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.Electrical self-timer The invention relates to the development of a device for the delivery of synchronized control pulses with a certain phase position with respect to a wave-shaped variable, z. B. to an alternating current, in which the command is based on a subsequent change of direction of the size or its differential quotient. The contact is made as a function of a ratio value that is always reached ahead of the change of direction by the same time interval in a certain range of the control variable regardless of its amplitude values, e.g. B. in the case of an alternating current i which changes sinusoidally with time t as a function of a certain value of the ratio i: dt . It is known to detect these two ratios by means of two magnetic excitation coils, one of which lies in the current path of the control current or a partial current proportional to it at any given moment and the other parallel to a throttle through which the control current flows. The magnets excited by the coils have a common armature that moves when the set ratio is reached. For many purposes, e.g. B. to control the grid circle of a discharge vessel or a timing circuit, but instead of a mechanical movement process, an electrical pulse is required. Although it is possible to use a mechanical movement process brought about by the pre-release as a means of generating an electrical pulse, it is preferable to generate one directly. The present invention enables this and thus expands the field of application of the pre-trigger circuit. The invention consists in that the two control coils are attached to the magnetic core of a saturated switching converter that magnetizes each other in opposite directions when the direction of its overall excitation changes and thereby generates a voltage pulse.
In der Zeichnung ist in Fig. i ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt; Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Schaltung.In the drawing, an embodiment of the invention is shown in FIG
shown schematically; Fig. 2 shows a detail of the circuit.
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.A consumer 12, for example a welding transformer for spot and seam welding, is connected to an alternating current network xi and is to be switched off again by a switch 13 after a prescribed number of alternating current periods has elapsed. The current interruption should take place synchronously with the current zero crossing. The switch 13 can, for. B. be equipped with a holding magnet whose holding force flow can originate from a permanent magnet and of which only the release winding 14 is drawn. The holding magnet can advantageously be designed as a blocking magnet, the release winding of which is arranged in openings in the magnet legs in such a way that it practically does not have a longitudinal magnetizing effect on the path of the main force flow. The trip coil 14 is connected to a winding 15 of a switching converter. The switching converter had two excitation windings 16 and 17. All three windings are arranged on a common core which is only unsaturated when the total excitation is approximately zero. It is particularly advantageous to use a ferromagnetic core material, the characteristic curve of which rises as steeply as possible in the unsaturated area, has saturation kinks as sharp as possible at the merging points in the saturated areas and runs as parallel as possible to the exciter axis in the saturated areas. The winding 16 is in the main circuit of the consumer 12 and the current -i flows through it. In series with it is an air throttle 18, to which the excitation winding 17 is connected in parallel with a stabilization resistor ig lying in series. The excitation winding 17 is therefore traversed by a current which has the ratio - is proportional. If the switching converter is to give the trip command by the time T before the current zero crossing, the number of turns of the excitation windings 16 and 17 are matched so that is. Since an AC circuit breaker controlled by blocking magnets requires a pre-release time T of only 0.1 ms, the outlay for the pre-release circuit is relatively low. The required number of alternating current periods between switching on and off is set with the aid of a timer in the tripping circuit. The timer consists z. B. from a counting choke 20 with upstream valve 21. The number of turns and core cross-section of the counting choke are designed so that the prescribed number of pulses is required to reverse the magnetization from the saturated state to the opposite saturation state. Very long delay times can be achieved with combined circuits, by means of which the counting throttle is remagnetized with the help of the pulses in both directions in a pilgrim step, ie after each forward step by a smaller step backwards. Before the switch 13 is closed, the counting throttle ao is brought into the initial state of remanent saturation in the direction opposite to the direction of magnetization of a pulse let through by the valve 21 by means of an auxiliary magnetization (not shown). As a result of the pulses, the counter throttle initially enters the unsaturated state and strives for the opposite state of saturation. As long as the counting throttle is unsaturated, its high inductive resistance limits the pulse current strength to a very low value that is not sufficient for triggering. The tripping current value of the switch 13 is set so that it is only when after the expiry of the. prescribed number of periods, the opposite saturation state of the counting throttle 2o is reached, of which the increased pulse current is exceeded due to the reduction in the inductive resistance of the counting throttle.
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.The range of the control current i controlled by the self-timer, within which a prescribed pre-release time T is adhered to with practically sufficient accuracy, can under certain circumstances be limited by error sizes that have been neglected in the previous description. Such an error size is e.g. B. the effective resistance of the choke 18. It increases the voltage gradient across the choke, so that the excitation current in the coil 17 of the ratio size- is not proportional. This resistance is particularly high in the case of a choke without an iron back yoke. The throttle is therefore advantageously designed with an iron back yoke which is interrupted by an air gap, the width of which is chosen so that the iron remains unsaturated within the range of the control current controlled by the release. The influence of the remaining effective resistance of the choke can be made harmless by providing the choke 18 with a second winding to which the series circuit of the control coil 17 and the resistor i9 is connected and which is linked to the main current winding with as little scatter as possible.
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.Another cause of failure can be that the trigger circuit
is not a pure voltage circuit, but a noticeable burden for the switching converter
represents by which this is burdened. (In contrast, let the example
mentioned that to the winding 15 of the switching converter
the grid circle
a discharge vessel is connected, through which the switching converter is practical
is not loaded.) As a result of a load on the switching converter, the slope becomes
and the current peak height of the trigger pulses from the current strength in the main circuit
addicted. This dependency is also retrospectively transferred to the excitation current
the spool 17; because the stabilization resistor i9 must not be arbitrarily large
because otherwise the throttle 18 would have to be very large. But their size is not
only because of the effort, but also because of the reactive power requirement and the losses
set a limit. Due to the unavoidable, load-dependent retroactive effect mentioned
on the circuit of the coil 17 is the lead time with smaller load currents
shorter than with high load currents. These deviations can after the further
Invention to be partially compensated by the fact that the cross section of the iron back yoke
the throttle 18 is narrowed at one point, so that this point is in the upper
Part of the control current range controlled by the release is saturated. The narrowed
Place can be adjacent to the air gap, for example.
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.In Fig. 2 such a throttle is shown schematically in section.
The iron body of the throttle, which is made up of metal sheets, is designated by 22. He has
an air gap 23, which is available at various points for the power flow
standing cross-section is different. This way a narrowed one comes out
Point 24 comes about, which saturates at high values of the control current, so that
the same effect occurs as if the throttle with larger currents another
Air gap than with small currents. The inductance of the choke is as a result
with small currents greater than with large currents, as is the voltage drop. Of the
Excitation current in the coil 17 is corrected in the sense that its disproportionate
Increase with higher load current is reversed. This can be achieved
that the prescribed pre-release time T in a larger current range
is adhered to with the required accuracy than with one everywhere the same
large throttle air gap.
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.In the main circuit, a switching choke 26 can be connected in series with the interruption point, the magnetic core of which is highly saturated at the rated current value and, due to its desaturation near the current zero value, causes the low-current pause to be lengthened to facilitate the current interruption. So that this distortion of the current flow has no influence on the operation of the pre-release, the series connection of the winding 16 and the choke 18 is advantageously bridged by a parallel resistor 27. Then the current in the windings 16 and 18 runs essentially in a straight line from the issuing of the trip command to the change of direction, even if the distortion of the total current due to a premagnetization of the switching inductor 26, not shown in the drawing, begins before the zero crossing of the total current.