Umformungsanordnung. Bekannt ist eine Umformungsanordnung zum Energieaustausch zwischen einem Gleich stromsystem und einem Drehstromsystem ge gebener Frequenz, dessen verkettete Phasen leitungen sich auf je zwei synchrongesteuerte, im Gegentakt arbeitende und an verschiedene Pole des Gleichstromsystems angeschlossene Kontakteinrichtungen verzweigen und in dem gemeinsamen Leitungsteil je eine stromab flachende Sättigungsdrossel ausserhalb der Verzweigung aufweisen. Entsprechende An ordnungen können auch für Wechselstrom- systeme mit grösserer Phasenzahl m verwen det werden.
Damit geglätteter Gleichstrom bezw. möglichst sinusförmiger Wechselstrom erzielt werden kann, sind die Kontaktein richtungen so gebaut bezw. eingestellt, dass sich die Schliessungszeiten der einander ab lösenden Phasen überlappen. Zur Umformung einer im voraus festgelegten Leistung genügt es nicht; die einzelnen Teile der Anordnung für den Nennstrom und für die Nennspan nung mit den erforderlichen Sicherheits zuschlägen zu bemessen.
Da nämlich die Zeitspanne begrenzt ist, die vom Beginn der Kommutierung einer Phase bis zur erneuten Schliessung derselben Phase in umgekehrter Richtung zur Verfügung steht, so kann es vorkommen, dass trotz ausreichender Bemes sung der Einzelteile die gewünschte Leistung nicht erreichbar ist, weil die Spannung bei Überschreitung eines unter dem gewünschten Höchststrom liegenden Wertes steil abzufal len beginnt.
Zur Vermeidung dieses Übel standes sind erfindungsgemäss das Streuver hältnis a der Kommutierungskreise, der, Steuerwinkel a und die Abmessungen und Eigenschaften der Sättigungsdrosseln so auf einander abzustimmen, dass
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An Hand der Fig. 1 bis 9 sollen Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.
Fig.1 zeigt beispielsweise eine @reli- stromumformungsanordnung. Mit 12 ist die Sekundärwicklung eines Transformators oder die Ankerwicklung eines besonderen Dreh- stromgenerators bezeichnet. Die von der Wicklung 12 ausgehenden Phasenleitungen verzweigen sich auf je zwei der Kontaktein richtungen 1 bis 6, die in der Reihenfolge ihrer Bezifferung abwechselnd mittels einer schematisch angedeuteten Exzenterwelle 15 geschlossen und geöffnet werden.
Die Kon takteinrichtungen 1, 3 und 5 sind an den einen Pol eines Gleichstromnetzes 20 ange schlossen, die Kontakteinrichtungen 2, 4 und 6 an den andern Pol. In den Phasenleitungen sind ausserhalb der Verzweigung Drosseln 13 angeordnet, deren Magnetkern 14 beim Nennstromwert hocha-esättigt ist und sich nur in der Nähe des Stromnullwertes entsät- tigt, wodurch eine Abfla,ehung der Strom kurve in Gestalt einer die Stromunferbre- chung erleichternden,
stromschwachen Pausei hervorgerufen -wird. Der Magnetkern 14 be steht aus einer magnetisch hochwertigen Ei sensorte, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussachse geneigt sein, an den Mer- gangssiellen in die gesättigten Gebiete mög lichst scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verlaufen soll.
Die Exzenter- welle 15 kann beispielsweise durch einer Synchronmotor 16 angetrieben werden. Ist ein besonderer Generator zur Speisung der Umformungsanordnung vorgesehen, so kann die Exzenterwelle 15 mit der General:orwellei gekuppelt sein. Zwecks Einstellung der Kon- taktzeitpunkfe ist die Winkelstellung der Exzenter gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung verstellbar, z. B. durch Änderung der Winkelstellung des Drehfel des des Antriebsmotors 16.
Diese kann durch, Verdrehung des Motorständers oder vermit: tels eines Drehtransformators 17 bewirkt werden. Die Antriebsspannung wird zum Beispiel einer Wicklung 18 entnommen, die als Sekundärwicklung eines besonderen Hilfs transformators ausgeführt oder als Zusatz wicklung auf dein Haupttransformator un tergebracht werden kann. Zur Erzielung "eines möglichst oberwellenfreien Gleichstro mes ist eine Glättungsdrossel 19 vorgesehen.
Eine Grundlast 21 kann zur Erleichterung des Anlassvorganges und zur Sicherung eines Mindestbelasttmgswertes dienen.
Parallel zu den Kontakteinrichtungen sind Nebenstrompfade angeordnet, die in der Zeichnung durch Kondensatoren 22 und Ohmsclie Widerstände 23 verkörpert sind. Sie sollen den Anstieg der wiederkehrenden Spannung verzögern. Die Parallelpfade kön nen durch Hilfskontakteinrichtungen 7, 8, 9 periodisch unterbrochen werden. Die Hilfs- konta,kt:einrichtungen können durch eine Ex zenterwelle 38 angetrieben werden, die über ein Kupplungsgetriebe 39 reit der Haupt- welle 15 gekuppelt sein kann.
Die Parallel pfade enthalten ferner zur Erleichterung des Einseha.ltvorgan:,@es Wichbingen 24, die auf einem 31a.gnethern 25 angebracht sind.
