Kontaktumformer: Die Erfindung betrifft einen Kontakt umformer, zur Energieübertragung zwischen einem Einphasenwechselstromnetz und einem andern Zweileitersystem, insbesondere einem Gleichstromnetz, bei welchem zur Erleichte rung der auf jeden Stromübertragungszeit- abschnitt folgenden Stromunterbrechung Mit tel zur Abflachung des Verlaufes eines dem Nullwert benachbarten Teils der Stromkurve vorgesehen isind, durch die eine strom schwache Pause hervorgerufen wird.
Bei den bekannten Umformern dieser Art ist nur eine einzige Unterbrechungseinrichtung im Leitungszuge zwischen dem Einphasen system und dem Gleichstromsystem angeord net, durch die jede zweite Halbwelle des Ein phasenstromes unterdrückt wird, so dass ein pulsierender Gleichstrom entsteht.
Dem gegenüber werden erfindungsgemäss zur Er zielung eines Gleichstromes geringerer Wel ligkeit vier Unterbrechungseinrichtungen mit paarweise um<B>180</B> elektrische Grade gegen- einander verschobenen Schliessungs- und Öff- nungszeiten nach Art der bei Ventilgleibh- richtern bekannten Vollwegschaltung (nach Graetz) angeordnet und durch,die Antriebs vorrichtung derart gesteuert,
dass sich die aufeinanderfolgenden Schliessungszeiten je zweier Unterbrechungseinrichtungen über lappen. Eine so vervollkommnete Einrich tung besitzt den Vorzug, dass wie bei den Ventilgleichrichtern. Glättungseinrichtungen verwendet werden können, durch die ein praktisch vollkommen konstanter Gleich strom erzielt wird, während bei Anwendung ähnlich wirksamer Glättungsmittel in= Ver bindung mit nur einer mechanischen Unter- brechungseinriehtung,
sofern sie überhaupt praktisch durchführbar wäre, die Gefahr be steht, dass. die Wirkung der etromabflachen- den Mittel wenigstens, zum Teil aufgehoben werden würde und damit die Kontakte der Beschädigung .durch bei der Unterbrechung entstehendes Schaltfeuer ausgesetzt sein könnten.
Mit zwei Unterbrechungseinrich tungen kann zwar geglätteter Gleichstrom mit Hilfe einer Nullpunktschaltung erzeugt werden, jedoch ist hierbei bekanntlich der Transformator schlecht ausgenutzt.
Diese Schwierigkeiten werden mit Sicher heit vermieden bei dem in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel für die Erfindung dar gestellten Kontaktumformer, .der etwa dazu dienen kann, die Gleichstrommotoren eines Triebfahrzeuges mit Energie zu speisen, die einem Einphasenwechselstromnetz entnom men wird.
Aus einer Stromschiene bezw. einem Fahrdraht 10 eines Einphasenbahn- netzes von beispielsweise 50 oder auch 162/s Per./sek. wird der Strom mittels eines Schleifbügels 11 entnommen und über die Primärwicklung 12 eines Speisetransforma tors zu der als Rückleitung dienenden Erde abgeleitet. Die von der Sekundärwicklung 22 abgehenden Leitungen verzweigen sich an den Punkten 41 bezw. 42 und führen zu vier Unterbrechungsstellen 13 bis 16. Jeder Unterbrechungsstelle ist eine sogenannte Schaltdrossel 17 bis 20 vorgeschaltet.
Diese Schaltdrosseln besitzen einen Kern aus hoch- wertigem magnetischem Werkstoff, beispiels weise aus einer besonders behandelten Eisen- Nickellegierung oder Silizium-Eisenlegie- rung, deren Magnetisierungskurve steile Flanken (entsprechend einer mittleren Per- meabilitä,t zwischen oberem und unterem Sättigungspunkt von ,um > 10 000 bis 20 000)
und einen scharfen Sättigungsknick auf- weist, wobei Eisenquerschnitt und Win- dungsza-hl der Schaltdrossel derart bemessen sind, dass der Magnetkern bereits bei einem Bruchteil des Nenästromwertes hoch gesät tigt ist.
Die Unterbrecher 13 bis 16 besitzen Ab hebekontakte, bestehend aus je zwei ruhen den Kontaktstücken, an die die Zuleitungen angeschlossen sind, und einer beweglichen Kontaktbrücke. Die Unterbrecherkontakte werden von einer gemeinsamen Welle 21 durch paarweise gegeneinander um<B>180'</B> versetzte Nocken oder Exzenter 23 bis ?6 angetrieben. Statt dessen kann auch nur ein einziger Nocken oder Exzenter vorgesehen sein, dem zwei gegeneinander um 180 ver setzte Hebelübersetzungsgetriebe zugeordnet sind, von denen jedes zwei Kontakteinrich tungen antreibt. Hierzu können mit Vorteil die im Schweizerischen Patent Nr. 211554 beschriebenen Einrichtungen verwendet wer den.
