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Schaltanordnung für Wechselstrornunterbrechungseinrichtungen, insbesondere
für periodische Schaltungen zu Umformungszwecken Es ist bekannt, bei Unterbrechungseinrichtungen
mit mechanisch bewegten Kontakten für Wechselstrom, insbesondere bei periodisch
arbeitenden und deshalb zu Umformungszwecken geeigneten Unterbrechungseinrichtungen
zur Erleichterung des Unterbrechungsvorganges mit der Unterbrechungsstelle eine
sogenannte Schaltdrossel in Reihe zu schalten, deren Kern nur bei sehr kleinen Werten
der magnetischen Erregung ungesättigt ist- und sich bei Überschreitung eines bestimmten
Wertes der Erregung sprunghaft sättigt, der nur einen Bruchteil in der Größenordnung
von %,o oder l/laoo der Nennerregung ausmacht. Die Wirkung einer solchen Schaltdrossel
beruht darauf, daß sie die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes herabsetzt, ja sogar
eine Stromänderung überhaupt nahezu verhindert, solange sich ihr Magnetkern in ungesättigtem
Zustande befindet. Die Schaltdrossel führt dadurch in der Stromkurve eine Abflachung
herbei, die für gewöhnlich in der Nähe des Stromnullwertes liegt. Durch Beeinflussung
der magnetischen Kennlinie, z. B. durch eine zusätzliche Vormagnetisierung des Schaltdrosselkernes,
kann der Wert des Hauptstromes, bei welchem sich der Drosselkern sättigt bzw. entsättigt
und demzufolge die Abflachung der Stromkurve eintritt, auf eine gewünschte, vom
Nullwert abweichende Höhe eingestellt werden. Es ist bekanntgeworden, diese Möglichkeit
verschiedenen Zwecken dienstbar zu machen, z. B. mit Hilfe von zusätzlichen Schaltdrosseln,
die je nach. der gestellten Aufgabe verschieden vorerregt sind, den Einschaltvorgang
zu erleichtern (Einschaltdrossel) oder den Überstrom oder Rückstrom zu begrenzen
(Rückstromdrossel). Unerwünscht sind hierbei jedoch außer dem mit der Anordnung
zusätzlicher Hilfsschaltdrosseln verbundenen Mehraufwand die Verluste, die insbesondere
in der Wicklung jeder derartigen Hilfsschaltdrossel entstehen.
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Eine Verminderung des Aufwandes und der Verluste kann nun nach der
Erfindung dadurch erzielt werden, daß die dein zu unterbrechenden Strom führenden
Schaltdrosselspülen zu einer einzigen Hauptstromspule
vereinigt
werden, die mit mehreren Kernen mit verschiedenen magnetischen Kennlinien verkettet
ist. Im folgenden sind an Hand der Fig. i bis ; verschiedeneAusführungsbeispiele
der Erfindung erläutert. Die Fig. i und. 5. zeigen zur vergleichenden Gegenüberstellung
frühere Anordnungen mit mehreren getrennten Schaltdrosseln, die Fig. 2, 3 und 6
die entsprechenden neuen, verbesserten Anordnungen mit nur einer Schaltdrossel.
Die Fig. 4. und 7 zeigen Einzelheiten in der Ausbildung der neuen Schaltdrosseln.
