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Anordnung zur Speisung eines Wechselstromverbrauchsgerätes aus einer
Gleichstromquelle Die Erfindung betriffx eine Anordnung zur Speisung eines Wechselstromverbrauchsgerätes
aus einer Gleichstromquelle, insbesondere zur Speisung eines Radioempfangsgerätes,
welche einen Eisenkerntransformator und einen diesem vorgeschalteten, die Richtung
des die Primärwicklung des Transformators durchfließenden Stromes periodisch umkehrenden
Pendelumformer enthält und bei der wenigstens einer der Stromzuführungsleiter die
Erregerwicklung eines Relais enthält, das beim Auftreten eines Überstromes eine
:der Stromzuführungsleitungen unterbricht.
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Die bekannten Anordnungen besitzen den Nachteil, daß die Lebensdauer
des Pendelumfoxmers verhältnismäßig gering ist, und zwar weil die Kontakte des Pendelumformers,
welche dazu dienen, die Richtung des die Transformatorprimärwicklung durchfließenden
Stromes periodisch zu ändern, nach einiger Zeit zerstört werden.
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Bekanntlich ist diese Zerstörung eine Folge des jeweils beim öffnen
und vielfach ebenfalls beim Schließen der Unterbrecherkontakte zwischen den Kontakten
entstehenden Lichtbogens, wodurch ein Verbrennen der Kontakte stattfindet. Zur Unterdrückung
des erwähnten Lichtbogens ist es üblich, einen Kondensator parallel zu den Unterbrecherkontakten
zu schalten. Es wird dadurch zwar die Lichtbogenbildung im normalen Betriebe im
wesentlichen verhindert, nicht aber bei abnormalen Betriebszuständen, die hiri und
wieder vorkommen, so daß die Kontakte dennoch verhältnismäßig schnell zerstört werden.
Es ist nun naheliegend; wenigstens in einer der Stromzuführungsleitungen die Erregerwicklung
eines Relais einzuschalten, das beim Auftreten eines Überstromes eine der Strornzuführungsleitungen
unterbricht.
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Die Erfindung betrifft eine besondere Bemessung der Arbeitszeiten
eines solchen Relais, durch die eine sehr wesentliche Vergrößerung der Lebensdauer
der Kontakte des Pendelumformers erzielt wird.
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Gemäß der Erfindung ist die Summe der Ansprech- und der Abfallzeit
des Relais derart in bezug auf die Eigenschwingungszeit des schwingenden Kontaktorganes
des Pendelumformers bemessen, und zwar vorzugsweise kleiner als die Eigenschwingungszeit,
daß der die Auslösung des Relais hervorrufende Strom und der beim Schließen des
Unterbrecherkontaktes
einsetzende Strom den Transformator in entgegengesetzter
Richtung magnetisieren.
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Zur leichteren Verständlichkeit der Erfindung werden zuerst die der
Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnisse näher erläutert.
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Die Erfinder haben festgestellt, daß in den bekannten Umformeranordnungen
der erwähnten Art sehr starke, kurzzeitige Überströme auftreten, und zwar steigen
diese insbesondere gegen Ende einer Periode, während welcher zwei Kontakte des Pendelumformers
miteinander in Berührung stehen, an. Diese Überströme ermöglichen beim Unterbrechen
,des Stromkreises eine starke Lichtbogenbildung, durch welche die Zerstörung der
Kontakte erfolgen kann.
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Es wurde festgestellt, daß die oben genannte Einschaltung eines Kondensators
zwar zur Beseitigung der im normalen Betriebe auftretenden Lichtbogenbildung, jedoch
nicht zur Unterdrückung der durch die Überströme hervorgerufenen Lichtbogenbildung
ausreicht.
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Es sei zuerst näher ausgeführt, wie die erwähnten Überströme entstehen
können.
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Im normalen Betriebe des Umformers entsteht im Transformator ein in
seiner Richtung wechselnder magnetischer Fluß bestimmter Amplitude, wobei die maximale
Größe des den Kern in der einen Richtung durchsetzenden Flusses im wesentlichen
ebenso groß wie die des den Kern in der entgegengesetzten Richtung durchsetzenden
Flusses ist.
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Wenn jedoch durch besondere Umstände eine der Halbwellen, z. B. eine
negative Halbwelle des die Primärtransformatorwicklung durchfließenden Wechselstromes
ganz oder teilweise ausbleibt, wird die nächstfolgende positive Halbwelle des Primärstromes
einen Fluß erzeugen, dessen maximale Größe wesentlich größer als die im normalen
Betriebe auftretende ist. Letzteres bedingt dann aber insbesondere durch die Sättigung
des Kerneisens eine sehr bedeutende Zunahme des Magnetisierungsstromes und der während
einer Erregungsperiode im Transformator angehäuften magnetischen Energie.
