DE736513C - Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schliessen eines Stromkreises - Google Patents

Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schliessen eines Stromkreises

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DE736513C
DE736513C DES131117D DES0131117D DE736513C DE 736513 C DE736513 C DE 736513C DE S131117 D DES131117 D DE S131117D DE S0131117 D DES0131117 D DE S0131117D DE 736513 C DE736513 C DE 736513C
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DES131117D
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English (en)
Inventor
Dr Floris Koppelmann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters
    • H02M1/26Contact mechanisms of dynamic converters incorporating cam-operated contacts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schließen eines Stromkreises Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schließen eines Stromkreises, z. B. für hochwertige Regler und Relais toder für Kontaktumformer, insbesondere für Starkstrom. Es ist bekannt, zur Erleichter ung derUnterbrechungsbedingungen der Unterbrechungsstelle einen Kondensator parallel zu schalten, der bei der Unterbrechung aufgeladen wird. In der Zwischenzeit können die Unterbrechungskontakte auf eine Rückzündungen mit Sicherheit ausschließende Entfernung voneinander gebracht werden. Bei einem Wiedereinschalten der Unterbrechungsstelle wird dann aber der Kondensator über die Unterbrechungsstelle wieder entladen. Hierbei treten unter Umständen Einschaltlichtbögen auf, die zu Abbrandschäden an den Unterbrechungskontakten führen können. Zur Dämpfung dieser Stromstöße kann ein Widerstand vor den Kondensator geschaltet werden. Je größer dieser ist, um so mehr verschlechtert er jedoch die funkenlöschende Wirkung des Kondensators -beim öffnen der Unterbrechungsstelle.
  • Derselbe Nachteil tritt ein, wenn bekanntermaßen ein Gleichrichter mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist. Hier beruht die Verschlechterung der funkenlöschenden Wirkung beim Öffnen der Unterbrechungsstelle auf dem unvermeidlichen Spannungsabfall im Gleichrichter, der in gleicher Höhe stets auch an der Unterbrechungsstelle beim öffnungsvorgang auftritt. Gelangt beispielsweise ein Glühkathodenrohr zur Verwendung, so entspricht die Öffnungsspannung stets mindestens der Entladungsspannung des Rohres, die in der Größenordnung von 2o Valt liegt. Bei einer so hohen öffnungsspannung können jedoch nur verhältnismäßig kleine Ströme in der Größenordnung von 1/2 Ampere ohne schädliches Schaltfeuer unterbrochen werden. Die Verwendung eines Trockengleichrichters ist ebenfalls nur für verhältnismäßig kleine Leistungen wirtschaftlich, weil die Sperrspannung des Gleichrichters mindestens so hoch sein muß wie die an der Unterbrechungsstelle auftretende Betriebsspannung, so daß schon bei Mittelspannungsgeräten eine ganze Anzahl v; @n Elementen hintereinandergeschaltet wcrd-n müssen, wodurch sich ihre Spannungsabfälle auch in der Übertragungsrichtung summieren und eine entsprechend hohe öffnungsspannung an der Unterbrechungsstelle verursachen.
  • Es ist ferner bekannt, zu einer Unterbrechungsstelle außer einem Kondensator noch eine Glimmlampe parallel zu schalten. Eine derartige Anordnung kommt jedoch nur für sehr kleine Betriebsspannungen in Betracht, weil die Sperrspannung der Glimmlampe höher sein muß als der Maximalwert derK Betriebsspannung des zu unterbrechenden Stromkreises, sonst würde nämlich die Glimmlampe eine glatte Überbrückung der Unterbrechungsstelle darstellen. Die Glimmlampe dient also hier nur zur Begrenzung etwaiger Überspannungen, die oberhalb der Betriebsspannung liegen, und ist ohne Einfluß auf die Vorgänge, die sich bei der Ladung des Kondensators bis zum Sperrs.parinungswert der Glimmlampe und bei der Entladung des Kondensators unterhalb dieses Wertes abspielen.
  • Die vorstehenden Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß eine Drossel mit beim Durchgang eines Stromes von vorbestimmter Richtung und Stärke gesättigtem, sich bei Überschreitung eines bestimmten Wertes des Durchgangsstromes sprunghaft entsättigendem Eisenkern innerhalb des zur Unterbrechungsstelle parallelen Strompfades mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist.