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Fig. i stellt eine Phase einer Umformungseinrichtung dar, bei der
in Reihe mit der Unterbrechungsstelle i i, die von mechanisch bewegten Kontakten
gebildet werden kann, eine Hauptschaltdrossel 12 zur Erleichterung des Unterbrechungsvorganges
und eine Hilfsschaltdrossel 13 zur Erle?chterung des Schließungsvorganges angeordnet
ist. Die Windungszahl der Hauptschaltdrossel 12 und ihr Kern 14 sind derart bemessen,
daß jedesmal kurz. vor der Stromunterbrechung durch Entsättigung des Kernes eine
stromschwache hause verursacht wird, während der die Kontakte der Unterbrechungsstelle
i i ohne für sie schädliches Schaltfeuer geöffnet werden können. Durch eine zusätzliche,
gegebenenfalls regelbare Vormagnetisierung mit Gleich- oder Wechselstrom durch die
Hilfswicklung 15 kann bewirkt werden, daß die Entsättigung und damit die Abflachung
der Stromkurve bereits bei einem geringen positiven Wert des zu unterbrechenden
Stromes eintritt. Zur %veiteren Erleichterung der Unterbrechung kann der Anstieg
der wiederkehrenden Span- !, nung mit Hilfe eines vorzugsweise kapazitiven Parallelpfades
verzögert werden, der aus einem Kondensator 16 und einem Dämpfungswiderstand 1;
bestehen kann. Damit in allen Betriebsfällen, beispielsweise auch bei Verstellung
des jedesmaligen Einschaltzeitpunktes zwecks Leistungsregelung durch Änderung der
Stromübertragungszeit bzw. der Üiberlappungsdauer aufeinanderfolgender Phasen bei
mehrphasigen Anordnungen, beim Einschaltvorgang der Strom nicht jedesmal sofort
steil ansteigt, wodurch unter Umständen für die Kontakte schädliches Schaltfeuer
entstehen könnte, ist die zusätzliche Hilfsdrossel 13 vorgesehen, deren Kern i9
durch eine entweder mit Gleichstrom oder mit synchronem Wechselstrom gespeiste Erregerwicklung
18 so vormagnetisiert ist, daß sie sich iedesmal kurz vor dem Einschaltaugenblick
im ungesättigten Zustand befindet bzw: in einem der magnetisierenden Wirkung des
entstehenden Stromes entgegengesetzten Sinn gerade bis zum Knick der Magnetisierungskurve
gesättigt ist, so daß der beim Einschalten entstehende Strom bewirkt, daß der Magnetisierungszustand
des Kernes i,-) zunächst das ungesättigte Gebiet durchläuft, ehe sich der Kern in
umgekehrter Richtung sättigt. Dadurch wird bei der Schließung des Hauptstromkreises
jedesmal zunächst eine stromschwache Pause verursacht, während der sich der Kern
ig in ungesättigtein Zustande befindet und somit der in der Wicklung 13 fließende
Strom kleiner ist als der zur Sättigung des Kernes ig erforderliche Wert. Auf diese
Weise wird ;las Auftreten schädlichen Schaltfeuers verhindert. Beim Ausschaltvorgang
muß der Kern i g jedesmal gesättigt sein, damit in diesem Augenblick die Induktivität
der Wicklung 13 verschwindend klein ist und nicht eine den Unterbrechungsvorgang
erschwerende Spannung in dieser Wicklung entstehen kann. Das magnetische Material
des Kernes ig soll vorteilhaft eine Kennlinie mit sehr scharfem Sättigungsknick
und keine Wirbelstromverluste haben. Zu seiner Herstellung können Bänder aus einer
magnetisch hochwertigen Eisen-Nickel-Legierung von wenigen als o, i mm Dicke spiralig
gewickelt werden.
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Nach Fig. 2 ist nun statt der beiden Spulen 12 und 13 nur eine einzige
Spule 2o mit der Unterbrechungsstrecke i i in Reihe geschaltet. die mit den beiden
Kernen 1,4 und ig gemeinsam verkettet ist. Der Kern 1.4, und tiur dieser, ist ferner
mit der Hilfswicklung 15 verkettet, durch die er so vormagnetisiert wird, daß er
sich jedesmal im Öffnungsaugenblick in ungesättigtem Zustand befindet und die Kontaktöffnung
möglichst sicher und funkenfrei erfolgt. Die Hilfswicklung 18 ist nur mit dem Kern
ig verkettet und erregt diesen wie bei der Anordnung nach Fig. i so, daß er sich
jedesmal beim Schließungsvorgang in ungesättigtem Zustand befindet bzw. beim Einsetzen
des Hauptstromes zunächst in den ungesättigten Zustand gelangt. Mit dieser Anordnung
kann der steile Anstieg des beim Schließungsvorgang entstehenden, vom speisenden
zum gespeisten Stromsystem fließenden-Hauptstrom verhindert werden. Es ist jedoch
auf diese Weise noch nicht möglich, den aus dem Kondensator 16 des Parallelpfades
über den Dämpfungswiderstand 17 beim Schließungsvorgang über die Unterbrechungsstelle
fließenden Strom zu begrenzen, wie es bei der getrennten Anordnung der Hilfsschaltdrossel
13 nach Fig. i der Fall war. Damit auch diese Möglichkeit mit einer einzigen Schaltdrossel
gewahrt wird, ist nach Fig. 3 der beim Schließungsvorgang ungesättigte Magnetkern
ig mit einer in dem genannten Parallelpfand liegenden Hilfswicklung 21 verkettet,
die den gleichen Wicklungssinn und im wesentlichen die gleiche @Vindungszahl wie
die Hauptwicklung -2o besitzt. Durch diese Wicklung 21 fließt kein Strom, solange
der
Hauptstrompfad über die Unterbrechungsstelle i i geschlosen
ist. Der Kern 19 ist dabei durch den in der Wicklung 2o fließenden Hauptstrom gesättigt.
