DE1001384B

DE1001384B - Device to limit the current of an electrical oscillation by using the saturation properties of ferromagnetic cores

Info

Publication number: DE1001384B
Application number: DEN6147A
Authority: DE
Inventors: Adriaan Rademakers; Johannes Meyer Cluwen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-10-01
Filing date: 1952-09-27
Publication date: 1957-01-24

Description

Vorrichtung zur Strombegrenzung einer elektrischen Schwingung durch Ausnutzung der Sättigungseigenschaften ferromagnetischer Kerne Die Erfindung bezieht sieh auf eine Vorrichtung zur Strombegrenzung einer elektrischen Schwingung durch Ausnutzung der Sättigungseigenschaften ferromagnetischer Kerne, und die von dieser Vorrichtung zu lösende Aufgabe besteht darin, daß sie bei Stromamplituden unterhalb eines vorgeschriebenen Wertes nahezu keine Scheinleistung aufnimmt, somit eine geringe Impedanz darstellt, während sie bei weiterer Stromzunahme über diesen vorgeschriebenen Wert hinaus eine beträcbtl-idhe Impedanz bildet.Device for limiting the current of an electrical oscillation Exploitation of the Saturation Properties of Ferromagnetic Cores The invention relates to see a device for limiting the current of electrical oscillation Exploitation of the saturation properties of ferromagnetic cores and those of them The object to be solved device is that it is below current amplitudes of a prescribed value consumes almost no apparent power, thus a low one Impedance represents, while it is prescribed in the event of a further increase in current above this Value also forms a considerable impedance.

Es ist bereits bekannt, Drosselspulen zum Vermindern des Einflusses von Strom- oder Spannungsschwankungen zu verwenden bzw. dazu, einen Strom in zulässigen Grenzen zu halten. Hierbei wird eine im magnetischen Fluß Eisen enthaltende und ihre Größe infolge Eisensättigung ändernde Ind,uktivität in dien Stromkreis geschaltet. Diese bekannten Anordnungen weisen jedoch den durch die Erfindung bekämpften Nachteil auf, daß sich bei zunehmendem Strom nur eine verhältnismäßigschwache Änderung der Drosselspulenimpedanz ergibt.It is already known to use inductors to reduce the influence of current or voltage fluctuations or to use a current in permissible To keep boundaries. Here, an iron contained in the magnetic flux and their size due to iron saturation changing inductivity is connected to the circuit. However, these known arrangements have the disadvantage countered by the invention on that with increasing current there is only a relatively weak change in the Choke coil impedance results.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist durch eine von dem zu begrenzenden Strom durchflossene Wicklung gekennzeichnet, die einen praktisch wirbelstromfreien ferromagnetischen Kern umgibt, der in dem magnetischen Kreis eines Dauermagneten aus im wesentlichen nichtleitendem Material mit einer Koerzitivfeldstärke über 750 örsted liegt, der den Kern derart vormagnetisiert, daß die an den Klemmen der Wicklung in Erscheinung tretende Wechselstromimpedanz bis zu einem vorgeschriebenen Wert (Grenzs-tromivert) des die Wicklung durchfließenden Stromes beträchtlich kleiner ist als die Wechselstromimpedanz, welche an den Klemmen dieser Wicklung bei Strömen herrscht, die diesen vorgeschriebenen Wert übersteigen.The device according to the invention is to be limited by one of the Characterized current-carrying winding, which is practically free from eddy currents surrounding ferromagnetic core, which is in the magnetic circuit of a permanent magnet made of essentially non-conductive material with a coercive field strength of more than 750 örsted lies, which pre-magnetizes the core in such a way that the at the terminals of the winding AC impedance appearing up to a prescribed value (Grenzs-tromivert) of the current flowing through the winding is considerably smaller is than the alternating current impedance, which is present at the terminals of this winding for currents prevails that exceed this prescribed value.

