Schaltungsanordnung zur Verhinderung von Rückstrom Zum. Schutz von Gleichstromanlagen gegen Rückstrom ist, es bekannt, einen Schalter zu verwenden, dessen Einschaltspule von dem zu unterbrechenden Strom erregt wird und parallel zu dem Kontakt des Schalters ein Ventil ztt legen. Die Einschaltspule hält den Schalter gegen die Wirkung einer Feder geschlossen. Sobald die Federkraft die von der Einschaltspule erzeugte Kraft überwiegt, wird der Schalter- geöffnet.
Der dann noch fliessende Reststrom wird von dem Ventil, z. B. einem Trockengleichrichter, übernommen. Bei dieser bekannten Anordnung kann es vor kommen, dass der Schalter zu spät öffnet, wenn der Strom sehr steil. gegen Null geht, wa:y beispielsweise der Fall ist, wenn bei einem aizf Gegenspannung arbeitenden Kontaktum former eine Rückzündung eintritt. Dabei kann e#, wegen der unvermeidlichen Eigenzeit des Schalters vorkommen, dass dieser erst nach dem Nulldurchgang des Stromes öffnet.
Dann besteht die Gefahr, dass der Schalter einen grossen Strom unterbrechen muss und durch den entstehenden Lichtbogen stark beschädigt wird.
,Man hat. auch schon vorgeschlagen, zur Verhinderung von Rückstrom in Reihe in den zu unterbrechenden Gleichstromkreis eine Schaltdrosselspule zu legen, die in bekannter Weise nach dem Nulldurchgang oder bereits vorher, wenn sie in richtiger \'eise vormagne- tisiert ist, eine stromschwache Pause erzeugt. Man hat dabei die Ausschaltspule des Schal ters von der Spannung an der Schaltdrossel spule erregt. Durch die bei der Ummagneti- sierung an der Schaltdrosselspule auftretende Spannung erhält der Schalter einen Ausschalt impuls und seine Eigenzeit wird so bemessen, dass er noch innerhalb der stromschwachen Pause öffnet.
Nun ist die Spannung, welche an der Schaltdrosselspule liegt, unterschied lich. Wird nämlich der Strom nur von einer kleinen. Spannung gegen Null getrieben, dann ist die Spannung an der Schaltdrosselspule ebenfalls klein. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn bei einem als Gleichrichter verwendeten Kontaktumformer oder Maschi nenumformer die Wechselspannung nicht voll ständig wegfällt, sondern nur um einen ge ringen Betrag unter der Gleichspannung bleibt. Dabei kann es vorkommen, dass bei zu kleinen Werten dieser Spannung der Schalter nicht mehr auslöst.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Schal tungsanordnung zur Verhinderung von Rück strom in einem. Stromkreis, der betriebsmässig Strom einer Richtung führt, mit in Reihe in dem Stromkreis liegender Schaltdrosselspule und einem Schalter, der eine von dem zu unterbrechenden Strom erregte Wicklung besitzt. Gemäss der Erfindung besitzt der Schalter einen Haltemagnet, dessen Anker mit der Kontaktbrücke eine mechanische Einheit. bildet, diese also z.
B. trägt oder selbst die Kontaktbrücke bildet, wobei der Anker betriebsmässig entgegen der Wir kung einer Feder von einem Fluss gehalten wird, der bei abnehmendem Strom verklei nert wird, und der Haltemagnet besitzt eine von der Spannung der Schaltdrosselspule erregte Wicklung, die bei ihrer Erregung den Haltefloss schwächt. Dadurch gelingt es, eine sichere Abschaltung mit einer verhältnis mässig kleinen Schaltdrosselspule zu erreichen, ganz gleichgültig, ob der Strom schnell oder langsam gegen Null geht.
Die Anordnung nach der Erfindung kann nicht nur angewendet werden, um einen Rückstrom in einer Gleichstromanlage zu verhindern, sondern sie kann selbst zum Gleich- oder Wechselrichten verwendet wer den, da es sich bei Gleich- oder Wechselrich tern ebenfalls um Stromkreise handelt, die betriebsmässig Strom einer Richtung führen und bei denen ein Rückstrom verhindert werden muss.
