DE700220C

DE700220C - Kontaktumformer

Info

Publication number: DE700220C
Application number: DE1936S0121946
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-03-14
Filing date: 1936-03-14
Publication date: 1940-12-16

Description

Kontaktumformer Es ist bekannt, bei einem Kontaktumformer den Stromverlauf . an der Unterbrechungsstrecke mit Hilfe einer mit dieser in Reihe geschalteten und durch Sättigung ihren Widerstandswert selbsttätig verändernden Drossel derart zu beeinflussen, daß jedesmal in der Nähe des Stromnulldurchganges eine stromschwache Pause entsteht. Statt der einen Blindwiderstand bildenden Drossel kann natürlich auch ein Wirk- oder ein beliebiger Scheinwiderstand mit selbsttätig veränderlichem Widerstandswert verwendet werden. Bei einem derartigen Kontaktumformer kann nach einem früheren Vorschlag zwecks Regelung des Stromes bzw. der Spannung eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der die Größe der durchgelassenen Halbwellen geändert werden kann. Dann ergeben sich-.aber möglicherweise bei übertragung größerer Leistungen, insbesondere auch bei Anwendung höherer Spannungen, Schwierigkeiten bezüglich der Kommutierung; insbesondere wenn die Umformungsanordnung mehrpolig ist, herrschen für die Stromunterbrechung je nach dem Regelgrade verschiedene Bedingungen. Um diesen Bedingungen folgen und die jedesmalige Ausschaltung der einzelnen Phasen im günstigsten Augenblick vernehmen zu können, wird nach der Erfindung bei einem Umformer der erwähnten Art in Verbindung mit der genannten Regeleinrichtung eine weitere Einrichtung zur Verstellung des jedesmaligen Ausschaltzeitpunktes gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung vorgesehen, mit der der Ausschaltzeitpunkt abweichend von einer etwaigen Veränderung des Einschaltzeitpunktes derart verstellt werden kann, daß der Ausschaltzeitpunkt bei jeder der verschiedenen Stellungen des Einschaltzeitpunktes stets innerhalb der stromschwachen Pause liegt. Man kann z. B. für die beiden Schaltvorgänge je einen Synchronmotor verwenden, dessen Phasenlage veränderlich bzw. dessen Gehäuse verdrehbar ist.
Die Steuerung des Ausschaltzeitpunktes muß je nach der Höhe der zu übertragenden Leistung und der Spannung sowie nach der Art der angeschlossenen Stromkreise, Stromquellen bzw. Stromverbraucher den verschiedenartigsten Bedingungen genügen und wird daher mittelbar oder unmittelbar von mancherlei Größen abhängig gemacht, die im speisenden oder im gespeisten Stromkreise auftreten und von denen im nachfolgenden einige Beispiele erwähnt sind.
In vielen Fällen genügt es, die Verstelleinrichtung für den Ausschaltzeitpunkt mit einer Verstelleinrichtung für den Einschaltzeitpunkt derart zu kuppeln, daß die Verstellung dieser beiden Schaltzeitpunkte stets gemeinsam, und zwar in entgegengesetzter Richtung erfolgt, jedoch beim Ausschaltzeitpunkt um einen geringeren Betrag als beim Einschaltzeitpunkt. Je später also jedesmal eingesch-,1 eL wird, u--,-n so früher wird ausgescnaltet, oder mit anderen Worten: je geringer der Aussteuerungsgrad ist, um so kürzer ist die Überlappungszeit, während der zwei verschiedenphasige Elektroden gleichzeitig mit derselben Gegenelektrode verbt4= den sind und somit die Kommutierung stattfindet. Eine derartig gekuppelte Verstelleinrichtung ist an sich bekannt bei einem Stromwender, dessen Stege keilförmige Schleifflächen besitzen und der axial gegenüber den Bürsten verschoben werden kann. Hierbei werden jedoch wegen der symmetrischen Gestalt der Stege die Ausschaltzeitpunkte stets um den gleichen Betrag verstellt wie die Einschaltzeitpunkte. Damit aber die günstigsten Kommutierungsbedingungen erzielt werden, ist es notwendig, den Ausschaltzeitpunkt, wie erwähnt, um einen geringeren Betrag zu verstellen als den Einschaltzeitpunkt.
Die Steuerung des Ausschaltzeitpunktes kann mit an sich bekannten Mitteln, beispielsweise mit elektromagnetischen Einrichtungen, in selbsttätige Abhängigkeit von der Belastung gebracht werden, damit sie dem ebenfalls mit der Höhe der Belastung wandernden günstigsten Kommutierungsaugenblick zu folgen vermag.
Arbeitet der Umformer auf eine Gleichstromgegenspannung, z. B. einer Akkumulatorenbatterie, so kann. wie auch sonst bekannt, die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhängigkeit von der Höhe dieser Gleichstromgegenspannung oder, wie ebenfalls an sich bekannt, von der Differenz zwischen treibender Spannung und Gegenspannung gesteuert werden.
Da auch die Welligkeit des . Gleichstromes von Einfluß auf die Kommutierung ist, wird erfindungsgemäß bei nicht vollständiger Glättun- die Einstellung des Ausschaltzeitpunktes je nach dem Glättungsgrad des Gleichstromes verändert. Man kann dabei die Funkenbildung am besten unterdrücken, wenn man den Ausschaltzeitpunkt auf die Nähe des Nulldurchganges der Stromkurve der betreifenden Phase einstellt. Sind Wechselstrom oder -spannung nicht rein sinusförmig, so ist noch auf Größe und Phasenlage der Oberwellen Rücksicht zu nehmen und gegebenenfalls die Steuerung des Ausschaltzeitpunktes auch davon. abhängig zu machen. Das gleiche gilt von etwa vorhandenen Unsymmetrien iri Wechselstrornteil mehrphasiger Anordnungen.

