DE847036C - Umformer mit elektromagnetischen Schaltern - Google Patents

Description

• Umformer mit elektromagnetischen Schaltern

  Hs in UM vc)rgeschlagett \\"orden, Umforttter

  ntit elektrnmagnetischen Schaltern auszuriisten, wo-

  ln#i jedoch für die Einschaltung gesonderte von der

  Spannung abhängige :\n@r<lnun;geu vorgesehen wur-

  detr. Hin weiterer (horch den Vorschlag Stnnu eitles , gellt die dahin, Kontakte die ütr- Ein-

  l) rücketiKlc-tt \'etttils zu veranlassen, wobei dieser

  Strom eitre zusätzliche Steuerwicklung dumhftießt.

  lici dieser Altordnung sind je(1(xll besondere Vor-

  richtungctr in Vorm von Schaltdrosseln zur Strom-

  :ihflachung tmd kal>azitiven 1_öschkreisen vorzu-

  sehen, tttn eitle funkenfrcic Unterbrechung zu ge-

  Wihrh#isten.

  1)ie# I:rlin<lung befallt sich clx#trfalls tnit einem

  l"mfc>rmer mir elektrorttttgrtetisclt lwtätigten Schal-

  tern, clcr@#tt Schaltclcntente durch chen, Strom einer

  die Untcr-Itrechungsätvlle Überbrückenden Ventil-

  anordnung gesteuert werden. Sie ist dadurch gekenn-

  zeichnet, daß diese Ventilanordnung unmittelbar

  1 parallel zu deti Schalterkontakten liegt und ihr Strom

  im geöttrtetcti Zustand der zugehiirigen Kontakte

  tnin(lestens eine die Sclmltelentente lwc#inmussendK#

  und tnit ihnen in Steilre liegende Hauptstrontwick-

  lung durchflieIt, WO der itn hlonwnt der K)ntakt-

  trettnung int. \ etrtilstrotukreis auftretende Span-

  nungsalrfall kleiner in als die miinitnale Spannung,

  bei Gier zwischen den zugehörigen Kontakten ein

  Lichtlogen zündet. Zweckrnäßigerweise -,werden die

  Ventilanordnung und der zugehörige Schalter der-

  art ausgebildet. <laN) der Spannungsabfall cinscltlieii-

  lich des ()htttscltert und induktiven Spannungs-

  abfalls in den Verbindungsleitungen itn Moment des

  Offnens der zugehörigen Schaltkontakte höchstens i o V ist, da erfahrungsgemäß hei Spannungen bis zu io V auch beim Unterbre@chen beliebig großer Ströme kein Lichtbogen auftritt. Bei kleinen Strömen, insbesondere Strömen unter i A im Moment des Unterbrechens, kann die Spannung an den Schaltkontakten wesentlich größer sein, im Grenzfall bis zu 300 V, ohne daß ein Lichtbogen entsteht, so daß man für diese Fälle dann mit Vorteil dlie Ventilanordnung und zugehörige Schalter für diese höheren Spannungen dimensioniert.
• Durch den Umformer gemäß der Erfindung werden sowohl große technische als auch wirtschaftliche Vorteile erzielt, denn der elektromagnetische Schalter eines derartigen Umformers besitzt nun nur noch eine Hauptsitromwicklung, durch die im geöffneten. Zustand des Schalters der Ventilstrom fließt, während sie im geschlossenen Zustand den Gesamtstrom führt. Die Ventilanordnung wirkt gleichzeitig als Einschaltorgan und als Funkenlöscheinrichtung heim Ausschalten, wodurch in den meisten Fällen zusätzliche Einrichtungen für die Funkendöschung nicht mehr erforderlich sind oder viel kleiner dimensioniert werden können.
• Der Schalter wird mit Vorteil hinsichtlich seiner Schaltzeit so bemessen, daß die Ventilanordnung nur für einen Strom dimensioniert zu werden ]>raucht, der zum mindesten eine Größenordnung kleiner ist als der Nennstrom, beispielsweise nur 5 % des Nennstromes beträgt. Für größere Stromstärken wird man mindestens zwei Schalter parallel schalten-, so daß jede Erregerwicklung und jeder Schaltkontakt nur einen Bruchteil des Gesamtstromes führen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, Schalter zu verwenden m,it mehreren Schaltelementen, wobei mindestens ein Teil der Schaltelemente von, der gleichen Erregerwicklung heeinfluß:t wird. Im Grenzfall können natürlich sämtliche Schaltelemente von einer einzigen Erregerwicklung aus gesteuert werden. Es kann zweckmäßig sein, die Erregerspule künstlich zu kühlen, indem man, sie beispielsweise in au sich bekannter Weise hohl ausführt und mit Hilfe eines Gas- oder Flüssigkeitsstromes kühlt. Zur Erreichung größerer Stromstärken wird