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Mechanischer Schwingkontaktstromrichter, insbesondere Wechselrichter
Man hat schon mechanische Schwingkontaktwechselrichter vorgeschlagen, bei denen
primärseitig zwei oder mehr Kontakte bzw. Kontaktgruppen zeitlich hintereinander
wirksam werden, derart, daß eine stufenweise An-und Abschaltung der umzuformenden
Leistungen erfolgt. Diese Ausbildung soll dazu dienen, mit den Wechselrichterrelais
höhere Leistungen zu schalten. Man hat auch bereits parallel zu den Kontakten geschaltete
Löschkondensatoren vorgeschlagen. Jedoch tritt bei dieser bekannten Einrichtung
ständig beim Schließen der Kontakte eine die Kontakte stark angreifende unmittelbare
Kondensatorentladung über diese Kontakte ein. Man konnte diese Entladung zwar durch
besondere Löschwiderstände in jedem Kondensatorstromkreis dämpfen, jedoch vermehren
diese Widerstände den benötigten Schaltmittelaufwand beträchtlich.
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Erfindungsgemäß werden die Vorwiderstände mindestens für einen der
Stufenkontakte in Reihe mit einem Löschkondensator zusätzlich als Funkenlöschwiderstände
ausgenutzt. Durch die Anordnung von zwei unter sich in Reihe geschalteten und mit
ihren freien Polen parallel zu dem Vorwiderstand geschalteten Kondensatoren, deren
gemeinsame Polklemmen über einen Funkenlöschwi:derstand mit dem. beweglichen Kontaktträger
verbunden sind, ist bei geeigneter Bemessung der aus Löschkondensatoren, dein Funkenlöschwiderstand
sowie dem Vorwiderstand gebildeten Kreise zu erreichen, daß Spannungsgleichheit
nach Ablauf des zwischen Schließen des ersten und Schließen des
zweiten
Kontaktes auftretenden Zeitintervalles an den Kondensatoren mit entgegengesetzten
Vorzeichen und damit eine besonders zerstörungsfreie Schaltung eintritt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sowie Einzelheiten der Ausführung werden
im folgenden in Form von. Ausführungsbeispielen rnd an Hand der Fig. i bis 3 unter
Weglassung aller die Erfindung nicht unmittelbar berührenden Einzelheiten erläutert.
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Die Wechselrichter arbeiten in bekannter Weise mit Selbstunterbrechung.
Die Schwing# kontalcte sitzen an einer oder mehreren einseitig eingespannten Federn,
die an ihrem freien Ende ein Querstück: aus magnetischem Material tragen. Bei Einschaltung
des Wechselrichters wird dieses Querstück von einem Magneten angezogen und unterbricht
dabei einen Kontakt, der im Speisestromkreis dieses -Magnetsy Sterns liegt. Durch
Stromloswerden des Magneten federt die Ankeranordnung zurück, so daß der Speisestromkreis
wieder geschlossen wird und das Spiel in gleicher Weise sich fortsetzt. Das Schwingkontaktsystem
ist beispielsweise auf eine Schaltfrequenz von ioo Hz abgestimmt. Die ,durch den
schwingenden Anker betätigten Kontakte sind bei den folgenden Beispielen mit R'1,
K1', K=, 1i.' bezeichnet.
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In Fig. i ist ein Wechselrichter gemäß der Erfindung dargestellt,
der in einem durch doppelte Strichelung angedeuteten Gehäuse G untergebracht ist,
und dem die Gleichstromleistung über das Kleminenpaar L71 zugeführt und an dem Kleni:rnenpaar
U., die Wechselstromleistung entnommen wird. Mit I und II sind zwei synchron miteinander
schwingende Kontaktfedern bezeichnet, welche bei ihren Pendelungen zeitlich hintereinander
die Kontakte K1, K.., K,', K=' berühren. Uni. diese zeitlich hintereinanderliegende
Kontaktberührung zu erzwingen, ist z. B. bei dein oberen durch die beweglichen Kontaktfedern
II gesteuerten Kontaktpaar ein Kontaktabstand von o,i mm von der in der N.littelstellung
befindlichen beweglichen Kontaktfeder II vorgesehen, bei dem unteren durch die bewegliehe
Kontaktfeder I gesteuerten Kontaktpaar ein solcher Abstand von o,2 nim. Durch diese
räumliche N'erschiebun.g der Kontaktpaare wird, wie bereits erwähnt, erreicht, daß
die Kontakte K1, K. bzw. K1', K=' zeitlich hintereinander geschlossen werden.
