Kontaktumformer mit vormagnetisierten Schaltdrosseln und einer Schutzeinrichtung für Leerlauf Das richtige Arbeiten von Kontaktumformern ist durch Verwendung von Schaltdrosselspulen gewähr leistet. Diese sind während des grössten Teils einer Periode der Netzfrequenz gesättigt und besitzen dann nur einen kleinen Blindwiderstand. Sie lassen daher Strom praktisch unbegrenzt durch. Nur während des Nulldurchganges wird der Strom so klein, dass die Drosselspule nicht mehr gesättigt ist.
Sie besitzt dann einen hohen Blindwiderstand und begrenzt den Strom noch mehr, so dass er eine Abflachung erhält, die eine stromschwache Pause während einer Periode dar stellt. Die Lage der stromschwachen Pause und die Höhe des Stufenstromes hängen von der Vormagneti- sierung der Schaltdrosselspule ab. Die Schaltdrossel spule wird daher mit einer Wechselspannung, deren Phasenlage durch Induktionsregler eingestellt wird, vorerregt. Für die Entstehung der stromschwachen Ausschaltpause ist aber immer der Kontaktstrom und damit der Belastungsstrom entscheidend, indem der Kontaktstrom die Ummagnetisierung der Schaltdros selspule durch den Erregerstrom verhindert und bei seinem Nulldurchgang selbst vornimmt.
Sinkt aber der Belastungsstrom auf den Wert Null, so erfolgt die Ummagnetisierung der Schaltdrossel durch die Vor magnetisierung vor dem Ausschaltzeitmoment des Kontaktes und sogar vor dem Einschaltzeitpunkt des Folgekontaktes. Während der Kontaktüberlappung sind somit die Schaltdrosselspulen schon gesättigt, so dass ein Kurzschlussstrom durch beide Kontakte ent steht, der vom ausschaltenden Kontakt nicht mehr unterbrochen werden kann. Die Kontakte werden dadurch zerstört.
Um diesen Übelstand zu beseitigen, hat man den Kontaktumformer zusätzlich mit einem Grundlast widerstand belastet, der auch beim Absinken der äusseren Belastung noch so viel Strom durch den Kon- taktumformer fliessen lässt, dass die einwandfreie Kommutierung der Kontaktströme und die betriebs mässige Ummagnetisierung der Schaltdrosselspule ge währleistet sind.
Dieser Grundlastwiderstand bedeutet aber eine zusätzliche unproduktive Belastung und verschlechtert dadurch den Wirkungsgrad der Anlage. Man hat daher den Grundlastwiderstand mit einem Schalter versehen, der den Widerstand erst zuschaltet, wenn der Belastungsstrom auf einen bestimmten Wert ab sinkt. Auch beim Ausschalten der Belastung muss vor her der Grundlastwiderstand eingeschaltet werden. Dies hat aber den Nachteil, dass beim selbsttätigen Ausschalten des Gleichstromschalters, z. B. bei Spannungsabsenkungen im Primärnetz, die Auslöse zeit verlängert wird.
Dies ist gerade in diesem Falle unzulässig, weil in kürzester Zeit möglichst schon beim Absinken des Stromes unter den kleinstmögli chen Belastungsstrom abgeschaltet werden muss, um Zerstörungen an den Kontakten zu verhindern. Daher ist man unter Berücksichtigung solcher Fälle gezwun gen, den Widerstand dauernd angeschaltet zu lassen und die Verschlechterung des Wirkungsgrades in Kauf zu nehmen.
Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil nun da durch vermieden, dass der Grundlastwiderstand in einem Zusatzerregerkreis der Schaltdrosselspule liegt und _ über Gleichrichter angeschlossen ist, und zwar ist das Ganze derart, dass die Schaltdrosselspulen in folge der in den Gleichrichtern fliessenden Ströme in der gleichen Richtung magnetisiert werden wie durch die über die Kontakte fliessenden Ströme des Umformers.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verzögerung der Schaltdrosselummagnetisierung, die beim Leerlauf des Kontaktumformers sonst fehlen würde, durch den Zusatzerregerkreis bewirkt wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass der diese Grundlastwirkung ergebende und deshalb auch Grundlastwiderstand genannte Widerstand der Leer lauf-Schutzeinrichtung wesentlich kleiner bemessen werden kann als ein im Hauptstromkreis eingeschal teter Grundlastwiderstand entsprechender Wirkung. Daraus ergeben sich geringere Verluste.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Aus führungsbeispiel der Erfindung dargelegt.