Durch die .Anordnung nach der Erfindung wird nun erreicht, dass immer mit Sicherheit der Strom in dem gewünschten Schaltaugenblick, d. h. nach Beendigung der Kommutierung unterbrochen wird, und auch bei der richtigen Spannung selbsttätig wieder zugeschaltet wird.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig.1 ist ein Haltemagnet 1 mit dem Anker 15 vorgesehen. Das Magnetsystem des Haltemagneten besteht aus den beiden Schen keln 2, den Polschuhen 3, dem Nebenweg 7 und dem permanenten Magneten 1'2, der einen Haltefloss über den Anker erzeugt. In dem magnetischen Nebenweg 7 sind Fenster 8 vorgesehen. Fenster 4 befinden sich ferner in den Schenkeln 2 zwischen den Polschuhen 3 und dem permanenten Magneten 12.
Es ist ferner noch ein zweiter Halte magnet 16 vorgesehen mit den Schenkeln 17, dem permanenten Magneten 21, dem Neben- achluss 20, den Sperrfenstern 18 und den Polschuhen 22. Der Anker ist an Drähten 6 aufgehängt, die ihn in der Mittellage halten, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt. Er arbei tet mit zwei Gegenkontakten 28 zusammen, die in dem Stromkreis 11 liegen, der beispiels weise ein von einem Maschinen- oder Kontakt umformer gespeister Stromkreis sein kann. Der Anker 15 aus magnetischem Material kann beispielsweise einen Überzug aus gut leitendem Metall erhalten, so dass er selbst die Kontaktbrüeke bildet.
Es kann aber auch seitlich an dem Anker ein Streifen aus gut leitendem Metall angebracht sein, der dazu dient, die Kontakte 28 miteinander zu ver binden.
Im Stromkreis 11 liegt die Wicklung 26 der Schaltdrosselspule 25, die eine zweite Wicklung 27 besitzt. Die Wicklung 27 speist über ein Ventil 29 und einen Widerstand 30 eine Wicklung 5, die die beiden Sperrfenster 1 durchsetzt.
In den Fenstern 8 ist ebenfalls eine Wicklung 9 vorgesehen. Sie wird vom Strom des Kreises 11 erregt. Parallel zu den Kon takten 28 und der mit. ihnen in Reihe lie genden Wicklung 9 liegt in Reihe mit einem Ventil 23 eine Wicklung 19, die durch die Sperrfenster 18 geführt ist. Ausserdem liegt noch in Reihe damit. eine Wieklung 10 in den Sperrfenstern 8, die im. gleichen Sinne wirkt wie die Wicklung 9. Man könnte diese Reihen schaltung aus Ventil 2,3, Wicklung 19 und Wicklung 10 auch unmittelbar an die Kon takte 28 anschliessen.
Die Wirkungsweise ist folgende, wenn zunächst die Wicklung 10 ausser Betracht bleibt: Es sei angenommen, dass der Anker 15 von dem Haltemagneten 16 angezogen ist. Fliesst nunmehr im Stromkreis 11 ein Strom in der richtigen Richtung, d. h. im Sinne der Durchlassriehtung des Ventils 23, so wird die Steuerwicklung 19 erregt. Sobald die Erre gung einen bestimmten Wert hat, wird in an sich bekannter Weise der von dem perma nenten Magneten 21 erzeugte Haltefloss über den Anker abgesperrt. Der Fluss des perma nenten Magneten schliesst sieh jetzt vollstän dig über den Nebenweg 20der Anker wird unter der Einwirkung der Feder 15 abgerissen und schwingt zum Haltemagneten 1 hinüber. Sobald er die Kontakte 28 erreicht hat, entsteht in der Wicklung 9 ein Fluss.
Während sich bisher der Fluss des permanenten Ma gneten 12 über den Nebenweg 7 schliessen konnte, wird, sobald die Wicklung 9 genügend stark erregt ist, die Leitfähigkeit dieses Neben weges in an sich bekannter Weise kleiner, d.li. ein Teil des Flusses des permanenten Magneten 12 geht nunmehr über die Schenkel _' nach oben zu den Polschuhen und hält den Anker fest. Man kann es z. B. durch entspre chende Wahl der Stromstärke, bei welcher der Anker vom Haltemagneten 16 losgelassen wird, so einrichten, dass nach Überbrückung der Kontakte 28 der Anker vom Haltema gneten 1 mit Sicherheit festgehalten wird. Im Ausführungsbeispiel ist noch eine Wicklung 10 vorgesehen.
Diese unterstützt das Festhalten des Ankers dadurch, dass durch ihre Erregung bereits ein Teil des Flusses des Magneten 12 noch bevor der Anker die Gegenkontakte überbrückt, vom Nebenweg 7 verdrängt wird.
