Schalteinrichtung zum Unterbrechen lind Schliessen eines Stromkreises. Die Erfindung betrifft eine SchaItein- richtung .zum Unterbrechen und Schliessen .eines Stromkreises mit einem zur Unterbre chungsstelle parallelgeschalteten Konden sator.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, dass :innerhalb des zur Unterbrechungsstelle parallelen Strompfades eine Drossel mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist, deren Magnetkern beim Durchgang eines- Stromes von vorbestimmter Richtung und Stärke ge sättigt ist und sich bei Überschreitung eines bestimmten Wertes des Durchgangsstromes entsättigt, beispielsweise zu dem Zwecke, den bei der Öffnung der Unterbrechungs stelle zum Parallelkondensator fliessenden Ladestrom ungehindert durchzulassen,
jedoch dem bei der Schliessung über die Unterbre chungsstelle zur Entladung kommenden Kon- densatorstrom vorübergehend einen wesent lich erhöhten Widerstand entgegenzusetzen, damit der Entladungsstrom keinen schäd lichen Schliessungsfunken hervorrufen kann. Zur Erhöhung der Schaltleistung können bekanntlich mehrere sich gleichzeitig schlie ssende und öffnende Unterbrechungsstellen hintereinander geschaltet werden, auf die die Spannung durch Parallelschalten von Schein widerständen (Impedanzen) in einem Tei lungsverhältnis verteilt wird.
Das Teilungs- verhältnis kann zum Beispiel 1 : 1 sein, so dass die Spannung durch Parallelschaltun gleicher Scheinwiderstände gleichmässig ver teilt wird. Dies ist aber nicht möglich, wenn eine Sättigungsd-ros sel im Parallelpfad ein geschaltet ist. Erfindungsgemäss wird die Drossel in einem Teilungsverhältnis, zum Beispiel 1 :
1, unterteilt, und ihre einzelnen Teile werden zusammen mit entsprechenden Teilen der übrigen Scheinwiderstandseinhei- ten (Impedanzen) des Parallelpfades in den zu den einzelnen Unterbrechungsstellen par allelliegenden Teilstromkreisen dem Tei- dungsverhäItnis entsprechend verteilt ange ordnet. In der Zeichnung sind verschiedene Aus- führungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Fig.1 und 2 enthalten einphasige Selialt- bildcr der grundsätzlichen Anordnung sowie einer weiteren Ausgestaltung; Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer mehrphasigen @imfor- mungsanordnung.
Nach Fix. 1 hat eine zur Unterbrechung eines Gleichstromes oder Wechselstromes dienende Schalteinrichtung zwei ruhende Kontaktstücke 11, 11' und eine bewegliche Sclialtbriicke 12, die bei der Öffnung eine Abhebebewegung ausführt. Der Parallelpfad besteht beispielsweise aus zwei gleichen Kon densatoren 14, 14', zwei gleichen Ohmschen Widerständen 15, 15' und einer Sättigungs drossel 16, deren Magnetkern 17 vorzugsweise aus einer hochwertigen Eisensorte hergestellt ist.
Seine 11lagnetisierungskennlinie soll im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussaehse geneigt sein, an den Über gangsstellen in die gesättigten Gebiete je einen scharfen Knick aufweisen und in den gesättigten Gebieten bei möglichst hoher Sättigungsinduktion nahezu parallel zur Achse der magnetischen Erregung verlaufen.
Der Kern 17 ist mittels einer zusätzlichen Erregerwicklung 16' so vormagnetisiert, dass in der gleichen Richtung. in der bei der Off- nun- der Unterbrechungsstelle ein Ladestr"ii zu -den Kondensatoren des Parallelpfades fliesst, der Sättigungsknick gerade um einen geringen Betrag überschritten ist, so dass der Ladestrom zur Erleichterung der Unterbre chung ungehindert über den Parallelpfad fliessen kann.
