DE1022677B - Synchron betaetigte Schalteinrichtung, insbesondere fuer periodisches Schalten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Verbesserung einer synchron betätigten Schalteinrichtung, insbesondere für periodisches Schalten. Es ist bekannt, zwecks Erleichterung der Schaltbedingungen eine meist vormagnetisierte Schaltdrossel mit der Schaltstelle in Reihe zu schalten. Die Erfindung besteht darin, daß eine Sekundärwicklung eines vom Gesamtstrom der Schalteinrichtung erregten Sättigungstransformators in einem die Reihenschaltung der Schaltstelle und der Schaltdrossel überbrückenden Parallelpfad so angeordnet ist, daß ein von ihr bei Entsättigung des Transformators über den Parallelpfad, die Schaltstelle und die Schaltdrossel getriebener Zusatzstrom an der Schaltstelle die entgegengesetzte Richtung hat wie der zu unterbrechende Strom, dem er sich überlagert.

An Hand der Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 eine Einphasen-Gleichrichterschaltung unter Verwendung einer stromgesteuerten Schalteinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 den Grundriß eines Teils des darin verwendeten elektromagnetischen Schalters,

Fig. 3 den Aufriß eines Teils dieses elektromagnetischen Schalters,

Fig. 4a bis 4g eine Reihe von Spannungs-Zeit- und Strom-Zeit-Diagrammen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 5 die Hystereseschleife der bei der Schalteinrichtung nach Fig. 1 verwendeten Schaltdrossel,

Fig. 6 die Hystereseschleife des bei der Schalteinrichtung nach Fig. 1 verwendeten sättigbaren Transformators,

Fig. 7 eine Einphasen-Gleichrichterschaltung unter Verwendung einer stromgesteuerten Schalteinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 a bis 8h eine Reihe von Spannungs-Zeit- und Strom-Zeit-Diagrammen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 7,

Fig. 9 die Hystereseschleife des bei der Schalteinrichtung nach Fig. 7 verwendeten sättigbaren Transformators,

Fig. 10 die Hystereseschleife der bei der Schalteinrichtung nach Fig. 7 verwendeten Regulierdrossel,

Fig. 11a und 11b zwei verschiedene Ausführungsformen des sättigbaren Transformators,

Fig. 12 a bis 12 e eine Reihe von Spannungs-Zeit- und Strom-Zeit-Diagrammen zur Erläuterung der Ausführungsformen nach Fig. 11a und 11 b,

Fig. 13 a bis 13 c drei mögliche Schaltungsarten des sättigbaren Transformators in Verbindung mit der Schaltdrossel,

Fig. 14 eine Dreiphasen-Gleichrichterschaltung unter Synchron betätigte Schalteinrichtung,
insbesondere für periodisches Schalten

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1951

Eduard J. Diebold, Philadelphia, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Verwendung von stromgesteuerten Schalteinrichtungen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15 a bis 15 g eine Reihe von Spannungs-Zei.t- und Strom-Zeit-Diagrammen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 14.

Die Einphasen-Gleichrichterschaltung nach Fig. 1 enthält eine Wechselstromquelle 23, eine Belastung 24 und die mit zwei den Phasenstrom führenden Anschlußpunkten 21 und 22 verbundene Ventilschaltung. Die letztere besteht im wesentlichen aus einem elektromagnetischen Schalter 25, einer Schaltdrossel 44, einem sättigbaren Transformator 47 und einem Ventil 55. Die Belastung 24 kann induktiv, kapazitiv oder ohmisch oder gemischt sein.

Der elektromagnetische Schalter 25 besitzt zwei magnetisierbare Schenkel 26 und 27, die an ihren einen Enden Pole 26 c bzw. 27 a bilden, welche durch einen kleinen Anker 28 elektrisch und magnetisch verbunden werden. Um eine gute elektrische und magnetische Leitfähigkeit des Ankers 28 zu erreichen, ist dieser aus magnetisch weichem Eisen hergestellt und mit einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit überzogen, z. B. mit Silber oder Gold. Die feststehenden Pole 26 ß und 27a sind, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, von Kupferleitern 29 und 30 umgeben, die dem doppelten Zwecke dienen, den Strom zu führen und die Wärme, die im Anker 28 erzeugt wird, abzuleiten. Zur Erleichterung der Wärmeabfuhr können die Leiter 29 und 30 mit Kühlrippen versehen werden.

Der Schenkel 27 des elektromagnetischen Schalters 25 trägt eine Erregerwicklung 31, die mit den Schaltkontakten (gebildet durch die Pole 26 a, 27 a und den Anker 28) in Reihe geschaltet ist (Fig. 1). Das Fließen eines Stromes durch die Erregerwicklung 31 ver-

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ursacht, daß der Anker 28 angezogen und fest gegen die magnetischen Pole 26c-und 27a gepreßt wird.

Die feststehenden Kontakte des elektromagnetischen Schalters 25 werden gebildet durch quer über den Polflächen der Magnetpole 26 a und 27a liegende versilberte Stahlplättchen 32 und 33 (Fig. 2 und 3). Dieseiben sind je mittels zwei Schrauben 38 an den Stromzuführungen 29 bzw. 30 befestigt. Der Anker 28 ist an einer Feder 34 aufgehängt, welche zwischen

g (g )

ferner mit einer auf dem Schenkel 26 sitzenden Vormagnetisierungswicklung 40 versehen. Diese wird mit Gleichstrom gespeist aus einer Batterie 41. an welche auch eine Wicklung 42 zur Vormagnetisierung des

Fig. 4f veranschaulicht den über die .Schaltkontakte des elektromagnetischen Schalters und durch die Hauptwicklung 45 der Schaltdrossel fließendien Strom i28.

Fig. 4g zeigt schließlich den Vorerregungsstrom /53, der durch die Wicklung 53 des sättigbaren Transformators 47 fließt.

Die Induktivität 58 bewirkt, daß der Strom /53 der Spannung t?23 um 90° nacheilt. Die Wicklungen 53 einer Klemmenplatte 35 und zwei Isolierstücken 36 io und 46 des sättigbaren Transformators 47 sind gegenfestgehalten ist. Die Feder 34 drückt den Anker 28 sinnig gewickelt, daher erscheint der Strom i53 in gegen den Anschlag 37, der aus mehreren Lagen Fig. 4g bezüglich der Spannung e23 voreilend statt dünner Bleche besteht. Die Bleche absorbieren den Auf- nacheilend. Der Vormagnetisierungsstrom «53 hat den prall des Ankers 22>, ohne Prellungen zu verursachen. Zweck, den Kern 50 des sättigbaren Transformators Der elektromagnetische Schalter 25 (Fig. I) ist 15 47 bei Beginn der positiven Halbwelle der Generatord V spannung e23 zu sättigen und eine frühe Sättigung des Kernes 50 am Rnde der positiven Halbwelle der Generatorspannung e23 herbeizuführen.