Der Ma.gnelkern 25 ist ateli mit der Drosselwick lung 13 verkettet und hat die gleichen ma gnetischen Eigenschaften wie der Hauptkern 14, womöglich in noch höherem Grade. Diel Windungszahl der Wicklung 24 ist im -#ve- sentlichen gleich der Windungszahl der Wicklung 13, ihr Wicklungssinn ist ent gegengesetzt.
Auf dein Kern 14 kann eine besondere Vorma,gnetisierungswicklung 26 zur Stetie- rung seines magnetischen Verhaltens ange bracht sein, die zum Beispiel mit Drehstrom aus einer anzapfbaren Wieklrmg 28 über einen Drehtransformator 27 gespeist werden kann.
Die ZÄTielrlung 28 kann wiederum die Sekundärwicklung eines Hilfstransformators oder eine zusä.lzliehe Wicklung auf dem Haupttransformator sein. Ferner kann der Kern 1.4 noch init einer weiteren Steuerwick- lung 29 versehen sein, durch die ihm eine zusätzlielie, beispielsweise nicht sinusförmige Spannung zugeführt werden kann.
Zur Er zeugung dieser Spannung können Hilfsdros seln 30 verwendet werden, die auf einem ai.s gleichem oder ähnlichem Werkstoff wie die Kerne 14 und 25 bestehenden Hilfskern < 31 angebracht sind, der mittels einer weiteren Wicklung 32 aus einer anzapfbaren Hilfs wicklung 34 über einen Drehtransformator 3 3 erregt wird. Auch die Hilfswicklung 31 kann die Sekundärwicklung eines Hilfstrans formators oder eine Zusatzwicklung des Haupttransformators sein. Die Regeleinrich tungen der Drehtransformatoren 17, 27 und 33 können, wie angedeutet, miteinander ge kuppelt sein, ebenso können damit auch die Regeleinrichtungen der anzapfbaren Wick lungen 28 und 34 gekuppelt sein.
Die Drosselwicklungen 13 können durch Parallelpfade mit Ohmschen Widerständen 35, Kondensatoren 36 und vor allem Induk- tivitäten 37 überbrückt sein.
Fig. 2 zeigt die Spannungskurven Ul, U3, U, und Fig. 3 die Stromkurven J, bis J, der Umformungsanordnung und darunter in Form von abschnittsweise ausgefüllten und leeren Streifen 1 bis 9 die Schliessungs- bezw. Öffnungszeiten der mit gleichen Ziffern in Fig. 1 bezeichneten Kontakteinrichtungen in Abhängigkeit von der Zeit t bezw. von dem Winkel a) t,
wenn co = 2 a f die Kreisfre quenz der Wechselspannung ist. Die Schnitt punkte der Spannungskurven U', U', U, lie gen um
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elektrisch auseinander. Dementprechend müssen auch die Einschalt zeitpunkte (z. B. t1 und t4) der verschiedenen Phasen um den gleichen Winkel gegeneinan der versetzt sein. Ausserdem muss jede Phase während einer Wechselspannungswelle zwei mal eingeschaltet werden, einmal auf den +Pol und einmal auf den -Pol des Gleich stromnetzes 20.
Die zugehörigen beiden Kon takteinrichtungen arbeiten zu diesem Zweck im Gegentakt, das heisst unter einem Winkel von 180 gegeneinander versetzt. Zwischen dem Zeitpunkt der Zuschaltung der ablösen den Phase und dem Zeitpunkt, in dem die soeben abgelöste Phase in entgegengesetzter Richtung erneut zugeschaltet werden muss, steht daher ein Winkel von
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zur Verfügung (z.
U'. t4 bis t, bezw. t1 bis t3). In der Zeit, die diesem Winkel entspricht, müssen sich zwei Vorgänge abspielen, näm lich die eigentliche Kommutierung des Stro mes und die Ummagnetisierung der Dros sel 13. Dies ergibt sich aus dem Stromverlauf gemäss Fig. 3.
Der Verlauf der beispielsweise ausgezogenen Kurven der Ströme J:, und J4 einer Phase hat annähernd Trapezgestalt. Der Anstieg des Stromes J, beginnt im Zeit punkt t, wo die Kontakteinrichtung 1 ge schlossen wird, und dauert bis zum Zeit punkt tZ, wo die gestrichelt dargestellte Kurve des Stromes J, der vorangehenden Phase den in der Nähe des Nullwertes lie genden Entsättigungswert der Schaltdrossel der vorangehenden Phase und die Strom kurve J,
unter der Annahme vollkommener Glättung des Gleichstromes praktisch den vollen Gleichstromwert erreicht hat. Von die sem Zeitpunkt ab ändert sich der Strom J1 nicht merklich, bis im Zeitpunkt t4 die Folge phase zugeschaltet wird. Hierauf nimmt der Strom J, wieder ab, erreicht im Zeitpunkt t;
, den Entsättigungswert der von ihm durch- flossenen Schaltdrossel und bleibt während der nun folgenden stromschwachen Pause an nähernd Null, so dass in dieser Zeit die Kon takteinrichtung 1 ohne schädliches Schalt feuer geöffnet werden kann.
Im Zeitpunkt t" wo die stromschwache Pause beendet, die Schaltdrossel im entgegengesetzten Sinne ge sättigt sein muss, wird die Kontakteinrich tung 4 geschlossen, und der Strom J4 nimmt dann den entgegengesetzt gleichen Verlauf wie vorher der Strom J1. Die gestrichelt ge zeichneten Stromkurven J#" J3, J" J, haben die gleiche Gestalt, eilen jedoch um 120 vor bezw. nach.
