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Elektrischer Selbstauslöser Die Erfindung betrifft die Weiterbildung
einer Einrichtung zur Abgabe von synchronisierten Steuerimpulsen mit bestimmter
Phasenlage in bezug auf eine wellenförmig verlaufende Größe, z. B. auf einen Wechselstrom,
bei welcher die Kommandogabe auf einen folgenden Richtungswechsel der Größe oder
ihres Differentialquotienten orientiert ist. Die Kontaktgabe erfolgt in Abhängigkeit
von einem Verhältniswert, der in einem gewissen Bereich der Steuergröße unabhängig
von deren Amplitudenwerten ihrem Richtungswechsel stets um den gleichen Zeitabstand
vorauseilend erreicht wird, z. B. bei einem mit der Zeit t sich sinusförmig ändernden
Wechselstrom i in Abhängigkeit von einem bestimmten Wert des Verhältnisses
i : dt .
Es ist bekannt, diese beiden Verhältnisgrößen mittels zweier
Magneterregerspulen zu erfassen, von denen die eine in der Strombahn des Steuerstromes
oder eines ihm in jedem Augenblick proportionalen Teilstromes und die andere parallel
zu einer vom Steuerstrom durchflossenen Drossel liegt. Die von den Spulen erregten
Magneten haben einen gemeinsamen Anker, der bei Eintritt des eingestellten Verhältniswertes
eine Bewegung ausführt. Für viele Zwecke, z. B. zur Steuerung des Gitterkreises
eines Entladegefäßes oder eines Zeitkreises, wird jedoch statt eines mechanischen
Bewegungsvorganges ein elektrischer Impuls benötigt. Es ist zwar möglich, einen
vom Vorauslöser herbeigeführten mechanischen Bewegungsvorgang als Mittel zur Erzeugung
eines elektrischen Impulses zu benutzen, jedoch ist die unmittelbare Erzeugung eines
solchen vorzuziehen. Die vorliegende Erfindung
ermöglicht dies
und erweitert damit das Anwendungsgebiet der Vorauslöserschaltung. Die Erfindung
besteht darin, daß die beiden Steuerspulen auf dem Magnetkern eines gesättigten
und sich beim Richtungswechsel seiner Gesamterregung ummagnetisierenden und dabei
einen Spannungsimpuls erzeugenden Schaltwandlers gegensinnig magnetisierend angebracht
sind.
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In der Zeichnung ist in Fig. i ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt; Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Schaltung.
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An ein Wechselstromnetz x i sei ein Verbraucher 12, beispielsweise
ein Schweißtransformator für Punkt- und Nahtschweißung angeschlossen, der durch
einen Schalter 13 nach dem Einschalten jedesmal nach Ablauf einer vorgeschriebenen
Zahl von Wechselstromperioden wieder abgeschaltet werden soll. Die Stromunterbrechung
soll synchron im Stromnulldurchgang erfolgen. Der Schalter 13 kann z. B. mit einem
Haltemagneten ausgerüstet sein, dessen Haltekraftfluß von einem Dauermagneten herrühren
kann und von dem nur die Auslösewickfung 14 gezeichnet ist. Der Haltemagnet kann
vorteilhaft als Sperrmagnet ausgebildet sein, dessen Auslösewicklung in Durchbrechungen
der :Magnetschenkel derart angeordnet ist, daß sie praktisch nicht längs magnetisierend
auf der Bahn des Hauptkraftflusses wirkt. Die Auslösespule 14 ist an eine Wicklung
15 eines Schaltwandlers angeschlossen. Der Schaltwandler bat zwei Erregerwicklungen
16 und 17. Alle drei Wicklungen sind auf einem gemeinsamen Kern angeordnet, der
nur dann ungesättigt ist, wenn die Gesamterregung annähernd den Wert Null hat. Besonders
vorteilhaft ist -die Verwendung eines ferromagnetischen Kernwerkstoffes, dessen
Kennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst steil ansteigt, an den Mergangsstellen
in die gesättigten Gebiete möglichst scharfe Sättigungsknicke aufweist und in den
gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verläuft. Die Wicklung
16 liegt im Hauptstromkreis des Verbrauchers 12 und wird vom Strom -i durchflossen.
