DE1005590B - Wechselstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21 c

INTERNAT. KL. H 02 C

PATENTAMT

K 13656 VIIIb/21 c ANMELDETAG: 2 6. MÄRZ 1952

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 4. APRIL 1957

Es sind bereits Wechselstromschalteinrichtungen, insbesondere als mechanische und elektromagnetische Gleichrichter bekannt, bei denen zur funkenfreien Abschaltung mit Hilfe sogenannter Schaltdrosseln eine stromschwache Stufe erzeugt wird, während der die Kontakttrennung erfolgt. Bei der ersteren Art werden als Schaltorgan mechanisch von einem Synchronmotor angetriebene Kontakte verwendet. Bei den elektromagnetischen Wechselstromschalteinrichtungen sind in Reihe mit der Schaltdrossel und parallel zu einem echten Ventil ein oder mehrere magnetisch betätigte Schalter angeordnet, wobei die Einschaltung kurz nach Einsetzen des Vorwärtsstromes in dem parallel liegenden Ventilkreis, die Ausschaltung hingegen innerhalb der durch die Schaltdrossel erzeugten stromschwachen Stufe erfolgt. In beiden Fällen muß die Schaltdrossel für die volle Durchgangsleistung der Wechselstromschalteinrichtung bemessen werden. Infolge des teuren Ausgangsmaterials, der dünnen Blechdicke bis herab zu einigen hundertstel Millimeter und der schwierigen Aufbringung der Hauptstromwicklung nebst allen Zusatzeinrichtungen, wie Gleich- und Wechselstromvormagnetisierung, Streckkreisen u. dgl. sind derartige Schaltdrosseln sehr teuer.

Bei der Wechselstromschalteinrichtung nach der Erfindung, die mindestens einen Unterbrecher aufweist, sind diese Nachteile weitgehend vermieden. Sie ist gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daß der zu unterbrechende Strom (Gesamtstrom) mittels einer Parallelschaltung mindestens zeitweise in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei in mindestens einem Zweig (Stromzweig) der Parallelschaltung die Unterbrechungsstelle und in Reihe damit ein elektrisches Ventil (Stromventil) angeordnet sind, das nur für einen Bruchteil der Nennspannung der Schalteinrichtung, jedoch höchstens für den vollen Gesamtstrom bemessen ist, und in mindestens einem anderen Zweig (Spannungszweig) ein elektrisches Ventil (Spannungsventil) angeordnet ist, das für die volle im Stromkreis auftretende Sperrspannung, jedoch nur für einen Bruchteil des Gesamtstromes bemessen ist, und wobei die Impedanzen in den Parallelzweigen so bemessen sind, daß der Strom im Zweig der Unterbrechungsstelle (Stromzweig) gegenüber dem Gesamtstrom mindestens kurz vor demjenigen Stromnulldurchgang, bei dem abgeschaltet werden soll, voreilt.

Um die Verluste im Spannungszweig möglichst klein zu halten, kann es zweckmäßig sein, Mittel vorzusehen, die bewirken, daß der Strom im Spannungszweig erst vor dem Stromnulldurchgang des Gesamtstromes eingeschaltet wird, derart, daß sich bis zum Nulldurchgang des Stromes im Stromzweig die gewünschte Voreilung gegenüber dem Gesamtstrom ein-

Wechselstromschalteinrichtung

Anmelder:

FKG Fritz Kesselring Gerätebau A. G.,
Bachtobel-Weinfelden (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Barckhaus, Patentanwalt,
Erlangen, Eichenweg 10

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 2. Februar 1952

Dr. Fritz Kesselring, Zollikon (Schweiz)
ist als Erfinder genannt worden

gestellt hat. Dies kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß im Spannungszweig ein elektrisches Ventil vorgesehen ist, das z. B. 1 ... 5 ms vor dem Stromnulldurchgang des Hauptstromes gezündet wird. Einrichtungen dieser Art werden weiter unten noch beschrieben.