Die Zeitbezeichnungen t₀ bis t₈ in den Diagrammen

Kernes 43 der Schaltdrossel 44 angeschlossen ist. Au 20 der Fig. 5 und 6 stimmen überein mit jenen in den sich bekannteStabilisierungs- und Strombegrenzungs- Diagrammen der Fig. 4a bis 4g. mittel sind nicht mit dargestellt. Die Hauptwicklung Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm ist die

45 der Schaltdrossel 44 ist mit den Schaltkontakten dynamische Hystereseschleife der Schaltdrossel 44. des elektromagnetischen Schalters 25 und mit der Der Vorerregungsstrom i42, wird von der Batterie 41 Primärwicklung 46 des Transformators 47 in Reihe 25 (Fig. 1) geliefert, um die Kurve in das Feld positiver geschaltet. Der Transformator 47 besteht aus einem Ströme zu verschieben. Dieser Strom ist konstant und Kern 50 mit einem Luftspalt 51. Außer der Primär- im Vergleich zum Phasenstrom/25 von sehr geringer wicklung 46 besitzt er noch eine Sekundärwicklung 52 Stärke.

und eine Vormagnetisierungswicklung 53. Letztere ist In Fig. 6 ist eine gleichartige Kurve des sättigbaren

über eine Induktivität 58 an die Wechselstromquelle 30 Transformators 47 gezeigt. Der Vorerregungsstrom

23 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 52 bildet mit /53 ist ein Wechselstrom mit den Amplituden /53 ( + ) dem in Reihe liegenden Ventil 55 einen Parallelstrom- und /53 ( —). In der nachfolgenden Erklärung der weg zur Hauptwicklung 45 der Schaltdrossel 44 und Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 wird atiden mit derselben in Reihe geschalteten Schalt- genommen, daß der Strom /53 während der Zeit von kontakten des elektromagnetischen Schalters 25. Als 35 t₀ bis f₃ den Wert Z₅₃,₊₎ und während der Zeit von t_x Ventil 55 dient beispielsweise ein Trocken-, vor- bis t₈ den Wert J_{53 f}__; hat. Die Nullinie des Stromes nehmlich ein Selengleichrichter. /24 befindet sich zu den genannten Zeiten an zwei

Bevor auf die Arbeitsweise der Schaltung nach verschiedenen Stellen, wie dies aus Fig. 6 hervorgeht. Fig. 1 eingegangen wird, werden im nachfolgenden Die beachtliche Neigung der Hystereseschleife des die Diagramme der Fig. 4a bis 4g sowie jene der 40 sättigbaren Transformators 47 ist eine Folge des Fig. 5 und 6, welche im gleichen Zaitmaßstab dar- Luftspaltes 51 im Kern 50. gestellt sind, einzeln beschrieben. Zur Zeit i₀ wird die Quellenspannung e23 positiv.

In Fig. 4a ist die Spannung e25 (strichpunktierte Der Phasenstrom /24 ist zu dieser Zeit Null, und der Kurve) am elektromagnetischen Schalter 25 und die Anker 28 liegt unter dem Einfluß der Feder 34 am Spannung e 24 (punktierte Kurve) an der Belastung 45 Anschlag 37. d.h., der elektromagnetische Schalter 25

24 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Spannung ist geöffnet. Der Kern 50 des Transformators 47 ist t>24 an der Belastung hauptsächlich positn* und die infolge des Vormagnetisierungsstromes /53 gesättigt. Spannung e25 am elektromagnetischen Schalter haupt- Über das Ventil 55 beginnt ein Strom/55 zu fließen, sächlich negativ ist. Mit Ausnahme eines kleinen Zeit- der mit der Generatorspannung i23 in Phase ist. Der Intervalls zwischen den Zeiten t₁ und t.₂ am Anfang 50 Strom /55 ist identisch mit dem Phaeenstrom j'24, soder positiven Halbwelle und zwischen den Zeiten t_A lange der elektromagnetische Schalter geöffnet ist. und i₈ am Anfang der negativen Halbwelle sind die Sobald der Phasenstrom /24. der auch durch die Spannungen e24 und e?25 in den positiven bzw. Erregerwicklung 31 fließt, und mit ihm der magnenegativen Abschnitten derselben gleich der Spannung tische Fluß durch den Anker 28 einen genügend hohen t'23 der Wechselstromquelle 23, welche in Fig. 4b 55 Wert erreicht, um eine magnetische Kraft zu erdargestellt ist. zeugen, welche den Anker 28 entgegen der Kraft der

Außer der Spannung e23 ist in Fig. 4b auch die Feder 34 gegen die feststehenden Pole 26a und 27a Spannung e46 an der Primärwicklung 46 des sättig- zu bewegen vermag, schließt der elektromagnetische baren Transformators 47 dargestellt. Schalter 25. Da der Anker 28 sehr klein und die an-

Fig. 4c zeigt die Spannung e45 an der Haupt- 60 ziehenden Kräfte relativ hoch sind, benötigt die wicklung 45 der Schaltdrossel 44. Schließbewegung etwa V₁₀₁J₀₀ Sekunde, welches Zeitin Fig. 4d ist der durch die Belastung 24 fließende interval] bei den gegenwärtigen Erwägungen nicht in Phasenstrom/24 aufgetragen. Der Strom/24 weist Betracht fällt. Der Anker 28 schließt im Moment t_v eine nacheilende Phasenverschiebung bezüglich der Der nun über die Schaltkontakte fließende Strom /28 Spannung t?24 auf, da die Belastung 24 für das vor- 65 wird jedoch vorerst durch die Wirkung der Schaltliegende Beispiel als ohmisch und induktiv angenom- drossel 44 begrenzt.

men wird. Wie Fig. 5 zeigt, kann nach der Zeit ^₁ der Strom

Fig. 4e zeigt den durch das Ventil 55 und die /28 keinen höheren Wert als i_M erreichen, bevor der

Sekundärwicklung 52 des sättigbaren Transformator^ Kern 43 der Schaltdrossel 44 vollständig nmmagne-

fließenden Strom /55. 70 tisiert wird. Die Stromgrenze i_M kann extrem klein

gehalten werden und schützt dadurch den Anker 28 vor zu großem Einschaltstrom.

Die Ummagnetisierung des Schaltdrosselkernes wird eingeleitet von der Generatorspannung e23, welche nach der Schließung des Schalters 25 zur Hauptsache an der Hauptwicklung 45 der Schaltdrossel (i?45j auftritt. Der Zeitabschnitt J₁ bis £₂ ^ent" spricht der Zeit, die zur Ummagnetisierung benötigt wird. Nach dieser Zeit verschwindet die Spannung t'45, und der Strom i28 kann ungehindert ansteigen. Fig.4f zeigt deutlich, wie der Strom i 28 während des Zeitintervalls t_± bis t₂ auf dem kleinen Wert i_M gehalten wird, um dann zur Zeit t₂ plötzlich anzusteigen.

Der durch die Schaltdrossel 44 verursachte Einschaltstufenstrom ist konstant und durch Größe und Material des Kernes 43 festgelegt. Aus den Fig. 4a bis 4c ist ersichtlich, daß die Quellenspannung e23 vom elektromagnetischen Schalter (^ 25) auf die Belastung (i?24; verschoben wird und dazwischen vorübergehend an der Schaltdrossel liegt (e45).

Aus den bisherigen Erklärungen folgt, daß während der Zeit t_x bis t₂ das Ventil 55 den Anker 28 von der Stromführuing entlastet. Unterdessen hat der Strom in der Erregerwicklung 31 einen genügend hohen Wert für eine sichere Kontaktgabe erreicht. Trotzdem dieser Vorgang in einem Bruchteil einer Millisekunde stattfindet, wird auf diese Weise vermieden, daß der Kontakt unvollständig schließt oder bei allfälligem Prellen einen hohen Strom unterbricht. Der elektromagnetische Schalter 25 schließt praktisch stromlos. Der Schließvorgang" erfolgt ganz automatisch, d. h., es wird hierzu kein Steuerstrom noch irgendeine andere äußere Beeinflussung benötigt. Der Schalter 25 wird daher auch unter außerordentlichen Bedingungen, z. B. bei plötzlichen Laständerungeii, richtig arbeiten, anderseits alier augenblicklich den Betrieb einstellen, wenn die Generatorspannung ausfällt.

