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Schalteinrichtung, insbesondere für periodische Schaltungen Zusatz
zum Patent 3'09 656 Im Hauptpatent ist eine Schalteinrichtung, insbesondere für
periodische Schaltungen, wie z. B. Stromumformer, angegeben, bei der durch eine
im Hauptstromkreis liegende gesättigte Schaltdrossel und einen zur Unterbrechungsstelle
parallelen Strompfad die Ausschaltbedingungen so weit verbessert sind, daB ein lichtbogenfreies
bzw. funkenfreies Abschalten möglich ist. Die vorliegende Erfindung macht es möglich,
bei einer derartigen Schalteinrichtung auch beim Einschaltvorgang die Bildung von
Schaltfeuer zu unterdrücken. Zu diesem Zweck soll die Spannung an der Unterbrechungsstelle
vor dem Einschalten unter einen Grenzwert abgesenkt werden, der die Vermeidung von
Einschaltfeuer gewährleistet. Dieser Grenzwert hängt von verschiedenen Umständen,
z. B. von der Stromstärke unmittelbar nach dem Einschalten, vom Kontaktdruck, Kontaktgewicht,
Kontaktwerkstoff usw. ab und beträgt in praktischen Fällen z. B. 50 Volt.
Damit
die Spannung an der Unterbrechungsstelle beim Einschalten der Kontakte unterhalb
des höchstzulässigen Grenzwertes bleibt, ist erfindungsgemäß eine weitere, gegebenenfalls
vormagnetisierte Hilfsschaltdrossel (Einschaltdrossel) in Verbindung mit einem zusätzlichen,
sich periodisch schließenden und öffnenden, die Hauptkontakte während des Einschaltens
unmittelbar überbrückenden Hilfsstrompfad vorgesehen, der auf die Hilfsschaltdrossel
derart abgestimmt ist, daß diese sich während des Einschaltens in ungesättigtem
Zustand befindet und daher infolge ihres hohen Widerstandswertes einen solchen Teil
der Spannung übernimmt, daß die Spannung an der Unterbrechungsstelle vor dem Einschalten
auf einen ungefährlichen Wert abgesenkt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands ist in der Zeichnung
dargestellt. i i ist eine Wechselstromquelle, die einen Stromverbraucher 18 speist.
Der Stromkreis führt über eine Hauptschaltdrossel 13 mit Eisenkern 14 und
eine Unterbrechungsstrecke ig, deren bewegliches Kontaktstück beispielsweise synchron
mit dem Verlauf des Wechselstroms angetrieben sein kann. In Reihe mit der Unterbrechungsstelle
ist eine Hilfsschaltdrossel 33 mit einem Eisenkern 34. geschaltet.
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Kurz vor dem Schließen der Unterbrechungsstelle wird ein zu dieser
paralleler Strompfad in Reihe mit der Hilfsschaltdrossel, die mit scharfem Sättigungsknick
arbeitet, geschlossen, so daß ein Strom von solcher Größe über den parallelen Strompfad
und die Einschaltdrossel fließt, daß der Eisenkern der Drossel ungesättigt ist und
somit auf die Drossel ein verhältnismäßig großer, auf den parallelen Strompfad ein
verhältnismäßig kleiner Teil der Gesamtspannung entfällt, also die Spannung an den
Kontakten ig, die ja dem Spannungsabfall an dem parallelen Strompfad gleich ist,
auf einen geringen Wert gebracht wird. Der parallele Strompfad kann beispielsweise
mit Hilfe eines gegenüber den Hauptkontakten etwas voreilenden Hilfskontakts gesteuert
werden. Dieser Hilfskontakt wird dabei aus einem Werkstoff hergestellt, der besonders
widerstandsfähig gegen Schaltfeuer ist und der ohne Schaden größeren Widerstand
und höheren Übergangswiderstand haben kann als die Hauptkontakte, da der Hilfskontakt
ja nur kurzzeitig einen kleinen Strom führt.
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Mit besonderem Vorteil kann der Strompfad durch ein parallel zum Hauptkontakt
liegendes Entladungsgefäß mit Gitter gebildet werden. In diesem Fall kann der Hilfskontakt
das Gitter an Spannung legen und dadurch das Entladungsgefäß zünden. Um dabei das
Entladungsgefäß in Störungsfällen vor Überlastungen zu schützen, kann ein Widerstand
oder ein anderer geeigneter Strombegrenzer vorgeschaltet werden.
