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Anordnung zur Umformung von Wechselstrom mittels" eines synchron mit
dem umzuformenden Wechselstrom arbeitenden Kontaktgerätes Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Umformung von Wechselstrom, die äus einem Kontaletgerät mit synchron
mit .dem umzuformenden Wechselstrom bewegten Kontakteai besteht, das über besonders.
ausgebildete und bemessene Drosseln mit magnetischem. Kern, sog. Schaltdrosseln,
gespeist wird. Der magnetische Kern einer solchen Schaltdrossel ist so berechnet,
daß er bei den. 'hohen Augenblickswerten des Wechselstromes gesättigt ist und sich
in der Nähe .des Stromnulldurchgaiges (also bei Stromwerten unter etwa z Amp.) entsättigt,
wodurch in .der Nähe des Stromnulldurchganges eine im folgenden als stromschwache
Pause bezeichnete Zone von stark verminderter Stromstärke geschaffen wird, in der
.eine praktisch ,funkenfreie Umschaltung bzw. Unterbrechung der Stromkreise erfolgen
kann, in denen der umzuformende Strom. fließt. In 'derartigen Umformungsanordnungen
wird also der Strom im wesentlichen durch unmittelbaren metallischen Kontaktschluß
übertragen. Gasentladungen treten nicht öder. nur in sehr geringem Maße auf. Man
kann diese Anordnungen insbesondere zur Umformung von mehrphasigen Wechselströmen
`in Gleichstrom benutzen, wobei die Schaltdrosseln. entweder unmittelbar oder über
einen Transformator an das mehrphasige Wechselstromnetz angeschlosssen sind und
das Schaltgerät durch einen geeigneten Antrieb, z. B. Synchronmotor; angetrieben
wird. Bei den bekannten Gleichstromerzeugungs- bzw. -,umformungsanlagen wird die
Kommutation .entweder in üblicher Weise mit Hilfe eines gewöhnlichen Kollektors
oder mit Hilfe von einzelnen Schwingungskontakten vorgenommen. Die Wendespannung
wird hierbei im Innern der Maschine, d. h. also beispielsweise mit Hilfe von Wendepolen,
Widerstandsverbindungen o. dgl.; oder auch mit Hilfe des Widerstandes der Stromabnahmebürsten
erzeugt.. Anordnungen, bei denen eine Beeinflussung :deskommutierenden Stromkreises
überhaupt nicht vorgesehen ist, sind über das Stadium von Versuchen mit sehr geringen
Leistungen nicht hinausgekommen und haben infolgedessen nicht zur praktischen Verwirklichung
geführt.
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Demgegenüber stellt die Verwendung von Schaltdrosseln ein von- dem
Bekannten abweichendes System insofern dar, als mit Hilfe der Schaltdrosseln die
zur Kommutierung erforderliche Wendespannung außerhalb des: Erzeugers
und
Örtlich unabhängig von diesem hervorgebracht wird. Dadurch wäre an sich die Möglichkeit
geschaffen, einen besonderen Stromerzeuger zu ersparen und das zur Umformung dienende
Kontaktgerät samt den Schaltdrosseln an ein beliebiges W,echs:elgtromnetz ;anzuschließen.
Beim heutigen Stand der Technik steht überall ein derartiges Netz zur Verfügung,
im Gegensatz zu früheren Zeiten; in denen vielfach einzelne größere Verbraucher
-durch einen eigenen Stromerzeuger gespeist wurden, weil eine Stromübertragung auf
weitere Entfernungen und eine zentrale Stromerzeugung in großen Kraftwerken noch
nicht eingeführt war.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß. gerade der nächstliiegende
Gedanke, das Kontaktgerät mit den die Wendespannung erzeugenden Schaltdrosseln zusammen
an ein beliebiges Netz ;anzuschließen, in diesem Falle unvorteilhaft ist: Der Nachteil
dies=er Maßnahme beruht auf folgenden Verhältnissen: Bei diesenUmformungsanordnungenkommt
es zur Ermöglichung eines anütandlosen B=etriebes .darauf an, :daß die Kontaktschließung
und -öffnung immer in der richtigen Phasenlage zu dem umzuformenden Wechselstrom
stattfindet- Durch eine zusätzliche B=elastung mit einem anderen Stromverbraucher
kann die Klemmenspannung gegenüber der EMK des Stromerzeugers verändert werden.
