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Schaltdrossel für eine Stromunterbrechungseinrichtung Beim Gleichrichten
von Wechselstrom ist es bekannt, in Reihe mit den festen Kontakten der Unterbrechungsstelle
eitle sogenannte Schaltdrossel zu legen, die einen beim -Nennstromwert hochgesättigten
Eisenkern aufweist, durch dessen sprunghafte Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes
eine die Stromunterbrechung erleichternde Verzerrung der Stromkurve hervorgerufen
wird. Derartige Schaltdrosseln können ,auch beim `Vechselrichten, bei der Freduenzumformung
und allgemein bei Unterbrechungseinrichtungen, die zum periodischen Schalten oder
auch nur zur Ausführung einmaliger Schalthandlungen dienen, verwendet werden. Nach
einem früheren Vorschlage können Drosseln der erwähnten Art auch zum Schutze von
Schaltstellen bei Einschaltvorgängen in der beschriebenen Reihenanordnung verwendet
werden.
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Für die Unterdrückung des Schaltfeuers ist es nun wichtig, daß die
Magnetisierungskurve des Schaltdrosselkernes möglichst weitgehend der Idealform
angenähert ist, d. h. daß sie nicht nur, wie bekannt, ein möglichst hohes magnetisches
Leitvermögen und möglichst scharfe Sättigungsknicke aufweist, sondern daß sie auch
im ungesättigten Teil möglichst wenig gegen die Flußachse geneigt ist und im Sättigungsgebiet
möglichst parallel zur Erregerstr omachse verläuft. Je weitgehender die vorgenannten
Bedingungen erfüllt werden, um so mehr wird die Stromunterbrechung erleichtert.
Damit ergibt sich aber auch eine Steigerung der Schaltleistung und eine größereTreiheit
in der Veränderung
der Betriebsbedingungen, beispielsweise durch
Änderung der Belastung oder durch- Regelung der Spannung und des Stromes auf der
Ausgangsseite.
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Die gewünschte Forin der llagnetiserungskurve wird in erster Annäherung
erzieh durch eine geeignete Zusammensetzung des 1lagnetinetalls und durch besondere
mechanische und thermische 13)eliandlung bzw. Nachbehandlung des Halbfabrikats oder
des fertigen Magnetkörpers. Eine Reihe derartiger Herstellungsverfahren sind an
sich bekannt. Diese Maßnahmen genügen aber noch nicht den Höchstanforderungen, die
die Praxis 'stellt. Häufig «-erden auch durch mechanische Beanspruchungen, denen
der fertige Magnetkörper entweder durch das Arbeiten des Werkstoffes während der
Nachbehandlung oder beim _-lufbringen der Wicklung oder nachher an der fertiggestellten
Schaltdrossel ausgesetzt sein kann, z. B. durch Biegen und Pressen, die magnetischen
Eigenschaften des Magnetmetalls wieder versohlechtert. Der gleiche Dachteil haftet
dein *Magnetkörper der eingangs erwähnten bekannten Schaltdrosseln infolge von Fugenbildung
beim Zusammenbau bzw. infolge ungenügender Verschachtelung der einzelnen Lagen an,
weil dadurch merkliche Übergangsividerstände im hraftliniencveg verursacht «erden.
Auch die beispielsweise bei Starkstromtransformatoren und Starkstromdrosselspulen
bisher übliche Verschaehtelung der Bleche an den vier Ecken der rechteckigen Wicklungsfenster
ist bei der Herstellung hochwertiger Schaltdrosselkerne nicht zu gebrauchen.