Fig. 1 zeigt dessen Schaltung. Darin stellt 1 die Wechselstromsammelschiene dar, von welcher über den Schalter 2 und den Haupttransformator 3 der Kontaktumformer mit den Kontakten 4 gespeist wird. Vor den Kontakten liegen die Schaltdrossel spulen 5. Auf der Gleichstromseite wird der Kontakt umformer über den Gleichstromschalter 6 mit der Gleichstromsammelschiene 7 verbunden. Die Schalt drosselspulen 5 besitzen zwei Erregerwicklungen, von denen die Wicklung 8 in bekannter Weise vom Wechselstromnetz 1 über einen Phasendrehregler 9 und die Sperrdrosselspulen 10 gespeist werden.
Die Schaltdrosselspulen 5 besitzen nun noch eine zweite Wicklung 11, an welche sechs Wicklungen über je einen Gleichrichter 12 ein gemeinsamer Regelwider stand 13 angeschlossen ist. Dieser Widerstand wirkt mit der Schutzeinrichtung wie ein Grundlastwider- stand. Dieser Stromkreis wird über einen weiteren Phasendrehregler 14 gespeist. Mit diesem Regler kann die Phase der Spannung verändert werden. Ausserdem ist noch der Hilfstransformator 15 vor gesehen, welcher die Aufteilung des Stromkreises auf die sechs Schaltdrosselspulen ermöglicht. Die Teile 14, 15, 12, 11, 16, 13 bilden die Leerlauf- Schutzeinrichtung.
Die Wirkungsweise ist in der Fig. 2 dargestellt. Dort sind einige Diagramme aufgezeichnet, welche die Flüsse und Ströme in den Schaltdrosselspulen zeigen. Im Diagramm 2a ist die Schliessdauer zweier aufeinanderfolgender Kontakte des Kontaktumformers dargestellt. Im Bereich<I>d t</I> überlappen sich beide Kon takte. Während dieser Zeit muss also die Kommu- tierungerfolgen. Der Fluss in der zum ausschaltenden Kontakt gehörenden Schaltdrosselspule muss dann während dieser Zeit noch positiv sein, damit die stromschwache Pause entstehen kann. Im Diagramm 2b ist der Fluss<B>0.</B> gezeigt, der bei Leerlauf entstehen würde, ohne dass eine Zusatzerregung vorgesehen ist.
Man erkennt, dass in diesem Fall die Umkehr der Magnetisierungseinrichtung bereits vor der Kommu- tierungszeit <I>d t</I> erfolgt. Während der Kommutierung ist die Schaltdrosselspule schon wieder gesättigt, und es kann keine stromschwache Pause entstehen. Im Diagramm 2c ist der Erregerstrom JH in der Zu satzerregerwicklung, welcher über die Hilfsgleich richter 12 und den Grundlastwiderstand 13 fliesst, dargestellt.
Die Zusatzerregung verhindert die Umkehr des Flusses vor der Kommutierungszeit <I>d t.</I> Auf diese Weise wird erreicht, dass auch bei Leerlauf die Um- magnetisierung der Schaltdrosselspule bis zum Be ginn der überlappungszeit der Kontakte verzögert wird. Den resultierenden Fluss OL bei Leerlauf zeigt das Diagramm 2d.
Der erste Teil der Ummagnetisie- rung der Schaltdrosselspule erfolgt gemäss diesem Dia gramm erst während der Kontaktüberlappung <I>d t.</I> Im Augenblick der Kontaktüberlappung besteht zwischen den sich ablösenden Transformatorphasen ein Kurz schlusskreis, in welchem sich nur dann ein Kurzschluss- strom ausbilden kann, wenn beide Schaltdrosselspulen des Kurzschlusskreises in Richtung des ansteigenden Kurzschlussstromes vorgesättigt sind.