Die Veränderung ist beispielsweise besonders: stark wenn zwischen dem- Stromerzeuger
und der Kontaktanordnung ein. Transformator eingeschaltet ist und wenn die zusätzliche
Last aus Ohinschen Widerständen besteht. Dann ist die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung
des Transformators gegenüber der EMK des Stromerzeugers um einen beträchtlichen
Phasenwinkel verschoben. übersteigt die Verschiebung einen durch die gegebenen
Ver-
hältnisse festgelegten Betrag, so kann es geschehen, daß die Schließungs-
oder öffnungszeitpunkte der Kontakte; die von der Läge des mit ihm gekuppelten Polrades
des Generator's und damit mit der Phasenlage der EMK zeitlich zusammenhängen, außerhalb-
der von den Schaltdrosseln hervorgerufenen und -.daher mit dem Verlauf der den Schaltdrosseln
zugeführten Klemmenspannung zeitlich verknüpften stromschwachen Pause fällen. Die
Folge davon ist, daß di=e Kontakte feuern. Es ist hierbei nicht einmal notwendig,
daß die Belastung unsymmetrisch ist, sondern wie aus dem vorher Gesagten hervorgeht;
kann das Feuern auch bei vollkommener Aufrechterhaltung der Symmetrie auf der Sekundärseite
des Transformators vorkommen: Noch ärger ist es, wenn in dem Wechselstromnetz; aus:
welchem der Umformer gespeist ist, ein=e Störung, insbesondere ein Kurzschluß, :oder
auch eine sonstige besonders starke Belastung einzelner Phasen eintritt. In diesem
Fall geht beispielsweise bei einem Drehstromnetz die Symmetrie der drei .Phasenströ=me
verloren. Infolgedessen treten in einer oder mehreren Phasen des Schaltgerätes starke
Entladungserscheinungen :auf, welche den Betrieb unmöglich machen können: Man müßte
also den Umformer in jedem solchen Störungsfall durch Selbstschalter abschalten,
was seine praktische Brauchbarkeit sehr stark beeinträchtigen würde: Nach der Erfindung
wird nun dieser Nachteil dadurch behoben, daß zur Speisung der Umformungsanordnung
ein besonderer, mit ihr mechanisch gekuppelter Generator vorwendet wird, an den
weitere Verbraucher 'überhaupt nicht oder nur mit der Maßgäbe angeschlossen sind,
däß durch das Ab- und Zuschalten oder weiteren Verbraucher die Phasenlage der der
Umformungseinrichtung zugeführten Spannung gegenüber der EMK des Generators höchstens
so weit verschoben werden kann, daß an sämtlichen Unterbrechungsstellen die zeitliche
Lage der Kontaktöffnung innerhalb der von der Schaltdrossel hervorgerufenen stromschwachen
Pause gesichert ist.
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Hierdurch ist ein in sich abgeschlossener Umformersatz geschaffen,
der nicht mehr durch fremde Verbraucher oder durch Kurzschlüsse in fremden Netzteilen
gestört werden kann und mit dem man Ströme hoher Spannung und Stromstärke praktisch
funkenfrei oder mit sehr geringer Entladungserscheinung umformen kann: Bei niedriger
Spannung und sehr hoher Stromstärke verwendet man mit Vorteil Schaltgeräte mit metallischen
Kontakten, die eine Abhebebewegung ausführen; weil hierdurch di=e Reibungsverluste,
die bei rotierenden Umformern kleiner Spannung den Wirkungsgrad sehr stark herabsetzen,
vermieden sind. Bei s=ehr hoher unizuformender Spannung besteht der Vorteil der
Erfindung ;gegenüber den bekannten Kommutatormaschinen auch darin, daß das Schaltgerät
mit einer verhältnismäßig geringen Zahl von Schaltsegmenten ausgeführt werden kann,
wodurch unschwer eine hohe Isolationssicherheit erzielbar ist.
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In .der Zeichnung ist ein solcher Umformer-Satzsinnbildlich dargestellt.
i ist ein Drehstromerzeuger, der mit dem Schaltgerät z auf einer gemeinsamen Welle
3 sitzt. Das Schaltgerät 2 besitzt mehrere Kontaktsätze 4. Die beweglichen Kontakte
werden von :einer Nökkenscheibe § angetrieb=en und führen eine Abhebebewegung aus.
Der Strom des Dreh-Stromerzeugers i wird über einen Transformator 6 und die drei
"Schaltdrosseln 7,: 8 und 9
in das Schaltgerät z hineingeschickt.
Der gleichgerichtete . Strom wird durch die Leitungeri io und i i abgeleitet. Der
Drehstromerzeuger i wird von- .einer Antriebsmaschine i z angetrieben. Däe Drosselspulen
können mit' dem Transformator zu einem einzigen Gerät vereinigt sein. Bei Wegfall
des Transformators kann der Drehstrom-' generator so gebaut sein,. daß seine Spannungskurve
nicht, wie gewöhnlich, sinusförmig ist, sondern eine derartige Verzerrung durch
Oberwellen aufweist, daß dadurch bereits die sonst von den Drosseln erzeugte stromschwache
Pause verursacht wird, so daß die Drosseln in Fortfall kommen. - Dies ist aber nur
deswegen zulässig und praktisch ausführbar, weil die Widerstandswerte und sonstige
Konstanten des im wesentlichen nur aus Generator und Kontaktgerät bestehenden Stromkreises
leindeutig bestimmt :und daher' die etwa durch Blindwiderstände hervorgerufene-
Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung sowohl für die Grundwelle als auch
für die Oberwellen von. vornherein bei der Festlegung der Spannungskurve des: Generators
so berücksichtigt werden können., saß die gewünschte Stromverzerrung jedesmal in
der richtigen Zeit eintritt.
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Ein Aggregat, wie beschrieben bzw. in der Zeichnung dargestellt, vermag
mit Vorteil einen Hochstrom-Gleichstrom-Generatox zu ersetzen, dessen Wirkungsgrad
bekanntlich infolge der Bürstenübergangs- und Bürstenreibungsverluste verhältnismäßig
schlecht ist.