DE1148011B - Kontaktgleichrichter mit Schaltdrosseln, bei dem zu den Kontakten induktivitaetsarm ein hochschluckfaehiger Sperrschicht-gleichrichter parallel geschalter ist - Google Patents

Description

• Kontaktgleichrichter mit Schaltdrosseln, bei dem zu den Kontakten induktivitätsarm ein hochschluckfähiger Sperrschichtgleichrichter parallel geschaltet ist Die Nebenwege erfüllen bei Kontaktstromrichtern mit Schaltdrosseln den Zweck, bei der Öffnung des Hauptkontaktes den Stufenstrom der Schaltdrosseln zu übernehmen und dadurch spannungsfreies Öffnen der Kontakte zu ermöglichen. Es ist vorgeschlagen worden, parallel zu den Kontakten hochschluckfähige Sperrschichtgleichrichter induktivitätsarm anzuordnen. Bei dieser Anordnung kann der Kontakt bedeutend größere Ströme ohne schädliches Kontaktfeuer unterbrechen, beispielsweise Ströme bis zu 100 A, während mit den früheren Anordnungen nur Ströme von höchstens 10 A unterbrochen werden konnten. Aus diesem Grund ist es möglich, bei der Verwendung hochschluckfähiger Nebenwege für die Schaltdrosseln ein weniger hochwertiges Material als Nickeleisen zu benutzen, beispielsweise kaltgewalztes Siliziumeisen.
• Die Erfindung besteht nun darin, daß parallel zu dem hochschluckfähigen Sperrschichtgleichrichter induktivitätsarm die Reihenschaltung eines ähnlichen Sperrschichtgleichrichters mit einem Kondensator geschaltet wird, wobei die Durchlaßrichtung dieses Parallelweges umgekehrt ist als die des Arbeitsstromes und des bekannten hochschluckfähigen Nebenweges. Dabei muß der Kondensator in bestimmter Weise gedämpft sein, da er sich sonst auf die höchste auftretende Sperrspannung aufladen würde und damit sich selbst und den vorgeschalteten Gleichrichter wirkungslos machen würde. Sorgt man aber für eine Dämpfung des Kondensators beispielsweise durch einen zum Kondensator parallel geschalteten Widerstand zweckmäßiger Größe, so hat die Anordnung nach der Erfindung verschiedene außerordentlich günstige Eigenschaften. Zunächst wirkt sie als Überspannungsbegrenzer für den normalen Nebenweg-Sperrschichtgleichrichter, denn im Betrieb auftretende Überspannungen, beispielsweise durch Schaltvorgänge, welche den Nebenweggleichrichter in Sperrrichtung überbeanspruchen würden, können durch den Kondensatorkreis sich ausgleichen. Dies kommt der Lebensdauer der Sperrschichtgleichrichter zugute. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Zusatzkreises nach der Erfindung besteht darin, daß der Kontakt auch negative Ströme spannungslos öffnen kann, indem diese negativen Ströme vom Kondensatorkreis durchgelassen werden. Ein weiterer Vorteil des Kondensatorkreises besteht darin, daß er die mit der Rückmagnetisierung der Schaltdrosseln verbundene Erhöhung der Sperrspannung dämpft, indem die Rückmagnetisierung der Schaltdrosseln durch die Wirkung des Kondensators zeitlich in die Länge gezogen wird, so daß die Augenblickswerte der Rückmagnetisierungsspannungen an der Schaltdrossel und damit die Erhöhung der Sperrspannung geringer wird. Diese Wirkung tritt auch auf, wenn der Kondensator keinen vorgeschalteten Gleichrichter erhält, sie wird jedoch durch die Vorschaltung des Gleichrichters nicht wesentlich beeinträchtigt; andererseits verhindert aber der vorgeschaltete Gleichrichter die rückmagnetisierende Wirkung des Kondensatorstromes selbst, so daß die Rückmagnetisierung williger der rückmagnetisierenden Vorerregung der Schaltdrosseln folgt. Schließlich hat die Vorschaltung eines Gleichrichters vor den Kondensator noch den Vorteil, daß in den Fällen, in denen die Kontaktschließung vor dem Nulldurchgang der Kontaktspannung, d. h. bei mehrphasigen Gleichrichtern vor dem Schnittpunkt der Phasenspannungen erfolgt, die Spannung des Kondensators