DE1112566B - Anordnung zum Schliessen einer elektromagnetisch gesteuerten Wechselstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

• Anordnung zum Schließen einer elektromagnetisch gesteuerten Wechselstromschalteinrichtung Die Erfindung betrifft die Verbesserung einer elektromagnetisch gesteuerten Wechselstromschalteinrichtung, vorzugsweise für Starkstrom, mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Rückstellkraft und mit mehreren Steuerstromkreisen, mit deren Hilfe die Kontakte in einem vorgegebeneh Zeitpunkt der Wechselspannungsperiode miteinander in Berührung gebracht werden. Bei derartigen Schalteinrichtungen stehen sich die beiden Forderungen einer möglichst kurzen Eigenzeit und der Prellfreiheit beim Einschalten gegenüber. Die gleichzeitige Erfüllung beider Forderungen bereitet Schwierigkeiten, die mit der Erfindung beseitigt werden können. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schließvorgang in zwei aufeinanderfolgenden Bewegungsschritten durchgeführt wird, indem der bewegliche Kontakt aus seiner Ausschaltstellung zunächst durch eine mittels eines ersten Steuerkreises hervorgerufene Änderung der Magneterregung in eine ZwischensteRung gebracht wird, in welcher die Kontakte bei Gleichgewicht der Magnetkraft und der Rückstellkraft einander genähert, aber noch nicht geschlossen sind, und daß danach mit I-Elfe eines zweiten Steuerstromkreises in Abhängigkeit vom Augenblicksverlauf der Wechselspannung eine weitere Erregungsänderung hervorgerufen wird, welche die in Einschaltrichtung wirkende Kraft erhöht, so daß die Kontakte vollends geschlossen werden.
• Zur Erläuterung wird folgendes ausgeführt: Im Verlauf von Untersuchungen der Einschaltvorgänge bei Abhebekontakten wurde gefunden, daß es für das prellfreie Einschalten erforderlich ist, daß der Anker zunächst mit kleinerer Geschwindigkeit herangeholt und erst bei einer kürzeren Entfernung mit einer größeren Kraft angezogen wird. Dann besitzt der Anker im Berührungsaugenblick eine kleinere kinetische Energie und einen größeren Anpreßdruck, als wenn der Anker mit einer zeitlich konstanten Erregung von der Größe des Ansprechwertes beschleunigt wird. Zur Verringerung der Prellneigung erweist sich ferner ein weiteres Anwachsen der Erregung über den Ansprechwert. hinaus auch nach dem Schließen des Kontaktes als vorteilhaft. Die Erfindung beruht nun, ausgehend vom Betrieb eines Schaltgleichrichters, auf folgenden Erwägungen: Im Schaltgleichrichterbetrieb teilt sich im allgemeinen die Periode in zwei Bereiche auf. Im ersten Bereich kommen nur die Einschaltungen, im zweiten nur die Aussehaltungen des Kontaktes vor. Daher läßt sich der Schaltmagnet außer mit der obenerwähnten Erregung noch zusätzlich mit einem periodischen, fest eingestellten, einseitigen Impuls erregen, dessen Dauer dem für das Einschalten zur Verfügung stehenden Bereich etwa gleich ist. Für die Erzeugung von solchen einseitigen Impulsen ist nach einem früheren Vorschlag ein unsyminetrischer Reihentransduktor besonders gut geeignet, der aus einer Reihenschaltung zweier gegensinnig vorerregter Sättigungswandler mit ungleichen übersetzungsverhältnissen besteht.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar handelt es sich hier um einen Schaltgleichrichter zum Anschluß an Drehstrom. Mit 12 ist eine speisende Wicklung, beispielsweise die Sekundärwicklung eines Gleichrichtertransformators, bezeichnet. An diese ist der Schaltgleichrichter in Sternpunktschaltung mit einem Gleichstromverbraucher 9 angeschlossen. Von den drei Phasen des Schaltgleichrichters ist nur eine vollständig ausgeführt, die beiden anderen sind in gleicher Weise zu ergänzen. An die Speisewicklung 12 sind in Reihenschaltung angeschlossen: eine Schaltstelle 3 mit einer Schaltdrossel 2 und eine Hauptstromerregerwicklung 4 eines Schaltmagneten 8, der durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Der Anker des Schaltmagneten 