Schaltanordnung für Wechselstrom, insbesondere für Umformungszwecke. Es sind Schaltanordnungen zur Schliessung und Unterbrechung von Stromkreisen, insbe sondere für Umformungszwecke, bekannt, bei denen in Reihe mit der Schaltstelle eine Schaltdrossel angeordnet ist, deren beim Nennstromwert hochgesättigter Magnetkern durch seine Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine den Schaltvorgang er leichternde stromschwache Pause hervorruft.
Richtung und Grösse des Stufenstromes, das heisst der Stromwerte während der strom schwachen Pause, in der geschaltet wird, können durch Vormagnetisierung des Schalt drosselkernes mit Gleich- oder Wechselstrom verändert werden. Damit diese Veränderung des Stufenstromes dem Schaltvorgang zugute kommt, muss natürlich die Vormagnetisie- rung im Schaltaugenblick wirksam sein. Die Höhe des Vormagnetisierungsstromes kann mittels eines Widerstandes im Vormagneti- sierungskreis eingestellt werden.
Eine Ver zerrung des Vormagnetisierungsstromes durch die Rückwirkung der sich entsättigenden Schaltdrossel wird durch eine im Vormagne- tisierungskreis angeordnete Stabilisierungs drossel verhindert. Diese zwingt einem zur Vormagnetisierung benutzten Wechselstrom einen sinusförmigen Verlauf auf.
Bekannt lich kann mittels geeigneter Wahl der Höhe und Phasenlage eines solchen Vormagnetisie- runr sstromes die für die Änderung des Ma gnetflusses der Drossel während der strom- schwachen Pause erforderliche Änderung ihrer Gesamtdurchflutung im wesentlichen durch eine entsprechende Neigung des auf die stromschwache Pause entfallenden Kur venteils des Vormagnetisierungastromes auf gebracht werden,
so da.ss sich für einen gege benen Betriebszustand die Augenblickswerte des Stromes während der stromschwachen Pause im Verhältnis zueinander nur wenig oder gar nicht ändern und gegebenenfalls auf Null abgeglichen werden. Bei Änderun gen des Betriebszustandes der Schaltanord nung ändert sich aber der Verlauf der Schalt drosseldurchflutung in Abhängigkeit von der an der Schaltdrossel wirksamen Spannung. Wenn z.
B. der Aussteuerungsgrad einer Um formungsanordnung durch Veränderung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte gegenüber der Wechselspannung mittels eines Reglers geändert wird, so verschiebt sich auch die Lage der stromschwachen Pause innerhalb der Wechselspannungsperiode. Infolgedessen ist auch die Höhe der an der Schaltdrossel während der stromschwachen Pause liegen den Spannung, die die Ummagnetieierung des Schaltdrosselkernes bewirkt, je nach dem Aussteuerungsgrad verschieden, ebenso die Ummagnetisierungageschwindigkeit und da mit die Neigung der Stromkurve und die Dauer der stromschwachen Pause.
Eine ver schiedene Höhe der Ummagmetisierungs- geschwindigkeit kann ferner zu merklichen Unterschieden in der Höhe der Schaltdrossel- durchflutung führen.
Durch Messungen wurde nämlich festgestellt, dass der Verlauf der Magnetisierungskennlinie eines. gegebenen Schaltdrosselkernes für verschiedene Um- magnetisierungsgeschwindigkeiten nicht der gleiche ist,
sondern bei hohen Ummagnetisie- rungsgeschwindigkeiten gegenüber der sta tisch aufgenommenen Magnetisierungskenn- line eine mit der Ummagnetisierungsgeschwin- digkeit zunehmende Verbreiterung der Magne- tisierungsschleife aufweist. Diese kann min destens teilweise durch Wirbelstromeinflüsse erklärt werden, die sich auch bei weitgehen der Unterteilung des MagnMkernes wegen der endlichen Ausdehnung der Kernteile praktisch nicht vermeiden lassen.
Die Höhe der an der Schaftdrossel, wirksamen Span nung und somit der Verlauf der Schalt drosseldurchflutung sind aber auch noch von der wechselnden Höhe des Belastungsstromes abhängig; denn letztere bedingt eine verschie dene Dauer der Kommutierung, deren Ende zugleich der Beginn der stromschwachen Pause ist,
und beeinflusst mithin ebenfalls die Lage der stromschwachen Pause inner halb der Wechselspannungsperiode. Schliess lich können Änderungen der Sehaltdrossel- durchflutung auch infolge von ljiderungen des Effektivwertes der Wechselspannung des Umformers eintreten, die nicht nur absicht lich durch Regelung herbeigeführt werden, sondern auch ungewollt auftreten können.
Zur Erfassung aller vorkommenden Betriebs fälle wäre mithin eine sehr umständliche selbsttätige Regeleinrichtung notwendig.
Demgegenüber kann eine Vereinfachung erzielt werden, indem der vollkommene Null abgleich des im Schaltaugenblick auftreten den Stufenstromes auf solche Betriebs- zustände beschränkt wird, bei denen er mit Hilfe eines fest eingestellten oder mit ge ringem Äufwand regelbaren sinusförmigen Vormagnetisierungsstromes erzielt wird. Für andere Betriebszustände werden Abweichun gen vom Nullwert in Kauf genommen. Den Abweichungen ist aber eine Grenze gesetzt durch die Beanspruchungen, denen die Schalt- stelle im Dauerbetrieb ausgesetzt werden darf.
