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Wechselstromschalteinrichtung für Starkstrom Zusatz zurn Patent log
656 Gegenstand des Hauptpatents ist eine Wechselstromschalteinrichtung, insbesondere
für Starkstrom, mit mechanisch bewegten Kontakten, bei der zwecks Vermeidung von
die Dauerbetriebsfähigkeit der Kontakte beeinträchtigendem Schaltfeuer Strom- und
Spannungsverlauf gleichzeitig in der Weise beeinflußt werden, daß in Reihe mit der
Unterbrechungsstrecke eine oder mehrere gegebenenfalls mit -Gleichstrom vorerregte
Schaltdrosseln und parallel zur Unterbrechungsstrecke eine oder mehrere vorzugsweise-kapazitive
Strompfade geschaltet sind, über die-'der Strom während der- Kontakttrennung mindestens
teilweise aufrechterhalten wird, so daß die wiederkehrende Spannung an der Trennstrecke
nur allmählich ansteigt. Als Schaltdrosseln dienen dabei Drosselspulen mit einem
Kern aus einer hochwertigen Eisensorte von hoher Anfangspermeahilität, dessen Magnetisierungskurve
einen scharfen Sättigungsknick aufweist. Wicklung und Kern sind so betnessen, daß
das Eisen nur bei den geringen Stromwerten in der Nähe des Stromnulldurchganges
ungesättigt ist, während des @ibrigen Teiles der -Übertragungsperiode jedoch -hochgesättigt
ist, so daß sich die Stromwerte in der Nähe des Stromnulldurch-Banges nur langsam
ändern und eine stromschwache Pause entsteht, während nach Eintritt der Sättigung
der Widerstandswert der Drossel praktisch gleich Null wird, so daß der Stromdurchgang
ungehindert ist.
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Ist nun mindestens eines der Kontaktstücke einer Schaltstelle unterteilt,
so daß mehrere parallel liegende Unterbrechungsstellen vorhanden sind, die sich
gleichzeitig öffnen und schließen, so ergibt sich nach der Erfindung eine besonders
vorteilhafte Anordnung, die darin besteht, daß an Stelle einer -einzigen Schaltdrossel
für die ganze Schaltstelle jeder einzelnen Unterbrechungsstelle eine besondere entsprechend
kleinere Schaltdrossel vorgeschaltet ist und @daß die Anzahl der parallel geschalteten
Unterbrechungsstellen und die Anzahl und Bemessung der ihnen zugeordneten untereinander
gleichen und somit gleichzeitig als Stromverteiler 'wirkenden Schaltdrosseln so
gewählt ist, daß die auf jede einzelne Unterbrechungsstelle entfallende Stromstärke
im Augenblick der Kontaktöffnung kein sichtbares Schaltfeuer hervorzurufen vermag.
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Jede der einzelnen Schaltdrosseln stellt nämlich in der Nähe des Stromnulldurchganges
in entsätti-gtem Zustand während einer
verhältnismäßig langen Zeitspanne
einen hohen Widerstandswert dar. Dadurch bleibt die gleichmäßige Stromverteilung
auch dann. erhalten, wenn infolge nicht vollständig ver= meidbarer mechanischer
Ungenauigkeiten diu einzelnen Unterbrechungsstellen nicht genau gleichzeitig geöffnet
werden. Infolgedessen «erden besondere Mittel zur Erzielung einer gleichmäßigen
Stromverteilung erspart, die an sich bekannt sind, beispielsweise induktive oder
Ohnische Vorschaltw iderstände. Damit werden auch die mit diesen bekannten Mitteln
verbundenen Nachteile vermieden, die bei Ohmschen Widerständen darin bestehen, daß
zusätzliche Betriebsverluste auftreten, weil die Widerstände mit ihrem vollen Wert
dauernd, also auch während der Zeiten hoher Stromwerte, eingeschaltet sind. Durch
induktive Vorschaltwiderstände würde die Wirkung einer etwa vorgeschalteten gemeinsamen
Schaltdrossel beeinträchtigt werden. Hingegen wird durch die erfindungsgemäße Anordnung
der Schaltdrosseln der Vorteil erzielt, daß ,deren kombinierte, in der gleichzeitigen
Abflachung der Stromkurve und der gleichmäßigen Stromverteilung bestehende Wirkung
immer nur während einer kurzen, zum Schalten erforderlichen Zeitspanne in der Nähe
des Stromnulldurchganges eintritt. Während der übrigen Zeiten hingegen, in denen
sich die Schaltdrosseln in gesättigtem Zustand befinden, .haben sie einen praktisch
,=ernächlässigbar kleinen Widerstandswert I und lassen somit die hohen Ströme ungehindert
durch. Durch die Erfindung werden gegenüber der Verwendung eines einfachen Kontaktes
mit vorgeschalteter Drossel mehrere Vorteile erzielt. Bei gleicher Bemessung des
magnetischen Kerns der Drosselspule und gleicher Gesamtwindungszahl ist der funkenfreie
Strombereich erweitert, somit die Betriebssicherheit vergrößert. Man kann die gleiche
Herabdrosselung des Stromes während des Unterbrechungsvorganges mit Verwendung eines
Eisens von größerer Sättigungsaniperewindüngszahl Abl7s (einer Materialkonstanten),
also mit billigerem Mäterial, erreichen. Von besonderem Vorteil ist die Erfindung
für Stromkreise niedriger Spannung, wo es auf geringe Streuinduktivität, d. h. auf
geringe Windungszahl der Drossel ankommt; hier kann man nämlich auf Grund der Erfindung
die Windungszahl. der Drosseln v:erringern.
