DE1513502C - Magnetic pre-release for synchronous switches - Google Patents

Description

Die Hauptpatentanmeldung bezieht sich auf einen magnetischen Vorauslöser für Synchronschalter mit mehreren vom zu überwachenden Hauptstrom und einem diesem gegenüber phasenverschobenen Strom erregten Magnetkreisen, bei dem parallel zu mindestens einem Luftspalt eines mit mehreren Luftspalten versehenen, vom Hauptstrom erregten Magnetkreises ein Magnetsystem angeordnet ist, das einerseits von der magnetischen Spannung über dem Luftspalt und andererseits von einem in einer Zusatzwicklung fließenden, gegenüber dem Hauptstrom phasenverschobenen Strom erregt ist, von welchem Magnetsystem mindestens ein Teil im Bereich der Synchronsteuerung sättigbar ist, und wobei eine Auslösung durch Ummagnetisierung dieses sättigbaren Teiles erfolgt.The main patent application relates to a magnetic pre-release for synchronous switches with several of the main current to be monitored and one current that is out of phase with this excited magnetic circuits, in which one with several air gaps parallel to at least one air gap provided, excited by the main current magnetic circuit, a magnet system is arranged, which on the one hand from the magnetic voltage across the air gap and, on the other hand, from one in an additional winding flowing, phase-shifted with respect to the main current current is excited, of which Magnet system is at least a part saturable in the area of the synchronous control, and wherein a trigger takes place by reversing the magnetization of this saturable part.

Mit Vorauslösesystemen dieser Art erhält man für symmetrische (s), lange (/) und kurze (k) Halbwellen Kennlinien, wie sie F i g. 1 zeigt. Dabei bedeutet t_v die Vorauslösezeit. Die Kennlinien steigen mit abnehmendem StTOmI₁ an. Dies ist zwar nicht weiter schädlich, da bei kleineren abzuschaltenden Strömen auch bei längerer Vorauslösezeit die Schaltarbeit trotzdem in zulässigen Grenzen bleibt. Immerhin ist es wünschenswert, möglichst flache Auslösekennlinien zu erzielen, derart, daß die Vorauslösezeit t_v über den ganzen Strombereich annähernd konstant ist. In der Hauptpatentanmeldung ist bereits darauf hingewiesen, daß zur Erzielung einer flacheren Auslösekennlinie die Luftspalte des Magnetkreises, der die dem Hauptstrom proportionale Durchflutung (magnetische Spannung) für das Auslösemagnetsystem liefert, durch Stege aus magnetisierbarem Material überbrückt sein können, die sich bei hohem Hauptstrom sättigen.With pre-release systems of this type, characteristic curves such as those shown in Fig. 1 are obtained for symmetrical (s), long (/) and short (k) half-waves. 1 shows. Here, t _{v means} the pre-release time. The characteristics increase with decreasing StTOmI ₁ . This is not harmful, since with smaller currents to be switched off, the switching work still remains within permissible limits even with a longer pre-release time. After all, it is desirable to achieve tripping characteristics that are as flat as possible, in such a way that the pre-tripping time t _{v is} approximately constant over the entire current range. In the main patent application it is already pointed out that in order to achieve a flatter tripping characteristic, the air gaps in the magnetic circuit, which supplies the flow (magnetic voltage) proportional to the main current for the tripping magnet system, can be bridged by webs made of magnetizable material, which saturate when the main current is high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die die Luftspalte überbrückenden Stege so auszubilden, daß sich eine optimale Konstanz der Vorauslösezeit über den gesamten Strombereich ergibt.The invention is based on the object of designing the webs bridging the air gaps in such a way that this results in an optimal constancy of the pre-release time over the entire current range.

Diese Aufgabe wird bei einem magnetischen Vorauslöser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die radiale Gesamtbreite der jeweils einen Luftspalt überbrückenden Stege 4 bis 12% der radialen Luftspaltbreite beträgt.This task is performed with a magnetic pre-release of the aforementioned type achieved in that the total radial width of each of the air gaps bridging webs is 4 to 12% of the radial air gap width.