Massgebend für den Ablauf der oben erwähnten beiden Vorgänge, z. B. während der Zeit t1 bis t3, ist die Spannung, die in dem von der ablösenden Phase und der über nehmenden Phase gebildeten Kommutierungs- krsise wirksam ist.
Der Verlauf dieser Span- nung UI; ist in Fig. 4 für den Kommutie- rungsstromkreis dargestellt, der durch die beiden gemäss Fig. 1. gerade gesehlassenen Kontakteinrichtungen 5 und 1 gebildet wird. Im Schnittpunkt to der beiden Phasenspan- nungskurven U, und U, beginnt die Kurve der Kommutierungsspannung Uh vom Werte Null aus anzusteigen.
Sie ist gleich der ver ketteten Spannung der beiden Phasen. Ihr Maximalwert ist also:
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wenn LT" der Nennwert der Pliasenspa.nn im- ist.
Der betrachtete Kommutierungsvoi-g;ing werde durch Schliessung der Kontakleinricli- tung 1 im Zeitpunkt f, um einen Winkel a nach dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit (t") eingeleitet. Für die eigentliche Koniniu- tierurig möge ein Spannungsintegral entspre chend der Fläche K (Fig. 4) aufzuwenden sein.
Dieses enthält auch einen Anteil, durch den der Drosselkern 14 der stromabgebenden Phase 5 von der Induktion B,1 beim Strom wert 7 auf die im Augenblick seiner Entsä t:- tigung, das heisst am Sättigungsknick, vor handene Induktion Bs und der Drosselkern der übernehmenden Phase 1 von 13,; auf ss., gebracht wird.
Da nun die Drossel der strom abgebenden Phase 5 auch mit der Kontakt einrichtung \? in Reihe liegt, so muss ihr Kern 14 bis zum entgegengesetzten Sättigungs knick ummagnetisiert werden, bevor im Au genblick t3 die Kontal#:teinriehtung \? ge schlossen wird. Die Induktion dieses Doppel kernes muss sieh also um den Betrag 21s ändern. Dazu sei ein Spannungsintegral ent sprechend der Fläche 31, erforderlich.
Das ge samte aufzuwendende Spannungsintegral ent sprechend den Flächen K -E- M muss in der Zeit von t" his t, entsprechend einem Winkel von
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durchlaufen sein, es darf somit höchstens den Wert
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haben.
Würde es grösser sein, so würde das bedeuten, dass die Uminagnetisierung der Drossel beim Schliessen der Kontakteinrich tung 5 noch nicht beendet ist, da,ss sich also die Drossel noch im ungesättigten Zustand befindet. Dann kann der eigentliche Koinmu- tierungsvorgang nicht sofort nach der Kon- taktschliessung einsetzen, sondern erst später, nachdem sich die Drossel bis zum Knick der Magnetisierungskurve gesättigt hat, das heisst bei.
einem grösseren Winkel a, als urspriing- lich an-,enoninien wurde. Der Winkel a ist nun aber für die Spannung auf der CTleich- stromseite massgebend. In Fig. ,5 ist der Ver lauf der Gleichspannung [r, in Abhängig keit von a für Leerlauf aufgetragen.
Fr folgt einer Kosinuslinie, und seine Werte vermin dern sich bei Belastung um den Spannungs- abfall an den im Stromkreis liegenden Impe danzen und um einen weiteren Betrag, der sich daraus ergibt, dass während der Kommu- tieriingszeit auf der Gleichstromseite nicht die volle Spannung entsprechend den in Fig. 2 ausgezogenen Linien, sondern der strichpunktiert eingezeichnete Mittelwert aus den Spannungen der abgebenden und der übernehmenden Phase auftritt.
Aus Fig. 5 erkennt man, dass bei nicht rechtzeitig be endeter Umsättigung der Drosselkerne 14 die Gleichspannung zusätzlich gesenkt wird. Da mit dies vermieden wird, darf der Strom nicht grösser sein als
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Hierin ist L die Induktivität des gesaiii- ten, zwei Phasen umfassenden Kommutie- rungskreises, einschliesslich der Luftinduk- tivität der beiden zugehörigen Drosseln 13.
Ux.axaodts stellt die Fläche M dar, wor aus sich gemäss Fig. 6 die Definition von dtg als Dauer der Ummagnetisierung der Drossel 13 von +Bs auf -Bs, bezogen auf s den Maximalwert der Kommutierungsspan- nung, ergibt.
Für diese Ummagnetisierungs- dauer, die auch als relative stromschwache Pause bezeichnet werden kann, sind die Ab messungen der Drossel, das heisst die Win- dungszahl w der Wicklung 13, der Quer schnitt q des Magnetkernes 14 und seine Sät tigungsinduktion Bs, massgebend nach der Gleichung
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Der Faktor
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berücksichtigt den zusätz lichen Aufwand für die oben geschilderte Änderung des Magnetisierungszustandes der beiden beteiligten Drosseln während des ei gentlichen gommutierungsvorganges, z. B.
von t1 bis t. bezw. von t4 bis t,.. Damit auf der Gleichstromseite der Neun strom Jgn oder ein grösserer Strom erzielt wird, ohne dass die erwähnte zusätzliche Spannungssenkung eintritt, muss die Be dingung
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erfüllt sein.
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Auf der rechten Seite dieser Gleichung kann die Grösse Jgn durch einen den Effek tivwert J" des Wechselstromes enthaltenden Ausdruck ersetzt werden, indem die trapez- förmige Wechselstromkurve gemäss Fig. 3 durch eine Rechteckkurve mit der Höhe Jg" und der Breite
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eines Phasenabschnittes ersetzt wird die die Effektivwerte dieser bei den Kurven in erster Annäherung einander gleichgesetzt werden:
Jn ,' % < lgn eff.