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Zwecks Erhöhung des Wirkungsbereiches einer Schaltdrossel ist es nun
bereits vorgeschlagen worden, den Eisenkern aus flach übereinandergewickelteii Eisenbandlagen
herzustellen, so daß die Kraftlinien überall in der magnetischen Vorzugsrichtung
des Eisenbandes verlaufen, nämlich in der Richtung, in der es gewalzt bzw. gezogen
ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltdrossel zu schaffen, die
die vorerwähnte Erhöhung ihres Wirkungsbereiches aufweist, ferner einen einfachen
Eisenkernaufbatt hat und bei der ein leichtes Aufbringen der Wicklung unter möglichst
weitgehender Ausnutz_ung des vorhandenen Wickelraumes möglich ist. Erfindungsgemäß
wird das dadurch erreicht, daß der Eisenkern der Schaltdrossel aus einzelnen Bandwinkeln
zu einer geschlossenen Rechteckform derart zusammengesetzt ist, daß die Stoßstellen
der beiden je zu einer Lage gehörenden Bandwinkel in zweien von den vier Ecken liegen,
und daß die Stoßstellen ind die Biegestellen in den verschiedenen Jagen aufeinanderfolgen.
In Fig. i der Zeichnung ist ein hel;rinnt"r mehrphasiger Umformer dargestellt, dessen
Unterbrechungseinrichtungen mit Schaltdrosseln gemäß der Erfindung zusammenarbeiten.
Fig. a zeigt das Schema des fertigen Eisenkerns einer Schaltdrossel gemäß der Erfindung,
Fig. 3 die beiden Eisenkernteile vor der Verschachtelung und Fig..I. die ztt Winkeln
gebogenen vier obersten Einzelbleche des Eisenkerns in perspektiver Darstellung.
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-Nach Fig. i liegen in Reihe mit den SchalteinriChtUngen 2, die je
aus zwei festen Schaltstücken und einer beweglichen Schaltbrücke bestehen, Schaltdrosseln
4, deren Eisenkerne mit ; bezeichnet sind. Die Windungszahl einer jeden Schaltdrossel
ist so bemessen, daß der aus einer besonderen hochwertigen Eisensorte mit großer
Permeabilität und scharfem Sättigungsknick, z. B. Siliciumeisen oder ; Nickeleisen,
bestehende Eisenkern nur bei sehr kleinen Augenblickswertes des Stromes in der Nähe
der Stromnulldurcligänge ungesättigt ist, sich aber bereits bei Überschreitung eines
Bruchteiles des normal hindurch- t fließenden Betriebsstromes, z. B. in der Grö-1.ienordnung
von lficoo des 'Mittelwertes, sprunghaft sättigt, derart, daß der Verlauf der Stromkurve
in der Nähe der Nulldurchgänge-abgeflacht wird und somit eine praktisch stromlose
Pause entsteht, während welcher die Abschaltung des Wechselstromes vorgenommen werden
kann, ohne daß Schaltfeuer auftritt. Parallel zu den Trennstrecken können -Nebenstrompfade
3 angeordnet sein, «-elche Widerstandseinheiten, vorzugsweise eine Kombination von
kapazitiven und Olinischen Widerständen. enthalten. über diese wird der an den Trennstrecken
unterbrochene Strom mindestens teilweise aufrechterhalten, derart, d.aß der Spannungsabfall
zunächst im wesentlichen an den mit der Trennstrecke in Reihe liegenden Impedanzen
liegt, die Spannung an der Trennstrecke aber nur allmählich ansteigt. Die beweglichen
Schaltbrücken «-erden über Zwischenstößel von einer Exzenter- oder Nockenwelle 8
angetrieben, «-elche mit einem Svnchroninotor 7 gekuppelt ist.
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y Die Schalteinrichtung wird von der Sekundärwicklung 12 eines Drelistrointransforinators
gespeist, dessen Primärwicklung i i an das Drehstromnetz io angeschlossen ist. Die
Sekundärwicklung 1 2 dient auch zur Speisung des Synchronmotors 7, so daß
die Schaltbrücken durch die um je 1-20° gegeneinander versetzten Exzenter bzw. Nocken
im Takte der Speisespannung abwechselnd geöffnet und geschlossen «-erden. Der Ständer
des Svnchromno.tors 7 ist mittels des Handrades 17 um die Aiitriebs,achse verstellbar,
so daß der j Offnungsaugenblick auf den gewünschten Zeitpunkt, also innerhalb der
durch die Schaltdrosseln
.4 hervorgerufenen stromschwachen Pause,
eingestellt werden kann.
