Elektrischer Umformer. Ini Hauptpatent ist ein elektrischer Um former beschrieben, bei dem die Stromumfor mung- mittels magnetischer Schalter unter Verwendung von mindestens einer Schalt drossel und einem Ventil bewirkt wird, wobei neben der Hauptstromwiel,-hing des elektro- inagnetisehen Sehalters auch noch zusätzliche Hin- und Aussehaltspulen zur Verwendung gelangen.
Bei der im Hauptpatent besehrie- benen Ausführungsform des Umformers liegt die zusätzliche Einsehaltwieklung in dem die Sehaltkontakte überbrüekenden Stromkreis, wodurch die Löschwirkung des Ventils beim öffnen des Schalters beeintriehtigt wird.
Die vorliegende Erfindung befasst sieh mit einer verbessertenAusführune desUmformers gemäss dem Patentanspimeh des Hauptpaten tes. Ihr Kennzeichen besteht darin, dass der magnetische Schalter ausser der Hauptstrom- wieklunir mindestens eine die Hauptstrom- ell wieklung beim Einsehalten unterstützende Zu- satzwieklung aufweist,
deren Erregung durch den beim LTiiima-netisieren einer vom Haupt- C strom magnetisierten, gesättigten Drossel auf tretenden Spannungsimpuls eingeleitet wird. <B>Es</B> kann 7weekmässig sein, in Reihe mit der Zusat7wieklung ein Ventil anzuordnen, der art, dass nur Impulse einer Richtung auf die Zii#"at7wieklung einwirken.
In vielen Fällen ist es möglieh, ohne eine Hilfsstromquelle auszukommen, indem die beim Ummagneti- sieren der gesättigten Drossel auftretenden Spannungsimpulse unmittelbar auf die Zu- satzwieklung wirken. Als gesättigte Drossel kann die Schaltdrossel selbst benützt oder auch eine zusätzliche gesättigte Drossel vor gesehen werden.
In den Fig. <B>1</B> bis 4 der Zeichnung sind beispielsweise AusTührungsformen der Erfin dung schematisch dargestellt. In sämtlichen Beispielen wird als gesättigte Drossel die Sehaltdrossel selbst verwendet.
Die Fig. <B>1</B> und 2 zeigen Anordnungen mit Zusatzeinschaltspule, wobei die Ausschaltung mit Hilfe einer Feder erfolgt.
Die Fig. <B>3</B> und 4 stellen Ausführungen dar, bei denen die Ausschaltung durch ein besonderes magnetisches Aussehaltsystem be wirkt wird.
In Fig. <B>1</B> bedeuten.<B>1</B> eine-Wechselstrom- quelle, 2 die Schaltdrossel mit der Haupt- stromwieklung <B>3</B> und der Vorerregungswick- lung 4, die über eine Drossel<B>5</B> an ein Gleich stromnetz<B>6</B> angeschlossen ist,<B>7</B> den elektro magnetischen Schalter mit den auch elektrisch leitenden Magnetpolen<B>8</B> und<B>9,</B> die durch einen Luftspalt<B>10</B> elektrisch und magnetisch getrennt sind.<B>11</B> ist der prismenförmige Anker, der von der Feder 12 getragen ist, die ihrerseits an den Isolierstücken<B>13</B> und 14 befestigt ist.
Parallel zum Anker ist das Ventil<B>15</B> angeschlossen;<B>1-6</B> ist die -aus wenigen, im Grenzfall aus einer Windung be stehende Hauptstromwieklung; <B>17</B> die Zusatz- wieklung. Diese ist über die Triode<B>18</B> an den Kondensator<B>19</B> angeschlossen, der seinerseit.- über einen Widerstand 20 mit dem Gleich stromnetz<B>6</B> in Verbindung steht. Das Gitter ')l der Triode steht mit einer Anzapfung der HaLiptstroni-#viehlun---# <B>3</B> der gesättigten Drossel 2 in Verbindung; 203 ist die Belastung.