Mit besonderem Vorteil können die eingangs erwähnten Sättigungsdrosseln verwendet werden, wenn sie nach einem bekannten Vorbilde in Verbindung mit mechanischen Umformern verwendeter Induktivitäten mit

einer Vormagnetisierung versehen sind. Die

Veränderung dieser Vormagnetisierungstellt

eine von mehreren Möglichkeiten dar, das

obenerwähnte früher vorgeschlagene Regel-

verfahren durchzuführen. Hierbei ist es be-

sonders vorteilhaft, die sich sättigende Dzos-

sel als sog. Schaltdrossel mit einem Magnet-

kern aus einer hochwertigen Eisensorte von

großer Permeabilität und mit scharfem Sät-

tigungsknick auszubilden und gegebenenfalls

einen vorzugsweise kapazitiven Nebenpfad zur

Unterbrechungsstelle parallel zu schalten,

durch den der Anstieg der bei jedem Unter-

brechungsvorgang wiederkehrenden Span-

nung zu Beginn der Kontaktöffnung wesent-

lich verlangsamt wird. Durch gleichzeitige

gemeinsame Anwendung der veränderlichen

Vormagnetisierung und der veränderlichen

Ü berlappungszeit werden besonders günstige

Verhältnisse hinsichtlich der Größe des be-

he rr schten # Regelbereiches erzielt.

Besitzt der Umformer von Nocken gesteuerte

Abhebekontakte, so werden nach der wei-

teren Erfindung die Steuernocken in Achs-

richtung langgestreckt und konisch zulaufend

geformt, so daß durch axiale Verschiebung

der Nockenwelle eine Verstellung der Schalt-

zeitpunkte und damit eine Änderung der

Überlappungsdauer bewirkt wird.