Um die Kontakte der Unterbrechungsstelle, insbesondere bei Wechselstromschalteinrichtungen, die als Gleichrichter betrieben werden, also sehr große Schalthäufigkeit aufweisen, vor Abbrand und Materialwanderuug zu schützen, ist es nötig, daß der an der Unterbrechungsstelle aufgerissene Strom nur Bruchteile eines Ampere beträgt. Bei Mehrphasengleichrichtern für mäßige Stromstärken, z. B. bis etwa 1000 A, wird im allgemeinen der Rückstrom bei Verwendung von Trockengleichrichtern als Stromventil im Stromzweig nur einige zehntel Ampere betragen, insbesondere, da bei reichlicher Bemessung des Spannungspfades nur eine geringe Sperrspannung am Stromventil liegt. Bei größeren Stromstärken (5000 ... 10000 A) wird jedoch der Rückstrom die obengenannte Grenze im allgemeinen überschreiten. Zur Verringerung dieses Rückstromes kann beispielsweise im Stromzweig eine zusätzliche kleine Schaltdrossel angeordnet werden, die beim Übergang vom Vorwärts- auf den Rückstrom ummagnetisiert wird, wobei eine stromschwache Stufe in der gewünschten Größe entsteht, sofern in an sich bekannter Weise von entsprechender Vormagnetisierung Gebrauch gemacht wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man in der Parallelschaltung von Spannungs- und Stromkreis eine Kommutierungsspannung wirksam werden

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läßt, wie dies beispielsweise im Patent 872 598 be- Durchlaßrichtung auftretender Spannung vermieden schrieben ist. wird, ordnet man zweckmäßig in Reihe mit der Ven-

Bei Großgleichrichtern ist die Stromänderungs- tilanordnung im Spannungszweig einen Schalter an, geschwindigkeit während der Kommutierung meist der während der Sperrphase, d. h. also praktisch sehr groß und kann Werte von 10 ... 20 ■ 10° A/s er- 5 stromlos geöffnet wird.

reichen. Dies bringt zwei Nachteile mit sich. Einmal In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele

muß der Strom im Spannungszweig, damit eine ge- des Erfindungsgegenstandes dargestellt, nügende Phasenverschiebung sich einstellt, sehr groß Fig. 1 zeigt ein Airwendungsbeispiel der Erfindung

werden, was teure Ventile und auch entsprechend für den Betrieb als Gleichrichter; in höhere Verluste bedingt; zum anderen werden durch io Fig. 2 ist der Verlauf der Spannungen und Ströme die große Stromänderungsgeschwindigkeit in den dargestellt;

beiden Zweigen der Parallelschaltung an den darin Fig. 3 zeigt eine Gleichrichterschaltung mit beson-

liegenden Induktivitäten entsprechend hohe Span- ders kleinen Verlusten;

nungen induziert, die unter Umständen so groß den Stromverlauf entsprechend dieser Schaltung

werden, daß das Ventil im Stromzweig für höhere 15 veranschaulicht Fig. 4;

Sperrspannung bemessen werden muß, was meist zu Fig. 5 zeigt den Stromverlauf bei Parallelschaltung wesentlich höheren Gesamtverlusten führt. Um diese einer Schaltdrossel zum Stromventil; Nachteile zu vermeiden, kann in der Zuleitung zur Fig. 6 erläutert eine Methode zur Kompensation Parallelschaltung eine Schaltdrossel, insbesondere des über den Schalter fließenden Rückstromes; eine gescherte Drossel, vorgesehen werden. Diese be- 20 an Hand der Fig. 7 bis 10 werden Mittel beschriewirkt, daß die Stromänderungsgeschwindigkeit in der ben zur Beeinflussung der Induktivität im Spannungs-Nähe des Stromnulldurchganges wesentlich herab- zweig;