Bei Umformern mit mechanischen Kon takten z. B. ist die Grenze der Abweicnun- gen dadurch gegeben, dass eine die Gestalt der Kontaktflächen in betriebsstörender Weise verändernde Werkstoffwanderung mit. Sicherheit vermieden werden muss.
Für die Beanspruchungen der Schaltstelle ist nicht nur der zu schaltende Strom, son dern auch die unmittelbar vor der Strom schliessung bezw. unmittelbar nach der Stromunterbrechung auftretende Spannung massgebend. Letztere ist von der Stromände rung beim Schaltvorgang und von der In duktivität der ungesättigten Schaltdrossel abhängig. Sie kann also dadurch klein gehal ten werden, dass eine plötzliche Änderung; der Schaltdrosseldurchflutung im Schalt augenblick vermieden wird.
Das. ist bei un vollkommenem Nullabgleich des Stufen stromes dann der Fall, wenn der von dem unabgeglichenen Reststrom aufgebrachte Durchflutungsanteil im Unterbrechungs augenblick von einem Hilfsstromkreis über nommen wird.
Es ist bekannt, zu diesem Zwecke einen die Schaltstelle überbrücken den Nebenweg vorzusehen, in dem zur Ver meidung hoher Rückstromverluste ein Kon densator angeordnet ist. Dadurch werden unter anderem gerade in den wegen ihres hohen Ausnutzungsgrades bevorzugten Brük- kenschaltungen Schwingungskreise gebildet, in denen Stromschwingungen entstehen, die sich dem Stufenstrom überlagern und so den Unterbrechungsvorgang beeinträchtigen kön nen.
Es wurde nun erkannt, dass eine plötz liche Änderung der Schaltdrosseldurchflu- tung auch dann vermieden wird. wenn der von dem unabgeglichenen Reststrom aufge brachte Durchflutungsanteil im Unterbre chungsaugenblick vom Vormagnetisierungs- kreis übernommen wird.
Dem widersetzt sich aber bei der bekannten Anordnung die Sta bilisierungsdrossel wegen ihrer hohen Induk- tivität. Infolgedessen wird durch die Strom unterbrechung eine rasche Änderung der Schaltdrosseldurchflutung erzwungen und somit eine hohe zusätzliche Spannung an der Schaltdrossel hervorgerufen, die sich der vor handenen Spannung überlagert. Da letztere für sich allein der treibenden Spannung gerade etwa. das Gleichgewicht hält, so erscheint die zusätzliche Spannung als Überschuss an nähernd in voller Höhe an den Kontakten der Schaltstelle. Die Vermeidung dieses Nachteils durch Beseitigung der Stabilisie rungsdrossel bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung.
Ihr Grundgedanke besteht darin, dass zur Erzielung einer ge wünschten Vormagnetisierung nicht der Strom im Vormagnetisierungskreis an einen regelmässigen sinusförmigen Verlauf gebun den wird, sondern dass statt dessen der trei benden Spannung des Vormagnetisierungs- kreises ein solcher Verlauf vorgeschrieben wird, der der an der Schaltdrossel wirksamen ,Spannung angepasst ist.
Die Erfindung De- steht demgemäss darin, dass der Leitwert des in Reihe mit einer Schaltdrosselwicklung liegenden Teils des Vormagnetisierungs- kreises überwiegend Wirkleitwert ist, da.ss die den Vormagnetisierungsstrom treibende Spannung zur Spannung des zu schaltenden Stromkreises in einem festen Verhältnis steht, und dass die erstere höher ist.
als die letztere, bezogen auf gleiche Windungszahl der vom Vormagnetisierungsstrom und der von dem zu schaltenden Strom durchflosse- nen Schaltdrosselwicklung. Diese neue Art der Vormagnetisierung wird im folgenden als "spannungsgebundene Vormagnetisie- rung" bezeichnet,
die bekannte V orma.gneti- sierung mit Stabilisierungsdrossel dagegen als "stromgebundene Vormagnetisierung". Die Erfindung ermöglicht es, nicht nur den Strom, sondern auch die Spannung im Schaltaugenblick über einen weiten Betriebs bereich in sehr engen Grenzen zu halten und dadurch den Durchschnittswert der bei einer Reihe von Schaltvorgängen zum Schliessen und 'Unterbrechen eines Stromkreises unter #,;'echselnden Betriebsbedingungen auftreten den Beanspruchungen weiter als bisher herab zusetzen.
Die Erfindung ist wegen des ver hältnismässig geringen Aufwandes sowohl für Schalteinrichtungen mit mechanischen Kontakten als auch für andere, z. B. für Trockenventile und Entladungsstrecken, ins besondere für Kontaktumformer und Strom richter, beispielsweise gittergesteuerte Queck- silberdampfstromrichter, mit Vorteil ver- @vendbar.
Im Zusammenhang mit der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise in der Anwen dung auf mehrphasige Drehstrom-Gleich- strom-Kontaktumformer näher erläutert wer den. In den Fig. 1 und 4 bis 6 sind verschie dene Umformungsanordnungen schematisch dargestellt. Die Fig. 2a bis 2c und 3 zeigen Diagramme elektrischer und magnetischer Grössen, die in den betrachteten Anordnun gen auftreten, und dienen zur Erläuterung der im folgenden beschriebenen Vorgänge.