sich nicht stoßartig über den Kontakt entladen kann, was Stoffwanderung an den Kontakten zur Folge haben würde. Einschalten der Kontakte vor dem Phasenschnittpunkt kommt nicht nur ungewollt durch Kontaktzeitungenauigkeiten vor, sondern kann betriebsmäßig von Vorteil sein, wenn Kontaktgeräte mit konstanten, unveränderlichen Kontaktschließzeiten verwendet werden, wobei dann die wechselnde Kommutierungsdauer bei wechselnden Betriebsverhältnissen durch Vorverlegen des Einschaltzeitpunktes ausgeglichen werden kann. In Fig. 1 der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht. 1, 2, 3 sind die Umspannerphasen eines dreiphasigen Gleichrichters in Sternschaltung, 4, 5, 6 die Schaltdrosseln, 7, 8, 9 die Hauptkontakte, 10, 11., 12 die induktivitätsarm zu den Kontakten parallel geschalteten hochschluckfähigen Gleichrichternebenwege. 13, 14, 15 sind die antiparallel angeordneten Sperrschichtgleichrichter, mit denen die gedämpften Kondensatoren 16, 17,- 18 in Reihe geschaltet sind. Die Gleichrichter 10, 11, 12 werden durch Schnellsicherungen geschützt. Dieser Schutz kann bei den antiparallelen Gleichrichtern 13; 14; 15 entbehrt werden, da diese Gleichrichter mit Kondensatoren in Reihe liegen, also niemals kurzschlußartige Rückströme erhalten können. Fig. 2 der Zeichnung zeigt im Zeitdiagramm den Verlauf des Laststromes 1 und der Sperrspannung U am Kontakt. Wie man sieht, ist die Stufe des Stromes 1 durch Vorerregung bis zum Zeitpunkt to über die Nullinie gehoben. Das Ausschalten des Kontaktes erfolgt im Zeitpunkt tau,. Dann übernehmen die Ventile 10, 11, 12 den Stufenstrom vom Zeitpunkt tau, bis zum Zeitpunkt to. Die dabei am Kontakt auftretende Spannung 4 U ist positiv und sehr klein, nämlich gleich der Durchlaßspannung des Nebenweggleichrichters, welche beispielsweise bei einer Germaniumzelle von der Größenordnung 0,5 V ist. Vom Zeitpunkt to bis zum Stufenende t, wird der negative Stufenstrom von dem Kondensatorkreis übernommen.. Dabei steigt die Spannung an diesem Kreis vom negativen Betrag d U allmählich entsprechend der Aufladung des Kondensators an nach der Gleichung Ist beispielsweise der Augenblickswert des Stufenstromes 1= 20A und der Kondensator C 200 - 10-o F, so wird Derartige Spannungsanstiege können von einem Kontakt noch ohne Rückzündgefahr ertragen werden, wenn der Kondensatorkreis genügend induktivitätsarm angeordnet ist, und zwar muß die Induktivität dieses Kreises in der Größenordnung von 10-o H oder sogar 10-7H sein, was unter Umständen besondere Maßnahmen bezüglich des Baus des Kondensatorkreises und des Kondensators selbst erfordert. Ohne den Kondensatorkreis nach der Erfindung würde die Spannung am Kontakt im. Zeitpunkt to, d. h. im Nulldurchgang des Stromes 1; auf die Sperrspannung Usp anspringen, d. h., der Spannungsanstieg würde nur um die Zeit z 1 verzögert sein. Durch den Kondensatorkreis nach der Erfindung wird der Anstieg der Sperrspannung um die Zeit d z verzögert. Dies hat einmal den Vorteil, daß die Spannungssicherheit am Kontakt erhöht wird, bzw. daß der Ausschaltzeitpunkt tuu, näher an den Zeitpunkt to heranrücken bzw. ihn sogar überschreiten darf. Die Verzögerung des Spannungsanstiegs- um die Zeit d z hat jedoch noch den weiteren Vorteil, daß die auf Durchschlag gefährdeten Gleichrichter 10, 11, 12 nach dem Nullwerden ihres Stromes im Zeitpunkt to noch eine Schonzeit ,d z erhalten; während der die Spannung zunächst sehr klein st-Bekanntlich hat dies die Wirkung, daß die durch den Stromdurchgang in den Halbleiterzellen sich anhäufenden Ladungsträger abklingen (entionisieren) können, bevor die Spannung in Rückwärtsrichtung erscheint. Aus Erfahrung ist bekannt, daß dann die Spannungsfestigkeit der Sperrschichtgleichrichter größer ist.
