Elektriselier Kontaktumformer. Bei den bekannten Stromumformungs- einrichtungen (Einankerumformer, mechani schem Kontaktumformer, Ventilgleichrichter) wird gewöhnlich ein Mehrphasenwechsel- stromnetz mit einem Gleichstromnetz oder mit einem Wechselstromnetz anderer Fre quenz gekuppelt.
Weisen die Augenblicks werte der Spannungen der beiden gekuppel- ten Netze in zueinander gehörenden Phasen vergleichsweise die gleichen Werte auf, so werden diese zugehörigen Phasen miteinander verbunden, und es findet eine Energieüber tragung in der einen oder andern Richtung statt.
Fällt zum Beispiel die Spannung der einen Phase des Mehrphasen-Wechselstrom- netzes nach Überschreitung ihres Höchstwer tes ab, so wird - bevor diese Phase nicht mehr in der Lage ist, die Energieübertragung zu übernehmen - die folgende Phase zuge schaltet, und zwar ganz allgemein derart, dass der zwischen den beiden Phasen entstehende "Kurzschlussstrom" entgegengesetzte Rich- tung hat wie der Strom der abzuschaltenden Phase;
dies bewirkt, dass der Strom dieser Phase schnell absinkt, ebenso schnell steigt der Strom in der zuzuschaltenden Phase an (siehe Fig. 1).
Aus Fig. 2 erkennt man, dass diese Be dingung bei Energieübertragung in Richtung von einem Drehstrom- zu einem Gleichstrom netz nur erfüllt ist rechts vom Schnittpunkt der Spannung u, mit u2 (Gleichrichterbetrieb). Will man die Energieübertragung umkehren, so erhält man Verhältnisse, wie sie in den Fig. 3 und 4 angedeutet sind.
Damit il ver schwinden kann, muss ik den umgekehrten Verlauf aufweisen, d. h. ein Betrieb ist nur möglich links von dem Punkte, in dem u,_ <I>=</I> u., ist (Wechselrichterbetrieb). Daraus folgt, dass es im allgemeinen nicht ohne wei teres möglich ist, vom Gleichrichter- in den Wechselrichterbetrieb überzugehen; ferner benötigt der Wechselrichter bekanntlich sehr grosse kapazitive Blindlast aus dem Netz. Man hat verschiedentlich versucht, diesen Nachteil zu beseitigen, ohne jedoch bis heute eine wirtschaftliche Lösung gefunden zu haben.
Weiter erkennt man, dass insbesondere der Wechselrichter auch sehr empfindlich gegen Spannungsabsenkungen im Wechsel stromnetz ist, da bei zu kleiner Spannung eine regelrechte Kommutation nicht mehr möglich ist. Dieser Nachteil kann nur ver mieden werden durch noch frühere Phasen ablösung, also durch Zuschalten der Folge phase jeweils zu einem Zeitpunkt, der noch weiter links von dem Punkt ac, <I>=</I> u= liegt, was noch grösseren Blindstrombedarf ergibt.
Diese Nachteile werden nach der Erfin dung dadurch vermieden, dass das Absinken des Stromes nicht mehr oder nicht nur durch den Kurzschlussstrom ii, bewirkt wird, wel cher als Folge einer richtig gewählten Span nungsdifferenz zwischen u, und e4. entsteht, sondern dass in die abzuschaltende Phase periodisch jedesmal vor einer Stromunterbre chung ein den Widerstandswert des Kommu- tierungskreises erhöhender veränderlicher Wi derstand, dessen Höchstbetrag mindestens die Grössenordnung der im Kommutierungskreise wirksamen Blindwiderstände hat,
mit wach senden Werten eingeschaltet und derart ge steuert wird, dass er seinen Endwert erst un mittelbar vor der Unterbrechung erreicht.
