Schnellwirkender Überstromschalter. Besonders bei Gleichstrommaschinen sind Kurzschlüsse schädlich, da sie oft zu Rund feuer an den Kollektoren führen. Man hat daher seit jeher versucht, für den Schutz von solchen Maschinen Schalter zu bauen, die den Kurzschlussstrom so rasch abschalten, dass er seinen Höchstwert nicht mehr er reichen kann.
Als konstruktiv beste Lösung hat sich diejenige verallgemeinert, bei welcher das bewegliche Schaltglied eines Haltemagnetes entgegen der Wirkung einer Feder in der Schliessstellung festgehalten wird. Damit der Schalter sich öffnet, muss daher der magne tische Fluss im ganzen Haltemagnet oder auch nur im Anker zum Verschwinden ge bracht werden. Bei den meisten bekannten Ausführungsformen besitzt der Haltemagnet mindestens zwei Spulen, eine Ilaltespule, die in Nebens.chlussschaltung von einem kon stanten Strom und einer Auslösespule, die in Reihenschlussschaltung vom abzuschalten den Strom durchflossen wird. Letztere Spule kann auch, nur aus einer einzigen Windung in Form eines durchgesteckten Stabes be stehen.
Alle diese Unterbrecher haben in mehr oder weniger starkem Masse den Nachteil gemeinsam, dass die Nebenschluss- und Reihen schlusswicklungen stets miteinander verkettet sind, was zu einer unangenehmen Verzöge rung der Abschaltzeit führen muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eben falls einen Überstromschalter, dessen Schalt glied vom Anker eines Haltemagnetes ent gegen der Wirkung einer Feder in Schliess stellung gehalten wird. Erfindungsgemäss wird der Haltemagnet über eine Elektronenröhre gespeist, deren Gitterspannung in Abhängig keit des Stromes im Kreise des Schaltgliedes so abnimmt, dass die Haltewirkung des Magnetes bis zum Abreissen des Ankers und dem Unterbrechen des Stromes durch das Schaltglied abnimmt.
. Fig. 1 beiliegender Zeichnung zeigt sche matisch ein Ausführungsbeispiel des Erfin dungsgegenstandes. 1 ist das bewegliche Schaltglieds welches vom Anker 3 des Halte- magnetes 4 entgegen der Zugkraft der Feder 2 in der Schliessstellung festgehalten wird. Der Haltemagnet 4 besitzt nur eine einzige Wicklung 5, die im Nebenschluss, d. h. an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlos sen ist. In Reihe zur Wicklung 5 ist eine Elektronenröhre 6 geschaltet, die als Ventil zu wirken bat, d. h. die nur so viel Strom durchlässt, als der Spannung an ihrem Gitter <B>69</B> entspricht. Die Heizung der Kathode ist in Fig.1 zur Vereinfachung des Schemas absichtlich weggelassen worden.
Das Gitter <B>6,</B> wird von derselben Stromquelle über einen Spannungsteiler 8 gespeist. Durch einen Teil 9 der Wicklung des ohmschen Spannungs- teilers 8, die hierfür bemessen ist, wird der abzuschaltende Strom geführt, so dass sich sein Spannungsabfall im Widerstand 8 von der Gitterspannung E, subtrahiert.
Durch entsprechende Bemessung' des Ohmwertes R des Widerstandes zwischen den Punkten Po und P1 in bezug auf den Gesamtwiderstand zwischen Po und P° kann man erreichen, dass die Gitterspannung vom Wert E, bei zunehmendem Kurzschlussstrome bis auf einen beliebigen Wert (auch einen negativen) her absinkt. Der Verlauf der Spannung längs des Spannungsteilers 8 ist in Fig.2 gra phisch angedeutet.
Auf der Abszissenaxe ist der Widerstand des Spannungsteilers 8 auf getragen mit den Punkten Po bis P4. Auf der Ordinatenaxe erscheinen die Spannungen. E$ ist die konstante Spannung des Halte kreises, Eg die Spannung am Gitter der Röhre,
<B>ER"</B> der Spannungsabfall im Wider stand R zwischen den Punkten Po und Pi beim Normalstrom in und ERa derselbe Ab fall beim Kurzschlussstrome ia. Zwischen den Punkten Pi und P4 wächst die Spannung bei Kurzschluss vom Werte E$ -E-- <B>ER.,</B> (wo bei<B>ER"</B> sehr klein ist im Verhältnis zu E$) auf den Wert<B>ER</B> -+- ERg (wobei ERg die Grössenordnung von E, erreicht).
Infolge der linearen Verteilung der Spannung längs des Spannungsteilers zwischen Pi und P4 (es sei vorerst angenommen, der Widerstandsteil 10 zwischen Pi und P2 sei gleich gewickelt wie der Teil zwischen Pa und P4) fällt die Span- nung im Punkte Ps vom Wert E', auf Null oder darunter. I)ie Röhre 6 wird entspre chend ihrer Kennlinie gar keinen oder nur einen geringen Anodenstrom durchlassen; der magnetische Fluss im Magnet 4 und Anker 3 geht entsprechend zurück, und der Anker wird von der Feder 2 zurückgerissen;
womit das bewegliche Schaltglied 1 den Kurzschluss- strom unterbricht. In diesem Moment ver schwindet auch der Spannungsabfall im Span- nungsteilerstück 9, und die Gitterspannung schnellt hoch auf den Wert E.. Der Fluss im Eisen will sich wieder aufbauen. Der Anker 3 muss jedoch mechanisch wieder zu gestellt werden, bevor die Zugkraft des Magnetes die Federkraft übersteigen kann.