man mindestens einen Teil der Schaltelemente parallel schalten. Hierbei ist es zur I?rzielung einer möglichst gleichmäßigen Stromverteilung zweckmäßig, den parallel geschalteten Schaltelemeruten Induktivitäten vorzuschalten, die jedoch so angeordnet werden, daß gemäß der Erfindung die Ventilanordnung unmittelbar parallel zu dem zugehörigen Schalterkontakt liegt. Besonders einfache Verhältnisse ergehen sich, wenn diese In duktivitäten miteinander gekoppelt sind, beispielsweise.indem sie als Drossel mlit gemeinsamem Kern ausgebildet werden. Es kann zweckmäßig sein, als Kern denjenigen der Erregerwicklung selbst zu bej nutzen.
• Die einzelnen parallel geschalteten Kontakte werden im allgemeinen nicht absolut gleichzeitig öffnen. i Die Dimeris.ionierung der Ventilanordnung ist nun so zti treffen, daß der zuletzt öffnende Kontakt noch lichtbogenfrei unterbricht. Bei Verwendung von Stabilisierungsdrosseln kann beispielsweise durch genügend große Zahl parallel arbeitender Kontakte erreicht werden, claß die Offnungsstromstärke je Unterbrechungsstelle unter der Minimalstromstärke liegt, hei der noch ein Lichtbogen entstehen kann, <l. h. weniger als i A beträgt. Infolge der parallel t liegendem Ventilanordnung können Leberspannungen, die sonst beim lichtbogenfreien Abreißen eines Stroines auftreten würden, sich sofort über die Ventilanordnung auswirken, so daß keinerlei Schäden entstehen. Die Stabilisierung der Teilströme hat aber noch den weiteren Vorteil, (aß die Materialwanderung herabgesetzt wird, denn diese nimmt proportioi nal mit dein Quadrat der je Kontakt abzuschaltenden Stromstärke zu.
• Für hohe Spannungen wird man den Umformer so ausbilden, daß die Gesamtheit der elektromagnetischen Schalter und der Ventilanordnsung mindestens zwei in Reihe liegende Unterbrechungsstellen aufweist, wobei die Ventilanordnungen zugleich zur Spannungssteuerung dienen. Bei '\,lelirphasengleichrichtern wird man je Zweig einen elektromagnetischen Schalter mit mindestens zwei in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen verwenden und zu jeder dieser Unterbrechungsstellen eine Ventilanordnung unmittelbar parallel schalten. Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, neben den Ventilanord@ sungen auch noch Kondensatoren und Widerstände unmittelbar parallel zu den Kontakten anzuordnen, die neben ihrer Funktion als Spannungssteuerung so zu bemessen sind, daß sie zusätzlich als Funkenlöscheinrcichtung wirken. Es ist klar, d@aß sie hierfür viel kleiner bemessen werden können, da die Ventilanordnung im wesentlichen bereits die Funkenlöschung übernimmt.
• Für viele Annvendungsfälle ist es erwünscht, eine verlustloseRegelungderGleichspannu ngzuerzielen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß in Reihe mit der Ventilanordnung eine regelbareGleichspannungsquelle vorgesehen wird, deren Innenwiderstand höchstens gleich dernjenigeni der Ventilanordrnung ist.
• Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den Stromverlauf in der Nähe des Stroinnulldurchganges flacher zu gestalten, wie dies in an sich bekannter Weise z. 13. mit sog. Schaltdrosseln geschehen kann, z. 13. in Form gesättigter Drosselspulen aus Lisen mit hoher _\nfangspernieabilität. Während man bisher zur Ausschaltung Schaltdrosseln mit einer Stromabflachtingszeit von etwa i m/s,ec verwendet hat, können im vorliegenden Fall Schaltdrosseln init einer Stroinabflachungszeit von i0-4 sec und weniger Anwendung finden, wodurch die Kosten diieser Schaltdrosseln auf einen kleinen Bruchteil herabgesetzt werden. Bei solchen Schaltdrosseln kann man die bei der steilen l'nnmagnetdsieru.ng in einer zusätzlichen Wicklunig erzeugte Spannung dazu benutzen, eine .@usschaltsl>ule des elektromagnetischen Schalters zu speisen. Bei größeren Schaltern, die für ihre Betätigung entsprechend große Energie benötigen, wird man an die zusätzliche Wicklung der Schaltdrosseln zweckmäßig ein sehr schnelles Relais anschließen, (las seinerseits die Anschaltspula

