Kontaktumformer mit in Störungsfällen schnellwirkender Schutzeinrichtung. Eines der praktisch wichtigsten Probleme iiiechanischer Stromrichter (Kontaktumfor iner) besteht darin, die Kontakte in Störungs fällen vor den zerstörenden Wirkungen der an ihnen auftretenden Schaltlichtbögen zu schützen. Man hat verschiedene Wege be schritten, um dies zu erreichen. Je nach den Umständen, z. B. je nach der Grösse der Lei stung, eignen sich verschiedene Methoden ver schieden gut für den angedeuteten Zweck. Bei grossen Leistungen ist es z.
B. notwendig, die Schutzeinrichtung so schnell wirksam wer den, zu lassen, dass man im Störungsfall nicht abschaltet, sondern .die Kontakte durch einen Kurzschliesser überbrückt, da man die Eigen zeit eines solchen Kurzschliessers kleiner machen kann als die eines Ausschalters. In andern Fällen, vor allem bei kleinen Leistun gen, genügt es, einen normalen überstrom- scha'lter durch den entstehenden Kurzschluss- strom zur Auslösung zu bringen. Man hat auch den mit einer Störung verbundenen Rückgang der Gleichspannung ausgenützt, um die Schutzeinrichtung zum Ansprechen zu bringen.
Nach der Erfindung wird die Auslösung der Schutzeinrichtung in dem Augenblick vorgenommen, in dem der Laststrom des Um formers einen gewissen Kcleinstwert unter schreitet. Dieser Kleinstwert ist der kleinste vom Verbraucher geforderte Strom; der Um former kann dann abschalten, weil Betrieb finit kleinerer Stromstärke praktisch nicht vor- kommt.
Diese Möglichkeit hat bei Kontakt ümformern mit Mitteln zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer, die in Störungs fällen das Entstehen von Rückstrom eine zeitlang verhindern, indem sie den Strom eine Zeit 4t angenähert auf Null halten, den Vor teil, dass während der Zeit dt die Schutzein richtung entsprechend ihrer Eigenzeit betätigt werden kann, so dass am Ende der Zeitspanne ,Att, wo Rückstrom entstehen würde, die Schutzeinrichtung im wesentlichen bereits an gesprochen hat.
Auf - diese Weise lässt sich erreichen, dass in vielen praktischen Fällen bei Störungen überhaupt kein Schaltfeuer an den Kontakten auftritt. Allerdings gilt dies nicht für alle Fälle, denn wenn z. B. bei Kon taktumformern mit Schaltdrosseln die Stö rung gerade- in dem Augenblick auftritt, in dem eine der Schaltdrosseln negativ gesättigt ist, so ist in diesem Falle dt <I>= 0,</I> und es lässt sich an dem betreffenden Kontakt das Schaltfeuer bis zum Ansprechen der Schutz einrichtung nicht vermeiden.
Trotzdem bedeu tet jedoch die Erfindung einen wesentlichen Schutz der Kontakte, da in den meisten Fäl len die @Schalteosgeln im Augenblick der Störung nicht gerade negativ gesättigt sind. Man kann auch Mittel vorsehen, die bei Kon taktumformern mit Schaltdrosseln die nega tive Sättigung der Schaltdrosseln vollstän- dig verhindern. Beispielsweise kann man ausser den Schaltdrosseln Rückstromdrosseln vorsehen, die mit Gleichstrom vorerregt sind, und zwar derart, dass sie in Richtung des Laststromes gesättigt sind.
Bei Kontaktgleich richtern, die auf eine Gegenspannung arbei ten, kann man auch eine Drossel im Gleich stromkreis vorsehen, die eine Zeit dt bis zum Einsetzen des Rückstromes zur Umsättigung erfordert.
Will man die Erfindung ohne zusätzli- ehen Aufwand, beispielsweise bei Kontakt umformern mit Schaltdrosseln, wirksam ma chen, so kann man die Schaltdrosseln ver hältnismässig gross wählen, beispielsweise so gross, dass ihre auf den Scheitelwert der Kom- mutierungsspannung bezogene Umsättigungs- zeit grösser ist als 1,5.10-3 s.