Der bei der Schliessung der Unterbrechungsstelle in umgekehrter Rich tung fliessende Entladestrom wirkt dann der Vormagnetisierung entgegen und versetzt bereits, wenn er einen sehr geringen Wert erreicht hat, den Drosselkern in den unge- s ättigten Zustand, wodurch sich die Induk- tivität der Drossel gegenüber dem gesättig ten Zustand um das Vielfache erhöht.
Diese Induktivität verhindert vorläufig ein wei teres Ansteigen des Entladestromes. Die Schliessung der Unterbrechungsstelle geht daher unter erleichterten Bedingungen vor sich.
Da es nun auch bei grösster Herstel lungsgenauigkeit praktisch nicht immer ver mieden werden kann, dass sich von ,dem beiden Unterbrechungsstellen zwischen: den Kontakten 11, 12 und den Kontakten 11', 12 die eine um eine winzige Zeitspanne früher schliesst als die andere, so hat<B>je-</B> weils die zuletzt schliessende die gesamte an der Schalteinrichtung liegende Spannung ein zuschalten. Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, dass die Kontaktbrücke 12 mit.
einer Mittelanzapfung 13 der Drossel 16 ver bunden wird. Infolgedessen kann bei glei cher Beanspruchung eine doppelt so hohe Ein- schaItspannung beherrscht, also die gleiche Einrichtung mit doppelt so hoher Spannung betrieben werden wie ohne die Verbindunb 13.
Zur Erleichterung des Offnungsvor- ganges kann ausserhalb,des Parallelpfades in Reihe mit den Unterbrechungsstellen 1l, 12, 11' eine Schaltdrossel 18 mit einem Ma gnetkern 19 vorgesehen sein, der ebenfalls aus einer hochwertigen Eisensorte besteht und bei Nennstrom hochgesättigt ist,
sich aber jedesmal bei einem Unterbrecliungsvor- ga.ng in der Nähe des Nullwertes des Durch gangsstromes sprunghaft entsättigt, so dass eine stromschwache Pause entsteht, in der die Unterbrechung unter erleichterten Bedin gungen vor sich gehen kann.
Auf dem Kern <B>19</B> kann eine Vormagnetisierungswicklung 18' angebracht sein, die mit Gleich- oder Wechselstrom gespeist wird und zur zusätz lichen Steuerung des jeweils gewünschten Magnetisierungszustandes deT Schaltdrossel sowie zur Regelung dienen kann.
Mit Hilfe von drei Anordnungen gemäss Fig. 1, die an die,Sekundärwicklung eines Drehstromtrans- formators angeschlossen werden, wobei die beweglichen Kontaktbrücken durch einen am gleichen Netz liegenden Synchronmotor über Kurbeln, Nocken, Exzenter oder dergleichen angetrieben werden, kann Drehstrom in Gleichstrom umgeformt werden oder umge kehrt,
wobei der eine Pol der Gleichstrom- seite vom Sternpunkt der Sekundärwicklung des Drehstromtransformators gebildet wird, während die drei Schalteinrichtungen auf der dem Transformator abgewendeten Seite zum zweiten Gleichstrompol zusammengefasst werden.
Fig. 2 stellt beispielsweise eine Phase eines mehrphasigen Graetz-Systems dar, wobei eine von einem Wechse,lstromsystem kommende Hauptleitung zu zwei abwech selnd arbeitenden Schalteinrichtungen ver zweigt ist, von,denen ,die eine die positiven, die andere die negativen Halbwellen führt.
Zu den in Fig. 1 dargestellten Teilen kom men also in Fig. 2 die ruhenden Sohaitstüake 41 und 41', die bewegliche Schaltbrücke 42, die Kondensatoren 44 und 44', die Wider stände 45, 45', die Drossel 46 mit der Mittel- anzapfung 43 und dem Kern. 47 hinzu. Die Wicklung der Schaltdrossel 18 ist hier zwecks guter Isolation und geringer Streuung in zwei parallele Zweige aufgeteilt. Die Kerne 17 und 47 sind ebenfalls mit der Schaltdrossel 18 verkettet.
