DE1002070B

DE1002070B - Contact converter with switching chokes

Info

Publication number: DE1002070B
Application number: DEL16026A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1953-07-09
Filing date: 1953-07-09
Publication date: 1957-02-07

Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei mechanischen Stromrichtern verwendet man zur Ermöglichung des lichtbogenfreien Schaltens Schaltdrosseln in Reihenschaltung mit den gleichrichtenden Kontakten. Diese Schaltdrosseln haben einen Kern aus einer Eisenlegierung, der sich bereits bei sehr !kleinen Strömen sättigt. Sie bewirken im Nulldurchgang des Stromes eine stromschwache Stufe.Mechanical converters are used to enable arc-free switching Switching chokes in series with the rectifying contacts. These switching reactors have a core made of an iron alloy, which is already saturated with very small currents. They cause im Zero crossing of the current is a low-current stage.

Bei großen Nenrastromstärken kann es vorkommen, daß der Strom einer Phase zwar mit einer einzigen Schaltdrossel, nicht aber mit einem einzigen Kontakt beherrscht werden kann. In diesem Fall hängt man an eine einzige Schaltdrossel zwei oder mehrere parallel arbeitende Kontakte, die in ihrer Schließzeit genau gleichphasig sein oder auch in gewissem Umfang voneinander abweichen können. Bei einer derartigen Anordnung tritt die Schwierigkeit auf, daß die Schaltdrossel zwar den Summenstrom der verschiedenen parallel arbeitenden Kontakte während der Stromstufe praktisch auf Null hält, daß jedoch in dem Kurzschlußkreis, den die parallelen Kontakte miteinander bilden, Ausgleichströme fließen können, welche während der Stromstufe der Schaltdrossel in den einzelnen Kontakten teilweise positive und teilweise negative Ströme beachtlicher Größe zur Folge haben. Dies bedeutet, daß einzelne der parallel arbeitenden Kontakte beim Schalten, insbesondere beim Ausschalten, nicht einwandfrei arbeiten, sondern Ströme von unter Umständen mehreren tausend Ampere, aber sehr kleiner treibender Spannung, zu unterbrechen haben. Die treibende Spannung ist nämlich die im Kurzschlußkreis wirksame induzierte Spannung, die praktisch in derartigen Fällen in der Größenordnung von 1 Volt ist. Die Folge davon ist, daß sich an den Kontakten nicht langdauernde Lichtbögen, sondern kurzzeitige Spritz- und Abmßbögen bilden, welche Stoffwanderung an den Kontakten zur Folge haben. Man kann dieser Erscheinung dadurch entgegentreten, daß man die parallel arbeitenden Kontakte räumlich sehr nahe nebeneinander anordnet, so daß der von ihnen gebildete Kurzschlußkreis praktisch induktionsfrei ist. Außerdem kann man die parallel arbeitenden Kontakte symmetrisch an die Wechselstromzuleitung und die Gleichstromableitung anschließen und dafür Sorge tragen, daß von benachbarten Phasen her keine Spannungen in den Kurzschlußkreis der parallel arbeitenden Kontakte induziert werden. Diese Mittel führen jedoch nicht immer zum Ziel, insbesondere nicht bei großen Stromstärken. Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktstromrichter mit Schakdrosseln, bei dem an einer Hauptschaltdrossel mehrere parallel arbeitende Kontakte angeschlossen sind. Erfindungsgemäß wird außer der Hauptschaltdrossel vor jeden einzelnen Kontakt eine kleine Schaltdrossel gelegt, deren StufenstromWith high nominal currents it can happen that the current of one phase is with a single Switching throttle, but cannot be controlled with a single contact. In this case you hang to a single switching choke two or more contacts working in parallel, which in their closing time be exactly in phase or can also differ from one another to a certain extent. With such a Arrangement arises the difficulty that the switching throttle, although the total current of the various contacts working in parallel during the current stage practically holds at zero, but that in that Short circuit that the parallel contacts form with each other, equalizing currents can flow, which during the current stage of the switching choke in the individual contacts partly positive and partly result in negative currents of considerable magnitude. This means that some of the working in parallel Contacts do not work properly when switching, especially when switching off, but currents of possibly several thousand amperes, but very low driving voltage to have. The driving voltage is namely the induced voltage effective in the short circuit, the practical in such cases is on the order of 1 volt. The consequence of this is that the Contacts do not form long-lasting arcs, but rather short-term spray and dimensional arcs, which Result in migration of substances at the contacts. This phenomenon can be countered by that the contacts working in parallel are arranged spatially very close to one another, so that the short circuit formed by them is practically induction-free. You can also do the parallel Connect working contacts symmetrically to the AC power line and the DC power line and ensure that there are no voltages in the short circuit from adjacent phases the contacts working in parallel are induced. However, these remedies do not always work to the goal, especially not with high currents. The invention relates to a contact converter with Schak throttles, in which several contacts working in parallel on a main throttle are connected. According to the invention, apart from the main switching throttle, each individual contact is preceded a small switching choke is placed, its step current