gesetzt wird, womit dann die vorhin geschilderten Fig. 11 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit der ErSchwierigkeiten behoben sind. Um die Stufe dieser findung als Wechselstromschalter. Drossel, die auch beim Einschalten auftritt, zu ver- 25 In Fig. 1 bedeutet 1 die Sekundärwicklung eines meiden, kann eine lediglich während des Einschaltens Transformators, 2 ist der Unterbrecher in Form eines wirksam werdende Vormagnetisierung angewendet elektromagnetisch betätigten Schalters bestehend aus werden. Bei Bedarf kann mit Hilfe dieser Vormagne- der Schaltbrücke 3, der Ausschaltfeder 4, einer Haupttisierung auch eine Spannungsregelung bewirkt Stromwicklung 5 und einer Einschaltwicklung 6; 7 ist werden, indem die Einschaltstufe nur teilweise weg- 30 ein Stromventil, 8 eine Reihenschaltung von Spanmagnetisiert wird. nungsventilen, 9 eine kleine Induktivität, 10 eine Be-

Bei Gleichrichtern größerer Stromstärke treten an lastung, 12 ein Ventil, 13 ein einstellbarer Widerdem Ventil im Hauptstromkreis recht erhebliche Ver- stand und 14 eine Zusatzwicklung des Transforluste auf. Diese können nun weitgehend verringert mators, in der eine der Spannung in der Sekundärwerden, wenn man parallel zu diesem Ventil eine 35 wicklung 1 voreilende Spannung induziert wird. Schaltdrossel anordnet, deren Wicklung den Strom Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: im Stromzweig zu führen vermag. Während der Bei Positivwerden der Spannung U₀, die der Spangrößten Zeit des Durchlaß bereiches des Ventils fließt nung U in der Sekundärwicklung 1 des Transfornun ein wesentlicher Anteil des Stromes über die mators etwas voreilt, beginnt über das Ventil 12, die Wicklung dieser Drossel, die dann gesättigt ist und 40 Einschaltspule 6 und den Widerstand 13 ein Strom zu daher nur sehr kleine Induktivität aufweist. Das fließen, wodurch die Schaltbrücke 3 in die Einschalt-Ventil ist entsprechend entlastet. Nähert sich nun der stellung gebracht wird. Die Voreilung der Span-Strom im Stromzweig seinem Nulldurchgang, so wird nung U₀ soll nun so sein, daß die Kontaktschließung die Drossel ummagnetisiert, nimmt dabei eine hohe möglichst genau beim Nulldurchgang der Spannung U Induktivität an, so daß nun praktisch der gesamte 45 erfolgt. In diesem Augenblick fängt nun der Strom I, Strom wieder über das Ventil fließt. Es kann zweck- und zwar mit horizontaler Tangente, an zu fließen, mäßig sein, zusammen mit dieser Parallelschalt- Dies hat den Vorteil, daß auch bei leichtem Prellen drossel noch die bereits obenerwähnte Serie-Schalt- der Schaltbrücke 3 keine Funkenbildung auftritt, da drossel vorzusehen, um den Rückstrom mit Sicher- der Strom sehr klein ist. Im Moment, da der Unterheit auf weniger als 1 A zu reduzieren. 50 brecher 2 geschlossen ist, fließt zunächst der Strom

Die Erfindung ist keineswegs auf Gleichrichter be- I₁ — I durch die Hauptstromwicklung 5, die Schaltschränkt. Sie kann vielmehr mit Vorteil auch auf brücke 3 und das Stromventil 7. Sowie die Ventil-Wechselstromschalter aller Art angewendet werden. anordnung 8 durchlässig wird, beginnt auch der Um das Ventil im Stromzweig klein zu halten, wird Strom I₂ vom Punkt A durch die kleine Induktivität 9 es zweckmäßig im Normalbetrieb durch einen 55 und die Ventilanordnung 8 zu fließen. Die beiden Schalter überbrückt, der erst kurz vor der beabsich- Ströme vereinigen sich wieder im Punkt B zum tigten Abschaltung geöffnet wird. In Reihe mit dem Strom /, der über die Belastung 10 zurück zur TransVentil im Stromzweig ist ein Schalter anzuordnen, formatorwicklung 1 fließt.