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Hier wird noch das Streuverhältnis E ein geführt, das heisst die Streuspannung
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bezogen auf die Nennspannung Un, das ge wöhnlich in Hundertteilen der ersteren von der letzteren angegeben wird.
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ergibt sich die eingangs genannte Formel.
Zur Erfüllung der erfindungsgemässen Bedingung empfiehlt es sich, das Streuver hältnis E klein zu machen, das heisst kleiner als es bei andern L mformimgsanordnungen, insbesondere solchen mit Quecksilberdampf entladungsgefässen, mit Rücksicht auf den Kurzschlussstrom, üblich ist.
Dazu kann der drehstromseitig angeschlossene Transforma tor oder Generator mit aussergewöhnlich klei ner Streuinduktivität ausgeführt werden, die Streu- bezw. Luftinduktivität der Sättigungsl drosseln ist beispielsweise durch Parallel schaltung mehrerer ZViclz-lungszweige und Verwendung von Ringkernen so weit wie) möglich herabzusetzen, Verbindungsleitungen und Schaltgeräte sind mit möglichst geringer Streuinduktivität auszuführen.
Das gesamte Streuverhältnis E soll insbesondere kleiner sein als 8%. Auf den Kurzschlussstrom braucht keine besondere Rücksicht genom men zu werden, weil er bekanntlich ohnehin durch die Entsättigung der Drosseln 13 auf einen verhältnismässig niedrigen Dauerwert begrenzt wird, so dass es sogar möglich ist, durch einen absichtlich herbeigeführten Kurzschluss auf der Wechselstromseite der Kontakteinrichtungen 1, 3 und 5 einerseits und 2,
4 und 6 anderseits diese Kontaktein richtungen vor Beschädigungen gegen Schalt feuer in etwa vorkommenden Störungsfällen zu schützen.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung eines möglichst grossen Belastungsstromes be steht darin, dass die Umformungsanordnung nicht voll ausgesteuert, sondern mit einem Aussteuerwinkel a > 0 betrieben wird, wie es in den Fig. 9, bis 4 beispielsweise darge stellt ist. Der Aussteuerwinkel kann ent iveder fest eingestellt werden, wenn eine Re gelung in grösserem Bereich nicht erforder lich ist, oder es kann durch einen Anschlag, z. B. an der Regeleinrichtung 17, dafür ge sorgt werden, dass ein bestimmter kleinster Winkel an nicht unterschritten werden kann.
Damit hierbei eine bestimmte Höhe der Gleichspannung U" erzielt werden kann, muss die Wechselspannung entsprechend der Fig. 5 von vornherein höher gewählt werden. Es empfiehlt sich, mit einem kleinsten Aus steuerwinkel von etwa 9 e1. zu arbeiten, weil das Spannungsintegral über 0 bis 9" kei nen merklichen Beitrag zur Kommutierung liefert, wie Fig. 4 zeigt, und weil anderseits gemäss Fig. 5 die Spannungsabsenkung bei a = 9" noch unbedeutend ist.
Die Massnahme; dte durch Verwendung verhältnismässig kleiner Schaltdrosseln klein zu machen, trägt ebenfalls zur Erhöhung der Strombelastbarkeit bei. Gleichzeitig wird je doch dadurch die Dauer der stromschwachen Pause verkürzt.
Die Drosseln dürfen also nicht zu klein gewählt werden, weil sonst die Sicherheit einwandfreier Unterbrechung zu sehr beeinträchtigt werden könnte, die mit Rücksicht auf die unvermeidlichen, durch mechanische Ungenauigkeiten bedingten Schwankungen der Kontaktzeiten und mit Rücksicht auf etwaige Störungen bezw. Ab weichungen von dem normalen symmetri schen Verlauf der Wechselspannung geboten ist.
Ausserdem ist durch die mehr oder -#veni- ger lange Dauer der stromschwachen Pause bei gegebener Lage des Ausschaltzeitpunktes die untere Belastungsgrenze und somit die Grösse des Belastungsbereiches bedingt. Wenn beispielsweise der Ausschaltzeitpunkt bei der höchsten Strombelastung am Anfang der stromschwachen Pause liegt, das heisst mit dem Zeitpunkt t" zusammenfällt, so rückt bei kleinerer Belastung infolge der Verkürzung der Komniutierungsdauer das Ende der strom schwachen Pause immer näher an den Aus schaltzeitpunkt heran.
Die kleinste zulässige Strombelastung ist dann dadurch gegeben, dass ein aus Sicherheitsgründen erforderlichei; Teil der stromschwachen Pause auch bei diel sein kleinsten Strom noch hinter dem Aus schaltzeitpunkt liegen muss. Die geschilderte Betriebsbeschränkung kann jedoch dadurch aufgehoben werden, dass der Ausschaltzeit punkt und damit die Überlappungszeit der Kontakte in Abhängigkeit von der Belastung stetig oder stufenweise verändert wird.
Bei Verwendung grosser Sättigungsdros seln kann die Ummagnetisierung bei grosser Strombelastung durch eine zusätzliche Vor magnetisierung des Drosselkernes 14 be schleunigt und dadurch die Belastungsgrenze erhöht werden. Die Vormagnetisierung kann mit Hilfe der Wicklung 26 bewirkt werden und muss in dem gleichen Sinne wirken wie der Strom, der während des folgenden Strom- übertragungszeitabschnittes durch die Haupt wicklung 18 fliesst.
