DE403546C - Synchron-Gleichrichter mit schwingendem oder rotierendem Kontaktgeber - Google Patents

Description

Ein großer Vorzug der ruhenden, also beispielsweise der elektrolytischen und Quecksilberdampf-Gleichrichter besteht darin, daß das Öffnen und Schließen des zugeführten Wechselstromes in allen Stromzweigen stets mit dem Nulldurchgang der zugehörigen Spannungswelle zusammenfällt, und zwar ganz unabhängig von der Belastung, deren Art und etwaigen Schwankungen in der Periodenzahl, ίο Demgegenüber sind die an sich vorzüglichen elektromechanischen oder Synchron Gleichrichter wesentlich ungünstiger, da zwischen dem Stromdurchgang an den Kontaktstellen und den Schließungs- bzw. Öffnungszeiten keineswegs ein sicherer, zwangläufiger Zusammenhang besteht. Zwar kann man durch sorgfältiges Justieren und Anpassen an eine bestimmte Belastungsart (induktiv oder induktionsfrei, gegenelektromotorische Kraft usw.) gerade für diese ein funkenfreies Arbeiten erzielen; immerhin setzt der geschilderte Mangel die allgemeine Verwendungsmöglichkeit der Synchron-Gleichrichter stark herab.

Die Erfindung beseitigt die erwähnten Nachteile und erlaubt, nach einmaliger Einstellung der Kontakte eine beliebige Belastung und beliebige Stromverbraucher anzuschließen; dadurch wird der Synchron-Gleichrichter bezüglich Betriebssicherheit den ruhenden Gleichrichtern gleichwertig, zum Teil ihnen sogar überlegen. Die Erfindung besteht darin, daß man zur Entlastung des Schließungskontaktes des Syn- | chron-Gleichrichters unmittelbar parallel zu den j Unterbrechungsstellen des Kontaktgebers ein ; oder mehrere elektrische Ventile anschließt, wo- i bei die Wirkungsdauer des mechanischen Kontaktgebers durch geeignete Wahl der Abmessungen kürzer gewählt wird als die Durchlässig- ' keit des elektrischen Ventils. ;

Zum besseren Verständnis sei auf die Abb. 1 j bis 8 hingewiesen. j

Abb. ι möge den sinusförmigen Verlauf einer j Wechselstromkurve darstellen. Ein idealer Gleichrichter müßte zwischen α und b den Stromkreis geschlossen halten, zwischen b und c dagegen offen.

Bei einem Synchron-Gleichrichter können die Schließungs- oder Öffnungszeiten den ideellen vor- oder nacheilen und zu einem Feuern führen, das die Kontakte bald zerstören würde. Um das Auftreten von Funken oder Lichtbogen an den Kontaktstellen sicher zu verhindern, wird die in j Abb. 4 gezeichnete Schaltung gewählt, die beispielsweise einen Pendel-Gleichrichter veran- j schaulicht. Darin bedeutet m den wechselstromgespeisten Steuermagnet, dessen polarisierter Anker α synchron schwingt. Kontakt A₁ und Ankerarm f schließen rythmisch den Stromkreis der Wechselstromquelle -p und führen somit dem Gleichstromverbraucher ν eine gleichgerichtete Spannung zu. Kontakt k₂ ist Leerkontakt und dient nur zur Hubbegrenzung. Der schwingende Anker α besitzt noch einen zweiten Arm f, der mit dem Federkontakt c in Berührung steht. Federkontakt c und ^₁ stehen über eine kleine elektrolytische Ventilzelle ζ in Verbindung. Die Zelle ζ bietet den großen Vorteil, daß nunmehr die Schließungs- und Öffnungszeiten nicht genau mit den ideellen Zeitmomenten zusammenfallen müssen, sondern, wie in Abb. 2 dargestellt, nach den Punkten d und e sich verschieben dürfen. An der Kontaktstelle k_x tritt ein der in Abb. 2 schraffierten Fläche entsprechender Stromimpuls auf, während die elektrolytische Zelle (bestehend z. B. aus einer Aluminium-Eisen-Kombination) die in Abb. 3 dargestellten Stromanteile aufnimmt. Da letztere sehr klein ausfallen, darf auch die Zelle ζ kleine Abmessungen aufweisen und wird einer Wartung kaum bedürfen.

Würde die Zelle ζ mit dem Anker α dauernd in Verbindung stehen, so würde während der sogenannten Stromundurchlässigkeit die Zelle ζ die ganze Wechselspannung absperren müssen. Da man bei solchen Zellen zweckmäßigerweise über 60 Volt pro Zelle nicht hinauszugehen pflegt, würde dies bei höheren Spannungen die Reihenschaltung mehrerer Zellen bedingen. Gleichzeitig würde die erhöhte. Zellenzahl beim öffnen an der Kontaktstelle A₁ einen merklichen Spannungsabfall hervorrufen, der unter Umständen auch ein leichtes Feuern hervorrufen könnte. Um bei einer Zelle bleiben zu können, ist der Federkontakt c vorgesehen, der die Verbindung nach der Zelle ζ in den Zeitmomenten i und j herstellt, dazwischen jedoch unterbricht (vgl. Abb. 2 und 3).

Beim Laden von Akkumulatoren durch die Pendel-Gleichrichter ist zu beachten, daß mit zunehmender Gegenspannung E der Batterie, vgl. Abb. 5, bei konstanter Wechselspannung die gleichgerichteten Stromimpulse immer kürzer werden, da die Batterie nur Strom aufnimmt, wenn die Ladespannung höher ist als die gegenelektromotorische Kraft derselben. Bei Zunahme von E auf E' würde — die Spannungshalbwelle s vorausgesetzt — die Dauer eines Ladeimpulses von t auf V abnehmen.

