DE1160526B - Synchronausloeser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Deutsche Kl.: 21c-35/07

Nummer: 1160 526

Aktenzeichen: S 67799 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 30. März 1960

Auslegetag: 2. Januar 1964

Zur Steuerung von Synchronschaltern sind bereits verschiedene Ausführungsformen von Synchronauslösern vorgeschlagen worden, wobei die Vorauslösezeit t_v z. B. durch den Quotienten

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gebildet wird. Man hat ferner vorgeschlagen, einen um to etwa die Zeit t_v voreilenden Strom oder Fluß zu erzeugen der dann auf ein Magnetsystem einwirkt und die Kommandogabe zur Zeit t_v herbeiführt. Sofern der abzuschaltende Strom einigermaßen symmetrisch zur Zeitachse verläuft, arbeiten derartige Synchronauslöser befriedigend. Sollen aber auch stark verlagerte Ströme möglichst schon in der ersten Halbwelle des Kurzschlußstromes unterbrochen werden, so können Fehlauslösungen auftreten.

Beim Synchronauslöser nach der Erfindung ist =o dieser Mangel vermieden. Er ist gekennzeichnet durch ein Drehspulsystem, dessen magnetischer Kreis in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strom erregt wird und dessen Drehspule von einem von der zeitlichen Änderung des zu unterbrechenden Stromes abhängigen Strom durchflossen ist. Unter einem Drehspulsystem wird hierbei eine Anordnung verstanden, bei der sich — in grundsätzlich gleicher Weise wie bei den Drehspulinstrumenten der elektrischen Meßtechnik — eine stromdurchflossene Spule im Luftspalt eines Magnetsystems bewegt. Wesentlich ist, daß sich nur die Spule selbst bewegt, während alle anderen Teile, insbesondere auch der Magnetkern innerhalb der Spule, feststehend angeordnet sind. Hierdurch wird eine kleine Masse des beweglichen Systems erzielt.

Das Prinzip dieses Synchronauslösers, der sich insbesondere auch zur sofortigen Wiedereinschaltung nach einer nicht erfolgreichen Synchronschaltung oder einer Umschlagstörung eignet, wird an Hand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

F i g. 1 und 3 zeigen zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes;

Fig. 2 und 4 veranschaulichen die zugehörigen Diagramme für den zeitlichen Verlauf der Ströme und Flüsse.

In F i g. 1 bedeutet 1 einen Wandler mit dem Eisenkern 2, mit mindestens sechs vorzugsweise gleichmäßig verteilten Luftspalten 3, und der vom zu unterbrechenden Strom I₁ gespeisten Primärwicklung 4. Die Unterteilung des Eisenkerns durch eine größere Zahl in gleichen Abständen angeordnete Synchronauslöser

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht, Zürich,

Dipl.-Ing. Lutz Seguin, Bergdietikon, Aargau

(Schweiz)

kleine Luftspalte hat den Vorteil, daß die Streuung stark vermindert und damit der Eisenquerschnitt bei gleicher Induktion im Arbeitsluftspalt herabgesetzt werden kann. Die Sekundärwicklung des Wandlers 1 ist mit 5 bezeichnet. 6 und 7 bilden den magnetischen Kreis des Drehspulsystems. Die Enden der Drehspule 8 sind an die beiden Segmente 9 und 10 geführt, die über die Bürsten 11 und 12 mit der Sekundärspule 5 des Wandlers 1 in Verbindung stehen. Der Strom durch die Drehspule ist mit z₂ bezeichnet.