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Der vergrößerte Magnetisierungsstrom ruft beim Öffnen des Primärstromkreises
einen besonders starken Lichtbogen hervor, wodurch die Kontakte des Pendelumformers
schnell zerstört werden können.
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Diese besondere Magnetisierung des Transformatorkernes entsteht vielfach
bei der Inbetriebsetzung des Pendelumformers, und zwar dadurch, daß das schwingende
Kontaktorgan anfänglich mehrere Male hintereinander den gleichen Unterbrecherkontakt
schließt, so daß mehrere aufeinander folgende Stromstöße gleicher Polarität die
Primärwicklung durchfließen. Ebenfalls kann im normalen Betriebe eine Halbwelle
des Primärstromes dadurch ganz, oderteilweise ausbleiben, daß ein zwischen zwei
Kontakte geratenes Staubteilchen o. dgl. oder eine Unebenheit einer der Kontaktflächen
das Entstehen eines einwandfreien Kontaktes verhindert.
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Schließlich kann bei dem heute vielfach angewendeten als Polwender
ausgebildeten Pendelumformer ein Überstrom noch in einer anderen Weise entstehen.
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Bekanntlich sind bei solchen Umformern die Zuleitungen je mit einem
schwingenden Kontaktorgan verbunden, das zwischen zwei unterschiedlich mit den Enden
der Primärwicklung des Transformators verbundenen Kontakten hin und her pendelt.
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Wenn die beiden schwingenden Kontaktorgane nicht genau gleichphasig
schwingen, kommt es vor, daß die beiden Zuleitungen über die Unterbrecherkontakte
direkt miteinander verbunden werden. Durch den dann entstehenden Kurzschluß entsteht
ein sehr starker Überstrom, -der eine starke Lichtbogenbildung beim Aufheben des
Kurzschlusses hervorrufen kann.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden die durch die oben erwähnten
besonderen Umstände entstehenden starken G'berströme und deren schädliche Wirkungen
auf die Umformerkontakte beseitigt.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
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In den Fig. i und 2 sind Schaltungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und in Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm des Primärtransfortnatorstromes
zur näheren Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.
Übereinstimmende Teile sind in den Fig. i und 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. i sind i die Anschlußklernmen einer zur Speisung des Verbrauchsgerätes
31 aus einer Gleichstromquelle dienenden Umformeranordnung. Der Stromzuführungsleiter
2 der Anordnung ist mit einem in Schwingung versetzbaren Kontaktorgan 3, das im
Betriebe zwischen den Kontakten d. und 5 hin und her pendelt, eines Pendelumformers
verbunden.
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Es wird dadurch der Zuführungsleiter 2 abwechselnd mit den beiden
Enden der Primärwicklung 6 eines Transformators 7 verbunden, an dessen Sekundärwicklung
das Verbrauchsgerät 31 angeschlossen ist. Die Pri- j märwicklung ist mit einer Mittelanzapfung
versehen., die mit dem Zuführungsleiter 9 verbunden ist.
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Je nachdem das schwingende Kontaktorgan an dem Kontakt .4 oder 5 anliegt,
wird die eine oder die andere Hälfte der Primärwicklung von einem Gleichstrom durchflossen
und
entsprechend der Kern in der einen oder entgegengesetzten Richtung
magnetisiert. Zur Unterdrückung der im normalen- Betriebe beim Öffnen und Schließen
der Unterbrecherkontakte auftretenden Lichtbogenbildung sind die Unterbrecherkontakte
durch Kondensatoren io und i i überbrückt worden.
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In dem Stromzuführungsleiter 2 ist die Erregerwicklung 13 eines Relais
12 eingeschaltet, welches beim Auftreten eines Überstromes durch den Ruhekontakt
14 den Stromzuführungsleiter 2 unterbricht, wodurch das Entstehen eines starken
Lichtbogens zwischen den Kontakten des Pendelumformers verhindert wird.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ist eine Umformeranordnung
mit einem als Polwender ausgebildeten Pendelumformer dargestellt worden. Die Stromzuführungsleiter
2 und 9 sind je mit einem schwingenden Kontaktorgan 15 bzw. 16 verbunden, welches
zwischen den Kontakten 17, 18 bzw. 19; 20 pendelt. Die Kontakte 17= und 2o sind
mit dem einen Ende und die Kontakte 18 und i9 mit dem anderen. Ende der Primärwicklung
6 verbunden. Beim Betrieb des Umformers wird dadurch der die ganze Primärwicklung
durchfließende Strom periodisch kommutiert.