Allen in der Zeichnung dargestellten Um formungsanordnungen gemeinsam ist ein Drehstromtransformator 10, an dessen Klem men Lt, <B><I>17,</I></B><I> W</I> über Schaltdrosseln mit den Hauptwicklungen 11 und ringförmig aus flach übereinander gewickelten Bandlagen hergestellten Kernen 18 ein Kontaktumfor mer 14 mit 6 Kontakteinrichtungen 1 bis 6 in Brückenschaltung angeschlossen ist. Der Kontaktumformer arbeitet auf einen als Rechteck angedeuteten Gleichstromverbrau cher 15.
Durch an sieh bekannte Glättungs- einrichtungen, die in der Zeichnung der besseren Übersicht wegen weggelassen sind, werde der Gleichstrom praktisch vollkommen geglättet. In dem gestrichelt gezeichneten Teil der Hauptstromleitungen können Schal ter, Anlasser und Schutzeinrichtungen vor gesehen sein.
Legt man an eine Vormagnetisierungs- wicklung 12 der Schaltdrossel eine Span nung, die in der Wicklung 11 vermöge der transformatorischen Verkettung eine Span nung induziert, die in jedem Augenblick der für den Schaltvorgang zur Verfügung stehenden Zeitspanne der im Hauptstrom kreis (Kommutierungskreis) wirksamen trei benden Spannung das Gleichgewicht hält, so kann während der LTmmagnetisierung der Schaltdrosseln über die Kontakte kein Strom fliessen..
Da dann an, den Kontakten auch keine Spannung liegt, so ist die Schalt- leistung derselben, falls obenstehende Bedin gung erfüllt ist und während der Ummagne- tisierung geschaltet wird, gleich Null. Die an die Vormagmetisierungswicklung 12 gelegte Spannung mühte also zu diesem Zweck im wesentlichen dieselbe Phasenlage haben wie die Kommutierungsspannung. Dies wird bei spielsweise erzielt,
indem der Vormagnetisie- rungskreis von der in dem zu schaltenden Stromkreise wirksamen Spannung, in Um formungsanordnungen, also von der Kommu- tierungsspannung, durch galvanische oder in duktive Kopplung gespeist wird. Der Span nungsabfall in dem mit der Schaltdrossel- Wicklung 12 in Reihe liegenden Teile des Vormagnetisierungskreises wird durch dessen Wirkwiderstandswert, der hauptsächlich durch einen zur Strombegrenzung notwendi gen Wirkwiderstand 16 gegeben ist,
und durch die Induktivität des genannten Strom kreisteils, die aber gegenüber seinem Wirk widerstand meist zu vernachlässigen ist, her vorgerufen und durch einen Überschuss der im Vormagnetisierungskreis wirksamen Span nung gegenüber der im Hauptkreis wirk samen Spannung gedeckt. Der Spannungs- überschuss kann beispielsweise durch eine zu sätzliche Spannung UZ aufgebracht werden, die mittels eines Hilfstransformators 17 in den Vormagnetisiertulgskreis eingeführt wird.
Da der Spannungsabfall in dem mit der Vor magnetisierungswicklung 12 der Schaltdros sel in Reihe liegenden Teil des Vormagneti- sierungskreises wegen seines überwiegenden Wirkleitwertes dem Vo.rmagnetisierungsstrom proportional und phasengleich ist, so erhellt daraus ohne weiteres, dass ein angenäherter Nullabgleich mit Hilfe einer sinusförmigen Vormagnetisierungsspannung in gleichem Masse erzielt werden kann, wie es bei strom gebundener Vormagnetisierung mit Hilfe eines sinusförmigen Stromes möglich ist.
Zu diesem Zwecke kann also als Zusatzspannung UZ für jeden Wert des Widerstandes 16 eine Sinusspannung nach Grösse und Phasenlage derart ausgewählt werden, dass der durch schnittliche Nullabgleichsfehler während eines längeren Dauerbetriebes mit wechseln den Betriebsbedingungen einen Kleinstwert erreicht, bei dem die Schaltbeanspruchungen unterhalb der erwähnten zulässigen Grenze liegen.
In Fig. 3 ist beispielsweise das Span nungsdiagramm eines Vormagnetisierungs- kreises, in dem lauter sinusförmige Spannun gen wirksam sind, unter der Voraussetzung dargestellt, dass die Windungszahl ?a?, der Wicklung 11 gleich der Windungszahl w= der Wicklung 12 ist. UT ist die Transforma- torspannung z.
B. zwischen den Klemmen U und Y (Fig. 1), an die der betrachtete Vor magnetisierungskreis der Schaltdrossel der Phase U angeschlossen ist. Zu ihr addiert sich geometrisch eine Zusatzspannung UZ derart, dass als resultierende Gesamtspan nung des Vormagnetisierungskreises eine Spannung UV entsteht.
Von dieser Gesamt spannung wird nach Abzug der Span nungsabfälle im Vormagnetisierungskreis, deren Summe der Zusatzspannung UZ ent gegengesetzt gleich ist, auf die Wicklung 11 eine Restspannung übertragen, die der Trans- formatorspannung UT gleich ist, aber die ent gegengesetzte Richtung hat, so dass während der Ummagnetisierung des Schaltdrossel kernes 13 an andern Stellen des zu schalten den Kreises, dem die Wicklung 11 angehört, also auch an der Schaltstelle, keine Span nung auftritt und überhaupt kein Strom in dem genannten Kreise fliesst. Der Schaltvor gang vollzieht sich daher strom- und span nungslos.
