Steueranordnung für Kontaktumformer. Die Erfindung bezweckt ,die Verbesserung von Kontaktumformern, d. h. von elektrisichen Schaltgeräten, bei denen mit ILlfe mecha- nis,ch bewegter,
periodisch smch öffnender und schliessender Kontakte el@ektris@cher Wechsel- strom. in Gleichstrom oder umgekehrt oder in ,einen Wechsellstro@m anderer Frequenz umge formt wird.
Um Schaltfeuer zu vermeiden, werden hierbei: mit den Kontakten eine oder mehrere Schaltdrosseln mit bei Nennstrom hochge- sättigtem Magnetkern in Reihe geschaltet, durch deren Entsättigung in :
der Nähe ,der Stromnullwerte eine sseomlossie bezw. strom schwache Pause hervorgerufen wird.
Die Kon takte werden synchron zur Phase des zu un- terbrechenden Stromes derart gesteuert, @dass sie sich: jeweils während ,der stromschwachen Pause zu öffnen beginnen.
Es ist unbedingt erforderlich, dafür zu sorgen, dass, die Aus,- schaltzeitpunkte mit Sicherheit innerhalb des stromschwachen Zeitbereiches liegen und dass nach dem. Ausschaltzeitpunkt noüh cim. gewis- sier Auslauf der Stromkurve innerhalb der stromschwachen Pause gegeben ist.
Um 1ückemlo,s,en Strom zu erhalten, ist ,es erforderlich, jeweils die neue Phase zuzu- slchalten, bevor -die alte abgeschaltet ist, d. h. es ist eine zeitliche Ü-berlappung je zweier aufeina.nderfolgender Einschaltzustände not wendig.
Mit einer bestimmten Überlappungs- d@auer ist bei .gegebenem Spannungsverlauf und bei relativ hierzu festliegender Lage der Uberlappuugssizeit ein bestimmter Wert des Integrals der verketteten Spannung während der Überliappungszeit verknüpft.
Bisher war es üblich, die Dauer der stromschwaohen Pause durch -entsprechende Auslegung der Schaltdroosiel so lang zu ma- chen,
dass innerhalb des für den Kontaktum- former insgesamt in Frage kommenden Be- triebsstroimis@tärkenbereiches s@ch@an allein durch die Länge der stromschwachen Pause unter allen vorkommenden Betriebsverhältnissen ,
die gewünschte Lage dies Ausmhaltzeitpunktes in, deren richtigem Bereissh gewährleistet war, ohne dass hierzu eine Verschiebung der Ph,a.- senlage des Auss@ch iiltzeitpanktes durch stromabhängige Beeinflussung der Cberlap- pungsdauer notwendig war.
Hierbei war es jedoch erforderlich, da.ss das erwähnte Spannungsintegral bei. sonstigen Änderungen des Betriebszustandes künstlieh auf gleichbleibendem Z@'ert gehalten wurde.
Eine Änderung des Betriebszustandes, die auf das Spannungsintegral von Einflusssein h.aun, wird beispielsweise durch die willkü.r- liehe Re-elung der Gleichspannung des Um formers mittels Teilaussteuerung hervorge rufen,
die durch. Versehiebiing der Pha sen- l@age der Ein- und Aussehaltzeitpu.nkte gegen- über der Phasenlage der Spanneun- erfolgt. Ferner ergeben sich derart veränderte Be triebsverhältnisse durch Änderung der Grösse der den Kontakten zitbeführten @'ech-@elspan- nun-;
diese Änderungen können sowohl ge- wvollt zum Zwecke der Spannungsregelung durch Regieltrans.formatoren lierbei"efübrt sein oder auch ungewollt durch Schwankun- ben der Spa-nuiing des W eehsel.stromnetzes. Durch diese Veränderungen kann eine unzu- läs:
sige Verschiebung der Grenzen der st.roni- schwvachen Pause gegenüber den Seha ltzeit- punkten hervorgerufen werden. Es sind also besondere Massnahmen zur zuisätzliehen Be einflussung der Kontaktdauer bezw. Über- lappimgszeit eriorderlich,
um das Spannungs integral konstant zu erhalten und so mit Sicherheit zu gewährleisten, dass keine Kon taktöffnungen ausserhalb des Bereiches der stromschwaehen Pause stattfinden.