Nach der Zeit t₂ steigt der Strom t'28 im Anker 28 des elektromagnetischen Schalters 25 auf einen Wert, der allein durch die Quellenspannung (?23 und die Belastung 24 bestimmt ist, wie dies aus den Fig. 4f und 4d hervorgeht. Der Strom i'55 über das durch die Schaltkontakte nunmehr überbrückte Ventil 55 nimmt schnell ab und erreicht zur Zeit t₃ den Wert Null (Fig. 4ej. Während der Phasenstrom £24 seine hohen Werte durchläuft, bleibt der Schalter 25 infolge der durch seine Wirkung in der Erregerwicklung 31 erzeugten magnetischen Kräfte geschlossen.

Fig. 6 zeigt, daß der Fluß im Kern 50 im Zeitabschnitt t₀ bis t₃ fast unverändert und somit der sättigbare Transformator 47 während der ganzen Schließperiode unwirksam bleibt, weshalb er in der bisherigen Diskussion vernachlässigt werden konnte.

Die öffnung des elektromagnetischen Schalters 25 findet im Zeitabschnitt t_i bis t₈ statt. Die Vorerregung des sättigbaren Transformators 47 hat im Zeitpunkt t_i den Werter.,-, erreicht (Fig. 4 g), so daß für die weiteren Betrachtungen die im Diagramm der Fig. 6 auf die negative Seite verschobene Nullinie des Phasenstromes j 24 maßgebend ist. Beim Abnehmen durchläuft der Phasenstrom i24 einen Wert, bei dem der Kern 50 des sättigbaren Transformators 47 entsättigt wird. Dieser Entsättigungswert, der im Zeitpunkt t₅ auftritt, ist in den Fig. 4d und 6 mit j24 (5) bezeichnet. Nach der Zeit t_s verhält sich der Kern 50 des sättigbaren Transformators 47 wie der Kern eines gewöhnlichen Transformators. In einem gewöhnlichen Transformator ist die Summe der Amperewindungen aller Wicklungen maßgebend für die Magnetisierung, und die EMKe in den Wicklungen sind direkt proportional zur Anzahl der Windungen. Wenn sich nun der Kern 50 des sättigbaren Transformators 47 entsättigt, wächst die Reaktanz auf einen hohen Wert, und die Spannung e46 an der Primärwicklung 46 steigt plötzlich auf den Wert der Quellenspannung (.'23, wie aus Fig. 4 b ersichtlich ist. Der Phasenstrom i24 nimmt demzufolge nach der Zeit t_s langsamer ab. Weil die Spannung <?46 an der Primärwicklung 46 auf die Sekundärwicklung 52 transformiert wird, beginnt nun über das Ventil 55 ein Strom 155 zu fließen, dessen Verlauf aus Fig. 4e hervorgeht. Wie bei jedem normalen Transformator entspricht einer Abnahme das Primärstromes eine Zunahme des Sekundärstromes, und umgekehrt. Infolgedessen entspricht einer Abnahme des Phasenstromes «24 eine Zunahme des Stromes ζ 55. Der Phasenstrom i24 und der Strom i55 im Parallelistromweg fließen beide durch den Anker 28 und die Schaltdrosselwicklung 45. Der Strom iS5 fließt jedoch in entgegengesetzter Richtung zum Phasenstrom i24, so daß der resultierende Strom i 28 im Anker 28 und in der Wicklung 45 nur der Differenz der beiden genannten Ströme entspricht. Der Strom j 28 nimmt daher während der Zeit von f₅ bis f_ß viel stärker ab als der Phasenstrom /24 (Fig. 4f).

Zur Zeit i₆ hat der Ankerstrom Ϊ28 einen sehr kleinen Wert ig erreicht, der praktisch Null ist; der Strom i'55 ist jetzt nahezu gleich dem Phasenstrom j 24. Mit anderen Worten, der sättigbare Transformator 47 kommutiert den Phasenstrom i24 vom Kontaktstromweg in den Vantilstromweg, sobald sich der Transformator 47 entsättigt. Da sich zur Zeit t₆ der Kern 43 der Schaltdrossel 44 entsättigt, bleibt der Ankerstrom ;'28 weiterhin auf den kleinen Wert i_B begrenzt (Fig. 5).

Nach der Zeit t_e fließt der Phasenstrom/24 im wesentlichen über das Ventil 55. und die Generatorspannung t"23 verteilt sich auf die Primärwicklung 46 des sättigbaren Transformators 47 (^46 in Fig. 4b) und auf die Hauptwicklung 45 der Schaltdrossel 44 (t'45 in Fig. 4c). Der Phasenstrom i24 nimmt langsam ab, entsprechend der Neigung des abfallenden Astes der Hystereseschleife in Fig. 6.

Nach der Zeit t₇ erreicht der Phasenstrom /'24 in der Erregerwicklung 31 des elektromagnetischen Schalters 25 einen kleineren Wert, als erforderlich ist. um den Anker 28 gegen die Pole 26 α und 27 α zu halten. Die Feder 34 zieht den Anker 28 gegen den Anschlag 37 zurück. Dieser Öffnungsvorgang verläuft ähnlich dem Schließvorgang sehr rasch, nämlich innerhalb ungefähr V₁₀₀₀₀ Sekunde. Die Schaltkontakte des elektromagnetischen Schalters haben nur den kleinen, praktisch vernachlässigbaren Strom von der Größe i_B zu unterbrechen. Der Phasenstrom J24, der nunmehr mit dem Strom ί 55 identisch ist, nimmt ab, bis er zur Zeit i_g den Wert Null erreicht. In der umgekehrten Richtung kann infolge der Sperrwirkung des Ventils 55 kein Strom fließen.

Die Öffnung des Schalters 25 erfolgt somit auch vollständig automatisch, d. h. ohne irgendwelche zusätzlichen Steuerimpulse.

Die Form der durch die Schaltdrossel 44 erzeugten stromschwachen Stufen ist durch die Form der Hystereseschleife (Fig. 5) bestimmt, kann jedoch gegegebenenfalls mit sogenannten Streckkreisen, welche eine Verflachung der Stufen bewirken, verbessert werden.

Der Anker 28 des elektromagnetischen Schalters 25 ist so konstruiert, daß seine Eigenfrequenz in der

Größenordnung von etwa 1 kHz liegt, d. h. wesentlich höber ist als die Netzfrequenz von beispielsweise 50 Hz. Diese Verstimmung ist notwendig, damrt der Anker 28 bei allfälligen plötzlichen Frequenzänderungen mit der neuen Netzfrequenz weiter kommutieren wird und nicht tendiert, mit seiner Eigenfrequenz weiter zu schwingen. Außerdem gewährleistet diese Maßnahme einen störungsfreien Betrieb des elektromagnetischen Schalters bei plötzlichen Belastungsänderuingen, z. B. bei der Inbetrieb- und Stillsetzung der Schalteinrichtung.

Die nachstehend beschriebene Einphasen-Gleichricbtersehaltung nach Fig. 7 ist zum Unterschied gegenüber derjenigen nach Fig. 1 mit Mitteln zur Regelung der Gleichspannung durch magnetische Teilaussteuerurag ausgerüstet.