Die )ATirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Bei positiv werdender Span- nun- des Generators<B>1</B> beginnt ein Strom über die Hauptstromwieklung <B>3</B> der Schalt drossel 2, die Wieklung <B>16</B> des Sehaltmagne- ten, das Ventil<B>15</B> und die Belastung<B>23</B> züi fliessen.
Hierdurch wird die Sehaltdrossel un-i- magnetisiert, wodurch in der Wiekl-ung 3 und r3 el insbesondere auch am Gitter 21 der Triode<B>18</B> ein Spannungsimpuls entsteht, durch den das, Gitter positiv gegenüber der Kathode ge macht wird. Der Kondensator<B>19</B> entlädt sieh nun über die Triode<B>18</B> und die Wiehlungen <B>16</B> und<B>17.</B> 1-1.ierdureh entsteht eine so grosse Erregung des Magnetsvstems <B>8, 9,</B> dass der Anker<B>11</B> entgegen der Feder 12 angezogen wird.
Die Magnetpole<B>8</B> und<B>9</B> sind damit durch den Anker<B>11</B> miteinander verbunden, %vodureh. das Ventil<B>15</B> überbrückt ist. Beim -\'uilldureh,-ang des Entladestromes des Kon- densators <B>19</B> löscht die Triode 18-, da am Gitter praktisch keine oder bei abnehmendem Strom sogar eine negative Spannung besteht. Der Kondensator<B>19</B> wird inzvisehen über den Widerstand 20 aus dem Gleiellstromnetz <B>6</B> ,vieder aufgeladen.
Nähert sieh der Strom seinem Nalldureb- gang, so überwiegt die Kraft der Aussehalt- feder 12 die durch die Spule<B>16</B> erzeugte magnetische Haltekraft. Der Strom wird wieder auf das Ventil<B>15</B> umgeschaltet, das dann beim Stroinnulldurehgang löscht.
Damit das Abfallen des Ankers auch bei verrinuer- ter Windungszahl der Hauptstromwieklung <B>16</B> bei genügend kleinem Strom erfolgt, ist es zweckmässig, ein Magnetsystem züi verwenden, bei dem das Verhältnis von Anzugs- zu Ab- fallaniperewindungen gross ist.
<B>kn IM</B> In Fig.2 bedeuten-.<B>31</B> die Wechselstrom- quelle, <B>32</B> die Schaltdrossel mit dem Eisen kern<B>33</B> und der Hauptstromwieklung 34. <B>35</B> und<B>306</B> sind Anzapfungen; <B>Ö7</B> ist eine Diode,<B>38</B> und<B>39</B> sind die Schienen einer Gleiehstromversorgun-'-. 40 ist der magnetische Sehalter mit den Polen 41 und 42, die durch den Luftspalt 4') voneinander getrennt sind.
44 ist der prisinenförinige Aiiker, der init der Blattfeder 45 verbunden ist, die ilirerseits an den Isolierstüel,:eil 4.6 und 47 befestilgt ist. 48 ist die Ilaiiptstroni,-#vieki ting, 49 die Züi- satzwieklung' <B>50</B> ein Widerstand,<B>51</B> das die Pole 41 und 42 überbrückende Ventil,<B>52</B> stellt die Belastun- dar.
Die Wirktiil",sweise der Anordnun- ist fol gende<B>-</B> Bei positiv werdender Spannung der Weehselstroniquelle <B>31.</B> bel-ginnt ein Strom über die Hauptstromwieklung, 34 der Sehalt- drossel <B>ä2,</B> die Ilaiiptsti-oiiiwiekliiil"# 48, das Ventil<B>51.</B> und die Belastun,- <B>52</B> zu fliesseii. Hierdurch wird eine Uiiiiiia,-,-iieti,#,iei-Liii-- der Sehaltdrossel. 132 bewirkt.
Zwiseben den An- 7apfungen <B>35</B> und<B>36</B> entsteht ein Spannung)";- impuls, der sieh zür Gleiebspannung an den Schienen<B>38</B> und<B>39</B> addiert.