der in der Lage ist, den vollen Nennstrom, unter Um- Nach der Erfindung ist nun die Parallelschaltung ständen auch den Kurzschlußstrom, zu unterbrechen, 60 so abgestimmt, daß der Strom I₁ gegenüber / etwas wobei jedoch an seinen Kontakten infolge des par- voreilt und der Strom/₂ entsprechend nacheilt. In allel liegenden Spannungszweiges verhältnismäßig Fig. 2 sind die Spannungen U₀ und U, ferner die drei kleine Spannungen (10 ... 30 V) auftreten. Im Span- Ströme I₁ I₁ und I₂ in ihrem zeitlichen Verlauf aufnungszweig muß eine Ventilanordnung vorgesehen getragen. Man erkennt, wie der Strom I im Zeitwerden, die der vollen wiederkehrenden Spannung ge- 65 punkt t_v zu dem die Spannung U durch 0 geht, mit wachsen ist. Um den Strom in dieser Ventilanord- horizontaler Tangente einsetzt. Er teilt sich im Zeitnung möglichst klein zu halten, ist es zweckmäßig, punkt i/ (s. Fig. 2) auf in die Ströme I₁ und I₂, wobei im Stromzweig einen Schalter mit sehr kurzer der Strom I₁ etwas voreilt, und I₂ infolge der Induk-Entionisierungszeit (10~⁵... 10—⁴ s) vorzusehen. tivität 9 (s. Fig. 1) stark nacheilt. Im Zeitpunkt i₂ Damit ein Stromfluß im Spannungszweig bei in 70 geht der Strom I₁ durch 0; infolge der Ventilwirkung

des Stromventils 7 (s. Fig. 1) kann er nicht mehr weiterfließen; er wird nach Maßgabe der Zeitkonstante der beiden Parallelzweige nach dem Spannungszweig kommutiert. Von diesem Moment an ist /₂ = /. Im Zeitpunkt t_s geht nun auch dieser Strom durch 0. In dem Zeitpunkt At- t₃ — i₂ fließt durch den Stromzweig praktisch kein Strom, sofern der Rückstrom des Stromventils 7 vernachlässigbar klein ist. Die Schaltbrücke 3 kann in der Zeit von t₂ . . . t₃ praktisch stromlos geöffnet werden. Der Kontaktabstand muß im Zeitmoment t₃ so groß sein, daß die Sperrspannung U_sp ausgehalten wird. Im Zeitpunkt I₁ beginnt das geschilderte Spiel von neuem. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, fließt im Spannungskreis während der Durchlaßperiode der SuOmZ₂; er ist um so größer, je größer die stromlose Pause Δ t mit Rücksicht auf die Schaltzeit des Unterbrechers sein muß. Anders ausgedrückt heißt dies, die Verluste im Spannungskreis werden um so geringer, je stärker die Schaltbrücke3 (s.Figl) durch die Ausschaltfeder 4 beschleunigt wird. Man wird daher zweckmäßig als Unterbrecher elektromagnetische Schalter verwenden, die bereits nach einigen 10—* s und weniger eine Unterbrechung herbeiführen. Elektromagnetische Schalter mit so kurzer Schaltzeit sind bereits bekannt (z. B. schweizerisches Patent 268 296). Durch geeignete Bemessung der Hauptstromwicklung 5 und des Magnetkreises des Unterbrechers 2 (s. Fig. 1) kann erreicht werden, daß die Kontakttrennung schon kurz nach dem Moment i₂ erfolgt. Der im Zeitpunkt t₃ auftretenden SperrspannungC/_Sp muß die Ventilanordnung8 (s. Fig. 1) standhalten. Das Stromventil 7 ist jedoch infolge des bereits vorher geöffneten Unterbrechers 2 vor einer Beanspruchung durch die Sperrspannung U_sp geschützt. Es muß nur während der Zeit Δ t dem im Spannungszweig auftretenden Spannungsabfall gewachsen sein, der im allgemeinen 20 V nicht überschreiten wird.