Die Vormagnetisierung, deren Anwendung auch bei kleinen Belastun gen vorteilhaft ist, damit zur Erhöhung der Schaltsicherheit der Strom in der Hauptwick lung während der stromschwachen Pause noch die gleiche Richtung hat wie während des vorangegangenen Stromübertragungszeit- abschnittes, kann bei höherer Belastung ge gebenenfalls selbsttätig dadurch verstärkt werden, dass die von der angezapften Trans- formatorwicklung 28 entnommene Spannung heraufgesetzt wird. Die genannte Vormagne- tisierung kann auch dazu benutzt werden,
um den während der Wirkungszeit der Sät tigungsdrossel durch die Hauptwicklung 13 fliessenden Strom zusätzlich bis nahezu auf den Wert Null auszugleichen. Zur Aufrecht erhaltung dieses Ausgleiches ist es erforder lich, bei Änderungen des Aussteuerwinkels ä auch die Phasenlage des Vormagnetisieruugs- stromes im gleichen Sinne zu ändern. Hierzu dient die Kopplung des Drehtransformators 27 mit dem Drehtransformator 17.
Zur Beschleunigung der Ummagnetisie- rung kann auch eine Hilfsspannung, bei spielsweise mittels der Hilfswicklung 29, zu sätzlich eingeführt werden. Die Hilfsspan nung kann vorzugsweise eine von der Sinus form abweichende, insbesondere annähernd rechteckige Kurvenform haben. Eine solche Hilfsspannung erhält man aus der Wicklung 30 infolge der oben erwähnten Sättigungs eigenschaften des Magnetkernes 31.
Es emp fiehlt sich, die Fremdspannung erst jedesmal nach der Kontaktöffnung wirksam werden zu lassen, das heisst in der Zeit von t. bis t3. Eine fremd zugeführte Hilfsspannung kann aber ferner auch dazu benutzt werden, um bei hoher Strombelastung die Xommutie- rungszeit zu verkürzen. Die Fremdspannung mu15 hierzu jedesmal kurz nach der Kontakt schliessung in den Kommutierungskreis selbst eingeführt werden.
Eine Verkürzung der stromschwachen Pause kann schliesslich auch dadurch herbei geführt werden, dass ein Teil des Magnet- hernquerschnittes der Sättigungsdrossel bei hoher Strombelastung unwirksam gemacht wird. Zu diesem Zweck kann der Magnetkern gemäss Fig. 7 aus zwei Teilen 14 und 14' be stehen. Der Teil 14' trägt eine besondere Wicklung 40, die oberhalb einer vorbestimm ten Belastungsgrenze mittels eines Schalters 41 gegebenenfalls selbsttätig kurzgeschlossen werden kann.
Macht man die Leitfähigkeit des Parallel pfades 22, 23 gross, so wird dadurch zwar ebenfalls die Ummagnetisierung des Drossel kernes 14 beschleunigt, es besteht jedoch dann die Gefahr, dass sich nach der Kon taktöffnung eine Stromschwingung mit be trächtlicher Amplitude, z. B. nach der Kurve J, in Fig. 8, ausbildet, durch welche die Überlastbarkeit der Umformungsanordnung bei gegebener Kleinstbelastung und unver änderlicher Lage des Ausschaltzeitpunktes beeinträchtigt wird.
Es muss nämlich vermie den werden, dass die Schwingung mit dem Ausschaltzeitpunkt zusammenfällt, da sonst der Strom gerade im Öffnungsaugenblick einen verhältnismässig hohen Wert haben könnte. Die Belastung dürfte daher nur so weit gesteigert werden, dass vor dem Öff- nungsbeginn hinreichend Zeit zum Abklin gen der Schwingung zur Verfügung steht. Um diese Zeitspanne wird also die zur Be herrschung eines Belastungsbereiches nutz bare Dauer der stromschwachen Pause ver ringert, wenn grosse Kondensatoren 22 zur Verwendung gelangen. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, für den Parallelpfad Kon densatoren 22 mit verhältnismässig kleiner Kapazität zu wählen.
Das Überschwingen des Stromes gemäss der Kurve J, kann wei ter dadurch gemildert bezw. unschädlich ge macht werden, dass der Parallelpfad nach der Kontaktöffnung ebenfalls unterbrochen wird. In dem in Fig. 1 dargestellten, zwischen G, und t. liegenden Zeitpunkt ist der Parallel pfad zu der Kontakteinriehtung 5, die sich demnächst öffnen soll, über die Hilfskontakl- einrichtungen 7 und 8 und über die Haupt kontakteinrichtung 1 geschlossen.
Kurz nach der Öffnung der Kontakteinrichtung 5 im Zeitpunkt t= wird zwecks Unterbrechung des Parallelpfades die Hilfskontakteinrichtung 7 geöffnet.
Bevor dann die Kontakteinrichtung 2 im Augenblick t3 geschlossen wird, schliesst sich die Hilfskontakteinrichtung 9, so dass ein über die Hilfskontakteinriehtungen 8 und 9 und die Hauptkontakteinrichtung G verlau fender Parallelpfad für die Kontakteinrich tung 2 vorhanden ist, der die Einschaltspan nung an diesem Kontakt auf einen niedrigen Wert absenkt.
