DE725546C - Mechanischer Kontaktstromrichter - Google Patents

Mechanischer Kontaktstromrichter

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DE725546C
DE725546C DES133811D DES0133811D DE725546C DE 725546 C DE725546 C DE 725546C DE S133811 D DES133811 D DE S133811D DE S0133811 D DES0133811 D DE S0133811D DE 725546 C DE725546 C DE 725546C
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DE
Germany
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contact
capacitor
voltage
contacts
converter
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Expired
Application number
DES133811D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Rudolf Aberle
Dr-Ing Richard Miehlich
Wilhelm Artus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Description

  • Mechanischer Kontaktstromrichter Bei bekannten Schwingkontaktwechselrichtern -ist ein ungefähr auf die Eigenschwingungszahl des mechanischen Systems abgestimmter elektrischer Parallelschwingkreis vorgesehen, der hei Kontaktöffnung unter gewissen Belastungsbedingungen eine Verminderung der öffnungsfunken bewirkt. Eine derartige Abstimmeinrichtung kann aber nicht die Bildung von Schließungsfunken infolge Entladung des Kondensators über den Kontakt verhindern.
  • Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil durch eine solche Bemessung der Abstimmungswerte des Kondensators C und der Selbstinduktivität L sowie der diesen Schwingkreis dämpfenden Teile, daß die Spannungsgleichheit bei der Kontaktschließung in einem Zeitpunkt erfolgt, in dem die Änderungsgeschwindigkeit der Kondensatorspannung gleich Null ist. Dadurch vermögen selbst größere noch aus anderen Gründen zulässige betriebsmäßige Frequenzänderungen des mechanischen Systems keine Störung der einwandfreien Kontaktbetätigung herbeizuführen, da kleine Abweichungen vom Sollwert dann noch nicht zu störenden Funkspannungen führen. Dadurch wird die Lebensdauer derartiger Kontaktstromrichter beträchtlich erhöht. Auch kann im allgemeinen die umformende Leistung nicht unbeträchtlich erhöht werden. Für die Abstimmfrequenz ergibt sich folgende allgemeine Formel: dabei ist Tir die Umschlagzeit des Kontaktes, Tfa die Periodendauer der Abstimmfrequenz und x = o oder eine ganz positive Zahl. Als günstigste Periodendauer für die Abstimmung hat sich die 2- bis -.fache Zeitdauer der Umschlagzeit oder deren Nähe ergeben. Dabei können bestimmte Betriebsbedingungen, z. B. die bei höheren Betriebsfrequenzen geänderten Dämpfungswerte, einen gewissen Einfluß auf die Größe dieses Wertes nehmen. Für die Abstimmung, insbesondere auf die ..fache Zeitdauer der Umschlagzeit, erweist es sich besonders zünstig, den Schwingungswiderstand etwa doppelt so groß zu bemessen wie den Wirkwiderstand R; bei dieser Bemessung ist die Spannung des Kondensators im Augenblick der Kontaktgabe praktisch die gleiche nach Größe und Phase wie die aufgedrückte Spannung der Stromquelle, daher kann sich der Kondensator, wie schon ausgeführt, im Augenblick der Kontaktschließung nicht über den Kontakt entladen. Durch diese Art der Abstimmung wird erreicht, daß die Kontaktschließung in einem Augenblick erfolgt, in dem die Kurve der erregten gedämpften Schwingung einen flachen Verlauf, vorzugsweise eine zur Zeitachse parallele Tangente hat. Die Abstimmung nach der Erfindung ist damit längst nicht so einstellempfindlich wie die bei den bekannten Einrichtungen.
  • Da sich im allgemeinen Umschlagzeiten der Kontakte von nur etwa 1/$ bis 1/1o der Schwingungsdauer einer Welle der abgegebenen Ausgangsfrequenz ergeben, so ergibt die Bemessungslehre nach der Erfindung wesentlich höhere Abstimmfrequenzen als die Eigenfrequenz des mechanischen Systems. Für die Anwendung der Bemessungslehre nach der Erfindung ist es gleichgültig, ob es sich um Schwingkontaktwechselrichter oder um solche mit rotierenden Kontakten handelt. Weiterhin ist diese Bemessungslehre auch auf Schwingkontaktumrichter, z. B. auch mit Kontakten zur Wiedergleichrichtung an-«endbar.