Bei größeren Spannungen können die Verluste im Spannungszweig und insbesondere auch der Spannungsabfall unzulässig große Werte annehmen. Um dies zu vermeiden, ordnet man im Spannungszweig zweckmäßig ein Ventil an, das erst kurz vor dem Stromnulldurchgang des Stromes I₁ gezündet wird. Fig. 3 zeigt eine derartige Anordnung, wobei der Einfachheit halber nur die Parallelschaltung selbst mit Zu- und Ableitung angedeutet ist. Es bedeutet 20 eine gescherte Drossel mit dem Eisenkern 21, der einen Luftspalt22 aufweist; 23 ist die Hauptstromwicklung, 24 eine Sekundärwicklung; 34 ist eine Vormagnetisierungswicklung; 25 ist ein Ventil, z. B. ein Trockengleichrichter, 26 ein Kondensator, 27 eine gas- oder dampfgefüllte Diode, z. B. ein Caesiumdampfgleichrichter, 28 ist eine Induktivität, die über den Magnetkreis 35 mit dem Strom I₁ gekoppelt ist, 29 ist eine Schaltdrosssel, 30 die Schaltbrücke des Unterbrechers, wobei der Einfachheit halber die elektromagnetische Betätigungsanordnung weggelassen ist; 31 ist das Stromventil, 32 eine dazu parallel liegende Schaltdrossel, deren Wicklung 33 für den vollen Strom I₁ zu bemessen ist.

Den Stromverlauf in einer Anordnung nach Fig. 3 zeigt das Diagramm gemäß Fig. 4. Im Zeitpunkt J₁ setzt der Strom / wieder mit horizontaler Tangente ein. Es ist hierbei angenommen, daß durch eine in Fig. 3 nicht dargestellte Vormagnetisierung der Kern 21 der gesicherten Drossel 20 bereits gesättigt ist. Der Spannungszweig ist noch unterbrochen, da das Ventil 27 (s. Fig. 3) nicht gezündet ist. Es ist daher / = I₁. Dieser Zustand bleibt bestehen bis zum Zeitpunkt t_z, zu dem das Ventil 27 gezündet wird. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß die gescherte Drossel 20 bei diesem Stromwert in das Gebiet der Ummagnetisierung kommt. Es entsteht dann an der Wicklung 24 eine Spannung in der Durchlaßrichtung des Ventils 25, durch die der Kondensator 26 aufgeladen wird und damit zwischen den Elektroden der Röhre 27 eine die Zündspannung überschreitende Spannung erzeugt wird. Die Röhre 27 stellt sich nun auf ihre Brennspannung ein, und es beginnt im Spannungszweig ein Strom J₂ zu fließen (s. Fig. 4). Im Zeitpunkt i₂ geht der voreilende Strom I₁ durch 0, und es wird nun I₂ = /. Zur Zeit t₃ ist die Abschaltung vollzogen, der Lichtbogen im Ventil 27 erlischt infolge des Nulldurchganges des Stromes I₂. Wie man aus Fig. 4 erkennt, ist die Stromsteilheit infolge der gescherten Drossel 20, beispielsweise vom Zeitpunkt t_z ab, wesentlich geringer, wodurch auch die induktiven Spannungsabfälle in den beiden Zweigen der Parallelschaltung entsprechend kleiner werden. Wesentlich ist jedoch, daß im Spannungspfad nur während der sehr kurzen Zeit von t_z. . . t₃ überhaupt ein Strom fließt. Dadurch werden die Verluste im Spannungskreis vernachlässigbar klein. Das Ventil 27 (s. Fig. 3) muß selbstverständlich wiederum der vollen Sperrspannung gewachsen sein. An Stelle einer Diode 27 kann natürlich auch eine Triode verwendet werden, wobei dann die Zündung durch Positivmachen des Gitters herbeigeführt wird.