Wenn mehrere Stromumformer parallel ge-

schaltet werden und auf einen gemeinsamen

Verbraucher, z. B. ein galvanisches Bad;

arbeiten sollen, so braucht man außer der

Einrichtung zum Regeln der Gesamtbe-

lastung, die für alle Gleichrichter der Gruppe

gemeinsam gesteuert ist, noch eine zweite

Regeleinrichtung für die Lastverteilung auf

die einzelnen Gleichrichter und zum Heraus-

nehmen bzw. Hinzuschalten eines Gleichrich-

ters zu der übrigen Gruppe. Nach der wei-

teren Erfindung wird daher der Stromum-

former mit einer zweiten Regeleinrichtung

versehen, die entweder ebenfalls mechanisch

ist oder aber magnetisch oder elektrisch

arbeitet. Eine solche zweite Regeleinrich-

tung kann beispielsweise die obenerwähnte

sich sättigende Drossel mit veränderlicher

Vormagnetisierung sein. Eine andere zusätz-

liche Regelmöglichkeit besteht aus einer Ein-

richtung zur Verstellung des Abstandes zwi-

schen einem bestimmten Punkt, z. B. dem

äußeren Totpunkt, der Hubbahn des beweg-

lichen Kontaktes einerseits und dem festen

Kontakt andererseits.

Die beschriebenen Maßnahmen sind zur

Verbesserung der Kommutierung auch dann

nützlich, wenn der Einschaltzeitpunkt unver-

ändert und der Aussteuerungsgrad konstant

bleibt.

Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbei-

spiel für die Erfindung eine dreiphasige

Umformungsanordnung nebst Zubehör in sinnbildlicher Darstellung. i i bezeichnet die Primär-, 12 die in Stern geschaltete Sekundärwicklung eines Transformators. An diesen sind über Drosselspulen 13, deren Kern 24 beispielsweise aus einer Eisensorte mit geringer Remanenz und großer Permeabilität, scharfem Sättigungsknick sowie hoher Sättigungsinduktion besteht und bereits bei einer geringen Erregerstromstärke gesättigt ist, die festen Kontaktstücke 14 angeschlossen, denen die periodisch bewegten Kontaktstücke i § gegenüberstehen. Letztere werden durch eine gemeinsame Welle 16 mit versetzt angeordneten Nocken 17 über je einen Stößel i8 entgegen der Kraft der Feder i 9 abwechselnd mit den festen Gegenkontakten 14 in Berührung gebracht. Die Nocken haben in Achsrich:ung keilförmigen Verlauf, die Nockenwelle 16 ist in gleicher Richtung verschiebbar. Die Verstellung geschieht" selbsttätig, z. B. mittels einer magnetischen Einrichtung 27 und eines ihr entgegenwirkenden Energiespeichers 28. Die Magneteinrichtung 27 wird je nach dem in einem bestimmten Falle gegebenen Bedarf in Abhängigkeit von der Höhe der zu übertragenden .Leistung, der Spannung, der Art der angeschlossenen Stromkreise bzw. Stromquellen oder Stromverbraucher gesteuert. Die Welle 16 wird über eine Kupplung 29, welche eine axiale Verstellung der Welle 16 zuläßt, durch einen Motor 2o synchron angetrieben, der über einen Drehtransformator 21 ebenfalls an die Sekundärseite 12 des Transformators angeschlossen ist, so daß die Kontakte synchron mit dem Verlauf des Drehstromes geschaltet werden. Mit Hilfe des Drehtransformators 21 kann die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber dem Verlauf des. zu schaltenden Stromes verändert werden. Außer dieser gleichmäßigen Verstellung des Ein- und Ausschaltzeitpunktes ist die gegenseitige Verstellung dieser beiden durch die axiale Verstellung der konischen Nocken möglich und damit durch gleichzeitige Betätigung beider Einrichtungen jede beliebige Lage des Einschaltzeitpunktes und unabhängig davon auch des Ausschaltzeitpunktes erzielbar.

