DE1017248B - Wechselstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist eine Wechselstromschalteinrichtung mit mindestens einem Unterbrecher beschrieben, bei der der zu unterbrechende Strom (Gesamtstrom) mittels einer Parallelschaltung mindestens zeitweise in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird, wobei 5 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 Gesamt- *5 stromes 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.

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausführungsform dieser Wechselstromschalteinrichtung. Sie ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Stromventil mindestens zeitweise durch einen Schalter überbrückt ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Verluste im Stromventil auf einen vernachlässigbar kleinen Wert herabgesetzt werden können. Entsprechend dem geringen Durchgangsstrom kann bei Verwendung von Trockengleichrichtern mit kleinerer Plattengröße ausgekommen werden, wodurch sich der Rückstrom in entsprechendem Maße erniedrigt. Damit das Ventil seine Funktion hinsichtlich Sperrung des Stromes im Stromzweig erfüllen kann, ist es nötig, daß der Überbrückungsschalter öffnet, bevor der Strom im Stromzweig seinen Nullwert erreicht. Um den Schalter zu schonen und allfällige Prellerscheinungen unwirksam zu machen, wird man die Anordnung zweckmäßig so treffen, daß er vor dem mit ihm in Reihe liegenden Unterbrecher schließt, wodurch keinerlei elektrische Beanspruchung mehr auftritt. Zur Erleichterung der Überleitung des Stromes vom Überbrückungsschalter auf das parallel liegende Stromventil kann es zweckmäßig sein, im Stromzweig eine kleine Schaltdrossel anzuordnen, wobei dann der Schalter während der durch die Schaltdrossel erzeugten stromschwachen Stufe öffnet. Um jeglicheLichtbogenbildungundPeinwanderungmit Sicherheit zu vermeiden, wird man zweckmäßig das Strotnventil derart bemessen, daß der Spannungsabfall beim Öffnen des Schalters höchstens 1 Volt beträgt. Dies läßt sich jedoch nur erreichen, wenn die Verbindung zwischen; den Schaltkontakten und den. Elektroden, des Ventils praktisch induktionsfrei ausgeführt wird. ·"" Wechs eis troms ehalt einrichtung

Zusatz zum Patent 1 005 590

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 22. März 1952

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

Der Grundgedanke der Erfindung soll an Hand von Fig. 1 erläutert werden. Darin bedeutet 1 eine Wechselstromquelle, 2 einen Transformator, dessen Primärwicklung 3 vom Strom I₁ durchflossen ist, wahrend die Sekundärwicklung 4 den Strom I₂ führt. 5 ist der zugehörige Eisenkern, 6 der Unterbrecher, 7 der Schalter, 8 und 9 die zugehörigen Ausschaltfedern, 10 das Stromventil. 11 und 12 sind Hauptstromwicklungen, 13 und 14 Zusatzeinschaltwicklungen, welche über den Gleichrichter 15 und die regelbare Impedanz 16 gespeist werden. 17 ist eine Schaltdrossel, 18 das Spannungsventil, 19 und 20 sind Kondensatoren, 21 die Belastung.

Die Wirkungsweise der Anordnung werde zusammen mit dem Diagramm gemäß Fig. 2 erläutert. Zur Zeit t₀ beginnt der Steuerstrom i zu fließen und bewirkt, daß zur Zeit t_x der Schalter 7 beim Strom i_e, zum Zeitpunkt t₂, d. h. im Nulldurchgang der Spannung U, der Unterbrecher 6 beim Strom I_e geschlossen wird, worauf der Strom I einsetzt. (Mittel, um die Voreilung von i gegen / zu erzielen, sind im Hauptpatent angegeben.) Der Strom I₃ der zunächst gleich dem Strom J₁ ist, fließt nun, da das Spannungsventil 18 noch nicht gezündet hat, über die Hauptstromwicklungen 11 und 12, den Unterbrecher 6, den Schalter 7 und zurück über die Belastung 21 zur Stromquelle 1. Sowie der Hauptstrom / zu fallen beginnt,

709 709/322

entsteht am Spannungsventil 18 eine in der Vorwärtsrichtung zunehmende Spannung; sie führt im Zeitpunkt i₃ (s. Fig. 2) zur Zündung. Nun beginnt ein Strom I₂ zu fließen; dies bewirkt, daß der Strom I₁ schneller gegen Null geht als /. Das Spannungsventil 5 18 ist vorerst noch durch den Schalter 7 kurzgeschlossen. Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t_i wird der Abfallstrom i_a des Schalters 7 erreicht. Die Kontakttrennung erfolgt jedoch wegen der Trägheit der Schaltbrücke erst bei einem Stromwert i/, der mit Vorteil innerhalb der von der Schaltdrossel 17 erzeugten stromschwachen Stufe liegt. Durch geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte Vormagnetisierung der Schaltdrossel 17 ist in an sich bekannter Weise dafür zu sorgen, daß der Stufenstrom in der Durch- *5 laßrichtung des Stromventils 10 fließt, da sonst die Kommutation erschwert, wenn nicht verunmöglicht wird. Damit das Öffnen des Schalters 7 funkenfrei und ohne Feinwanderung erfolgt, soll das Strom ventil 10, das beispielsweise ein Trockengleichrichter sein kann, unter dem Strom i_a' einen Spannungsabfall aufweisen, der höchstens 1 Volt beträgt. Hierdurch ist bei Trockengleichrichtern die Größe der wirksamen Plattenoberfläche festgelegt und damit auch der Rückstrom, der in diesem Fall dem sogenannten Stufen- ²S strom entspricht. Es lassen sich auf diese Weise ohne Schwierigkeiten Stufenströme von 50 mA und weniger erreichen. Zur Zeit i₅ hat der Strom I₂ seinen Nullwert erreicht, und es setzt nun die durch das Stromventil erzeugte Stufe ein, innerhalb deren der Unterbrecher 6 öffnet. Im Zeitpunkt t₆ löscht auch das Spannungsventil 18, die Abschaltung ist vollzogen. Das Spannungsventil muß für den Maximalwert I₂ bei einer Impulsdauer von (0,5 ... 2) · 10~³ s bemessen werden.

