Elektriseber Umformer. Neben den bekannten elektrischen Umfor- inern, bei denen die Ventilwirkung eines Queeksilber-Vakuumliehtbogens zusammen mit einer Gittersteuerung ausgenützt wird, sind in neuerer Zeit auch sog. Kontaktumformer gebaut worden. Bei diesen wird mit Hilfe einer gesättigten Drossel aus Eisen mit hoher Anlangspermeabilität eine stromschwaehe Stufe erzeugt. Als Schaltorgan werden mecha nisch von einem Synchronmotor angetriebene metallische Kontakte verwendet, deren Schliess moment durch mechanische oder elektrische Hilfsmittel verstellt werden kann.
Die Fun- kenlösehung erfolgt mit Hilfe sog. Parallel pfade. Der Nachteil der Kontaktumformer in ihrer bisherigen Ausführungsform besteht darin, dass der Synehronismus zwischen Stromnulldurehgang und Kontakttrennung insbesondere bei schnellen Belastungsänderun gen nicht immer gewährleistet ist, da die Be wegung im wesentlichen von der Spannung, die zeitliche Lage der Stufe jedoch von der Stromstärke abhängt. Um Rückzündungen zu verhüten, benötigt man eine Stufendauer bis zu<B>1</B> Millisekunde und mehr und zudem noch besondere Regeleinrichtungen. Beide Massnah men verteuern derartige Gleiehrichter in ho hem Masse.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein elektrischer Umformer, bei dem die Stromumformung mittels magnetischer Schal ter unter Verwendung von mindestens einer Schaltdrossel und einem Ventil bewirkt wird. Erfindungsgemäss sind in Reihe mit der Sehaltdrossel und parallel zum Ventil ein oder mehrere magnetisch betätigte Schalter angeordnet, wobei die Einschaltung kurz nach Einsetzen des Vorwärtsstromes in dem par allelliegenden Ventilkreis, die Aussehaltung hingegen innerhalb der durch die Schalt drossel erzeugten stromschwaehen Stufe er folgt. Zweckmässig beträgt die Sehaltzeit der Schalter höchstens 10-4S.
Dadurch wird es möglich, die Schaltdrosseln für eine Stufen dauer, die in gleicher Grössenordnung wie die Schaltdauer liegt, vorzusehen.
In der bisher beschriebenen Anordnung er folgt die Einsehaltung praktisch in dem Augenblick, in dem die Spannung der zuzu- schaltenden Phase gleich der Spannung an der Belastung ist. Das System arbeitet dann als Gleichrichter mit der Aussteuerung null.
Eine derartige Anordnung kann auch für regelbare Gleichrichter durch Teilaussteue rung und als Wechsel- und Umriehter be nützt werden, indem in Reihe mit den Venti len eine regelbare Spannungsquelle einge schaltet wird, deren innerer Widerstand höch stens von der Grössenordnung des Ventil widerstandes in Vorwärtsrichtung ist. Wirkt diese Spannung der treibenden Spannung ent gegen, so verspätet sich die Einsehaltung; die Anordnung arbeitet als Gleiehriehter mit klei nerer mittlerer Gleichspannung.
Wirkt jedoch diese Spannung in gleichem Sinne wie die treibende Spannung, so erfolgt die Einsehal- tung verfrüht; das System kann in dieser An ordnung, insbesondere bei mehrphasiger Aus- führung, als netzgesteuerter Wechselrichter betrieben werden.
Eine andere Steuer-Luigsmöglichkeit erhält man dadurch, dass die magnetischen Schalter mit einer zusätzlichen Einschaltspule versehen werden, welche von Stromimpulsen gespeist wird, die aber vor Einsetzen der stromschwa- ehen Stufe wieder abgeklungen sein müssen.
Wirken diese Stromimpulse der magnetisie renden Wirkung, hervorgerufen durch den Vorwärtsstrom der Ventile, entgegen, so ver spätet sieh die Einschaltung; im umgekehrten Fall gleichheit tritt sie ein, vor so dem dass Moment die Anordnung der Spannungs- ebenfalls wieder als Wechselrichter verwendet werden kann.
Die einfachste Art, die Ausschaltung wäh rend der Dauer der stromschwachen Stufe zu bewirken, besteht darin, dass man auf der Schaltdrossel eine zusätzliche Spule anbringt und diese unmittelbar mit der Aussehaltspule des magfietischen Schalters verbindet. In die ser zusätzlichen Transformatorspule wird vom Augenblick der Ummagnetisierung der Dros sel an eine Spannung erzeLigt, die über die ganze Stufe anhält. Diese Spannung ruft dann in der Ausschaltspule einen Strom hervor, wo durch die Aussehalt-Lmg bewirkt wird.
Selbstverständlich kann man auch diese Spannung auf ein schnelles Relais wirken las sen, durcli das dann eine Hilfsstromquelle an die Aussehaltwicklung gelegt wird.