Infolge der erwähnten Unvollkommenheit der Abgleichung von Uz tritt in gewissen Be triebszuständen im Schaltaugenblick an den Kontakten eine Restspannung auf, durch die auch ein restlicher Strom verursacht wird, der geschaltet werden muss. Die Höhe dieser Spannung ist z. B. beim Unterbrechungsvor gang dadurch gegeben, dass der Vormagneti- sierungskreis im Unterbrechungsaugenblick den bis dahin von dem unterbrochenen Rest strom aufgebrachten Anteil der Schaltdros- seldurchflutung unverzüglich übernimmt.
Die entsprechende Erhöhung des Vormagnetisie- rungsstromes ruft an dem hauptsächlich durch den Widerstand 16 gegebenen Wider stand des Vormagnetisierungskreises einen zusätzlichen Spannungsabfall hervor, der durch UZ nicht mitgedeckt ist und, im Ver hältnis der Windungszahlen auf den unter brochenen Stromkreis umgerechnet als rest liche Kontaktspannung erscheint. Letztere ist also unter sonst gleichen Verhältnissen um so kleiner, je kleiner der Widerstand 16 ist.
Der Widerstand 16 muss jedoch so gross sein, dass die Verluste im Vormagnetisie- rungskreis noch in erträglichen Grenzen blei ben. Trotzdem gelingt es, wie Versuche ge zeigt haben, die Restspannung an den Kon takten in einem weiten Betriebsbereich so klein zu halten, dass beim Abschalten auch in längerem Dauerbetrieb keine Material wanderung hervorgerufen wird, die die Schaltzeiten merklich verändert. Daher sind auch die bei bekannten Kontaktumformern zur Aufrechterhaltung des unterbrochenen Stromes notwendigen, die Schaltstellen über brückenden Nebenwege (Parallelkondensa toren) in der Regel entbehrlich.
Ein weiterer Vorteil der neuen Schalt anordnung ist darin zu erblicken, dass der Wert des Widerstandes 16 während des Be triebes leicht eingestellt werden kann.
Im folgenden sollen die Vorgänge beim Abschalten an Hand der Fig. 2a bis 2c näher erläutert werden. Fig. 2a stellt den von der Zeit t abhängigen Verlauf der Span nungen zc, <I>v,</I> w in den drei Phasen<I>U,</I> V, IF dar.
Fig. 2b enthält die Magnetisierungs- schleife des verwendeten Schaltdrosselkernes (Magnetisierung .7 in Gauss in Abhängigkeit von der Durchflutung, die als ein auf die Windungszahl u?, der Wicklung 11 bezogener resultierender Magnetisierungsstrom Ia in Ampere dargestellt ist) für die während der Ummagnetisierung wirksame Kommutie- rungsspannugn UI;
, deren zeitliches Integral in Fig. 2a durch die Fläche FD gegeben ist. In Fig. 2c sind die trapezförmigen Kurven der Anodenströme IU und Iv in Abhängig keit von der Zeit t dargestellt,
dazu die Kurve des resultierenden Magnetisierungs- stromes Ia und des Vormagnetisierungs- stromes 2v. Massstäblich entsprechen die ein gezeichneten Belastungsströme im Vergleich zum Vormagnetisierungsstrom etwa der durch eine Grundlast bei abgeschalteter Hauptlast bedingten Mindestbej astung der Umformungs anordnung in Höhe von etwa 1 % der Nenn last.
Vergleichsweise ist ferner der Verlauf der verketteten Transformatarspannung Ur sowohl in Fig. 2a als auch in Fig. 2b ge strichelt eingetragen. In Fig. 2a ist auch noch der zeitliche Verlauf der Sperrspannung Us an einer sich öffnenden Schaltstelle einge zeichnet.
Betrachtet werden die Verhältnisse für die Schaltdrossel und die Kontakte der Phase U. Die Drosselwicklung 11 führt während des Hauptteils der Stromübertragungszeit den in Fig. 2c dargestellten Strom IU, dessen Richtung gemäss dem in Fig. 1 eingetragenen Pfeilsinn positiv angenommen sei. Die Kon takte 2 und 5 sind geschlossen.
Der Aus- steuerungsgrad der Umformungsanordnung sei so gewählt, dass die Zuschaltung der Folgephase um den in Fig. 2a eingetragenen Zeitwinkel a gegenüber dem Zeitpunkt a" der Spannungsgleichheit aufeinanderfolgender Phasen nacheilt.
Der Augenblick, in dem der Kontakt 4 geschlossen wird, entspricht somit dem Punkt A auf der Stromkurve IU und dem Punkt a auf der Kurve des Vormagneti- sierungsstromes i, Letztere verläuft wegen des überwiegend Ohmschen Charakters des Vormagnetisierungskreises bei gesättigtem Zustand der Schaltdrossel praktisch in Phase mit der treibenden Spannung U, in diesem Kreise, die der Transformatorspannung UT gemäss Fig. $ um einen kleinen Winkel vor eilt.
Im Punkt A beginnt unter der Wir kung der in Fig. 2a eingetragenen Kommu- tierungsspannung UI; <I>=</I> UT, deren Zeit integral der Fläche Fh entspricht, die Über gabe der Stromführung von der Schaltstelle 2 an die Schaltstelle 4.
Hierbei verhält sich der Schaltdrosselkern infolge der resultierenden Magnetisierung von Kommutierungs- und Vormagnetisierungskreis gemäss Fig. 2b wie folgt: Vom obern Umkehrpunkt, der der maxi malen Magnetisierung bei der gegebenen Be lastung entspricht und in Fig. 2b nicht be sonders bezeichnet ist, läuft der Betriebs punkt P in Richtung des eingezeichneten Pfeils auf dem Sättigungsteil der Schleife nach A.
