CH233292A - Anordnung zum periodischen Öffnen und Schliessen elektrischer Stromkreise. - Google Patents

Anordnung zum periodischen Öffnen und Schliessen elektrischer Stromkreise.

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CH233292A
CH233292A CH233292DA CH233292A CH 233292 A CH233292 A CH 233292A CH 233292D A CH233292D A CH 233292DA CH 233292 A CH233292 A CH 233292A
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M11/00Power conversion systems not covered by the preceding groups

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description


      Anordnung    zum periodischen     Öffnen    und Schliessen elektrischer Stromkreise.    Es ist bekannt, Stromunterbrechungen,  insbesondere periodische, wie sie in Strom  richtern     :oder    Umformern vorkommen, durch  allmähliches Einschalten von Schaltelemen  ten nach Art     Ohm-sch-er    Widerstände in den  Stromkreis vorzunehmen. Zur     Vermeidung     von Verlusten soll hierbei im     geschlossenen     Zustand der Widerstand -des Schaltelemen  tes     möglichst    Null, im geöffneten     Zustand     dagegen möglichst Unendlich sein.

   Der  Übergang vom Widerstand Null auf den  Widerstand Unendlich kann nicht beliebig       schnell    vor sich gehen. Einmal ist dies prak  tisch nicht     durchführbar,        zum    :andern würde  es ausserdem Überspannungen in :den vom  Strom     :durchflossenen        Induktivitäten    zur  Folge haben. Es ist daher gewissermassen  eine "Schaltzeit" für den     Übergang    des       Schaltelementes    aus dem leitenden in den  nichtleitenden Zustand und umgekehrt er  forderlich.

   Während dieser Schaltzeit     treten     im Widerstand Verluste auf, die     :den    Wider-    stand erwärmen und ausserdem sich als  Leistungsverlust bemerkbar     machen.    Bei ge  gebenem Widerstandsverlauf sind diese Ver  luste dem Quadrat des zu     unterbrechenden     Stromes     proportional,    das heisst die durch  diese Verluste     hervörgerufenen    Schwierig  keiten treten besonders bei starkem Strom  auf.

   Handelt es sich um     mehrphasige    Strom  richter mit Überdeckung der Stromzeit der       einzalnen    sich ablösenden     Phasen,   <B>so</B> hat man  die     Schaltzeit    der Schaltelemente in ganz     be-          stimmter    Weise der natürlichen     Kommutie-          rungszeit    der Ströme anzupassen,     wenn    man  ein Minimum an Verlusten in den Schaltele  menten     erreichen    will.

   Dieses Minimum be  steht, wie sich rechnerisch nachweisen     dässt,     in     bestimmtem        Zusammenhang    mit der  (prozentualen): induktiven     Kurzschlussspan-          nung    des     Kommutierungskreises,    und zwar  sind die     Verluste    in den Schaltwiderstän  den bei günstigster Wahl der Schaltzeit in  Prozenten etwa halb so gross wie die induk-      Live     gurzschlussspannung    in Prozenten, das  heisst z.

   B. bei einer üblichen     Kurzschluss-          spannung    von 6/o treten     3,%        LeistungSver-          lust    in den Widerständen auf. Bei grossen  Leistungen     isst    dieser Betrag so hoch, dass  abgesehen von der Verschlechterung eines  Wirkungsgrades die Abführung -der Wärme  aus den Widerständen Schwierigkeiten  macht, und dass die Widerstände mit     Riicl@-          sicht    auf diese     Erwärmung        unwirtschaftlich     gross gewählt     werden    müssen.  



  Zur Vermeidung dieser Übelstände wer  den nach der Erfindung bei Anordnungen  zum periodischen     !Öffnen    und Schliessen     elek-          triseher    Stromkreise, bei denen Schaltele  mente benutzt werden, die beim Überbang  vom möglichst isolierenden in den möglichst  leitenden Zustand oder umgekehrt sich eine  Zeitlang im Zustand endlichen Widerstandes  befinden, zur     Verringerung    der Leistungs  verluste während der     Widerstandsänderung     Schaltdrosseln im Stromkreis der Schalt  elemente vorgesehen.