Unter Einfluss dieser Suninielispa-iinung zündet die Diode<B>37,</B> und es be-innt nun ein Gleiebstroni züi flie ssen, und zwar von der Sehiene <B>139</B> über den Widerstand<B>50,</B> die Zusatzwieklun,- 49, die nvisehen den Anschlüssen<B>36</B> und<B>35</B> liegende Teilwieklung, die Diode<B>37</B> und zurück zur Schiene<B>38.</B> Hierdureh #vird (las stein 41, 42 erregt und der Anker 44 angezogen.
Der Strom in der 48 steigt bis zu einem --tI.ixiii)al#vert an, wo(Iiii-eli der Kontaktdruel#: zwischen den Polen 41, 42 und dein Anker 44 eiitNI)reelieiid verstärkt wird.
Nachher fl111 der Hauptstroiii wieder ab; der A-nker 44 wird aber durch die weiter bestehende Erre--un-- der Wieklun- 49 niii (-fleichstron) festgehalten.
Titi #Ugenbliek, (la die 11iiiiiia-netisierung der Sehaltdrossel <B>321</B> bei abnehmendem Stroin be-hint, tritt n#"i- sehen den AnzapfunIgen <B>35</B> und <B>36</B> wiederuin ein Spannungsinipuls, jedoeb #-on eiagegeti- 1.esetzter Richtung,
auf. <B>Er</B> wirkt der Span- nun- an den Schienen<B>38. 39</B> entgegen: der Gleiehstroin dureli die Zusatzspule 49 hört auf zu fliessen,
und die Entladun- in der Diode<B>37</B> erliseht. Nun bewegt sieh der Anker 44 unter deni Einfluss der Feder 45 in die Aussehaltstellun1--. Der >#troiii fliesst bis züi seinem Nulldureh- a ng <B>,</B> über das, Ventil <B>51-</B> -#Ian erkennt somit,
dass die Einsehaltung im #ve"eiitlielien durch die Erregung der _N,%7iek- hin-- 49 bewirkt wird, dass hingegen der bei #,11of.',eii Strömen notwendige hohe Kontakt- (Irnek vornehmlich durch die Erregung der Hauptstromwieklung 48 7tistande kommt, und die Aussehaltun-,
bei verschwindender der Spule 49 und infolge des klei- iwn Stromes auch entsprechend kleiner Er regung der Spule 48 praktisch ohne magne tische Gegenkraft lediglich durch die Wir- Imng der Aussehaltfeder 45 erfolgt.
In Fig-. <B>2 )</B> bezeichnen:<B>61</B> die Wechselstrom- (Itielle, <B>62</B> die Sehaltdrossel mit dem Luft- ",1),ilt 623, 64 die Hauptstromwieklung mit den Anzapfungen <B>65</B> Lind<B>66.
67</B> stellt eine Hilfs- dar, <B>68</B> und<B>69</B> sind Ventile, ins besondere Troeken-leiehriehter. <B>70</B> ist ein Parallelwiderstand,<B>71</B> ein Kon- deiisator. <B>72</B> ist der elekti-oma-.-netisehe Schal- ler mit den Polen<B>73</B> und 74.<B>75</B> ist die flanlitstromspule, <B>76</B> die Zusatzeinsehaltspule, <B>78</B> der Anker,<B>79</B> das Aussehaltsystem mit den Polen 8,0 und<B>81,
</B> dem permanenten Magne- leii 8* _) ui -id der Aussehaltspule 8'. 13 84 ist das parallel zur Unterbreellun-gsstelle liegende Ventil,<B>85</B> die Belastung.
Die Wirkungs-weise der Anordnung ist fol- #_l(111de: Sowie in der Wieklung 64 ein Strom zu fliessen beginnt, tritt zwischen den An- mpfungen <B>65</B> und<B>66</B> ein Spannungsimpuls -itif, der einen Stromstoss über die Wiehlun- gen <B>75</B> und<B>76</B> und das Ventil<B>68</B> bewirkt.
ZLigleieli wird der Kondensator<B>71</B> aufgela- den. Unter der Wirkung die-,es Stromstosses \vii-(1 der A-nIzer <B>78</B> angezogen, wodurch die Pole<B>73</B> und 74 überbrüekt werden.