Lösungen dieses Problems hat man bei Kontaktumformern mit Abhebekontakten, deren periodisiche Betätigung dnuch, timen Antriebsmotor über ein auf Stössel arbeiten des Exzentergetriebe oder dergleichen erfolgt, bereits auf mechanii,cheim Wege angestrebt. Man hat nämlich in das Getriebe Steuerkur ven eingebaut,
mit Hilfe dein in zwvang- läufiger Abhängigkeit von den willkürlich verstellbaren Organen @d@es Konta.ktumforiners der Kontakthub und damit die Einselialt- dauer der Kontakte verändert werden konnte.
Dabei stand jeder Kontakt unter der Einwvir- kun- mehrerer Steuerkurwü. Eine hiervon diente dazu, um in Abhängigkeit von -der Au@s,steuerung die Vberla,ppungszeit so zu steuern, dass stets im stromschwachen Zeit bereich aucgesehaltet wird.
Die Veränderung der Aiisisteizerung selbst,<B>d. lt.</B> -die gleichAei- tige und gleichmässige Verstellung der Pha- sen@age der Ein- und Ausschaltzeitpunkte zwecks Erhaltung einer bestimmten Aus erfolgte durch Verdrehen des deebbar anigeordneten Ständers des synchron laufenden
Antriebsmotors. Eine zwveiteSteuer- hurve diente dazu, die Überlappungsdauer in Abhängigkeit von der Grösse der Wechsel spannung zu verändern. Eine dritte Steuer kurvo wurde bei Brückenschaltungen ge, brauecht, in denen nur eine Schaltdrossel für je zwei in Gegentakt arbeitende Unterbre- chungseini#ichtungen vorhanden ist (siehe Abb. 2, 3 und 4).
In einer derartigen Brücken- schaltung wird jede Schaltdrossel innerhalb einer Wechselspannungsperiode zweimal in entgegengesetzten vom Strom durcliflossen. Da, ,sich nun bei Drehstrom die Kontaktdauer ohne Überlappung jede@smal über 120 erstreckt,
so steht für die Strom- wenduiig und Ummagnetisierunb der Sehalt- dros,sel niir ein Betrag von l80 bis 120 = 60 zur Verfügung (60"-Be@dingunb). Die Stromwendung und die Um@magnetisierun- der Sehaltdros.seln dauert um so länger.
je kleiner die Stromwendespannung ist. Infolge- dessen gibt es für den Aussteuerungsgrad eine obere Grenze, wo die Stromwendespannung so klein wird, dass die Unimagnetisierung der Sehaltdrosiseln nicht mehr reehtzeitib beendet werden kann.
Damit die.e Grenze nicht übersIehritten wi;rcli, ist an der Regeleinrich- tung für den Ausisteierungsbrad ein Endan- schlag anzubringen. Ändert sich ausserdem der Effektivwert der Wechselspannung, so verschiebt sich @damit die obere Grenze für den A.iiisisteiLerungsgra,
d. Dementsprechend wird finit Hilfe einer dritten Steuerkurve die Verstellung des erwähnten Anschlages in Übereinstimmung mit der Regelung der zu geführten WechseIspannung gesteuert.