In diesem Falle ist die Zeit 4t grösser als 1,5.10-3 s, das heisst in vielen Fällen grösser als die Eigenzeit der Sehutzeinrichtung. Infolge kurzzeitiger Schwankungen der Belastung und der speisen den Netzspannung lässt es sich praktisch nicht. verhindern, dass bei Betrieb mit kleiner Bela stung der Laststrom vorübergehend unter den kleinen praktisch verlangten Wert ab sinkt. In diesem Fall würde die Schutzein richtung nach der Erfindung zur Auslösung des Umformers führen. Die Erfindung ist daher von besonderem Interesse für solche Umformer, bei denen eine selbsttätige Wieder einschaltvorrichtung vorhanden ist.
Eine solche Wiedereinschaltvorrichtung kann bei spielsweise durch ein elektrisches Uhrwerk bewirkt werden, das periodisch von Zeit zu Zeit Einschaltimpulse abgibt.
Da die Schutzeinrichtung nach der Erfin dung nicht in allen Fällen wirksam ist, empfiehlt es sich, ausser ihr noch eine zweite Auslöseeinrichtung für die Schutzeinrichtung vorzusehen, beispielsweise abhängig vom Rückgang der Spannung oder vom Auftreten von Rückstrom. Diese zweite Einrichtung schützt zwar im Einzelfall die Kontakte des Umformers nicht so vollständig wie die Ein richtung nach der Erfindung, dafür wirkt sie aber ohne Ausnahme in allen Fällen.
In der Zeichnung ist. die Erfindung an dem Beispiel eines dreiphasigen Gerätes zur Ladung von Sammlern dargestellt. Die drei Sekundärphasen U Y W führen über drei Sehaltdrosseln 1, 2, 3, welche vorerregt sind, und über drei Sehützkontakte 4, 5, 6, die durch Anlasswiderstände überbrüekt sind, zu den festen Kontakten 7, 8, 9 eines magne- tisch betätigten Taumelkontaktgerätes. Der Anker 1.0 dieses Gerätes führt den Strom über einen automatischen Ladeschalter 11 an die positive Klemme des Sammlers.
Die nega tive Klemme des Sammlers liegt über die Spulen 1.2 und 13 und den Schützkontakt 14 am sekundären Sternpunkt des nicht bezeieh- neten Transformators. Die Inbetriebsetzung des Gerätes erfolgt dadurch, da.ss der Lade schalter 11 von Hand eingelegt wird. Dabei wird über die Leitung<B>CC,</B> das Primärschütz 15 eingeschaltet und kurz darauf durch ein elektrisches Uhrwerk 16, das den Wider stand 17 überbrückt, das Sekundärschütz 28. Der jetzt fliessende Gleiehstrom erregt die Spule 1.3 derart, dass der Kontakt 18 geschlos sen wird.
Nach öffnen des Schalters 19 durch das Uhrwerk 16 bleibt infolgedessen das Schütz 28 eingeschaltet, so lange, bis ent weder Kontakt 18 oder das Relais 20 öffnet. Der Kontakt 18 öffnet sich nach der Erfin dung, sobald der Gleichstrom in 13 einen gewissen Mindestwert unterschreitet. Das Relais 20 öffnet, wenn die Summe der Ströme in 12 und in der Polarisationswicklung 21 einen gewissen Wert überschreitet. Bei Vorwärts strom subtrahieren sich die magnetischen Wirkungen von 12 und 21, so dass 20 erst bei einem verhältnismässig grossen Strom, grösser als der Nennstrom, geöffnet wird.
Bei Rück strom in 12 addieren sich die magnetischen Wirkungen der Ströme in 12 und 21, so dass 20 schon bei verhältnismässig kleinem Rüek- strom öffnet.
Das Kontaktgerät wird erregt. durch eine Drehstromerregiuig 22 und eine Gleichstrom erregung 23. Seine Kontakte sind durch ge dämpfte Löschkondensatoren 24 überbrückt. Eine Grundlast 25 verhindert Rückzündung beim Abklemmen des Sammlers vom Gleich richter. Wenn durch eine Störung, beispiels weise durch Ausbleiben der speisenden Span nung<I>R S T,</I> der Ladestrom auf Null zurück geht, so löst. 18 und damit auch 28 aus, bevor die Schaltdrosseln 1, 2, 3 umgesättigt sind, das heisst bevor Schaltfeuer an den Kontakten 7, 8, 9 auftreten kann. Man kann die Funktio nen der Relais 18 und 20 auch in einem ein zigen Relais vereinigen, wenn man dieses zweckentsprechend baut.