Dank der Ver zögerung der Ummagnetisierung durch den Zusatz erregerkreis ist die Schaltdrosselspule des öffnenden Kontaktes zu Beginn der Kontaktüberlappung ent gegen der Richtung des Kurzschlussstromes magneti siert und besitzt während der Kontaktüberlappung einen hohen Widerstand. Der Kurzschlussstrom 1i; ist daher stark begrenzt und kann sich erst ausbilden, wenn die Hilfsdrosselspule ummagnetisiert ist, also nach der überlappungszeit d t. Die Kontaktöffnung erfolgt somit, solange nur ein kleiner Rückstrom fliesst, der rückzündungsfrei noch unterbrochen werden kann.
Die Phasenverschiebung des Vormagnetisierungs- stromes über die Gleichrichter 12 wird so gewählt, dass die Vormagnetisierung der Schaltdrosselspule im Ein schaltmoment nicht beeinflusst wird. Dies erkennt man aus dem Diagramm 2c. Dort beginnt der Magnetisie- rungsstrom IH später, als der zugehörige Kontakt ein geschaltet hat (Zeitpunkt t").
Um Wirkungen des Belastungsstromes auf den Hilfserregerkreis zu vermeiden, schaltet man zweck mässigerweise eine Sperrdrosselspule 16 in den Be lastungskreis der Zusatzerregerwicklung ein. Dadurch wird die Ausbildung zusätzlicher Induktionsströme begrenzt.
Die Schaltung ist so getroffen, dass alle in den Gleichrichtern 12 fliessenden Ströme gemeinsam durch den Widerstand 13 fliessen. Dieser Strom im Wider stand 13 ist dann ein ununterbrochener Gleichstrom. Diesen kann man auch für andere Zwecke mitver- wenden, beispielsweise für die Vormagnetisierung einer Drosselspule im Gleichstromkreis des Kontakt umformers, Dies ist in der Fig. 1 dargestellt.
Die Drosselspule hat die Bezeichnung 17 und dient zur Verhinderung von Rückströmen bei Netzspannungs- absenkungen. Die Gleichstromdrosselspule erzeugt während der Netzspannungsabsenkung eine positive Stromstufe, während welcher der Gleichstromschalter 6 ausgelöst wird und so eine Rückzündung am Um former vermieden wird.
Contact converter with pre-magnetized switching chokes and a protective device for no-load operation. Correct operation of contact converters is guaranteed by using switching choke coils. These are saturated during most of a period of the mains frequency and then have only a small reactance. They therefore let electricity through practically unlimited. Only during the zero crossing does the current become so small that the choke coil is no longer saturated.
It then has a high reactance and limits the current even more, so that it has a flattening that represents a low-current pause during a period. The position of the low-current break and the level of the step current depend on the premagnetization of the switching inductor. The switching choke coil is therefore pre-excited with an alternating voltage, the phase position of which is set by an induction regulator. The contact current and thus the load current is always decisive for the occurrence of the low-current switch-off pause, as the contact current prevents the magnetization of the switching choke coil from being reversed by the excitation current and does it itself when it crosses zero.
However, if the load current drops to zero, the magnetization of the switching throttle takes place before the switch-off time of the contact and even before the switch-on time of the subsequent contact. During the contact overlap, the switching inductors are already saturated, so that a short-circuit current is created through both contacts, which can no longer be interrupted by the switching-off contact. This will destroy the contacts.
In order to remedy this drawback, the contact converter was additionally loaded with a base load resistor which, even when the external load drops, allows enough current to flow through the contact converter that the contact currents are properly commutated and the switching reactor is remagnetized during operation are guaranteed.
However, this base load resistance means an additional, unproductive load and thus worsens the efficiency of the system. The base load resistor has therefore been equipped with a switch that only switches on the resistor when the load current drops to a certain value. When the load is switched off, the base load resistor must also be switched on beforehand. But this has the disadvantage that when the DC switch is switched off automatically, e.g. B. with voltage drops in the primary network, the release time is extended.
This is precisely in this case inadmissible, because in the shortest possible time, as soon as the current drops below the smallest possible load current, it must be switched off in order to prevent damage to the contacts. Therefore, taking such cases into account, one is forced to leave the resistor switched on permanently and to accept the deterioration in efficiency.