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In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Überstromrelais eine von
zwei, je in einem der Stromzuführungsleiter 2 bzw. 9 angeordneten Wicklungen@gebildete
Erregerwicklung. Letzteres istgünsti.g zur Fernhaltung etwaiger durch den Betrieb
des Pendelumformers hervorgerufener Störspannungen von der Speisespannungsquelle.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird an Hand der Fig.3, in der
beispielsweise ein Zeitdiagramm des die Primärtransformatorwicklung durchfließenden
Stromes dargestellt ist, näher erläutert.
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In diesem Diagramm ist der in vier aufeinanderfolgenden Schwingungsperioden
der Zeitdauer T des Umformerkontaktorganes durch die Primärwicklung fließende Strom
i. aufgetragen. Die im normalen Betriebe auftretenden positiven und negativen Halbwellen
sind fortlaufend numeriert (23 bis 30) und teilweise gestrichelt eingetragen. Die
Amplitude des Primärstromes enthält zwei Komponenten, wie in der positiven Halbwelle
23 angedeutet ist, nämlich eine Komponente I,., deren Größe von der Größe des Belastungswiderstandes
abhängig ist und während der ganzen Dauer der Halbwelle die gleiche Größe besitzt
und eine zweite Komponente 1o, die dem Magnetisierungsstrom entspricht und deren
Größe während einer Halbwelle gemäß einer exponentiellen Kurve zunimmt. Weiterhin
ist die Amplitude Im des Primärstromes angedeutet, bei der das Überstromrelais anspricht,
Im normalen Betriebe (Halbwelle 23, 24, 25) ist der Relaiskontakt 14 geschlossen,
weil der Primärstrom die zum Ansprechen des Relais erforderliche Größe nicht oder
nur sehr kurzzeitig erreicht. Wenn aber infolge einer der oben erwähnten Ursachen
die negative Halbwelle 26 nicht auftritt, wird beim Anfang der nächstfolgenden positiven
Halbwelle 27 der Magnetisierungsstrom eine größere Amplitude als im normalen Betriebe
besitzen. Weil der Magnetisierungsstrom während einer Halbwelle gemäß einer exponentiellen
Kurve zunimmt, würde der gesamte Primärstrom am Ende dieser Halbwelle einen sehr
hohen Wert erreichen und beim Öffnen des Stromkreises zwischen -den Unterb.recherkontakten
ein starker Lichtbogen auftreten.
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Jedoch wird letzteres durch die Anwendung des Relais verhindert. Wie
:aus Fig, 3 ersichtlich ist, erreicht der Primärstrom im Zeitpunkte T, den zum Ansprechen
des Relais erforderlichen Wert. Dadurch wird nach Ablauf einer durch die Trägheit
des mechanischen Relais bedingten Zeitspanne A (Ansprechzeit) der Relaiskäntakt
im Zeitpunkte t2 geöffnet werden, so daß das Entstehen eines Lichtbogens zwischen
den Umformerkontakten verhindert wird.
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Weil jetzt der Primärstromkreis unterbrochen ist, wird der Relaiskontakt
nach Ablauf einer Zeitspanne B (Abfallzeit) im Zeitpunkte t3 wieder geschlossen
werden, und der Primärstrom setzt wieder ein. Damit jedoch der Relaiskontakt nicht
in einem einer positiven Halbwelle entsprechenden Zeitpunkt geschlossen wird, wodurch
u. U. ein verhältnismäßig hoher Primärstrom entstehen könnte, ist es im Sinne der
Erfindung notwendig, die Summe T, der Ansprechzeit A und der Abfallzeit B derart
zu wählen, daß die Schließung während einer im vorliegenden Falle negativen Halbwelle
stattfindet. Vorzugsweise wird dazu die Summe T, kleiner als die Eigenschwingungszeit
T des schwingenden Kontaktorganes 3 bzw. 15, 16 des Pendelumformers gewählt. In
dem Falle wird das Entstehen eines hohen Magnetisierungsstromes durch die Ummagnetisierung
des Kerneisens mit Sicherheit vermieden.
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Schließlich ist es zur Erzielung einer sehr schnellen Unterbrechung
des Primärstromes, sobald ein Überstrom auftritt, günstig, die Ansprechzeit des
Relais verhältnismäßig klein, und zwar vorzugsweise kleiner als die Abfallzeit,
zu wählen, wie düich an sich bekannte Maßnahmen erzielt werden kann.