Vorzugsweise beträgt die radiale Gesamtbreite der einen Luftspalt überbrückenden Stege 6 bis 10%, insbesondere etwa 8 % der radialen Luftspaltbreite. Mit Vorteil ist an den Enden jedes Luftspaltes je ein Steg vorgesehen; die Luftspalte können jedoch auch durch je drei oder mehr Stege, die über den Querschnitt des Magnetsystems verteilt sind, überbrückt sein.The total radial width of the webs bridging an air gap is preferably 6 to 10%, in particular about 8% of the radial air gap width. It is advantageous to have each air gap at the ends a web provided; the air gaps can, however, also by three or more webs over the Cross-section of the magnet system are distributed, be bridged.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: Es sei angenommen, daß der Magnetkreis η Luftspalte der Dicke d und einen weiteren Luftspalt der Dicke δ aufweist, der durch das sättigungsfähige Magnetsystem überbrückt ist. Dann ist die magnetische Spannung an dem Luftspalt δ, wenn die nicht vom Magnetsystem überbrückten Luftspalte der Dicke d durchgehend sind, also ihr Querschnitt gleich dem Eisenquerschnitt des Magnetkreises ist, für den Hauptstrom Z₁ und für δ <ξ η · d durch die Beziehung Luftspalte der Dicket durch magnetis.ierbare Stege überbrückt sind, die BeziehungThe basic concept of the invention is as follows: It is assumed that the magnetic circuit η has air gaps of thickness d and a further air gap of thickness δ , which is bridged by the saturable magnet system. Then the magnetic voltage at the air gap is δ, if the air gaps of thickness d that are not bridged by the magnet system are continuous, i.e. their cross-section is the same as the iron cross-section of the magnetic circuit, for the main current Z ₁ and for δ <ξ η d by the air gap relationship the thickness is bridged by magnetizable webs, the relationship

, _ R_m(ß) , _ R _m (ß)

^mgesmges

Hierin bedeutet R_m (<5) den magnetischen Widerstand parallel zum Auslösemagnetsystem und Rmges den resultierenden magnetischen Widerstand sämtlicher Luftspalte mit der Dicke d nebst den jeweils parallel dazu liegenden magnetisierbaren Stegen. Aus F i g. 2 erkennt man, daß im unteren Stromgebiet, solange die Stege noch nicht gesättigt sind, der magnetische Widerstand R_m mit geeignet bemessenen Stegen wesentlich kleiner ist als der magnetische Widerstand R_1n ohne Stege, da ein ganz erheblicher Teil des Gesamtflusses seinen Weg über die Stege nimmt.Here, R _m (<5) means the magnetic resistance parallel to the release magnet system and Rmges the resulting magnetic resistance of all air gaps with the thickness d together with the magnetizable webs lying parallel to them. From Fig. 2 it can be seen that in the lower flow area, as long as the webs are not yet saturated, the magnetic resistance R _m with suitably dimensioned webs is significantly smaller than the magnetic resistance R _1n without webs, since a very considerable part of the total flow makes its way over the webs takes.

Ermittelt man nun die zugehörigen Auslösekennlinien für einen speziellen Vorauslöser, so ergeben sich für symmetrische Halbwellen Verhältnisse, wie sie F i g. 3 zeigt. In diesem Beispiel ist für eine Stegbreite von 2,6 mm. auf jeder Seite eines Luftspaltes mit einer radialen Breite von 66,8 mm eine genau horizontale Kennlinie u erzielt worden, während sich für Stege von 1 mm Breite bei im wesentlichen gleicher Luftspaltbreite nach Kurve ν bereits ein deutlicher Anstieg der Vorauslösezeit mit abnehmendem StTOmZ₁ ergibt. Die Kennlinie w gilt für durchgehende Luftspalte. If the associated tripping characteristics are now determined for a special pre-release, then for symmetrical half-waves conditions such as those shown in FIG. 3 shows. In this example is for a web width of 2.6 mm. On each side of an air gap with a radial width of 66.8 mm, an exactly horizontal characteristic u has been achieved, while for webs of 1 mm width with essentially the same air gap width according to curve ν, there is already a significant increase in the pre-release time with decreasing StTOmZ ₁ . The characteristic curve w applies to continuous air gaps.