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Die Wirkungsweise des- in Fig. i dargestellten Wechselrichters ist
folgende: In der Mittelstellung der beiden beweglichen Kontaktfedern findet keine
Kontakt-Berührung statt. Die in Reihe mit der beweglichen Kontaktfeder II liegenden
Vorwiderstände RV, und R"' sind derart bernessen, daß bei der Schließung des Kontaktes
K=1 bzw. des Kontaktes K1' und bei geöffnetem Kontakt K. bzw. K.' etwa vier halbe
primäre Nennstrom J, fließt. Mit einer sehr gering,--n zeitlichen Verschiebung von
z. E. o,2 in/ wird bei der Ankerbewegung nach oben der Kontakt K. geschlossen und
damit der Vorwiderstand Rz, kurzgeschlossen; letztere: ''durch den Stromkreis Klemme
-,, oberer Teil der Pirmärwicklung von T, K.. 1,
Kleinine -. Die zeitliche
Verschiebung der Kontaktbetätigungen muß deshalb so klein gehalten werden, damit
in den Widerständen keine großen Verluste entstehen können. Bei der Abschaltung
wird zunächst der Kontakt K. und kurz. danach der Kontakt K, geöffnet. Nachdem die
Anker durch ihre Mittellage geschwungen sind, erfolgt die Betätigung der Kontakte
Ki , K,' in der entsprchen:den Weise.
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Um die besondere Wirkungsweise dieser -Anordnung zu zeigen, werden
die einzelnen Phasen an Hand der Stellungen, die die Anker während einer Schaltperiode
einnehmrii, beschrieben. Die Ankerstellungen sind in der aus der Fig. i ersichtlichen
Weise in', t ... 9 bezeichnet worden.
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In der Phase i befinden sich die bewe5-lichen Kontaktfedern I und
II in ihrer Mittellage. Dabei wird der Kondensator C1 im Stromkreis Klemme , oberer
Teil der Primärwicklung von T, Re, Cl, RF, Klemme -aufgeladen, so feie dies durch
die Zeichea -1-. - an der Belegung des Kondensators Cl angedeutet ist. Der Kondensator
C. wird in der dargestellten Weise im Stroinl;re: Klemme -I-, oberer 'feil der Primärwicklunvon
T, C2, Widerstand RF, Klemme - aufgeladen.
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In der Phase 2 wird der Kontakt K1 ge-
schlossen, während der
Kontaltl(" noch offen ist. Durch die Schließung des Kontaktes 1i1 wird für den Kondensator
Cl ein KurzschluG-stromkreis gebildet, so daß sich der Kondensator Cl über den Stromkreis
K1, I I, RF entlädt. Gleichzeitig entlädt sich vier Kondensator C.. unter Benutzung
des Vonviderstandes R" in dem Stromkreis C., R,., K, 1I, RF, C.2. Die Zeitkonstante
des erstgenannt"ii Kreises wird so Beinessen, daß sich die Spannung über dem Kondensator
Cl im Augenblick der Kontaktgabe von Kontakt K. und die Spannung über dem Kondensator
C., das Gleichgewicht halten, damit in der folgenden Phase 3 lein schädlicher Ausgleichsstrom
unmittelbar über die Kontakte K1 und k . fließen kann. In der Phase :2 fließt der
halbe Nennstrom J1 über Klemme i , oberer Teil der Primärwicklung von
T, R,., K, 11. Kleinnie --. Die Spannung Tiber den Kondensator C. wird dabei
von LT,. auf - @# Jl # R,. vermindert. Bk_ i
der angegebenen Bemessung
des Widerstandes R" wird das Produkt @. Jl#R"@ -`-. U1.
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In der Phase 3 wird der- Kontakt I(2 ge schlossen. Der Kontakt K1
bleibt weiterhin geschlossen., In dieser Phase 3 wird der Kondensator C2 vollständig
entladen, und zwar in dem weiteren Stromkreis C_@, 1(2, I, RF. Im Stromkreis
Klemme +, oberer Teil der Primärwicklung von Z', K2, I, Klemme -fließt jetzt der
volle Primärstrom f1.
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In der Phase .4 beginnen die beweglichen Kontaktfedern II, I zurückzuschwingen,
der Kontakt K1 bleibt jedoch noch geschlossen: Durch die üffnung des Kontaktes K2,
durch die der Vorwiderstand R" wieder in den Wirkstromkreis geschaltet wird, wird
der Pximärstrom J1 wieder auf die Hälfte vermindert.
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Der Primärstrom 1, würde über einen Lichtbogen über den Kontakt
K2 weiterfließen, wenn ihm nicht zwei Wege geringeren Widerstandes offen wären,
von denen der erste von der Klemme -f- über den oberen Teil der Primärwicklung von
T, C2, Cl, K1, II zur Klemme - und der zweite Weg von der Klemme -f- über den oberen
Teil der Primärwicklung von T, C2, RF zur Klemme - führt. Der erste Weg ist
außerordentlich günstig für die Unterdrückung der Funken- und Lichtbogenbildung.