  • Mit Hilfe einer vorzugsweise aus einer besonderen Stromquelle entnommenen Vormagnetisierung kann die Sättigungsgrenze der Drossel so eingestellt werden, daß der Stram in Laderichtung beim Öffnen der Unterbrechungsstelle ungehindert durch die Drossel hindurchfließen kann, weil sich diese dann im gesättigter. Zustand befindet und infolgedessen einen praktisch vernachlässigbar kleineu Widerstandswert hat. Sobald jedoch beim Schließen der Unterbrechungsstelle ein Entladungsstrom in der umgekehrten Richtung durch die Drossel zu fließen beginnt, unterschreitet diese .die Sättigungsgrenze und verhindert infolge ihres nunmehr hohen induktiven Widerstandes ein Ansteigen des Entladungsstromes ausreichend lange, bis die Unterbrechungsstelle sicher geschlossen ist. Zu dem vorgenannten Zweck muß die Stromrichtung der Vormagnetisierung so gewählt sein, daß sie in der gleichen Richtung magnetisierend wirkt wie der Ladestrom, welcher ungehindert hindurchfließen soll. Die Stärke des Vorinagnetisierungsstromes muß so bemessen sein, daß die Drossel durch diesen Strom allein gerade bis zur Sä ttigtnigsgrenze vormagnetisiert ist.
  • Der Drossel kann innerhalb des parallelen Strompfades ihrerseits ein hoher Ohnischer Widerstand parallel geschaltet sein, über den sich die in ihr plötzlich entstehende tn_xgnetische Energie allmählich ausgleichen lüznn.
  • Als Werkstoff für den Drosselkern R=ird vorzugsweise eine magnetisch Hochwertige Eisensorte- von großer Permeabilität und scharfem Sättigungsknick verwendet, um mit einer sehr geringen Windungszahl auszuk;>minen und so die Induktivität der Drossel in gesättigtem Zustand, das ist die Luftinduktivität der Wicklung, möglichst kle_ii zu halten.
  • Da die Luftinduktivität einer derartigen Drossel. aus rein geometrischen Gründen nur schwer- unter bestimmte Werte gebracht werden kann. so empfiehlt es sich, in den Fällen. in denen eine noch geringere Luftinduktivität, d. h. ein besonders geringer Widerstand für Ströme in Laderichtung erforderlich ist, zwei oder gegebenenfalls auch noch mehr dei<zrtigc Schaltdrosseln zueinander parallel zti schalten.
  • Ferner kann eine weitere Drossel mit sich sprtuigb-#ift sättigendem Eisenkern in den ParallcIpfad eingeschaltet sein, di° in entgegengesetzter Richtung vorgesättigt ist. 'Man erhält dadurch eine Anordnung, bei welcher der Strom im Parallelpfad in beiden Richtungen vorübergehend innerhalb vorbestimmter Grenzwerte gehalten wird.
  • Die vorbezeichneten Anordnungen eignen sich besonders zur Verwendung für die periodisch arbeitende Schalteinrichtung eines Isontaktumformers, z. B. eines Gleichrichters oder Wechselrichters, bei dem in Reihe mit jeder Unterbrechungsstelle eine gesättigte, sich nur bei sehr kleinen Stromwerten in der Nähe des Stromnulldurchganges entsättigende Schaltdrossel liegt, mittels deren der Stromverlauf derartig verzerrt wird, daß in der Nähe jedes Stromnulldurchganges eine Abflachung, eine stromschwache Pause entsteht, während welcher der Strom praktisch Null ist und daher ohne gefährliches Schaltfeuer unterbr@-)chen werden kann.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. fcq ist die Unterbrechungsstelle eines Stromkreises, beispielstveise einer Phase des Speisestromkreises eines mehrphasigen Stromrichters. Der Kontakt wird periodisch abwechselnd mit den entsprechenden Kontakten der übrigen, nicht dargestellten Phasen betätigt, und zwar so, daß die Stromunterbrechung jedesmal in der Nähe des Stromnulldurchganges stattfindet. Parallel zu der Unterbrechungsstelle liegt ein Kondensator 3o, mit dem ein Dämpfungswiderstand 3 r in Reihe geschaltet ist. Zu dieser Reihenschaltung liegt ein ho,chohmiger Widerstand 32 parallel. In Reihe mit dieser vorzugsweise kapazitiven Widerstandskombination liegen die Drosseln 33 und 33', deren Eisenkerne 34 und 3.4' aus einer magnetisch hochwertigen Eisensorte bestehen, deren Magnetisierungskennlinie :eüie,n scharfen Sättigungsknick aufweist. Auf den Eisenkernen befindet sich je eine Vormagnetisierungswicklung 35 und 35'. Diese Wicklungen sind mit entgegengesetztem Sinn an ein Gleichstromnetz angeschlossen, wobei regelbare Widerstände 37 und 37' die Einstellung einer. gewünschten Stromstärke für die Vormagnetisierung gestatten. Parallel zu jeder der sich sättigenden Drosseln ist ein hochohmiger Widerstand 38 bzw. 38' geschaltet, über den sich die in der Drossel aufgespeicherte magnetische Energie allmählich ausgleichen kann.