An Hand der Fig. 5 und 6 soll die Er findung näher erläutert werden. Fig. 5 zeigt ein Schaltschema zur Verdeutlichung des Grundgedankens und in Fig. 6 sind Einzel heiten einer bevorzugten Ausführungsform schematisch angegeben.
Der synchron zuzuschaltende Widerstand kann überwiegend Ohmscher Widerstand sein, damit die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung im Unterbrechungsaugenblick möglichst gering ist.
In Fig. 5 ist angedeutet, dass in Phase 1 der Widerstand r bereits teilweise eingeschal tet ist, während Phase 2 keinen Widerstand enthält. Es wird somit, und zwar in gewis sem Grade unabhängig davon, ob das Kurz schliessen links oder rechts von u1 <I>=</I> u-. statt findet, der Strom in Phase 1 abnehmen, und zwar je nach Wahl von r auf beliebig kleine Werte.
Es kann zweckmässig sein, den Schaltvor gang sowohl bei Wechsel- als auch bei Gleichrichterbetrieb ungefähr symmetrisch zu dem Zeitpunkt zu legen, in welchem 2c, = -s_ ist. In diesem Fall ergeben sich im allgemei nen die kleinsten Verluste.
Eine weitere Massnahme besteht darin, das Einfügen des Widerstandes sehr schnell_ durchzuführen, zum Beispiel in etwa 1 ms oder weniger, dadurch können die Verluste auf etwa<B>1.00'</B> oder weniger der Gleichstrom leistung reduziert -werden. Eine Anordnung, um dies zu erreichen, ist in Fig. 6 dargestellt. Es bedeuten r, und r;; zwei Widerstände, auf denen sich wiegenförmige Gegenkontakte 1, , und k@ abwälzen.
Diese werden angepresst durch Federn f, und f,., und synchron bewegt durch Gestänge g, und befindet sich in einer Mittelstellung, k.. in der Anfa,ngSstel- lung. Der Strom i., -wird ganz unterbrochen, wenn k, sich vom Endkontakt<I>b,</I> abhebt und sich auf das Isolierstück c, setzt.
Zwischen den Kontakten<I>b,,</I> b, einerseits und den Wie gen<I>k,,</I> k. anderseits ordnet man möglicher weise jeweils einen Parallelpfad rr,, nan, be stehend aus Kapazität oder Ohmschen Wi derstand oder einer Kombination der beiden.
Das Einschalten kann ebenfalls über die Widerstände r erfolgen. Es kann aber zur Verringerung der Verluste und zur schnelle ren Übernahme der Last in der Folgephase zweckmässig sein, direkt, d. h. ohne Wider stand,einzuschalten. Dies kann zum Beispiel in der Weise geschehen, dass das Segment /c, zunächst durch eine bewegliche und ebenfalls synchron gesteuerte Isolierleiste abgehoben wird, sich auf dieser zurück-wälzt und dann im richtigen Schaltmoment auf den ruhenden Anfangskontakt ca, aufgesetzt -wird, indem sich die Isolierleiste -wieder zurückbewegt.
Zur unmittelbaren Zuschaltung der Folge phase kann jedoch auch eine vorzugsweise mit Abhebekontakten ausgerüstete Kontakt einrichtung e, bezw. e, dienen, von der auch die Stromführung während der Hauptüber- tragungsperiode jedesmal übernommen wer- den kann. Beim Abschaltvorgang wird diese zusätzliche Kontakteinrichtung jedesmal zu erst geöffnet, bevor die Einfügung des Ab schaltwiderstandes beginnt.
Zum Antrieb der Kontakte e1 bezw. e_. kann beispielsweise eine Welle w dienen, die von einem in der Zeichnung nicht dargestell ten, synchron mit der Wechselspannung lau fenden Antriebsmotor angetrieben wird und mit Nocken, Exzentern oder dergleichen ver sehen ist, die über abgefederte Zwischen stössel s, bezw. s, die bewegten Kontaktstücke entgegen einer Federkraft periodisch anhebt. Beim Zurückgehen der Stössel werden die be wegten Kontaktstücke durch die erwähnte Federkraft fest auf gepresst.
