Verfahren zur Schaltung von Drehstrom Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schaltung von Drehstrom, bei dem die Schalt strecken der einzelnen Phasen durch Ventile mit für alle Phasen gleicher Durchlassrichtung überbrückt sind.
Eine Erfindung wird darin gesehen, dass die Schaltstrecken von zwei Phasen in dem Zeitintervall geöffnet werden, in dem ihre beiden Ströme die Richtung der Durchlässigkeit der parallel geschalteten Ventile haben.
Ausführungsbeispiele der Erfihd'ung werden an hand einer Zeichnung erläutert.
Wie aus, Fig. 1 zu erkennen ist, reicht dieses Zeitintervall, von ti bis t2, also über 60 . Im Laufe einer Periode wiederholt sich ein derartiges Intervall noch zweimal. Öffnet man beispielsweise die Phase 1 und 2 in Fig. 1 innerhalb des Zeitintervalls zwi schen ti und t2,
beispielsweise gerade in der Mitte t3, so entsteht an den Schaltstrecken Si und S2 der Phasen 1 und 2 beim Öffnen kein Lichtbogen, weil der Strom durch die parallel geschalteten Ventile V1 und V2, für die man zweckmässigerweise Germanium- oder Siliziumstarkstromdiod\en verwendet,
praktisch ohne Spannungsabfall weiterflie-ssen kann.
Vom Zeitpunkt t2 an, in dem der Strom Il seinen Nulldurchgang erreicht, aber in der entgegengesetzten Richtung infolge der Sperrwirkung des Ventils der Phase 1 nicht fliessen kann, nehmen die Ströme der Phasen 2 und 3 den in Fig. 1 gestrichelten Verlauf 12' und 13 , d. h. sie werden nach etwa einer Halb- welle im Zeitpunkt t4 beide gleichzeitig Null.
Nach dem Zeitpunkt t4 kann sich der Strom I2 zunächst nicht in der negativen Halbwelle fortsetzen, da das ''Ventil dieser Phase negative Ströme nicht durch lässt. Infolgedessen muss auch der Strom 13 zu nächst Null bleiben.
Wenn also die Trennstrecke der Phase 3 eine gewisse Zeit nach dem Zeitpunkt t4 öffnet, ,so öffnet sie stromlos, d. h. lichtbogenfrei. Damit ist der Strom in allen drei Phasen unter brochen.
Wie man sieht, ist es zur hchtbogenfreien Abschaltung nach der Erfindung nicht erforderlich, d'ass die Schaltzeitpunkte t3 und t5 genau eingehalten werden, vielmehr kann der Zeitpunkt t3 um 30 , der Zeitpunkt t5 noch mehr schwanken.
Dies hat zur Folge, d'ass an den synchronen Auslösemechanismus des Schalters sehr viel geringere Anforderungen ge stellt werden können, als wenn ohne parallel ge- schaltete Ventile oder mit den bekannten Schalt drosseln gearbeitet werden würde. Zur .synchronen Auslösung können daher verhältnismässig einfache Anordnungen verwendet werden.
BOspielsweise kann man die Schalterauslösung statt synchron mit dem Strom synchron mit der Spannung vornehmen, wenn man dabei berücksichtigt, d'ass die Phasen verschiebung zwischen Strom und Spannjung je nach dem Verbraucher verschiedene Werte, praktisch gewöhnlich zwischen 20 und, 60 , aufweist.
Es ist auch nicht erforderlich, Spezialschalter mit genau definierter kleiner Eigenzeit, beispielsweise 1(1-3 oder gar 10-4 s, zu verwenden, sondern man kann normale Schalter mit Eigenzeiten von der Grössen ordnung 10 bis 20 Halbwellen verwenden, wenn nur die Streuung dieser Eigenzeit einigermassen ge ring ist, beispielsweise nur einige Millisekunden beträgt.
Es ist dann nur erforderlich, das Auslöse- kommando um die mittlere Eigenzeit der Schalter früher zu geben, als die, Öffnung gewünscht wird.
Bei manchen normalen Drehstromschaltern lässt es sich durch Einstellen der Kontakte erreichen, dass einer der Kontakte eine halbe bis eine ganze Halb welle später öffnet als die beiden anderen. In diesem Fall kann, die lichtbogenfreie Abschaltung des Dreh- stromes mit einem einzigen normalen Schalter er folgen.
In anderen Fällen muss die- letzte Phase mit einem gesonderten Schalter abgeschaltet werden. Bei spielsweise kann man zur dritten Phase einen ge trennten Schalter parallel schalten und diesen eine halbe bis eine Halbwelle später öffnen.
Als. parallel geschalteter Schalter kann wieder ein normaler Dreh- stromschalter verwendet werden, wobei die Strom- tragfähigkeit dieses Schalters durch Paralellschalten seiner Phasen so stark erhöht werden kann, dass die Verwendung einer kleineren Type möglich wird.
Da durch die parallel geschalteten Zellen die Schalt strecken stets eine Halbwelle spannungslos .sind, steht für die Löschung eines eventuell vorangegangenen Lichtbogens eine Zeit von der Grössenordnung einer Halbwelle zur Verfügung.
Man kann daher, selbst wenn man berücksichtigt, d'ass bei gelegentlichem Versagen der synchronen Auslösung mehr oder weniger grosse Schaltentladungen auftreten, Schalter verwenden, die keinen oder nur geringen Aufwand für die Lichtbogenlöschung, beispielsweise Lösch- kammern, haben, wodurch die, Schalter vor allen Dingen bei grossen Leistungen, vereinfacht,
ver kleinert und verbilligt werden. Man kann auch Brückenkontakte mit Doppelunterbrechung oder auch mehrere in Reihe geschaltete Brückenkontakte in jeder Phase vorsehen, um die Löschwirkung von Schaltentladungen, die bei Störungen der synchronen Ausschaltung auftreten, zu erhöhen.
