DE389628C - Vorrichtung zum Schalten eines Wechselstromes in bestimmter Phase - Google Patents

Description

Die beim Ein- und Ausschalten von Wechselstrom auftretenden Ausgleichsströme und die damit verbundenen Erscheinungen werden vielfach als Störungen empfunden. Sie können allerdings auch nutzbar gemacht werden, z. B. kann der Rußeffekt zur Erzeugung von Induktionsstößen hoher Spannung benutzt werden. Aber gleichviel, ob man die Ausgleichsströme und Überspannungen unterdrücken oder nutzbar machen will, in jedem Fall ist es von Vorteil, die Stromphase bei der Ein- und Ausschaltung in der Gewalt zu haben, um die Erscheinungen zu •beherrschen, deren ganzer Verlauf von der Phase abhängt. Auch bedarf die physikalisch-technische Untersuchung der Schaltvorgänge eines Apparates, der bei einer bestimmten, vorgeschriebenen Strom- oder Spannungsphase zu schalten gestattet.

Es ist nun bei mechanischen Wechselstromgleichrichtern bekannt, für bestimmte Teile der Perioden Kontakt zu machen, also in einer vorgeschriebenen Phase, ein- und auszuschalten. Bei diesen Apparaten wird aber kein Dauerzustand mit Bezug auf die Ein- oder Ausschaltung des Wechselstromes hergestellt, vielmehr sind die Schaltvorgänge der Natur der Sache nach ununterbrochen wechselnde.

Die Aufgabe, einen Wechselstrom in bestimmter Stromphase endgültig ein- oder auszuschalten, wird gemäß der Erfindung durch eine Zusammenstellung mehrerer Schalter gelöst, die von einer beliebigen, der zu schaltenden Spannung synchron laufenden Welle angetrieben werden. Das Zusammenarbeiten dieser Schalter wird durch folgende Überlegung bestimmt: Der rotierende Kontakt am Synchronmotor ist das einfachste Mittel, um bei jeder erwünschten Phase die Ein- oder Ausschaltung zu erhalten. Schluß oder Öffnung des Stromkreises bleiben aber nur so kurz bestehen, daß während dieser Zeit kein Handschalter zum dauernden Schließen i oder Öffnen betätigt werden kann. Die Schließungs- oder Öffnungszeit muß also verlängert werden. Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß mit dem Synchronkontakt ein zweiter Kontakt in Reihe geschaltet ist, der längere Öffnungs- -und Schließungszeiten hat, der beispielsweise mit ein Zehntel der Umdrehungszahl des Synchronkontaktes angetrieben wind. Damit nun stets .der schnelllaufende Synchronkontakt 'den Kreis schließt, muß er beim Einschalten des laugsameren Kontaktes stets offen sein und darf erst geschlossen werden, wenn der zweite schon geschlossen ist. Hat der zweite Kontakt als Umdrehungszeit ein ganzes Vielfaches des eisten, so ist dies leicht zu erreichen, da dann jeder Stellung des zweiten Kontaktes eine ganz bestimmte des ersten zugeordnet ist. Sollte die Schließungs- und Unterbrechungszeit des zweiten Kontaktes noch zu kurz sein, so kann ein dritter noch langsamer umlaufender Kontakt in gleicher Weise ange-

*) Von dem Patentsucher sind als Erfinder angegeben worden:

Dr. Frit\ Ährberg in Berlm-Halensee und Otto Sieber in Charlottenburg.

ordnet werden, wie der zweite dem ersten zugeordnet ist. Auch bei dieser Anordnung ist ein rechtzeitiger Schluß des Stromes gewährleistet, wenn er immer durch den Synchronkontakt hergestellt wird.

I'm an den Kontaktvorrichtungen den einmal hergestellten Schluß so lange aufrechtzuerhalten, bis ein die Kontaktvorrichtungeu insgesamt überbrückender Handschaltrr für ίο die Dauer eingeschaltet ist, wird die Vnterlrechungsstelle am Synchronkoiitakt und gegebenenfalls auch die am zweiten Kontakt durch je einen weiteren, mit dem nachgeordneten langsameren Kontakt zweckmäßig gemeinsam angetriebenen Kurzschlußkontakt für längere Zeit kurzgeschlossen. Der Kurzschluß erfolgt, ehe der parallel liegende Synchronkoiitakt unterbricht.

Aiii den gleichen Anordnungen kann auch, indem sie in umgekehrter Reihenfolge betrieben werden, der Strom in einem bestimmten Zeitpunkt unterbrochen werden.