In Reihe mit dem Unterbrechungskontakt kann ferner eine weitere Trennstelle ange ordnet sein, die sich später öffnet und früher schliesst als der Unterbrechungskontakt. Diese zusätzliche Trennstelle dient dazu, die Sicher heit gegen Rückzündungen während der Sperrzeit zu erhöhen.
Ordnet man die Widerstände in Luft an, so ist es zweckmässig, den Spannungsabfall- zwischen zwei Stufen in die Grössenordnung der Ionisierungsspannung der Kontaktmate rialien zu legen (etwa 8<B>...</B> 10 V), da dann kein Lichtbogen auftritt.
Um die Endabschaltung ebenfalls licht bogenfrei zu machen, ist es zweckmässig, den Widerstand so zu wählen, dass er bei der be treffenden treibenden Spannung den Strom unter den sogenannten Grenzstrom des Kon taktwerkstoffes absenkt. Unter Grenzstrom versteht man denjenigen durch Versuche fest stellbaren Stromwert, unterhalb dessen ein stabiler Lichtbogen nicht bestehen kann, selbst wenn die Kontaktentfernung unend- lieh klein und die treibende Spannung sehr gross ist.
Der Grenzstromwert liegt bei Ag-Kontakten etwa bei 0';9 <B>...</B> 1 Amp. Da3 Schalten wird erleichtert, wenn man Wider standsmaterial mit grossem positivem Tempe raturkoeffizienten, zum Beispiel reines Eisen, Wolfram und dergleichen, anwendet.
Man kann ntürlich auch jedes andere ge eignete Material verwenden, insbesondere stetig veränderliche Widerstände in Form von Kohle-, Silitstäben, Kohledrucksäulen mit synchron gesteuerter Druckkraft und derglei chen oder auch Flüssigkeitswiderstände.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 kann es zweckmässig sein, die Kontaktbahn in ein besonders geeignetes Medium zu legen, zum Beispiel Pressgas, isolierende Flüssigkeit oder auch in Vakuum. In letzterem Fall ist eine Lichtbogenbildung weitgehend verhin dert, und es kann der Widerstand unter Um ständen in einer Stufe eingeschaltet werden.
Die geschilderte Anordnung eignet sich vor allem für mechanische Umformer. Die Widerstandszuschaltung kann entweder durch einen synchron mit der Wechselspannung lau fenden Antrieb erfolgen oder auch anderwei tig, zum Beispiel magnetisch in Abhängig keit von irgendwelchen Befehlsgrössen, etwa vom Augenblickswert und/oder von der Än derungsgeschwindigkeit des zu unterbrechen den Stromes oder von einer andern damit-zu- sammenhängenden elektrischen Grösse oder dergleichen, beispielsweise derart, dass der Abschaltvorgang nur dann eingeleitet wird, wenn der Wert des abzuschaltenden Stromes unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, der so gewählt ist,
dass die einzelnen Teile der Abschaltvorrichtüng bei seiner Ab schaltung nicht gefährdet werden. Die Wi derstände können mit genügend grosser, ge gebenenfalls künstlich vergrösserter Ober fläche in ruhender oder zwangläufig, zum Beispiel durch einen Ventilator bewegter Luft, angeordnet sein; es kann auch künst liche Kühlung durch Wasser oder<B>01</B> oder dergleichen angewendet werden.
Die Vorteile der Kommutierung mit Hilfe eines periodisch kurz vor der Unterbrechung einzufügenden Widerstandes bestehen in erster Linie darin, dass ein unmittelbarer Übergang vom Gleichrichterbetrieb zum Wechselrichterbetrieb und umgekehrt mög lich ist, ohne dass an der Kontakteinrichtung irgendwelche wesentlichen Umstell- oder Ein stellvorgänge erforderlich sind.