Der Gleichstromkreis führt von den beweglichen Kontakten 15 über eine Glättungsdrossel 22 und die Last 23 zum Sternpunkt der Transformatorwicklung 12. Zwecks Verbesserung der - Kommutierungsbedingungen sind die Eisenkerne 2q. durch Erregerwicklungen 25 vormagnetisiert, die für die drei Phasen in Reihe geschaltet und über einen Regulierwiderstand 26 an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Die Veränderung dieser Vormagnetisierung bietet eine weitere Regelmöglichkeit.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Kontaktumformer, bei welchem der Stromverlauf an der Unterbrechungsstrecke mit Hilfe eines mit dieser in Reihe geschalteten Wirk-, Blind- oder Scheinwiderstandes mit selbsttätig veränderlichem Widerstandswert derart beeinflußt wird, daß jedesmal in der. Nähe eines Stromnulldurchganges eine stromschwache Pause entsteht, dadurch gekennzeichnet, däß in Verbindung mit einer Einrichtung zur Regelung des Stromes bzw. der Spannung durch Änderung der Größe der durchgelassenen Halbwellen eine weitere Einrichtung zur Verstellung des jedesmaligen Ausschaltzeitpunktes gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung vorgesehen ist, mit der der Ausschaltzeitpunkt abweichend von einer etwaigen Veränderung des Einschaltzeitpunktes derart verstellt werden kann, daß der Ausschaltzeitpunkt bei jeder der verschiedenen Stellungen des Einschaltzeitpunktes stets innerhalb der stromschwachen Pause liegt.
2. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung für den Ausschaltzeitpunkt mit einer Verstelleinrichtung für den Einschaltzeitpunkt derart gekuppelt ist, daß die Verstellung dieser beiden Schaltzeitpunkte stets gemeinsam erfolgt, jedoch beim Ausschaltzeitpunkt um einen geringeren Betrag als beim Einschaltzeitpunkt.
3. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in At)-hängigkeit von der Belastung gesteuert wird. q.. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhängigkeit von der Höhe einer etwa vorhandenen Gleichstromgegenspannung gesteuert wird. 5. Kontaktumformer nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhängigkeit von der Differenz zwischen treibender Spannung und Gegenspannung gesteuert wird. 6. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhängigkeit vom Glättungsgrad des Gleichstromes gesteuert wird. 7. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhängigkeit von der Unsymmetrie des mehrphasigen Wechselstromes gesteuert wird. B. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstel- lung des Ausschaltzeitpunktes in Abhän- gigkeit von Größe und Phasenlage der Oberwellen des NVechselstroines gesteuert wird. Kontaktumformer nach Anspruch i, bei welchem der Reihenwiderstand aus einer Schaltdrossel mit hochgesättigtem, sich jedesmal in der Nähe eines Strom- nulldurchganges entsättigendem Eisen- kern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Ausschaltzeitpunktes in Abhr:ngigkeit von einer etwa vorhan- denen veränderlichen Vorinagnetisierung dieser Schaltdrossel gesteuert wird. j o. Kontaktumformer nach Anspruch i mit von Nocken angetriebenen Abhebe- kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuernocken in Achsrichtung der Antriebswelle in konisch zulaufender Form über eine bestimmte Länge er- strecken, um welche sie gleichzeitig axial verschiebbar sind.

i i. Kontaktumformer nach Anspruch i mit einer mechanischen Einrichtung zum Verstellen der Schaltzeitpunkte, insbesondere nach Anspruch io, dadurch ge@ kennzeichnet, daß eine zweite mechanische, magnetische oder elektrische Regeleinrichtung vorgesehen ist. 12. Kontaktumformer nach Anspruch i i, bei welchem der Reihenwiderstand aus einer Schaltdrossel mit hochgesättigtem, sich jedesmal in der Nähe eines Stromnulldurchganges entsättigendem Eisenkern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Regeleinrichtung eine Vormagnetisierungswicklung für die Schaltdrossel mit einer in weitem Bereich veränderlichen Erregung vorgesehen ist. 13. Kontaktumformer nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Regeleinrichtung eine Regeleinrichtung, zum Verstellen des Abstandes zwischen dem äußeren Totpunkt der Hubbahn des beweglichen Kontaktes und dem festen Kontakt vorgesehen ist.