Über die Wirkung der Wicklung 9 bzw:10 ist folgendes zu sagen: Sind die beiden Wicklungen unerregt, so stellt der Nebenschluss 7 einen Weg hoher Leitfähigkeit dar, so dass der grösste Teil des Flusses des permanenten Magneten über diesen Weg geht. Es sei angenommen, dass der Fluss so gross ist, dass die Stege beider seits des Fensters gesättigt sind. Die Wick lung 9 - das gleiche gilt von der Wick lung 10 - ist so geschaltet, dass sie bei ihrer Erregung in der Umgebung des obern Fen sters einen Fluss, z.
B. im Uhrzeigersinn, und in der Umgebung des untern Fensters ent gegen dem Uhrzeigersinn erzeugt, wobei noch angenommen ist, dass in den beiden äussern Stegen die Richtung des Flusses, die durch die Wicklung 9 bzw. 10 erzeugt wird, gleich gerichtet ist dem Fluss, der durch den per manenten Magneten erzeugt wird.
Es kann dann wegen der Sättigung in den beiden äussern Stegen der Fluss nicht mehr ansteigen, während er in dem mittleren Steg geschwächt wird und je nach der Grösse des Stromes in der Wicklung 9 bzw. 10 sich sogar umkehren kann. Die Folge davon ist, dass der Fluss, der von dem permanenten Magneten über den Nebenweg 7 getrieben wird, kleiner wird, und zwar wird er mit steigendem Strom der Wicklung 9 bzw. 10 immer kleiner und kleiner, bis er, wenn auch der mittlere Steg gesättigt ist, zu Null wird. Der Fluss des permanenten Magneten über den Nebenweg 7 ist nunmehr abgesperrt.
Ist der Fluss, der bei unerregter Wicklung 9 bzw.10 durch den permanenten Magneten über den Nebenweg getrieben wird, nicht gross genug, um in den Stegen Sättigung zu erzeugen, so tritt die Wirkung in dem Augen blick ein, in dem der Fluss, der von der Wicklung 9 bzw.10 erzeugt wird, so gross ist, dass er zusammen mit dem Fluss des perma= nenten Magneten, im Ausführungsbeispiel in den beiden äussern Stegen, Sättigung erzeugt. Die Wirkung wird am vollkommensten, wenn man Eisen verwendet, das eine nahezu recht eckförmige Magnetisierungskennlinie besitzt.
Die Wirkung der Wicklung 5 in den Sperrfenstern 4 -ist entsprechend. Bei genii- gend starker Erregung wird der Fluss, den der permanente Magnet über den Anker zu treiben versucht, von diesem abgesperrt.
Geht der Strom im Stromkreis 11 gegen Null, so wird die durch die Wicklung 9 er zeugte Sperrwirkung verringert, so dass un- unterhalb eines bestimmten Stromwertes sich der grösste Teil des vom Magneten 12 er zeugten Flusses über den magnetischen Ne benweg 7 schliesst. Der Anker wird nicht mehr genügend stark gehalten und durch die Federabgerissen. Er schwingt zu dem Halte magneten 16, die ihn festhält. Der Strom kreis 11 wird unterbrochen. Die Einstellung wird so vorgenommen, dass die öffnung in der stromschwachen Pause, die die Schalt drosselspule erzeugt, erfolgt.
Geht der Strom sehr steil gegen Null, so wird der Haltefluss, ebenfalls unterhalb eines bestimmten Stromwertes, beispielsweise des Wertes Null, so schwach, dass der Anker abgerissen wird. Infolge der grossen treiben den Spannung ist die durch die Schaltdrossel- spule hervorgerufene stromschwache Pause jedoch sehr kurz, so dass es vorkommen könnte, dass der Stromkreis erst dann geöffnet wird, wenn die stromschwache Pause abge laufen ist. Das würde bedeuten, dass ein grosser Rückstrom unterbrochen werden muss.
Bei der dargestellten Anordnung wird dies dadurch vermieden, dass die von der Wicklung 27 während der stromschwachen Pause er zeugte Spannung in diesem Falle so gross ist, dass sie den Fluss über den Anker durch Erregung der Wicklung 5 plötzlich vom An ker absperrt, so dass die öffnung der Kontakte noch in der stromschwachen Pause erfolgt. Sind die Wicklungen 27 und 5 nicht v orhan- den, so müsste man eine verhältnismässig grosse Drosselspule, die stets eine genügend lange stromschwache Pause erzeugt, verwen den, um sicher zu sein, dass unter allen Be triebsbedingungen, wenn die Gefahr des Rück stromes besteht, die Kontaktöffnung in der stromschwachen Pause erfolgt.