Es ist auch möglich, ein schnellwirkendes -Nullstromrelais vorzusehen, das bei Ein setzen der Stufe anspricht und dadurch eine Hilfsstromquelle an die Aussehaltspule des magnetischen Schalters legt.
Alle Ausschaltimpulse, die irgendwie vom dem Vorhandensein der stromsehwachen Stufe abgeleitet werden, verschwinden mit Ablauf der Stufe. Damit der Schalter dann nicht vor zeitig einschaltet, ist es zweckmässig, eine zu sätzliche Ausschaltkraft, z. B. in Form einer Feder, vorzusehen. Man wird aber meist diese Kraft gegenüber der magnetischen Zugkraft der Ausschaltspule klein halten, beispielsweise in der Grössenordnung von etwa<B>10</B> 7o, damit die Einschaltung hierdurch nicht nennenswert erschwert wird.
Um die Bildung der stromschwaehen Stufe nicht zu beeinträchtigen, darf die Schalt drossel nur mit. kleinen Leistungen zusätzlich belastet werden. Es empfiehlt sieh daher, durch Wahl möglichst kleiner Luftspalte und Schalt wege des magnetischen Schalters in der Grö ssenordnung von Zehntel bis Hundertstel Millimeter den Ampere-Windungsbedarf für die Ein- und vor allem die Aussehaltung so klein wie möglich zu machen, insbesondere aber kleiner als etwa<B>50-100</B> Ampere-Win- dungen.
Als Ventile können an sich Gleiehrichter beliebiger Art Verwendung finden, z. B. mit besonderem Vorteil Trockengleichrichter we gen ihres kleinen Spannungsabfalles. Für höhere Spannungen kann es zweckmässig sein, Ventile nach Art der sog. Nadelgleichrichter zu benützen.
Um den Stufenstrom im Augenblick der Kontakttrennung möglichst klein zu machen, ist es zweckmässig, die Schaltdrosseln in an sich bekannter Weise mit Gleich- oder Wech selstrom vorzumagnetisieren, und zwar derart, dass im Augenblick der Kontakttrennung der Stufenstroin kleiner als die Minimalstrom stärke, bei der noch ein Lichtbogen entstehen kann, ist.
Diese Minimalstromstärken liegen Tür die übliehen metallischen Kontaktwerli:- stoffe bei etwa<B>0,5-1 A.</B> Da auch bei die ser Stromstärke unter Umständen noch ge ringe Funkenbildung auftreten kann, ist es zweckmässig, parallel zu den Kontakten des magnetischen Schalters an sich bekannte ka- pazitive Parallelpfade vorzusehen.
In der Zeichnung ist eine Ausführungs form der Erfindung in einphasiger Anord nung schematisch dargestellt. Es bedeuten<B>1</B> die We'chselstromquelle, 2 das Magnetsystem der Schaltdrosseln mit der Hauptstroinwick-- lung <B>3,</B> der Vormagnetisier tingswieklung 4 und der zusätzlichen Wicklung<B>5. 6</B> ist eine Stabi lisierungsdrossel für die Vormagnetisierungs- drossel. <B>7</B> stellt die Sehaltbrüeke dar.
Auf sie wirkt die Aussehaltspule <B>8</B> sowie die schwache Ausschaltfeder<B>9,</B> ferner die vom Hauptstrom durehflosseiie Einschaltspule<B>10</B> und die Ein schaltspule<B>11,</B> die lediglich vom Ventilstrom durchflossen wird und deren Induktivität durch einen Kondensator 12 kompensiert ist. <B>13</B> ist das Ventil, 14 eine damit in Reihe lie gende regelbare Spannungsquelle mit im Ver gleich zu den Ventilen höchstens gleichem in nerem Widerstand,<B>15</B> ein aus Kapazität und Widerstand bestehender Parallelpfad und<B>16</B> die Belastung.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Von dein Augenblick an, da die Spannung der Stromquelle<B>1</B> grösser wird als die Gegenspannung der Belastung einsehliess- lieh der Spannung, die von der Batterie 14 er zeugt wird, beginnt ein Strom zu fliessen, und zwar von<B>1</B> über die Hauptstromwicklung <B>3</B> der Schaltdrossel;
von hier über die Haupt- stromspule des Magnetsehalters <B>1-0,</B> dann die Spule<B>11,</B> das Ventil<B>13,</B> die eingeschalteten Zellen der Batterie 14, von da zur Belastung <B>16</B> und zurüek zur Stromquelle<B>1.</B> Erreicht die magnetische Zugkraft, hervorgerufen durch die Erregung der Spulen<B>10</B> und<B>11,</B> die Kraft der Feder<B>9,</B> so schliesst sich der Schalter<B>7</B> und bleibt infolge der sich nun verstärkenden Zugkraft, hervorgerufen durch die Erregung der Spule<B>10,</B> geschlossen. Der Spannungs abfall an der Sehaltdrossel ist infolge ihrer Sättigung nur gering.