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Fig. z -neigt die grundsätzliche Anordnung der Erfindung an einem
einphasigen Stromrichter. r ist der den Stromkreis speisende Wechselstromgenerator,
2 der Stromverbraucher, der mit gleichgerichtetem einphasigem Strom gespeist v;erden
soll; 3 ist ein Eisenring, auf dein die beiden Wicklungen d., 5 in Parallelschaltung
liegen. Der mechanische Teil der Schaltvorrichtung be-. @stx@.ht aus einem in die
zwei Hälften 6 und 7 ''cirtterteilten feststehenden Schaltstück und einem beweglichen
Schaltstück 8, das durch eine geeignete Schaltvorrichtung, z. B. eine Nockenwelle,
in eine sviichror. mit der Wechselstromfreiluenz erfolgende auf und ab gehende Bewegung
versetzt wird, wie durch die Pfeile cg° angedeutet ist. Während des stromführenden
Teiles der Wechselstromhalb-<<-elle ist hierbei das Schaltstück 8 angehoben.
so daß es den Kontakt mit den festen Kontaktstücken 6 und 7 schließt. In der unmittelbaren
Umgebung des Stromnulldurchganges wird das Schaltstück 8 nach unten bewegt und dadurch
der Kontakt getrennt. Das Anheben cies Schaltstückes e erfolgt nur in jeder zweiten
Halbwelle des Wechselstromes, so daß nur die positive Halbwelle hindurchgelassen,
die negative dagegen abgeschnitten wird. Durch die Entsättigung der Drosselspule
in der Nähe des Stromnulldurchganges erhält nun die Stromkurve die in Abb. -2 dargestellte
Gestalt. Während der Zeit t" bleibt der Strom unterhalb eines sehr geringen Wertes
i". Soll sich der Kontakt während der ganzen "Zeit to funkenfrei öffnen können,
dann muß der Strom i, unter einem bestimmten Wert bleiben, der mit der an der Unterbrechungsstrecke
wirksamen Spannung iio in der Weise zusammenhängt, wie es in dem Diagramm Abb. 3
angegeben ist. Für alle Stromwerte, die unterhalb der Kurve i, liegen, erfolgt die
Kontakttrennung ohne Funkenerscheinung. für alle darüberliegenden Werte tritt Feuer
auf. Die Tatsache, daß unterhalb des Grenzwertes i:, ein Schaltfunken nicht mehr
auftreten kann, kann etwa folgendermaßen erklärt werden. Der Kontakttrennung geht
unmittelbar eine Kontakterwärmung infolge des bei der Verminderung des Kontaktdruckes
rasch ansteigenden Kontaktwiderstandes voraus.
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Man kann sich - or stellen, daß unmittelbar vor der Kontakttrennung
nunmehr eine punktförmige Kontaktberührung stattfindet, daher der Strom sich auf
diesen Punkt konzentriert. Unterhalb der Stromgrenze i, ist nun diese Kontakterwärmung
nicht mehr imstande, Metall zu verdampfen. Es wird daher nicht mehr die Vorbedingung
für das Kontaktfeuer geschaffen. In der Abb.4 ist ein in vier Teile unterteilter
Kontakt dargestellt. Die vier Kontaktteile sind 1z, 1a, 13 und 1d..
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Diese sind mit den vier Drosselspulen -2i bis 24 verbunden, die auf
dem gemeinsamen Eisenkern 25 angeordnet sind. i @ ist das
Gegenschaltstück,
von dein der Strom abgenommen wird. 16 ist eine bewegliche Strombriicke, die mit
Hilfe eines Stößels 17 von, einer Nockenscheibe 18 in eine auf und ab gehende
Bewegung versetzt wird.
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Von besonderem Vorteil ist die Erfindung auch in den Fällen, in denen
man zur Herabsetzung der wiederkehrenden Spannung u, am sich öffnenden Kontakt zu
9 diesem parallel Widerstände a6 bis 29 (Abb. 4) angeordnet hat. Auf Grund der Erfindung
wird der Gesamtverlust in den Widerständen 26 bis 29 in Abb. q., wenn diese
so bemessen werden, daß nach Abb. 3 gerade noch funkenfreie Unterbrechung auftritt,
kleiner als bei ungeteiltem Kontakt.