Dadurch können unter Umständen besondere Vormagnetis.ie- rungseinrichtungen der einzelnen Kerne fort fallen. Die Spulen 16 und 46 haben gleichen Wicklungssinn und annähernd gleiche Win- dungszahl wie die Spule 18.
Bei der Öffnung einer T-Tnterbrechungs- stelle nimmt der gleiche Strom, der in der Schaltdrossel 18 fliesst, seinen Weg auch über den Parallelpfad und somit über die Drossel 16 bezw. 46 und wirkt hier der von der Spule 18 auf den Kern 17 bezw. 47 wirkenden Erregung entgegen. Es soll dafür gesorgt sein, dass die Kerne 17 und 47 jedes mal während der Öffnung der zugehörigen Schalteinrichtung im gesättigten Zustand verbleiben, damit der Ladestrom ungehindert in die Parallelkondensatoren fliessen kann.
Wird dies nicht durch Wahl einer Eisen sorte, deren Magnetisierungskennlinie den Sättigungsknick ihres absteigenden Astes unterhalb des Nullwertes der Gesamterre gung aufweist, von selbst erreicht, so kann es durch eine etwas geringere Windungszahl der Drossel 17, 47 gegenüber der Schaltdros sel 18 oder durch eine zusätzliche Vormagne- tisierung erzwungen werden.
Die Über Füh rung in den. ungesättigten Zustand erfolgt während der Sperrzeit entweder durch in folge geeigneter Abstimmung des Parallel pfades in diesem sich bildende Stromschwin gungen oder durch eine zusätzliche Vor- magnet.isierung der Kerne 17, 47, die aber jetzt einen andern Wert haben mass als die oben erwähnte Vormagnetisierung während des Öffnungsvorganges.
Das lässt sich zum Beispiel erreichen durch Speisung der Vor- magnetisierungswicklung mit einer Rilfs- wechselspannung geeigneter Frequenz und Phasenlage.
Fig. 3 zeigt eine Umformungsanordnung zum wechselweisen Energieaustausch zwi schen einem. Drehstromnetz 10 und einem Gleichstromnetz 20 mit sechs in Graetz- Schaltung angeordneten Kontaktanordnungen 1=6, die in der ziffermässigen Reihenfolge abwechselnd geschlossen und geöffnet wer- ,den. Die Kontakteinrichtungen 1 und 2 sind gerade gesehlosssen. Sobald sich die Kontakt- einriohtung 3 geschlossen hat,
öffnet sich die Kontakteinrichtung 1 usw. Die Drosseln 16 und 46, 26 und 56, 36 und 66 sind hier jeweils auf einem einzigen Kern 17, 27 bezw. 37 angeordnet, der auch mit der Wicklung einer Schaltdrossel 18, 28, 38 verkettet ist, die ausserdem noch einen eigenen Kern 19, 29, 39 hat.
Der gewünschte jedesmalige Magnetisierungszustand der verschiedenen Magnetkerne kann auch hier nach den zu den Fig.1 und 2 gegebenen Richtlinien durch passende Wahl der Windungszahlen, Ab stimmung der Parallelpfade und gegebenen falls zusätzliche Vormagnetisierung der ver schiedenen Kerne hergestellt werden.
Ebenso wie in Fig. 3 an Hand einer Um formungsanordnung gezeigt ist, können ganz allgemein die Paralleldrosseln mehrerer Ab- zweigschalter, die an die gleiche Hauptlei tung angeschlossen sind, auf einem .gemein samen Magnetkern angeordnet sein.