  • Mit den bekannten Schwingkontaktwechselrichtern und den bekannten Funkenlösch- und abstimmitteln lassen sich bei in Luft arbeitenden Kontakten nur etwa Leistungen von ioo bis höchstens 15o Watt umsetzen. Dahingegen gelingt es mit nach der Abstimmlehre der Erfindung bemessenem Geräte leicht, Leistungsumsetzungen von 25o bis 350 Watt zu erzielen. Infolge dieser Leistungssteigerung wird ein einwandfreier Betrieb auch von mit Einphasenasynchronmotor angetriebenen Kühlschränken am Gleichstromnetz erst möglich. Das bringt einmal eine Vereinheitlichung der Kühlschrankantriebe für die beiden Stromarten mit ihrer verbilligenden Wirkung. Weiterhin ist aber gerade das Wechsel-Strommodell mit der Möglichkeit der völlig drucksicheren Unterbringung des Antriebsankers ausschlaggebend für die Betriebssicherheit des Kompressors eines solchen Kühlschrankes. Es bedeutet daher auch aus diesem Grunde einen außerordentlichen Fortschritt, das Wechselstrommodell auch aus dem Gleichstromnetz einwandfrei speisen zu können.
  • Die Abstimmung nach der Erfindung in dieser einfachen Anordnung ist noch lastabhängig, weil sich mit der Änderung der Last die Dämpfung der Schwingkreise und damit die Schwingamplitude verändert. Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird diese Lastabhängigkeit in weiten Grenzen durch die Vereinigung von Reihen- und Paralleldrosseln, die zusammen vermittels eines Kondensators abgestimmt werden, vermieden. Dadurch gelingt es auch, einwandfrei Leistungen von mehr als 5oo Watt in Wechselstrom umzusetzen, und zwar bei gegenüber dem Bekannten wesentlich verbessertem Wirkungsgrad. Diese Wirkungsgradverbesserung wird dadurch erreicht, daß die in dem Schwingkreis fließende Energie grÖßtenteils auch in dem Verbraucher in günstiger Weise wirksam wird. Die von einer derartigen Schaltung gelieferte Wechselspannung ist , wesentlich glatter und oberwellenfreier über einen weiten Belastungsbereich als bei den bekannten Einrichtungen.
  • In den Fig. x bis 7 sind die Arbeitsweise und die Schaltungen von Wechselrichtern, die nach der Erfindung bemessen sind, dargestellt.
  • In Fig. i ist für einen vierpoligen Wechselrichter ein Schaltbild angegeben. Von der Batterie i gehen zwei Leitungen :2 und 3 zu den beweglichen Kontakten der beiden Wechselkontakte q. und 5. Die festen Kontakte sind in an sich bekannter Weise mit dem Verbraucher R verbunden. In Reihe mit dem Verbraucher liegt die Selbstinduktionsspule L und parallel zu dem Ausgang der Kontakte q. und 5 liegt der Kondensator C. Der Abstimmkreis aus C und L ist, wie weiter oben ausgeführt, auf ein festes Verhältnis zur Umschlagzeit der Kontakte q. und 5 abgestimmt. In Fig. 2 ist schematisch der Verlauf einer durch die Kontaktöffnung erregten gedämpften Wechselspannung an den Kondensatorklemmen dargestellt. Wie man erkennt, geht diese Spannung am Kondensator nach etwas mehr als 1!4 Periodendauer durch ein negatives Maximum. Wird nun nach Fig: 3, die voraussetzt, daß x = o ist, der Kontakt nach dem Verlauf dieser Zeit geschlossen, so ist die an dem Kondensator auftretende Spannung nach der Phasenlage entgegengesetzt der Batteriespannung. Die beiden Spannungen heben sich also an den zu schließenden Kontakten in dem Augenblick der Kontaktschließung unter der Voraussetzung auf, daß sie auch der Größe nach gleich sind. Ist dieses der Fall, was durch die beschriebene Dämpfungsbemessung erreicht werden kann, so kann der Kondensator sich nicht über den Kontakt entladen, und .der Kontakt wird also auch durch den Entladungsstrom des Kondensators nicht beansprucht. -Da bei dieser Abstimmungsbemessung also sowohl die Kontaktöffnung wie die Kontaktschließung ohne Funken- bzw. Lichtbogenbildung erfolgt, können die Kontakte wesentlich höher belastet werden als bei den bekannten Einrichtungen.