Die Wirkungsweise der Parallelschaltdrossel 32 und der Serie-Schaltdrossel 29 in Fig. 3 ist folgende: Wenn der Strom I₁ (s. Fig. 5) nach Schließen der Schaltbrücke 30 (s. Fig. 3) zu fließen beginnt (Zeitpunkt X₁ in Fig. 5), muß zuerst die Schaltdrossel 32 ummagnetisiert werden; ihre Wicklung weist deshalb einen hohen induktiven Widerstand auf. Der Strom I₁ fließt daher zunächst im wesentlichen durch das Stromventil 31. Nach vollzogener Ummagnetisierung der Drossel 32 im Zeitpunkt τ₂ wird ihr induktiver Widerstand verschwindend gering; der ohmsche Widerstand ihrer Wicklung wird zweckmäßig kleiner als der Durchlaßwiderstand des Stromventils 31 gewählt. Es fließt nun der wesentliche Teil des Stromes I₁, nämlich der Anteil I_D, über die Wicklung 33, wodurch das Stromventil 31 weitgehend entlastet wird, da es nur noch den kleinen Strom Iy führt. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis wieder die Ummagnetisierung der Schaltdrossel 32 kurz vor dem Stromnulldurchgang im Zeitpunkt r₃ einsetzt. Der Strom I_D wird nun wieder nach dem Stromventil 31 kommutiert und geht dann im Zeitpunkt τ₄ durch 0. Um den Rückstrom durch das Ventil 31 und den Stufenstrom der Drossel 32 auf einen für den Unterbrecher zulässigen Wert zu beschränken, ist noch die Schaltdrossel 29 vorgesehen (s. Fig. 3). Sie ist so vormagnetisiert, daß sie durch den Rückstrom zunächst ummagnetisiert werden muß, wobei der dabei auftretende Stufenstrom durch an sich bekannte Mittel auf Bruchteile eines Ampere gebracht wird.

Es läßt sich leicht einsehen, daß die Verluste einer Gleichrichteranordnung nach Fig. 3 rund l/n der Verluste einer sonst gleichen Bedingungen unterworfenen Trockengleichrichteranordnung entsprechen, wobei η die durch die auftretende Sperrspannung bedingte Zahl von Trockengleichrichterplatten bedeutet. Nimmt man im Mittel für eine Trockengleichrichteranordnung einen Wirkungsgrad von 85 % an, der praktisch unabhängig von der Betriebsspannung ist, so ergibt sich mit einer Anordnung nach Fig. 3 ohne die Schaltdrossel 32 bei η = 2 (zwei Platten) bereits ein Wirkungsgrad von 92,5%, bei M = 5 von 97°/o und bei

η = 10 von 98,5 °/ο. Man erkennt somit, daß die Schalteinrichtung nach der Erfindung gegenüber Trockengleichrichtern bedeutend wirtschaftlicher ist und sogar die hohen Wirkungsgrade der Kontaktumformer erreicht. Bei Verwendung der Parallelschaltdrossel 32 (s. Fig. 3) kann der Wirkungsgrad noch weiter verbessert werden.

In Fig. 6 ist eine andersartige Anordnung zur Verringerung des vom Unterbrecher zu öffnenden Stromes dargestellt. Die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile weisen die gleichen Bezugszahlen auf. Weiterhin bedeutet 16 einen Transformator mit der Sekundärwicklung 17; 18 ist eine regelbare Impedanz, 19 ein Parallelweg zum Unterbrecher, z. B. in Form eines Kondensators. Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei fallendem Strom J₁ (s. Zeitintervall H — h iⁿ Fig. 4) wird an der Sekundärwicklung 17 eine annähernd konstante Gleichspannung induziert. Durch passende Einstellung der Impedanz 18, die z.B. als ohmscher Widerstand ausgebildet sein kann, wird der Kommutierungsstrom Jj, möglichst gleich groß wie der Rückstrom I₁- des Stromventils 7 gemacht und die Anordnung so getroffen, daß sich diese beiden Ströme über die Schaltbrücke 3 weitgehend aufheben. Die Impedanz 18 ist so zu bemessen, daß bei geöffnetem Unterbrecher am Stromventil 7 nur eine Spannung liegt, die höchstens gleich seiner zulässigen Sperrspannung ist. Der Parallelpfad 19 dient dazu, den Spannungsanstieg an der Unterbrechungsstelle zu verzögern.