Die Wirkungsweise der Schaltung läßt sich in dem Schema nach Abb. 1 leicht übersehen, bei dem es sich beispielsweise um die Anschaltung eines Transformators T an ein Xetz .V handelt. α ist der schnellaufendc, /; ein laugsamer laufender, d ein noch langsamer laufender Synchronschalter, Zi₁ ein Handschalter. Dk* Schalter liegen sämtlich in Reihe und müssen in der Reihenfolge/;,, d. b, ff geschlossen werden. c und c sind Kurzschlußschalter; sie müssen offen sein, während α schließt. Wenn aber α wieder unterbricht, muß c schon geschlossen sein; ebenso muß, wenn h unterbricht, c geschlossen sein, und zwar so lange, daß genügend Zeit: bleibt, um den die gesamte Kontaktanordnung kurzschließenden Handschalter //., einlegen zu können.

Schematisch veranschaulicht Abb. 2 die Ausführung der Schalter als rotierende Schalter an einem Beispiel. Abb. 3 zeigt die Kontaktscheiben der Abb. 2 in fortlaufende gerade Streifen aufgerollt und gibt eine Übersicht über die Zeitfolge der Kontakte. Die Maßstäbe der einzelnen Streifen sind so gewählt, daß sie in irgendeinem Zeitpunkt, z. B. ;;;„, von den Bürsten berührten Stellen der Streifen senkrecht übereinanderliegen.

Die Scheibe I wird von einem Synchronmotor M angetrieben. Die Scheiben II und TTI empfangen ihren Antrieb ebenfalls von der Motorwelle. Die Kupplung ist beispielsweise durch Kettentriebe /,, f., angedeutet. Mit der Scheibe IT ist eine Scheil e II', mit der Scheibe IU eine solche III' verbunden. Mit den Scheiben wirken ruhende Bürsten Ba. Bb. Bc, Bd und Bc zusammen, deren Indizes den Schaltern der Abb. 1 entsprechend gewählt sind.

I'm eine klarere Darstellung zu bekommen. ist die Übersetzung der Geschwindigkeit von einer Scheibe zur nächsten nur ziemlich gering angenommen, nämlich wie (Ί : 1. Es läuft also die Scheibe II sechs mal langsamer , als T, und III sechs mal langsamer als If. Dann müssen die Geraden, welche die Kontaktkreise der Scheibe II vorstellen, im sechsfachen Maßstab aufgetragen sein wie die von T, die Geraden der Scheibe IT Γ im sechsfachen Maßstab wie die von II. Die Kontaktscheiben bestehen jede aus einem leitenden und isolierenden Teil; die leitenden Teile sind mit Buchstaben der Schalter nach Abb. ι bezeichnet, bei den isolierenden / erscheint dieser Buchstabe als Index. Auf den Scheibenachsen sind mit deren leitenden Teilen verbundene Schleifringe .■>■ angeordnet, über deren Bürsten die .Schaltverbindungen verlaufen. Abb. 2 stellt die Schalter in der Stellung dar, welche der linken Kante der Abb. 3, dem Zeitpunkt in, entspricht.

Nach obigen Überlegungen sind die Kontaktstücke der Schaltvorrichtungen derart gegeneinander versetzt, daß b vor (7 schließt, (/ vor b, und daß andererseits c schließt, ehe α unterbricht, und c' schließt, ehe /* unterbricht. Die Zeitdauer der Schlüsse und der Unterbrechungen kann außerdem für besondere Fälle durch Veränderung der Länge der Kontaktstücke verändert werden. In der Abb. 2 ist die Dauer für Kontakt und Unterbrechung gleich groß angenommen, so daß die Kontaktsegmente. Halbkreise bilden. Soll b nach d und vor c Kontakt macheu, so muß die Senkrechte durch den Anfang B von /> in Abb. 3 rechts vom Anfang D von d und links vom Anfang £ von e liegen. In der Abbildung liegt B zeitlich in der Mitte zwisehen beiden. Der Abstand von D und /: ist zugleich so groß gewählt, daß die !anschaltung von e eintritt, wenn die Bürste h_h in der Mitte des Kontaktstückes h steht. Daraus ergibt sich eine \"ersetzung der Kontaktsegmented und e gegeneinander von 30". Ebenso wie b gegen d und c verhält sich a gegen b und c. Die ,Senkrechten m deuten die Verbindungen in verschiedenen Zeitpunkten an.

Zum Einschalten legt man nach Einstellung der Synchronkontaktscheibe I auf die gewünschte Phase den Handschalter Zi₁ in dem längeren Zeitraum ein, während dessen die Schalter d und c unterbrochen haben, z. B. an dem Zeitpunkt m an der linken Kante der Abb. 3. Es schließen dann nacheinander erst d, dann b, dann α (vgl. Schaltungsschema Abb. i). Im Zeitpunkt Hi₁ gleich nach Stromschluß ist der Pol P durch die Kontaktstücke a, b, d angeschlossen; im Zeitpunkt m., durch c. b, d und im Zeit-

punkt Hi₃ durch e und d, ebenso in m₄. Während die Bürsten auf e und d schleifen, muß der Handschalter A₂ eingelegt werden.