  • Fig. q.a zeigt das Schaltbild und Fig. q.b das zugehörige Ersatzschaltbild für einen Gleichstromumrichter, dessen Abstimmung ebenfalls. nach den Grundsätzen der Erfindung erfolgt.
  • Parallel zur Primär- oder Sekundärseite des Transformators liegt hier ein Kondensator Cl. Außerdem beginnt die Glättungseinrichtung mit einem zweiten Kondensator C2. Dadurch gewinnt man zunächst den Vorteil, daß, abgesehen von der Wirkung der Streuinduktivitäten und Wicklungswiderstände, beim öffnen keine Spannung an den Kontakten 6 und 7 liegen kann, weil ja durch Cl und C2 und die-Kapazität der Stromquelle die bei geschlossenen Kontakten bestehende Gleichung U,1 = Ucl = Uc2 beim Öffnen für kurze Zeit aufrechterhalten bleibt. Dadurch wird der Öffnungsfunke verhindert.
  • In L9 ist nun im Augenblick des öffnens eine gewisse Energie aufgespeichert, ebenso in Cl. Beim Umrichter ist bei geöffneten Kontakten der Kreis L9, Cl von Stromquelle und Verbraucher abgetrennt. Cl entlädt sich über L9, wobei der Strom in L9 und die aufgespeicherte Energie noch vergrößert werden. Diese Energie erreicht ihr Maximum, wenn Ucl zu Null geworden ist. Jetzt lädt sich Cl wieder auf, und zwar auf eine Spannung, die von der höchsten in L9 gespeicherten Energie und den Verlusten bestimmt wird. Deckt die in L, im Augenblick des öffnens gespeicherte Energie gerade die Verluste im Kreis L9, C1 während etwa einer Halbschwingung, so lädt sich Cl auf -U81 auf. Werden die Kontakte wieder geschlossen, wenn Uc, gerade =-U,1 geworden ist, also nach einer Viertelperiode -E-dem Verlustwinkel des Kreises L9, Cl, so liegt am Kontakt 6 im Schließungsmoment keine Spannung (im Ersatzschaltbild ist die Stromquelle jetzt umgepolt zu denken). Dieser Kurvenverlauf entsteht jedoch nur, wenn der Sekundärkontakt 7 genau gleich oder später schließt und genau gleich oder früher öffnet als der Primärkontakt 6. Schließt der Kontakt 7 nicht später und öffnet er nicht früher, dann wird die Abstimmung auf die Leerlaufinduktivität L9 des Übertragers gestört, und es entsteht sowohl beim Schließen von Kontakt 6 ein großer Strom mit Schließungsfunke als auch beim öffnen ein starker öffnungsfunke. Beide Erscheinungen erhöhen ganz beträchtlich die Kontaktabnutzung. Ist C2 genügend groß, so ist Uc2 ebenfalls noch annähernd gleich U,1; auch der Kontakt 7 verbindet dann beim Schließen zwei Punkte gleichen Potentials. Weder beim öffnen noch beim Schließen werden die Kontakte dieser Schaltung beansprucht. Läßt sich die Bedingung, daß die Verluste während einer Halbschwingung gleich der in L, gespeicherten Energie- sind, nicht genau erreichen, so können die Verluste durch einen in Reihe oder parallel zu Cl liegenden Widerstand ver-,grÖßert werden.