   Unter     Scha.ltdroisseln.     sind dabei Drosseln zu verstehen, die einen  hochwertigen     ferromar;netisehen    Kern mit  einer     Magnetisierungskennlinie,    .die schon  bei kleinen magnetischen Feldstärken mög  lichst die     volle    Sättigung erreicht,     besitzen.     Durch den Einbau solcher     Scha,ltdro:;seln    in  den     Kommutierungskreis    lässt es sich er  reichen, dass die     Schaltelemente    mit ver  änderlichem Widerstand     weitestgehend    ent  lastet werden.

   Zu dem Zweck trifft. man die  Anordnung derart, dass die Schaltzeit der       Schaltelemente        innerhalb    der Zeit liegt,  während der die zugehörige Schaltdrossel  ungesättigt ist. Bei ungesättigter Schaltdros  sel kann nur der geringe     1@Iagnet.isierungs-          strom    der Schaltdrossel durch das Schalt  ,     element    fliessen.

       Infolgedessen    sind die Ver  luste in dem Schaltelement, die proportio  nal dem     Quadrat    der Stromstärke sind, auch  bei sehr grossen     Nennströmen    nur durch den       Magnetisierungsstram    der Schaltdrossel ge  geben, der in der Grössenordnung von     i@l""     oder weniger des Nennstromes liegt.  



  Es ist bekannt, Schaltdrosseln in Verbin  dung mit     mechanischen    Kontakten zur Um-         formung    oder     Stromrichtung    zu benutzen.  Gegenüber derartigen     Kontaktstroinrichtern    ;  hat -die Erfindung den     weiteren        Vorteil,        da.ss     das mechanische Kontaktgerät in Fortfall  kommen kann, so dass sich     insgesamt    ein  ruhender     Umformer        oder    Stromrichter     er-          gibt.    Des     weiteren,    entfällt die Gefahr der ;

    Beschädigung der Kontakte durch Schalt  feuer in     Störungsfällen,        besonders    dann,  wenn man die Schaltelemente derart     bemisst,     dass sie     vorübergehend,    das heisst in     Stö-          rungsfällen    auch     w        ä.lirend    der Zeit,     \vährend     der die Schaltdrosseln     besättigt    sind, den  Strom kommutieren können, ohne durch zu  grosse Erwärmung zugrunde zu gehen.

   Im       wesentlichen        bedeutet;    dies, dass :sie einen ein  maligen     Abschaltvorgang    des     Nennstromes     oder des     Kurzschlussstromes        bewältigen          müssen:.     



  Es ist leicht möglich, bei Vorliegen einer  Störung nach diesem einmaligen Abschal  ten die Steuervorrichtung für das     @clialt-          element    so zu beeinflussen,     da.ss    der Wider  stand des     Schaltelementes    auf seinem hohen  Wert verbleibt, bis die äussere Störung be  seitigt ist.  



  Die     Beanspruchung    der Schaltelemente,  die in Störungsfällen im     schlimmsten    Fall  durch den     Kurzschlussstroin    gegeben. ist,       lässt    sich mit Hilfe der     Ve        rwen-dung    der  Schaltdrosseln     naeb    der Erfindung ebenfalls  vermindern, da, die Schaltdrosseln den       Kurzsclilusssti-o-ni    in erheblicher Weise be  grenzen.

   Man kann mit     Rücksicht    auf den       Kurzschlussstrom    die Schaltdrosseln so gross  wählen,     da-ss    ihre Stufenlänge (das ist die  Zeit, während der sie in     ungesättigtem    Zu  stand sind, wenn der     Scheitelwert    der     Kom-          mutierungsspannung    auf sie     einwirkt)          wesentlich    grösser     ist        a,ls    die Schaltzeit der  Schaltelemente.

       Beispielsweise    kann     mann    die  Stufenlänge bei     dreiphasigen    Anordnungen  und Drehstrom     von    50     IIz        etwa.    ss X     10-3     Sekunden     wählen.    In diesem Fall     ist    der       Da.uerl@urzsclilussstrom,    den die     SchaRdros-          seln        durchlassen,        praktisch    Null.