Die Amperewindungen Z₁JV₁ erzeugen im Wandler 1 einen Fluß Φ_χ. Die Flußänderung ruft in der Wicklung 5 eine EMK von der Größe e hervor. Ist nun der Stromkreis, bestehend aus der Wicklung 5 und der Drehspule 8, vorwiegend ohmisch, so liegt der Strom Z₂ annähernd in Phase mit der EMK e. Andererseits wird durch die Amperewindungen Z₁JV₈ ein Fluß Φ₂ im magnetischen Kreis 6, 7 erzeugt, dem eine Induktion B₂ im Luftspalt 13 des Drehspulsystems entspricht. Da der Magnetkreis 6, 7 nur den einzigen Luftspalt 13 aufweist, wird er schon bei verhältnismäßig kleinem Strom, z. B. bei (0,3 ... 3)-fachem Nennstrom, gesättigt sein. Es ergeben sich dann Verhältnisse, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Der Strom Z₁ erzeugt den Fluß Φχ, wobei der Eisenkern 2 im Zeitpunkt t₀ in Sättigung geht. Von /„ bis Z₁ ist die Flußänderung vernachlässigbar klein, so daß in der Spule 5 auch keine EMK induziert wird. Von t_x bis t_a ist die Änderung des Flusses Φ_χ annähernd konstant. Dies hat zur Folge, daß in der Wicklung 5 und damit auch in der Drosselspule 8 ein Strom z_s fließt, der annähernd Rechteckform aufweist. Im Zeitpunkt t₃ wird der Eisenkern 2 wieder gesättigt, worauf der Strom z_a entsprechend der Zeitkonstante des Sekundärkreises auf Null abfällt. Die

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Kraft F auf die Drehspule 8 während des Zeit- zusätzlicher Wandler notwendig ist. Es bedeuten 21

Intervalls I₁ bis t₂ ist gegeben durch und 22 den magnetischen Kreis eines Drehspulsystems

ρ ^ jQ 2 iß j ekp) ^m^ den vorzugsweise symmetrisch verteilten Luft-

² spalten 23 und dem Arbeitsluftspalt 24. Die Dreh-

Hierin bedeutet B₂ die magnetische Induktion im 5 spule 25 ist in Form einer sich geschlossenen Wicklung Luftspalt des Drehspulsystems in Vs/cm², Z₂ den an- ausgebildet und besteht z. B. aus einem rechtecknähernd konstanten Höchstwert des Stromes Z₂ und förmigen Kupfer- oder Aluminiumrähmchen. In der / die wirksame Windungslänge der Drehspule 8. Im Ruhelage bildet die Spulenebene mit dem die Spule 25 Zeitintervall t₂ bis t₃ behält der Strom U das gleiche durchsetzenden Fluß Φ* einen Winkel x. Der magne-Vorzeichen, während der Fluß Φ₂ und damit auch ¹⁰ tische Kreis 21,22 ist vom abzuschaltenden Strom Z₁ die Luftspaltinduktion B₂ ihr Vorzeichen wechselt. erregt. Durch die zeitliche Änderung des Flusses Φ, Dies hat zur Folge, daß nun die Kraft auf die Dreh- ^wil"d in der Spule 25 eine EMK induziert, die einen spule 8 in entgegengesetzter Richtung wirkt. Man er- Strom Z, zur Folge hat, wobei zweckmäßig die Spule 25 kennt hieraus folgendes: Tritt im Stromnulldurchgang so auszubilden ist, daß der ohmsche Anteil den indukzur Zeit t₂ eine Löschung des Lichtbogens auf, so 15 ü^ven überwiegt, so daß die Zeitkonstante dieser Spule fehlt die negative Halbwelle des Stromes Z₁; der im ungesättigten Zustand des magnetischen Kreises Abschaltvorgang ist zur Zeit t₂ beendet. Kommt hin- 21, 22 kleiner als 1 Millisekunde, beispielsweise gegen die Lichtbogenlöschung nicht zustande, so °>² Millisekunden, ist.

dreht sich die vorher gegen einen nicht gezeichneten Die Strom- und Flußverhältnisse bei der Anordnung

Anschlag gelaufene Drehspule 8 (s. Fi g. 1) vom 2° nach F i g. 3 sind in F i g. 4 dargestellt. Vom Strom Z₁

Moment t₂ ab in entgegengesetzter Richtung und wird ein Fluß Φ., erzeugt, dem eine Induktion B_s im

kann somit ein Gegenkommando geben, das beispiels- Luftspalt 24 entspricht. Im Zeitpunkt t_a geht der

weise die sofortige Überbrückung oder Wieder- magnetische Kreis 21,22 in Sättigung. Von J₁ bis t₃