Im Augenblick, in dem die Ummagnetisierung der Sehaltdrossel ein setzt, was voraussetzungsgemäss erst kurz vor dem Stromnulldureligang beginnt, wird in der Spule<B>5</B> eine Spannung induziert und es fliesst in dem Stromkreis, gebildet aus der Spule<B>5</B> und der Ausschaltspule<B>8,</B> ein Strom. Durch die Erregung der Spule<B>8</B> entsteht eine Ans- schaltkraft. Gleichzeitig ist der Strom in der Spule<B>10</B> infolge des Eintretens der Stufe an nähernd null geworden.
Es überwiegt daher die Aussebaltkraft und der Schalter öffnet sich und bleibt auch nach Ablauf der Stufe infolge der Zugkraft der Feder<B>9</B> geöffnet. Eine Funkenbil.dung wird beim Öffnen einer seits durch das parallelliegende Ventil<B>13</B> zu- gammen mit dem Kondensator 12, anderseits durch den Parallelpfad<B>15</B> vermieden, um so mehr als durch passende Wahl des Stromes in der Vorniaglietisierungswicklung 4 der Schaltdrossel der Augenbliekswert des Stufen stromes im Moment der Kontakttrennung praktisch gleieh Null geniaeht werden kann.
Die Spule<B>11</B> und der Kondensator 12 kön nen auch weggelassen werden. Dies hat den Vorteil wesentlich besserer Funkenlösehung. Es muss dann aber im allgemeinen die Win- dungszahl der Hauptstromspule vergrössert werden, wodurch der Raumbedarf des magne tischen Schalters ebenfalls grösser wird.
Es können auch mehrere Schalter, parallel und!oder in Serie geschaltet., nur einer Schalt drossel zugeordnet sein. Ausserdem ist es mög- lieh, dass mehreren serie- oder parallel geschal teten Schaltern nur ein Ventil parallel ge schaltet ist.
Durch geeignete Kombination derartiger einphasiger Schaltungen können Gleich-, Wechsel- und Umrichtersehaltungen erstellt werden.
Electric converters. In addition to the known electrical converters, in which the valve effect of a Queek silver vacuum arc is used together with a grid control, so-called contact converters have recently also been built. In these, a saturated choke made of iron with high initial permeability is used to generate a low-current stage. As a switching element, metallic contacts driven mechanically by a synchronous motor are used, the closing moment of which can be adjusted by mechanical or electrical aids.
The spark is released with the help of so-called parallel paths. The disadvantage of the contact transducers in their previous embodiment is that the synchronization between current zero and contact separation is not always guaranteed, especially in the case of rapid load changes, since the movement essentially depends on the voltage, but the timing of the stage depends on the current intensity. In order to prevent re-ignition, a stage duration of up to <B> 1 </B> milliseconds and more is required, as well as special control devices. Both measures make such equations more expensive to a high degree.
The invention also relates to an electrical converter in which the current conversion is effected by means of magnetic scarf ter using at least one switching throttle and a valve. According to the invention, one or more magnetically operated switches are arranged in series with the holding throttle and parallel to the valve, the switching on shortly after the onset of the forward current in the par allelied valve circuit, but the appearance within the low-current stage generated by the switching throttle. It is practical if the switch is held for a maximum of 10-4S.
This makes it possible to provide the switching throttles for a step duration which is of the same order of magnitude as the switching duration.
In the arrangement described so far, switching on takes place practically at the moment when the voltage of the phase to be switched on is equal to the voltage at the load. The system then works as a rectifier with zero modulation.
Such an arrangement can also be used for controllable rectifiers by Teilaussteue tion and as an inverter and Umriehter by turning on a controllable voltage source in series with the valves, the internal resistance of which is maximally the same as the valve resistance in the forward direction. If this tension counteracts the driving tension, the attentiveness is delayed; the arrangement works as an equilibrium with a smaller mean DC voltage.
If, however, this tension works in the same way as the driving tension, then the stop is premature; In this arrangement, the system can be operated as a grid-controlled inverter, especially in the case of a multi-phase version.
Another control possibility is obtained by providing the magnetic switches with an additional switch-on coil, which is fed by current pulses, but which must have decayed again before the low-current stage starts.
If these current pulses counteract the magnetizing effect, caused by the forward flow of the valves, then the activation is delayed; in the opposite case, equality occurs, so that the moment the voltage arrangement can also be used again as an inverter.
The simplest way to effect the disconnection during the duration of the low-current stage is to attach an additional coil to the switching choke and to connect it directly to the shut-off coil of the magnetic switch. In this additional transformer coil, a voltage is generated from the moment the reactor is magnetized, which continues over the entire stage. This voltage then causes a current in the opening coil, which is caused by the cut-out Lmg.