  • Der nicht gezeichnete Antrieb der Unterbrechungsstelle i 9 sei synchron mit der Frequenz der Spannung des speisenden Transformators derart gesteuert, daß die Unterbrechung in einem Augenblick beginnt, in welchem der dem Nullwert zustrebende Strom noch die Richtung des eingezeichneten Pfeiles 2o hat. Die Stromstärke in der Vormagnetisierungswicklung 35 sei so stark eingestellt, daß der Kern 34. gerade gesättigt ist, und zwar in der gleichen Richtung, in der. der in Richtung des Pfeiles 2 i fließende Strom bei seinem Durchfluß durch die Spule 33 auf den Kern 3.4 magnetisierend wirkt. Dann kann dieser Strom ungehindert zum Kondensator 3o flie-13en und diesen aufladen, wodurch die Spannung an der Unterbrechungsstelle 19 eine Zeitlang auf einem sehr kleinen Wert gehalten wird, bis die Trennstärke eine genügende Länge erreicht hat, um Rückzündungen zu verhindern. Dadurch wird erreicht, daß beim Öffnen der Trennstrecke i 9 praktisch kein Schaltfeuer auftritt.
  • Wird die periodisch betätigte Unterbrechungsstelle i9 zu Beginn der folgenden Stromübertragungsperiode wieder geschlossen, so würde ohne besondere Vorkehrungen ein Stromstoß aus dem Kondensator 3o in Richtung des Pfeiles 22 über die Schaltstelle flielien lind dort einen Funken verursachen können, bevor die Kontakte sich fest berühren. Dies wird nun durch die Drossel33 verhindert; der aus dem Kondensator3o in Richtung des Pfeiles 22 fließende Strom wirkt nämlich entgegen der durch die Spule 35 hervorgerufenen Vormagnetisierung auf den Eisenkern entmagnetisierend ein. Der Eisenkern gelangt dadurch zunächst in den ungesättigten Zustand, und infolgedessen hat die Drosse133 einen sehr hohen Widerstandswert (Induktivität), durch den der Entladungsstrom gedrosselt wird, so daß es nicht zur Ausbildung des Schließungsfunkens kommen kann.
  • Die Drossel33' ist für den geschilderten Vorgang bedeutungslos, weil sie durch entsprechende Einstellung des Regelwiderstandes 37' bis über den Sättigungsknick der MagnetisierungskuTve des Eisenkernes 3,1' hinaus vormagnetisiert ist, derart, daß die entmagnetisierende Wirkung des in Richtung des Pfeiles 2 i fließenden Ladestromes nicht dazu ausreicht, den Eisenkern 3q.' in den ungesättigten Zustand zu versetzen. Der in umgekehrter Richtung fließende Entladestrom wirkt in gleicher Richtung wie der Vormagnetisierungsstrom der Spule 35'; der Eisenkern 34' bleibt infolgedessen sowohl während l:er Aufladung des Kondensators 3o als auch während seiner Entladung, d. h. sowohl beim öffnen als auch beim Schließen der Unterbrechungsstelle i9 gesättigt, so daß die Spule 33' einen praktisch vernachlässigbar kleinen Widerstandswert hat. Voraussetzung dafür ist natürlich, daß die Spannung im S:chließungsaugenbiick die gleiche Richtung hat.wie der Strom im Unterbrechungsaugenblick. Diese Voraussetzung ist z. B. beim Gleichrichter gewöhnlich erfüllt.