Der Einschaltstrom wird hier bei durch den Drosselkern 25 auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt, da dieser Kern erst ummagnetisiert werden muss, bevor der Strom in den beiden mit ihm verketteten @@"ick@nn- gen 13 und 25, die nunmehr infolge des aus dem Kondensator 22 rückwärts fliessenden Entladungsstromes gleichsinnig magnetisie rend wirken, steil ansteigen kann. Auf diese Weise wird also durch den Drosselkern 25 beim Einschalten eine stromschwache Pause hervorgebracht. Da der Kern 25 einen bedeu tend kleineren Querschnitt hat als der Kern 14, ist diese stromschwache Pause sehr kurz, so dass sie in Fig. 3 vernachlässigt ist.
Vom Ende dieser stromschwachen Pause ab ist der Beginn des eigentlichen Kommutierungsvor- ganges zu rechnen, so dass also durch sie der Aussteuerwinkel a um einen geringen Betrag vergrössert wird.
Während der Kontaktöffnung soll sich der Magnetkern 25 jedesmal im gesättigten, Zustand befinden, damit er den Übertritt des Stromes in dem Parallelpfad ?<B>2</B>, 23 nicht stört. Dies kann bei gleicher Windungszahl der Wicklungen 13 und 24 durch Wahl eines geeigneten Magnetmetalles mit einer Ma.gne- tisierungskennlinie, deren abfallender Ast den Sättigungsknick erst unterhalb des Null, wertes der Erregung aufweist,
oder andern- falls durch "Wahl einer etwas kleineren Win- dungszahl für die Wicklung 24, oder end lich in jedem Fall durch Vormagnetisierung des Kernes 25 mittels einer zusätzlichen Wicklung 42 (Fig. 7) erzielt werden. Die Wicklung 42 wird vorteilhaft mit synchro nem Wechselstrom aus einer Hilfswicklung, ähnlich den Wicklungen 28 und 34, über einen Drehtransformator gespeist, dessen Re geleinrichtung ebenfalls mit der Regelein richtung des Transformators 17 gekuppelt sein kann.
Die Grösse und Phasenlage dieses Vormagnetisierungsstronies kann so einge stellt werden, dass er auch beim Einschalt vorgang den gewünschten Dlagnetisierungs- zustand des Magnetkernes 25 herstellt. Die Wicklung 24 ist in diesem Fall entbehrlich.
Das Überschwingen des Stromes gemäss Kurve J, in Fig. 8 kann ferner mit Hilfe der zur Wicklung 18 parallelgeschalteten Induk- tivität 37 gemildert werden. Durch geeignete Abstimmung dieses Parallelpfades kann der über den Parallelpfad 22, 23 fliessende, resul tierende Strom J,. die in Fig. 8 durch eine ausgezogene Linie angegebene Kurvenform erhalten. Zum Vergleich ist noch die Strom kurve J,1 gestrichelt eingetragen.
Dieser Strom würde durch die Drossel 14 fliessen, wenn weder der Parallelpfad 22, 23 noch der Parallelpfad 35,<B>36,</B> 37 vorhanden wäre. Die Nullinie 0 in F ig. 8 gilt mit, die Nullinie 0' ohne Vormagnetisierung durch die Wicklung 26, die wegen der kurzen Dauer der betrach teten Zeitspanne in erster Annäherung als konstant betrachtet werden kann, wenn der, Vormagnetisierungsstrom während dieser Zeit seinen Maximalwert durchläuft.
Bei An wendung des Parallelpfades 35, 36, 37 kann der Parallelpfad 22, 23 dauernd geschlossen bleiben, so dass die Hilfskontakteinrichtungen 7, 8, 9 überflüssig sind. Dies hat gleichzeitig den Vorteil, dass auch nach der Öffnung der Hauptkontakteinrichtungen ein überwiegen der Teil der Kommutierungsspannung an der ungesättigten Drossel 13 liegt und deren Um- inagnetisierung herbeiführt.
Wenn dagegen der Parallelpfad 22, 23 nach der Öffnung der Hauptkontakte unterbrochen wird, liegt die Kommutierungsspannung zum überwie genden Teil an der geöffneten Hilfskontakt einrichtung, so dass die Ummagnetisierung des Drosselkernes 14 eine besonders starke Vormagnetisierung mittels der Drossel 26 oder eine zusätzliche, mittels der Wicklung 29 eingeführte Hilfsspannung, wie beschrie ben, erfordert, es sei denn, dass der Drossel kern 14 die Eigenschaft spontaner Ma.gneti- sierung besitzt, die bekanntlich einige Ma gnetlegierungen aufweisen,
das heisst dass die .Induktion des Magnetkernes 14 oberhalb einer bestimmten Feldstärke ohne Steigerung der letzteren von selbst weiter zunimmt. Die Verwendung eines Magnetmetalles mit spon taner Magnetisierung kann auch neben den oder statt der übrigen, obenerwähnten Mäss- nahmen zur Beschleunigung der Ummagne- tisierung und damit zur Erhöhung der Strom belastbarkeit beitragen bezw. dienen;
denn sie ermöglicht es, mit sehr kleinen Parallel kondensatoren 22 oder sogar ganz ohne Par allelpfad auszukommen und dadurch die er wähnten Schwingungen und die von ihnen verursachte Verringerung der nutzbaren Dauer der stromschwachen Phase zu ver meiden.