Diese bisher allein in Betracht gezogene meehmnische Lösung war jedoch- verhältnis mässig umständlich. Insbesondere russten auch für jedes Gerät :äne ei:üzednien, noeh ,dazu unter isich verschiicdenen Kirrvensroheiben je nach den für,das Gerät;
zu erwartenden Be- triebsbedingungen besonders berechnet und hergestellt werden. Ausserdem konnten da- durch nicht die nichrt mittels :
der willkürlich verstellbaren Organe herbeigeführten Ände rungen der Betriebsiverhältniisse (Netzspan- nungsschwankungen oder dergleichen) mit berii-ksmahtiigt werden.
Demgogenüber kann eine wesentliche Ver- einfa,ehumig und eine Verbesserung der A."r- beitswelso erfindungsigemäss, durch ein perio disch eingeschaltetes elektrisches Mess- und Steuergerät erzielt werden,
welches das mit wechsellinden Betriebsverhäl'tniissen sich' än dernde zeitliche Integral edier Wechselspan nung während einten zu überwachenden Zeit- absohnittes jeder Periode misst und in Ab- davon eine die Einmiichtung zur Verschiebung der Sehaltzeitpunkte <RTI
ID="0003.0068"> zusätzlich beeinflussende Regeleinrichtung selbsttätig steuert. Man kann ;damit beispielsweise das Integral :
der verketteten Spannung während der Überlappungszeit zweier Kontakte mes sen und mittels der Messvorrichtung selbst tätig mittelibar oder unmittelbar eine die Überlappungszeit beeinflussende Steuerkurve, Steuerwelle oder dergleichen so verdrehen bezw. verschieben"dass das Spannungsintegral der verketteten Spannung während der Über lappungszeit .zweier Kontakte einen bestimm ten,
gleichbleibenden Wert hat. Man erhält dadurch den Vorteil, dass man für die Berück- s1Chügung -des jeweiligen Ausstenerungsgra- des. sowie der jeweiligen Grösse der Wechsel spannung nur noch eine einzige Steuervor- riehtung benötigt, die in jedem Falle die gleiche csein kann,
was eine wesentliche Ver- einfaehung bedeutet. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass unter allen denkbaren B@e- triebsverhäHnissen, die eine Änderung rdes Sparnnungsktegrals .der verketteten Spannung während der Überlappungszeit zur Folge haben könnten,
ohne Rücksicht auf deren Ur= sacke die für das eimvandifreie Arbeiten des Kontaktumformers erforderlicheBerichtgnng der Phasenlage der Sohaltzaitpunkte .stets selbsttätig cittirch'gefüh rt wird.
So wird zum Beispiel auch die unter Umständen nachtei- litge Aulsiwirkuntg :der versichiedenen Tempo- raturauLsiclehn.ungen von Teilen der Kontakt einrichtungen, insbesondere ider die festen Kontakte tragenden Stromschienen und der Stössel, selbsttätig beseitigt,
ohne dass es hier zu besonderer Kompensationseinrichtungen bedarf.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand einiger schematischer Aueführungsbeüspiele erläutert.