Die Wechselspannungsquelle 123 ist mit den Anschlußpunkten 121 und 121^i und die Belastung 124 mit den Anschlußpunkten 122 und 122.4 verbunden. Zwischen den Anschlußpunkten 121 und 122 sind die Primärwicklung 146 des sättigbaren Transformators 147, die Hauptwicklung 145 der Schaltdrossel 144. die Schaltkontakte und die Erregerwicklung 131 des elektromagnetischen Schalters 125 in Reihe geschaltet. Der sättigbare Transformator besitzt einen Kern 150 mit Luftspalt 151, der die Primär- und die Sekundärwicklung 146 bzw. 152 trägt.

Der elektromagnetische Schalter 125 hat in gleicher Weise wie die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform zwei Pole 126 und 127, einen Anker 128, der an einer Feder 134 befestigt ist, und einen den Rückweg des Ankers 128 begrenzenden Anschlag 137. Zur Vormagnetisierung des elektromagnetischen Schalters 125 dient im vorliegenden Beispiel ein Permanentmagnet 163, der zwischen den beiden Polen 126 und 127 angebracht und durch die Isolierstücke 164 und 165 von denselben elektrisch getrennt ist. Im Nebenschluß zu den Schaltkontakten des elektromagnetischen Schalters 125 liegt ein Lichtbogenuinterdrückungsstromkreis, bestehend aus einem Ventil 166 (z.B. ein Trockengleichrichter), einem Widerstand 170 und einem Kondensator 171, welch letztere unter sich parallel und mit dem Ventil 166 in Reihe geschaltet sind.

Die Schaltdrossel 144 trägt eine Vormagnetisierungswicklung 142, die z. B. aus einer Batterie 141 gespeist wird. Die bekannten Mittel zur Stabilisierung und einstellbaren Begrenzung des Vormagnetisierungsstromes sind nicht mit dargestellt.

Der Parallelstromweg zu den Schaltkontakten des elektromagnetischen Schalters 125 und der Schaltdrossel 144 führt wiederum über die Sekundärwicklung 152 des Transformators 147 und ein Ventil 155. Außerdem enthält nun dieser Stromweg noch die Hauptwicklung 182 einer sättigbaren Regulierdrossel 180 in Reihe zum Ventil 155. Der Kern 181 der Regulierdrossel 180 trägt neben der Hauptwicklung 182 eine Vormagnetisierungswicklung 183, die über ein weiteres Ventil 184 und einen regelbaren Spannungsteiler 185 mit der Wechselstromquelle 123 verbunden ist.

Eine Vormagnetisierung des Transformators 147 ist nicht vorgesehen. Um trotzdem dieselbe Flußänderung während der Öffnungsperiode zu erreichen, muß der Kern 150 desselben unter sonst gleichen Bedingungen ungefähr den doppelten Querschnitt haben, verglichen mit dem Kern 50 des Transformators 47 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1.

An Hand der in den Fig. 8 a bis 8 h, 9 und 10 dargestellten Diagramme wird nachstehend die Arbeitsweise der Gleichrichterschaltung nach Fig. 7 beschrieben, soweit sie sich von derjenigen der Gleidhrichterschaltung nach Fig. 1 unterscheidet. Die Zeitbezeiehnungen stimmen wiederum in sämtlichen zusamme«- gehörenden Diagrammen iiberein. Die Spannungen t'146 und i>152 an den beiden Wicklungen 146 und 152 des Transformators 147 sind unter sich gleich (Fig. 8b). Zwischen den Zeiten t₀₁ und t₂ erscheint, verglichen mit dem analogen Diagramm in Fig. 4b,

ίο eine zusätzliche Spannungszeitfläche. Diese verursacht eine zusätzliche Verspätung im Einsatz der Spannung 1-124 an der Belastung 124 (Fig. 8e), so daß der Mittelwert der Spannung c 124 um 8 bis 10% herabgesetzt wird.

Der Lichtbogenunterdrückungsstromkreis, der die Elemente 170, 171 und 166 enthält, stellt einen Stromweg für den in Fig. 8 g angedeuteten Reststrom ig dar, der im Öffnungsmoment t₇ durch den Anker 128 des elektromagnetischen Schalters 125 fließt. Der Reststrom iß lädt den Kondensator, gebildet durch die sich öffnenden Hälften der Schaltkontakte, dessen Kapazität außerordentlich klein ist. Die Spannung an diesem Kondensator steigt auf einen sehr hohen Wert, trotzdem der Reststrom ig einen sehr geringen Wert hat.

Der Kondensator 171 hat eine viel größere Kapazität; folglich verursacht der Reststrom ig an demselben einen viel langsameren Spannungsanstieg. Das Ventil 166 verhindert eine Umkehr des Stromes, wenn nach der Zeit t₈ die Spannung e 128 an den offenen Schaltkontakten plötzlich auf einen negativen Wert ansteigt. Wenn die Spannung e 128 zur Zeit t₀ wiederum in positiver Richtung ansteigt, wird der Kondensator 171 mit dieser Spannung aufgeladen. Beim Schließen der Schaltkontakte (i_t) kann sich der Kondensator 171 nicht sofort entladen, weil das Ventil 166 sperrt. Der Kondensator entlädt sich in der Zeit t_t bis /₇ über den Widerstand 170.

Der Lichtbogenunterdrückungsstromkreis wirkt als Kondensator mit hoher Kapazität parallel zu den öffnenden Schaltkontakten und absorbiert daher den Reststrom. Andererseits entlädt er sich beim Einschaltvorgang nicht über die geschlossenen Schaltkontakte, womit durch starken Stromanstieg sonst verursachte Schäden an den Kontakten vermieden werden. Auch wenn der Einschaltmoment verzögert wird, fließt wegen des Widerstandes 170 und der Schaltdrossel 144 praktisch kein Strom in der Durchlaßrichtung durch den Lichtbogenunterdrückungsstromkreis. Es ist somit auch dann keine Kondensatorentladung zu befürchten, welche Kontaktschäden anrichten könnte.

Die Regulierung der Gleichspannung erfolgt mittels der Regulierdrossel 180, welche ermöglicht, den Einschaltmoment des Ankers 128 zu verzögern und damit den Mittelwert der Gleichspannung an der Belastung 124 zu reduzieren. Die Spannung c'182, welche an der Wicklung 182 auftritt, ist erforderlich, um den Kern 181 zu magnetisieren. Während dieser Magnetisierungsperiode ist der durch die Wicklung 182, das Ventil 155 und die Erregerwicklung 131 des elektromagnetischen Schalters 125 fließende Strom/155 (in Fig. 8f mit O/182 bezeichnet) noch zu klein, um den elektromagnetischen Schalter 125 zu betätigen. Erst wenn der Kern 181 ganz gesättigt ist, kann der Strom fl55 ungehindert ansteigen und die Einschaltung des elektromagnetischen Schalters 125 herbeiführen. Auf diese Weise wird der Anfang der Leitperiode vom Zeitpunkt t_Q nach t_0l verschoben.