Bei Magnetkernen ohne die zuletzt er wähnte Eigenschaft ist die Neigung der ge sättigten Teile der Magnetisierunrskennlinie massgebend für das Verhältnis das sei nerseits für den dritten Summanden
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der er finderischen Formel mitbestimmend ist. Da mit letzterer nicht durch schlechte Magnet eigenschaften des Drosselkernes 14 über mässig vergrössert wird, wählt man Vorteil haft ein Magnetmetall, das ein Verhältnis von BJ <I>:</I> Bs <B><I><U>-'-</U></I></B> 1,1 aufweist.
Im Zusammenhang mit dem Magnetkern! 25 wurde bereits erwähnt, dass eine auf die Kontaktschliessung folgende, stromschwache Pause den Aussteuerwinkel a vergrössert. Ferner wurde geschildert, dass auch der Ma gnetkern 14 eine solche stromschwache Pause hervorrufen kann, wenn seine Ummagnetisie- rung nicht rechtzeitig beendet ist. Dieser Um stand kann bei der Umformungsanordnung nach der Erfindung verschiedenen Neben zwecken dienlich sein.
Zunächst kann damit willkürlich die Spannung auf der Gleichstrom seite wenigstens in einem kleinen Bereich in der Grössenordnung von etwa 10% geregelt und dadurch beispielsweise der durch die Be lastungszunahme bedingte Spannungsabfall mindestens teilweise kompoundiert werden. Dies kann unter anderem durch Herabrege- lung des Vormagnetisierungsstromes in der Wicklung 26 oder der mittels der Wicklung 29 zusätzlich eingeführten Hilfsspannung erreicht werden, wodurch unter anderem bei sinkender Belastung das Ansteigen der Gleichspannung verringert werden kann.
Da ferner, wie erwähnt, auch bei Über schreitung des durch die erfindungsgemässe Formel gegebenen Höchstbelastungswertes eine Spannungssenkung infolge nicht recht zeitiger Beendigung der Ummagnetisierung des Drosselkernes 14 verursacht wird, so kann dieser Vorgang dazu benutzt werden, um bei Überschreitung der obersten Be lastungsgrenze eine völlige Stillsetzung der Umformungsanordnung zu umgehen.
Dazu ist es erforderlich, dass der bei der zulässigen Höchstbelastung am Anfang (t2) der strom schwachen Pause liegende Öffnungszeitpunkt bei Überschreitung dieser Belastung mittels stromabhängiger Steuerung selbsttätig auf einen späteren Zeitpunkt zwischen t. und t, verlegt wird. Dann geht die Stromunterbre chung auch in diesem Falle während der stromsebwachen Pause unter erleichterten Bedingungen vor sich.
Eine weitere Er höhung des Belastungsstromes J,. hat ein starkes Absinken der Gleichspannung Ü, zur Folge, so dass sich etwa der in Fig. 9 darge stellte Verlauf der Belastungskennlinie Ü,. <I>= f</I> (J,) mit einem deutlichen Knick an der Stelle J"", ergibt.
Das bedeutet, dass mit einer weiteren Verringerung des Widerstan des im Verbraucherkreis oder der Gleich, stromgegenspannung oberhalb von<B>J</B> ",a@ ein wesentlich geringerer Stromanstieg verbun den ist als unterhalb von J.a,. Andere uner wünschte Folgen können dagegen nicht ein treten. Für die Überwachung der beschriebenen Umformungsanordnung gibt es eine Reihe an sich bekannter Möglichkeiten.
Von diesen erweisen sich als besonders vorteilhaft die jenigen, bei denen auf den gegebenen Höchst belastungswert oder einen um einen vorbe stimmten Sicherheitsbetrag darunter liegen den Belastungswert ansprechende Cberwa- chungseinrichtungen in den Hauptstromzulei- tungen der Kontakte liegen.
Ihr Vorteil be steht im wesentlichen darin, dass sie im Cxe- gensatz zu Überwachungseinrichtungen, die in den Gleichstromleitungen liegen, nicht nur auf den eingestellten Grenzwert der Be lastung ansprechen, sondern auch auf Stö rungen in Gestalt von Unsymmetrien der Wechselspannungen der verschiedenen Ph:
a.- sen oder dergleichen, welche sich nicht in einer Erhöhung der gleichstromseitigen Lei stung bemerkbar machen, jedoch eine urizri- lässige Steigerung der sieh während der Über- lappungszeiten der Kontakte ausbildenden Kurzschlussströme in den Kommutierungs-: kreisen zur Folge haben können.
In Fig. l.0 ist eine derartige Anorclnun beispielsweise schematisch dargestellt. Ge zeichnet ist nur eine Phase, mehrpliasige An ordnungen können daraus ohne weitere; durch Vervielfachung entwickelt werden.
In einer Wechselstromleitung<B>1.10,</B> die sich im Punkt 113 auf die beiden Leitungen 111 und 112 verzweigt, sind Kontakteinrichtun gen 114 vorgesehen, deren beweglicher Teil beispielsweise über Nocken oder Exzenter durch einen nicht dargestellten Synchron- mötor angetrieben wird, der an das @Veelisel- stromnetz der Umformungsanordnung oder an ein damit synchron gekuppeltes Netz an geschlossen sein kann.
Die Kontakteinricb- tungeri 114 können zur Verringerung der Anstiegsgesehwindigkeit der wiederkehren den Spannung durch einen Parallelpfad über brückt sein, der in der Zeichnung beispiels weise durch einen Kondensator 115 und einen Ohmschen Widerstand 116 verkörpert ist.
Ausserhalb des Verzweigungspunktes <B>116</B> sind in der gemeinsamen Leitung 110 Dros selspulen 117 angeordnet, deren Magnetkern <B>118</B> beim Nennstromwert hochgesättigt ist und durch seine Entsättigung in der Nähe des Stroinnullwertes eine stromschwache Pause hervorruft, welche die Stromunterbre chung und gegebenenfalls auch die Strom schliessung erleichtern kann.
