Sehaltanor dnung zur Umformung von Starkstrom. Die Erfindung betrifft eine Schaltanord nung, mit der Starkstromumformer mit mechanisch bewegten Kontakten hinsichtlich der sich periodisch wiederholenden Ein schaltvorgänge verbessert werden können. Zu diesem Zweck kann bekanntlich zu den Kon takten ein Hilfsstromzweig parallel geschal tet sein, der eine Entladungsstrecke enthält. Diese wird durch Synchronsteuerung jedes mal kurz vor der Kontaktschliessung gezün det, indem zum Beispiel ihr Gitterkreis durch einen Hilfskontakt überbrückt wird.
Erfindungsgemäss kann die Genauigkeit des rechtzeitigen Zündeinsatzes dadurch er höht werden, dass die Zündung der Entla dungsstrecke von einer vor der Schliessung der Hauptkontakte an diesen liegenden Span nung gesteuert wird.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine dreiphasige Umformungs anordnung in Brückenschaltung, durch die beide Halbwellen. des umzuformenden, Wech selstromes ausgenutzt werden. Fig. 2 enthält eine Einzelheit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Fig. 3 und 4 zeigen abgeänderte Schaltanordnungen in einphasiger Darstel lung, aus der Anordnungen beliebiger Pha senzahl in mehr oder weniger enger Anleh nung an Fig. 1 ohne weiteres abgeleitet wer den können.
Nach Fig. 1 führen die von einem Dreh stromnetz kommenden Leitungen der drei Phasen u, <I>v, w</I> zunächst zu Drosselspulen 11 mit einem Magnetkern 12, der bei Nenn strom hochgesättigt ist und durch seine Ent- sättigung bei einem sehr kleinen Stromwert in der Nähe des Stromnullwertes eine die Unterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorruft.
Der Magnetkern besteht vorzugsweise aus einer hochwertigen Eisen legierung, so dass seine Magnetkennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussachse geneigt ist, an den. Übergangs- stellen in die gesättigten Gebiete einen mög lichst scharfen Knick aufweist und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verläuft. Zur zusätzlichen Steuerung des Magnetisierungszustandes kann der Drosselkern 12 mit einer besonderen Vormagnetisierungswicklung 13 versehen sein.
Bei der dargestellten Brückenschaltung ist zur Vormagnetisierung ein Hilfswechsel strom züz verwenden. In Reihe mit den ge nannten Drosseln 11 können Hilfsdrosseln 14 angeordnet sein, deren Magnetkern 15 die vorgenannten Eigenschaften womöglich in noch höherem Grade besitzen, soll. Die Dros seln 14 sind ebenfalls bei Nennstrom hoch gesättigt und werden vorzugsweise mittels einer zusätzlichen Vormagnetisierungswick- lung 16 so gesteuert, dass sie sich jedesmal bei der Schliessung der mit ihnen in Reihe liegenden Kontaktstellen in ungesättigtem Zustand befinden.
Dadurch wird der bei der Kontaktschliessung entstehende Strom vor übergehend auf sehr kleine Augenblickswerte begrenzt, bis die Drossel 14 ihren Sättigungs wert erreicht hat. Die Kontaktstellen 1-6 werden in der Reihenfolge ihrer Bezifferung in gleichmässigen Zeitabständen während jeder Wechselspannungswelle abwechselnd geschlossen und geöffnet. Sie können vor zugsweise aus je zwei ruhenden Kontakt stücken 17 und 18 und einer beweglichen Schaltbrücke 19 bestehen.
Die letzteren wer den entweder von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Synchronmotor angetrie ben, der von dem gleichen Netz wie die Um formungsanordnung gespeist wird, oder von synchron arbeitenden elektromagnetischen Steuereinrichtungen, die zur Kontaktschlie ssung in Abhängigkeit von der Netzspannung und zur Kontaktöffnung vorteilhaft in Ab hängigkeit von Grösse und/oder Verlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuert wer den können. An der Antriebsvorrichtung können Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, mit denen die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber der Phasenlage der Wechselspan nung verschoben werden können.
Damit kann der Aussteferungsgrad der Umformungs- anordnung geändert und die Ausgangsspan nung geregelt werden. Zu den einzelnen Kontaktstellen können vorzugsweise kapazi- tive Nebenpfade parallel geschaltet sein, durch die der Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den sich öffnenden Kontakten verzögert wird.
Zur Überbrückung der Kontaktstellen beim Schliessungvorgang ist ein Hilfsstrom kreis vorgesehen, der eine Entladungsstrecke 20, z. B. ein Glühkathodenrohr oder ein Ge fäss mit flüssiger Kathode enthält. Diese kann durch eine Umschalteinrichtung 23 ab wechselnd zwischen je zwei von den drei Wechselstromphasen u, <I>v, w</I> gelegt werden. Die Umschalteinrichtung besitzt beispiels weise, wie Fig. 2 zeigt, drei Schleifsegmente, die über Schleifringe mit den Phasen u,<I>v, w</I> verbunden sind, gegebenenfalls über Siche rungen 27.