In Reihe mit ihr liegt eine Luftdrossel 18, zu der die Erregerwicklung 17 mit einem
in Reihe liegenden Stabilisierungswiderstand ig parallel geschaltet ist. Die Erregerwicklung
17 wird also von einem Strom durchflossen, welcher der Verhältnisgröße -
proportional ist. Soll der Schaltwandler das Auslösekommando um die Zeitspanne T
vor dem Stromnulldurchgang geben, so werden die Windungszahlen der Erregerwicklung
16 und 17 so abgeglichen, daß
ist. Da bei einem durch Sperrmagneten gesteuerten Wechselstromunterbrecher eine
Voräuslösezeit T von nur o, i ms benötigt wird, ist der Aufwand für die Vorauslöserschaltung
verhältnismäßig gering. Die verlangte Zahl von Wechselstromperioden zwischen dem
Ein- und Ausschalten wird mit Hilfe eines Zeitgliedes im Auslösestromkreis eingestellt.
Das Zeitglied besteht z. B. aus einer Zähldrossel 20 mit vorgeschaltetem Ventil
21. Windungszahl und Kernquerschnitt der Zähldrossel sind so ausgelegt, daß zu ihrer
Ummagnetisierung vom gesättigten Zustand in den entgegengesetzten Sättigungszustand
die vorgeschriebene Anzahl von Impulsen erforderlich ist. Sehr lange Verzögerungszeiten
können mit kombinierten Schaltungen ' erzielt werden, durch welche die Zähldrossel
mit Hilfe der Impulse beider Richtungen im Pilgerschritt, d. h. nach jedem Vorwärtsschritt
um einen kleineren Schritt rückwärts schreitend ummagnetisiert wird. Vor der Schließung
des Schalters 13 wird die Zähldrossel ao mittels einer nicht dargestellten Hilfsmagnetisierung
in den Ausgangszustand remanenter Sättigung in derjenigen Richtung gebracht, die
der Magnetisierungsrichtung eines vom Ventil 21 durchgelassenen Impulses entgegengesetzt
ist. Die Zähldrossel gelangt infolgedessen durch die Impulse zunächst in den ungesättigten
Zustand und strebt dem entgegengesetzten Sättigungszustand zu. Solange die Zähldrossel
2o ungesättigt ist, begrenzt sie mit ihrem hohen induktiven Widerstand die Impulsstromstärke
auf einen sehr niedrigen Wert, der zur Auslösung nicht ausreicht. Der Auslösestromwert
des Schalters 13 wird so eingestellt, daß er erst, wenn nach Ablauf der. vorgeschriebenen
Periodenzahl der entgegengesetzte Sättigungszustand der Zähldrossel 2o erreicht
ist, von dem infolge der Verminderung des induktiven Widerstandes der Zähldrossel
erhöhten Impulsstrom überschritten wird.
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Der von dem Selbstauslöser beherrschte Bereich des Steuerstromes i,
innerhalb dessen eine vorgeschriebene Vorauslösezeit T mit praktisch genügender
Genauigkeit eingehalten wird, kann unter Umständen durch Fehlergrößen eingeschränkt
werden, die bei der bisherigen Schilderung vernachlässigt sind. Eine derartige Fehlergröße
ist z. B. der Wirkwiderstand der Drossel 18. Er vermehrt das Spannungsgefälle an
der Drossel, so daß der Erregerstrom in der Spule 17 der Verhältnisgröße-
nicht proportional ist. Dieser Widerstand ist bei einer Drossel ohne Eisenrückschluß
besonders groß. Die Drossel wird daher vorteilhaft mit einem Eisenrückschluß ausgeführt,
der von einem Luftspalt unterbrochen ist, dessen Weite so gewählt wird, daß das
Eisen innerhalb des vom Auslöser beherrschten Bereiches des Steuerstromes ungesättigt
bleibt. Der Einfluß des restlichen Wirkwiderstandes der Drossel kann dadurch unschädlich
gemacht werden, daß die Drossel 18 mit einer zweiten Wicklung versehen wird, an
die die Reihenschaltung der Steuerspule 17 und des Widerstandes i9 angeschlossen
wird, und die mit der Hauptstromwicklung möglichst streuungsarm verkettet ist.