  • Da die angegebenen Schaltungen außer der des Gleichumrichters mehr oder weniger belastungsabhängig sind, so wird, wie bereits beschrieben, der Resonanzkreis in besonderer Weise so ausgebildet, daß seine Dämpfung unabhängig von der Belastung wird. Damit wird auch seine Wirkungsweise auf die Schaltvorgänge ebenfalls belastungsunabhängig.
  • . Zur Erläuterung sind in den Fig. 5a, 5b, 5c vereinfachte Ersatzschaltbilder dargestellt. In der schematischen Darstellung Fig.5a ist die Selbstinduktion Lt in Reihe mit dem Verbraucher R geschaltet. Bei einer derartigen Schaltung nimmt die Dämpfung mit wachsender Belastung ab.
  • In der Fig. 5b ist die Selbstinduktion L2 parallel zum Verbraucher R geschaltet. Die Dämpfung nimmt mit wachsender Belastung zu.
  • In der Fig. 5, sind zwei Selbstinduktiv itäten vorgesehen, nämlich L1 in Reihe mit dem Verbraucher R und L2 parallel zu dieser Reihenschaltung: Bei einer derartigen Schaltung bleibt die Dämpfung konstant mit veränderlicher Belastung und die Arbeitsweise ist unabhängig von der Belastung.
  • In Fig.6 ist die Anwendung einer derartigen Schaltung auf einen vierpolig schaltenden, v orzuksweise transformatorlos betriebenen Wechselrichter gezeigt.
  • In Fig. 7 ist die Anwendung einer derartigen Schaltung auf einen zweipoligen Wechselrichter mit mittelangezapftem Transformator gezeigt. Dabei ist die Selbstinduktion L1 an die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators geschaltet, die Selbstinduktion L. liegt parallel zu den äußeren Klemmen der Primärwicklung, und der Kondensator ist in zwei Kondensatoren C aufgeteilt, deren gemeinsamer Mittelpunkt an die Leitung für die Mittelanzapfung gelegt ist. Dieser Mittelpunktanschluß kann auch fortfallen. Die Selbstinduktion Li kann auch aufgeteilt in die beiden primären Außen-Leitungen des Transformators gelegt werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Mechanischer Kontaktstromrichter für Vollwegkontaktstromrichterschaltungen, insbesondere Schwingkontaktstromrichter großer Dauerleistung mit Abstimmung durch Kondensatoren und Drosselspulen und mit Spannungsgleichheit zwischen Stromquelle und Kondensator im Augenblick der Kontaktschließung, gekennzeichnet durch eine Abstimmung der Eigenschwingungsdauer des Abstimmkreises auf einen solchen Wert oberhalb der 2fachen und unterhalb der 4fachen Zeitdauer der Kontaktumschlagszeit, daß der Kondensator auf eine Spannung entgegengesetzten Vorzeichens als dasjenige der vorhergehenden Kontaktzeit umgeladen wird und durch einen geeigneten Abgleich des aus L und C und dämpfenden Teilen gebildeten Schwingkreises die Änderungsgeschwindigkeit der Kondensatorspannung im Augenblick des Kontaktschlusses gleich Null ist.
  2. 2. Stromrichter nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungswiderstand des Resonanzkreises etwa gleich dem doppelten Wert des Wirkwiderstandes R des nachgeschalteten Verbrauchers ist.
  3. 3. Stromrichter nach Anspruch-r und z. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmkreis eine zum Verbraucher in Reihe geschaltete Drossel und eine zu dieser Reihenschaltung parallel geschaltete Drossel enthält.
DES133811D 1938-09-08 1938-09-08 Mechanischer Kontaktstromrichter Expired DE725546C (de)

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DES133811D DE725546C (de) 1938-09-08 1938-09-08 Mechanischer Kontaktstromrichter

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DE (1) DE725546C (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE863533C (de) * 1948-10-02 1953-01-19 Siemens Ag Kontaktwechselrichter
DE917377C (de) * 1948-10-02 1954-09-02 Siemens Ag Kontaktwechselrichter
DE1141022B (de) * 1956-12-28 1962-12-13 Licentia Gmbh Mechanischer Wechselrichter

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