   Bei einer  kleineren Bemessung der Schaltdrosseln  kann man erreichen, dass der Dauerkurz-           schlussstro:m    etwa ebenso gross oder grösser  als der     Nennstrom    ist. Mit der Anordnung  nach der Erfindung lassen sich Aufgaben  der Stromunterbrechung und     -Umformung     jeder Art ausführen. Insbesondere eignet  sich die Anordnung nach der Erfindung zur  Speisung von Regelantrieben z. B. für Walz  werke. Elektrofahrzeuge, Werkzeugmaschi  nenantriebe, Aufzüge und :dergleichen. Bei  diesen     wird    oft nicht nur eine regelbare Ge  schwindigkeit, sondern darüber hinaus Um  kehrung der Bewegungsrichtung und Netz  bremsung verlangt.

   Für den     Stromrichter          bezw.        Uriformer    bedeutet dies     abwechse.In-          den    Betrieb     :als    Gleich- und     Wechselrichter     mit veränderlicher positiver und negativer  Spannung. Diese Aufgabe ist weder mit     elek-          trisehen        Ventilen    noch mit den bislang be  kannt gewordenen Kontaktumformern ein  fach und wirtschaftlich zu lösen. Durch die  Erfindung erhält man jedoch .einen. Umfor  mer, der diese schwierige     Regelaufgabe    auf  einfachste Weise zu     beherrschen    gestattet.  



  Zu .dem Zweck ist es vorteilhaft, .die  Steuerung des     Widerstandes,    der Schaltele  mente vom     Magnetisierungszustand    der  Schaltdrosseln     abhängig    zu machen, z. B. in  der Weise,     dass,die    Vergrösserung des Wider  standes der Schaltelemente nur einsetzen  kann, wenn .die Schaltdrossel sich bereits  genügend weit im     ungesättigten    Gebiet be  finden. Zur Ausführung     @dieser    Steuerung  des Widerstandes der Schaltelemente stehen  je nach den     verwendeten        Schaftelementen     verschiedene Mittel zur Verfügung.

   Man  kann dabei mit Vorteil auch von einer Vor  erregung der     Schaltdrosseln    Gebrauch  machen, da diese es ermöglicht, im     weiten     Umfang -den     Stromdurchgang    durch die       o    Schaltdrossel zu regeln und zu     beeinflussen.     Es sind Stoffe bekannt geworden, die  ihren     Widerstand    unter dem Einfluss einer  Bestrahlung mit Licht in so hohem Masse  verändern, dass sie zur Verwendung als  Schaltelement für die Erfindung in Frage  kommen.

   Um     einen    Starkstromumformer  kleiner bis grosser Leistung mit gutem Wir  kungsgrad auszuführen, muss die Änderung    des     Widerstandes    der     @S@chaltelemente        bei-          spiellsweise    drei bis     neun    Grössenordnungen be  tragen. Ein Stoff, mit     dem,die:s        beispielsweise     erzielt werden. kann, ist     C'admiumsulfid.    Die  zur Steuerung des Widerstandes benötigte       Lichtintensität    ist dabei technisch leicht zu  erzielen.  



  Als Schaltelement eignen sich jedoch  auch Widerstände anderer Art, wie z. B.       Kohledruckwiderstände,    die ihren Wider  stand unter dem Einfluss, von mechanischem  Druck ändern.     Es    können. auch elektrische  Widerstände verwendet werden, deren Elek  tronen- und     Ionenkonzentration        gesteuert'     wird.

   Man kann auch     elektrolytis,che    Wider  stände in der Weise     verwenden,        dass    man  periodisch     Querschnittsveränderungen    durch  mechanische Mittel oder durch     Verdamp-          fungsvorgänge,    -die durch Druckschwankun  gen .ausgelöst werden können, vornimmt.

    Auch die Anwendung von     metallischen    Lei  tern,     die        in    ihrem Widerstand durch Tem  peraturschwankungen gesteuert werden,  kommt in     Frage,    so insbesondere Wider  stände im Bereich der     Supraleitfähigkeit.     Man kann unter     Umständen;    auch leitende  Gase (Plasma) als Schaltelement benutzen,  wobei die Ionen- und     E.lektronenkonzentra-          tion    des Gases durch     Gitter,        Rekombinations-          flächen,        Druckschwankungen,    magnetische  Felder oder .dergleichen beeinflusst wird.  