Um zu vermeiden, daß an der Induktivität 28 im Spannungszweig (s. Fig. 3) eine unzulässig hohe Spannung bei fallendem Strom J₂ auftritt, kann parallel dazu ein Ventil 40 angeordnet werden, wie dies Fig. 7 zeigt. Im Zeitpunkt t_z beginnt der Strom J₂ zu fließen (s. Fig. 8); die am Ventil auftretende Spannung u liegt in Sperrichtung. Im Zeitpunkt i₂ liegt an der Induktivität der fallende Strom J; die nun vorhandene Spannung u' ist positiv und größer als die Zündspannung u_z des Ventils 40. Durch die Entladung wird die Induktivität 28 kurzgeschlossen und dadurch praktisch wirkungslos.

Eine andere Anordnung, die den gleichen Zweck verfolgt, zeigt Fig. 9. Die Induktivität 28 ist durch einen Transformator 42 mit der Primärwicklung 43 und der Sekundärwicklung 44 ersetzt; 45 ist ein im Sekundärkreis angeordnetes Ventil. Bei ansteigendem Strom J₂ (s. Fig. 10) sperrt das Ventil 45, der Transformator wirkt als Drossel mit hoher Induktivität L. Sowie der Strom zu fallen beginnt (Zeitpunkt i₂ in Fig. 10), kehrt sich die Stromrichtung in der Sekundärwindung 44 um, der Transformator ist belastet und weist nur noch die kleine resultierende Streuinduktivität λ auf.

In Fig. 11 ist schließlich noch eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung für die Verwendung als Schalter dargestellt. Es bedeutet hierbei 50 eine Wechselstromquelle, 51 einen Schalter mit den Lichtbogenhörnern 52, 53 und der Schaltbrücke 54, 55 eine Ausschaltspule, 56 eine Gleichstromquelle, 57 einen Betätigungsschalter; 58 ist das Stromventil, 59 eine Ventilanordnung im Spannungszweig, 60 ein Schalter, der über ein Gestänge 61 mit dem Schalter 54, der sich um den Punkt 62 dreht, mit Totgang gekuppelt ist; 63 ist die Belastung, deren Impedanz beispielsweise bei Kurzschluß sehr klein sein kann.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Zunächst fließt in dem Stromkreis unter der Wirkung der Stromquelle 50 ein Strom I, der sich im Punkt A wiederum in die Ströme J und J₂ aufteilt. Soll nun der Stromkreis unterbrochen werden, so wird zunächst der Betätigungsschalter 57 geschlossen. Unter der Wirkung der Bewegung der Ausschaltspule 55 dreht sich die Schaltbrücke 54 nach unten. Zwischen den Hörnern 52 und 53 entsteht ein Lichtbogen, der beispielsweise durch ein magnetisches Querfeld oder eine Beblasung mit Gas nach oben getrieben wird. Beim nächsten Stromnulldurchgang sperrt das Stromventil 58, der Lichtbogen erlischt, und zwar wegen des parallel liegenden Spannungszweiges unter günstigen Bedingungen. Die Restsäule des Lichtbogens wird in Zeiten von 10—* .. . 10~⁵ s entionisiert. Der Strom J₂ hört infolge der Sperrwirkung der Ventilanordnung beim Stromnulldurchgang von J₂ auf zu fließen. Während der folgenden Halbwelle kann daher der Schalter 60 stromlos geöffnet werden. Durch richtige Einstellung des Totganges zwischen der Betätigungsstange 61 und dem Schalter 60 kann leicht erreicht werden, daß die Öffnung des Schalters 60 in diesem stromlosen Zeitintervall erfolgt. Nachdem die beiden Schalter 51 und 60 geöffnet sind, ist der Stromkreis vollkommen unterbrochen.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wechselstromschalteinrichtung mit mindestens einem Unterbrecher, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung, daßder zu unterbrechende Strom (Gesamtstrom) mittels einer Parallelschaltung mindestens zeitweise in \venigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei in mindestens einem Zweig (Stromzweig) der Parallelschaltung die Unterbrechungsstelle und in Reihe damit ein elektrisches Ventil (Stromventil) angeordnet sind, das nur für einen Bruchteil der Nennspannung der Schalteinrichtung, jedoch höchstens für den vollen Gesamtstrom bemessen ist, und in mindestens einem anderen Zweig (Spannungszweig) ein elektrisches Ventil (Spannungsventil) angeordnet ist, das für die volle im Stromkreis auftretende Sperrspannung, jedoch nur für einen Bruchteil des Gesamtstromes bemessen ist, und wobei die Impedanzen in den Parallelzweigen so bemessen sind, daß der Strom im Zweig der Unterbrechungsstelle (Stromzweig) gegenüber dem Gesamtstrom mindestens kurz vor demjenigen Stromnulldurchgang, bei dem abgeschaltet werden soll, voreilt.

2. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel, die bewirken, daß der Strom im Spannungszweig erst vor dem Nulldurchgang des Gesamtstromes eingeschaltet wird, derart, daß sich bis zum Nulldurchgang des Stromes im Stromzweig die gewünschte Voreilung gegenüber dem Gesamtstrom eingestellt hat.

3. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Par- ' allelschaltung von Spannungs- und Stromzweig durch eine Zusatzinduktivität im Spannungskreis so abgestimmt ist, daß der Strom im Strompfad gegenüber dem Gesamtstrom mindestens kurz vor demjenigen Stromnulldurchgang, bei dem abgeschaltet werden soll, voreilt.

4. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spannungszweig eine Induktivität eingeschaltet ist.

5. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität durch eine Gleichrichterröhre überbrückt ist, die während des Stromanstieges im Spannungszweig gesperrt und mit beginnendem Stromabfall gezündet wird.

6." Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität im Spannungskreis als Stromwandler ausgebildet ist, dessen Primärwicklung vom Strom im Spannungskreis durchflossen ist, während die Sekundärwicklung über ein Ventil derart geschlossen ist, daß bei ansteigendem Strom in der Primärwicklung der Sekundärstrom gesperrt ist.

7. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungsventil eine Serie-Schaltung von Trockengleichrichtern dient.

8. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Span- so nungsventil eine Diode dient.

9. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gescherte Drossel, deren Hauptstromwicklung vom Gesamtstrom durchflossen ist zwecks Erzeugung einer verringerten Stromsteilheit mindestens vor dem Nulldurchgang bei abfallendem Strom.

10. Wechselstromschalteinrichtung nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode durch den bei der Ummagnetisierung der Drossel entstehenden Spannungsimpuls gezündet wird.

11. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Diode über einen Kopplungskondensator und ein Ventil derart mit der Sekundärwicklung verbunden sind, daß die Zündung nur bei fallendem Stufenstrom erfolgt.

12. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zeitweise dem Stromventil eine veränderliche Impedanz parallel geschaltet ist, deren Impedanzwert bei zunehmendem Strom fällt und bei abnehmendem Strom wieder ansteigt.

13. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Impedanz als Schaltdrossel ausgebildet ist, deren ohmscher Widerstand höchstens gleich dem Durchlaßwiderstand des Stromventils ist.

14. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität im Spannungszweig durch einen Transformator gebildet ist, dessen Primärwicklung im Spannungszweig liegt und dessen Sekundärwicklung über eine regelbare Impedanz derart an die feststehenden Kontakte des Unterbrechers angeschlossen ist, daß der Rückstrom des Stromventils bei geschlossenem Unterbrecher mindestens auf einen bei der Unterbrechung unschädlichen Wert verringert wird.

15. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Strom ventil überbrückt ist, daß der Unterbrecher als Leistungsschalter ausgebildet ist und im Spannungszweig ein weiterer Unterbrecher angeordnet ist, wobei der Leistungsschalter im Stromzweig den vollen abzuschaltenden Strom bei der im Spannungszweig vorhandenen geringen Spannung zu unterbrechen vermag und der Unterbrecher im Spannungszweig kurz nach dem Stromnulldurchgang des zu unterbrechenden Stromes geöffnet wird.

16. Wechselstromschalteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Stromventil und Unterbrechungsstelle durch eine gemeinsame Schaltbrücke überbrückt sind, wobei diese Schaltbrücke mit der Schaltbrücke des Unterbrechers im Spannungszweig mit Totgang gekuppelt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 261 204,
430.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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