert. Erst wenn der Primärstrom Null wird oder kurz danach tritt
in der Sekundärwicklung ein Strom auf, der unter Vernachlässigung des Übersetzungsverhältnisses
ebenso wie der Strom in der Primärwicklung verläuft. Dieser Sekundärstrom gleicht
dem Primärstrom so lange, bis das Eisen ummagnetisiert ist, d. h. bis das Sättigungsgebiet
wieder in anderer Richtung erreicht ist. Von diesem Augenblick an induziert die
Primärwicklung keinen Strom mehr in der Sekundärwicklung, und dieser klingt daher
entsprechend der Zeitkonstante der Sekundärwicklung auf Null ab. Der Strom in der
Sekundärwicklung setzt also frühestens beim Nulldurchgang des Primärstroms ein.
Häufig ist es jedoch von Nachteil, daß alle von dem Sekundärstrom ausgelösten Vorgänge
zeitlich nach dem Nulldurchgang des Primärstroms liegen. Dieser Nachteil kann beispielsweise
dadurch behoben werden, daB der Überträger
eine Wicklung erhält,
durch welche das Eisen vormagnetisiert wird, so daß bei geeigneter
Richtung der Vormagnetisierung der Strom in der Sekundärwicklung schon früher als
beim Nulldurchgang des Primärstroms einsetzt. Bei einer solchen Anordnung muß man
jedoch einen verhältnismäßig hohen Widerstand im Stromkreis der Vormagneti-' sierungswicklung
einfügen, Um Rückwirkungen des Primärstroms auf den Vormagnetisierungskreis
zu vermeiden. Außerdem besteht Gefahr, daß die Impulsgabe zum unrichtigen Augenblick
erfolgt, wenn durch irgendeine Störung der Vormagnetisierungsstrom verschwindet.
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Nach der Erfindung kann man diesen Nachteil dadurch vermeiden, daß
man zwar für den Übertrager ein Material verwendet, das einen scharfen Knick in
der Magnetisierungskurve besitzt, bei dem aber der Verlauf der Magnetisierungskennlinie
zwischen den beiden Knickpunkten einen Winkel gegenüber der Abszissenachse einschließt.
Eine solche Schrägstellung hat zur Folge, daß der Knick der Magnetisierungskurve,
also.der Punkt, in welchem der Fluß sich ändert, bereits 'vor dem Nullwert des Primärstroms
liegt. Man kann daher den Impuls bereits vor dem Nulldurchgang des Primärstroms
geben. Wenn daher der Impuls beispielsweise dazu dient, einen Schalter im Primärstromkreis
auszulösen, so kann der Impuls so rechtzeitig auf den Schalter gegeben werden, daß
die Auslösung im Nulldurchgang oder in unmittelbarer Nähe des Nulldurchgangs des
Primärstroms erfolgt. Diese Verbesserung ist auch bei solchen Anordnungen wertvoll,
bei denen im Primärstromkreis mit Hilfe einer gesättigten Drosselspule in bekannter
Weise eine kurze stromschwache Pause erzeugt wird, während deren Dauer eine Abschaltung
des Kreises erfolgen soll.
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In Fig. i der Zeichnung ist die Mggnetisierungskennlinie des Eisenkreises
des Wandlers gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar ist über den Strom 1 der
Fluß 0 aufgetragen: Man sieht, daß die Magnetisierungskennlinie im Sättigungsgebiet
horizontal verläuft und der Übergang zwischen den scharfen Knickpunkten durch Gerade
erfolgt, die gegenüber der Abszissenachse geneigt sind. In Fig. 2 ist der Verlauf
des Primärstroms 7 und des Sekundärstroms 1q über der Zeit t dargestellt. Erreicht
der abnehmende Primärstrom den Wert h, welcher dem oberen linken Knickpunkt der
Magnetisierungskurve entspricht, so tritt eine Änderung des Flusses ein. Die Folge
davon ist, daß im Sekundärkreis ein Strom 7E von Null aus ansteigend entsteht, der
bis zum Nulldurchgang des Primärstroms dessen Verlauf bildet. Wenn der Primärstrom
infolge einer im Primärstromkreis liegenden Schaltdrosselspule eine kurze Zeit Null
wird, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, klingt der Sekundärstrom 1, entsprechend
der Zeitkonstante des Sekundärstromkreises ab. Wird durch den Sekundärstromkreis
beispielsweise ein Auslöser betätigt, so wird man die Auslösestromstärke
.so wählen, daß bei einem Sekundärstrom von der Größe 1$ die Auslösung erfolgt,
so daß der Impuls zur@Auslösung des Schalters zeitlich vor dem Nulldurchgang des
Primärstroms gegeben wird und daher der Schalter unter Berücksichtigung seiner Eigenzeit
in der stromschwachen Pause ausgelöst wird. Da der Sekundärstrom in dem kurzen Zeitabschnitt
zwischen seinem Beginn und der Erreichung der Auslösestromstärke annähernd ein Abbild
des Verlaufes des Primärstromes gibt, kann durch den Auslöser in diesem kurzen Zeitabschnitt
der Verlauf des Primärstroms genau überwacht werden, so daß der Auslöser früher
oder später anspricht, je nachdem der Primärstrom den tatsächlichen Nullwert (Beginn
der Stufe) schneller oder langsamer erreicht, oder überhaupt eine Auslösung vermeiden,
wenn der Primärstrotn einem bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet, sondern aus
irgendeinem Grunde wieder ansteigt.