Der Kondensator Cl wird dabei mit der finit einem umschriebenen Kreis bezeichneten
Polarität aufgeladen und kann sich, noch bevor der Kontakt.Kl öffnet, über den Widerstand
RF ganz oder zum Teil entla,den. Erfolgt nur eine Teilentladung, so ist dies um
so günstiger für die Löschwirkung beim öffnen des Kontaktes-K, in der nächsten Phase
5, da j a die Ladung des Kondensators Cl in dieser Phase das umgekehrte Vorzeichen
erhält wie in der Phase 4.. - Es wird hierzu noch bemerkt, daß die Zeitkonstante
des vorerwähnten ersten Weges sehr klein ist und ein Funken schon im ersten Augenblick
gelöscht wird, da der Widerstand des Kreises im 'wesentlichen nur xus dem Übergangswiderstand
der Kontakte bei K1 besteht, der z. B. etwa in der Größenordnung von 0,05
Ohm -liegt. Der zweite Weg mit etwas größerer Zeitkonstante (C2 # RF) übernimmt
den Rest der etwa noch vorhandenen Kontaktspannung nach dem öffnen des Kontaktes
K1 in der Phase 5.
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In der Phase 5, in der die beiden Anker wieder ihre Mittellage einnehmen,
ist der Kontakt K2 offen, während der Kontakt K1 sich öffnet. Der Primärstrom, dessen
Größe während der vorhergehenden Phase .4 auf ungefähr die Hälfte herabgesetzt wurde,
wird jetzt ganz unterbrochen und würde wieder über einen Lichtbogen am Kontakt K1
weiterfließen, wenn ihm nicht die folgenden beiden bequemeren Wege geboten wären,
von denen der ;ine von der Klemme -f-, obere Primärwicklung von T, R", Cl,
RT zu Klemme -und der andere von der Klemme +, obere Primärwicklung von
T, C2, RF zur Klemme -verläuft.
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Während der folgenden Phasen 6, 7, 8, 9 nehmen die beiden Anker die
aus der Fig. r ersichtlichen Stellungen 6 .... 9 auf der Gegenseite ein,
die den eben beschriebenen Ankerstellungen 2 .... 5 in den Phasen 2
....
entsprechen.
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Während bei den vorhergehenden beiden Ausführungsbeispielen die "zeitlich
-hintereinander wirksam werdenden beiden Kontakte 11 und I parallel angeordnet waren,
liegen sie bei den folgenden beiden Ausführungsbeispielen während der Einschaltung
des vollen X ennstromes in Reihe. Kontaktbezeichnungen und Wirkungsweise entsprechen
im wesentlichen dem vorhergehenden Beispiel.
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In dein Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 schließt sich beim Ausschwingen
der beiden beweglichen Kontaktfedern I und II zunächst der Kontakt K1, wodurch folgender
Stromkreis gebildet wird: Klemme -E-, oberer Teil der Primärwicklung von T, K1,
II, R", Klemme -. Kurzzeitig danach schließt der Anker r den Kontakt K., und damit
den Vorwiderstand R" im vorgenannten Stromkreis kurz: Klemme +, obere Primärwicklung
von T, KI, II, K2, I, Klemme -. Die beiden Kondensatoren CF und C entladen
sich beim Schließen des Kontaktes I(1 in folgender Weise: CF entlädt sich über den
Widerstand RF vollkommen und C auf den Spannungsabfall von R z. B. U ;
beimniachfolgendün Schließen , ( 2 1)
des Kontaktes I(2 entlädt
sich der Kondensator C noch über I(2 v:)llliommen. >J m die Entladung des Kondensators
C zu verlangsamen bzw. die Entladestromspitze herabzusetzen, kann noch eine kleiner
Schutzwiderstand RS in der angedeuteten Weise zwischengeschaltet werden. Beim Abwärtsschwingen
der Anker öffnet zunächst der Kontakt 1i 2, anschließend der Kontakt K 1. Die beiden
Kondensator. en C,: und C verhüten dabei das Auftreten eines Ab -reißfunkens
an den Kontakten. Beim öffnen von K2 liegt C, vorzugsweise ohne Widerstand oder
mit einem sehr kleinen Widerstand, parallel zu K. und I und unterbindet somit sicher
das Auftreten von Kontaktfunken. Anschließend öffnet K1 den von R" auf etwa die
Hälfte herabgesetzten Strom.
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In der Fig. 3 ist außerdem noch der Selbstunterbrechermagnet M gezeichnet.
Die Schaltung ist gegenüber der in Fig. 2 insoweit verbessert, indem die V orvv
iderstände R"1 und R" gleichzeitig für beide Kontakte der beiden
Kontaktgruppen
der Funkenlöschung dienen. Auch hier ist wieder die Reihenfolge der Kontaktbetätigungen
KI, K., Ki , K2'. Der Vorwiderstand Rla ist dauernd mit der beweglichen Kontaktfeder
A verbunden, die um den links angedeuteten Drehpunkt pendelt. Die Funkenlöschkondensatoren
Cr. sind so bemessen, daß sie das Schaltfeuer an den Kontakten K., K.' und
KI, K l' löschen bzw. vollkommen unterbinden.