Hier tritt infolge des Zuschaltens des Kontaktes 4 eine plötzliche Änderung der Stromänderungsgeschwindigkeit ein, so dass der folgende Teil A -B der Schleife sehr schnell durchlaufen wird.
In<I>A'</I> bezw. ci ist jener Punkt erreicht, wo sich die beider ?a - gnetisierungen von Haupt- und Vormagneti. sierungsstrom das Gleichgewicht halten.
!1" bezw. ä ' entsprechen jenem Punkt, an dem die Vormagnetisierung gegenüber der Haupt strommagnetisierung so stark überwiegt, dass der negative Stufenstrom der Drossel erreicht wird und entsprechend der grossen Steilheit der Magnetisierungskurve eine hohe Span nung an der Drossel auftritt. Die Spannung hat an der Wicklung 12 eine solche Richtung. dass sie das Absinken des Vormagnetisie- rungsstromes entsprechend dem Kurvenstück ä '-bin Fig. 2c bis annähernd auf den Wert des Stufenstromes bewirkt.
In dieser Figur sind auf der Kurve des Hauptstromes IU die entsprechenden Punkte mit den gleichen Buchstaben wie in Fig. 2b bezeichnet. Die Magnetisierungsanteile des Haupt- und Vor magnetisierungskreises ergeben zusammen den resultierenden Magnetisierungsstrom Id, dessen Kurve in Fig. 2c gestrichelt eingetra gen ist.
Das Verhältnis der Magnetisierungs- anteile bezw. die Stromverteilung im Haupt- und Vormagnetisierungskreis während des Einlaufens der Drossel in die Stufe ist ausser von dem Verhältnis der treibenden Spannun gen UT und Uv (Fix. 3) auch von dem Ver- hältnis der Widerstände der beiden Kreise abhängig.
Da, wie erwähnt, ein genauer Ab gleich des Hauptstromes bis auf den Null wert praktisch sowieso nicht in jedem Be triebszustand erreichbar ist, so wählt man UZ vorteilhaft so, dass durch die unvermeid lichen Abweichungen innerhalb eines vorge gebenen Regelbereiches in den äussersten Grenzfällen ebenso grosse positive wie nega- tive Werte des Kontaktstromes verursacht werden. Es werde z. B. angenommen, dieser verlaufe bei positiver . Abweichung in dem durch Fig. 2e wiedergegebenen Betriebs zustand vom Punkt B aus, wo er schon einen sehr kleinen Wert erreicht hat, während der stromschwachen Pause stets im Positiven und falle langsam auf den Wert Null im Punkt C ab.
Die Kontakte der Schaltstelle 2 werden so gesteuert, dass ihre Öffnung in der Zeit zwischen B und C beginnt, z. B. im Zeitpunkt E. In der Figur ist dieser Punkt E daran erkenntlich, dass der Hauptstrom plötz lich um einen winzig kleinen Betrag auf den Nullwert springt. Der abzuschaltende Strom ist so klein, dass Nebenwege, wie erwähnt, nicht mehr nötig sind.
Da ausserdem die Um magnetisierung der Drossel dem Grund gedanken entsprechend mit einer derartigen Spannung erfolgt, dass die von der Wicklung 12 in der Wicklung 11 induzierte Spannung der Kommutierungsspannung bis auf einen vernachlässigbar kleinen Abgleichfehler genau das Gleichgewicht hält, so kann nach der Öffnung der Schaltstelle an dieser während der restlichen Dauer der stromschwachen Pause nur die positive oder negative Fehler spannung der Abgleichung liegen.
Wie die Kurve Us in Fig. 2a zeigt, ist daher auch die an der sich öffnenden Schaltstelle liegende Sperrspannung sehr klein und ändert sich bis zum Punkt C sehr langsam, so dass während dieser Zeit keine Gefahr besteht, dass Rück zündungen eintreten. Erst nach der erneuten Sättigung der Schaltdrossel im Zeitpunkt C steigt die wiederkehrende Spannung Us an der Schaltstelle, gegebenenfalls wie hier nach Durchschreiten des Nullwertes, auf den vollen Wert der Transformatorspannung UT an, der etwa im Punkt D' erreicht ist.
Gleich zeitig erreicht der Vormagnetisierungsstrom z, von c aus rasch ansteigend in d' die der Sinuskurve entsprechende Höhe. Die von ihm in der Folgezeit verursachten Verluste im Wirkwiderstand des Vormagnetisierungs- kreises können sehr klein, in der Grössen ordnung von einigen Tausendsteln der Nenn leistung gehalten und gegebenenfalls durch periodische Unterbrechung des Vormagnetisie- rungskreises gänzlich vermieden werden.
Von dem kurz darauffolgenden Punkt D aus, in denn die Schaltstelle 1 geschlossen wird, steigt dann der Strom IU in entgegengesetzter Richtung wieder an, wobei der Zustands punkt P auf der Magnetisierungsschleife dem negativen Umkehrpunkt zustrebt, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Während der Überlappungszeit der Schaltstellen 5 und 1 spielen sich an der Schaltdrossel der Phase Tlr die gleichen Vorgänge ab, wie oben be schrieben.
Für die Phasen W und Y ist der Vormagnetisierungskreis, der Schaltdrosseln der Übersichtlichkeit wegen in der Zeich nung nicht dargestellt, jedoch nach dem Vor bild des für die Phase U eingezeichneten Vor magnetisierungskreises leicht zu ergänzen.