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Wie bereits erwähnt, sind für Übertrager hochwertige Eisensorten entwickelt
worden, die eine rechteckförmige Magnetisierungskurve besitzen und bei denen die
Verluste im Eisen gering sind, so daß die Breite der rechteckförmigen Hysteresisschleife
klein ist. Um einem Übertrager mit einem derartigen Eisenkern eine Magnetisierungskennlinie
zu geben, wie sie in Fig. i dargestellt ist, kann man in den Eisenkern einen kleinen
Luftspalt einfügen.
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Die für die Übertrager erforderlichen Eisensorten hat man bisher als
Ringe aus fortlaufend aufgewickeltem Eisenband hergestellt. Wenn man aus einem solchen
Band zur Herstellung eines Luftspaltes ein kurzes Stück auch mit äußerster Vorsicht
abschneidet, so ist das Material unmittelbar im Bereich seiner Schnittstellen seiner
günstigen magnetischen Eigenschaften beraubt, so daß man aus den bisher bekannten
bandförmigen gewickelten Eisenkernen nicht ohne weiteres einen solchen mit Luftspalt
herstellen kann, welcher die Eigenschaften besitzt, wie sie in Fig. i der Zeichnung
angegeben sind.
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Eine Möglichkeit, aus einem solchen Material einen magnetischen Kreis
herzustellen, welcher die Eigenschaften gemäß Fig. i besitzt, besteht nun beispielsweise
darin, daß man aus abgeschnittenen Bandstücken einen viereckigen Eisenkreis in der
Weise aufbaut, daß sich die Bandstücke an den Enden überdecken, wobei die durch
den Schnitt verdorbenen Teile über die Enden des aufgebauten Viereckes hinausragen,
also außerhalb des für den Fluß in Betracht kommenden Teiles liegen. Man wird also
die Bleche der senkrecht zueinander stehenden Schenkel abwechselnd unter Zwischenschaltung
eines Luftspaltes übereinanderschichten; allerdings ist bei einer solchen Anordnung
der Füllfaktor kleiner als einhalb.
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Einen hohen Füllfaktor kann man erreichen, wenn man zwei parallele
Schenkel des Übertragers aus derartigen Bandstücken zusammensetzt und die magnetische
Verbindung zwischen diesen beiden Schenkeln mit Hilfe von Zwischenschenkeln ausführt,
die stumpf mit den anderen Schenkeln zusammenstoßen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür
ist in den Fig..3 und 4 der Zeichnung dargestellt. Mit i sind die beiden Schenkel
bezeichnet, die aus abgeschnittenen und aufeinandergeschichteten Bandstücken eines
Ringkernes aufgebaut sind. Der
magnetische Kreis wird über einen
Luftspalt 3 durch zwei Zwischenschenkel 2 geschlossen, die aus dem gleichen Material
wie die Schenkel i oder aus anderem Material aufgebaut sein können. Wesentlich ist
nur, daß der Querschnitt der Übergangsstelle zwischen den Schenkeln i und 2 und
damit der Querschnitt der Zwischenschenkel so groß gewählt ist, daß die Übergangsstelle
nicht in das Sättigungsgebiet kommt. Dies ist aus dem Grunde erforderlich, weil
in dem Schenkel i nur dann eine rechteckige Charakteristik vorhanden ist, wenn die
Kraftlinien in Längsrichtung der Blechstücke verlaufen. Man muß daher dafür sorgen,
daß die Übergangsstellen zwischen dem Schenkel i und dem Schenkel 2 so groß gewählt
werden, daß in dem Bereich der Schenkel i, in welchem die Kraftlinien von der Längsrichtung
der Bandstücke abweichen, keine Sättigung eintritt. Das bedeutet mit anderen Worten,
daß der Querschnitt der Zwischenschenkel mindestens gleich dem Doppelten der Schenkel
i sein muß. Man wird ihn zweckmäßig größer wählen, damit der Einfluß der Zwischenschenkel
und der an diese angrenzenden Teile der Schenkel i vernachlässigt werden kann, so
daß sich die magnetische Charakteristik aus der Charakteristik der Schenkel i zwischen
den Schenkeln 2 in dem Luftspalt zusammensetzt. Im Ausführungsbeispiel sind die
beiden Schenkel i bewickelt. Die Wicklung ist nur schematisch angedeutet und mit
5 bezeichnet. Sie kann als Scheibenwicklung oder als Röhrenwicklung, die Primär-
und Sekundärwicklung enthält, ausgebildet sein.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Fig. 5 und
