Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen. Die Erfindung betrifft eine Schaltanord nung für Wechselstromunterbrechungsein- richtungen mit in Reihe mit den Unter brechungskontakten liegender veränderlicher Impedanz (Wirk-, Blind- oder Scheinwider stand), durch deren selbsttätige Steuerung eine die Stromunterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorgerufen wird, und mit einer Einrichtung zur selbsttätigen Auslösung des Unterbrechungsvorganges und besteht darin,
dass die selbsttätige Abgabe eines Öffnungsbefehls nach dem Beginn der stromschwachen Pause um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Kontakte auch dann innerhalb einer stromschwachen Pause ge öffnet werden, wenn unmittelbar nach der Abgabe eines Öffnungsbefehls eine Störung eintreten sollte, die zur Folge haben könnte, da.ss sich die Veränderung des Reihenwider. standes beispielsweise wegen Richtungsum.. kehr einer die Steuerung bewirkenden elek- trischen Grösse mindestens teilweise rück läufig abspielt.
Als Ausführungsbeispiel für die Erfin dung, die, sich beispielsweise für periodische Schaltungen, insbesondere zum Energie austausch zwischen einem Wechselstrom.. sy stem von gegebener Frequenz und Phasen, zahl und einem Gleichstromsystem oder einem Wechselstromsystem anderer Frequenz und Phasenzahl eignet, ist in der Zeichnung eine dreiphasige Anordnung zur Umformung von Drehstrom in Gleichstrom oder um gekehrt schematisch dargestellt.
An einem Drehstromnetz 10 liegt die Primärwicklung 11 eines Transformators, an -dessen Sekun därwicklung 12 über SchaItdrosseln 13 mit einem Eisenkern 14 die Kontakteinrichtun gen, bestehend; aus zwei ruhenden Kontakten 15, 16 und einem beweglichen Über brückungskontakt 17, angeschlossen sind. Die Schaltdrosseln 13 können, wie gezeich net, aus zwei parallelen Wicklungszweigen bestehen, die im gleichen Sinne mit dem Magnetkern 14 verkettet sind.
Die Magnet- kerne der Schaltdrosseln bestehen vorzugs weise aus einem flach gewickelten Band einer magnetisch hochwertigen Eisensorte, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussachse geneigt. sein, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete je einen möglichst scharfen Knick aufweisen und in den ge sättigten Gebieten bei möglichst hoher In duktion nahezu parallel zur Achse der magnetischen Erregung verlaufen soll.
Win- dungszahl und Kernquerschnitt der Schalt drosseln sind vorzugsweise so ausgelegt, dass der Magnetkern nur bei sehr kleinen Augen blickswerten des Stromes in der Nähe des Nullwertes ungesättigt ist, wobei der Wider standswert der Schaltdrosseil ein Vielfaches des bei gesättigtem Magnetkern vorhandenen beträgt, so dass also die Schaltdrossel einen durch selbsttätige Steuerung verän derlichen Reihenwiderstand darstellt.
Durch die sprunghafte Entsättigung des Magnet kernes wird jedesmal in der Nähe eines Stromnulldurchganges eine die Unterbre chung erleichternde stromschwache Pause hervorgerufen, deren Länge bei gegebener Eisensorte vom Kernquerschnitt, von der Windungszahl und von der an der Schalt drossel liegenden Spannung abhängig ist.
Auf dem Schaltdrosselkern 14 kann noch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Hilfswicklung angebracht sein, mit der der Kern aus einer Gleich- oder Wechselstrom quelle derart vermagnetisiert wird, dass der zu unterbrechende Strom zu Beginn der stromschwachen Pause und zu Beginn der Kontaktöffnung noch einen endlichen Augen blickswert von gleicher Richtung wie wäh rend des vorausgegangenen Stromübertra- gungszeitabschnittes aufweist. Mit einer Wechselstromvormagnetisierungkann hierbei erreicht werden, dass sich der Kern 14 vor dem Einschaltvorgang bereits in gesättigtem Zustand befindet und somit für diesen Vor gang wirkungslos ist.