Die Erfindung lässt sich auch mit Spezialschaltern verwirklichen, beispielsweise mit den bekannten Syn- chrontrennern mit Sp.errmagnetauslösung. In diesen' Fall;
werden diese Geräte wegen der geringen An- forderung an die Genauigkeit der Synchronabschal tung vereinfacht und verbilligt. Eine andere Möglich keit, die Synchronauslösung zu verwirklichen, be steht darin, dass man die Auslösung der Schalter von einem,
bei eingeschaltetem Schalter .stets laufen den Synchronmotor her bewirkt. Dabei kann dieser Synchronmotor in seiner Phasenlage vom Strom gesteuert werden, beispielsweise dadurch, d'ass man ihn allein oder zusätzlich von den drei Phasenströmen direkt oder über Wandler erregt.
Man kann den Synchronmotor auch von der Drehspannung er regen und die Phasenverschiebung zwischen Span nung und Strom bei der Einstellung dies. Auslöse- kommandos berücksichtigen. Die: Synchronauslösung lässt sich auch mit Hilfe von Sättigungsdrosseln, Transistoren und ähnlichen modernen Hilfsmitteln bewerkstelligen.
Nicht nur beim Ausschalten, sondern auch beim Einschalten treten Schaltentladungen auf, besonders wenn die Kontakte beim Einschalten prellen. Es lässt sich auch das Einschalten lichtbogenfres machen. In Fig. 2 ist der Verlauf der drei an dien offenen Schalterstrecken auftretenden Spannungen ange deutet, wenn zu jeder Schaltstrecke ein Ventil parallel liegt.
Man sieht, dass in jeder der Phasen eine spannungslose Zeit von 60 je Periode auftritt, in der Phase 1 beispielsweise von to bis t7. Schliesst man die Schaltstrecke der Phase 1 in dem Zeitintervall zwischen to und t7, so schaltet sie spannungsfrei und damit nur mit verschwindendem Stromanstieg, so dass keine Schaltentladungen an ihr auftreten.
Nach dem Schliessen der ersten Phase ändern sich die Spannungsverläufe in den beiden anderen Phasen. Je nach der Phasenverschiebung treten an diesen beiden Phasen spannungsfreie Zeiten von der Grössen ordnung einer Halbwelle auf, die sich zeitlich um etwa eine halbe Halbwelle überdecken.
Schliesst man die beiden letzten ;Phasen, in. Fig. 2 die Phasen 2 und'. 3, zu einem. späteren Zeitpunkt, in dem sich die spannungslosen Zeiten der Phasen 2 und 3 über decken, so, sind sämtliche drei Phasen spannungslos geschlossen worden, und damit sind auch die Schalt- entladuigen beim Einschalten beseitigt.
Zweck- mässigerweise verwendet man beim. Einschalten als zuerst schliessende Phase diejenige, die beim Aus schalten als letzte geöffnet hat.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss auch bei höherphasigen Wechselströmen, beispielsweise sechs phasigen, zwölfphasigen usw., anwenden. Bei ein phasigem Wechselstrom muss jede der beiden Schalt strecken in einem Zeitintervall öffnen, in dem die parallele Diode gerade durchlässig ist.
Die Erfindung ist von Bedeutung bei kleinen und grossen Leistungen, bei kleinen Leistungen besonders dann, wenn sehr grosse Schalthäufigkeiten verlangt werden. Bei grossen Leistungen, beispielsweise bei Walzwerkantrieben, verwendet man heute vornehm lich Gleichstrommotoren, die über Stromrichter ge speist werden.
Statt dessen kann man auch grosse Drehstrommotoren verwenden und diese nach der Lehre der Erfindung lichtbogenfrei ein- und aus- @chalten. Mit Hilfe der Einschaltdauer lässt sich dabei auch die mittlere Drehzahl des Drehstrom motors regeln, insbesondere wenn dabei die Erfindung auch zur .ichtbogenfreien Polumschaltung verwendet wird. Nach diesem Vorschlag werden ausser dem Schalter Ventile,
insbesondere Germanium- und Sili- ziumdioden, gebraucht, aber, wie man leicht erkennt, werden diese Ventile nur während des Schaltvor ganges kurzzeitig mit Strom beansprucht;
sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Schalter sind sie stromlos. Man kommt daher mit kleinen Ventilen aus. Verwendet man nicht Halbleiterdioden, sondern Gasentladungsgefässe, beispielsweise Quecks'dber- dampfentlad'ungsstrecken, so ist es zur lichtbogen- freien Abschaltung erforderlich,
ihre Brennspannung so weit zu kompensieren, d'ass die Differenzspannung kleiner als etwa 10 bis. 20 V je Trennstrecke wird. Bekanntlich sind die modernen Halbleiterstarkstrom dioden kurzzeitig, d. h. etwa eine Halbwelle lang, mit dem Mehrfachen ihres Nennstromes belastbar.
Beispielsweise können Siliziumdioden Stromhalb wellen von 1000 A Scheitelwert und Sperrspannun- gen von 1000 V ertragen, so dass mit wenigen Zellen bereits. beträchtliche Leistungen beherrscht werden. Durch Parallel- und Reihenschaltung von Zellen lässt sich diese Leistung steigern.
Von besonderem Interesse ist die Erfindung auch für den sogenannten Tippbetrieb,> von Drehstrom- motoren, da bei dieser Betriebsart häufig kurz- scblussartige Ströme geschaltet werden müssen. Bei Ein- bzw. Zweiphasenstrom kann die Erfindung mit Erfolg angewendet werden für die Schaltaufgaben bei Wechselstrombahnen.