Durch die beschriebene Anordnung wird die Lebensdauer der Kontakte des Kontakt gerätes erheblich erhöht, da schätzungsweise in 80% aller Störungsfälle kein Schaltfeuer an den Kontakten auftritt. Die Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil bei Geräten mit einer automatischen Wiedereinschaltvor- richtung anwenden. Bei diesen kann man nämlich das Relais 18 sehr empfindlich ein stellen.
Man kann dazu auch während des Schliessens von 19 einen zusätzlichen Hohl strom auf das Relais 18 geben, also einen Strom, der kurzzeitig fliesst und das Relais 18 heranholt. Handelt es- sich um die Ladung eines Sammlers, so kann man diese. Empfind lichkeit so regeln, dass gegen Ende der La dung, wo die Spannung des Sammlers ver hältnismässig gross und der Ladestrom dem entsprechend klein ist, das Gerät durch das Relais 18 den Ladevorgang unterbricht. Nach einiger Zeit, wenn nach Verschwinden der Gasbeladung der Platten des Sammlers seine Spannung wieder abgesunken ist, schaltet die Uhr 16 das Ladegerät wieder ein.
Im ersten Augenblick entsteht dann ein grosser Strom, da 18 geschlossen bleibt. Sind die Plat ten des Sammlers wieder mit Gas beladen, o sinkt der Ladestrom wieder so stark ab, dass 18 öffnet. Nach einiger Zeit wiederholt sich durch Einschalten der Uhr 16 das gleiche Spiel. Man erhält also gegen Ende des Lade vorganges intermittierenden Ladestrom, der unter Umständen mit Rücksicht auf den Sammler erwünscht ist.
Contact converter with quick-acting protective device in the event of a malfunction. One of the practically most important problems of iiiechanischer power converters (contact converters) is to protect the contacts from the destructive effects of the switching arcs that occur on them in the event of a fault. Various approaches have been taken to achieve this. Depending on the circumstances, e.g. B. depending on the size of the performance, various methods are different ver good for the indicated purpose. With great achievements it is z.
B. necessary to let the protective device take effect so quickly that you do not switch off in the event of a fault, but .the contacts are bridged by a short-circuiter, since you can make the proper time of such a short-circuiter smaller than that of a circuit breaker. In other cases, especially with small outputs, it is sufficient to trigger a normal overcurrent switch with the resulting short-circuit current. The drop in the DC voltage associated with a fault has also been used to make the protective device respond.
According to the invention, the protection device is triggered at the moment when the load current of the converter falls below a certain Kcleinstwert. This minimum value is the smallest current required by the consumer; the converter can then switch off because operation with finite lower amperage practically does not occur.
In the case of contact transformers with means to relieve the contacts from switching lights, which prevent the occurrence of reverse current for a period of time by keeping the current at approximately zero for a time of 4t, this has the advantage that the protection is on during the time dt direction can be operated according to its own time, so that at the end of the period, Att, where reverse current would arise, the protective device has essentially already responded.
In this way it can be achieved that in many practical cases there is no switching fire at all at the contacts in the event of a fault. However, this does not apply in all cases, because if z. B. in contact converters with switching chokes the disturbance occurs at the moment when one of the switching chokes is negatively saturated, so in this case dt <I> = 0, </I> and it can be applied to the relevant contact Do not avoid the switching beacon until the protective device has responded.
Nevertheless, the invention means an essential protection of the contacts, since in most cases the @Schalteosgeln are not exactly negatively saturated at the moment of the disturbance. Means can also be provided which, in the case of contact converters with switching reactors, completely prevent negative saturation of the switching reactors. For example, in addition to the switching chokes, reverse-current chokes can be provided which are pre-excited with direct current in such a way that they are saturated in the direction of the load current.