  all eilic llilfsstroniquellc legt. Fs ist jedoch auch

  denkbar, eili sehr schnelles \ullstromrelais ztt ver-

  wenden, welches lxi Einsetzen der stromschwachen

  Stufe anspricht und in analoger "'eise die Ausschal-

  tung betN irkt.

  I?iiüge Ausführungsbeispiele für Umformer ge-

  mäß der l:rtlii,dttitg sind in den Fig. i bis .f dar-

  gestellt. Es bedeutet in allen Figuren r die Strom-

  quelle, 2 den elektr(tniagnetischen Schalter mit dem

  Schaltelement 3, der Kontaktstelle I und der Haupt-

  stroimwickIung 5 ; 6 ist die zur Kontaktstelle :L un-

  mittelbar parallel liegende Ventilanordnung, 7 die

  Belastung.

  Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. i

  ist litiil folgende: Iin geöttneten Zustand des Schal-

  ters 2 fließt der von der Stromquelle i ausgehende

  Strom ztiu.iclist über die Hauptstromwicklung 5,

  von (la ülter (las V(#ntil 6 und zurück über die Be-

  lastung 7 und einte zu ladende Batterie 8 zur Strom-

  quelle t. Hat der \-eiitilstroni einen, so großen Wert

  erreicht, (lall der Schalter i geschlössen wird, so

  flieLit von jetzt alt der Strom unmittelbar über die

  Schaltkontakte 4. 1)as Ventil 6 ist kurzgeschlossen

  und daher stromlos. Dieser Zustand (lauert so lange,

  ltis der Gesamtstrom auf den Haltes,trorn des Schal-

  ters 2 altgesunken ist. 1:s trenneu sich dann die Kon-

  takte 4, z. b. unter der Wirkung einer nicht darge-

  stellten le(ler. Vou diesem Augenblick an fließt der

  Strom wieder Tiber (las Ventil 6. Da der Veritil-

  stronikreis ertindttngsgeniäß keinerlei zusätzliche

  Induktivitä ten und Widerstände enthalten soll, er-

  folgt diese Unrschaltttilg momentan. Es tritt, sofern

  (l,er Shatiti@ttngsaltfal! am Ventil klein genug ist, keine

  Funkenitil(lung auf. Wie nian aus Fig. i erkennt,

  zeichnet sich diese Anordnung gegenüber den be-

  kannten @ösurtgen durch eine atiß-er(r(lentliclie Ein-

  fachheit aus.

  Fig. 2 zeigt eihell C-nifornler finit einem Schalter

  finit drei Scllaltelententeu 3 und entsprechend drei

  Kontaktstelle" I und Urei Ventilanordnungen 6, die

  unter sich parallel geschaltet sinK1, wobei in diesem

  Vall die Betätigung durch eine einzige Hauptstroin-

  l\ickIting @ erfolgt. L-in den Strom in den drei par-

  allelen Zweigen niüglichst gleichzumachen und

  N\äh,reuK1 (bes L'.iltcr1)reclittttgs\-orgati,ges zu stabili-

  siel-ell, sind zttsiitzliclie ln(ltikti\-itäten 9 vorgesehen,

  die unter sich gekoppelt sind, wobei Jetloch besoll-

  ders darauf hin

  wird, (laß auch diese In-

  duktivitäten nicht etwa in (lern Ventilstromkreis

  liegen. l)etriigt lteispiels@@-eise die Minimalstrom-

  stärke dieser An(»-dnung, ltei der an den Kontakt-

  stellen I flOch kein Funken auftritt, o,8 A, so könnte

  dieser (;leicl"-iclltel- für 2.4 _\ ltei einer wieder-

  Spannung Spannurig bis zu etwa 300V l)etriel}eti

  t\erden.