Beim Ausschalten läßt man die Scheiben rückwärts laufen, so daß in Abb. 3 die Zeit von rechts nach links fortschreitet. Während die Bürsten auf d und e liegen, z. B. im Moment 7K₄, öffnet man den Schalter A₂, dann liegt P noch über e und d an der Leitung. Im Zeitpunkt m~ ist c schon geschlossen, und kurz nachher schließt auch b, so daß, wenn e unterbrochen hat, z. B. im Zeitpunkt ni₂, der Pol P noch über c, b, d an Leitung liegt. Bei Wz₁ schaltet α ab, nachdem es im letzten Moment noch über b und -d angeschlossen war, und nun ist für längere Zeit unterbrochen; denn wenn α wieder einschaltet, ist b schon ausgeschaltet, und wenn b wieder einschaltet, ist d schon ausgeschaltet. Die Unterbrechung bleibt dann so lange, bis d wieder einschaltet, so daß man mit A₁ mittlerweile endgültig ausschalten kann.

Indessen ist es auch möglich, ohne Änderung des Drehsinnes auszuschalten. Schaltet man A₂ aus, während die Bürsten auf d und e · liegen, so wird bei der angenommenen Länge der Kontakte der Strom bei D' (vgl. Abb. 3)

- unterbrochen. Würde der Kontakt d bis D" verlängert und c bis E", so würde bei D" ausgeschaltet, würde e aber unverändert ge- , lassen, so würde die Unterbrechung bei B" ' (im Moment Mi₅) erfolgen. Die Einstellung j des Zeitpunktes -würde entsprechend der größere α Umdrehungszahl von II genauer sein i als bei D". Würde man weiter c um die \ rechte schraffierte Hälfte verkürzen (D" bleibt), so würde die Ausschaltung bei C" (im Moment m_a) erfolgen. Würde man c um das* rechte Drittel verkürzen, so würde die Ausschaltung an α im Moment w_T erfolgen. In letzterem Fall wäre die Einstellung am genauesten. Durch die erwähnten Änderungen würden die vorhin genannten Einschaltungsvorgänge (vgl. JH₂) noch nicht gestört werden, doch dürfte man c nicht viel weiter verkürzen. Natürlich könnte man auch die Länge von a ' verändern. -Es ergibt sich, daß man bei gleichbleibendem Drehsinn sowohl ein- als ausschalten kann, und zwar ist der Phasen-So unterschied von Ein- und Ausschaltung, d. h. der Überschuß der Einschaltezeit über die Dauer der vollen in dieser Zeit verlaufenden Perioden, von der Einschaltezeit, also von der Länge der Kontaktsegmente abhängig.

Man kann füglich auch den Apparat auf eine beliebige Ausschaltungsphase einstellen, dann aber ist die zugehörige Einschaltungsphase durch die Länge der Kontaktstücke gegeben.

Die Wirkungsweise des Apparates bleibt unverändert, wenn die Kupplung der Kontaktscheiben während der Einstellung der Phase des Synchronschalters α unverändert gelassen wird. Die Verstellung der Scheibe I bedingt dann eine entsprechend kleinere Verstellung der Scheiben II, II' und III, III', bei der die gegenseitige Lage der Kontakte in Abb. 3 unverändert bleibt, woraus sich ergibt, daß die Einstellung der Phase die Wirkung des Apparates im übrigen nicht stört.

Claims (6)

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zum Schalten eines Wechselstromes in bestimmter Phase mit Hilfe einer synchron rotierenden Kontaktanordnung, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere in Reihe geschaltete, mit stufenweise in festen Verhältnisse abnehmender Winkelgeschwindigkeit angetriebene Kontaktorgane (a, b, d), deren Kurzschließer (c, e, A₂) parallel geschaltet sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß jedes Kontaktorgan später als das nächste mit ihm in Reihe geschaltete, langsamer laufende Kontaktorgan schließt und erst nach Überbrückung der Kontaktstelle durch den zugehörigen Kurzschließer unterbricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Kontaktorgane (a, b, d) außer dem letzten (d) ein langsam umlaufender Kurzschließer (c bzw. e) parallel geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Kontaktorgan an (z. B. b) und der die Kontaktstelle des vorhergehenden schneller laufenden Kontaktorgans (z. B. a) überbrückende Kurzschließer (z. B. c) mechanisch miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Kontaktschlusses und der Unterbrechung an den einzelnen Kontaktorganen verschieden groß ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Kontaktschlusses für zwei mechanisch verbundene Kontaktorgane verschieden groß ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einschaltung einer Umsteuerung zur Änderung des Drehsinnes zwischen der Antriebswelle und der Kontaktanordnung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.