DE758356C - Synchronlaufendes Wechselstromtriebwerk - Google Patents

Description

• Synchronlaufendes Wechselstromtriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Anordnung für synchronlaufende Wechselstromtriebwerlze#, wie sie in Hochspannungsanlagen insbesondere als. Zeitwerk für Überstromaus.löser Verwendung finden. Bei der Konstruktion derartiger Triebwerke ist zu berücksichtigen, daß die steuernde elektrische Größe, vorzugsweise der Strom, in sehr weiten Grenzen schwanken kann. Außerdem wird in vielen Fällen gefordert, daß ein. und dasselbe Modell für in weiten Grenzen voneinander abweichende Nennstromstärken verwendbar sein soll. Die, Erfüllung dieser Bedingungen. wird unter Ausnutzung eines: älteren Vorschlags, wonach die Antriebsenergie unmittelbar aus der Hochspannungsleitung etwa mit Hilfe eines. Wandlers entnommen wird, nach der vorliegenden Erfindung dadurch ermöglieht,t daß ein Stromwandler als Impulserzeuger verwendet wird, dessen Kern aus einem schon bei der kleinsten Primärstromstärke, für die das. Gerät bemessen ist, magnetisch hochgesättigten Stoff besteht, und daß weiter die in der Sekundärwicklung bei jedem Stromnulldurcbgang des Primärstromes in abwechselnder Richtung auftretenden, von der Größe des Primärstromes im Bereich oberhalb, des Kleinststro:mwe:rtes im wesentlichen unabhängigen Stromimpulse- zum Antrieb oder zur Steuerung des beweglichen Teiles der Anordnung herab,-gezogen werden. Dies bedeutet gegenüber den bekannten Triebwerken oder Synchronmotoren eine wesentliche Verbesserung, indem einerseits ein sehr großer Strombereich beherrscht werden kann, während andererseits die Hochspannungsisolation zwischen Primärleitung und Eisenkern, erspart werden kann, wodurch die Weglänge des magnetischen Kreises äußerst klein gewählt werden kann. Als Material für den Kern wird mit besonderem Vorteil eine der an sich bekannten hochmagnetischen Eisenlegierungen verwendet, wie sie unter dem Namen -Mumetall, Permalloy, Legierung iod.o (vgl. ATM Z 913/i-5) im Handel erhältlich sind. Es fließen dann in der Sekundärwicklung des Wandlers bei Belastung mit einer kleinen Bürde bei jedem Stromnulldurchgang des Primärstromes sehr kurzzeitige Stromimpulse in abwechselnder Richtung, deren Größe angenähert proportional der maximalen Flußänderung im Wandlerkern und im wesentlichen unabhängig von der Größe des Primärstromes ist. Diese Erscheinung, die im gesamten Bereich oberhalb des Kleinstromwerte:s, für den das. Gerät bemessen ist, auftritt, beruht auf der besonderen Gestalt der Magnetisierungskurve des für den Wandlerkern verwendeten Werkstoffes, welche schon bei kleinen Stromwerten den. Sättigungszustand erreicht und demgemäß äußerst steil verläuft. Die in der Sekundärwicklung auftretenden Stromimpulse werden erfindungsgemäß zum Antrieb: oder zur Steuerung des beweglichen Teiles der. Anordnung benutzt. Ihre Unabhängigkeit von der Größe des Primärstromes vereinfacht die Aufgabe der Schaffung eines mechanischen Gehwerkes erheblich. Ihre regelmäßige zeitliche Folge im Rhythmus des Primärstromes verbürgt einen zeitlich genauen Gang des Triebwerkes.
• Im folgenden seien die Erfindungsmerkmale an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. In Fig. i ist io der Primärleiter des Wandlers, i i der Wandlerkern. Die Sekundärspule i2 besteht vorzugsweise aus einer einzigen Windung, welche drehbeweglich gelagert ist. Sie steht unter Einwirkung eines magnetischen Querfeldes, das von einem Dauermagneten 13 erzeugt wird. Dadurch werden die die Sekundärwicklung durchfließenden Stromimpulse in Kraftimpulse -wechselnder Richtung umgewandelt, unter deren Einfluß die Sekundärwicklung hin und her schwingt. Die Sekundärwicklung selbst kann also als mechanischer Übertrager benutzt werden. Dadurch lassen sich die unvermeidlichen Energieverluste äußerst klein halten. Auch sind keine flexiblen Zuführungsleitungen erforderlich, die für die Frequenz des Primärstromes schwingungsfest ausgebildet sein müßten.