Die nicht gezeichnete Antriebs vorrichtung für die Schleifsegmente muss ebenfalls synchron mit der Wechselspannung laufen und kann zu diesem Zweck mit der Antriebsvorrichtung für die Hauptkontakte gekuppelt sein.
Betrachtet werde ein Zeitpunkt, in wel chem die Kontaktstelle 1 der Phase u ge schlossen werden soll. Die Kontaktstellen 5 der Phase w und 6 der Phase<I>v</I> sind in die sem Augenblick geschlossen, die Kontakt stellen 2, 3 und 4 geöffnet. Drehen sich jetzt die Schleifsegmente in Richtung des in Fig. 2 eingetragenen Pfeils, so wird die Phase<I>u</I> mit der Phase<I>w</I> über das Ent ladungsrohr 20 verbunden: Die Kontakt brücke 19 an der Kontaktstelle 1 treffe bei ihrer Schliessbewegung zuerst auf den Kon takt 17.
Sie schliesst hierdurch einen weiteren Hilfsstromkreis über einen der Strom- begrenzungswiderstände 31 und einen Teil der Primärwicklung eines Hilfstransforma tors 24. In diesem Hilfskreis entsteht unter dem Einfluss der zwischen den noch nicht geschlossenen Kontakten, 18 und 19 herr schenden Spannung ein Stromstoss, der in der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 24 eine Spannung erzeugt. Durch diese wird die von einer Gitterbatterie 25 gelieferte Vorspannung um so viel erhöht, dass die Ent ladungsstrecke 20 gezündet wird.
Die Ent ladungsspannung kann teilweise oder ganz von einer weiteren Batterie 21 gedeckt wer den, zu der ein Kondensator 22 parallel geschaltet sein kann. Jetzt ist der Kontakt 19 mit dem Kontakt 18 über die noch ge schlossene Kontaktstelle 5, die Umschalt einrichtung 23 und das Entladungsrohr 20 verbunden, ohne dass ein gefährlicher Span nungsunterschied zwischen ihnen besteht. Die endgültige Schliessung der Kontaktstelle 1 durch Berührung der Kontakte 18 und 19 geht daher im wesentlichen spannungsfrei vor sich. Reicht die Spannung der Hilfs batterie 21 nicht aus, um die Entladungs spannung des Rohres 20 völlig zu decken, so entfällt auf die sich schliessenden Kontakte 18 und 19 eine geringe Restspannung.
Diese kann durch entsprechende Bemessung der Batteriespannung 21 so klein gehalten wer den, dass zwischen den Kontaktstücken 18 und 19 bei Dauerbetrieb keine merkliche Materialwanderung stattfinden kann, z. B. kleiner als 10 Volt.
Damit die Kontaktbrücke 19 stets zuerst den Kontakt 17 berührt, kann dieser gegen über dem Kontakt 18 in Kontaktrichtung etwas vorgeschoben sein. Es genügt eine Zeitdifferenz in der Grössenordnung von 10--4 Sek. bezw. ein Unterschied von weni gen Hunderstelmillimetern zwischen der Stellung der Kontakte 17 und 18, da der Ge samthub der Kontaktbrücke 19 in der Grössenordnung von einem oder einigen Millimetern liegt. Statt der verschiedenen Einstellung der ruhenden Kontaktstücke kann die gleiche Wirkung in an sich bekann ter Weise auch mittels eines an der Kontakt brücke 19 oder an dem Kontaktstück 17 an geordneten Vorkontaktes erzielt werden.
Materialwanderung an der Stelle der ersten Kontaktberührung kann durch entsprechende Bemessung der Begrenzungswiderstände 31 verhütet werden. Der Gitterstromkreis des Rohres 20 kann vorteilhaft mit einem Be grenzungswiderstand 26 und zum Schutze vor Stäreinflüssen mit einer Abschirmung versehen sein, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dei Gittertransformator 24 kann etwa für ein Übersetzungsverhältnis von 1 :5 ausgelegt sein.
Die Umschalteinrichtung 23, kann statt mit Schleifsegmenten auch mit Abhebekon- takten ausgerüstet sein, die ebenso wie die Hauptkontakte in Gleichrichterschaltung ge schaltet sein und ähnlich wie diese zum Bei spiel mittels Nocken, Exzenter oder derglei chen vorzugsweise über starre und der Länge nach einstellbare Zwischenstössel angetrieben werden können.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist es gleichgültig, welcher von den beiden ruhen den Kontakten 17 und 18 zuerst mit der bewegten Kontaktbrücke 19 in Berührung kommt. Trifft sie nämlich zuerst auf den Kontakt 17, so ist die Wirkungsweise die selbe wie diejenige der Anordnung nach Fig. 1. Trifft aber die bewegte Kontakt brücke zuerst auf den Kontakt 18, so wird der zur Gitterzündung erforderliche Strom stoss mittels einer zusätzlichen Spannung, z. B. einer Batterie 28, hervorgerufen, die in einem an die bewegliche Kontaktbrücke 19 angeschlossenen zusätzlichen Hilfsstromkreis angeordnet ist.