  I# ig. 3 zeigt einett Umformer, wie er inisbesorndere

  für liiiliere Spannungen zweckm:ißig ist. I)er Schal-

  ter 2 weist zwei l@0ntal:tstellen 1 auf. Parallel zu

  jeder h(tntaktstelle liegt eine Ventilanordnung 6.

  1 )er I)rehltuiikt des Sclialteleilleiltes 3 ist mit (Lern

  gcnieiiis:inien Punkt io der beiden Vetitilanor(1-

  titiiigen 6 verbunden nach Art eines Sparinungs-

  el -#, durch der Leitungen Zu

  t ,Ivi 1 1

  (letz \'eutilanor<inungen 6 dafür gesorgt ist, (laß

  dieser Stromkreis praktisch keine lndukt@i@'ität auf-

  weist. Zusätzlich können noch Kondensatoren t t

  und Widerstände 12 ebenfalls in Sparinungsteiler-

  schalturig angeordnet @@-er(len.

  Fig. 4 zeigt schließlich noch einen einphasigen

  Umformer mdt Stromabflachung durch eine Schalt-

  drossel und Spann nun gsregelung durch eine Hilfs-

  batterie. Es bedeuten hierbei 13 die Schaltdrossel

  mit ihrer flauptstromwicklung 14, einer zusätz-

  lichen Spannungswicklung 15 und einer Vormagne-

  tisierungswicklung 16, die über eine große Induk-

  tiVität 17 angeschlossen ist. 18 is,t eine Ausschalt-

  spule des Schalters 2, durch d,ie die Wirkung der

  Ausschaltfeder 1() unterstützt wird. 20 ist eine regel-

  bareGleichspannungsquellemitsehrkleinerninnerem

  «Widerstand.

  Die- Wirkungsweise dieser Anordnung ist die fol-

  I gende: Sowie die Spannunig der Stromquelle i die

  Gegenispannung der Batterie 20 übersteigt, beginnt

  über die Hauptstromwicklung 5 und die Ventil-

  anordnung 6 sov-ie die eingeschalteten Zellen der

  Batterie 20 ein Strom zu fließen, der den Schalter 2

  bei Erreichen des Ansprechstromes schließt. Bei ab-

  nehmendem Strom tritt bei entsprechender Vor-

  magnetisierung kurz vor dem Stromnul'ldurchgailg

  eitre Entsättigung der Drossel 13 auf, und es hegimit

  ihre L'tnrtnagnetis.ieruilg, «-od'urcli in bekannter Weise

  eine Stromverflachung auftritt, da nun praktisch die

  gesamte treibende Spannung an der Drossel liegt.

  Gleichzeitig wird in der Spule 15 eine Spannung in-

  duziert, so daß in der Ausschaltspule 18 ein Strom

  zu fließen beginnt, wodurch der Schalter 2 geöffnet

  wird, und zwar noch innerhalb der stromschwachen

  Stufe. Auch hierbei üherniimmt der Ventilstrom-

  kreis im wesentlichen die Funkeri-löschuntg, so (laß,

  Nvenn überhaupt erforderlich, nur noch eiirre entspre-

  chend klein dimensionierte zusätzliche Funken-

  löschttng 21 vorgesehen \\-,erden muß. Je nach der

  Größe der Hilfsspannung der Batterie 20 erfoLgt die

  Einschaltung des Schalters 2 früher oder später, NN-o-

  durch, in an sich bekannter \Veise eine verlustlose

  Regelung der Gleichspatrnting an der Belastung 7 er-

  zielt wird.