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Eine andere Fehlerursache kann darin begründet sein, daß der Auslöserstromkreis
kein reiner Spannungskreis ist, sondern eine merkliche Bürde für den Schaltwandler
darstellt, durch welche dieser belastet wird. (Im Gegensatz dazu sei das Beispiel
erwähnt, daß an die Wicklung 15 des Schaltwandlers
der Gitterkreis
eines Entladungsgefäßes angeschlossen ist, durch den der Schaltwandler praktisch
nicht belastet wird.) Infolge einer Belastung des Schaltwandlers wird die Anstiegssteilheit
und die Stromspitzenhöhe der Auslöseimpulse von der Stromstärke im Hauptstromkreis
abhängig. Diese Abhängigkeit überträgt sich rückwirkend auch auf den Erregerstrom
der Spule 17; denn der Stabilisierungswiderstand i9 darf nicht beliebig groß gewählt
werden, weil sonst die Drossel 18 sehr groß sein müßte. Ihrer Größe ist aber nicht
nur wegen des Aufwandes, sondern auch wegen des Blindstrombedarfes und der Verluste
eine Grenze gesetzt. Durch die erwähnte unvermeidliche belastungsabhängige Rückwirkung
auf den Stromkreis der Spule 17 wird die Voreilzeit bei kleineren Belastungsströmen
kürzer als bei hohen Belastungsströmen. Diese Abweichungen können nach der weiteren
Erfindung dadurch zum Teil ausgeglichen werden, daß der Querschnitt des Eisenrückschlusses
der Drossel 18 an einer Stelle verengt wird, so daß sich diese Stelle im oberen
Teil des vom Auslöser beherrschten Bereiches des Steuerstromes sättigt. Die verengte
Stelle kann beispielsweise dem Luftspalt benachbart sein.
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In Fig. 2 ist eine derartige Drossel im Schnitt schematisch dargestellt.
Mit 22 ist der aus Blechen aufgebaute Eisenkörper der Drossel bezeichnet. Er hat
einen Luftspalt 23, der an verschiedenen Stellen des für den Kraftfluß zur Verfügung
stehenden Querschnittes verschieden weit ist. Auf diese Weise kommt eine verengte
Stelle 24 zustande, die sich bei hohen Werten des Steuerstromes sättigt, so daß
dieselbe Wirkung eintritt, als wenn die Drossel bei größeren Strömen einen weiteren
Luftspalt hätte als bei kleinen Strömen. Die Induktivität der Drossel ist infolgedessen
bei kleinen Strömen größer als bei großen Strömen, ebenso der Spannungsabfall. Der
Erregerstrom in der Spule 17 wird dadurch in dem Sinn korrigiert, daß seine unverhältnismäßige
Zunahme bei höherem Belastungsstrom rückgängig gemacht wird. Damit kann erreicht
werden, daß die vorgeschriebene Vorauslösezeit T in einem größeren Strombereich
mit der erforderlichen Genauigkeit eingehalten wird als mit einem überall gleich
großen Drosselluftspalt.
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Im Hauptstromkreis kann zur Erleichterung der Stromunterbrechung eine
Schaltdrossel 26 mit der Unterbrechungsstelle in Reihe geschaltet sein, deren
Magnetkern bei Nennstromwert hochgesättigt ist und durch seine Entsättigung in der
Nähe des Stromnullwertes eine Verlängerung der stromschwachen Pause verursacht.
Damit diese Verzerrung des Stromverlaufs auf die Arbeitsweise des Vorauslösers ohne
Einfluß bleibt, wird vorteilhaft die Reihenschaltung der Wicklung 16 und der Drossel
18 durch einen Parallelwiderstand 27 überbrückt. Dann verläuft der Strom in den
Wickluniungen 16 und 18 von der Abgabe des Auslösekommandos an bis zum Richtungswechsel
im wesentlichen geradlinig, auch dann, wenn die Verzerrung des Gesamtstromes infolge
einer in der Zeichnung nicht dargestellten Vormagnetisierung der Schaltdrossel 26
vor dem Nulldurchgang des Gesamtstromes beginnt.