Die Erfindung wird an Hand der in den Fig. 1, 4 und 5 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sowie der Magnetisierungsc narakteristik nach Fig.2 und der Irnpedanzcharakteristik nach Fig.3 näher erläutert.The invention will be illustrated with reference to FIGS. 1, 4 and 5 of the drawings illustrated embodiments as well as the magnetization characteristics according to Fig.2 and the impedance characteristic according to Fig.3 explained in more detail.

Entsprechend Fig. 1 der Zeichnung durchfließt der von einer Wechselspannungsquelle L gelieferte, zu begrenzende Strom i eine Belastungsimpedanz R und die Wicklung 1, die auf einem durch Lamellierung, gegebenenfalls durch richtige Wahl des Materials, praktisch wirl)-elstromfreien ferromagnetischen Kern 2 aufgebracht ist, der einen Bestandteil des magnetischen Kreises 2, 3, 4, 5 bildet, der im übrigen aus einem Dauermagneten 3 aus im wesentlichen nichtleitendem Material mit einer Koerzitivfeldstärke über 750 örsted und aus den ebenfalls wirbelstromfreien ferromagnetischen Körpern 4 und 5 besteht. According to FIG. 1 of the drawing, the current i , which is supplied by an alternating voltage source L and is to be limited, flows through a load impedance R and the winding 1, which is applied to a ferromagnetic core 2 which is practically free of electrical currents by lamination, possibly by the correct choice of material, which forms part of the magnetic circuit 2, 3, 4, 5, which also consists of a permanent magnet 3 made of essentially non-conductive material with a coercive field strength of over 750 örsted and the ferromagnetic bodies 4 and 5, which are also free of eddy currents.

Der Dauermagnet 3 bewirkt, daß der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskurve des ferromagnetischen Materials des Kernes 2 an die,in Fig. 2 mit A bezeichnete Stelle rückt, an der für kleine Wechselströme in der Wicklung 1 die beiden Zweige m und n der Magnetisierungskurve sich nahezu decken. Infolgedessen sind einerseits die im Kern 2 auftretenden Verluste nahezu vernachlässigbar, da die infolge der Wechselstrommagnetisierung um den Punkt A beschriebenen Hysteresisschleifen innerhalb der Magnetisierungskurve fallen und praktisch strichförmig sind, und andererseits ist die Selbstinduktion der Wicklung 1 sehr gering, weil die Neigung der Tangente an den Punkt A, die der Effektivpermeabilität des Kernes 2 entspricht, gering ist.The permanent magnet 3 causes the working point on the magnetization curve of the ferromagnetic material of the core 2 to move to the point designated A in FIG. 2, at which the two branches m and n of the magnetization curve almost coincide for small alternating currents in the winding 1 . As a result, on the one hand the losses occurring in the core 2 are almost negligible, since the hysteresis loops described as a result of the alternating current magnetization around point A fall within the magnetization curve and are practically line-shaped, and on the other hand the self-induction of the winding 1 is very low because the inclination of the tangent at the Point A, which corresponds to the effective permeability of the core 2, is low.

Wächst die Stromstärke so weit, claß die Momentanwerte der Feldstärke h im Kern 2 den Knick C der Magnetisierungskurve überschreiten, so sind die nunmehr durchlaufenen Hysteresisschleifen in der Nähe dies Punktes C nicht nur nicht mehr strichförmig, wie durch die gestrichelte Linie in Fig.2 angedeutet, sondern es wird zugleich die Neigung dieser Hysteresisschledfen größer, was einer Steigerung der Effelctivpermeab @ilität des Kreises 2 und infolgedessen der Selbstinduktion der Spule 1 entspricht. Die Gesamtimpedanz Z (Fig. 3) zwischen den Enden der `'Wicklung 1 hat demnach unterhalb des dem Wert C entsprechenden Wertes i, des Stromes i einen annähernd konstanten kleinen Wert Z", während sie beim Übersteigen der Stromstärke i. beträchtlich mit der Stromstärkei zunimmt. Bei sehrgroßenStromstärken, bei denen die ganze Magnetisierungskurve nach Fig. 2 durchlaufen wird, nimmt gemäß Fig. 3 die Impedanz langsam wieder ab. Die Vorrichtung wird derart bemessen, daß die Belastungsimpedanz R bei der Stromstärke i. zwischen dem kleinsten Impedanz-wert Z, und dem größten Impedanz-wert Z. der Wicklung 1 liegt.If the current strength grows so much, the instantaneous values of the field strength are used h in core 2 exceed kink C of the magnetization curve, they are now passed through hysteresis loops in the vicinity of this point C not only no longer line-shaped, as indicated by the dashed line in Figure 2, but it is at the same time the inclination of these hysteresis slings larger, which increases the Effective permeability of circle 2 and consequently the self-induction of the Coil 1 corresponds to. The total impedance Z (Fig. 3) between the ends of the '' winding 1 therefore has a value below the value i, the current i, which corresponds to the value C. approximately constant small value Z ", while at the Exceed the current i. increases considerably with the intensity of the current. With very high currents, in which the entire magnetization curve according to FIG. 2 is traversed, increases according to Fig. 3 the impedance slowly decreases again. The device is dimensioned such that the load impedance R at the current i. between the smallest impedance value Z, and the greatest impedance value Z. of winding 1.