In F i g. 4 ist eine beispielsweise Ausführungsform des Vorauslösers nach der Erfindung im Aufriß und teilweise im Schnitt dargestellt, während F i g. 5 den gleichen Auslöser im Grundriß zeigt. In den beiden Figuren bedeutet 1 einen lamellierten Magnetkreis mit Luftspalten 2 der Dicke d. Mit 3 sind Stege der Breite b bezeichnet, 4 ist ein durchgehender Luftspalt der Dicke «5, durch den ein quaderförmiger Ausschnitt 5 in zwei gleiche Hälften geteilt wird. Parallel zu dem Luftspalt 4 liegt ein Magnetsystem, das aus Magnetpolen 6 und 7 und einem Anker 8 besteht. Der Anker 8 ist mit einer Betätigungsstange 9, die an ihrem unteren Ende einen Ansatz 10 trägt, fest verbunden. Durch eine Feder H wird der Anker 8 entgegen der magnetischen Haltekraft nach unten gedrückt. 12 ist ein Hebel, 13 eine Auslösewelle, bei deren Drehung im Uhrzeigersinn ein Schalter auf nicht weiter dargestellte Weise zur Auslösung kommt.In Fig. FIG. 4 shows an exemplary embodiment of the pre-release according to the invention in elevation and partially in section, while FIG. Figure 5 shows the same actuator in plan. In the two figures, 1 denotes a laminated magnetic circuit with air gaps 2 of thickness d. With 3 webs of width b are designated, 4 is a continuous air gap of thickness 5, through which a cuboid cutout 5 is divided into two equal halves. A magnet system consisting of magnet poles 6 and 7 and an armature 8 is located parallel to the air gap 4. The armature 8 is firmly connected to an actuating rod 9 which has an attachment 10 at its lower end. The armature 8 is pressed downwards by a spring H against the magnetic holding force. 12 is a lever, 13 a release shaft, when turned clockwise, a switch is triggered in a manner not shown.

Um den Magnetkreis 1 ist eine Sekundärwicklung 14 mit N₁ Windungen angeordnet. Auf den beiden Magnetpolen 6 und 7 liegen zwei in Reihe geschaltete Zusatzwicklungen 15 und 16, die über einen Widerstand 17 mit dem Ohmwert R an die Sekundärwicklung 14 gegensinnig angeschlossen sind. Der Magnetkreis 1 wird durch den Hauptstrom Z₁ im Leiter 18 erregt. Aus F i g. 4 erkennt man, daß das Magnetsystem 6, 7, 8 einmal nach Art eines magnetischen Spannungsteilers von der DurchflutungA secondary winding 14 with N ₁ turns is arranged around the magnetic circuit 1. On the two magnetic poles 6 and 7 are two additional windings 15 and 16 connected in series, which are connected in opposite directions to the secondary winding 14 via a resistor 17 with an ohmic value R. The magnetic circuit 1 is _{excited by the main current Z 1} in the conductor 18. From Fig. 4 it can be seen that the magnet system 6, 7, 8 once from the flow in the manner of a magnetic voltage divider

Q' ^m W ι Q ^'m W ι

mgesmges

gespeist wird, ferner durch eine Durchflutung, gegeben durch den die beiden Zusatzwicklungen 15 und 16 mit der Gesamtwindungszahl N₂ durchfließenden Strom Z₂, (X) 65 alsois fed, further by a flow, given by the two additional windings 15 and 16 with the total number of turns N ₂ flowing through the current Z ₂ , (X) 65

gegeben. An die Stelle dieser Gleichung tritt, wenn die In F i g. 6 sind der Hauptstrom Z₁ und die dazu ingiven. This equation is replaced when the In F i g. 6 are the main stream Z ₁ and the associated ones in