Das Zeitintegral der Spannung t'182 (s. Fig. 8c) ist gleich der Flußzunahme im Kern 181, die in Fig. 10

mit ΛΦ181 bezeichnet ist. Die Größe von Α\Φ181 bestimmt den Wert der Spannung, um den die Spannung an der Belastung bei verzögertem Einschalten reduziert wird. Der Fluß Φ181 reversiert nicht nach der Zeit t₈, außer ein Strom i 183 werde in die Wicklung 181 geschickt (s. Fig. 10). Wenn kein Strom in der Wicklung 183 fließt, ist der Flußwechsel ΑΦ 181 so klein, daß der Einsc'haltmoment nicht verzögert wird, was zur Folge hat, daß die Gleichrichter-Ausgangsspannunghoch ist. Sobald jedoch ein Strom il83 während der Zeit van ί₈ bis t_± durch die Wicklung 183 fließt, und zwar in der durch das Ventil 184 festgelegten Richtung, wird der Fluß Φ181 in einem von der Höhe des an der Wicklung 183 wirksamen Spannungszeitintegrals abhängigen Maße reversiert. Wird der Fluß Φ181 vollständig reversiert, so ist die Verzögerung des Zeitpunktes t₀₁ am größten, und der Gleichrichter arbeitet mit der kleinstmöglichen Spannung. Die Reversierung des Flusses Φ181 mittels der Wicklung 183 kann auf die verschiedensten Wege herbeigeführt werden. Das Beispiel in Fig. 7 zeigt eine sehr einfache Lösung, und zwar mit Hilfe einer Spannung, die proportional zur Generatorspannung e 123 ist und am Spannungsteiler 185 abgenommen wird. Der Magnetisierungszustand des Kernes 181 erreicht somit zur Zeit t₀ einen Wert, der von der Lage des Spannungsteilers 185 abhängt.

Der Effektivwert des Stromes il55 in der Wicklung

182 der Regulierdrossel 180 ist bedeutend kleiner als derjenige des Phasenstromes i 124. Trotzdem steuert die Regulierdrossel die Spannung an und den Strom in der Belastung. Dazu kommt, daß der Steuerstrom Ϊ183 noch viel kleiner ist als der Strom? 155, wodurch es möglich wird, ein Verhältnis von Regelleistung zur geregelten Leistung von 1 : 1000 — oder mehr -— zu erreichen,. Die Regelgeschwindigkeit der beschriebenen Regulierung entspricht ungefähr einer Halbperiode.

Die Regulierdrossel 180, welche die Regulierung der Gleichrichterausgangsspannung über einen sehr großen Bereich ermöglicht, wirkt wie ein magnetischer Verstärker mit den zusätzlichen Vorteilen äußerst kleinen Volumens und hoher Regelgeschwindigkeit.

Eine andere Möglichkeit der Regulierung besteht in der Verwendung eines kleinen magnetischen Verstärkers, dessen Ausgangsstrom über die Regelwicklung

183 geführt wird. Diese Lösung ist z. B. von Bedeutung bei einem mehranodigen Hochleistungsgleichrichter. Auf diese Weise kann nämlich die Ausgangs-Spannung des Gleichrichters und daher seine Leistung über den ganzen Bereich von Null bis zum Nennwert fast unverzögert reguliert werden, und zwar mit einer Regelleistung, welche außerordentlich klein ist im Vergleich zur geregelten Leistung.

An Stelle eines Trockengleichrichters könnte als Ventil 155 eine elektronische Rohre verwendet werden, so daß die Spannung des Gleichrichters durch Gittersteuerumg an diesem Ventil reguliert werden könnte.

Die Vorerregung des elektromagnetischen Schalters 125 erfolgt mittels des Permanentmagneten 163, der die Wicklung40 des Schalters 25 gemäß Fig. 1 ersetzt. Ein Luftspalt 190 von sehr großer Fläche und damit kleinem magnetischem Widerstand überbrückt den Permanentmagneten 163. Ein starker Kurzschlußstrom in der Wicklung 131 erhöht deshalb vornehmlich den magnetischen Fluß im Luftspalt 190 und wirkt nicht entmagnetisierend auf den Permanentmagneten 163.

Der elektromagnetische Schalter 125 kann auch ohne Vorerregung arbeiten, benötigt dann aber einen viel höheren Ansprechstrom.

Der sättigbare Transformator 47 in Fig. 1 bzw. 147 in Fig. 7 weist einen leicht sättigbaren Kern 50 bzw. 150 mit einem Luftspalt 51 bzw. 151 auf. Die Eigenschaften der Magnetkerne 50 und 150 sind dargestellt in Fig. 6 mit Vorerregung und in Fig. 9 ohne Vorerregung. An Hand der Fig. 11a und 11b wird nachstehend eine andere Ausführungsform des sättigbaren Transformators mit gleichen elektrischen Eigenschaften beschrieben.

Die Fig. 11a zeigt den sättigbaren Transformatorkern 250 mit dem Luftspalt 251. Der Kern 250 trägt die Wicklung 252, welche über eine Drossel 258 ohne Eisenkern mit einem Wechselstromgenerator 223 verbunden ist. Die Spannungen e223, ^258 und e252, gemessen am den Elementen 223, 258 bzw. 252, sind dargestellt in den Fig. 12 a, 12 b und 12 c.

Die Generatorspannung e223 (Fig. 12 a) ist eine reine Sinuskurve. Die Spannung e 258 (Fig. 12b) an der Luftdrossel ist gleich der Generatorspannung e 223, sofern der Kern 250 gesättigt ist. Dies ist während der Zeitintervalle t₂ bis t_s und i₄ bis t₁ der Fall. In den Zeitintervallen t₁ bis i₂ und t₃ bis t_i ist der Kern 250 nicht gesättigt. Die Wicklung 252 hat hierbei eine relativ hohe Induktanz, die vom Luftspalt 251 bestimmt wird. Die Generatorspannung e 223 teilt sich in die Spannungen e 258 und e252 im Verhältnis der Induktanzen der Wicklungen 258 und 252. Da der Induktanzwert der Wicklung 252 höher ist als derjenige der Wicklung 258, ist die Spannung e252 höher als die Spannung e258. Die Spannungssprünge zu den Zeiten t_v t₂, t₃ und t_i erfolgen wegen der plötzlichen Sättigung bzw. Entsättigung des Kerns 250. Sobald der Kern 250 gesättigt ist, hat die Wicklung 252 eine vernachlässigbare Induktanz, und die Spannung e 258 ist gleich der Generatorspannung e 223. Der durch diesen Stromkreis fließende Strom i_c verläuft entsprechend diesen plötzlichen Induktanzänderungen, indem während der Intervalle von t_t bis t.₂ und i₃ bis i₄, wenn die Induktanz einen hohen Wert hat, die Stromänderung relativ klein ist. Der Strom i_c ist dargestellt in Fig. 12 d.

Fig. 11b zeigt nun eine Anordnung mit einem sättigbaren Transformator mit Kern ohne Luftspalt, womit die gleichen Spannungs- und Stromkurven erreicht werden. Hochsättigbare Magnetkerne werden gewöhnlich ohne Luftspalt hergestellt, weil die für die Anordnung eines Luftspaltes erforderliche Änderung im Aufbau den magnetischen Eigenschaften, vor allem der Möglichkeit voller Sättigung bei kleinem Strom, entgegenläuft. Der Unterschied der Anordnung nach Fig. 11b gegenüber jener nach Fig. 11a besteht also darin, daß der Kern mit Luftspalt durch einen Kern 260 ohne Luftspalt ersetzt wurde. Außerdem besitzt der Kern 260 eine Sekundärwicklung 261, welche mit einer Induktivität 263 überbrückt ist. In den Zeitintervallen, während denen der Kern 260 gesättigt ist, sind die Schaltanordnungen nach Fig. Ha und Hb identisch und demnach auch die herrschenden Spannungen und Ströme. Wenn der Kern 260 entsättigt ist, zeigt die Anordnung nach Fig. 11b dieselben Eigenschaften wie ein Transformator mit sehr hoher Gegeninduktivität und niedriger Streuung. Die an der Primärwicklung 262 erscheinende Induktivität ist dann gleich der Induktivität 263, sofern die Windungszahlen der Wicklungen 261 und 262 gleich sind. In diesem Falle sind die Anordnungen der Fig. 11a und 11b äquivalent, mit Ausnahme eines kleinen

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Stromes i_A, der im Sekundärkreis fließt. Der Verlauf dieses Stromes i_A ist in Fig. 12 e dargestellt.