Es ist ohne weiteres einzusehen, dass sich die beschriebenen Vorgänge in der gleichen Weise auch bei beliebigen andern Werten des Steuerwinkels a abspielen, so dass die züi unterbrechenden Werte des Hauptstromes in jedem Regelzustand nur den Abgleiclifehler der Zusatzspannung UZ entsprechen. Bei ein maliger richtiger Auslegung der zum Vor magnetisierungskreis gehörenden Schaltungs elemente ist also eine besondere Steuerein richtung zur Anpassung der Vormagnetisie- rung an die veränderliche Aussteuerung nicht erforderlich.
Die vorzugsweise sinusförmige Zusatzspannung UZ für den Vormagnetisie- runbskreis kann in einfacher Weise, z. B. aus dem Transformator 10, entnommen wer den, wobei die richtige Phasenlage mit Hilfe eines Drehtransformators oder eines zusätz lichen Hilfstransformators mit gemischten Phasenwicklungen ein für allemal eingestellt bezw. festgelegt wird.
Eine Erschwerung des erstrebten Null abgleiches kann durch Oberwellen der Wech selspannung verursacht werden, die sich je nach dem Aussteuerungsgrad in verschiede nem Masse störend auf den Schaltvorgang auswirken und bei Verwendung der bekann ten stromgebundenen Vormagnetisierung nur unter verhältnismässig hohem Aufwand dtrch eine zusätzliche Regeleinrichtung unschäd- lieh gemacht werden könnten.
Durch die neue spannungsgebundene Vormagnetisierung da gegen können Oberwellen in einfacherer Weise mitausgeglichen werden, indem als treibende Gesamtspannung UV im Vo.rmagne- tisierungskreis eine solche von annähernd dem gleichen Kurvenverlauf wie die in dem zu schaltenden Stromkreise wirksame Span nung gewählt wird.
Kin Beispiel dafür ist die beschriebene Kopplung des Vormagneti- sierungskreises mit dem zu schaltenden Stromkreis, wenn auch die Zusatzspannung U7, wie ebenfalls erwähnt, von der Wechsel spannungsquelle des zu schaltenden Strom kreises geliefert wird. Damit der Oberwellen gehalt der Vormagnetisierungsspannung T% ,, bezw. der Zusatzspannung U, möglichst weit gehend mit demjenigen der Hauptspannung U.r übereinstimmt, ist der Zwischentransfor mator vorteilhaft mit kleiner Streuung aus zuführen.
Dieselbe Regel gilt überhaupt all gemein für die magnetische Streuung des ge samten Vormagnetisierungskreises. Je kleiner diese Streuung ist, desto grösser ist die er reichbare Annäherung an das erstrebte Ziel eines möglichst vollkommenen Ausgleichs der Spannungen im Kommutierungskreis. Aus diesem Grunde ist die in Fig. 1 darge stellte galvanische Kopplung des Vormagne- tisierungskreises mit dem Kommutierungs- hreis einer an sich möglichen induktiven Kopplung über einen weiteren Hilfstransfor mator, in dem auch die Zusatzspannung gleich mit erzeugt werden könnte" vorzu ziehen.
Eine besonders günstige Ausfüh rungsform mit galvanischer Kopplung be steht darin, dass die Zusatzspannung UZ mit tels Anzapfungen oder zusätzlicher Windun gen des Haupttransformators erzeugt wird. Die richtige Phasenlage der Zusatzspannung <B>l',</B> bezw. der resultierenden Spannung U,, kann durch geeignete Phasenkombination, das heisst. Anzapfung verschiedener, teils fremder Transformatorphasen, bei entsprechender Wahl des Windungsverhältnisses u2, <I>:<U>w.,</U></I> der -#Vicklimgen 11 und 12 erzielt werden.
Der in der Zeichnung dargestellte Hilfstransfor mator 17 ist dann entbehrlich. In Fig. 4 ist eine vereinfachte Schaltung dargestellt, bei der die Hauptwicklung 11 gleichzeitig zur Vormagnetisierung der Schalt drossel benutzt wird, so dass eine besondere Vormagnetisierlmgswicklung (12 in Fig. 1) entbehrlich ist.
Fig. 5 zeigt eine Schaltung, bei der der Vormagnetisierungsstrom des Magnetkernes 18 der Schaltdrossel zugleich für die Vor magnetisierung eines Einschaltkernes 19 ver wendet wird, der mit dem Hauptkern 18 eine gemeinsame Hauptwicklung 11 hat und ausserdem mit einer Vormagnetisierungs- wicklung 13 versehen ist. Der Einschaltkern 19 befindet sich während der Stromschlie ssung zwischen den Zeitpunkten C und D, wie weiter unten dargelegt wird, in ungesättig tem Zustand und begrenzt dadurch den Strom, der unmittelbar nach der Schliessung der Schaltstelle über diesen fliesst.
Aus Fig. 2c ist ersichtlich, dass die, Kurve des Vormagnetisierungsstro-mes i, im Einschalt augenblick<I>D</I> bezw. <I>d</I> annähernd ihren Schei telwert durchläuft.
