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.
Elektriselier contact converter. In the known current conversion devices (single armature converters, mechanical contact converters, valve rectifiers), a multiphase alternating current network is usually coupled to a direct current network or to an alternating current network of a different frequency.
If the instantaneous values of the voltages of the two coupled networks in phases that belong to one another have comparatively the same values, then these associated phases are connected to one another and energy is transferred in one direction or the other.
If, for example, the voltage of one phase of the multiphase AC network drops after its maximum value has been exceeded, the following phase is switched on - before this phase is no longer able to take over the energy transfer - and in general in this way that the "short-circuit current" arising between the two phases has the opposite direction as the current of the phase to be switched off;
this has the effect that the current in this phase drops rapidly, and the current in the phase to be connected increases just as quickly (see FIG. 1).
From FIG. 2 it can be seen that this condition is only fulfilled for energy transmission in the direction of a three-phase to a direct current network to the right of the intersection of the voltage u, with u2 (rectifier operation). If the energy transfer is to be reversed, conditions such as those indicated in FIGS. 3 and 4 are obtained.
So that il can disappear, ik must have the opposite course, i.e. H. Operation is only possible to the left of the point where u, _ <I> = </I> u., is (inverter operation). It follows from this that it is generally not possible to switch from rectifier to inverter operation without further ado; It is also known that the inverter requires a very large capacitive reactive load from the grid. Various attempts have been made to eliminate this disadvantage without, however, having found an economical solution to date.
It can also be seen that the inverter in particular is also very sensitive to voltage drops in the alternating current network, since proper commutation is no longer possible if the voltage is too low. This disadvantage can only be avoided by replacing the phases even earlier, i.e. by switching on the subsequent phase at a point in time that is even further to the left of point ac, <I> = </I> u =, which results in an even greater reactive power requirement .
According to the invention, these disadvantages are avoided in that the decrease in the current is no longer or not only caused by the short-circuit current ii, which is the result of a correctly selected voltage difference between u and e4. arises, but that in the phase to be switched off periodically each time before a current interruption a variable resistance increasing the resistance value of the commutation circuit, the maximum amount of which is at least the order of magnitude of the reactances effective in the commutation circuit,
with increasing values is switched on and controlled in such a way that it does not reach its final value until immediately before the interruption.
With reference to FIGS. 5 and 6, the invention will be explained in more detail. Fig. 5 shows a circuit diagram to illustrate the basic idea and in Fig. 6, details of a preferred embodiment are indicated schematically.
The resistor to be switched on synchronously can predominantly be an ohmic resistor so that the phase shift between current and voltage at the moment of interruption is as small as possible.
In Fig. 5 it is indicated that in phase 1 the resistor r is already partially switched on, while phase 2 contains no resistor. It is thus, to a certain extent, independent of whether the short circuit is to the left or right of u1 <I> = </I> u-. takes place, the current in phase 1 decrease, depending on the choice of r to any small value.
It can be useful to place the switching process approximately symmetrically in both AC and rectifier operation at the point in time at which 2c, = -s_. In this case, the lowest losses generally occur.
Another measure consists in inserting the resistor very quickly, for example in about 1 ms or less, which means that the losses can be reduced to about 1.00 'or less of the direct current power. One arrangement for achieving this is shown in FIG. It means r, and r ;; two resistors on which cradle-shaped mating contacts 1,, and k @ roll.
These are pressed on by springs f, and f,., And moved synchronously by linkage g, and are in a middle position, k .. in the beginning position. The current i. Is completely interrupted when k, lifts off from the end contact <I> b, </I> and sits on the insulating piece c.
Between the contacts <I> b ,, </I> b, on the one hand, and the cradles <I> k ,, </I> k. on the other hand, a parallel path rr ,, nan, consisting of capacitance or ohmic resistance or a combination of the two, is possibly arranged in each case.
Switching on can also take place via the resistors r. However, in order to reduce the losses and to take over the load more quickly in the subsequent phase, it can be useful to directly, i.e. H. without resistance to switch on. This can be done, for example, in such a way that the segment / c is first lifted off by a movable and also synchronously controlled insulating strip, rolls back on it and then placed on the resting initial contact ca, at the correct switching moment by being the insulating strip moved back again.
For the immediate connection of the following phase, however, a preferably equipped with lifting contacts contact device e, respectively. e, which can also be used to conduct current each time during the main transmission period. During the shutdown process, this additional contact device is only opened before the insertion of the switch-off resistor begins.