Schließung des zugehörigen Synchronschalters be- ist die zeitliche Änderung des Flusses 0_S angenähert

wirkt. 25 konstant. Dies ruft in der Spule 25 einen Strom i₂

Es ist aber auch möglich, daß der zunächst sehr hervor, der mit der linear abfallenden Induktion B

kleine Strom Z₁', wie er strichpunktiert in F i g. 2 wiederum ein Drehmoment auf die Spule 25 ausübt,

angedeutet ist, in den steil ansteigenden Strom Z₁ um- das in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach

schlägt. Dies hat zur Folge, daß die Flüsse Φ_χ und Φ₂ Fig. 1 zur Auslösung eines Synchronkommandos

ebenfalls ansteigen und in der Drehspule ein negativer 30 ausgenutzt werden kann.

Strom Z₂' auftritt. Das auf die Drehspule einwirkende Es kann zweckmäßig sein, die Luftspalte 23 nur Drehmoment im Zeitintervall t₂ bis t₀ hat somit die in der oberen Hälfte des magnetischen Kreises entgegengesetzte Richtung wie während des Zeit- (s. Fig. 3) vorzusehen, während die untere Hälfte Intervalls t_x bis t_ä. Die Bewegung der Spule kann entweder weniger oder mit Ausnahme des Arbeitsbeispielsweise zur sofortigen Einleitung der Wieder- 35 luftspaltes gar keine zusätzliche Luftspalte aufweist. Schließung des zugehörigen Synchronschalters aus- Der untere Teil der Drehspule 25 bewegt sich dann genutzt werden. Schließlich ist aus Fig. 2 noch in einem Fluß, der etwa Φ₂ in Fig. 2 entspricht; klar ersichtlich, daß trotz des verlagerten Verlaufes des der Fluß im oberen Teil hingegen weist einen ähn-StromesZ₁ keineStörungderSynchronauslösungauftritt. liehen Verlauf wie Φ_± in Fig. 2 auf.

Rechnung und Versuch zeigen, daß es bei geeigneter 4° Infolge der Bewegung der Drehspule wird sowohl Bemessung der beiden Magnetsysteme und der Dreh- bei der Anordnung nach F i g. 1 als auch nach spule möglich ist, einen Ausschlag der Drehspule von F i g. 3 zusätzlich eine Gegen-EMK erzeugt, die beispielsweise 20° in etwa einer halben Millisekunde proportional der Umfangsgeschwindigkeit der Drehherbeizuführen. Mit kleiner werdendem Strom Z₁ spule ist. Dies kann zur Folge haben, daß insbesonnimmt in gleicher Weise der Strom ζ ab, was eine 45 dere gegen Ende der Bewegung der Strom Z₂ durch Verringerung der Kraft F zur Folge hat. Dafür die Gegen-EMK etwas geschwächt wird. Unter Umwird das Zeitintervall I₁ bis t₂ länger, so daß trotzdem ständen ist es daher zweckmäßig, die Spule sich langdas synchrone Auslösekommando rechtzeitig erfolgt. samer bewegen zu lassen und zwischen Spule und zu Im allgemeinen wird bei kleinerem Strom die Vor- betätigendem Steuerelement eine geeignete Überauslösezeit t_v, d. h. das Zeitintervall zwischen dem 50 Setzung vorzusehen.

Auslösekommando und dem Nulldurchgang des Der große Vorteil der Anordnung nach Fig. 3

Stromes Z₁, etwas größer werden. Dies schadet aber besteht darin, daß kein zusätzlicher Wandler er-

nichts, da der kleinere Strom auch eine kleinere forderlich ist und die Drehspule als in sich geschlossene

Lichtbogenleistung zur Folge hat, so daß die Schalt- Wicklung, insbesondere als einfaches Rähmchen,

arbeit in zulässigen Grenzen bleibt. Durch Wahl der 55 keinerlei Zuleitungen benötigt. Die Kraftwirkung ist

