Kontaktumformer mit magnetischen Schaltelementen zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer. Für die Belastungakennlinie von Kontakt umformern mit magnetischen Schaltelementen (saugdrosselähnliche Transformatoren, Schalt drosseln) gilt eine Beziehung, welche z. B. für dreiphasige Brückenschaltung folgende Formel aufweist (vergleiche Aufsätze F.
Kop pelmann in Elektrotechnik und Maschinen bau 59 (1941), S.253; 60 (1942) S.189; 60 (1-942) S.368)
EMI0001.0007
Dabei ist T'" = die Spannung bei Belastung, Ir,1= die Gleichspannung bei Leerlauf, F = die bezogene Kurzschlussspannung, = die bezogenen Ohmschen Spannungs verluste, = 2z.fa ,ff, = Stufenlänge der Drosseln unter dem Scheitelwert
EMI0001.0015
E der Kommu- tierungsspannung, J,
= Magnet.isierung der Drosseln beim Gleichstrom I,1, J,.;" = Magnetisierung der Drosseln im Au genblick des Einschaltens des Kon taktes der betreffenden Phase, GJ, <I>=</I> Magnetisierungsänderung vom obern. bis zum untern Sättigungsknie der Drossel, = Windungszahl, q = Eisenquerschnitt der Drossel.
Abgesehen vom Ohmschen Spanniulgsabfall
EMI0001.0029
setzt sich der induktive Spannungs abfall aus zwei Gliedern zusammen, und zwar einem Glied
EMI0001.0031
welches auf die Streuinduktivitäten im Kommutierungs- kreis zurückzuführen und .lastproportional ist, und aus einem Glied
EMI0001.0036
her rührend vom Eisen der Drosseln. Im obern Teil der Zeichnung ist die Magnetisierung J, der Drossel abhängig vom Gleichstrom auf getragen.
Je nach der Qualität des verwen deten Drosseleisens kann die Form dieser Ma gnetisierungskennlinie einen verschiedenen Verlauf haben, bei idealem Eisen beispiels- weise nach der Kurve a, bei technisch übli chen Eisensorten nach der Kurve b oder c. Die Magnetisierung J,;" ist im allgemeinen von der Belastung unabhängig und hat einen Wert, welcher etwa. einer Magnetisierung mit 1 AW/cni entspricht.
Der vom Eisen herrüh rende induktive Spannungsabfall ist also\ bei einer Magnetisierungskennlinie nach der Kurve a praktisch im ganzen Bela8tungsbe- reich konstant, wobei zu berücksichtigen ist, dass es keine Mühe macht, bei idealem Eisen die.
Magnetisierung Jein bis nahe an die Sätti- gungsmagnetisierung J." zu treiben, so dass der induktive Spannungsabfall bei idealem Eisen praktisch Null sein kann. Bei weniger gutem Material lässt sich jedoch die Magneti- sierung Jein nicht so hoch treiben.
Es tritt infolgedessen ein wesentlicher induktiver Spannungsabfall durch das Eisen auf, wel cher im Falle der Kurve b bereits bei kleinen Belastungen angenähert den Wert hat, .den er bei Nennlast aufweist, weil die Kurve b sich bereits bei kleiner Belastung dem Werte Jmal nähert. Im untern Teil der Zeichnung sind _ die Kennlinien für die verschiedenen Eisensorten angedeutet.
Im Falle a ist die Kennlinie nur wenig geneigt, nämlich entspre chend dem Ohmschen Spannungsabfall Lund dem induktiven Lustspannungsabfall. Im Falle b tritt ein wesentlich grösserer Span nungsabfall auf, welcher jedoch .nicht linear mit dem Strom, sondern bei kleinen Strömen sehr stark und bei grossen Strömen nur noch wenig anwächst. Die Kurve b stellt den übli chen Verlauf dar, wie er beispielsweise bei der Verwendung von Siliziumeisen erreicht wird.
Verwendet man hochwertige Eisen-Nickel- Legierungen, lässt sich der Verlauf der Kurve a .erzielen.
Für manche Verwendungszwecke ist. ein verhältnismässig grosser induktiver Spannungs abfall erwünscht, welcher aber angenähert proportional mit der Belastung sein muss. Dies ist z. B. erforderlich bei Umformern, wel che zur selbsttätigen Sammlerladung benutzt werden, oder bei Umformern, welche in be stimmter Weise mit andern Geräten parallel arbeiten sollen.
In solchen Fällen ist die An- wendung eines sehr hochwertigen Eisens, ent sprechend den Kurven a, nicht zweckmässig, weil in diesem Fall zur Erzielung des not wendigen induktiven Spannungsabfalles künst- lich Induktivitäten in den Kommutierungs- stromkreis eingebaut werden müssten,
was zu sätzliche Kosten bringt. Anderseits ist jedoch die Verwendung von Eisen mit der Kennlinie b unbefriedigend, weil die Kennlinie b bei kleiner Last zu stark gekrümmt ist und daher der SpannLingsabfall bei kleiner Last bereits zu gross ist. Bei der Magnetisierungskenn- linie ergibt sich, wenn man, wie bisher all gemein üblich, z.