8 kann vorteilhaft zugleich die bewegliche Schaltbrücke des Schalters 3 sein. Die Schaltdrossel wird zweckmäßig mit einer Vormagnetisierung versehen, die an sich bekannt und in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Magnet 8 trägt außer der Hauptstromwicklung 4 noch drei weitere Erregerwicklungen 5, 6 und 7. Es werde angenommen, daß der Schließzeitpunkt innerhalb einer Halbwelle beispielsweise in den Grenzen von 0' (= Schnittpunkt der Spannungen der einander ablösenden Phasen, entsprechend Vollaussteuerung) bis 901 (entsprechend Teilaussteuerung auf Spannung Null) verstellbar sein soll, dann soll, vorteilhaft während dieses Verstellbereiches die zusätzliche, die Vorbereitungsstellung herbeiführende Erre#gung wirksam sein. Zu diesem Zwecke ist die Erregerwicklung6 über die Arbeitswicklungen zweier Sättigungswandler 13 und 14, deren übersetzungsverhältnisse verschieden sind, und über eine Vorrichtung 15 zur Einstellung der Phasenlage an die Speisewicklung 12 angeschlossen. Die Sättigungswandler 13 und 14 sind mit Gleichstrom gegensinnig erregt. In der Erregerwicklung 6 entsteht infolgedessen ein Strom von trapez- bzw. rechteckförmigem Verlauf mit kürzeren, positiven und längeren, jedoch dafür niedrigeren negativen Abschnitten. Die Wicklung 7 liefert eine weitere Erregung des Schaltmagneten 8, welche die negativen Abschnitte des Rechteckstromes ausgleicht, und ist in Reihenschaltung mit den Gleichstromwicklungen der Sättigungswandler 13 und 14 sowie mit einem Einstellwiderstand 16 und einer Stabilisierungsdrossel 17 an eine Gleichspannungsquelle PN angeschlossen.
• Der Erregerstrom, welcher die. endgültige Einschaltstellung herbeiführt, fließt durch die Wicklung 5 und die mit ihr in Reihe liegenden Schaltelemente, nämlich ein gesteuertes Ventil 18, einen Einstellwiderstand 19 und eine Sammlerbatterie 20. Diese Reihenschaltung liegt zur Reihenschaltung des Kontaktes 3 und der Schaltdrossel 2 parallel. Die genannten Schaltelemente werden vorteilhaft so bemessen und aufeinander abgestimmt, daß der Erregerstrom in der Wicklung 5 nach der Zündung des Ventils 18 steil genug ansteigt, damit der Anker aus der Vorbereitungsstellung mit monoton wachsender Beschleunigung in die Einschaltstellung übergeht.
• Ferner wird vorteilhaft dafür gesorgt, daß der Erregerstrom nach Erreichen der Endstellung des Magnetankers zunächst noch weiter ansteigt. Auf diese Weise können Prellungen weitgehend verhindert werden.
• Im Betrieb wird das Einschalten jedesmal in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst wird der Schaltmagnet 8 durch einen einseitig gerichteten Impuls vorgesteuert, der aus dem Zusammenwirken der Erregerwicklungen 6 und 7 resultiert und den Schalter in die Vorbereitungsstellung führt, indem er den Anker mit dem beweglichen Schaltstück näher an die Gegenkontakte heranbringt. Eine geeignete Rückstellkraft, z. B. eine Feder, die am Magnetanker angreift, sorgt dafür, daß dieser die Vorbereitungsstellung nicht vorzeitig überschreitet, bevor der Steuerbefehl zum Einschalten durch die Erregung der Wicklung 5 gegeben wird. Dann erst durchläuft der Anker und mit ihm das bewegliche Schaltstück den restlichen Weg. Er braucht dazu weniger Zeit als ohne Vorbereitungsstellung für den gesamten Weg, und die Neigung zum Prellen ist dadurch, daß der Anker mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit auf die Gegenkontakte auftrifft, beseitigt.
• Die Schaltdrossel 2 und die Hauptstromwicklung 4 wirken bei der beschriebenen Steuerung der Ankerbewegung nicht mit. Aufgabe der Schaltdrossel ist es bekanntlich, die Kontakte beim Ein- und Ausschalten von Spannungs- bzw- Strombeanspruchungen zu entlasten. Durch die Hauptstromwicklung 4 wird, wie ebenfalls bekannt, unter dem Einfluß des nach der Kontaktschließung ansteigenden Hauptstromes der Kontaktdruck verstärkt, bis sich der Hauptstrom kurz vor der Kontaktöffnung wieder dem Nullwert nähert.