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Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel liegt demgemäß parallel zur
Unterbrechungsstelle ig ein Entladungsrohr 2o, dessen Gitter 2 1 mit einem Vorkontakt
22 mit der Unterbrechungsstelle ig verbunden ist. Die Hilfsdrossel 33 kann hierbei
durch eine Gleichstromquelle 23 vormagnetisiert sein. Mit dem Entladungsrohr liegt
noch ein besonderer Schutzwiderstand 2.4 in Reihe. Außerdem liegt zur Hilfsschaltdrossel
und Unterbrechungsstelle noch ein Strompfad parallel, der durch einen Kondensator
25 und einen Vorwiderstand 26 gebildet ist. Sobald der V orkontakt der Unterbrechungsstelle
den Gegenkontakt berührt, läßt das Entladungsrohr einen Strom durch, wobei die Spannung
an den Hauptkontakten der Unterbrechungsstelle auf die Brennspannung des Entladungsrohres
sinkt. An Stelle des Widerstandes 2,4 kann dem Entladungsrohr auch ein Kondensator
mit einem parallel liegenden Widerstand vorgeschaltet werden. Auf diese Weise wird
es möglich, den Spannungsabfall an dem Widerstand unwirksam zu machen.
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Eine Anordnung, die die Verwendung von besonders kleinen Entladungsgefäßen
ermöglicht, besteht darin, daß in die Zuleitung zu dem Entladungsgefäß eine weitere
Schaltdrossel eingeschaltet wird, die entgegen der magnetisierenden Wirkung des
Entladungsstroms so hoch über die Sättigungsgrenze hinaus vormagnetisiert wird,
daß sie den im Normalbetrieb von dem Entladungsgefäß aufzunehmenden Strom durchläßt,
ohne die Sättigungsgrenze zu unterschreiten. In Störungsfällen, in denen wesentlich
größere Ströme auftreten können, die das Entladungsgefäß überbeanspruchen und zerstören
würden, kommt diese Drossel aber in den Arbeitsbereich unterhalb der Sättigung,
so daß derartige gefährliche Ströme durch den hohen induktiven Widerstand der ungesättigten
Drossel vorübergehend verhindert werden. Mit besonderem Vorteil kann in Reihe mit
dieser zusätzlichen Schaltdrossel ein Kondensator mit parallelen Ohmschen Widerständen
gelegt werden. Der Kondensator bewirkt dann den Schutz des Entladungsgefäßes, nachdem
die Drossel im umgekehrten Sinn sich gesättigt und damit ihre vorübergehende Schutzwirkung
wieder eingebüßt hat. Auf diese Weise kommt man mit kleinen Drosseln aus. Auch zu
der Drossel kann man zur Erleichterung ihrer Ummagnetisierung einen großen Widerstand
parallel legen.
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Den Hilfskontakt, der gegenüber den Hauptkontakten etwas voreilt und
auf diese Weise
den parallelen Strompfad steuert, kann man mit Vorteil
mit einer selbsttätigen Nachstellung etwa in der Weise ausführen, daß er in einer
Führung gleitend angeordnet ist, so daß er bei jedem Kontaktschluß in die Ebene
des Hauptkontakts zurückgedrückt wird, während der Öffnung der Hauptunterbrechungsstelle
aber elastisch oder mit einem einstellbaren Vorschub wieder aus der Berührungsebene
der Hauptkontakte heraustritt, so daß er etwas früher auf den beweglichen Kontakt
auftrifft als die Hauptkontakte selbst miteinander in Berührung kommen. Eine solche
selbsttätige Regelung kann elektrisch auch in der Weise durchgeführt werden, daß
der Hilfskontakt schon eine erhebliche Zeitspanne vor dem Hauptkontakt schließt,
daß aber seine Wirkung, z. B. auf das Gitter des Entladungsrohres, elektrisch, z.
B. dadurch, daß zunächst ein Kondensator über Widerstände aufgeladen werden muß,
verzögert wird. Statt das Entladungsgefäß 2o mittels eines Vorkontakts 22 zu zünden,
kann es nach der weiteren Erfindung auch durch eine synchrone Wechselspannung passender
Phasenlage durch Gitterbeeinflussung gezündet werden.