• Da der Ringkern i i des Wandlers magnetisch hochgesättigt ist, ist es vorteilhaft, ihn für das Querfeld durch ein nichtgesättigtes magnetisches Teil, beispielsweise einen Anker, zu überbrücken. Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel auf den Wandlerkern i i zwischen den Polen NS des Dauermagneten 13 ein U-förmiges, magnetisch leitendes Teil 14, das nicht gesättigt ist, aufgesetzt.
• Um die das magnetische Querfeld erzeugende Einrichtung räumlich vorteilhaft unterzubringen und sie gegen die Einflüsse des von dem Primärstrom herrührenden, im Fall von Kurzs:chlußströmen sehr starken Feldes zu schützen, kann man sie nach der weiteren Erfindung im Innern des Primärleiters anordnen. Demgemäß ist bei dem Ausführungsbeispiel der Primärleiter io rohrförmig ausgebildet, und der Dauermagnet 13 ist mit dein größten Teil seines Volumens im Innern des Primärleiters untergebracht, so daß er durch hohe Kurzschlußströme nicht entmagnetisiert werden kann. Mit seinen beiden Polen A'S, zwischen welchen die bewegliche Sekundärwicklung 12 schwingt, ragt er durch eine Öffnung in der Wandung des rohrförmigen Leiters io nach außen.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Dauermagnet 13 mit den Polen NS vollständig innerhalb des Primärleiters angeordnet. Er ist mit Polschuhen 15, 16 aus.Weicheisen versehen, die durch die Wandung des rohrförmigen Primärleiters io nach außen ragen.
• In, vielen Fällen ist es vorteilhaft, die aus dem Innern des Primärleiters herausragenden magnetisch leitenden Teile der das Querfeld erzeugenden Einrichtung zum Schutz gegen die magnetische Rüclnv irkung des die Sekundärspule durchfließenden Stromes mit Kurzschlußwindungen zu versehen. Zweckmäßig bestehen solche Kurzschlußwindungen aus einem Stück mit dem Primärleiter. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden durch die um jeden der .beiden Polschuhe herum getrennt sich schließendenWandteile des Rohrleiters io ebenfalls derartige Kurzschlußwindungen gebildet.
• Die Bewegung der Sekundärspule 12 kann nach der weiteren Erfindung unmittelbar mechanisch auf ein Schrittschaltwerk, z. B. ein. Steigrad, übertragen werden, derart, dal sich dieses bei jeder Schwingung schrittweise weiterbewegt. Hierfür ist es vorteilhaft, daß die Sekundärwicklung bzw. Schwingspule mit gleichbleibender Amplitude schwingt, damit das Steigrad jeweils nur um einen ganz bestimmten Schritt fortgeschaltet wird. Gerade hierbei wirkt sich das Gleichbleiben der den Impulsen innewohnenden Energiebeträge besonders günstig aus.
• Beim Gegenstand der Erfindung soll demgemäß das Getriebe nach Möglichkeit so ausgebildet sein, daß die Amplitude. der Schwingspule praktisch konstant und außerdem die Bewegung der mechanischen Einrichtung, auf welche die Bewegung der Schwingspule übertragen wird, möglichst vollkommen gleichförmig ist.
• Eine Ausführungsmöglichkeit der mechanischen Übertragungseinrichtung, mit der dies bei geeigneter Bemessung der einzelnen Teile in völlig befriedigender Weise erreichbar ist, ist in Fig. 3 schematisch angegeben. Die Schwingspule bzw. ein mit ihr verbundenes Teil 2o ist mit zwei Schaltklinken 2r, 22 verbunden, die derartig auf ein Steigrad 23 einwirken, daß das Steigrad beim Ausschwingen der Spule nach jeder dar beiden Richtungen um einen Schritt weiterbewegt wird. Um die Bewegung zu vergleichmäßigen, sind harte elastische Endanschläge 24 vorgesehen, zwischen: denen die Sekundärspule bzw. ein mit ihr verbundenes. Teil hin und her schwingt. Durch diese Endanschläge wird die Amplitude der schwingenden Teile auf ein bestimmtes Maß begrenzt. Außerdem läßt es: sich mit ihrer Hilfe erreichen, daß jeweils am Ende einer Schwingbewegung ein beträchtliches Teil der den hin und her schwingenden: Massen innewohnenden Energie reflektiert wird, so daß die Winkelgeschwindigkeit des Steigrads praktisch konstant gehalten werden kann.