Abb. 1 zeigt -das Schaltbild eines Kon- taktumformers mit sechs Abhebekontakten, deren bewegliche Sohaltbrüoken 1 bis @6 sich in -deichen, 60 e1. entsprechenden Zeitabstän- den ,in ,der Reihenfolge 1-6-2-4-3-5 schliessen bezw. öffnen,
wobei Wich die Schliessungszei ten von 1 und 2, 2 und 3, 3 und 1 sowie voli 6 und 4, 4 und 5, 5 und 6 zwecks Phasenab lösung überlappen. An die Phasen S und T dien<B>Ei</B> ünbaengis-DrehsTamnnitng ist A Primär- wiicklung teines Wandlers W angeschlossen,
dessen. 'Sekundärspannung somit ein Mass für die verkettete Spannung ist. Die Sekund.är- wiekl'ung des Wandlers liägt i,n Reihe mit der Wvok .läng eines Reglierelektromagweten E .an ,
den Kontaktbrücken 5 und 6.zweier nachein ander arbeitender Kontakte, denn ortsfeste Kontaktteil-o <I>a, b</I> miteinander ständig ver bunden sind. Der SekundÜrstromkreis des \Vendlers W mit der Elektromagnetspule Ei ist also penio,disich: jewei1 während der Überlappwnrgsidauer ;
der einander ablösenden Kontakte 5, 6 geschlissen. Der Anker der Reglermagmetspule E steht bei;
diesem sche matischen Beispiel einerseits unter Einwir- kung einer Feder I\, die ihn in seins Ruhelage zurückzwführen bestrebt ist, andrerseits unter der Ei inwirkunig der Magnetspule .E,
die der Fedexkraft entgegenwirld und rden Anker' aus ,der Ruhelange entfernt. RTI ID="0003.0246" WI="5" HE="4" LX="1577" LY="2163"> Da,
der Anker mitsamt Jen mit ihm verbundenen Teilen eine .gewisse Trägheit besitzt und den. einzelnen' im Se kundärkreis des Wandlers W in rai:
cher Auf= einanderfolige auftretenden Stromstössen nicht folgen kann, stellt er sich während des Be triebes auf eine bestimmte, von der Ruhelage abweichende Mittelstellung ein.
Diese Stel lung ist ein Mass für .das Integral der ver- ketteten Spannung während der Überlap- pungszeit. Bei Abweichungen des Integrals von seinem Sollwert verändert der Anker seine Stellung und betätigt eine Kontaktein- riehtunig K,
mit deren Hilfe er ein @ogege- triebe (Vexrstellunotor oder dergleichen) zur Bewegung der Steuerkurve, die die Kontakt zeit bezw. Überlappungszeit ändert, steuert.
Die elektrisch beeinflusste Mess- oder Re gel- bezw. Steuereinriehtung lässt sieh noch in mannigfacher Weise abwandeln und am-,- bauen. So lässt sich zum Beispiel die Schnel ligkeit der Regelung dadurch vergrössern, dass die Elektrama gneteinrichtung ",direkt", d. h.
ohne Zwi chenbetriebe, zur Verstellung der Steuerkurve benutzt wird, oder dass sie unter Vermeidung einer Steuerkurve unmittelbar den Hub der Kontaktbrücken und da=mit die Überlappungszeit becirnflusst. Sofern dabei die Reglerspula einen. so grossen Verbrauch er halten wwrde,
dass ihr Strom von den Kon takten nicht mehr ohne Werkstoffwanderun-; ge,spcbaltet werden könnte, so empfiehlt es sieh, wieder zur Zwis-chensehaltung eines Ver- stärkers überzugehen.
Hierzu verwendet man dan=n zweckmässig beispiels,weiso einen Elek- tronenröhrenreg.ler, der den Strom praktisch trägheitslos auf eine ausreichende Grösse übersetzt. Eine g denüber dem einfachen Verstellmotor erheblich vergrösserte Regel- geschwindigkeit erhält man <RTI
ID="0004.0087"> auch schon durch Anwendung eines Oldruokverstärkers (Servo motor).
Eine weitere wichtige Verbesserung und vor allem eine Verminderung des. Aufwandes für die Sehaltürosseln der Kontaktumformer lässt sich dadurch erzielen, dass -die Überlap- pungszeit bezw. der Ausschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von der Grösse,des Gleichstro mes verändert wird.
Zu diesem Zweck ist bei der Anordnung nach Abb. 1 auf der Gleich- stromseite :das Relhis Y vorgesehen, durch welehess ein Vorwiderstand mit dem Regler- elektromagneten E in Reihe geschaltet wird, so dass der Sollwert de9 Reglers, .d. h.
die Überlappungszeit bezw. die Lage des Aus verstellt wird. Gegebenen- falls kann .die Verstel,liung stufenweise erfol gen. Bekanntlich verändert sich mit der Grösse des zu wendendon Stromes die Phasen- lago des Zeitpunktes, bei welchem der Strom der abgebenden Phase den Wert Null erreicht.