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H._f Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. mb H. _f Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
has been named as the inventor

von der gleichen Größenordnung ist, wie der Stufenstrom d"er Hauptschaltdrossel. Diese kleinen Schaltdrosseln haben zur Folge, daß der im Kurzschlußkreis der parallel arbeitenden Kontakte sich ausbildende Ausgleichstrom in seinem Nulldurchgang eine stromschwache Stufe erhält, so daß die Kontakte nur diesen Stufenstrom zu schalten haben. Die kleinen Schaltdrosseln nach der Erfindung können mit einer einzigen Windung ausgeführt werden und als Ringkerne oder geschachtelte Kerne direkt auf die Schienenzuleitungen zu den Kontakten gesteckt werden. Praktisch wird dabei der Stufenstrom der kleinen Schaltdrosseln, obwohl diese nur eine Windung aufweisen, von derselben Größenordnung sein wie der Stu'fenstrom der Hauptschaltdrossel, welche zwar mehrere Windungen aufweist, dafür aber auch entsprechend größere Eisenweglänge hat. Man kann die beiden oder auch mehrere Schaltdrosseln nach der Erfindung auch nach Art einer Saugdrossel zusammenfassen und die Anschlüsse an einer Mittelanzapfung vornehmen. Die kleinen Schaltdrosseln können zur Verbesserung ihrer magnetischen Eigenschaften und¹ ihrer Wirkungsweise eine Vorerregung erhalten. Mit dieser Vorerregung läßt sich gegebenenfalls auch die Stromverteilung während der Arbeitsperiode auf die verschiedenen parallelen Kontakte steuern. Diese Steuerung kann auch statt mit den Schaltdrosseln mit zusätzlich über die Schienen gelegten Eisenkernen mit Luftspalt erreicht werden. Jedenfalls dienen die kleinen Schaltdrosseln vor den einzelnen Kontakten in der Hauptsache nicht der Stromverteilung, sondern sie dienen dem Zweck, im Augenblick des Schaltens eine Stufe im Ausgleichstrom zu erzeugen, so daß die Kontakte einwandfrei und ohne Stoffwanderung arbeiten können. Da die Schaltdrosseln im ungesättigten Zustand eine hohe Induktivität darstellen, ist parallel zu den Kontakten einis of the same order of magnitude as the step current of the main switching choke. These small switching chokes have the consequence that the equalizing current developing in the short circuit of the contacts working in parallel receives a low-current level in its zero crossing, so that the contacts only have to switch this step current The small switching reactors according to the invention can be designed with a single turn and plugged as toroidal cores or nested cores directly onto the rail leads to the contacts. In practice, the step current of the small switching reactors, although they only have one turn, is of the same order of magnitude like the step flow of the main switching throttle, which has several turns, but also has a correspondingly larger iron path length n. Small shift reactors receive a pre-excitation to improve their magnetic properties and ¹ of their mode of action. This pre-excitation can also be used to control the current distribution to the various parallel contacts during the working period. This control can also be achieved with iron cores with an air gap placed over the rails instead of the switching chokes. In any case, the small switching chokes in front of the individual contacts are not mainly used for current distribution, but rather they serve the purpose of creating a level in the equalizing current at the moment of switching, so that the contacts can work properly and without material migration. Since the switching chokes represent a high inductance in the unsaturated state, there is a parallel to the contacts