Die Magnetisier rungskennlinie des Magnetkernes 118 soll im u ii"es, " ättigten Gebiet möglichst wenig egen die Flussaehse geneigt sein, an den Über gangsstellen in die gesiittigten Gebiete mög lichst scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Errebera,chsc verlaufen.
Auf dem Kern<B>118</B> kann zur zusätzlichen Steuerung seines 31a- gnetisierungsverlaufes eine Vormagnetisie- rungswicklung 119 angeordnet sein, die bei der dargestellten Anordnung vorzugsweise mit Wechselstrom erregt wird. Die beiden Zweigleitungen<B>111</B> und 112 sind an ver schiedene Pole eines Gleichstromsystems 120 angeschlossen. Die Schaltzeiten ihrer Kon takteinrichtungen sind demgemäss gegenein ander um 180 elektrisch versetzt.
Wird die Überwachungseinrichtung in der Hauptstromleitung ausserhalb der Lei- tungsverzweigung 113 mit der Sättigungs drossel 117 in Reihe geschaltet, so hat dies (teil Vorteil, dass gewöhnliche, für symme trischen Wechselstrom geeignete Überwa- eliurigseinricliturigeri verm,endet werden l:
iiri- nen, die gleichzeitig den Vorzug haben. dass sie je nach dein Zeitpunkt, in dem eilte Stii- rung oder Überlastmig eintritt, in jeder der beiden Halbwellen des Wechselstromes einen Steuerimpuls empfangen und weiterleiten können.
Eine derartige Überwachungseinrich- tung ist beispielsweise ein einfacher Wand ler, dessen Erregerwieklurig 121 in der Hauptstromleitung<B>110</B> liegt, und an dessen Sekundärwicklung 129 über eine Gleichrich- teranordnurig 1\33 eine Spule 124 eines Relais 125 angeschlossen ist.
Das Relais 125 ist zur Erzielung einer kurzen Eigenzeit der tber- wacliungseinriclitung durch eine Spule 126 vorerregt, so dass der Relaisanker normaler weise angezogen ist und die Relaiskontakte 127 geöffnet sind.
Die Spule 126 ist über eine Dämpfungsdrossel 128 und einen regelbaren, Widerstand 129, mit dem der Ansprechstrom eingestellt und gegebenenfalls bei Verände rung des Aussteuerungsgrades der Umfor mungsanordnung entsprechend der vom Aus steuerwinkel abhängigen Änderung des zu lässigen Höchstbelastungswertes selbsttätig nachgestellt werden kann, an ein Ililfsgleich- stromnetz 130 angeschlossen, das unter Um ständen mit dem Gleichstromnetz 120 im Zu sammenhang stehen kann.
Die von den Wand lern der verschiedenen Phasen ausgehenden Überwachungsströme können nach ihrer Gleichrichtung in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung der Erregerspule 124 zu geführt werden. Es kann auch für jede Phase eine besondere Erregerspule entsprechend der Spule 124 vorgesehen sein oder auch je ein besonderes Relais, dessen Kontakte zu den in der Zeichnung dargestellten Kontakten 127 parallelgeschaltet sind: An dem Gleichstromnetz<B>130</B> kann auch über Widerstände 131 und 132 die beispiels weise als Haltespule ausgeführte Erreger spule einer elektromagnetischen Schutzvor richtung<B>133</B> liegen.
Die Schutzvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die Kon takteinrichtungen 114 im Störungsfalle über brückt, indem sie etwa die drei Phasen einer Drehstromanordnung kurzschliesst. Während des normalen Betriebszustandes ist der An ker der Schutzvorrichtung 133 angehoben; so däss die Überbrückungskontakte geöffnet sind. Sobald der Strom in der Anodenleitung 110 einen vorbestimmten Wert überschreitet, überwiegt die entmagnetisierende Kraft der Spule 124, so dass der Anker des Relais 125 abfällt, die Relaiskontakte 127 schliesst und dadurch die Haltespule der Schutzvorrich tung<B>133</B> einschliesslich des damit in Reihe liegenden Widerstandes 131 überbrückt, so dass die Schutzvorrichtung wirksam wird.
Durch die Kontakte 127 oder durch zusätz liche Hilfskontakte des Relais 125 können auch Schnellschalter auf der Wechselstrom seite und erforderlichenfalls auch auf der Gleichstromseite der Umformungsanordnung. ausgelöst werden, damit die gesamte Anord nung im Störungsfalle spannungsfrei ge macht wird. Es können ferner Einrichtun gen vorgesehen sein, durch die die Anord nung nach Verschwinden der Störungsursache selbsttätig wieder in Betrieb gesetzt wird.
Statt eines elektromagnetischen Relais 125 kann auch ein gesteuertes Entladungs gefäss verwendet werden. Dieses kann unter Umständen statt oder ausser durch einen Stromwandler durch eine in den Zweiglei tungen 111, 112 angeordnete Zünddrossel ge steuert werden, deren gern ähnliche Eigen schaften besitzt wie der obenerwähnte Ma gnetkern 1181 und mittels Wechselstrom so vormagnetisiert ist, dass ex sich beim Auf treten eines Rückstromes entsättigt und hier bei in einer Wicklung einen Spannungsstoss hervorruft, der zur Zündung des Entladungs rohres benutzt werden kann.