Nach Auf- Uiren des Spannungsimpulses entlädt sieh der Kondensator<B>71.</B> über die Wieklungen <B>76, 75,</B> No (1aL') die Ma,Ynetisierun#l> über die Dauer (]es Spannungsimpulses hinaus verlängert wird, und 7war bis die Erregung der Haupt- stronispule,
<B>75</B> eine ausreichende Haltekraft .!.#ew.i i hi -leistet. Nähert sieh der Hauptstrom Nulldurchgang, so wird die Schalt- (Ii-o.,;
sel <B>62</B> wieder unii-nagnetisiert. Die Span- littli#-v zwischen den Anzapfungen <B>65</B> und<B>66</B> liat umgekehrtes Vorzeiehen. Ein Strom über die Einsehaltwieklungen <B>75, 76</B> kann wegen der sperrenden Wicklung des Ventils<B>68</B> nicht fliessen.
Es entsteht jedoch auch an der Wick- lang <B>67</B> ein Spannungsimpuls, durch den nun die Aussehaltspule <B>83</B> erregt wird, und zwar derart, dass sie die magnetisierende Wirkung des permanenten Magneten<B>82</B> unterstützt. Hierdureh wird der Anker<B>78</B> in Ausschalt richtung angezogen, und er hebt sieh somit in der Nähe des Stromnulldurchganges von den Polen<B>73</B> und 74 ab.
Der Anker<B>78</B> bleibt dann infolge der Wirkung des permanenten Magneten<B>82</B> in der Aussehaltstellung. Tritt wiederum die Einsehaltummagnetisierung der Sehaltdrossel <B>62</B> auf, so wiederholt sich das Spiel im Einschaltstromkreis wie bereits be schrieben. Es fliesst aber zusätzlich auch noch ein Strom von der Wieklung <B>67</B> über den Widerstand<B>70</B> und die Aussehaltspule 83), jedoch in umgekehrter Richtung, wodurch die anziehende Kraft des permanenten Magneten <B>82</B> so weit geschwächt wird, dass der Anker<B>78</B> auch ohne die anziehende Wirkung des Ma gnetsystems<B>72</B> abfallen würde.
Man erkennt, dass die Beschleunigung des Ankers in Ein- schalt- und Aussehaltriehtung im wesentlichen nur durch magnetische Kräfte erfolgt, die einerseits durch Erregung der Einschaltwick lung<B>76,</B> anderseits durch Erregung der Aus- sehaltwicklung <B>83</B> erzeugt werden. Der per manente Magnet<B>82</B> sichert lediglich die Aus- sehaltstellung des Schalters im stromlosen Zustand. Seine Wirkung beim Einsehaltvor- gang wird durch Gegenerregung der Spule<B>83</B> kompensiert.
Die Magnetisierung des Aussehaltmagnet- systerns im stromlosen Zustand könnte auch durch Ausnützung des remanenten Magne tismus des magnetischen Aussehaltkreises be wirkt werden. Ferner könnte man an Stelle des permanenten Magneten eine stromdurch flossene Wieklung vorsehen, die jedoch beim Ausschalten des Umformers nicht unterbro- eben werden darf, damit die Anker sich im Ruhezustand in Aussehaltstellung befinden.
Fig. 4 zeigt schliesslich noch eine Ausfüh rungsform der Erfindung, wie sie speziell für hohe Stromstärken mit Vorteil angewendet wird. Es bedeuten:<B>90</B> die Wechselstromquelle, <B>91</B> die Sehaltdrossel mit den Wicklungen<B>92</B> und<B>93</B> und dem Vorerregungssystem 94. Die Haupterregung der Schaltdrossel<B>91</B> erfolgt durch den stromdurehilossenen Leiter<B>95, d.</B> h. die Sellaltdrossel <B>91.</B> ist in Form eines Ein- leiterstromwandlers gebaut.<B>96, 97</B> sind Ven tile,<B>98, 99</B> Widerstände.