Die vorstehend beschriebenen Einrichtun gen und Merkmale sind vorteilhaft auch im Zusammenhang mit solchen bekannten Schalt oder Umformungseinrichtungen verwendbar, bei denen zur Abflachung des Stromverlaufes zwecks Herabsetzung der Schaltbeanspru- chungen in Reihe mit der Schaltstelle eine selbsttätig gesteuerte Wicklung oder ver änderliche Impedanz vorgesehen ist, deren Wirkungsweise derjenigen einer Schaltdros sel mit gegebenenfalls vormagnetisiertem Magnetkern oder einem früheren Vorschlage gemäss mit mehreren verschieden vormagneti sierten Magnetkernen entspricht,
wobei zu sätzliche Mittel, etwa gleicher Art, angewen det sein können, um im Schaltaugenblick den Strom von der Schaltstelle auf einen dazu parallelen Strompfad hinwegzuverlegen bezw. vorübergehend fernzuhalten.
Switching device for interrupting and closing a circuit. The invention relates to a switching device for interrupting and closing a circuit with a capacitor connected in parallel to the interruption point.
It has already been proposed that: within the current path parallel to the interruption point, a choke is connected in series with the capacitor, the magnetic core of which is saturated when a current of a predetermined direction and strength passes and is desaturated when a certain value of the through current is exceeded, For example, for the purpose of allowing the charging current flowing through the parallel capacitor when the interruption point is opened unhindered,
however, to temporarily counteract the capacitor current coming to discharge via the interruption point with a significantly increased resistance so that the discharge current cannot cause any harmful closing sparks. To increase the switching capacity, as is known, several simultaneously closing and opening interruption points can be connected in series, to which the voltage is distributed in a division ratio by connecting apparent resistances (impedances) in parallel.
The division ratio can be, for example, 1: 1, so that the voltage is evenly distributed by connecting the same apparent resistances in parallel. However, this is not possible if a saturation regulator is switched on in the parallel path. According to the invention, the throttle is in a division ratio, for example 1:
1, and their individual parts, together with corresponding parts of the other impedance units (impedances) of the parallel path, are distributed according to the division ratio in the partial circuits parallel to the individual interruption points. Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.
Figures 1 and 2 contain single-phase Selialt-bildcr the basic arrangement and a further embodiment; 3 shows the circuit diagram of a multi-phase imfor- mation arrangement.
After fix. 1 has a switching device serving to interrupt a direct current or alternating current, two stationary contact pieces 11, 11 'and a movable connector bridge 12 which, when opened, performs a lifting movement. The parallel path consists for example of two identical capacitors 14, 14 ', two identical ohmic resistors 15, 15' and a saturation throttle 16, the magnetic core 17 is preferably made of a high quality iron.
Its orientation curve should be inclined as little as possible towards the flux axis in the unsaturated area, have a sharp kink at the transition points into the saturated areas and run almost parallel to the axis of the magnetic excitation in the saturated areas with the highest possible saturation induction.
The core 17 is premagnetized by means of an additional excitation winding 16 'so that in the same direction. in which at the point of interruption a charging current flows to the capacitors of the parallel path, the saturation kink has just been exceeded by a small amount, so that the charging current can flow unhindered over the parallel path to facilitate the interruption.
The discharge current flowing in the opposite direction when the interruption point is closed then counteracts the premagnetization and, when it has reached a very low value, puts the choke core in the unsaturated state, which increases the inductance of the choke with respect to the saturated state increased many times.
This inductance temporarily prevents a further increase in the discharge current. The closure of the interruption point is therefore carried out under simplified conditions.
Since it can now practically not always be avoided, even with the greatest manufacturing accuracy, of the two interruption points between: the contacts 11, 12 and the contacts 11 ', 12 one closing a tiny time earlier than the other, so has <B> each </B> because the last one to switch on the entire voltage applied to the switching device. This disadvantage is avoided in that the contact bridge 12 with.
a center tap 13 of the throttle 16 is connected ver. As a result, with the same load, a switch-on voltage that is twice as high can be mastered, that is to say the same device can be operated with twice as high a voltage as without the connection 13.
To facilitate the opening process, outside of the parallel path in series with the interruption points 11, 12, 11 ', a switching throttle 18 with a magnet core 19 can be provided, which is also made of a high-quality iron and is highly saturated at the rated current,
however, each time an interruption process occurs, it is suddenly desaturated close to the zero value of the through current, so that a low-current pause arises during which the interruption can take place under easier conditions.