609 769/91609 769/91

Nebenweg erforderlich, welcher im Öffnungszeitpunkt den Stufenstrom der Schaltdrosseln aufnimmt. Wenn nach der Erfindung vor jeden der parallelen Kontakte kleine Schaltdro.sseln angeordnet sind, so muß der Nebenweg derart abgeschaltet werden, daß er auch den Stufenstrorn dieser Schaltdrosseln miteriaßt. Dies ist dadurch möglich, daß man für jeden der parallelen Kontakte einen. getrennten Nebenweg ausführt. Man kann jedoch auch über Widerstände' einen künstlichen Anschlußpunkt ^Γ· für einen gemeinsamen Nebenweg schaffen. Diese Widerstände müssen so groß sein, daß.- dur,ch sie noch kein nennenswerter Ausgleichström fließen kann, sie müssen "andererseits jedoch, so klein sein, daß sie die Funktion des Nebenweges nicht stören. Praktisch werden sie in der Größenordnung von 1 Ohm oder darunter ausgeführt. Sie können ohmisch, kapazitiv, induktiv oder auch gemischt sein.A secondary path is required, which absorbs the step current of the switching throttles at the time of opening. If, according to the invention, small switching throttles are arranged in front of each of the parallel contacts, the bypass path must be switched off in such a way that it also takes the step current of these switching throttles. This is possible by having one for each of the parallel contacts. separate byway. However, you can also ^{create an artificial connection point Γ} · for a common bypass using resistors. These resistances must be so great that no significant equalizing current can flow, but on the other hand they must be so small that they do not interfere with the function of the bypass. In practice, they are of the order of 1 ohm or They can be ohmic, capacitive, inductive or mixed.

In Fig. 1 der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Phase eines Gleichrichters gezeichnet. 1 ist die Hauptschaltdrossel rni't einer Wicklung 2 und einer Vorerregerwickhmg 3. 4 und 5 sind zwei parallel arbeitende Kontakte mitDoppelunterbrechung. 6 und 7 sind zwei kleine Schaltdrosseln unmittelbar vor den parallel arbeitenden Kontakten 4 und 5. 8 und 9 sind Vorerregerwicklungen dieser Schaltdrosseln. Der schraffierte Kurzschlußkreis, der durch die -beiden Kontakte gebildet wird, soll räumlich so eng gebaut sein, daß seine Induktivität L möglichst klein ist. Denn die Schaltdrosseln 6 und 7 müssen um so größeren Eisen querschnitt haben, je größer der Ausgleichstrom im Kurzschlußkreis und je größer seine Induktivität L ist. Der Nebenweg 10 ist an zwei Widerstände 11 und 12 angeschlossen, welche die Kontakte 4 und 5 hinter den Schaltdrosseln 6 und 7 miteinander verbinden. Statt der Widerstände können auch Kapazitäten oder andere Schaltelemente verwendet werden. Bei größen Stromstärken ist es nicht immer möglich, die Kontakte 4 und 5 räumlich so nahe nebeneinander anzuordnen, daß die Schaltdrosseln 6 und 7 entbehrlich sind. Denn wegen der Abführung der Verlustwärme aus den Kontakten müssen letztere gewisse Abmessungen und Kühlflächen aufweisen, ebenso die Zuleitungen. Dies hat zur Folge, daß die Induktivität L praktisch in die Größenordnung von 10~~⁷ Henry kommt, eine Größenordnung, welche bei Stromstärken vom beispielsweise 10 000 Ampere bereits so große Ausgleiehströme und Spannungen an den Kontakten zur Folge hat, daß Stoffwanderung auftritt. In diesen Fällen wird das einwandfreie Arbeiten der Kontakte durch die Schaltdrosseln nach der Erfindung ermöglicht.In Fig. 1 of the drawing, a phase of a rectifier is drawn as an embodiment. 1 is the main switching choke rni't a winding 2 and a pre-excitation winding 3. 4 and 5 are two contacts working in parallel with double interruption. 6 and 7 are two small switching chokes directly in front of the contacts 4 and 5, which work in parallel. 8 and 9 are pre-excitation windings of these switching chokes. The hatched short-circuit, which is formed by the two contacts, should be built so closely spatially that its inductance L is as small as possible. Because the switching chokes 6 and 7 must have the larger iron cross-section, the larger the equalizing current in the short circuit and the larger its inductance L is. The bypass path 10 is connected to two resistors 11 and 12, which connect the contacts 4 and 5 behind the switching throttles 6 and 7 to one another. Instead of the resistors, capacitors or other switching elements can also be used. In the case of large currents, it is not always possible to arrange the contacts 4 and 5 spatially so close to one another that the switching inductors 6 and 7 are unnecessary. Because because of the dissipation of the heat loss from the contacts, the latter must have certain dimensions and cooling surfaces, as well as the supply lines. This has the consequence that the inductance L is practically in the order of magnitude of 10 ~ ⁷ Henry, an order of magnitude which, at currents of, for example, 10,000 amperes, already results in such large equalizing currents and voltages at the contacts that material migration occurs. In these cases, the contacts can function properly using the switching throttles according to the invention.