Unmittelbar nach der Unterbrechung des Hauptstrompfades fließt durch die Hilfswicklung
21 der gleiche Strom, aber in entgegengesetzter Richtung, wie in der Hauptwicklung
2o, der nunmehr seinen Weg über den Parallelpfad nimmt. Damit dieser Strom ungehindert
fließen kann, soll die Induktivität der Hilfswicklung 21. bei gesättigtem Kern ig
so klein wie möglich sein, und es muß ferner dafür gesorgt sein, daß der Kern i9
durch die entmagnetisierende Wirkung des Stromes in der Hilfswicklung 2i nicht in
den ungesättigten Zustand gebracht wird. Dies ist ohne weiteres der Fall, wenn die
Magnetisierungskennlinie des Kernes einen solchen Verlauf hat, daß der Sättigungsknick
des absteigenden Astes der Magnetisierungskennlinie des Kernes ig unterhalb des
Nullwertes der Gesamterregung liegt. Liegt er jedoch bei einem positiven Wert der
Gesamterregung, so ist entweder die Windungszahl der Hilfsdrossel 2i um ein geringes
kleiner zu machen als die Windungszahl der Hauptspule 2o oder eine zusätzliche Vormagnetisierung
mittels einer weiteren Hilfsspule 18 vorzusehen, derart, daß die zur Erhaltung des
Sättigungszustandes erforderliche positiveErregung während des Unterbrechün,gsvorganges
vorhanden ist. Der Kern 14: ist genau wie bei den Anordnungen nach Fig. i und Fig.
2 so bemessen bzw. mittels der Hilfswicklung 15 so vormagnetisiert, daß durch seine
Entsättigung kurz vor der Stromunterbrechung die günstigsten Verhältnisse für diese
Unterbrechung geschaffen werden. Beim Schließungsvorgang kann der Kern 1.4 gesättigt
sein. Der Kern ig muß sich ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. i und 2 kurz vor
dem Schließungsaugenblick in ungesättigtem Zustand befinden oder in entgegengesetzter
Richtung wie beim Öffnungsvorgang etwa bis zum Knick der Magnetisierungskurve gesättigt
sein, so daß sein Magnetisierungszustand zu Beginn des Schließungsvorganges zunächst
mindestens einen Teil des ungesättigten Gebietes durchläuft. Dies kann in jedem
Falle durch geeignete Wahl des Verlaufs und der Höhe des Vormagnetisierungsstromes
in der Hilfswicklung 18 erreicht werden. Die erwünschte Folge davon ist, ; daß die
Steilheit des Anstieges" sowohl für den durch die Wicklung 2o fließenden Hauptstrom
als auch fürden durch die Wicklung 21 fließenden Entladungsstrom des Kondensators
16 gemildertwird, weil beide Wicklungen beim Schließungsvorgang mit dem sich entsättigenden
Kern ig in gleichem Sinne verkettet sind.