• Zum öffnen des Kontaktes läßt man den Erregerstrom- in Wicklung 5 zunächst auf den Haltewert abfallen. Er wird alsdann auf diesem Wert so lange konstant gehalten, bis der Zeitpunkt zum Abschalten gekommen ist. Dann läßt man den Erregerstrom möglichst schnell auf Null abnehmen. Auf diese Weise verschwindet die Haltekraft des Ankers plötzlich, und der Kontakt entfernt sich mit großer Beschleunigung von den Gegenkontakten. Von der oben beschriebenen Einschalt-Vorsteuerung durch einen einseitigen, sich über 901 erstreckenden Impuls bleibt der Ausschaltvorgang unbeeinflußt, da er außerhalb des vorgenannten Bereiches liegt. Entsprechend der schnell zunehmenden Entfernung der Kontakte wächst auch die Spannungsfestigkeit gegen Rückzündungen.
• Ein schneller Anstieg des Erregerstromes beim Einschalten und sein -schnelles Abfallen beim Ausschalten vermindern außerdem die Streuung der Schaltzeiten.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zum Schließen einer elektromagnetisch gesteuerten Wechselstromschalteinrichtung mit einer in öffnungsrichtung wirkenden Rückstellkraft und mit mehreren Steuerstromkreisen, mit deren Hilfe die Kontakte zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der Wechselspannungsperiode miteinander in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließvorgang in zwei aufeinanderfolgenden Bewegungsschritten durchgeführt wird, indem der bewegliche Kontakt aus seiner Ausschaltstellung zunächst durch eine mittels eines ersten Steuerkreises hervorgerafene Änderung der Magneterregung in eine Zwischenstellung gebracht wird, in welcher die Kontakte bei Gleichgewicht der Magnetkraft und der Rückstellkraft einander genähert, aber noch nicht geschlossen sind, und daß danach mit Hilfe eines zweiten Steuerstromkreises in Ab- hängigkeit vom Augenblicksverlauf der Wechselspannung eine weitere Erregungsänderung hervorgerufen wird, welche die in Einschaltrichtung wirkende Kraft erhöht, so daß die Kontakte vollends geschlossen werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt aus der Ausschaltstellung entgegen einer wegabhängigen Federkraft durch einen vom ersten Steuerkreis in Abhängigkeit vom Verlauf der Wechselspannung des zu schaltenden Stromkreises hervorgerufenen Erregerimpuls in die Zwischenstellung gebracht wird. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zweiten Steuerstromkreis hervorgerufene Erregungsänderung, durch welche die Kontakte vollends geschlossen werden, mit so steilem Verlauf durchgeführt wird, daß der bewegliche Kontakt aus der Zwischenstellung mit monoton wachsender Beschleunigung in die Schließstellung gebracht wird. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zweiten Steuerstromkreis hervorgerufene Erregungsänderung nach der Kontaktschließung fortgesetzt wird. 5. Anordnung nach Anspruch 2 für den Betrieb mechanischer Stromrichter, deren Schließzeitpunkte innerhalb eines gewissen Bereiches der Wechselspannungsperiode verstellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt bereits zu Beginn des vorgesehenen Verstellbereiches durch die vom ersten Steuerstromkreis hervorgerufene Erregungsänderung in die Zwischenstellung gebracht wird und daß die veränderte Erregung dieses Steuerstromkreises über den ganzen Verstellbereich aufrechterhalten wird. 6. Anordnung nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt mit Hilfe eines von der Wechselspannung abgeleiteten Erregerstromes von mindestens angenähert rechteckiger Kurvenforin in die Zwischenstellung gebracht wird. 7. Anordnung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Steuerstromkreis zwei in Reihe geschaltete, gegensinnig vormagnetisierte Sättigungswandler, vorzugsweise mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen, angeordnet sind. 8. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen dritten Steuerstromkreis, durch welchen die negativen Abschnitte des über die Reihenschaltung der Sättigungswandler fließenden Stromes ausgeglichen werden. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Magneterregerwicklung im Vormagnetisierungskreis der Sättigungswandler in Reihenschaltung angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 726 679, 842 809, 842 224; schweizerische Patentschrift Nr. 264 108.