Die Öffnungsbewegung wird auf die Kontaktbriicken durch Stössel 32 zwang läufig entgegen der in Schliessrichtung wir kenden Kraft der am Gestell abgestützten Federn 33 bezw. 43 übertragen.
Die Bogen länge der Nocken bezw. die Exzentrizität der Exzenter 23-26 und ihre Stellung im Ver hältnis zu den ruhenden Kontaktteilen der Unterbrechungseinrichtungen 13-16 ist so gewählt, dass die Kontaktschliessungszeiten mehr als 180 e1. betragen, so dass sich die aufeinanderfolgenden Schliessungszeiten je zweier Unterbrechungseinrichtungen 13 und 16 bezw. 14 und 15 überlappen.
Mit der ge meinsamen Antriebswelle 21 ist ein Syn chronhilfsmotor 31 gekuppelt, der an die speisende Wechselspanung über einen zur Einstellung und Regelung der Phasenlage für die Kontaktunterbrechung dienenden Drehtransformator 36 angeschlossen ist.
Die Schaltdrosseln 17 bis 20 besitzen zu sätzliche Vormagnetisierungswicklungen 27 bis 30, die aus einer Hilfsgleichstromquelle über einen regelbaren Widerstand 34 und eine Hilfsdrosselspule 47 gespeist werden. Die Hilfsdrosselspule verhindert, dass durch die in den Wicklungen 27 bis 30 induzierten Spannungen ein überlagerterWechselstrom im Stromkreis der Hilfsgleiehstromquelle her vorgerufen werden kann.
Weitere zusätz liche Vormagnets.ierungswicklungen 37 bis 40 werden mit. synchronem Wechselstrom ge- speist, beispielsweise aus der Sekundärwick lung 22 des Speisetransformators, wobei ge gebenenfalls ein Regelwidertand 35 zur Ein stellung der Grösse des vormagnetisierenden Wechselstromes vorgesehen sein kann.
Ausserdem kann eine Einrichtung zur Rege lung der Phasenlage der Wechselstromvor- magnetisierung gegenüber der speisenden i Wechselspannung in den Hilfsstromkreis eingeschaltet sein, zum Beispiel eine Hilfs drossel 48, deren Induktivität regelbar ist.
Die regelbare Vormagnetisierung der Schalt drosseln mit Gleich- und mit Wechselstrom gestattet es" die Kommutierungsbedingungen für jeden Belastungsfäll auf den günstigsten Stand zu bringen und darüber hinaus Strom und Spannung auf der Ausgangsseite des Umformers zu regeln. Die verschiedenen Regeleinrichtungen, zu ,denen erforderlichen falls noch eine Möglichkeit zur mechanischen Verstellung de Ständers;
des. Synchronmotors 31 oder zur Verdrehung der Nocken bezw. Exzenter gegenüber der gemeinsamen An triebswelle 21 bezw. eine mechanische Ver- stelleinrichtung zur Veränderung der Kon- taktüberlappungszeiten hinzutreten kann, lassen sich miteinander in geeigneter Weise kuppeln, so dass die Steuerung .der einzelnen Grössen gleichzeitig in gegenseitiger Abhän gigkeit voneinander nach einem bestimmten Plan erfolgt, der vorher festgelegt ist,
und für jeden Betriebszustand das einwandfreie Arbeiten des. Umformers sicherstellt. Dazu können auch die in den Schweizerischen Pa tenten Nr. 208839 und 209231 beschriebenen Einrichtungen mit Vorteil verwendet werden.
Zur weiteren Erleichterung der Strom unterbrechung ist zu jeder der Unterbre chungsstellen 13 bis 16 ein den Wieder anstieg der beim . Unterbrechungsvorgang wiederkehrenden Spannung verzögernder Überbrückungsstrompfad parallel geschaltet, bestehend zum Beispiel aus einem eigens hierfür bemessenen Kondensator 45 und einem Dämpfungswiderstand 46.
Die von den Unterbrechungsstellen wegführenden An schlussleitungen sind paarweise miteinander vereinigt und über eine Glättungseinrich- tung, beispielsweise eine Drossel 49, sowie einen Überstromselbstschalter 50 zu den Gleichstromklemmen 51 geführt.
Die Inbetriebsetzung des Umformers er folgt zum Beispiel mit Hilfe eines Anlass- widerstandes 57, der in .die Zuleitung zum Speisetransformator eingeschaltet ist. Nach dem der Synchronhilfsmotor 31 angelassen ist und seine volle synchrone Drehzahl er- reicht hat, wird der Anlasswiderstand 57 all mählich kurzgeschlossen. Der Umformer arbeitet währenddessen auf eine kleine Grundlast, beispielsweise einen Widerstand 59.