Von den Kontakteinrichtungen führen die, Hauptstromleitungen über Haltewicklun gen über 18 und über eine gemeinsame Glättungsdrossel 19 zu einem Pol eines Gleichstromnetzes 20, dessen anderer Pol mit .dem Sternpunkt der Sekundärwicklung 12 verbunden ist. Die beweglichen Kontakt-, Brücken 17 werden durch eine polarisierte elektromagnetische Antriebsvorrichtung an getrieben, die beispielsweise aus einem drei- schenkligen Magneten 21 mit einem schwenk baren Anker 22 besteht und durch eine Er regerwicklung 23 polarisiert ist.
Zur Spei sung der Eregerwicklung 23 dient eine Gleichstromquelle 40, wobei in der Speise leitung eine Stabilisierungsdrossel 39 ein gebaut ist. Die Öffnungsbewegung wird mit tels einer Wicklung 24 hervorgerufen, die über ein gittergesteuertes Verstärkerrohr 25 aus einer benachbarten Phase 'der Sekundär wicklung 12 erregt wird. Das Steuergitter des Verstärkerrohres wird durch eine Hilfs wicklung 26 beeinflusst, die mit einer Vor spannungsbatterie 27 und einem vorzugsweise regelbaren Wirkwiderstand 29 in Reihe liegt. Zwischen Gitter un Kathode ist ein Konden sator 28 eingeschaltet, dessen Kapazität regelbar sein kann.
In Reihe mit der Anode liegt ferner ein gegebenenfalls regelbarer Wirkwiderstand 30.
Parallel zu jeder Unterbrechungsstelle ist ein Nebenpfad, bestehend aus einem Wirk widerstand 31 und einem Kondensator 32 vorgesehen, über den der Strom bei,der Kon taktöffnung mindestens teilweise aufrecht erhalten wird, derart, dass die Spannung an der Trennstrecke nur allmählich ansteigt. Der Nebenpfad enthält ferner eine Wicklung 33, die beim Öffnungsvorgang praktisch unwirksam ist, da sie mit einem Magnetkern 34 verkettet ist, der sich während des Öff nungsvorganges in gesättigtem Zustande be findet.
Dieser Kern besitzt im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie der oben er wähnte Schaltdrosselkern 14, womöglich in noch höherem Grade, und ist auch mit der Schaltdrossalwieklung 13 verkettet. Der Wicklungssinn der Wicklungen 13 und 33 ist jedoch entgegengesetzt, so dass während des Öffnungsvorganges die Differenz der Windungszahlen als Erregung des Magnet kernes 34 wirksam ist. Die Windungszahlen sind nun so aufeinander abgestimmt, dass der Kern 34 während des Öffnungsvorganges im gesättigten Zustande verbleibt.
Statt durch eine Verschiedenheit der Windungszahlen kann dieses Ergebnis auch bei gleicher Windungszahl der Wicklungen 13 und 33 durch eine zusätzliche Vormagnetisierung des Magnetkernes 34 mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht dargestellten besonderen Hilfswicklung erzielt werden, die mit Wechselstrom von der Betriebsfrequenz des Netzes 10 und geeigneter Phasenlage ge speist werden kann, derart, dass sich der Kern 34 kurz vor dem Einschaltvorgang in ungesättigtem Zustand, und zwar möglichst dicht an derjenigen Sättigungsgrenze befin det., die der Richtung des nachfolgenden Stromes entgegengesetzt ist.
Die Folge davon ist, dass nach der Kontaktschliessung,der über die Kontakteinrichtung fliessende Strom, und zwar sowohl der Hauptstrom als auch der aus dem Kondensator 32 kommende Ent- la:dungsstrom auf einem praktisch vernach- lässigbar kleinen Wert gehalten wird, bis der gern 34 nach Durchlaufen des ungesät tigten Gebietes seinen Sättigungszustand in Richtung des Stromes erreicht hat und somit die Induktivität der auf ihm befindlichen Wicklungen 13 und 33 sprunghaft auf einen praktisch vernachlässigbar kleinen Wert ge sunken ist,
so dass der Stromdurchgang un gehindert vor sich gehen kann. Die funken freie Kontaktschliessung wird durch die an gegebene Wirkung des Magnetkernes 34 ,cesentlich erleichtert.