Damit verschiebt sich aber auch die Lage des stro@mschwaühen Zeitbereicbes. Pa.sst man nun in der beschriebenen Art und Weise dieser Lage die Lage :
des Ausschaltzeitpunktes an, .so kommt man mit einem wesentlich kürzeren stramschwacbe,n Zeitbereich -aus. Infolgedes- sen kann man auf diese Weise den Aufwand für die SchaltdrosLSeln erheblich verringern, oder bei gleieheun Schaltdrosselaufwand die Betriebssicherheit des Umformers beträcht lich erhöhen.
Eine noch weitergehende Massn=ahme zur Erreichung desselben Zweckes besteht darin, dass rnan die Anpassung der Überlappungs- zeit an .die Stärke des Stromes nicht in Stu fen, sondern steti=g vornimmt.
Man kann dazu beispielsweise den bereits für die spannungs- abhüngige Regelung der Überlappungszeit vorgeschlagenen Regler benutzen, indem man ihn zusät=zlich mit einem Stromsystem ver sieht.
Um auch schnelleren Stromänderungen noch folgen zu können, ist hier ebenfalls wie der ein möglichst schnell arbeitender Regler am Platze, also beispielsweise ein unmittelbar wirkender magnetischer Regler oder ein Ül- .d,rurkregler. Abb. 2 zeigt ei=ne derartige An ordnung,
bei welcher der @eg@er-Elektrom < ag- net E ,ein Flüssigkeitsgetriebe 0 steuert. Er besitzt hier jedoch noch eine zweite Wicklung M, die an einen im Gleichstromkreis liegenden Messwiderestand N angeschlossen ist.
Die Stromwielilhng isst ,dabei in ihrer magneti schen Wirkung entgangesetzt der Span- nungswicklunggeschaltet. Bei Erhöhung des Belastungs-Gleichstromes zum Beispiel er folgt dann eine Schwäohung des von der Spannungswneklung erze%-ten magnetischen Feldes, was den Regler veranlasst,
in ge- wünsehter 'Weise die Überlappungszeit und damit das Spannungsintegral zu vergrössern. Anderseits regelt :der Regler bei .gleichblei- bendem Belastung stroim genau wie auch frü her ohne :<B>die</B> Stromwicklung bei :gewollten oder ungewollten In:
derungen .der Wechsel spannung auf ,gleichbleibende Grösse :des SpannungsiintegraIs. Der Unterschied ist nur der, dass jetzt vollkommen selbsttätig jeder Belajs!tungsstro,mstä@rke ein anderes Span nungsintegral- von ,günstigster Grösse zuge ordnet wird.
Anstatt wie in Abb. 2 zwei Spulen in GegenschaItung au± einen gemeinsamen An ker oder sauf zwei AnkeT mit .gemeinsamer Achse wirken zu lassen, kann man die be nötigte Differentiialwirkung auch mit anders gearteten Messsystemen des Reglers ,
erreichen. So kann beispielsweise ein Waagebalkensy- stem nach Abb. 3 mit zwei 'Spulen E und Z verwendet werden. Diese Anordnung bietet unter anderem den Vorteil" @dass die Strom arten in beiden Spulen verschieden sein kön nen.
Es lässt sich daher .zur Vermeidung eines Messwiderstandes im. Gleichstromkreis die Stromspule Z hierbei auch aus dem Kreise des den Kontakten zugeführten Wechselstro mes speisen, wobei zweckmässig -ein Strom wandler Y einzusichalten ist.
Die Benutzung dieses Weclis-elistromes kann jedoch auch mit einer E-inriehtung nach Abb. 2 erfolgen, wenn der Wechselstrom beispielsweise über Trok- kengle:ichrIchter :gleichgerichtet wird, bevor man ihn der Stromspule zuführt.