To drive the contacts e1 respectively. e_. For example, a shaft w can serve, which is driven by a not dargestell th in the drawing, synchronously with the AC voltage running Fenden drive motor and is seen ver with cams, eccentrics or the like, which s, respectively. s, the moving contact pieces periodically lifts against a spring force. When the plunger retreats, the moving contact pieces are pressed firmly on by the aforementioned spring force.
In series with the break contact, another separation point can also be arranged, which opens later and closes earlier than the break contact. This additional separation point is used to increase the security against reignition during the blocking period.
If the resistors are arranged in air, it is advisable to set the voltage drop between two levels in the order of magnitude of the ionization voltage of the contact materials (about 8 <B> ... </B> 10 V), since there is then no arc occurs.
In order to also make the end shutdown arc-free, it is advisable to choose the resistor so that it lowers the current below the so-called limit current of the contact material at the relevant driving voltage. The limit current is understood to be the current value that can be determined through experiments, below which a stable arc cannot exist, even if the contact distance is infinitely small and the driving voltage is very large.
The limit current value for Ag contacts is around 0 '; 9 <B> ... </B> 1 Amp. Da3 switching is made easier if you use resistor material with a large positive temperature coefficient, for example pure iron, tungsten and the like, applies.
Of course, any other suitable material can also be used, in particular continuously variable resistances in the form of carbon, silicon rods, carbon pressure columns with synchronously controlled pressure force and the like, or even fluid resistances.
In the case of the arrangement according to FIG. 6, it can be expedient to place the contact track in a particularly suitable medium, for example compressed gas, insulating liquid or else in a vacuum. In the latter case, arcing is largely prevented, and the resistor can be switched on under order in one stage.
The described arrangement is particularly suitable for mechanical converters. The resistor can be switched on either by a drive running synchronously with the AC voltage or in some other way, for example magnetically as a function of any command values, for example the instantaneous value and / or the rate of change of the current to be interrupted or another related related electrical variable or the like, for example in such a way that the switch-off process is only initiated when the value of the current to be switched off is below a predetermined limit value which is selected so
that the individual parts of the switch-off device are not endangered when it is switched off. The Wi resistors can be arranged with a sufficiently large, if necessary artificially enlarged, surface in static or inevitably air moved, for example by a fan; Artificial cooling by means of water or 01 or the like can also be used.
The advantages of commutation with the help of a resistor to be inserted periodically shortly before the interruption are primarily that a direct transition from rectifier operation to inverter operation and vice versa is possible without any significant changeover or adjustment operations being required on the contact device.
The direction of energy is only determined by the ratio of the voltages of the two included systems, with the work cycle of the mechanically moving parts always remaining the same. Another advantage is the reduction in the reactive power requirement. Under certain circumstances, it is possible to get by without any reactive power being supplied, and even, if necessary, to generate reactive power within certain limits and return it to the grid.
The subject matter of the invention can be used for both star-point connections and Graetz connections. If, for example, a Graetz circuit with six interruption points is designed for six-phase operation, it is generally sufficient to arrange only three series resistors in the three supply lines upstream of the branch point to the two interruption points.
To facilitate the interruption, BEZW in series with the series resistors. with the interruption points highly saturated iron chokes, for example d ,, d #, in Fig. 6, which desaturate only at very low current values in the vicinity of the current zero crossing when the current value falls below a fraction of the nominal value and by flattening the course cause a low-current pause in the current curve at this point. Such chokes are described, for example, in Swiss patents nos. 198525 and 202967.
The other devices described in the patents mentioned and the additional patents No. 206923, 208138, 210751 and 212135 can be advantageously combined with the subject matter of the invention.
The contact converter described is advantageously taken into operation in the following manner. After starting the periodically moving mechanical parts, the transformer is energized via a starting resistor located in the supply lines to the feeding network, while a small base load is ruled out on the output side. The starting resistor is short-circuited in one or more stages. It is possible to observe the spark-free operation of all contact devices during the starting process and, if necessary, to readjust individual mechanical parts or electrical control devices.
As soon as it has been determined that the converter is working properly on the base load, the main load can be switched on.
The converter also has increased protection against interference caused by voltage fluctuations in a relatively wide range. The short-circuit current flowing through the contacts is reduced by the periodically switched on resistor.
It is also possible to run the feed transformer with a relatively small spread, while the transformers in the known conversion devices are deliberately carried out with a relatively large spread so that they act as a current limiter in the event of backfiring and prevent damage caused by excessively high fault currents , such a precautionary measure is not required in the converter described above, because the desirable safety against excessive currents through the additional facilities. ready; given is.
Due to the advantages described above, the economical transmission of large power is made possible with high voltages.