Luftspalte 3 des Wandlers 1 kann der maximale Vor- hingegen bei gleichen Abmessungen etwas geringer,

auslösestrom da die Induktion B_s während der Bewegung abnimmt,

j Oi₁ \ während die Induktion B₂ gemäß Fig. 2 annähernd

max iv ⁼^~j~j '^tv konstant bleibt. Rechnung und Versuch haben jedoch

^ma* 60 gezeigt, daß auch das System gemäß Fig. 3 ein-

den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. Hier- wandfrei arbeitet.

bei ist max i_v der Momentanwert des Stromes Z₁ im Man überzeugt sich leicht, daß sich auch bei

Zeitpunkt des Auslösekommandos, wenn Z₁ dem dieser Anordnung der Drehsinn umkehrt, wenn die

größten zu unterbrechenden Kurzschlußstrom ent- Lichtbogenlöschung im Zeitpunkt t₂ nicht zustande

spricht. Diese Annahme ist in Fig. 2 zugrunde 65 kommt oder eine Umschlagstörung auftritt,

gelegt. Ein Hauptvorteil des Synchronauslösers nach der

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Syn- Erfindung besteht darin, daß das Massenträgheits-

chronauslösers nach der Erfindung, bei der kein moment der Drehspule außerordentlich klein ist,

während die Kräfte auf die Drehspule Werte bis zu 20 kp und mehr erreichen, was Beschleunigungen bis zu 5000 g ermöglicht.

Um das Drehmoment bei der Anordnung nach Fig. 3 noch weiter zu erhöhen, kann ein erstes Magnetsystem entsprechend 6,7 in F i g. 1 mit einem Rähmchen entsprechend 25 in Fig. 3, jedoch in der Stellung der Drehspule 8 (Fig. 1) vorgesehen werden. Durch ein zweites, vom abzuschaltenden Strom erregtes Magnetsystem mit Luftspalten, das zur Rähmchenebene senkrecht steht, wird bei der Änderung des mit dem Rähmchen verketteten Flusses der Strom i₂ hervorgerufen, wobei die Luftspaltinduktion, erzeugt vom ersten Magnetsystem während der Bewegung des Rähmchens, wieder praktisch konstant ist.

Mit der Achse der Drehspule kann beispielsweise ein Kontaktsystem gekuppelt sein, das im einen Drehsmn die Ausschaltung des zugehörigen Synchronschalters bewirkt, während bei entgegengesetztem Drehsinn ein anderer Kontakt geschlossen wird, der die sofortige Wiederschließung des zugehörigen Schalters veranlaßt. An Stelle von Kontakten können auch Ventile, Drehschieber od. dgl. angeordnet werden, die dann das Aus- und Einschalten des zugehörigen Schalters bewirken.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Synchronauslöser, gekennzeichnet d u r c h ein Drehspulsystem, dessen magnetischer Kreis in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strom erregt wird und dessen Drehspule von einem von der zeitlichen Änderung des zu unterbrechenden Stromes abhängigen Strom durchflossen ist.

2. Synchronauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Stromänderung abhängige Strom in einem getrennten Wandler erzeugt wird, der bis zum maximalen Vorauslösestrom ungesättigt ist.

3. Synchronauslöser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern des Wandlers mindestens sechs vorzugsweise gleichmäßig verteilte Luftspalte aufweist.

4. Synchronauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis des Drehspulsystems bereits bei Strömen in der Größenordnung des Nennstromes gesättigt ist.

5. Synchronauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule eine in sich geschlossene Wicklung ist und in ihrer Ruhestellung einen Teil des im magnetischen Kreis vorhandenen Flusses umfaßt.

6. Synchronauslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule nur eine Windung aufweist.

7. Synchronauslöser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des magnetischen Kreises bis zum maximalen Vorauslösestrom ungesättigt ist.

8. Synchronauslöser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Drehspulsystems bis zum maximalen Vorauslösestrom kleiner als 1 Millisekunde ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 212 303, 631646.
783, 761651.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 777/362 12.63

ι Bundesdruckerei Berlin