Unter Umständen genügt es (beispielsweise bei zwei parallel arbeitenden Kontakten), nur vor einen der beiden Kontakte eine Schaltdrossel anzuordnen. nämlich vor den Kontakt, dessen Teilstrom früher den Nullwert erreicht als der andere Teilstrom. Die gleichmäßige Verteilung der beiden Teilströme auf die beiden Kontakte kann in bekannter Weise durch Drosseln aus normalem Eisen mit Luftspalt bewirkt werden.Under certain circumstances it is sufficient (for example, with two contacts working in parallel) just in front of one to arrange a switching throttle of the two contacts. namely before the contact, whose partial flow was earlier reaches the zero value than the other substream. The even distribution of the two partial flows the two contacts can be effected in a known manner by throttling made of normal iron with an air gap will.

In Fig. 2 ist ein schematisches Stromdiagramm gezeichnet, welches für den Fall eines Gleichrichters andeutet, wie die Erfindung arbeitet. 1 ist der Gesamtstrom einer Schaltdrossel, welcher im Zeitpunkt t_t zu kommutieren beginnt und im Zeitpunkt i₂ seinen Nullwert erreicht. Im Zeitpunkt f₃ ist die Stufe der Hauptschaltdrossel abgelaufen, so daß Rückstrom entstehen würde, wenn nicht inzwischen die Kontakte etwa im Zeitpunkt t_i öffnen würden. I₁ und i₂ sind die Teilströme durch die beiden Kontakte 4 und 5 in Fig. 1, welche durch normale Ausgleichdrosseln etwa auf die gleiche Größe, nämlich die Hälfte des Gesamtstromes gebracht sind. Diese beiden Teilströme sollten vom Zeitpunkt t_x an so abnehmen, wie die punktierten Linien andeuten, d. h., sie sollten beide gleichzeitig im Zeitpunkt t₂ Null werden. Tatsächlich ist es jedoch aus den angegebenen Gründen möglich, daß beispielsweise der Strom i₂ schneller nach Null absinkt und der Strom I₁ entsprechend langsamer, als es erwünscht ist. Dies hat zur Folge, daß der Strom i₂ einen großen negativen Betrag erreicht, während der Strom I₁ im Zeitpunkt i₂ einen entsprechend großen positiven Wert aufweist. Vom Zeitpunkt t₂ an klingen dann die beiden Teilströme nach der Zeitkonstanten des Kurzschlußkreises asymtotisch ab. Da zwischen den Zeitpunkten i₂ und t₄ praktisch nur eine Zeit von weniger als 1 Millisekunde liegt, - sind die Teilströme i₂ und I₁ im Zeitpunkt t_i noch nicht abgeklungen, so daß die im Zeitpunkt t_i öffnenden Kontakte nennenswerte positive oder negative Ströme zu unterbrechen haben.' - - -2 shows a schematic current diagram which indicates how the invention works in the case of a rectifier. 1 is the total current of a switching inductor, which begins to commutate at time t _t and reaches its zero value _{at time i 2.} At the point in time f ₃ , the stage of the main switching throttle has expired, so that reverse current would arise if the contacts did not open in the meantime, approximately at the point in time t _i. I ₁ and i ₂ are the partial currents through the two contacts 4 and 5 in FIG. 1, which are brought to approximately the same size, namely half of the total current, by normal compensating chokes. These two partial flows should decrease from time t _x on, as the dotted lines indicate, that is, they should both become zero at the same time at time t _2. In fact, for the reasons given, it is possible, for example, that the current i ₂ drops more rapidly to zero and the current I ₁ correspondingly slower than is desired. This has the consequence that the current i _{2 reaches} a large negative amount, while the current I _{1 has} a correspondingly large positive value at the time i _2. From time t ₂ on, the two partial currents then decay asymtotically according to the time constant of the short circuit. Since there is practically only a time of less than 1 millisecond _{between times i 2} and t ₄ _{, the partial currents i 2} and I ₁ have not yet decayed at time t _i , so that the contacts opening at time t _{i are} significant positive or negative To interrupt currents. ' - - -