A bias winding 18 'can be attached to the core 19, which is fed with direct or alternating current and can also be used for the additional control of the respectively desired magnetization state of the switching choke and for regulation.
With the help of three arrangements according to FIG. 1, which are connected to the secondary winding of a three-phase transformer, the movable contact bridges being driven by a synchronous motor connected to the same network via cranks, cams, eccentrics or the like, three-phase current can be converted into direct current or the other way around,
one pole of the direct current side being formed by the star point of the secondary winding of the three-phase transformer, while the three switching devices on the side facing away from the transformer are combined to form the second direct current pole.
Fig. 2 shows, for example, a phase of a multi-phase Graetz system, where a main line coming from an AC system is branched to two alternately operating switching devices, one of which carries the positive, the other carries the negative half-waves.
In addition to the parts shown in Fig. 1, in Fig. 2 the stationary Sohaitstüake 41 and 41 ', the movable switching bridge 42, the capacitors 44 and 44', the resistors 45, 45 ', the throttle 46 with the central tap 43 and the core. 47 added. The winding of the switching inductor 18 is divided into two parallel branches for the purpose of good insulation and low scattering. The cores 17 and 47 are also linked to the switching throttle 18.
As a result, special pre-magnetization devices for the individual cores may be omitted. The coils 16 and 46 have the same direction of winding and approximately the same number of turns as the coil 18.
When a T-interruption point is opened, the same current that flows in the switching throttle 18 also takes its path via the parallel path and thus via the throttle 16 or respectively. 46 and acts here of the coil 18 on the core 17 BEZW. 47 counteracting arousal. It should be ensured that the cores 17 and 47 remain in the saturated state each time the associated switching device is opened, so that the charging current can flow unhindered into the parallel capacitors.
If this is not achieved by itself by choosing an iron type whose magnetization characteristic has the saturation kink of its descending branch below the zero value of the total excitation, it can be achieved by a slightly lower number of turns of the choke 17, 47 compared to the switching choke sel 18 or an additional Pre-magnetization can be forced.
The transfer to the. The unsaturated state occurs during the blocking time either through current oscillations that are formed in this parallel path as a result of suitable coordination or through additional pre-magnetization of the cores 17, 47, which, however, now have a different value than the aforementioned pre-magnetization during the opening process.
This can be achieved, for example, by feeding the bias winding with an auxiliary AC voltage of suitable frequency and phase position.
Fig. 3 shows a deformation arrangement for the alternate exchange of energy between a rule. Three-phase network 10 and a direct current network 20 with six contact arrangements 1 = 6 arranged in a Graetz circuit, which are alternately closed and opened in the numerical order. The contact devices 1 and 2 are just closed. As soon as the contact device 3 has closed,
opens the contact device 1 etc. The throttles 16 and 46, 26 and 56, 36 and 66 are here respectively on a single core 17, 27 respectively. 37 arranged, which is also linked to the winding of a switching inductor 18, 28, 38, which also has its own core 19, 29, 39.
The desired state of magnetization of the various magnetic cores each time can also be produced here according to the guidelines given for FIGS. 1 and 2 by suitable choice of the number of turns, tuning of the parallel paths and, if necessary, additional premagnetization of the various cores.
As is shown in FIG. 3 with the aid of a shaping arrangement, the parallel throttles of several branch switches, which are connected to the same main line, can generally be arranged on a common magnetic core.
The above-described Einrichtun conditions and features can also be used advantageously in connection with such known switching or converting devices, in which an automatically controlled winding or variable impedance is provided in series with the switching point to flatten the current curve in order to reduce the switching stresses, the mode of operation corresponds to that of a switching throttle with possibly pre-magnetized magnetic core or an earlier proposal according to several different pre-magnetized magnetic cores,
with additional means, of about the same type, can be used to move the current from the switching point to a parallel current path BEZW at the switching moment. temporarily keep away.