Ferner ist paralIel zu den Kontakten eine deren Schliessung unabhängig von den Aus schaltvorgängen bewirkende Erregerwicklung 35 in Reihe mit Hilfskontakten 36, einem ungesteuerten Ventil 37 und einem Wirk widerstand 38 geschaltet. Die beweglichen Teile der Hilfskontakte 36 werden durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte An triebsvorrichtung, vorzugsweise durch einen vom Netz 10 oder von der Sekundärwicklung 12 gespeisten Synchronmotor angetrieben, dessen Phasenlage mittels eines verdreh baren Ständers oder eines Drehtransforma tors oder dergl. verändert werden kann.
An Stelle von Hilfskontakten nebst ungesteuer- tem Ventil kann auch ein Entladungsgefäss mit regelbarer Gittersteuerung zur Einstel lung und Regelung des Schliessungszeit punktes verwendet werden.
Die b:es-ehriebene Einrichtung wirkt fol gendermassen: Der Einschaltvorgang wird durch die Schliessung der Hilfskontakte 36 in einem durch Verstellung der Phasenlage der synchronen Antriebsvorrichtung unab hängig von der Lage oder einer etwaigen Verzögerung des Öffnungsaugenblickes wähl baren und regelbaren Zeitpunkt eingeleitet, indem hierbei durch eine an den geöffneten Kontakten 15, 16 auftretende Spannung vor bestimmter Richtung und Grösse ein Strom über das Ventil 37 durch die Erregerspule 35 geschickt wird, der die Anziehung des Ankers 22 im Schliessungssinne bewirkt.
Der nach Sättigung des Magnetkernes 34 anstei- gende Strom. übt mittels der Hilfswicklung 18 eine Haltekraft auf .den Anker 22 aus, so dass während der folgenden Stromübertra- gungszeit der erforderliche Kontaktdruck gesichert ist, nachdem die Erregerspule 35 durch die Schliessung der - Hauptkontakte überbrückt und damit stromlos gemacht wor den ist. Unmittelbar danach können ferner die Hilfskontakte 36 in stromlosem Zustande und daher funkenfrei geöffnet werden..
Gegen Ende der Stromübertragungszeit der betrachteten Phase geht die Schliessung der Hauptkontakte der folgenden Phase in der gleichen Weise, wie beschrieben, vor sich. Der durch die gommutierungsspannung ver ursachte Stromanstieg in Ader Folgephase ist bei Annahme eines vollständig geglätteten Gleichstromes mit einer entsprechenden Stromabnahme in , der betrachteten Phase, die nunmehr den Strom abgeben soll, ver bunden. Sobald sich dieser Strom dem Null wert nähert, geht der Schaltdrosselkern 14 plötzlich in den ungesättigten Zustand über.
Es beginnt eine stromschwache Pause, während welcher die weitere Stromänderung sehr langsam vor sich geht, dagegen eine rasche Flussänderung in dem Schaltdrossel kern 14 stattfindet. Durch diese wird in der Hilfswicklung 26 eine Spannung erzeugt., die der am Gitter des Verstärkerrohres 25 liegenden Vorspannung der Batterie 27 ent gegenwirkt und, da sie überwiegt, dem Gitter eine entgegengesetzte Spannung auf drückt. Die Hilfswicklung 26 könnte auch auf einem zusätzlichen Schaltdrosselkern, dessen Sättigungsgrenze bei einem höheren Augenblickswert des Stromes liegt, ange bracht sein.
Durch geeignete Einstellung dieses Sättigungswertes zum Beispiel mit Hilfe einer gegebenenfalls regelbaren Vor magnetisierung könnte die Verzögerungs zeit für den Beginn der Kontaktöffnung nach Wunsch beliebig klein gemacht wer, den, sogar bis zu ihrer völligen Beseitigung. Die Windungszahl der Hilfswicklung 26 möge beispielsweise so bemessen sein, dass die in ihr erzeugte Spannung etwa den doppelten Wert der Batteriespannung er reicht, also etwa 200 Volt, wenn die Span nung der Batterie 27 100 Volt. beträgt.