Nach der Erfindung bewirken die kleinen Schaltdrosseln 6" und 7, daß der Strom Z₂ vom Zeitpunkt i₅ an auf der Nullinie bleibt, wie durch die strichpunktierte Linie ■ angedeutet ist. Da die Summe der Ströme I₁ und L₂ gleich dem Strom i sein muß, nimmt vom Zeitpunkt t₅ an I₁ den gleichen Verlauf wie i, wie es strichpunktiert in der Fig. 2 angedeutet ist. Durch die kleinen Schaltdrosseln nach der Erfindung wird also erreicht, daß die Ströme in beiden parallel arbeitenden Kontakten zur gleichen Zeit wie der Summenstrom eine Stromstufe aufweisen, so daß die Kontakte einwandfrei arbeiten können.According to the invention, the small switching chokes 6 ″ and 7 cause the current Z ₂ to remain on the zero line from the time i ₅ on, as indicated by the dash-dotted line ■. Since the sum of the currents I ₁ and L _{2 is} equal to the current i must be, takes the same course from time t ₅ to I ₁ as i, as indicated by dash-dotted lines in Fig. 2. The small switching chokes according to the invention ensure that the currents in both contacts operating in parallel at the same time like the total current have a current level so that the contacts can work properly.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Contact converter with switching chokes, in which several parallel chokes are connected to one main switching choke working contacts are connected, characterized in that in addition to the main switching throttle in front of each of the individual parallel contacts a small switching throttle, preferably with one Step current of the same order of magnitude as that of the main switching reactor is arranged.

2. Contact converter according to claim 1, characterized by such a design of the the short circuit containing the parallel contacts that it has the lowest possible inductance having.

3. Contact converter according to claim 1 or 2, characterized in that the small switching chokes consist of toroidal cores or nested sheet metal cores in front of each individual contact, which are pushed with one turn over the power supply lines to the contacts.

4. Contact converter according to claim 1 or the following, characterized in that the small switching chokes are designed with pre-excitations .

5. Contact converter according to claim 1 or the following, characterized in that for power distribution In addition to the small switching chokes, chokes made of normal iron are known in the art, if necessary with an air gap to equalize the current distribution to the various Contacts are provided.

6. Contact converter according to claim 1 or the following, with arranged parallel to the contacts Byway, characterized in that

the bypass is connected in such a way that it also controls the step current of the small switching chokes before each of the contacts takes over.

7. Contact converter according to claim 6, characterized in that the bypass is on Resistors are connected, which the

individual contacts working in parallel behind the. Connect small switching reactors with each other.

Documents considered: German Patent No. 711311; Swiss patents No. 228 078, 233 669.

1 sheet of drawings