Die Fig. 13 a zeigt einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Schaltung mit dem sättigbaren Transformator 47 und der Schaltdrossel 44. Die Fig. 13b zeigt schematisch denselben Schaltungsteil, mit dem Unterschied, daß der Kern 50 des sättigbaren Transformators keinen Luftspalt aufweist und daß die Sekundärwicklung 52 durch eine Drossel 270 überbrückt ist, wie dies vorstehend beschrieben wurde.

Aus den Fig. 1 und 7 geht hervor, daß die Wicklungen 45 und 46 bzw. 145 und 146 den vollen Laststrom führen müssen und daher aus entsprechend starken Leitern herzustellen sind. Es ist möglich, diese beiden Wicklungen durch eine einzige Wicklung zu ersetzen, wie dies in Fig. 13 c gezeigt ist. Die neue Wicklung 271 umschließt die Kerne 272 und 273, welche den Kernen 50 bzw. 43 in Fig. 13 b entsprechen. Die Sekundärwicklungen 274 und 275, (52 bzw. 53 in

In Fig. 15 a sind die Spannungen zwischen den sekundären Klemmen A, B bzw. C und dem Sternpunkt 301 des Transformators 300 auftretenden Phasenspannungen e_A, e_B und e_c als Funktion der Zeit mit punktierten Linien aufgetragen. Die voll ausgezogene Linie stellt die an der Belastung wirksame resultierende Gleichspannung dar. Da die drei Phasenspannungen e_A, L'ß und e_c betragsmäßig gleich groß sind und mit gleichen Zeitintervallen auftreten, findet die Gleichrichtung in drei gleichen Zeitabschnitten während einer Periode der Sinuskurve der Wechselspannung statt. Die Gleichspannung wird dadurch eine Welligkeit von dreifacher Frequenz der Grundspannung erhalten.

Im Sinne einer Vereinfachung der Interpretation der folgenden Figuren wurde der elektromagnetische Schalter in vereinfachter Darstellung gezeichnet. Der ganze Schalter ist in einer punktierten Umklammerung 325 dargestellt, in welcher nur noch der Anker

Fig. 13 b) umschließen nur den Kern 272, und die 20 328, die Erregerwicklung 331 und der Eisenkern 326

Wicklung 276 (42 in Fig. 13 b) umschließt nur den Kern 273. Um bei dieser Anordnung den zwischen den Wicklungen 46 und 45 in Fig. 13 b vorhandenen Potentialpunkt zu erhalten, muß eine zusätzliche Primärwicklung 277 in Reihe mit der Wicklung 274 hinzugefügt werden. Die Spannung an der Wicklung 277 ist gleich der Spannung an der Wicklung 46 (Fig. 13 b), da diese Wicklung nur den Kern 272 umschließt. Diese Maßnahme ergibt das richtige Potential am An-

erkennbar sind.

Die Kemmen A, B und C sind je über eine Wicklung 346 und einen elektromagnetischen Schalter 325 mit der positiven Klemme 302 verbunden. Die Wicklungen 346 sind, wie oben beschrieben, auf die Transformatorenkerne 350 und Schaltdrosselkerne 343 gewickelt. Die Kerne 350 tragen auch zusätzliche Primärwicklungen 377 und daran angeschlossene sekundäre Wicklungen 352, denen die Eisendrosseln 370

fang der Wicklung 274. Die Anordnung nach Fig. 13 c 30 parallel geschaltet sind. In Reihe mit den Wicklungen

ist derjenigen nach Fig. 13 b vollkommen gleichwertig, kann jedoch viel billiger hergestellt werden.

Einphasen-Vollweg-Gleichrichter mit echten Ventilen arbeiten entweder ohne Überlappung bei kapazi-

370 und 352 liegen die Wicklung 382 der Regulierdrossel 400 und das Ventil 355, welche zusammen der Wicklung 346 und dem Anker 328 parallel geschaltet sind. Die Kerne 343 tragen die Vormagnetisierungswelche unter sich und mit einer

Kerns 350 zugehörigen Phase vorangeht. Auf diese Weise wird eine günstige Phasenlage des Vorerregungsstromes erzielt.

Sobald die Spannung einer Phase die Gleichspannung an der Belastung um einen gewissen positiven Wert übersteigt, schließt der elektromagnetische Schalter dieser Phase. Sobald der durch einen elektromagnetischen Schalter fließende Strom gegen Null ab-

tiver oder ohmscher Belastung oder mit Überlappung 35 wicklungen 342,

bei induktiver Belastung. Die Überlappung ist die Drossel 426 in Reihe zwischen die hauptstromführen-

Zeit, während welcher beide Ventile in der gleichen den Pole 301 und 302 geschaltet sind. Die Vormagne-

Richtung Strom führen, wobei der Strom im ersten tisierungswicklungen 353 sind einerseits mit dem

Ventil abnimmt und im zweiten Ventil zunimmt. Bei Sternpunkt 301 des Transformators 300 und andererohmscher oder kapazitiver Belastung sind die Ströme 40 seits über je eine Induktivität 358 mit der Phase ver-

und Spannungen dieselben wie für zwei Einphasen- bunden, die jeweils der der Wicklung 346 desselben Einweg-Gleichrichter, die aufeinanderfolgend arbeiten,
und bei induktiver Belastung liegt der Einschaltmoment des einen Ventils zeitlich vor dem Ausschaltmoment des vorangehenden Ventils. Mit Ausnahme der 45
raschen Stromänderungen während der Überlappungszeit und der Verkürzung der Ein- und Ausschaltstufen
infolge des bei der Überlappung auftretenden Kurzschlusses über die beiden stromführenden Ventile

bleibt die Arbeitsweise bei induktiver Belastung u.n- 5° nimmt, öffnet dieser Schalter, und zwar in der im Zuverändert. Der Gleichrichter (insbesondere die Schalt- sammenhang mit den Fig. 1 und 7 beschriebenen Weise, drossel) wird praktisch für diesen letzteren Fall kon- Die Ähnlichkeit der Arbeitsweise wird auch klar struiert; er ist dann reichlich dimensioniert für die beim Vergleich der Fig. 8a bis 8h und 15a bis 15g, erstgenannten Fälle. Der Übergang von einem Be- wobei zu beachten ist, daß sich die Fig. 8 a bis 8 h auf triebsfall zu einem anderen findet ohne Störung statt, 55 einen mit vorwiegend ohmscher Belastung arbeitenden und das elektromagnetische Ventil zeigt darin die- Einphasen-Gleichrichter, die Fig. 15 a bis 15g dagegen selben Eigenschaften wie ein echtes Ventil. auf einen Dreiphasen-Gleichrichter beziehen, der auf Eine Dreiphasen-Gleichrichtersohaltung, bei der eine Belastung 424 mit außerordentlicher hoher Indukdrei stromgesteuerte Schalteinrichtungen verwendet tivität, dargestellt durch die Drossel 425, arbeitet. Die sind, ist in Fig. 14 dargestellt. Die Arbeitsweise dieses 60 hohe Induktivität im Gleichstromkreis bewirkt eine Gleichrichters ist in der Hauptsache dieselbe wie die- starke Glättung des Gleichstromes, so daß die Summe jenige der mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 7 be- der Phasenströme i_A, ig und Iq praktisch konstant ist. schriebenen Einphasen-Gleichrichter. Die Wechsel- Bei der Dreiphasen-Gleichrichtung ist die Gleichspanstromquelle (nicht gezeigt) wird an die Klemmen IA, nung (s. Fig. 15 a, ausgezogene Linie) kontinuierlicher Ii? und IC angeschlossen. Die Klemmen IA, IB und 65 als bei der Einphasen-Gleichrichtung (*?124 in Fig. 8e). 1 C sind mit einem Dreiphasen-Transformator 300 in Während der Kommutierung des Stromes von einer