6. Hier sind zwei Kerne 6 aus ringförmig aufgewickeltem Band vorhanden, die je einen
Luftschlitz 7 besitzen. Die beiden Ringe sind unter Einhaltung eines dünnen Luftspaltes
8 aufeinandergesetzt. Die Schlitze 7 der beiden Ringe sind gegeneinander, und zwar
vorzugsweise, wie das Ausführungsbeispiel zeigt, um i8o° versetzt. Zur Erzeugung
der rechteckförmigen Kennlinie, die durch den Luftspalt zwischen den beiden Ringkernen
entsprechend Fig. i umgeformt wird, dienen lediglich die Blechteile des Kernes,
die über- bzw. unterhalb des Schlitzes des anderen Kernes liegen. Die anderen Teile
des Kerns dienen als Rückschlußweg für den Kraftlinienfluß und besitzen einen solchen
Querschnitt, daß sie nicht gesättigt werden. Es muß daher auch die Oberfläche eines
Ringes zwischen den beiden Schlitzen mindestens gleich dem Doppelten oder einem
Mehrfachen des Querschnittes eines Ringkernes sein, da in den Teilen zwischen den
beiden Ringen die Kraftlinien nicht mehr in Richtung des aufgewickelten Bandes verlaufen,
sondern vom oberen Ring zum unteren Ring übergehen.
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Die Primär- und Sekundärwicklungen kann man als Ringspulen auf die
Eisenringe aufwickeln. Man kann aber auch Scheibenspulen verwenden, die auf die
Ringe aufgefädelt werden, indem man zunächst die beiden Ringe so legt, daß ihre
Schlitze übereinander liegen und dann die Scheibenspulen unter Verwendung dieser
Schlitze auf die ringförmigen Kerne auffädelt und hierauf den einen Ringkern gegen
den anderen um i8o° dreht. Eine andere Möglichkeit für die Anordnung eines Luftspaltes
besteht darin, daß man einen Kern mit ringförmig aufgewickeltem Eisenband unter
Zwischenschaltung eines kleinen Luftspaltes auf zwei in Abstand voneinander angeordneten
Schenkeln aufsetzt. Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 7 und B. Wie aus den
Figuren ersichtlich, sitzt ein Ringkern io unter Zwischenschaltung eines kleinen
Luftspaltes i i auf zwei Schenkeln 12 auf, die über ein Joch 13 geschlossen sind.
Die Schenkel können, wie im linken Teil der Fig. 8 dargestellt ist, rechteckförmig
sein oder auch ähnlich wie bei einem Transformator abgesetzt sein, und zwar entweder
nur außen, wie im unteren rechten Teil der Fig. 8, oder auch außen und innen, wie
im oberen Teil der Fig. 8 dargestellt. Der Flußverlauf ist durch Pfeile gekennzeichnet.
Die rechteckförmige Magnetisierungskennliniewird durch den Flußverlauf in den Teilen
des Ringkernes io erzeugt, die zwischen den beiden Schenkeln 12 liegen. Die übrigen
Teile des Ringkernes dienen zur überführung dieses Flusses in die Schenkel, und
da bei ihnen die Kraftlinien nicht mehr in Richtung des aufgewickelten Bandes verlaufen,
muß, wie auch im Ausführungsbeispiel dargestellt, ihre Oberfläche größer sein, als
dem Querschnitt des Ringkernes entspricht, damit in diesen Teilen des Ringkernes
und auch in den Schenkeln keine Sättigung auftritt. Auch das Joch 13 muß für die
Charakteristik des magnetischen Kreises vernachlässigbar sein.
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Die Primär- und Sekundärwicklungen können, wie schematisch im Ausführungsbeispiel
dargestellt, als Ringspulen 1.4 aufgewickelt werden, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen
entweder übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Man kann aber auch eine
Spule, die Primär- und Sekundärwicklung enthält, über den Kern schieben, so daß
sie diesen von außen umfaßt, wodurch das Aufwickeln auf den Kern vermieden wird.
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Es ist nicht erforderlich, daß ein Kreisring verwendet wird. Man kann
auch einen Ringkern verwenden, der zusammengedrückt ist und die Form eines länglichen
Rechteckes besitzt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Soweit die Teile mit denen
der Fig. 7 und 8 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugzeichen gewählt. Bei der
Anordnung nach Fig.9 ist eine Spule 15, die Primär- und Sekundärwicklung enthält,
über den Kern geschoben. Der Füllfaktor wird nahezu gleich eins.