Phase liegende magnetische Durchflutung O₁' eingezeichnet, ferner die Durchflutung Q₂ = I₂N₂. Hieraus resultiert die strichpunktiert angedeutete Gesamtdurchflutung Θ=©/+ Θ₂. Infolge der Luftspalte 2 im Magnetkreis 1 und des Widerstandes 17 mit dem relativ hohen Ohmwert R weist der Strom i₂ gegenüber dem Hauptstrom I₁ eine Phasenverschiebung von annähernd 90° auf. Durch entsprechende Bemessung der Luftspalte 2 und 4, der Stege 3, des Widerstandes R und der Windungszahlen N₁ und N₂ kann erreicht werden, daß die Induktion B im Anker 8, die durch die resultierende Durchflutung Θ erzeugt wird, zu einer vorgegebenen Zeit t_vo durch Null geht. Wird zudem dafür gesorgt, daß das Magnetsystem 6, 7, 8 schon bei verhältnismäßig geringer resultierender Durchflutung Θ gesättigt ist, so beginnt das Abfallen des Ankers 8 bei einer Abfallinduktion B_a zu einer Zeit t_v, die nur wenig größer ist als t_vo, da die Induktion B im Anker 8 steil abfällt. Sowie der Anker 8 sich von den Magnetpolen 6 und 7 etwas entfernt hat, sinkt die magnetische Haltekraft praktisch auf Null ab. Der Anker 8 wird nun durch die Feder 11 beschleunigt, trifft auf den Hebel 12, durch den die Auslösewelle 13 im Uhrzeigersinn gedreht wird, was die Ausschaltung des zugehörigen Synchronschalters bewirkt. Magnetic flux O ₁ ' lying in phase, furthermore flux Q ₂ = I ₂ N ₂ . This results in the total flow rate indicated by dash-dotted lines Θ = © / + Θ ₂ . As a result of the air gaps 2 in the magnetic circuit 1 and the resistor 17 with the relatively high ohmic value R , the current i _{2 has} a phase shift of approximately 90 ° with respect to the main current I _1. By appropriately dimensioning the air gaps 2 and 4, the webs 3, the resistor R and the number of turns N ₁ and N _{2, it} can be achieved that the induction B in the armature 8, which is generated by the resulting flow Θ, at a predetermined time t _vo goes through zero. If, in addition, it is ensured that the magnet system 6, 7, 8 is already saturated with a relatively low resulting flow rate Θ, the armature 8 begins to fall off with a fall induction B _a at a time t _v that is only slightly greater than t _vo , because the induction B in the armature 8 drops steeply. As soon as the armature 8 has moved away from the magnetic poles 6 and 7, the magnetic holding force drops to practically zero. The armature 8 is now accelerated by the spring 11, hits the lever 12, by which the release shaft 13 is rotated clockwise, which causes the switching off of the associated synchronous switch.

Nach der Erfindung ist die radiale Gesamtbreite 2b der Stege 3 zu 4 bis 12% der radialen Luftspaltbreite L gewählt. Durch diese Bemessung der Stege 3 gelingt es in weiterer Ausbildung des magnetischen Vorauslösers nach der Hauptpatentanmeldung, die magnetische Spannungsteilung im erwünschten Maße von dem Hauptstrom abhängig zu machen. Dadurch, daß bei kleinerem Strom der magnetische Widerstand Rm ges (F i g. 2) wesentlich kleiner ist als bei einer Anordnung mit durchgehenden Luftspalten, wird im unteren Stromgebiet die vom Hauptstrom I₁ herrührende Durchflutung Θ{ entsprechend der Formel (2) relativ größer, was eine Verringerung der Vorauslösezeit zur Folge hat.According to the invention, the total radial width 2b of the webs 3 is selected to be 4 to 12% of the radial air gap width L. This dimensioning of the webs 3 makes it possible, in a further development of the magnetic pre-release according to the main patent application, to make the magnetic voltage division dependent on the main current to the desired extent. Because the magnetic resistance Rm ges (Fig. 2) is much smaller with a smaller current than in an arrangement with continuous air gaps, the flow rate Θ { resulting from the main current I ₁ according to formula (2)) is relatively greater in the lower current region which results in a reduction in the pre-release time.