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Der Strom im Entladungsgefäß setzt eine kurze Zeit vor dem Schließen
des Hauptkontakts ein, und zwar sofort mit der durch die Drossel 33 bzw.
13 bestimmten Stromstärke und dauert bis zu dem Augenblick, in dem der Hauptkontakt
schließt, wodurch das Entladungsrohr wieder kurzgeschlossen wird.
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Da die Amplitude dieses Stromes von vornherein festliegt, die Dauer
des sich periodisch wiederholenden Stromstoßes aber von der Voreilung abhängt, stellt
der Mittelwert dieser Stromstöße im Stromkreis des Entladungsgefäßes ein Maß für
die Voreilung dar. Man kann die mechanische bzw. elektrische Verzögerung des Einschaltvorganges
daher unmittelbar in Abhängigkeit von dem Mittelwert des Stromes im Entladungsgefäß
steuern bzw. regeln, beispielsweise indem durch Röhrenschaltungen oder Relais auf
einen konstanten Wert dieses Stromes eingeregelt wird.
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Nach der weiteren Erfindung kann die Einschaltdrossel, damit ihre
Induktivität während des Ausschaltens der Hauptkontakte nicht störend wirkt, während
des Ausschaltvorganges kurzgeschlossen werden, beispielsweise durch einen Schleifring,
der synchron mit dem Verlauf des Wechselstromes angetrieben wird, also etwa auf
der Welle des Antriebes für den Stromrichter sitzt. Hierbei ist es zur Vermeidung
von Schaltfeuer am Schleifring besonders vorteilhaft, wenn das Öffnen dieses Kurzschlusses,
welches auf alle Fälle vor dem Schließen der Hauptkontakte erfolgen muß, nicht plötzlich
erfolgt. Zu diesem Zweck kann an Stelle eines Schleifringes eine nach Art eines
Kommutators ausgebildete Reihe von Lamellen angewendet werden, die durch entsprechend
abgestufte Widerstände miteinander verbunden sind, so daß vor der völligen Unterbrechung
allmählich Widerstand eingeschaltet wird. Es kann zweckmäßig sein, den Kurzschluß
der Hilfsschaltdrossel mit Hilfe einer besonderen streuungsarmen Kurzschlußwicklung
durchzuführen, die mit passender Windungszahl ausgeführt ist.
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Um zu erreichen, daß das Eisen der Einschaltdrossel im Augenblick
des Schließens der Hauptkontakte den günstigsten Magnetisierungszustand hat, kann
nach der weiteren Erfindung die Einschaltdrossel noch eine weitere Wicklung 28 erhalten,
die an einen Stromkreis angeschlossen ist, der während der Öffnungszeit der Hauptunterbrechungsstelle
z9 einen Stromstoß zur passenden Ummagnetisierung der Einschaltdrossel hervorruft.
In diesem Stromkreis kann eine Hilfsschaltdrossel3S angeordnet werden, die derart
dimensioniert wird, daß sie während des Einschaltens der Hauptkontakte ungesättigt
ist, und so durch ihre große Induktivität das Entstehen von induzierten Strömen
verhindert. Dieser Stromkreis kann dann unmittelbar von der Wechselspannung, beispielsweise
von einer entsprechenden Wicklung des Gleichrichtertransformators gespeist werden,
wobei die richtige Phasenlage der Spannung unter Umständen durch einen besonderen
zwischengeschalteten Drehtransformator oder Transformator mit Zickzackwicklung geschaffen
werden muß. Bei dieser Anordnung kann durch Veränderung der Gleichstromvormagnetisierung
36 der Schaltdrossel 13 eine Regelung der Spannung des Stromrichters erfolgen.
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Die Ummagnetisierung der Einschaltdrossel 33 könnte an und für sich
durch Gleichstrom erfolgen, der periodisch für ein bestimmtes Zeitintervall eingeschaltet
wird. Es ist jedoch, wie beschrieben, möglich, die Ummagnetisierung auch durch Wechselstrom
vorzunehmen, indem mit Hilfe einer Schaltdrossel mit scharfem Sättigungsknick über
eine ausreichende Zeit hindurch ein praktisch gleichbleibender Stromwert aufrechterhalten
wird. Diese Stromstufe kann mit Hilfe einer Gleichstromvormagnetisierung auf beliebige
Höhe in bezug zum Stromnulldurchgang gebracht werden.