• Statt den Kondensatorkreis nach der Erfindung direkt parallel zu den Kontakten anzuordnen, kann er auch zwischen den Phasen 1, 2, 3 angeordnet werden, was praktisch äquivalent mit der in der Zeichnung gezeigten Schaltung ist. Man kann auch die drei Kondensatorkreise unten zu einem Sternpunkt verbinden und diesen Sternpunkt mit dem Pluspol verbinden, wobei unter Umständen in die Verbindungsleitungen Widerstände eingeschaltet werden können. Diese Schaltung ist auch äquivalent der gezeichneten.
• Bei hohen Anforderungen bzw. bei außergewöhnlich hohen Stufenströmen kann es zweckmäßig sein, die Schwellenspannung d U der Sperrschichtgleichrichter, insbesondere wenn bei hoher Gleichspannung mehrere solcher Gleichrichter in Reihe geschaltet werden müssen, durch Zusatzspannungen uz 1 und uz 2 zu kompensieren. Diese Zusatzspannungen müssen selbstverständlich induktivitätsarm in den Nebenweg eingefügt werden.
• Dadurch, daß nach der Erfindung nicht die ganze Stufe über die Nullinie gehoben zu werden braucht, werden die Ströme am Anfang der Stufe, die vom Kontakt beispielsweise bei Vollast oder Überlast unterbrochen werden müssen, klein, wodurch die thermische Beanspruchung der Sperrschichtgleichrichter herabgesetzt wird. Außerdem kommt dies der Dauerfestigkeit der Kontakte zugute, da durch die nicht ganz zu vermeidende Induktivität des Nebenweges beim Öffnen des Kontaktes gewisse kurzzeitige Überspannungen entstehen, welche um so größer sind, je größer der Strom im Augenblick der Kontaktöffnung ist.
• Durch zweckmäßige Bemessung bzw. Anpassung der D'ämpfungswiderstände der Kondensatoren kann der Nebenweg nach der Erfindung auf seine günstigste Wirkungsweise abgestimmt werden. Unter Umständen ist es auch möglich, mit Hilfe der Dämpfungswiderstände die Spannungssteuerung des Gleichrichters vorzunehmen.
• Die Erfindung kommt nicht nur für die gezeichnete Sternschaltung, sondern vor allem auch für dreiphasige und sechsphasige Brückenschaltungen und für Doppelsternschaltung in Frage. Sie kann mit Vorteil angewendet werden für Kontaktgleichrichter großer Stromstärke im Spannungsbereich zwischen 100 und 1000 V.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kontaktgleichrichter mit Schaltdrosseln, bei dem zu den Kontakten induktivitätsarm ein hochschluckfähiger Sperrschichtgleichrichter aus Germanium oder Silizium oder in Durchlaßrichtung ähnlich extrem niederohmiger Sperrschichtgleichrichter parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß antiparallel und induktivitätsarm zu jedem dieser Sperrschichtgleichrichter die Reihenschaltung eines weiteren Sperrschichtgleichrichters mit einem gedämpften Kondensator geschaltet ist. 2. Kontaktgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorerregung der Schaltdrosseln die Stufe des Laststromes zu einem großen Teil, jedoch nicht vollständig, über die Nullinie angehoben ist. 3. Kontaktgleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von Kondensator und antiparallelem Sperrschichtgleichrichter nicht direkt parallel zu den Kontakten, aber in äquivalenter Schaltung, entweder zwischen den Phasen oder mit einem eigenen Sternpunkt, geschaltet sind. In. Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 922 060; schweizerische Patentschrift Nr. 300 467; ETZ, 62. Jahrgang (1941), Heft 1, S. 4; AEG-Mitteilungen, Bd. 41 (1951), Nr. 9/10, S.205.