Dreieck-Stern-Schaltung verbunden. Der Sternpunkt des Transformators, der zugleich dem negativen Pol des Gleichrichters entspricht, ist mit der Belastung verbunden.

Phase auf die andere nimmt die Gleichspannung den Mittelwert zwischen den beiden maßgebenden Phasenspannungen an, welches eine allen Gleichrichtern entsprechende Eigenschaft ist.

Der Vorerregungsstrom Ϊ353Α des sättigbaren Transformators der Phased ist in Fig. 15c als punktierte Linie dargestellt. Beim Vergleich der Fig. 15 c und 15 a zeigt sich, daß der Strom Ϊ353Α der Phasenspannung e_A voreilt. Fig. 15 c zeigt auch die Spannung e346.-i an der Wicklung 346 der Phased. Im Zeitintervall von t_t bis t_i ist der Vorerregungsstrom ■Ϊ353Α positiv und hält den Transformatorkern350 gesättigt, derart, daß der Transformatorkern 350 vollständig ummagnetisiert werden muß, bevor der Phasenstrom auf Null absinken kann. Die durch die Ummagnetisierung der beiden Kerne 343 und 350 verursachte Ausschaltstufe ist verhältnismäßig lang und während der Zeit von t_e bis f₉ wirksam, gemäß der Spannungs-Zeit-Fläche, die durch die Spannungskurve 346 a in Fig. 15 c eingeschlossen wird.

Wenn die Phasenspannung e_A zur Zeit t₀ einen genügend, hohen positiven Wert erreicht und die Gleichspannung zwischen den Polen 301 und 302 übersteigt, beginnt ein Strom i3SSA zu fließen, und zwar durch die Wicklungen 352, 370, 382, das Ventil 355 und die Erregerwicklung 331 des elektromagnetischen Schalters 325. Wegen des leicht sättigbaren Kerns 381 ist dieser Strom zunächst auf einige Milliampere begrenzt. Die gesamte Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und 302 erscheint dann an der Wicklung 382 (e382A in Fig. 15d). Diese Spannung erscheint auch über dem offenen Kontakt 328 des elektromagnetischen Schalters {e328A in Fig. 15b). Sobald sich der Kern 381 sättigt, verschwindet die Spannung e 328 A, und der Strom i355 A steigt ungehindert an, und zwar gemäß Fig. 15g zur Zeit t_r Der Strom i355A fließt auch durch die Erregerwicklung 331 des elektromagnetischen Schalters 325 und bewirkt beim Erreichen des Ansprechwertes zur Zeit t₂ die Schließung des Schalters 325. Es beginnt ein Strom i328A durch die Wicklung 346 und den Anker 328 zu fließen, der den Schaltdrosselkern 343 ummagnetisiert. Während der Ummagnetisierungsperiode des Kerns 343, der die Einschaltstufe im Zeitintervall t₂ bis t₃ entspricht, erscheint die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten A und 302 an der Wicklung 346 (e346A in Fig. 15Cj. Der Strom Ϊ328Α verbleibt auf dem für die Magnetisierung des Kernes 343 erforderlichen Wert, welcher kleiner ist als IA und in Fig. 15 f dargestellt ist. Während dieser Zeit steigt der Stromi355^4 infolge der immer noch zwischen den Punkten^ und 302 herrschenden Spannungsdifferenz weiter an. Zur Zeit t_s ist der Kern 343 gesättigt, und der Strom i328A steigt ungehindert und schnell auf den Wert des vollen Gleichstromes an, wie dies in Fig. 15 f dargestellt ist. Zur gleichen Zeit nimmt der Strom i355 A gegen Null ab, wie aus Fig. 15 g hervorgeht. Die Summe der Ströme i328A und Ϊ355Α ergibt den Phasenstrom i_A (Fig. 15 e).

Der Anstieg des Stromes in der Phase A verzögert sich um die Zeit, die zur Sättigung des Kernes 381 benötigt wird. In Abhängigkeit von der Größe der Flußänderung im Kern 381 verzögert sich die Kommutierung zwischen den Phasen mehr oder weniger, woraus ein niedrigerer oder höherer Mittelwert der Ausgangs-Gleichspannung resultiert. Diese Spannungsregulierung kann durch die Flußänderungen im Kern 381 bewirkt werden, welche durch einen Hilfsstrom i 383 in der Wicklung 383 herbeigeführt werden können. Die Wicklung 383 ist mit dem Ventil 430 verbunden, das eine Umkehr des Stromes i383 durch den Begrenzungswiderstand 431 verhütet. Die Ventile 430 sind mit der Hauptwicklung 432 sättigbarer Drosseln 433 verbunden, welche die Größe der wirksamen Flußänderung regulieren. Es ist die Phasenspannung e_A, welche hauptsächlich gebraucht wird, um die Flußumkehr herbeizuführen.

Die Gleichspannungsquelle 436, die den Gleichstrom i436 zur Vormagnetisierung der Kerne433 liefert und die für eine sehr kleine Leistung (ungefähr 1 W) ausgelegt ist, bestimmt die Höbe der Ausgangs-Gleichspannung des Gleichrichters. Die Quelle 436 speist die Vormagnetisierungswickkingen 434 über einen Begrenzungswiderstand 435. Falls der Regelstrom i 436 Null ist, ist der in Durchlaßrichtung über das Ventil 430 fließende Strom ζ 383 nur durch den Widerstand 431 begrenzt. Während der negativen Halbperiode der Phasenspannung e_A fließt ein hoher Strom i383. Der Kern 381 wird ummagnetisiert und damit der Einsatz des Stromes i355A verzögert. Demzufolge wird die Schließung des Schalters 325 derart verzögert, daß der Gleichrichter nur eine sehr kleine oder gegebenenfalls gar keine Gleichspannung liefert.

Sobald der Regelstrom £436 einen genügend hohen Wert erreicht, um die Kerne 433 zu magnetisieren (wozu ein sehr geringer Strom ausreicht), wird der Hilfsstrom i 383 infolge der Ummagnetisierung der Kerne 433 verzögert. IJa der Strom £383 während der negativen Halbperiode der Phasenspannung e_A nicht auf einen beachtlichen Wert ansteigen kann, bleibt der magnetische Fluß im Kern 381 unverändert. Auf diese Weise kann der Strom Ϊ355Α sofort ansteigen, wenn die Phasenspannung e_A die Gleichspannung übersteigt. Dadurch wird die Schließung des Schalters 325 mit geringer Verzögerung herbeigeführt, und die Gleichspannung erreicht den höchstmöglichen Wert.