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Jeder Eisenkern 5 kann vormagnetisiert werden. Hierzu dienen die zusätzliche
Wicklung 6 und die besondere Stromquelle 13, die vorzugsweise eine Gleichstromquelleist.
Durch diese Vormagnetisierung wird der Augenblickswert des Stromes, bei welchem
die Sättigung eintritt, beeinflußt. Die Gleichstromquelle 13 ist im vorliegenden
Fall eine Gleichstrommaschine, die mit der Welle 8 gekuppelt ist. Die drei Erregerwicklungen
6 sind hintereinandergeschaltet, und in Reihe damit liegt noch die Drosselspule
16. Dadurch wird der Vormagnetisierungskreis von Oberwellen des Stromes im wesentlichen
freigehalten. Außerdem liegt in diesem Stromkreis noch ein Regelwiderstand 14, mit
dem die Vormagnetis.ierung verändert werden kann.
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Das Gleichstromnetz ist mit 2o bezeichnet; der eine Pol dieses Netzes
ist mit den Unterbrechungseinrichtungen 2 verbunden, während der andere Pol über
eine Glättungsdrossel9 zum Nullpunkt der Sekundärwicklung 12 des Drehstromtransformators
geführt ist. Der Umformer kann beliebig in beiden Richtungen betrieben werden. Durch
Verstellen des Regelwiderstandes 14 oder des Handrades 17 ist es möglich,
den Strom und die Spannung auf der Ausgangsseite in einem gewissen Bereich zu regeln.
Durch Kombination der beiden Regelmöglichkeiten wird ein größerer Regelbereich erzielt.
Sind die Schaltdrosseln 4 groß genug bemessen, so kann mit der vorgenannten kombinierten
Regelung ein stetiger Übergang von einer Arbeitsrichtung in die andere, d. h. vom
Gleichrichter- zum Wechselrichterbetrieb und umgekehrt erzielt werden.
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Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, besteht der Eisenkern einer
jeden Schaltdrossel aus Bandwinkeln 504 502, 503, 504 usw. Die Biegestellen
sind durch scharfes Knicken so kurz wie möglich gemacht, damit -von der durch die
Biegung verursachten Verschlechterung dd'r magnetischen Eigenschaften mÖglichst
geringe Teile des ganzen Kernes betroffen werden. Eine Knickstelle ist immer noch
besser als eine Fuge; sie ist aber auch besser als eine Biegestelle mit größerem
Krümmungshalbmesser, der _aber nicht groß genug ist, um die die magnetischen Eigenschaften
verschlechternden Gefügespannungen zu vermeiden. Die beiden Stoßstellen je zweier
Bandwinkel liegen an denjenigen Ecken, wo sich die Biegestellen der darüber- und
der darunterliegenden Bandwinkel befinden. In Fig. 4 ist das besonders deutlich
zu erkennen. Die einander benachbarten Blechstreifen sollen sich um so viel überlappen,
daß der magnetische Widerstand der Stoßstellen vernachlässigbar klein ist.
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Fig. 3 zeigt eine Zwischenform bei der Herstellung. Der Eisenkern
besteht hierbei aus zwei Teilen und jeder Teil aus an der Längsseite miteinander
verschachtelten Bandwinkeln, deren freie Schenkel nach der offenen Seite zeigen.
Auf diese Kernteile können die Spulen 41 bzw. 42 bequem, gegebenenfalls maschinell,
aufgewickelt werden, da der Draht nicht durchgefädelt zu werden braucht. Die Spulen
sind in den Fig. 2 und 3 gestrichelt angedeutet. Die beiden Kernteile werden aus
der in Fig.3 gezeigten Stellung gegeneinander verschoben und dabei entsteht die
in Fig.2 dargestellte Verschachtelung.