Bei der soweit erläuterten Vorrichtung wird jeweils nur die eine Halbwelle des Stromes i begrenzt, nämlich die Halbwelle in der negativen Phase der entsprechenden Feldstärke h (Fig. 2). Falls die Begrenzung beider Stromhalbwellen gewünscht ist, wird ein zweiter Kern 2' mit einer zweiten Wicklung 1' vorgesehen, die gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 1 (wobei die Leitung a unterbrochen wird) in entgegengesetztem Sirine von dem zu begrenzenden Strom i durchflossen wird, so daß bei- Überschreitung des Grenzstromwertes für die eine Strom'halbwelle die Wicklung 1 und für die Stromhalbwelle entgegengesetzter Polarität die Wicklung feine große Impedanz bildet. Die in der Belastungsimpedanz R erzeugte Energie nimmt infolgedessen bei wachsender Stromstärke i praktisch nicht weiter zu.In the device explained so far, only one half-wave is used of the current i is limited, namely the half-wave in the negative phase of the corresponding Field strength h (Fig. 2). If the limitation of both current half-waves is desired, a second core 2 'is provided with a second winding 1', which according to FIGS dashed lines in Fig. 1 (with the line a being interrupted) in opposite Sirine is traversed by the current i to be limited, so that when it is exceeded of the limit current value for one current half-wave for winding 1 and for the current half-wave opposite polarity the winding forms fine large impedance. The one in the Load impedance R generated energy decreases as the current increases i practically stuck to it.

Der Danermaget 3 ist zweckmäßig in der Richtung NS, die. sich mit der Richtung seiner kürzesten Kante deckt, magnetisiert und besitzt einen beträchtlich größeren Querschnitt als die Kerne 2 bzw. 2'. Infolgedessen wird die Änderung des magnetischen Widerstandes des Kreises 2, 3, 4, 5 im wesentlichen durch diejenige des Kernes 2 bedingt, und in diesem Fall ergibt sich ein größeres #7ethältnis Z.IZo des größten zum kleinsten Wert der Impedanz Z.The Danermaget 3 is useful in the direction NS, the. with the direction of its shortest edge covers, magnetizes and has a considerable larger cross-section than the cores 2 or 2 '. As a result, changing the magnetic resistance of the circuit 2, 3, 4, 5 essentially by that of the core 2, and in this case there is a larger # 7ethaltnis Z.IZo the largest to the smallest value of the impedance Z.