• Bei einer gewissen Dämpfung der Schwingspule und entsprechend abgeglichener Masse der bewegten Teile ist leicht Synchronismus zwischen Stromimpuls und Schaltimpuls zu erreichen.
• Unter Umständen ist es vorteilhaft, anstatt von vier Anschlägen 2q., wie sie das Ausführungsbeispiel zeigt, deren nur zwei, also ein Paar Endanschläge zu verwenden.
• Die Erfindung, deren Ausführungs:- und Anwendungsmöglichkeiten sich nicht auf die hier angegebenen Beispiele beschränken, ist besonders für überstromauslöser mit stromunabhängiger Verzögerung von großem Vorteil. Anordnungen der angegebenen Art halten bei entsprechender Bemessung des Primärleiters ohne weiteres Kurzächlußs.trörne bis zum iooofachen Nennstrom aus und können leicht so ausgebildet werden, daß ein und dasselbe Modell für Nennstromstärken im Bereich von 6 bis iooo Ampere verwendbar ist. Außer für Überstromzeitauslöser sind die Vorschläge der Erfindung aber auch für viele andere elektrische Geräte, beispielsweise für Zähler öder für Uhren, von Bedeutung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Synchronlaufendes Wechsel.s.tromtriebwerk, insbesondere als, Zeitwerk für Überstromauslöser in Hochspannungsanlagen mit stromunabhängiger Zeitverzögerung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwandler, dessen Kern: aus einem schon bei der kleinsten Primärstromstärke, für die das Gerät bemessen ist, magnetisch hochgesättigten Stoff besteht, als Impulserzeuger verwendet wird und daß die in der Sekundärwicklung bei jedem Stromnulldurchgang des Primärstromes, in abwechselnder Richtung auftretenden., von der Größe des Primärstromes im Bereich oberhalb des Kleinststromwertes im wesentlichen unabhängigen Stromimpulse zum Antrieb oder zur Steuerung des beweglichen Teiles der Anordnung dienen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (12), die vorzugsweise aus einer einzigen Windung besteht, beweglich in einem magnetischen Querfeld (13) angeordnet ist, so daß die Stromimpulse in Kraftimpulse wechselnder Richtung auf die Sekundärwicklung umgewandelt werden.
3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtgesättigtes, magnetisch leitendes Teil (14) zur Überbrückung des hochgesättigten Wandlerkerns (i i) für das. Querfeld vorgesehen ist. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärleitung (io) hohl ausgebildet und ihr feldfreies Innere zur Unterbringung der Einrichtung, welche das magnetische Querfeld (13) erzeugt, insbesondere eines Dauermagneten, ausgenutzt ist. 5. Anordnung nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß der das Querfeld erzeugende Dauermagnet (13) vollständig im Innern des Primärleiters. (io) angeordnet und mit Polschuhe (15, 16) aus Weicheisen versehen ist, die aus dem Innern des Primärleiters herausragen. 6. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Innern des. Primärleiters herausragenden magnetisch leitenden: Teile der das Querfeld erzeugenden Einrichtung zum Schutz gegen die magnetische Rückwirkung des die Sekundärpulse durchfließenden Stromes mit Kurzgchlußwindungen versehen sind, welche zweckmäßig mit dem Primärleiter aus einem Stück bestehen (Fig.2). 7. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (12) auf ein Schrittschaltwerk (-23), insbesondere ein Steigrad., mechanisch einwirkt, derart, daß sich dieses bei jeder Schwingung schrittweise weiterbewegt (Fig.3). B. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der hin und her schwingenden Sekundärspule (12) zwei Schaltklinken (21, 22) derartig angeordnet sind, daß die Spule beim Ausschwingen nach jeder von beiden Richtungen das Schrittschaltwerk um einen Schritt weiterbewegt. g. Anordnung nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärspule (12) bzw. ein mit ihr verbundenes Teil (2o) zwischen harten elastischen Endanschlägen (24) hin und her schwingt, welche einen beträchtlichen Teil der den hin und her schwingenden Massen innewohnenden Energie reflektieren. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 299 823, 588 836, 662 112, 678 25o; USA.-Patentschrift Nr. 1 852 61.4.