Der Unterbrecher 6 und der Schalter 7 werden zweckmäßigerweise in einem Gerät zusammengefaßt. Der Unterbrecher 6 muß möglichst prellfrei einschalten und der vollen Sperrspannung mit Sicherheit standhalten. Der Schalter 7 schließt strom- und spannungslos; hingegen hat er bei Betrieb ohne die Schaltdrossel 17 einen verhältnismäßig großen Strom auf das parallel liegende Stromventil 10 zu kommutieren.. Damit dies überhaupt möglich ist, muß die Induktivität der Schleife zwischen Schalter 7 und Stromventil 10 so klein wie nur irgend möglich gemacht werden. Man ordnet daher zweckmäßig das Stromventil 10, sofern es als Trockengleichrichter ausgebildet ist, zwischen den Schienen des Schalters 7 an. Weiterhin ist es vorteilhaft, Gleichrichterplatten mit möglichst geringem Spannungsabfall in der Vorwärtsrichtung zu verwenden; in Frage kommen Kupferoxydul-, Selen- oder auch Germaniumgleichrichter. Selbstverständlich sind auch Gasentladungsgleichrichter möglich, sofern die Zünd-, mindestens aber auch die Brennspannung klein genug ist. Um funken- und feinwanderungsfrei kommutieren zu können, darf die Spannung im Augenblick der Kontaktöffnung je nach dem Kontaktwerkstoff einige Volt nicht überschreiten; im allgemeinen sind Spannungen von höchstens ^⁰ 1 Volt anzustreben. Die Kapazität der Trockengleichrichterplatten wirkt unterstützend, da sie etwa auftretende Spannungspitzen hoher Frequenz abbaut. Die Kommutation selbst wird im wesentlichen durch die Widerstandszunahme am Kontakt, hervorgerufen durch den abnehmenden Kontaktdruck zusammen mit einer geringen Brückenbildung, bewirkt.

Der Transformator 2 wird zweckmäßig in Form eines Einleiterstromwandlers ausgeführt, wobei der Eisenkern im allgemeinen einen geringen Luftspalt erhalten muß, um Sättigungserscheinungen zu vermeiden. Die Sekundärwicklung benötigt meist nur wenige Windungen, im Grenzfall nur eine Windung.

Um das Spannungsventil 18 gleichzeitig auch zur Funkenunterdrückung am Schalter 7 benutzen zu können, ist es zweckmäßig, die Sekundärwicklung 4 des Transformators 2 sowie die Haupterregerwicklungen 11.und 12 je durch geeignet gewählte Kondensatoren oder an sich bekannte Parallelpfade, bestehend aus Kondensatoren und Widerständen, zu überbrücken.

Als Spannungsventile können Trockengleichrichter bekannter Art, insbesondere aber auch Germaniumgleichrichter, verwendet werden. Infolge der geringen Zünd- und Brennspannung bei hoher Sperrspannung sind weiterhin Cäsiumdampfgleichrichter besonders gut geeignet. Im Prinzip lassen sich auch Quecksilberdampfgleichrichter verwenden; nur ist es dann meist notwendig, die hohe Brennspannung durch eine im Spannungskreis eingefügte EMK zu kompensieren; auch muß die Zündung in an sich bekannter Weise durch eine geeignete Fremdspannung bewirkt werden, wie z. B. im Hauptpatent angegeben.

Die beschriebenen Gleichrichter weisen einen bisher unerreicht hohen Wirkungsgrad von über 99% auf, und zwar weitgehend unabhängig von der Belastung. Durch Wegfall der sehr teuren Schaltdrosseln mit allen Vormagnetisierungs- und Streckkreisen erniedrigt sich der Preis auf einen Bruchteil des Preises von Kontaktumformern. Infolge der geringen Verluste ist auch das Kühlproblem leicht zu lösen und benötigt nur geringen Aufwand.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Wechselstromschalteinrichtung mit mindestens einem Unterbrecher nach Patent 1 005 590, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromventil mindestens zeitweise durch einen Schalter überbrückt ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter öffnet, bevor der Strom im Stromzweig seinen Nullwert erreicht.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter vor dem Unterbrecher schließt.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, bei der im Stromzweig in Serie mit dem Unterbrecher eine Schaltdrossel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter während der durch die Schaltdrossel erzeugten stromschwachen Stufe öffnet.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltdrossel als Einleiterdrossel mit innerhalb des magnetischen Kreises eingeschnürtem Stromleiter ausgebildet ist.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromventil derart bemessen ist, daß der Spannungsabfall beim öffnen des Schalters höchstens 1 Volt beträgt.

7. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrecher und der Schalter je eine im Stromzweig liegende Hauptstromwicklung und mindestens je eine Zusatzeinschaltwicklung aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 700/322 10.57