Bei Änderung des Ein schaltwinkels a zwischen 0 und 60 beträgt also der Unterschied der im Einschaltaugen blick vorhandenen Werte des V ormagneti- sierungsstromes i, höchstens<B>13%.</B> Dlit einer solchen Vormagnetisierung, die in grober Annäherung als konstant bezeichnet werden kann, werden bei der Einschaltdrossel natur gemäss nicht dieselben günstigen Bedingun gen erzielt wie bei der Hauptschaltdrossel mit dem oben beschriebenen,
für jeden Be- triebszustand nahezu vollkommenen Aus gleich des Magnetisierungsstromes beim Aus schalten. Praktische Versuche haben jedoch gezeigt; dass mit der Schaltung nach Fig. 5 auch bei Umformern für mehrere 1000 Amp. ein befriedigendes Ergebnis erzielt werden kann. Die Höhe der Vormagnetisierung kann durch geeignete Wahl des Windungs- v erhältnisses 2v3 <I>:</I> w, der Wicklungen 13 und 11 nach Bedarf festgelegt werden.
Damit die Einschaltdrossel nicht gleichzeitig mit der Hauptdrossel ummagnetisiert wird, muss natürlich' unter sonst gleichen Umständen das Windungsverhältnis avs <I>:</I> w1 kleiner sein als das Windungsverhältnis iv2 <I>:</I> wl. Dann liegen die vom Strom iv während der strom schwachen Pause von B bis C durchlaufenen negativen Werte über dem Entsättigungs- wert der Einschaltdrossel.
Letztere bleibt daher in der genannten Zeit und mithin während des Ausschaltvorganges der Schalt stelle 4 gesättigt. Erst nachdem das jenseitige Sättigungsknie der Hauptdrossel erreicht ist, wächst der negative Strom iv bis auf den Entsättigungswert der Einschaltdrossel an, so dass nun letztere in den ungesättigten Zu stand gelangt. Bis zum Zeitpunkt D, wo der Kontakt 1 eingeschaltet wird, durchläuft die Einschaltdrossel nur einen Teil des ungesät tigten Gebietes.
Sie ist daher ihrer bekannten Bestimmung gemäss im Einschaltzeitpunkt D ungesättigt und ruft somit zu Beginn der Schliessungszeit, wie gewünscht, zunächst eine stromschwache Pause hervor, bis sie sich nach Durchlaufen des restlichen Teils des ungesättigten Gebietes erneut sättigt.
Zur Befriedigung höherer Ansprüche hin sichtlich günstiger Einschaltbedingungen kann das gleiche Vormagnetisierungsprin- zip, wie es oben für die Hauptschaltdrossel beschrieben ist, grundsätzlich statt dessen oder -daneben auch für die Einschaltdrossel angewendet werden, indem dieser eine Span nung aufgezwungen wird, die an ihrer Hauptwicklung eine Spannung hervorruft, die der treibenden Spannung des Kommutie- rungskreises während der stromschwachen Pause der Einschaltdrossel in jedem Augen blick das Gleichgewicht hält.
Es verbietet sich jedoch, die zur Hauptspannung in einem festen Abhängigkeitsverhältnis stehende Vor magnetisierungsspannung dauernd auf die Einschaltdrossel wirken zu lassen, weil dann deren Ummagnetisierung unabhängig vom Einschaltzeitpunkt des Kontaktes stets kurz nach dem Nulldurchgang der Vormagnetisie- rungsspannung einsetzen würde. Die beab sichtigte Begrenzung des Einschaltstromes würde dann nur in einem kleinen Regel bereich, z. B. in der Nähe des höchsten Aus- steuerungsgrades, erzielt werden.
Bei gerin geren Aussteuerungsgraden wäre die Um- magnetisierung der Einschaltdrossel bereits beendet und somit die Einschaltdrossel in der Richtung des zu übernehmenden Stromes be reits gesättigt, bevor der Kontakt geschlos sen wird, so dass der Strom unmittelbar nach der Kontaktschliessung sofort steil ansteigen würde und somit im Schliessungsaugenblick die Gefahr von Funkenbildung oder wenig stens von schädlicher Materialwanderung gegeben wäre.
Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, dass im Vormagnetisie- rungskreis ein Steuerorgan vorgesehen wird, das diesen Kreis erst kurz vor der Zuschal- tung der die vormagnetisierte Einschaltdros sel enthaltenden Phase schliesst. In Fig. 6 ist eine derartige Schaltanordnung schema tisch dargestellt, wobei wiederum nur einer der drei Vormagnetisierungskreise gezeichnet ist, während die beiden andern entsprechend zu ergänzen sind.
Da gemäss Fig. 2c der Kommutierungskreis, in dem die Spannung zwischen den Klemmen U und Y wirksam ist, durch Schliessung der Phase Y gebildet wird, so ist diese Spannung, ergänzt durch die Zusatzspannung UZ, gemäss Fig. 6 für die Vormagnetisierung der Einschaltdrossel der Phase Y zu verwenden. Dieser Vormagneti- sierungskreis umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich auch noch die Hauptschaltdrossel der Phase U.
Dementspre chend umfasst ein zweiter Vormagnetisie- rungskreis die Hauptdrossel der Phase Y und die Einschaltdrossel der Phase W und der dritte Vormagnetisierungskreis die Haupt drossel der Phase W und die Einschaltdros sel der Phase U. Das Steuerorgan 20 kann an beliebiger Stelle jedes Vormagnetisierungs- kreises angeordnet sein und ist seinerseits, wie erwähnt, synchron mit den Einschalt zeiten der Kontakte 1 bis 6 zu steuern. Da.
die Änderung des Aussteuerungsgrades und damit der Einschaltzeitpunkte stets willkür lieb erfolgt, so kann für die gemeinsame Re- geluno, des Aussteuerungsgrades und der Steuerorgane 20 für die Vormagnetisierungs- hreise ein gemeinsamer Regler vorgesehen sein. Während die vorbeschriebenen Ausfüh rungsbeispiele den Erfindungsgegenstand be reits in weitgehender Vervollkommnung zei gen, so dass er sehr hohen praktischen An forderungen genügt,
wie sie etwa bei Umfor mungsanordnungen für mehrere 1000 Amp. mit sehr weitem Regelbereich des Aussteue- rungsgrades gestellt werden, können unter Umständen auch durch eine weniger voll kommene Anpassung der Vormagnetisierung schon wesentliche Vorteile gegenüber dem Bekannten erzielt werden.