With contact rectifiers that work on a counter voltage, you can also provide a choke in the direct current circuit, which requires a time dt before the onset of the reverse current to saturate.
If the invention is to be made effective without additional effort, for example in the case of contact converters with switching reactors, the switching reactors can be selected to be relatively large, for example so large that their saturation time related to the peak value of the commutation voltage is longer than 1.5.10-3 s.
In this case the time 4t is greater than 1.5.10-3 s, which means in many cases greater than the proper time of the protective device. As a result of brief fluctuations in the load and the supply voltage, it is practically impossible. prevent the load current from temporarily falling below the small, practically required value during operation with a low load. In this case, the protective device according to the invention would trigger the converter. The invention is therefore of particular interest for those converters in which an automatic reclosing device is available.
Such a reclosing device can be effected, for example, by an electric clockwork that periodically emits switch-on pulses from time to time.
Since the protective device according to the invention is not effective in all cases, it is advisable to provide a second trigger device for the protective device in addition to it, for example depending on the decrease in voltage or the occurrence of reverse current. Although this second device protects the contacts of the converter in individual cases not as completely as the device according to the invention, but it works without exception in all cases.
In the drawing is. the invention illustrated using the example of a three-phase device for charging collectors. The three secondary phases U Y W lead via three safety chokes 1, 2, 3, which are pre-excited, and via three safety contacts 4, 5, 6, which are bridged by starting resistors, to the fixed contacts 7, 8, 9 of a magnetically operated wobble contact device. The anchor 1.0 of this device leads the current via an automatic charging switch 11 to the positive terminal of the collector.
The negative terminal of the collector is connected to the coils 1.2 and 13 and the contactor contact 14 at the secondary star point of the unrelated transformer. The device is started up by inserting the charging switch 11 by hand. The primary contactor 15 is switched on via the line <B> CC, </B> and shortly thereafter by an electrical clockwork 16 that bridged the counter 17, the secondary contactor 28. The now flowing DC current excites the coil 1.3 in such a way that the Contact 18 is closed.
After opening the switch 19 by the clockwork 16, the contactor 28 remains switched on until ent neither contact 18 or the relay 20 opens. According to the invention, the contact 18 opens as soon as the direct current in 13 falls below a certain minimum value. The relay 20 opens when the sum of the currents in 12 and in the polarization winding 21 exceeds a certain value. With a forward current, the magnetic effects of 12 and 21 are subtracted, so that 20 is only opened when a relatively large current, greater than the rated current, is reached.
With a reverse current in 12, the magnetic effects of the currents in 12 and 21 add up, so that 20 opens even with a relatively small reverse current.
The contact device is energized. by a three-phase regulator 22 and a direct current excitation 23. Its contacts are bridged by damped quenching capacitors 24. A base load 25 prevents flashback when the collector is disconnected from the rectifier. If the charging current drops to zero due to a malfunction, for example due to the absence of the feeding voltage <I> R S T, </I>, it triggers. 18 and thus also 28 off before the switching reactors 1, 2, 3 are unsaturated, that is, before switching fire can occur at the contacts 7, 8, 9. You can combine the functions of the relays 18 and 20 in a single relay if you build this appropriately.
The described arrangement considerably increases the service life of the contacts of the contact device, since it is estimated that 80% of all malfunctions do not cause a switching light to occur on the contacts. The invention can be used with particular advantage in devices with an automatic reclosing device. With these you can namely make the relay 18 very sensitive.
You can also give an additional hollow current to the relay 18 during the closing of 19, that is, a current that flows briefly and brings the relay 18 up. If it is the charge of a collector, you can do this. Regulate the sensitivity so that towards the end of charging, when the voltage of the collector is relatively high and the charging current is correspondingly low, the device interrupts the charging process through the relay 18. After some time, when its voltage has dropped again after the gas charge on the collector's plates has disappeared, the clock 16 switches the charger on again.
In the first moment, a large current arises because 18 remains closed. If the plates of the collector are loaded with gas again, the charging current drops again so much that 18 opens. After some time, the same game is repeated when the clock 16 is switched on. So you get towards the end of the charging process intermittent charging current, which may be desirable with regard to the collector.