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Einrichtung zum Schalten von Wechselstrom in einem genau bestimmten
Punkt der Stromkurve In der Technik liegt oft die Aufgabe vor, ,einen Schaltvorgang
zu einem genau definierten Zeitpunkt innerhalb einer Wechselstromp,eriode .durchzuführen.
So .ist es z. B. wm schenswert, bei Leistungsschaltern mit elektromagnetischen Schützen
den Strom im Nulldurchgang zu unterbrechen, da dann der Abbrand dieser Schalter
erheblich geringer ist als bei Unterbrechungen in anderer Phas:enlage. Es kann ferner
zweckmäßig sein, das Einschalten von Transformatoren in einem genau definierten
Zeitpunkt erfolgen zu lassen, inn die bei einem,ungünstigen Zeitpunkt möglichen
Überströme zu vermeiden. Ferner wird oft in Prüffeldern eine Einrichtung verlangt,
mit der man zu einem bestitmmen Zeitpunkt einschalten kann, beispielsweise bei der
Prüfung von Sicherungen. Für manche Zwecke läßt sich obige Aufgabe unter Verivendungeines
synchron umlaufenden Motors lösen, der eine entsprechend ausgebildete Schaltwalze
antreibt. Diese Lösung ist jedoch kompliziert und benötigt rotierende Teile. Bei
Schützen hat man bereits versucht, eine Lösung zu finden, bei der der Hauptstrom
im Nulldurchgang unterbrochen wird. Man nahm hier an, daß beim Schalten des -Spulenstromes
dieser ebenfalls im Nulldurchgang unterbricht, das Schütz also zu einem genau definierten
Zeitpunkt abzufallen beginnt. Sorgt man dafür, daß die Zeit, gemessen von Beginn
des Abfalles bis öffnen der Hauptkontakte, so groß ist, daß der Hauptstrom gerade
durch Null hindurchgeht, so glaubte man stets funkenfreies Schalten zu erreichen.
Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß Schütze, die nach diesem Prinzip gebaut sind,
bei manchen Ausführungen richtig arbeiten, bei anderen wieder nicht.
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Gegenstand vorliegender Erfindung besteht in der Angabe von Mitteln,
um stets bei Schützen, sofern deren Abfallzeit -einigermaßen konstant ist (kleine
Reibung), ein Abschalten in der Nähe des Nullpunktes (streng genommen vor dem Nullpunkt)
des Häuptstrom;es zu erzielen. Auf Grund von -durchgeführten wissenschaftlichen
Untersuchungen
ergab sich auch der Grund, warum die zuletzt beschriebene
Konstruktion oft versagte. Es zeigte sich, daß der Spulenstrom, von dem begreiflicherweise
angenommen war, daß er im Nulldurchgang unterbricht, dies nicht immer tut. Die Verhältnisse
seien in den Abb. 3, d. und 5 näher untersucht. Man wünscht, daß unabhängig davon,
ob man im Zeitpunkt a. oder im Zeitpunkt b die Kontakte des Steuerstromes
i öffnet, der Steuerstrom möglichst bis zum Zeitpunkt c weiterfließen und erst dann
erlöschen soll. Am ungünstigsten liegen die Verhältnisse, wenn das öffnen der Steuerkontakte
kurz hinter dem Nulldurchgang (s. Punkt @a) des Steuerstromes erfolgt. Ist der Steuerstrom
verhältnismäßig klein, dann kann der Strom entsprechend der Kurve o verlaufen, und
sein Erlöschen erfolgt im Zeitpunkt f, statt wie gewünscht im Zeitpunkt c. Wird
der Steuerstrom etwas größer gewählt, dann wird der Stromverlauf (s. Abb. 4.) entsprechend
der Kurve e erfolgen und im Punkt f erlöschen, statt wie gewünscht im Punkt c. Wird
der Strom noch größer gewählt, dann wird der Stromverlauf ebenfalls nach der Kurve
e (Abt. 5) erfolgen und ebenfalls im Punkt f erlöschen. Der Zeitfehler, der jetzt
durch die Strecke f, c gegeben ist, ist in Abb. 5 geringer als in Abb. 4.. Mit einem
gewissen Zeitfehler wird man immer - rechnen müssen, jedoch kann dieser mit größer
werdendem Strom kleiner gemacht werden. Stellt man die Forderung, d:aß der Zeitfehler
f, c :einen bestimmten Betrag, z. B. io°, nicht überschreiten soll, so kann man
experimentell eindeutig feststellen, welcher Mindeststrom bei gegebener Spannung
und gegebenem Kontaktmaterial notwendig ist.
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Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Einrichtung zum Schalten
von Wechselstrom in :einem genau bestimmten Punkt der Stromkurve für lelektromagnetisch
betätigte Schalter mit verhältnismäßig kleinem Steuerstrom, wobei an dem Kontakt
des Steuerschalters ein Lichtbogen gezogen wird, und besteht darin, daß der Widerstand
(Impedanz) des Steuerstr omkreis,es mit Rücksicht auf das Kontaktmaterial des Steuerschalters
so bemessen ist, daß beim öffnen des Steuerkontaktes ein Lichtbogen :entsteht, dessen
Strom nicht wesentlich früher durch den Nullpunkt geht, als der Steuerstrom ohne
ein Öffnen des Kontakts durch den Nullpunkt gehen würde.