  Bei allen diesen.     Mittelln        tritt    die oben  erwähnte Schwierigkeit auf,     dass    bei der  Erhöhung des Widerstandes, insbesondere  bei grossem Nennstrom, ein hoher Leistungs  verlust am Schaltelement auftritt, der sein  Arbeiten gefährdet. Daher ist bei     allen.    die  sen Mitteln die     erfinderische    Kombination  mit     Schaltdrosseln    von hervorragender Be  deutung. Da die Schaltdrosseln selbst  ruhende Geräte sind und nur geringe Ver  luste aufweisen, wird man ihre Verwendung  in vielen Fällen     wirtschaftlich    und betrieb  lich in Kauf nehmen können.

   Besonders       wirksame        Schaltdrosseln    erhält man     bei-          spielsweise    bei     Verwendung    von     Eisennickel-          legierungen    für das     Kernmaterial.         Der Widerstand der Schaltelemente kann  natürlich auch durch mechanische     Bewegun-          gen    beeinflusst werden, beispielsweise da  durch, dass ein Schleifkontakt auf einem  Material veränderlichen spezifischen Wider  standes schleift und auf diese Weise perio  disch     grösseren    oder kleineren Widerstand in  den Stromkreis einschaltet.

   Statt der       Schleifvorrichtung    kann man auch eine       Wälzvorrichtung    verwenden. Man kann auch  zur     weiteren    Entlastung des Widerstandes  der Schaltelemente im gut     leitenden    Zustand  letztere durch einen metallischen Kontakt  überbrücken     und/oder    sie im     schlechtleiten-          den    Zustand durch einen metallisch perio  disch     betä,tig-ten    Kontakt von der Spannung  abtrennen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCII Anordung zum periodischen iÖffnen und Schliessen elektrischer Stromkreise, insbeson dere von Stromrichtern und Umformern, bei der Schaltelemente. benutzt werden, die beim Übergang vom möglichst isolierenden in den möglichst leitenden Zustand oder umgekehrt sich eine Zeitlang im Zustand endlichen Widerstandes befinden, dadurch gehenn- zeichnet, dass zur Verringerung der Lei stungsverluste während der Widerstands änderung Schaltdrosseln im Stromkreis der Schaltelemente vorgesehen sind. UNTERANSPRÜCHE: 1.
    Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss die Widerstands änderung der Schaltelemente jeweils wäh rend der Zeiten erfolgt, während welcher die zugehörigen Schaltdrosseln ungesättigt sind. Anordnung nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine derartige Bemes sung der Schaltelemente, da.ss sie vorüber- gehend bei Störungen . den Strom bei ge- sä.ttigten Schaltdrosseln abschalten können.
    3,. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gel@ennzeichnet, dass die Steuerung des Widerstandes der Seba,ltelemente abhängig vom Magnetisierungszusta,nd der Schaltdros seln erfolgt. 4.
    Anordnung nach P-iitentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Schaltelement lichtempfindliche Widerstände verwendet werden. Anordnung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass als lichtennpfind- liche Widerstände Cad-miunisulfidwider- stä.äde vorgesehen sind. 6.
    Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Schaltelemente Metallwiderstände im Vbergangsgebiet zur Supraleitfäbigkeit verwendet werden. 7. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Scha.ltele- men.te drnckempfindlicbe Widerstände ver wendet werden.
    <B>8</B>. Anordnung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass als druckempfind liche Widerstände Kohlewiderstände vorbe- sehen sind. 9. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Schaltele mente im leitenden. Zustand durch einen ,me- tallischen Kontakt periodieeh überbrückt werden. 10.
    Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltele mente im isolierenden Zustand durch einen metallischen Kontakt von der Spannung ab- geschaltet werden.
CH233292D 1942-06-02 1943-05-08 Anordnung zum periodischen Öffnen und Schliessen elektrischer Stromkreise. CH233292A (de)

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