  Umformer gemäß der Erfindung können selbstver-

  stän(llich für alle Arten von Gleich-, \\'ecliselrichtei-

  und Umformerschaltungen und auch für Mehr-

  1lIiaseiil)etrieh @-er@@-endet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Umformer mit elektromagnetischen Schal- tern. (Deren Schaltelemente durch den Strom einer die Unterbrechungsstelle überbrückenden Ventilanordnung gesteuert werden, dadurch ge- kennzeichnet, daß diese Ventilanordnung un- miittelltar parallel zti den @chalterkoiitakteri liegt. ihr Strom im geöffneten Zustand der zu- gnehürigeii Kontakte mindestens eine die Schalt elenieitte ltetätigende und mit ihnen in Reibe lie- geil(le I-Lauptstromwicklung durchfließt, wobei der ini Moment der Kontakttrennung am Ventil- stromkreis auftretende Spaninun.gsabfall kleiner ist als die niiiliinale Spannhag, bei der zwischen den zugehörigen Kontakten ein Lichthohen zündet. 2. Umformer nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Ventil- anordnung und des Schalters, daß der Span- mtngsabfall einschließlich des. Ohlnsclieti und in- duktiven Spannungsabfalls in den Verbindlungs- leitungen im Moment des Öffnens des ztigelil'lt-i- gen Schalterkontaktes höchstens io V ist. 3. Umformer nach Anspruch i, geken@nzeiclitle t durch eine derartige Ausbildung des Schalters. daß die Ventilanordnung nur für eine Strom- stärke zu bemessen ist, die höchstens 3 °/o der Belastungsnennstromstärke beträgt. .4. Umformer nach Anspruch i, gekennzeichnet durch mindestens zwei Schalter, die parallel ge- schaltet sind, so daß jede Erregerwicklung und jeder Schaltkontakt nur einen Bruchteil des Ge- samtstromes führen. 5. Umformer nach Anspruch i, dadurch ge- kenanzeichnet, daß der Schalter mehrere Schalt- elemente besitzt, wobei mindestens ein Teil der Schaltelemente von der gleichen Erregerwick- lung beeinflußt wird. 6. Umformer nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Schalt- eletnente parallel geschaltet ist. j. Umformer nach Anispruch i und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu jedem der par- allel geschalteten Schaltelemente Induktivitäten derart eingeschaltet sind, diaß eine gleichmäßige Stromverteilung entsteht. B. Umformer mach Anspruch i, 6 und 7, da- durch gekennzeichnet, daß die Indtiktl\-itäten miteinander gekoppelt sind. 9. Umformer nach Anspruch i, 6, 7 und 8, da- durch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten als Drosseln mit gemeilisamern Kern ausgebildet sind. io. I'mformer nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Gesamtheit der Schalter und Ventiltanordnungen mindestens zwei in Reihe liegende Unterhrechunhsstellen aufweist, wobei die \"entilanordnun,hen zugleich zur Span- nungssteuerung dietlen. i i. Uniformer nach :\nspruch i und io, ins- besondere für \1ehrllllasenlletriell, dadurch ge- ketitizeiclitiet, Ball je Zweig ein Schalter mit min- destetlszwei in, lzeilic liegenden L-nter@rrec@ung@s- stellen verwendet wird und zu jeder dieser L'nter- 1>rechungsstellen eine \-etitilatlllt-dtlutl" unmittel- bar parallel geschaltet ist. 12. Umformer nach Anspruch i und io, da- durch gekennzeichnet, daß parallel zu den Urnter- llrechungsstellen Kondensatoren und \Vider- stände angeordnet und derart bemessen sind, ciaß sie neben ihrer- Futtktion zur Spalitiningsstette- rtuig tiK>ch als Funkenlöscheinrichtung wirken. 13. Umformer nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet. d@aß in Reihe mit der Ventil- anordnung eine rcgell>are Gleichspann,ungs<luelle mit im Vergleich zu der '\-entilanordtiung höch- stens gleichem innerem \Viderstand liegt. 14. Umformer nach Anspruch i, gekennzeich- net durch eitre in Reihe den Strom- verlauf in der N'älie <les Strolnnulldurchgan@gs ab- flachende Schaltdrossel, deren Stroniabflacbungs- zeit kleiner als io-° sec ist. 15. Umformer nach :\nspruch t und 1q., da- durch gekennzeichnet. daß die Schaltdrossel eine zusätzliche @l'icklung aufweist, in der bei der Ummagnetisierung eine Spannung erzeugt wird, die unmittelbar auf eine Ausschaltspule des Schalters einwirkt. 16. Umformer nach Anspruch i und 1d, da- durch gekennzeichnet, daß die Schaltdrossel eine zusätzliche Wicklung aufweist, wobei die in ihr bei der Unimahnetisierunr erzeugte Spannung auf ein sehr schnelles helais wirkt, durch das eine Ausschaltspule des Schalters an eine Ililfs- stroniquelle gelegt wird. 17. Umformer nach Anspruch i und id,:,gc- kennzeichnet durch ein schnelles Nulls-troturelais, das bei Eintreten der stromschwachen Stufe an- spricht und eine :\ttsschaltspule des Schalters all eine Hilfsstroniquelle legt.