Of course, you can also let this voltage act on a high-speed relay by applying an auxiliary power source to the shutdown winding.
It is also possible to provide a fast-acting zero-current relay that responds when the stage is set and thereby applies an auxiliary power source to the shut-off coil of the magnetic switch.
All switch-off impulses that are somehow derived from the presence of the current-sensitive stage, disappear when the stage expires. So that the switch does not turn on ahead of time, it is useful to add an additional switch-off force, for. B. in the form of a spring to be provided. In most cases, however, this force will be kept small compared to the magnetic pulling force of the opening coil, for example in the order of magnitude of about 10 7o, so that switching on is not made significantly more difficult as a result.
In order not to impair the formation of the low-current stage, the switching throttle may only be used with. small services are additionally charged. It is therefore advisable, by choosing the smallest possible air gaps and switching paths for the magnetic switch in the order of tenth to hundredth of a millimeter, to make the ampere-turn requirement for the on and above all the appearance as small as possible, but in particular smaller than approximately <B> 50-100 </B> ampere turns.
As valves can find any type of rectifier use, z. B. with particular advantage dry rectifier because of their small voltage drop. For higher voltages it can be useful to use valves like so-called needle rectifiers.
In order to make the stage current as small as possible at the moment of contact separation, it is useful to pre-magnetize the switching chokes in a known manner with direct or alternating current, in such a way that at the moment of contact separation the stage current is less than the minimum current strength at which an arc can still occur.
These minimum current strengths are for the usual metallic contact materials: - materials at around <B> 0.5-1 A. </B> Since even with this current strength, sparks can still occur under certain circumstances, it is advisable to run parallel to the contacts of the magnetic switch to provide known capacitive parallel paths.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically in a single-phase arrangement. It denotes <B> 1 </B> the alternating current source, 2 the magnet system of the switching chokes with the main current winding <B> 3, </B> the pre-magnetizing circuit 4 and the additional winding <B> 5. 6 </B> is a stabilizing choke for the premagnetizing choke. <B> 7 </B> represents the holding bridge.
The opening coil <B> 8 </B> and the weak opening spring <B> 9 </B> also act on them by the closing coil <B> 10 </B> which flows through the main current and the closing coil <B> 11, < / B> which is only traversed by the valve current and whose inductance is compensated by a capacitor 12. <B> 13 </B> is the valve, 14 a series-connected controllable voltage source with at most the same resistance compared to the valves, <B> 15 </B> a parallel path consisting of capacitance and resistance and <B> 16 </B> the burden.
The mode of operation of the arrangement is as follows: From your moment on, since the voltage of the power source <B> 1 </B> is greater than the counter-voltage of the load, the voltage that is generated by the battery 14 begins To flow current from <B> 1 </B> via the main current winding <B> 3 </B> of the switching inductor;
from here via the main current coil of the magnetic switch <B> 1-0, </B> then the coil <B> 11, </B> the valve <B> 13, </B> the switched-on cells of the battery 14, from there to the load <B> 16 </B> and back to the power source <B> 1. </B> Achieves the magnetic tensile force caused by the excitation of the coils <B> 10 </B> and <B> 11, </B> the force of the spring <B> 9, </B> so the switch <B> 7 </B> closes and remains due to the now increasing tensile force, caused by the excitation of the coil <B> 10, </B> closed. The voltage drop across the holding throttle is only slight due to its saturation.
At the moment when the magnetic reversal of the holding choke sets in, which according to the assumption begins shortly before the current zero duration, a voltage is induced in the coil <B> 5 </B> and it flows in the circuit formed by the coil <B> 5 </B> and the opening coil <B> 8 </B> a current. The excitation of the coil <B> 8 </B> creates a switch-on force. At the same time the current in the coil 10 has become almost zero as a result of the occurrence of the step.
Therefore, the outside force prevails and the switch opens and remains open even after the stage has elapsed due to the tensile force of the spring <B> 9 </B>. Spark formation is avoided when opening, on the one hand, by the parallel valve <B> 13 </B> together with the capacitor 12, and on the other hand by the parallel path <B> 15 </B>, all the more so than by a suitable choice of the current in the Vorniaglietisierungswicklung 4 of the switching throttle, the eye level of the step current at the moment of contact separation can be practically equal to zero.
The coil 11 and the capacitor 12 can also be omitted. This has the advantage of much better spark resolution. In general, however, the number of turns of the main current coil must then be increased, so that the space requirement of the magnetic switch is also greater.
Several switches, connected in parallel and! Or in series, can be assigned to just one switching throttle. It is also possible that several switches connected in series or in parallel, only one valve is connected in parallel.
Rectifier, inverter and converter circuits can be created by suitable combination of such single-phase circuits.