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Ist der Spulenstrom, normales Kontaktmaterial (Kupfer, Silber oder
Wolfram) vorausgesetzt, kleiner als der Mindeststrom, so stehen zur Ausführung obengenannten
Erfindungsgedankens zwei Möglichkeiten offen: i. Man macht den über die Hilfskontakte
geleiteten Steuerstrom künstlich größer als deal Mindeststrom, z. B. durch Parallelschalten
einer Drossel zur Spule oder durch das Anbringen zusätzlicher Luftspalte im Magneten.
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z. Man setzt den Mindeststrom herab, iiid,em man für die Hilfskontakte
leicht verdampfbare Materialien wählt, z. B. Zink oder Cadmium.
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Eine der Erfindung entsprechende Einrichtung zeigt die Abb. i. In
dieser bedeuten a und b die Leitungen eines Einphasenwechselstromnetzes; an die
ein Stromverbraucher c angeschlossen ist. Dieser wird mit Hilfe des Schützkontaktes;
d geschaltet. Das Schütz wird elektromagnetisch betätigt durch die Spule e, die
von dem Steuerschalter f aus gesteuert wird. Wird der Schalter f eingelegt, dann
erhält die Spule s aus dem Netz a, b Spannung, und der Kontakt d wird geschlossen.
Soll der Verbraucher abgeschaltet werden, dann wird der Kontakt f geöffnet, und
das Schütz fällt ab, so daß der Hauptstrom durch den Kontakt .cl unterbrochen wird.
Bei den gebräuchlichen Kontaktmetallen und bei zu kleinem Spulenstrom wird der Lichtbogen
des Steuerstromes zwischen den Kontakten f zu ganz beliebiger Zeit abreißen, so
daß der Kontakt d bald in Maximum und bald in der Nähe des Nulldurchgangs des Stromes
öffnet. Infolgedessen ist, wie man bei den gebräuchlichen Einrichtungen jederzeit
beobachten kann, die Größe der Lichtbogenbildung durchaus dem Zufall überlassen.
Keinesfalls wird es .aber möglich sein, die Unterbrechung sicher im oder etwas vor
dem Nulldurchgang vorzunehmen. Wird jedoch entsprechend der Erfindung parallel zur
Spule eine Drossel oder Impedanz gelegt oder der Steuerkontakt f aus leicht verdampfbaren
Materialien hergestellt, z. B. aus Zink oder Cadmium. oder mit diesen Metallen belegt,
dann wird an diesem Kontakt ein Lichtbogen gebildet. der erst im natürlichen Nulldurchgang
des Steuerstromes erlischt. Infolgedessen wird der Kontakt d entsprechend der Eigenzeit
des Schützes jeweils um eine ganz bestimmte Zeit nach dem Nulldurchgang des Steuerstromes
geöffnet unabhängig von dem Zeitpunkt der Betätigung des Steuerschalters. Wählt
man diese Zeit, geeignet z. B. durch Einstellen des Federweges der Hauptkontakte,
dann kann man ein Abschalten im Nullpunkt des Hauptstromes erzielen. Streng genommen
wird man stets so einstellen, daß der Strom etwas vor dem Nulldurchgang ausschaltet,
auf keinen Fall jedoch nach dem Nulldurchgang. Es sei erwähnt, daß nach der Unterbrechung
des Spulenstromes einige Halbwellen vergehen, bis die Abschaltung des Hauptstromes
im Nulldurchgang erfolgt.
Statt die Eigenzeit des Schalters zu verändern,
kann man auch, falls diese nicht stimmt, durch Veränderung der Phasenlage des Spulenstromes
(z. B. durch Kunstschaltungen, Drehregler usw.) ein Abschalten. im Nullpunkt des
Hauptstromes erzielen.
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Wenn die Phasenlage des zu unterbrechenden Stromes gegenüber der Spannung,
die in der Regel auch den Steuerkreis versorgt, schwankt, dann wird der zeitliche
Abstand der beiden Nulldurchgänge so gewählt werden. müssen, dä.ß in. :allen Fällen
eine genügende Sicherheit vorliegt. Geringe Schwankungen sind hierbei, wie Versuche
zeigten, ohne Bedeutung, solange die Unterbrechung gegen Ende oder wenigstens in
der zweiten Hälfte der Halbperiode vorgenommen wird. Es sei ferner erwähnt, daß
-es günstig isst, den Abstand der Hilfskontakte und .deren Schaltgeschwindigkeit
nicht gar zu groß zu wählen.
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Soll eine derartige Einrichtung zum Scbließ:en eines Stromes in bestimmter
Phasenlage verwendet werden, dann kann entweder der Kontakt d in Abb. i so umgeändert
werden, daß er beim Abfallen des Schützes schließt, oder ges kann entsprechend Abb.
a ein Zwischenschütz vorgesehen werden, welches die Bewegung umkehrt. Die einzelnen.
Elemente der Schaltung (s. Abb. z) sind so bezeichnet wie in Abb. i. Der Schaltkontakt
f betätigt die Schützspule e. Das Schütz fällt ab und schließt den Kontakt d, welcher
die Spule ä unter Strom bringt, die daTin den Hauptkontakt lt betätigt.