Der beschriebene Schnellschalter kann auch empfindlich auf den Stromanstieg
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des Kurzschlussstromes gemacht werden, was in gewissen Fällen zur Erhöhung der Selek tivität in Netzen erwünscht sein kann. Es wird dann entsprechend Fig. 1 im Haupt kreis ein Stromwandler 11 in Serie zum Widerstand 9 geschaltet. Die sekundäre Wicklung dieses Wandlers wird dann über den Widerstandsteil 10 des Spannungsteilers 8 geschlossen. Dadurch wird in dem Gitter kreis der Röhre eine weitere gegenelektro- motorische Kraft erzeugt, die proportional
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ist. Der Verlauf der Spannung längs dem Spannungsteiler 8 kann nach den gestrichel ten Linien in Fig. 2 erfolgen.
Der Ohmwert des Widerstandsteils 9 kann auf R' redu ziert werden. Zum Abfall ER,g im Punkt P1 addiert sich im Punkt P2 der Abfall Esx des Widerstandsteils 10, der proportional
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ist, da der sekundäre Strom des Wandler 11 proportional der Fluxänderung, also der Än derung des Primärstromes ist. Statt eines Wandlers könnte auch eine einfache Drossel spule, welche im Schema Fig. 1 die Stelle der Primärwicklung des Stromwandlers 11 einnimmt, genommen werden.
Die gegen elektromotorische Kraft an den Klemmen dieser Drossel wäre gleich
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wobeiL ihre Induktivität ist. Diese EMK würde durch den Widerstandsteil 10 einen Strom hindurch treiben, der also ebenfalls propor. tional der Stromänderungsgeachwindigkeit
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ist.
Durch entsprechende Bemessung der Widerstandsteile 9 und 10 kann die Ver teilung der Spannung längs dem Spannungs- teiler 8 zwischen P2 und P4 für einen be stimmten Kurzschlussstrom il, mit einer be stimmten Änderungsgeschwindigkeit wieder so erzwungen werden, dass die Spannung am Gitter der Röhre und mit ihr der Anoden strom, d. h. der Haltestrom des Magnetes 5 so weit sinkt, dass das bewegliche Schalt glied 1 geöffnet wird.
Wie weiter oben erläutert wurde; dient die Elektronenröhre 6 dazu, wie ein Ventil. bei einem bestimmten Kurzschlussstrom oder einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit des Kurzschlussstromes den Halteatrom zu reduzieren, eventuell bis auf Null. Bei ab nehmendem Strom wird jedoch in der Spule 5 des Haltemagnetes 4 eine GEMK indu ziert, die proportional der Änderungsge schwindigkeit des Haltestromes ist. Diese Spannung addiert sich zur konstanten Span nung EH und erhöht dadurch die Anoden spannung an der Röhre 6.
In der Fig. 3 ist für eine Elektronenröhre der charakteristische Verlauf der Kennlinien Anodenstrom in Funk tion der Gitterspannung für verschiedene Anodenspannungen dargestellt. Arbeitet man mit einer Anodenspannung von 30 % der maximalen Spannung und einem Anoden strom vom Werte a, so muss bei konstanter Anodenspannung die Gitterspannung vom positiven Wert b auf den negativen Wert c abnehmen, bis der Anodenstrom Null wird.
Wächst während des Vorganges der Abnahme der Gitterspannung die Anodenspannung auf das Doppelte, so muss nach der Kennlinie für 60 0% Spannung die Gitterspannung auf den negativen Wert d abnehmen, bis der Anodenstrom Null wird.
Auf die Anwendung der Röhre 6 würde es bedeuten, dass beim konstanten Ohmwert der Widerstände 9 und 10 der Anodenstrom nicht bis auf Null, sondern - nur auf den Wert e abnimmt. Es könnte daher bei grosser Änderungsgeschwindigkeit des Kurzschluss- stromes, die auch eine grosse Änderungsge schwindigkeit des Anodenstromes mit sich bringt, der Schalter 1 nicht auslösen.
Es wird nun dieser Nachteil dadurch auf gehoben, dass im Anodenkreis ein Wider stand 7 geschaltet wird, in welchem eine EMK erzeugt wird, die proportional der Änderungsgeschwindigkeit des Kurzschluss- stromes ist und der induktiven EMK der Haltespule 5 entgegengerichtet ist. Zu diesem Zwecke ist im Hauptkreis ein Stromwandler 12 eingebaut, dessen Sekundärwicklung über den Widerstand 7 gescblossen ist.
Wird nun nach der angegebenen Lösung der Strom in der Wicklung 5 des Halte magnetes 4 zum Verschwinden gebracht, so verbleibt während der ganzen Zeit, die der Vorgang braucht, an den Klemmen der Wicklung 5 eine
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Diese Spannung ladet alle Kapazitäten zwischen den einzelnen Windungen, Spulen usw. auf.
Sobald der Strom aufgehört hat abzunehmen, verschwindet die induzierte Eh1K. Die Span nung, die an den Kapazitäten verblieben ist, entladet sich über die Spuleninduktivität. Es entsteht ein Schwingungsvorgang, der so lange dauert, bis die im Felde des Halte magnetes aufgespeicherte magnetische Energie
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in den ohmschen Widerständen der Wicklung, in der Ableitung der Kapa zitäten und in der Ummagnetisierungsarbeit des Eisens aufgezehrt ist.
Es sind deshalb parallel zur ganzen Wicklung 5 Konden satoren 14 mit Widerständen 13 in Reihe geschaltet, die so bemessen sind, dass die Eigenfrequenz des abklingenden Wechsel stromes, der in diesem Kreise mit Induk- tivität, Kapazität und Widerstand bei Ver schwinden der äussern Spannung fliesst, Null wird und der Strom selbst so rasch abnimmt, dass der Abschaltvorgang durch ihn nicht gestört wird.