Sämtliche 'bisher beschriebenen Massnah men zur Beeinflusisung der Überlappungs- zeit befreien bei Umformern. in 3-Dros:sel- s:chaItung nicht von,dier Einhaltung der bereits früher :erwähntem. 60 -Beidingung. Zu ihrer Erfüllung ist es notwendig, :die höchstzu- lässiige Auseteuerunigdurch einen in Ab hängigkeit von :
der Wechselspannung verstell baren Endan@s:chlag zu begrenzen. Mit der s-chont erwähnten Kurvensicheibe ist eine An passung möglich lediglich en willkürlich herbeigeführte Anderungen der Weelisel- spannung. Eine allgemeine Anpassung sowohl an gewollte wie auch an durch Netzschwan- kungen <RTI
ID="0005.0086"> gegebene Änderungen der Wechsel- spannung ist mÖ:glich, wenn man die Aus- Steuerungsbegrenzung durch einen zweiten selbsttätigen Regler vornimmt.
Ein Ausführungsheispiel dieser Art ist in Abb. 4 dargestellt. Das, Magnetsystem :des zweiten Reglers ist dort mit E2 bezeichnet. Dieser Regler betätigt auf eine der bereits früher genannten Arten eine Einrichtung zur Verstellung :des Endanschlages. Durch ,die Spule :des Reglers: muss ;
ein sich über 60 erstreckendes Spannungsintegral gemes sen werden, das mit dem Einsichaltzeit- punkt des der Messwechselspannung zu geordneten Kontaktes beginnt.
In Abb. 4 beispielsweise ist der :diese Reglerspule speisende greis über :einen Wandler Ws au die Phasen R und T :des Transformators an geschlossen. Dais Einechalten des Messstromes erfolgt demgemäss :durch den zugeordneten Kontakt 4.
Dias Ausschalten des Messstromes nach 60 geschieht durch Überbrückung der Reglerspule mit Hilfe des gegen Kontakt 9 um 60 verspätet einschaltenden Kontaktes 3.
Zur potentialmässigen Trennung ist dabei die Zwisichenechaltung eines Isolierwandlers <B>TV 3</B> erforderliich, da die Kontakte 3 und 4 .an verschiedenen Polen, der Gleichspannung lie gen.
Zur Erzielung der richtigen Pha@sienlage des Me:ssstromes sowie zur Begrenzung des Kurzschl :ssstmo:mes ist noch .die Einsthaltung eines Vorwiderstandes Y nötig. Unter Ver zicht auf die Wandler Ws und W3 kann man auch :die :
gleiche Wirkung erzielen, wenn man an 'Stelle der Hauptkontakte 3 und 4 zwei mit entsprechender Phase, d. h. synchron mit diesen, schaltende Hilifskontakte verwendet, wobei man auch an StelJie :
dier Überbrückung der Re!glerspule durch einen Kurzsehlusskon- takt für -die Beendigung des Messabsichnittes einen Ausschaltkontakt wählen kann. Eine derartige Abänderung der Schaltung gemäss Abb. 4 ist in Abb. 4a beispielsweise darge stellt.
Hier ist die Reglersipule E2 über den Vo:rwiderstand p und: über zusätzliche Hilfs kontakte 3' und 4' unmittelbar an ,die Phasen B und T des Tran>siformators angeschlossen.
Die HiNsko:ntakte können durch :die Antriebs vorrichtung dier Hauptkontakte mit betätigt werden, und zwar s,o, :d@ass sich der Hilfskon- takt 4' gleichzeitig mit dem Hauptkontakt 4 schliesst und öffnet, während sich der Hilfs- kontakt 3' öffnet, wenn sieh der Hauptkon takt 3 schliesst, und umgekehrt.
Der Strom kreis der Reigle-rspule E2 wird demnach gleich zeitig mit der Schliessung des Hauptkontak tes 4 geschlossen und nach 60 gleichzeitig mit der Schliessung des Hauptkontaktes 3 geöffnet.