According to the invention, this disadvantage is avoided by the fact that the base load resistance is located in an additional excitation circuit of the switching inductor and is connected via a rectifier, the whole thing being such that the switching inductors are magnetized in the same direction as the currents flowing in the rectifiers due to the converter currents flowing through the contacts.
In this way it can be achieved that the delay in the switching throttle magnetization, which would otherwise be missing when the contact converter is idling, is brought about by the additional excitation circuit. The advantage of this arrangement is that the resistance of the no-load protection device, which results in this base load effect and is therefore also called the base load resistance, can be dimensioned to be significantly smaller than a base load resistance corresponding to an effect in the main circuit. This results in lower losses.
In the following, an exemplary embodiment of the invention is shown with reference to the drawing.
Fig. 1 shows its circuit. 1 shows the AC busbar, from which the contact converter with contacts 4 is fed via switch 2 and main transformer 3. The switching choke coils 5 are located in front of the contacts. On the direct current side, the contact converter is connected to the direct current busbar 7 via the direct current switch 6. The switching choke coils 5 have two excitation windings, of which the winding 8 is fed in a known manner from the alternating current network 1 via a phase regulator 9 and the blocking choke coils 10.
The switching inductor coils 5 now have a second winding 11, to which six windings each via a rectifier 12, a common control resistor 13 is connected. This resistance works with the protective device like a base load resistance. This circuit is fed via a further phase regulator 14. This regulator can be used to change the phase of the voltage. In addition, the auxiliary transformer 15 is seen before, which allows the circuit to be divided between the six switching inductors. The parts 14, 15, 12, 11, 16, 13 form the no-load protection device.
The mode of operation is shown in FIG. There are some diagrams recorded that show the flows and currents in the switching reactors. Diagram 2a shows the duration of two consecutive contacts of the contact converter. Both contacts overlap in the area <I> d t </I>. The commutation must therefore take place during this time. The flux in the switching inductor coil belonging to the switching-off contact must then still be positive during this time so that the low-current break can occur. In diagram 2b, the flow <B> 0. </B> is shown, which would arise when idling, without additional excitation being provided.
It can be seen that in this case the magnetization device is reversed before the commutation time <I> d t </I>. During the commutation, the switching reactor is already saturated again and there can be no low-current pause. In diagram 2c, the excitation current JH in the auxiliary excitation winding, which flows through the auxiliary rectifier 12 and the base load resistor 13, is shown.
The additional excitation prevents the reversal of the flux before the commutation time <I> d t. </I> In this way it is achieved that the magnetization of the switching inductor is delayed until the start of the overlap time of the contacts even when idling. The resulting flow OL when idling is shown in diagram 2d.
According to this diagram, the first part of the magnetization reversal of the switching inductor only takes place during the contact overlap <I> d t. </I> At the moment of the contact overlap there is a short circuit between the separating transformer phases, in which a short circuit current can form when both switching inductors of the short-circuit circuit are presaturated in the direction of the increasing short-circuit current.
Thanks to the delay in magnetization reversal by the additional excitation circuit, the switching inductor of the opening contact is magnetized against the direction of the short-circuit current at the beginning of the contact overlap and has a high resistance during the contact overlap. The short circuit current 1i; is therefore very limited and can only develop when the auxiliary inductor has been remagnetized, i.e. after the overlap time d t. The contact is opened as long as only a small reverse current flows that can still be interrupted without backfire.
The phase shift of the premagnetization current via the rectifier 12 is selected so that the premagnetization of the switching inductor is not influenced at the moment of switch-on. This can be seen from diagram 2c. The magnetizing current IH begins there later than the associated contact has switched on (time t ").
In order to avoid the effects of the load current on the auxiliary excitation circuit, it is advisable to switch a blocking reactor 16 into the loading circuit of the additional excitation winding. This limits the formation of additional induction currents.
The circuit is made such that all of the currents flowing in the rectifiers 12 flow together through the resistor 13. This current in the counter was 13 then an uninterrupted direct current. This can also be used for other purposes, for example for the premagnetization of a choke coil in the direct current circuit of the contact converter. This is shown in FIG.
The choke coil has the designation 17 and is used to prevent reverse currents when the mains voltage drops. The direct current choke coil generates a positive current level during the mains voltage drop, during which the direct current switch 6 is triggered and so a backfire on the converter is avoided.