Auf diese Weise ist Gelegenheit ge geben, die verschiedenen regelbaren Grössen so aufeinander abzustimmen, dass kein schäd liches Schaltfeuer an den Kontakten auf tritt, und zwar sowohl während der Inbe- triebsetzung :als auch später, nachdem mit- tels, des Sehalters 50 die Verbindung mit dem Gleichstromnetz hergestellt ist. Weitere be achtenswerte Einzelheiten für den beschrie benen Inbetriebsetzungsvorgang sind im Schweizerischen Zusatzpatent Nr. 208138 angegeben.
Zur Sicherung gegen folgenschwere Schä digungen, die durch. Unregelmässigkeiten im Wechselstromnetz oder durch Versagen der Antriebsw.orrichtung verursacht werdenkönn- ten, sind zwei Überbrückungsschalter 52 vor gesehen, die in Störungsfällen .selbsttätig an sprechen und jeweils die zu ein und,demsel ben Gleichstrompol führenden Hauptstrom leitungen an einer Stelle kurzschliessen,
die sich zwischen den näher am Wechselstrom netz liegenden Sehaltdrossseln und den näher am Gleichstromnetz liegenden Kontakten be findet. Diese Anordnungen, die auch bei Um- formungseinrichtungen mit beliebigen andern Phasenzahlen Anwendung finden kann, hat den Vorzug,
dass der vom Wechselstrom- netz verursachte- Kurzschlussstromdurch den hohen Blindwiderstand der im Störungs augenblick gerade nicht gesättigten Schalt drosseln vorübergehend auf kleine Werte be grenzt wird, so dass in der Zeit, die bis zum Auslösen eines in der Hauptspeiseleitung lie genden Selbstschalters 60 vergeht, keine so schweren Schäden an den Kontakten ent- stehen können,
die ihre völlige Betriebsun fähigkeit zur Folge haben könnten. Aber auch der wechselstromseitige Dauerkurz- schdussatrom wird -durch die sich periodisch entsättigenden Schaltdrosseln merklich herab gesetzt, so dass er für kurze Zeiten in der Grössenanordnung bis. zu einigen Sekunden tragbar ist. Die Überbrückungsschalter 52 sind mit. einander durch ein isolierendes Gestänge 63 verbunden und stehen unter dem Druck einer kräftigen Feder 58.
Nachdem sie bei der In betriebsetzung beispielsweise von Hand an gehoben sind, werden sie in dieser Stellung durch eine Sperrklinke gehalten, die sich an einem am Gestell gelagerten doppelarmigen Hebel 61 befindet. An diesem Hebel greift eine Zugfeder 62 an, ,die die Klinke auszu drücken sucht. Die Klinke wird jedoch ge halten durch einen von der Spannung des Gleichstromkreises erregten Elektromagne ten 55. In einem Störungsfalle sinkt diese Spannung rasch ab, so dass der Anker des Elektromagneten losgelassen wird und der Hebel 61 durch die Feder 62 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und damit die Sper rung der Überbrückungsschalter 52 aufge hoben wird.
Bei genügend kräftiger Bemes sung der Feder 58 und genügend kleinem Öffnungsabstand der Überbrückungskontakte kann die Empfindlichkeit der beschriebenen Kurzschlussschutzeinrichtung so hoch gestei gert werden, dass die Kurzschliessung noch in dem gleichen Stromübertragungszeitabschnitt erfolgt, in welchem die Störung eintritt. Ausser oder statt von der Gleichspannung kann die Sperrvorrichtung auch von Über strom gesteuert werden.
Zu diesem Zwec1L ist bei dem bezeichnetenAusführungsbeispiel ein Elektromagnet 54 vorgesehen, dessen Er regung mittels eines Messwiderstandes 56 von einer der Transformatorzuleitungen abge zweigt ist. Dieser Magnet 54 zieht eine Sperrklinke zurück, sobald der Strom einen vorher eingestellten Wert, zum Beispiel in folge einer Störung überschreitet. Meist wer den im Störungsfalle beide Sperreinrichtun gen .gleichzeitig bewegt.
Damit aber auch dann eine Entklinkung stattfindet, wenn nur eine der beiden Steuereinrichtungen an spricht, ist am untern Ende des Gestänges 63 ein Anschlag 53 nach Art eines Waag- balkens drehbar angeordnet, so dass er nach gibt, sobald sich nur eine der beiden Sperr klinken .löst.
Eine Umformungsanordnung der be- schriebenen Art kann auch dazu verwendet werden, aus Einphasenstrom gegebener Fre quenz Einphasenstrom von einer andern Fre quenz herzustellen. Es können auch zwei Umformungsanordnungen in Reihe verwen det werden, von denen eine den Wechselstrom gegebener Frequenz in Gleichstrom und die andere diesen Gleichstrom in Wechselstrom anderer Frequenz umwandelt.