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Die einzelnen Magnetkerne können statt ineinander auch koaxial neben-
oder übereinander angeordnet sein, wie Fig. ¢ in Gestalt eines schematischen OOuerschnitts
durch eine Hälfte einer solchen Schaltdrossel zeigt. Danach besteht der Hauptkern
14 -aus zwei spiralig aufgewickelten Bandwicklungen i4' und 14",. die von der Hilfswicklung
15 umschlungen sind. Der ähnlich aufgebaute Hilfskern ig trägt die Hilfswicklungen
18 und 21. Beide Kerne werden von der Hauptwicklung 20 umschlungen.
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Nach Fig. 5 ist in Reihe mit der Unterbrechungsstrecke i i eine Hauptschaltdrossel
12 mit dem Kern 14 angeordnet; ferner ist auch hier ein Parallelpfad, -bestehend
aus einem Kondensator 16 und einem Dämpfungswiderstand 17 eingezeichnet. Außerdem
liegt mit der Unterbrechungsstrecke i i in Reihe eine Hilfsdrossel 22 mit einem
Kern 23 aus ähnlichem magnetischem Werkstoff wie Kern 1d.. Der Kern 23 ist mit einer
zusätzlichen Hilfswicklung 24 so vorerregt, daß er in Richtung des Arbeitsstromes
gerade bis zum Knick der Magnetisierungskurve gesättigt ist. Die Hilfsdrossel. 22
ist daher während des normalen Betriebes, d. h. während der Strom nur in der gewünschten
Arbeitsrichtung über die Unterbrechungsstelle fließt, praktisch wirkungslos. Tritt
nun infolge einer Störung o. dgl. ein Rückstrom auf, so wirkt dieser in der Spule
22 der magnetisierenden Kraft des in der Wicklung 2,4 fließenden Vormagnetisierungsstromes
entgegen und bringt dadurch den Kern 23 in den ungesättigten Zustand. Die Folge
davon ist, daß ein schnelles Ansteigen des Rückstromes zunächst verhindert wird,
bis eine Sättigung des Kernes in Rückstromrichtung stattgefunden hat. Während dieser
Zeit können Schutzeinrichtungen zum Ansprechen gebracht werden, durch die die ganze
Anordnung außer Betrieb gesetzt wird oder durch die wenigstens dafür gesorgt wird,
daß die Unterbrechungskontakte, beispielsweise durch Sperrung in geschlossenem Zustande
oder durch eine zusätzliche Überbrückung, davor bewahrt werden, Störströme zu unterbrechen,
die für die Kontakte schädliches Schaltfeuer verursachen könnten. Die genannten
Schutzeinrichtungen können vorteilhaft durch die bei der Entsättigung des Kernes
23 verursachte Flußänderung zum Ansprechen gebracht werden, indem in einer zusätzlichen
Hilfswicklung 25 ein Spannungsstoß erzeugt wird, der eine Auslöseeinrichtung betätigt.
Falls- mit Rücksicht auf die Koerzitivkraft der Haüptschaltdrossel oder mit Rücksicht
auf den Parallelpfad ein geringer Rückstrom betriebsmäßig zugelassen werden soll,
kann die Vormagnetisierung des Kernes 23 um einen entsprechenden Betrag höher bemessen
sein, derart, daß dieser Magnetkern
erst bei Überschreitung des
, als zulässig erachteten Rückstromwertes in den ungesättigten Zustand gelangt.
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Die Vereinigung der beiden Wicklungen 12 und 22 zu einer einzigen
Hauptspule 26 ist in Fig.6 dargestellt, in der im übrigen die gleichen Teile mit
den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 5. Natürlich kann auch hier
der Kern 14 mit einer zusätzlichen Vormagnetisierungswicklung versehen sein. Fig.
7 zeigt das Schema eines Kernquerschnitts der Schaltdrossel nach Fig. 6 mit dem
Hauptkern 1d. und dem Hilfskern 23, den Hilfswicklungen 2d. und 25 sowie der gemeinsamen
Hauptwicklung 26.
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Die beiden Anordnungen nach den Fig. 3 und 6 können auch miteinander
vereinigt werden, so daß eine gemeinsame Hauptwicklung mit im ganzen drei Kernen
verkettet ist, deren jeder die entsprechenden zusätzlichen Hilfswicklungen besitzt.