Der magnetische Schalter<B>100</B> besitzt die Pole<B>101</B> Lind 1.02. <B>103</B> ist ein permanenter Magnet, 104 die Zu- satzeinsehaltspule. Die Haupterregung er folgt durch den Stromdurehgang durch die Schienen<B>105</B> und<B>106,</B> die isoliert nebenein- anderlie-en Lind zusammen mit dem Magnet- svstem <B>101,<U>109</U></B> ebenfalls ein einem Einleiter- stromwandler verwandtes Grebilde darstellen.
<B>107</B> ist der Anker,<B>108, 109</B> das Aussehalt- ma-gnetsystem mit dem permanenten Magne ten<B>110</B> Lind der Aussehaltspule <B>111.</B> 112 ist das Überbrilekungsventil, <B>113</B> die Belastung.
Die Wirkan,-sweise der Anordnung ent- sprieht in allen wesentlichen Punkten der von Fil-. <B>3.</B> Durch Anordnung des permanenten 31a-neten <B>103</B> wird dafür gesorgt, dass der Anker<B>107</B> bis<B>-</B> oen den Stromnulldurehgang in der Einsehaltstellung festgehalten wird.
Beim Ausschalten wird durch den Rüekstrom des Ventils<B>96,</B> der über den Widerstand<B>98</B> fliesst, die Wirkung des Magneten<B>103</B> kom pensiert, und zwar in gleicher Weise wie dies an Iland der Fig. <B>33</B> für den Aussehaltma-,ne- teil bereits beschrieben wurde. In der Ein- sehaltstellung bewirkt der Anker<B>107</B> eine Verbindung der beiden Schienen<B>105</B> und<B>106.</B>
Selbstverständlich kann man die Einleiter- anordnung auch ohne zusätzliches Aussehalt- svstein verwenden, z. B. in Anordnungen naeli Fil-. <B>1</B> und 2.
Bei Verwendung von sehr schnellen Ein- und Aussehaltmagnetsystemen mit einer Sehaltzeit von höchstens<B>l"</B><I>s</I> wird als ge sättigte Drossel zweckmässig die Sehaltdrossel selbst verwendet, wie dies in den Ausfüh- rangsformen nach Fig. <B>1</B> bis 4 angenommen ist. Für grössere Sehaltzeiten, beispielsweise von etwa<B>13 .</B><I>10--4 s</I> wird im allgemeinen die Einsehaltstufe züi lang, was entsprechend hohen induktiven Spannungsabfall bedingt.
In diesem Fall verwendet man als gesättigte Drossel nicht die Sehaltdrossel, sondern eine zusätzliche gesättigte Drossel mit entsprechend kleineren Stufenzeiten. Diese wird in gleicher Weise in den Stromkreis eingefügt wie die Sehaltdrossel in den dargestellten Beispielen.
Der Vorteil von Umformern der besehrie- bellen Art bestellt darin, dass die Ohmsehen Verluste und der induktive Spannungsabfall der Hauptstromwieklung verschwindend ge ring gemacht werden können. Zudem lassen sieh die Abmessungen und damit auch die flerstellkosten wesentlich herabsetzen. Insbe sondere bei der Einleiterausführung nach Fig. 4 ist es ohne grossen Aufwand möglich, die Umformer kurzsehlusssieher zu bauen.
Wird bei Anordnung eines Aussehaltmagnet- systems eine Feder beibehalten, so kann eine solche mit wesentlich geringerer Aussehalt- kraft verwendet werden, was ebenfalls zu einer Verringerung des Amperewindungsbe- darfes beim Einschalten beiträgt. Wird die Feder gänzlich weggelassen, so werden Her stellung, Montage und Justierung des magne tischen Schalters weiter vereinfacht.
Das Aus- sehaltmagnetsvsteni bringt noch den zusätz- liehen Vorteil, dass die Anker in der Endlage magnetisch festgehalten werden. Ein Zurück schwingen, was eine Verringerung der Span nungsfestigkeit zür Folge hätte, ist weitgehend verhindert.
Im Gregensatz zum Umformer nach dem Hauptpatent bleibt bei den beschriebenen Ausführungsformen die funkenlösehende Eigenschaft des parallel zur Unterbreelltuigs- stelle lieuenden Ventils voll erhalten, da keine zusätzliche Induktivitäten in diesem Parallelkreis vorhanden sind.