Es ist selbstverständlich, daß mit verschiedenen Zwischenwerten des Regelstromes i436 die Gleichspannung auf jede gewünschte Höhe reguliert werden kann.

Die oben beschriebene Gleichrichterschaltung ist im Prinzip ähnlich derjenigen gemäß Fig. 7, mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher Kern 433 eingeführt wurde. Der Regelkern 433 erlaubt die Regulierung des Gleichrichters durch einen Gleichstrom an Stelle eines pulsierenden Stromes und verlangt eine Regelleistung, welche nicht größer als V_1000000 der Gleichricliterleistung zu sein braucht.

Die Anordnung des Regelkernes 433 mit den dazugehörenden Wicklungen 432 und 434 zusammen mit dem Ventil 430 stellt einen selbstsättigenden magnetischen Verstärker dar. In ähnlicher Weise arbeitet die Regulierdrossel 400 als magnetischer Verstärker, mit dem Unterschied, daß deren Ausgangsstrom Ϊ355Α in Form von Doppelimpulsen erscheint. Die Gleichstromsteuerung kann nicht direkt mit der Regulierdrossel 400 vorgenommen werden, weil die Herbeiführung einer Ummagnetisierung, während der Schalter 325 geschlossen und der Strom i 355 Null ist, die korrekte Unterbrechung der Schaltkontakte beeinträchtigt würde.

Beim Vergleich des Ausgangsstromes des Gleich richters mit dem Regelstrom i436 zeigt sich, daß der Gleichrichter die Eigenschaften eines Verstärkers aufweist mit den Vorteilen eines hohen Wirkungsgrades, kleines Gewichtes, da alle Steuerelemente nur kleinen Strömen ausgesetzt sind, einer kurzen Ansprechzeit und eines außerordentlich hohen Verstärkungsgrades.

Die Öffnung des elektromagnetischen Schalters 325 erfolgt in gleicher Weise wie bei den oben beschriebenen Beispielen gemäß den Fig. 1 und 7. Der Phasenstrom i_A in der Phase A ist gleich dem Ausgangsstrom des Gleichrichters bis zum Zeitpunkt, da die Phase B

Strom zu führen beginnt. Der Strom ig in der Phase B steigt während der Zeit von t_s bis i₆ praktisch auf den vollen Wert des Gleichstromes, und der Strom in der Phased nimmt entsprechend ab, wie dies in Fig. 15e dargestellt ist. Zur Zeit i₆ hat der Strom i_A den Wert erreicht, bei dem sich der Transformatorkern 350 entsättigt. Die Kommutierungsspannung zwischen den Phasen A und B erscheint in der Wicklung 346 der Phased (e346 A in Fig. 15c). Infolge der Induktivität des sättigbaren Transformators nimmt der Strom i_A weniger steil ab (s. Fig. 15 e). Die Spannung e 346 A wird auf die Wicklung352 transformiert; diese hat mehr Windungen als die Wicklung 346, und die Spannung e352A wird dementsprechend höher. Die Transformatorspannung e 352A ist der Anlaß eines neuen Anstieges des Stromes Ϊ355Α (Fig. 15 g). Im gleichen Maße, wie der Strom i355A ansteigt, nimmt der Strom i328A durch den Anker 328 gemäß Fig. 15 f ab. Der Strom Ϊ328Α erreicht den Stufenwert t_v und da sich nun der Kern 343 ebenfalls entsättigt, wird er auf diesem Wert verbleiben. Der Strom Ϊ355Α im Parallelstromweg ist nun praktisch gleich dem Phasenstrom i_A (vgl. die Fig. 15 e und 15 g). Er nimmt weiterhin ab und erreicht zur Zeit t₈ die Grenze des Haltestromes für den Anker 328. Der elektromagnetische Schalter unterbricht daher nur den. geringen, durch die Schaltdrossel bestimmten Stufenstrom.

Die im vorangegangenen beschriebenen Beispiele stellen nur wenige neben vielen möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, wie z. B. Brückenschaltungen, Mehrphasenschaltungen mit Zwischenphasentransformatoren usw., dar.

Es ist auch möglich, für das Ventil 355 in allen Beispielen eine Gasentladungsröhre zu verwenden und die Gleichrichter-Ausgangsspannung durch Gittersteuerung zu regeln.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Synchron betätigte Schalteinrichtung, insbesondere für periodisches Schalten, mit einer in Reihe mit der Schaltstelle liegenden Schaltdrossel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sekundärwicklung eines vom Gesamtstrom der Schalteinrichtung erregten Sättigungstransformators in einem die Reihenschaltung der Schaltstelle und der Schaltdrossel überbrückenden Parallelpfad so angeordnet ist, daß ein von ihr bei Entsättigung des Transformators über den Parallelpfad, die Schaltstelle und die Schaltdrossel getriebener Zusatzstrom an der Schaltstelle die entgegengesetzte Richtung hat wie der zu unterbrechende Strom, dem er sich überlagert.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelpfad ein vorzugsweise ungesteuertes Ventil enthält.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte der Schaltstelle elektromagnetisch gesteuert sind.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erregerwicklung des Schaltmagneten mit der Parallelschaltung der Schaltstelle und des Überbrückungspfades in Reihe liegt.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle durch einen weiteren, ebenfalls ein Ventil enthaltenden Parallelpfad überbrückt ist, dessen eine Anschlußstelle zwischen der Schaltstelle und der Schaltdrossel liegt.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungstransformator vormagnetisiert ist.

7. Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung so ausgelegt ist, daß der Transformator beim Einschalten gesättigt ist.

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungstransformator einen Luftspaltkern hat.

9. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungstransformator einen geschlossenen Magnetkern hat.

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosselspule an eine Wicklung des Sättigungstransformators angeschlossen ist.

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Schalter zwei magnetisierbare und elektrisch leitende Pole aufweist, die zugleich die feststehenden Kontakte bilden, ferner einen Anker, der zugleich als elektrische Schaltbrücke zur Überbrückung der genannten feststehenden Kontakte dient und der in der Öffnungsstellung durch Federmittel an einem den Rückweg begrenzenden Anschlag gehalten wird.

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerstromkreis des Kontaktmagneten die Reihenschaltung eines Ventils und einer Sättigungsdrossel mit regelbarer Vormagnetisierung enthält.

13. Synchron betätigte Schalteinrichtung mit elektromagnetisch gesteuerten Schaltkontakten, deren Steuerkreis die Reihenschaltung eines Ventils und einer Sättigungsdrossel mit regelbarer Vormagnetisierung enthält, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormagnetisierungskreis der Sättigungsdrossel ein elektrisches Ventil enthält und an eine regelbare Wechselspannung angeschlossen ist.

14. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Vormagnetisierungskreis der Sättigungsdrossel ein Verstärker angeordnet ist.

15. Synchron betätigte Schalteinrichtung mit elektromagnetisch gesteuerten Schaltkontakten, deren Steuerkreis die Reihenschaltung eines Ventils und einer Sättigungsdrossel mit regelbarer Vormagnetisierung enthält, insbesondere nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Kaskadenschaltung mehrerer vormagnetisierter und mit je einem Ventil in Reihe geschalteter Sättigungsdrosseln derart, daß der Vormagnetisierungskreis der vorgeordneten Sättigungsdrossel zugleich der Arbeitsstromkreis der nachgeordneten Sättigungsdrossel ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 226 560.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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