In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt. Soweit die Teile mit denen der Fig. 1 übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der Anordnung nach Fig. 2 liegt auf dem Nebenweg 7 eine Wicklung 32, die vom Strom im Stromkreis 11 in dem Sinne erregt wird, dass die von ihr erzeugte magnetische Span nung die gleiche Richtung hat, wie die vom permanenten Magneten erzeugte. Der grösste Haltefluss wird erreicht, wenn der Neben weg gesättigt ist.
Unterhalb des Wertes des Stromes, bei dem dies eintritt, nimmt mit abnehmendem Strom der Haltefluss, der von dem permanenten Magneten und der Wick lung 32 erzeugt wird, ab und bei einem bestimmten Stromwert ist der Haltefluss so klein geworden, dass der Anker nicht, mehr festgehalten wird. Die Wirkungsweise, wenn der Strom gegen Null geht, ist ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1. Geht der Strom langsam gegen Null, so wird der Halt.e fluss kleiner und kleiner, bis ein bestimmter Stromwert erreicht ist, der nicht mehr aus reicht, den Anker festzuhalten. Der Anker wird von der.
Feder -abgerissen und öffnet den Kontakt in der stromsehwaehen Pause, die durch die Schaltdrosselspule erzeugt wird. Geht der Strom sehr rasch gegen Null, so be wirkt. die Spannung an der Schaltdrosselspule in genau der gleichen Weise wie bei der An ordnung nach Fig.1, dass der Haltefluss durch die Wicklung 5 abgesperrt wird und der Anker noch innerhalb der stromschwachen Pause abfällt.
Die Einschaltung vollzieht sich in ähnli- eherWeise, wie mit Bezug auf Fig.1 beschrie ben.
Zur Verbesserung der Wirkung kann noch auf dem Nebenweg eine zweite Wicklung 31 vorgesehen sein, die in Reihe mit. dem Ventil 23 und der Steuerwicklung 19 geschaltet ist. Sie bewirkt schon vor LTberbrüekung der Kon takte 28, dass die Leitfähigkeit des Neben weges durch die Erregung verringert wird.
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungs- beispiel der Erfindung dargestellt. Soweit die Teile mit denen der Fig.1 bzw.2 über einstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der Anordnung nach Fig.3 ist eine vom Strom im Stromkreis 17. gespeiste Wicklung 40 vorgesehen, - die den I3altefluss erzeugt. Zur Erleichterung des Festhaltens beim Einschalten ist, noch eine zweite Wick lung -11 vorgesehen, die im gleichen Sinne wie die \Vieldung 40 wirkt und die vom Strom über das Ventil 23 erregt wird.
Sobald der Strom in der Wicklung -I0 einen bestimmten Wert unterschreitet, ist. der Haltefluss zu klein, um den Anker festzuhalten. Wie bereits früher erwähnt, ist. es vorteilhaft, damit dieser Stromwert möglichst klein gemacht werden kann und trotzdem ein Schalter vorhanden ist, der grossen Strom führen kann, den Halte fluss noch durch einen permanenten Magneten zu unterstützen, der in Reihe in den magne tischen Stromkreis eingeschaltet ist, wie dies das Ausführungsbeispiel zeigt. An Stelle dieses permanenten Magneten 12 könnte auch eine konstant erregte Wicklung treten.
Mit 43 ist ein einstellbarer magnetischer Neben weg bezeichnet, durch welchen der Stromwert, bei dem der Anker abfällt, eingestellt werden kann. Unterschreitet, wie bereits erwähnt, der Strom einen bestimmten Wert, so reicht der Haltefluss nicht mehr aus, um den Anker zu halten. Geht der Strom schnell gegen Null, so wird durch die Wicklung 27, wie vorher beschrieben, erreicht, dass der Anker rechtzeitig abfällt.
Beim Wiedereinschalten erzeugt schon vor Kontaktgabe die Wick lung 41 einen Haltefluss In den Ausführungsbeispielen der Fig.1 und 2 erfolgt die Erregung der @Vickhing 5 von der Spannung der Schaltdrosselspule allein. Man kann jedoch auch die Wicklung 5 von der Summe der Spannung an der Schalt drosselspule und der Spannung zwischen den Kontakten 28 erregen, wie es im Ausführungs beispiel der Fig. 3 dargestellt ist. Zu erwähnen ist noch, dass das im Stromkreis der Wick lung 5 liegende Ventil verhindert, dass beim Einschalten ein Impuls auf die Wicklung 5 gegeben wird.