So ist es z. B. möglich, statt einer phasen verschobenen Zusatzspannung eine mit der Speisespannung des Vormagnetisierungs- kreises phasengleiche Zusatzspannung anzu wenden. Diese kann in einfacher Weise da durch bereitgestellt werden, dass die an dem Umformer angeschlossene Wicklung des Haupttransformators 10 mit Anzapfungen bezw. einer oder einigen - Zusatzwindungen versehen und die Vormagnetisierungsspan- nung an den Anzapfungen bezw. an den Enden der Zusatzwindungen abgenommen wird.
Auch dadurch kann der Spannungs abfall des Stromes im Vormagnetisierungs- kreis mindestens teilweise ausgeglichen und damit der Unterschied der an der Schalt drosselwicklung 11 durch die Vormagnetisie- rung während der stromschwachen Pause erregten Spannung gegenüber der Spannung des Hauptstromkreises auch schon wesentlich verringert werden. Er kann damit mindestens für einen bestimmten Regelzustand sogar vollständig beseitigt werden.
Statt mit einer erhöhten Vormagnetisierungsspannung kann dieselbe Wirkung bei gleicher Ausgangs spannung auch durch Wahl einer Vormagne- tisierungswicklung mit kleinerer Windungs- zahl als die Hauptwicklung der Schaltdros sel erzielt werden. Die letztgenannte Mass nahme kann auch gleichzeitig mit einer pha sengleichen oder phasenverschobenen Zusatz spannung angewendet werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass zur Speisung des Vormagnetisierungs- kreises in an sich bekannter Weise ein be sonderer Hilfsgenerator verwendet wird. Während es aber bisher bei Anwendung einer Stabilisierungsdrossel erforderlich war, die Phasenlage der vom Hilfsgenerator erzeug ten Spannung bei Änderungen des Aussteue- rungsgrades in gleichem Masse zu ändern, wird bei Wegfall der Stabilisierungsdrossel die Abhängigkeit von der Spannung des Hauptstromkreises dadurch erzielt,
dass die Phasenlage der Vormagnetisierungsspannung überhaupt nicht oder wenigstens nur in be schränktem Masse verändert wird, wobei eine solche beschränkte Änderung beispielsweise lediglich zur Korrektur von Abweichungen zweiter Ordnung dient. Die Phasenlage der Vormagnetisierungsspannung kannvorteilhaft so eingestellt werden, dass die Phasenverschie bung der von der Vormagnetisierung an der Schaltdrossel während der stromschwachen Pause hervorgerufenen Spannung gegenüber der treibenden Spannung des Hauptstrom kreises verringert oder beseitigt und damit die Differenz dieser beiden Spannungen ver ringert wird.
Eine Verringerung dieser Dif ferenz kann statt dessen oder zusätzlich durch geeignete Wahl der Höhe der Spannung des Vormagnetisierungskreises erzielt werden. Auch in diesem Fall ist es natürlich gleich bedeutend mit der Wahl einer höheren Vor- magnetisierungsspannung, wenn statt dessen eine Vormagnetisierungswicklung mit kleine rer Windungszahl als die Hauptwicklung der Schaltdrossel ausgeführt wird.
Auf diese Weise kann also ebenfalls an der Schaltdros sel während der stromschwachen Pause eine Spannung erzeugt werden, die der Spannung des Hauptstromkreises in jedem Augenblick mindestens annähernd das Gleichgewicht hält. Allerdings werden hierbei etwa vor handene Spannungsoberwellen nicht ohne weiteres erfasst. Diese können jedoch als Ab weichungen zweiter Ordnung häufig prak tisch ausser acht gelassen oder durch eine zu sätzliche Korrektur, z. B. die obenerwähnte beschränkte Veränderung der Phasenlage, be rücksichtigt werden.
Dagegen bietet die Ver wendung eines besonderen Hilfsgenerators den Vorteil, dass der Verlauf seiner Span nungskurve einem von der Sinusform ab- weichenden aussteuerungsabhängigen Ver lauf des Spannungsabfalles in dem mit der Schaltdrosselwicklung in Reihe liegenden Teile des Vormagnetisierungskreises besser angepasst werden kann.
Bei Schalteinrichtungen für Einzelschal tung kann die Erfindung mit besonderem Vorteil dann angewendet werden, wenn die Impedanzen in dem zu schaltenden Strom kreis im wesentlichen konstant sind oder sich nach einer bekannten und verhältnismässig einfachen Gesetzmässigkeit ändern, so dass die Spannung bezw. Zusatzspannung für den Vormagnetisierungskreis ein für allemal fest gelegt oder im Bedarfsfalle leicht nachge stellt werden kann.
Anwendungsbeispiele hierfür sind unter anderem Schütze für Walzwerks-, Fördermaschinen und andere vorzugsweise in aussetzendem Betrieb arbei tende Antriebvorrichtungen mit grosser Lei stung, die gegebenenfalls von einem beson deren Generator gespeist werden.