Eine Anpassung an die hiermit verbundene

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Verschiebung der Schließungs- und Öffnungszeiten ist mit einem Synchron-Gleichrichternicht ohne weiteres möglich. Um eine weitgehende Unabhängigkeit von der Belastungsart zu erzielen, ist gemäß Abb. 4 in an sich bekannter Weise noch eine Drosselspule d mit dem Stromverbraucher in Reihe geschaltet, die genügend groß zu bemessen ist, um selbst bei Batterieladung mit niedrigem oder hohem Ladestrom Stromkurven zu erhalten, wie aus Abb. 6 und 7 ersichtlich. T/₂ bedeutet eine halbe Periode, die Stromimpulse werden durch die Drosselspule selbst bei Vorhandensein einer gegenelektromotorischen Kraft gleich oder größer ausfallen

ig als einer halben Periode entspricht. Nunmehr "■ kann mit Leichtigkeit die Kontaktgebung dauernd so eingestellt werden, daß ζ. Β. A₁ während des Zeitabschnitts t₀ und die Zelle ζ während der Zeitabschnitte I₁ und t₂ die Stromleitung

ao übernehmen.

Schließlich kann mit Vorteil auch die in Abb. 8 gezeichnete Verbesserung angebracht werden. Diese besteht in an sich bekannter Weise in einer auf den Anker α ausgeübten Richtkraft in dem Sinne, daß die resultierende Zugwirkung eine Verlängerung der Öffnungszeit auf Kosten der Schließungsdauer bewirkt. Dies könnte beispielsweise durch einen auf den rechten Arm f ausgeübten, nach oben gerichteten Federdruck erzielt werden. Besser ist jedoch, auf den Anker α in passender Richtung eine magnetische Kraft einwirken zu lassen, wobei ein permanenter Magnet oder auch ein stromdurchflossenes Solenoid χ in Betracht kommen kann. In letzterem Falle wird die Möglichkeit geboten sein, die Amperewindungen etwa mit einer Veränderlichen Belastung in Zusammenhang zu bringen, z. B. mit der Spannung der zu ladenden Batterie b. Steigt, wie dies oben bereits dargelegt wurde, die Ladespannung, so steigt auch die zusätzliche Zugwirkung, und die Schließungszeiten werden weiter Verkürzt. Hierbei könnte unter Umständen auch die Drosselspule d fortgelassen werden.

Statt Pendel-Gleichrichter können nach der Erfindung auch andere Synchron-Gleichrichter, insbesondere solche mit rotierenden Teilen, z. B. mit rotierendem Kommutator, zum Zweck der Funkenunterdrückung mit parallel geschalteten Ventilzellen ausgerüstet werden. Als Ventilzellen kommen nicht nur elektrolytische in Betracht, sondern auch Entladungsröhren, Quecksilberdampf-GleichrichterundähnlicheApparate, die sich von dem Synchron-Gleichrichter durch das Fehlen bewegter Kontakte unterscheiden.

Es sind bereits Schaltungen bekannt, bei

welchen elektrolytische Zellen, sogenannte Polarisationszellen oder auch elektrolytische Ventilzellen die Arbeitsweise von mechanischen Gleichrichtern zu verbessern bestimmt sind. Dieselben erscheinen jedoch niemals in direkter Parallelschaltung zur Unterbrechungsstelle, sondern entweder in Reihe mit Selbstinduktionen, beispielsweise mit besonderen Drosselspulen kombiniert, oder in Reihe mit der Wechselstromerregerspule bei Pendel-Gleichrichtern und liefern somit ein anderes Ergebnis als der Erfindungsgegenstand. Die elektrischen Ventile der neuen Anordnung führen im Gegensatz zu den sogenannten Polarisationszellen unabhängig von der Zeitdauer des Stromdurchganges stets nur Ströme gleicher Richtung und sind somit zur Entlastung der Öffnungs- bzw. Schließungskontakte weitaus besser geeignet als Polarisationszellen.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Synchron-Gleichrichter mit schwingendem oder rotierendem Kontaktgeber, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar parallel zu den Unterbrechungsstellen des Kontaktgebers ein oder mehrere elektrische Ventile angeschlossen sind, wobei die Wirkungsdauer des mechanischen Kontaktgebers durch geeignete Wahl der Abmessungen kürzer gewählt wird als die Dauer der Durchlässigkeit des elektrischen Ventils, zum Zweck, den Kontaktgeber vor und nach dem Stromschluß zu entlasten.

2. Synchron-Gleichrichter nach Patent- go anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ventil während der sogenannten stromundurchlässigen Periode größtenteils ausgeschaltet ist.

3. Synchron-Gleichrichter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im gleichgerichteten Stromkreise eine Drosselspule eingeschaltet ist, die bewirkt, daß die Stromimpulse bei allen Belastungen von nahezu gleicher Dauer sind.

4. Pendel-Gleichrichter nach Patentanspruch i, gekennzeichnet durch eine auf den schwingenden Anker ausgeübte zusätzliche und einseitige Richtkraft, die eine Verlängerung der Öffnungszeiten auf Kosten der Schließungsdauer bewirkt.

5. Pendel-Gleichrichter nach Patentanspruch ι und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Richtkraft durch ein stromdurchflossenes Solenoid erzielt wird, dessen no Amperewindungen von den Strom- oder Spannungsverhältnissen im Primär- oder Sekundärkreis des Gleichrichters abhängig sind.

Hierzu t Blatt Zeichnungen.