Das Material des Dauermagneten soll eine hohe Koerzitivfeldstärke haben, und da es außerdem dem Einfluß magnetischer Wechselfelder ausgesetzt ist, soll es im wesentlichen nichtleitend sein, um bei kleinen Stromstärken keine durch Wirbelstromverluste erhöhte Leistungsaufnahme der Vorrichtung nach der Erfindung zu verursachen. Ein für diesen Zweck geeignete,s Material besteht im wesentlichen aus nichtkubischen Kristallen von Polyoxyden des Eisens und mindestens eines der Metalle Barium, Strontium, Blei und gegebenenfalls Kalzium.The material of the permanent magnet should have a high coercive field strength and since it is also exposed to the influence of alternating magnetic fields, it should be essentially non-conductive so as not to pass through at low currents Eddy current losses increased power consumption of the device according to the invention to cause. A material suitable for this purpose essentially consists of non-cubic crystals of polyoxides of iron and at least one of the Metals barium, strontium, lead and possibly calcium.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1, bei der die ferromagnetischen Teile 2, 4 und 5 zu einem Ganzen vereinigt sind und z. B. in einfacher Weise aus Lamellen parallel zur Zeichnungsebene bestehen können.Fig. 4 shows a modification of the device according to FIG. 1, in which the ferromagnetic parts 2, 4 and 5 are combined into a whole and z. B. can easily consist of slats parallel to the plane of the drawing.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Wicklung 1 auf dem Dauermagneten 3 angeordnet, dessen Magnetisierungsrichtung mit N-S angedeutet ist, und der durch den Dauermagneten 3 vormagnetisierte Teil 2, 4, 5 des magnetischen Kreises 2, 3, 4, 5 umgibt die Außenflächen des Wickelkörpers der Wicklung 1. Hierdurch entsteht eine gedrungene Bauart, die nur ein geringes Streufeld aufweist.In the embodiment according to FIG. 5, the winding 1 is on the permanent magnet 3 arranged, the direction of magnetization is indicated by N-S, and by the permanent magnet 3 premagnetized part 2, 4, 5 of the magnetic circuit 2, 3, 4, 5 surrounds the outer surfaces of the winding body of the winding 1. This creates a compact design with only a small stray field.

Unter Ausnutzung der Tatsache, daß beim Überschreiten des Stromes des vorgeschriebenen Wertes i. eine beträchtliche Änderung des Magnetflusses im Kreis 2, 3, 4, 5 auftritt, kann man in einfacher Weise eine Alarmvorri_dhtung, z. B. eine mit einer Koppelwicklung 7 verbundene Glühlampe 8 (Fig. 1) oder eine zwischen den ferromagnetischen Teilen parallel zum Kern 2 bzw. 2' angeordnete (nicht dargestellte) Summermembran, betätigen.Taking advantage of the fact that when the current is exceeded the prescribed value i. a considerable change in the magnetic flux in the Circle 2, 3, 4, 5 occurs, you can easily set an Alarmvorri_dhtung, z. B. a connected to a coupling winding 7 incandescent lamp 8 (Fig. 1) or between the ferromagnetic parts parallel to the core 2 or 2 '(not shown) Buzzer membrane, press.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for limiting the current of an electrical Vibration by utilizing the saturation properties of ferromagnetic cores, characterized by a winding through which the current to be limited flows, which surrounds a practically eddy current-free ferromagnetic core, which in .dem magnetic circuit of a permanent magnet made of essentially non-conductive material with a coercive field strength of over 750 Örsted, which pre-magnetizes the core in such a way that that the alternating current impedance appearing at the terminals of the winding up to a prescribed value (limit current value) this flowing through the winding Current is considerably smaller than the alternating current impedance which is present at the terminals This winding prevails at currents; which exceed this prescribed value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the permanent magnet in the The direction of its shortest edges is magnetized and a considerably larger one Has cross section than the core of the winding.

3. Apparatus according to claim 2 for Limitation of both current half-waves, characterized by the series connection of two Windings with pre-magnetized in the same direction by a common permanent magnet Cores through which the current to be limited flows in opposite directions.

4. Device according to claim 2, characterized in that the pre-magnetized by the permanent magnet Part of the magnetic circuit surrounds the outer surfaces of the bobbin of the winding and the permanent magnet is located in the space enclosed by the winding body.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized by an alarm device coupled to the magnetic circuit, which when the Limit current value is actuated.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet is made of a material which consisting essentially of non-cubic crystals of polyoxides of iron and at least one of the metals barium, strontium, lead and possibly calcium. In Publications considered: German Patent Specifications No. 501491, 322 536.