Die Energie richtung ist lediglich durch das Verhältnis der Spannungen der beiden eingeschlossenen Systeme bestimmt, wobei der Arbeitstakt der mechanisch bewegten Teile stets der gleiche bleibt. Ein weiterer Vorteil ist die Verringe rung des Blindleistungsbedarfes. Es ist unter Umständen möglich, überhaupt ohne zuge führte Blindleistung auszukommen, ja ge gebenenfalls sogar in gewissen Grenzen Blindleistung zu erzeugen und an das Netz zurückzuliefern.
Der Erfindungsgegenstand ist sowohl für Sternpunktschaltung als auch für Graetz- Schaltung anwendbar. Ist beispielsweise eine Graetz-Schaltung mit sechs Unterbrechungs stellen für Sechsphasenbetrieb ausgeführt, so genügt es im allgemeinen, nur drei Vorwider- stände in den drei Zuleitungen vor der Ver zweigungsstelle zu den je zwei Unterbre chungsstellen anzuordnen.
Zur Erleichterung der Unterbrechung können in Reihe mit den Vorwiderständen bezw. mit den Unterbrechungsstellen hoch gesättigte Eisendrosseln, zum Beispiel d,, d#, in Fig. 6, geschaltet sein, die sich nur bei sehr kleinen Stromwerten in der Nähe des Stromnulldurchganges entsättigen, wenn der Stromwert einen Bruchteil des Nennwertes unterschreitet und durch Abflachung des Ver laufs der Stromkurve an dieser Stelle eine stromschwache Pause hervorrufen. Derartige Drosseln sind beispielsweise in den schwei zerischen Patenten Nr. 198525 und 202967 beschrieben.
Auch die sonstigen in den ge nannten Patenten und den Zusatzpatenten Nr. 206923, 208138,<B>210751</B> und 212135 be schriebenen Einrichtungen können vorteilhaft mit dem Erfindungsgegenstand kombiniert werden.
Der beschriebene Kontaktumformer wird vorteilhaft in folgender Weise in Betrieb ge nommen. Nach Ingangsetzung der periodisch bewegten mechanischen Teile wird der Um former über einen in den Zuleitungen zum speisenden Netz liegenden Anlasswiderstand unter Spannung gesetzt, während an der Aus gangsseite eine kleine Grundlast angeschlos sen ist. Der Anlasswiderstand wird in einer oder mehreren Stufen kurzgeschlossen. Dabei ist es möglich, während des Anlassvorganges das möglichst funkenfreie Arbeiten sämt licher Kontakteinrichtungen zu beobachten und erforderlichenfalls einzelne mechanische Teile oder elektrische Regeleinrichtungen nachzustellen.
Sobald festgestellt ist, dass der Umformer einwandfrei auf die Grundlast arbeitet, kann die Hauptlast zugeschaltet werden.
Der Umformer besitzt ferner eine erhöhte Sicherung gegen Störungen durch Span nungsschwankungen in einem verhältnis mässig weiten Bereich. Der über die Kontakte fliessende Kurzschlussstrom wird durch den periodisch zuzuschaltenden Widerstand ver ringert.
Es ist ferner möglich, den Speise transformator mit verhältnismässig kleiner Streuung auszuführen, während nämlich bei den bekannten Umformungseinrichtungen die Transformatoren absichtlich mit einer ver hältnismässig grossen Streuung ausgeführt werden, damit sie im Falle von Rückzündun gen als Strombegrenzer wirken und Zerstö rungen durch allzuhohe Fehlerströme verhin dern, ist eine solche Vorsichtsmassnahme bei dem oben beschriebenen Umformer nicht er forderlich, weil die wünschenswerte Sicher heit gegen zu hohe Ströme durch die zusätz lichen Einrichtungen. bereit; gegeben ist.
Durch die vorbeschriebenen Vorteile wird die wirtschaftliche Übertragung grosser Lei stungen mit hohen Spannungen ermöglicht.