B. das billige Eisensilizium durch Glüh- und Walzprozesse so züchtet, dass es bei Feldstärken von der Grössenordnung 1 AWlcm eine möglichst hohe MagnetisierLlng aufweist, wie Form b, Ma.gnetisierungswerte, welche nur wenig geringer sind als die Sätti gung Jm.y, zwar nicht bei Feldstärken von der Grössenordnung 1 AWlcm, jedoch bei Feld stärken von der Grössenordnung 10 AWlcm er-. reicht werden.
Bei einem solchen Material treten die Vorteile, die ein ideales Sättigungs knie wie das der Kurve a aufweist, noch nicht hervor, anderseits ergibt sich jedoch die für die praktische Verwendung im allgemeinen hinerwünschte Form b der Stromspannungs- kenulinie in der Zeichnung unten.
Bei dieser Form der Kennlinie wird nämlich, wenn die Gegenspannung, auf welcher der Umformer arbeitet, gross wird, der Strom unerwünscht klein. Bei der Ladung von Sammlern wirkt sich das so aus, sass gegen Ende des Lade vorganges der Ladestrom zu klein wird.
Nach der Erfindung wird für Kontaktum former mit magnetischen Schaltelementen zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer ein Eisenkern verwendet, welcher bei etwa 1. AW lem eine mittlere Permeabilität von min destens<B>10000</B> GausslAW aufweist, oberhalb von etwa 1 AW bis zur betriebsmässigen höch sten Sättigung jedoch eine angenähert kon stante differentielle Permeabilität, welche min destens 100mal kleiner ist, derart,
sass der vom Eisen der Drosseln herrührende induk tive Spannungsabfall zwischen Leerlauf und Vollast angenähert linear mit der Belastung anwächst. Unter .einer differentiellen Perme- abilität ist die Tangente der Magnetisierungs- kennlinie an der betrachteten Stelle zu ver stehen.
Bei allen Bemühungen, derartiges Material für Drosseln von Kontaktumformern zu entwickeln, hat man bisher die Form a der Zeichnung angestrebt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das für gewisse Verwendungszwecke die Form c zweckmässi ger ist. Die Form c der Magnetisierungskenn- linie lässt sich durch entsprechende Behand lung des Materials während der Herstellung durchaus erreichen, z.
B. dadurch, dass man Glüh- und Walzprozesse derart abstimmt, dass die Kristallorientierung des Materials be stimmte Vorzugsrichtungen zur Magnetisie- rungsrichttmg annimmt. Man kann nicht die Auffassung vertreten, dass die Form c im wesentlichen eine schlechtere Variante der Form b sei. Vielmehr kommt es bei der Form c darauf an, dass der obere Schenkel der Ma gnetisierungskennlinie im wesentlichen gerad linig, und nicht wie bei b gekrümmt verläuft. Um diesen Verlauf zu erreichen, ist ein ganz besonderes Material und Herstellungsverfah ren anzuwenden.
Je nach dem Verwendungs zweck kann man dabei die Magnetisierung bei etwa 1 AW/cm höher oder tiefer legen. Will man beispielsweise Umformer mit sehr stark fallender Kennlinie, so wird man die Magne- tisieriulg bei 1 AW/cm tief, beispielsweise bei <B>1.0500</B> Gauss legen, so dass mir Erzeugung des induktiven Spannungsabfalles ein Wert J, - Je;" bei Siliziumeisen von angenähert. <B>1.0500 ...</B> 11000 Gauss zur Verfügung steht.
Wünscht man steifere Kennlinien, so kann man die Magnetisierung bei 1 AW!cm beispiels weise von der Grössenordnung<B>1.5000</B> Gauss wählen.
Die gewünschte Wirkung lässt sich auch dadurch erzielen, dass man ein schlechtes Ma terial, beispielsweise gewöhnliches Transfor- matorenblech, und ausserdem einen hochwer tigen Kern mit einer Kennlinie der Form a verwendet und beide gemeinsam mit einer Wicklung umschliesst. Man hat jedoch unter Umständen den Nachteil, dass der hochwertige Kern a für sich allein teurer wird als ein Material von der Form der Magnetisierungs- kennlinie c.
Man kann auch neben einem hochwertigen Kern mit der Magnetisierungskennlinie a einen weiteren Kern mit der Wicklung um schliessen, welcher ein oder mehrere Luftspalte aufweist. Auf diese Weise lässt-sich der lineare . Verlauf der Stromspannungskennlinie beson ders genau erzielen.