Dieser Hilfsstromkreis ent hält ausserdem einen Kondensator 29 -und einen Begrenzungswiderstand 30. Die Span nung der Batterie 28 und der Wert des Be grenzungswiderstandes 30 werden so gewählt bezw. eingestellt, dass störende Material wanderung zwischen den zuerst miteinander in Berührung kommenden Kontaktteilen mit Sicherheit vermieden wird. Eine gewisse kleine Einschaltleistung kann unter Um ständen vorteilhaft sein, indem sie durch Ver brennung etwa herzutretender Schmutz teilchen für Sauberhaltung der Kontakt flächen sorgt. Dieser günstige Wert der Ein schaltleistung kann versuchsmässig durch Verstellung des Widerstandes 30 ermittelt werden.
Eine Anzahl zusätzlicher Hilfsein richtungen, die in Verbindung mit Fig. 1 be schrieben sind, können insbesondere bei mehr- phasiger Anordnung zur Vervollständigung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung heran- gezogen werden. Die Voraussetzung, dass die Kontaktbrücke 19 mit den ruhenden Kontak- ten 17 und 18 nicht genau gleichzeitig, son dern mit einem Zeitunterschied von etwa 10--4 Sek. in Berührung kommt, ist gewöhn lich infolge unvermeidlicher Ungenauigkeiten bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Kontakteinrichtung von vornherein ohne weiteres erfüllt.
Sollte es der Zufall einmal wollen, dass die beiden Kontaktstellen gleich zeitig geschlossen werden, so würde die erfin dungsgemässe Hilfseinrichtung zunächst un wirksam sein. Infolgedessen würde an den Kontaktstellen zunächst Materialwanderung auftreten. Diese wird jedoch abgestoppt, so bald sie so weit fortgeschritten ist, dass an der einen oder andern Kontaktstelle eine ver frühte Berührung stattfindet, da in diesem Falle die Voraussetzung für die Wirksam keit der beschriebenen Hilfsanordnung gege ben ist.
Statt durch einen Vorkontakt kann die Zündung des Entladungsrohres auch durch einen Vorentladungsfunken an der Haupt unterbrechungsstrecke verursacht werden. Für diesen Fall genügt auch eine einfache Hauptunterbrechungsstrecke. In Fig. 4 ist eine entsprechende Anordnung, jedoch wiederum mit einer Doppelunterbrechungs- strecke dargestellt, weil eine solche für Starkstromumformer ohnehin noch andere Vorteile aufzuweisen hat.
Die Spannung der Batterie 28 ist hier so gross gewählt, dass sie grösser ist als die Sperrspannung am Kontakt und die Luftüberschlagsspannung zwischen den sich nähernden Kontakten zusammen genommen. Bei 200 Volt Sperrspannung wird man beispielsweise eine Batteriespannung von 1000 Volt, mindestens 600 Volt, wählen. Damit durch den Überschlagfunken an den Kontakten keine Zerstörung angerichtet werden kann, ist ein zusätzlicher Widerstand 31 vorgesehen, der so gross (z. B.<B>10'</B> Ohm) gewählt wird, dass der Strom höchstens einen Wert von etwa 1. Miniampere annehmen kann. Der Gittertransformator 24 muss dazu für einen sehr kleinen Magnetisierungsstrom ausgelegt sein, damit die Zündung des Rohres 20 rechtzeitig einsetzt.
Eine zur Deckung der Entladungsspannung dienende Gleichspannung wird bei der Anordnung nach Fig. 4 von einem Kondensator 32 ge liefert, der mittels eines zusätzlichen Wech- selstromtransformators 3,3 über ein Hilfsven til 34 aufgeladen wird. Im Entladungsstrom kreis kann noch eine Drossel 35 vorgesehen sein, die dazu dient, nach vollständiger Schiessung der Hauptkontakte 17-19 den Übergang des zunächst über das Entladungs rohr 20 fliessenden Stromes vom Rohrstrom zweig auf den über die geschlossenen Haupt kontakte führenden Strompfad zu verlang samen.
Dadurch werden die Hauptkontakte im Schliessungsaugenblick noch sicherer vor Strombeanspruchung bewahrt. In Fig. 4 ist auch ein paralleler Strompfad, enthaltend einen Kondensator 36 und einen Widerstand 37, eingezeichnet, durch den, wie oben er wähnt, bei der Kontaktöffnung der Anstieg der wiederkehrenden Spannung insbesondere in Verbindung mit der Sättigungsdrossel 11, 12 verzögert werden kann. Die Anordnung nach Fig. 4 kann durch zusätzliche Einrich tungen nach Fig. 1 bis 3 vervollständigt wer den und umgekehrt.