Die Spannungsumkehr am Gitter bewirkt, dass der Entladungsweg für die am Verstärker rohr liegende Spannung der Folgephase frei gegeben wird, so dass nach eingetretener Zündung ein Strom durch das Verstärker rohr über den Wirkwiderstand 30 und die Erregerwicklung 24 fliesst und der Über tragungskontakt 17 geöffnet wird.
Die zur Kontaktöffnung erforderliche Energie wird also einer genügend starken Stromquelle, nämlich beispielsweise von der Sekundärwicklung 12 des Transformators geliefert, während durch die Hilfswicklung 26 nur eine zur Steuerung des Verstärker rohres ausreichende sehr kleine Menge der in dem Schaltdrosselkern 14 auftretenden Ener gie entzogen zu werden braucht, so dass die i Erfüllung der der Schaltdrossel zufallenden Hauptaufgabe, erleichterte Bedingungen für die Stromunterbrechung zu schaffen, nicht merklich beeinträchtigt wird.
Hierdurch wird die allgemeine Brauchbarkeit der beschrie benen, selbsttätigen Auslösevorrichtung auch zur unverzögerten Kontaktöffnung erhöht.
Bevor bei dem gezeichneten Ausführungs beispiel die Zündung des Entladungsrohres 25 eintritt, muss zunächst der Kondensator 28 entladen und in entgegengesetzter Rich tung aufgeladen werden. Hierdurch wird bei geeigneter Bemessung bezw. Einstellung des Kondensators 28 die gewünschte Verzöge rung des Öffnungszeitpunktes erzielt. Die Verzögerungszeit kann vorzugsweise grösser gewählt werden als die von der Abgabe des Öffnungsbefehls bis zum Beginn- der Kon takttrennung erforderliche, durch die Träg heit der Steuer- und Antriebsmittel der Kon. takte bedingte Zeit (Eigenzeit).
Die Re gelung des Wirkwiderstandes 29 bietet eine weitere Möglichkeit zur Verstellung der Ver zögerungszeit. Dem Wirkwiderstand 30 fällt hierbei die Aufgabe zu, das Entladungsrohr 25 vor zu hohem Strom zu schützen.
Durch geeignete Bemessung der Win- dungszahl der Schaltdrossel 13 und des Querschnittes ihres Magnetkernes 14 kann die Länge der stromschwachen Pause grösser gemacht werden als die Summe von Ver zögerungszeit und Eigenzeit der Auslöse- einrichtung bis zum Beginn der Kontakt öffnung, so dass der letztere auf jeden Fall in die stromschwache Pause fällt.
Wenn in diesem Augenblick der zu unterbrechende Strom infolge der oben erwähnten zusätz lichen Vormagnetisierung des Schaltdrossel kernes 14 seinen Nullwert noch nicht ganz erreicht hat, so tritt an den sich öffnenden Kontakten zunächst eine kleine Öffnungs spannung in Richtung des Arbeitsstromes auf, die nun ihrerseits erst durch Null gehen muss, bevor sie in entgegengesetzter Richtung auf einen hohen Wert einschwingen kann. Hierdurch wird das Auftreten von Schalt feuer an den sich öffnenden Kontakten be sonders sicher verhindert.
Die Schliessung und Öffnung der übrigen Phasen geht in gleichmässigen Abständen während einer Periode der Wechselspannung in gleicher Weise vor sich, wie beschrieben. Eine Wechselstromschalteinrichtung mit den angegebenen Merkmalen ist besonders gut zum Schweissen mit Gleichstrom ge eignet, weil hierbei durch betriebsmässig stattfindende Kurzschlüsse die Gefahr, dass sich die Sättigungsvorgänge an den, Schalt- drosseln bezw. die des Reihen widerstanden während eines Schalt- bezw. Kommutierungsvorganges mindestens zum Teil wieder rückläufig abspielen,
besonderä in den Vordergrund treten kann. Die, be schriebene Anordnung stellt eine sogenannte Selbstdenkerschaltung dar, bei der durch selbsttätige Steuerung in Abhängigkeit von den auftretenden elektrischen; Grössen ein Schaltvorgang sich immer nur in einem solchen Augenblick vollziehen kann, in wel chem die Bedingungen für Funkenfreiheit erfüllt sind.