Da es unter Umständen schwierig ist, einen Schalter zu bauen, der sehr grosse Ströme führt und gleichzeitig bei kleinen Strömen öffnet, kann es zweckmässig sein, zwei Schalter vorzusehen, von denen der eine die eine, der andere die andere Funktion übernimmt. Es wird dann ausser dem ersten Schalter mit den zwei Haltemagneten ein zweiter gleichartiger Schalter mit zwei Halte magneten vorgesehen und die Steuerwicklung des zweiten Schalters, die die Einschaltung bewirkt, wird mit den Kontakten des ersten Schalters in Reihe geschaltet und die Kontakte des zweiten Schalters liegen parallel zu dieser Reihenschaltung.
Ein Schaltschema hierfür ist in Fig.4 dargestellt. Dabei ist angenommen, dass es sich um zwei Schalter handelt, wie sie im Prinzip in Fig.1 dargestellt sind. Die Be- zugszeichen stimmen daher mit denen der Fig.1 überein nur mit dem Unterschied, dass die entsprechenden Kontakte und Wick lungen des zweiten Schalters mit einem Strich i ersehen worden sind. In Reihe mit den Kon takten 28 liegen die IVieklung 9 lind die Wicklungen 10' und 19'. Parallel zu den Kon takten 28 liegen die Wicklungen 19, 10 und das Ventil 23.
Die Kontakte 28' liegen in Reihe. mit der Wicklung 9', parallel zu der Reihenschaltung aus den Wicklungen 10', 19', 9 und den Kontakten 28. Es sind ferner noch ein Kondensator<B>50</B> und ein Wider stand 51 parallel zu den Kontakten 28' vor gesehen. Die Wicklungen 5 und 5' liegen in Reihe mit dem Ventil 29 an der Wicklung 27 der Schaltdrosselspule 25.
Bei grossem Vorwärtsstrom führt der Schalter mit den Kontakten 28' und der Kon taktbrücke 15' praktisch den ganzen Strom. hei langsamem Abfallen des Stromes wird der Schalter mit den Kontakten 2@8', da sein Abfallwert höher liegt als der des Schalters mit den Kontakten 28 etwas früher als dieser öffnen. Der Reststrom wird dann durch den. Schalter mit den Kontakten 28, wie früher beschrieben, unterbrochen.
Das Wiedereinschalten erfolgt in der Weise, dass zunächst der Schalter 28 und dann der Schalter 28' schliesst.
Man kann auch mehr als zwei Schalter in sinngemässer Anordnung verwenden. Während im Ausführungsbeispiel der Fig.4 angenommen wird, dass zwei Schalter verwendet sind, die im Prinzip nach Fig.1 gebaut sind, kann man auch Schalter nach Fig.2 oder 3 verwenden. Es ist auch nicht notwendig, dass die Schalter nach dem glei chen Prinzip aufgebaut sind. Man könnte auch einen Schalter z. B. nach Fig.1, den andern Schalter nach Fig. 2 oder 3 ausbilden.
Die Ausführungsbeispiele stellen Schutz einrichtungen gegen Rückstrom in Strom kreisen dar, die betriebsmässig Strom einer Richtung führen. Es wurde bereits erwähnt, das man die erfindlu@gsgemässen Anordnun gen mit selbstättiger Wiedereinschaltung als Gleich- oder Wechselrichter verwenden kann, da es sich auch bei Gleich- oder Wechsel richtern um Stromkreise handelt, die betriebs mässig Strom einer Richtung führen und die gegen Rückstrom geschützt werden sollen.
Durch die Verwendung der Anordnung nach der Erfindung als Gleich- oder Wechselrich ter wird erreicht, dass immer mit Sicherheit der Strom im gewünschten Schaltaugenblick, d. h. nach Beendigung der Kommutierung, unterbrochen und bei -richtiger Spannung wieder zugeschaltet wird. Man kann beispiels weise, um einen Gleichrichter zu erhalten, an die drei in Stern geschalteten Sekundär wicklungen eines Transformators je eine Ein richtung nach einer der Figuren anschliessen, die Stromkreise 11 an der Ausgangsseite-mit- einander und über die Belastung :mit dem Sternpunkt verbinden.
In Fig.5 ist ein Schal tungsschema hierfür dargestellt. Mit 52 ist die dreiphasige in Stern geschaltete Sekundär- wicklung eines Transformators bezeichnet. An jede der Phasen ist eine Einrichtung gemäss Fig.1 angeschlossen. Die Stromkreise 11 sind. miteinander verbunden und über die Bela stung 63 mit dem Sternpunkt verbunden.
Um zu erreichen, dass bei der stromschwachen Pause der Strom gleich Null oder etwas posi tiv wird, kann die Drosselspule in bekannter Weise vormagnetisiert sein.