  • Es . kann nun aber beispielsweise infolge einer Änderung der Phasenlage des Schalttaktes zwecks Einstellung eines: anderen Aussteuerungsgrades oder infolge von elektrischen oder mechanischen Störungen vorkommen, daß die Spannung im Schließungsaugenblick die entgegengesetzte Richtung hat wie _ der Strom bei der Unterbrechung, so daß der Kondensator umgekehrt aufgeladen ist. Dann besteht die Gefahr, daß ein hoher Entladungsstromstoß aus dem Kondensator in Richtung des Pfeiles zi über die sich schließende Unterbrechungsstelle fließt und dort einen Schließungsfunken hervorruft. Dagegen schützt die Drosse133'. Sobald nämlich der Entladungsstrom in Richtung des Pfeiles 2 z einen solchen Wert erreicht hat, daß er die sättigende Wirkung des in der Spule 35' fließenden Vormagnetisierungsstromes aufhebt und damit den Kern 34', in den ungesättigten Zustand versetzt, nimmt die Drossel 33' sprunghaft einen hohen Widerstandswert (Induktivität) an,' wodurch das weitere Ansteigen des Entladungsstromes in Richtung des Pfeiles 2 i verhindert wird. Die Grenze des Entladungsstromes kann so bemessen werden, daß auch in diesem Fall merklichen K ontaktabbrand hervorrufendes .Sthaltfeuer beim Schließen der Unterbrechungsstelle i 9 vermieden wird.
  • Die strombegrenzende Wirkung der Drosseln 33 und 33' ist nur eine vorübergehende; weil jedesmal nach einer gewissen Zeit, während welcher sich die Drossel in ungesättigtem Zustand befindet, die Sättigung in entgegengesetzter Richtung eintritt und- damit der Widerstandswert wieder auf einen geringen Betrag absinkt. Die Wirkungszeiten der Drosseln sind jedoch lang genug, daß während dieser Zeit die gefahrlose Schließung der Unterbrechungsstrecke stattfinden kann.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schließen eines Stromkreises mit einem zur Unterbrechungsstelle: parallel geschalteten Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel mit beim Durchgang eines Stromes von vorbestimmter Richtung und Stärke gesättigtem, sich bei Überschreitung eines bestimmten Wertes 'des Durchgangsstromes sprunghaft entsättigendem Eisenkern innerhalb des zur Unterbrechungsstelle parallelen Strompfades mit dem Kondensator in Reihe geschaltet ist.
  2. 2. Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß .der Eisenkern der Drossel vormagnetisiert ist.
  3. 3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche Richtung und Stärke der Vormagnetisierung, daß sie die Sättigungsgrenze in Richtung des ungehindert durchzulassenden Stromes gerade erreicht. q..
  4. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Drossel mit sich sprunghaft sättigendem Eisenkern in den Parallelpfad eingeschaltet ist und daß die beiden Drosseln in einander entgegengesetztem Sinne vormagnetisiert sind.
  5. 5. Schalteinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein hoher Ohmscher Widerstand zu der Drossel parallel geschaltet ist.
  6. 6. Verwendung der Schalteinrichtung nach Anspruch i für Kontaktumformer, bei denen in Reihe mit der Unterbrechungsstelle eine gesättigte; sich nur bei sehr kleinen Stromwerten in der Nähe des Stromnulldurchganges entsättigende Schaltdrossel liegt.
DES131117D 1936-11-14 1936-11-14 Schalteinrichtung zum Unterbrechen und Schliessen eines Stromkreises Expired DE736513C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE966574C (de) * 1952-07-03 1957-08-22 Siemens Ag Relaisanordnung fuer UEberstrom und Rueckstrom
DE972704C (de) * 1951-08-12 1959-09-10 Licentia Gmbh Kontaktumformer mit begrenzt stromdurchlaessigen Nebenwegen

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DE972704C (de) * 1951-08-12 1959-09-10 Licentia Gmbh Kontaktumformer mit begrenzt stromdurchlaessigen Nebenwegen
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