Bei einem praktisch ausgeführten magnetischen Vorauslöser mit einerhorizontalenKennlinie«(sFig.3) hatte der Magnetkreis 1 folgende Abmessungen:In the case of a practically implemented magnetic pre-release with a horizontal characteristic curve «(see Fig. 3) magnetic circuit 1 had the following dimensions:

Eisenquerschnitt 51 cm²;Iron cross-section 51 cm ² ;

11 Luftspalte von je d = 3,4 mm Dicke und einer radialen Breite L = 66,8 mm;11 air gaps each d = 3.4 mm thick and a radial width L = 66.8 mm;

Gesamtbreite der beiden Stege 2 · b = 2 · 2,6 mm = 5,2 mm;Total width of the two webs 2 · b = 2 · 2.6 mm = 5.2 mm;

Dicke δ des Luftspaltes 4: 0,7 mm.Thickness δ of the air gap 4: 0.7 mm.

Hieraus ergibt sich ein VerhältnisThis results in a relationship

— = -^- =7 8°/
L 66,8 ' °"- = - ^ - = 7 8 ° /
L 66.8 '° "

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Magnetischer Vorauslöser für Synchronschalter mit mehreren vom zu überwachenden Hauptstrom und einem diesem gegenüber phasenverschobenen Strom erregten Magnetkreisen, bei dem parallel zu mindestens einem Luftspalt eines mit mehreren Luftspalten versehenen, vom Hauptstrom erregten Magnetkreises ein Magnetsystem angeordnet ist, das einerseits von der magnetischen Spannung über dem Luftspalt und andererseits von einem in einer Zusatzwicklung fließenden, gegenüber dem Hauptstrom phasenverschobenen Strom erregt ist, von welchem Magnetsystem mindestens ein Teil im Bereich der Synchronsteuerung sättigbar ist, und wobei eine Auslösung durch Ummagnetisierung dieses sättigbaren Teiles erfolgt, nach Patentanmeldung P14 63 586.0-32, bei welchem magnetischen Vorauslöser die Luftspalte, denen kein Magnetsystem parallel zugeordnet ist, durch bei hohem Hauptstrom sich sättigende Stege aus magnetisierbarem Material überbrückt sind, dadurch gekennzeich η et, daß die radiale Gesamtbreite (2 · b) der jeweils einen Luftspalt überbrückenden Stege (3) 4 bis 12% der radialen Luftspaltbreite (L) beträgt.1.Magnetic pre-release for synchronous switches with several magnetic circuits excited by the main current to be monitored and a current out of phase with this, in which a magnet system is arranged parallel to at least one air gap of a magnetic circuit provided with several air gaps and excited by the main current, which on the one hand is driven by the magnetic voltage the air gap and on the other hand by a current flowing in an additional winding, phase-shifted with respect to the main current, of which magnet system at least a part is saturable in the area of the synchronous control, and tripping takes place by reversing the magnetization of this saturable part, according to patent application P14 63 586.0-32 , in which magnetic pre-release the air gaps, to which no magnet system is assigned in parallel, are bridged by webs made of magnetizable material that saturate at high main current, characterized in that the total radial width (2 · b) of the j webs (3) bridging an air gap are 4 to 12% of the radial air gap width (L). 2. Magnetischer Vorauslöser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Gesamtbreite (2 · b) der Stege (3) 6 bis 10% der radialen Luftspaltbreite (L) beträgt.2. Magnetic pre-release according to claim 1, characterized in that the total radial width (2 · b) of the webs (3) is 6 to 10% of the radial air gap width (L). Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings