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Anordnung zum Schutz von Schaltkontakten, insbesondere bei Tirillreglern
Bei Gleichstroinkreisen mit Induktivitäten, Z. B. mit ei ner Feldwicklungeines
elektrischen Generators, sind die diese Kreise schaltenden Kontakte einem raschen
Verschleiß unterworfen, insbesondere wenn sie, wie bei Tirillreglern, in rascher
Folge betätigt werden. Die Erfindung hat vor allem die Aufgabe, den Üffnungsfunken
der Kontakte zu unterdrücken. Man kann dazu in bekannter Weise einen die Kon#-takte
überbrückenden Kondensator, gegebenenfalls mit Vorwid-erstand, benutzen. Die vom
ersten Stromstoß bei Schließung der Kontakte hervorgerufenen Beschädigungen lassen
sich nach einem früheren Vorschlag durch Reihenschaltung mit einer vormagnetisierten
Drossel zu den Schaltkontakten herabsetzen. Bekannt ist, die Kontakte durch ParalleIscbaltung
eines in der Betriebsstromrichtung sperrenden Ventils zur Induktivität zu entlasten.
Allein diese Maßnahmen reichen nicht mehr aus, wenn höhere Ströme, namentlich mit
hoher Schaltfrequenz, zu scha.Iten sind, teils weil die Schaltdrossel infolge der
beim Öffnen der Kontakte entstehenden großen magnetischen Feldstärkenänderung eine
kurzzeitige, aber sehr hohe Spannungsspitze erzeugt, die den Öffnungsfunken ausbildet,teils
weil der durch denSchaltkontakt parallel liegende Kondensator durch große Ströme,
die nach dem Öffnen der Kontakte über ihn fließen, zu schnell aufgeladen wird, was
sich auf die Steilheit des Spannungsanstieges an den Kontakten ungünstig auswirkt.
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Es kommt also bei der Erfindung darauf an, erstens auf irgendeine
Weis-e den abzuschaltenden
Strom zu verringern, ohne dabei den Betriebsstrom
wesentlich zu verkleinern, zweitens die Zeitkonstante der Aufladung des Kondensators
zu vergrößern und drittens möglichst das sofortige Einsetzen des Ventils nach dem
öffnungsaugenblick der Kontakte zu erzwingen, d. h. es soll möglichst rasch
stromdurchlässig werden. In den früher vorgeschlagenen Schaltungen in einem zur
Induktivität parallel liegenden Ventil tritt dies letztere erst dann ein, wenn der
Parallelkondensator zu den Schaltkontakten vollständig auf Betriebsspannung aufgeladen
ist und infolgedessen die an der Erregerwicklung liegende Spannung ihr Vorzeichen
umkehrt.
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Erfindungsgemäß wird mit der Erregerwicklung ein Widerstand in Reihe
geschaltet, der dauernd durch einen Überbrückungsschalter kurzgeschlossen ist und
nur jeweils kurz vor dem Öffnen der Schaltkontakte geöffnet wird. Ein zu dem Überbrückungsschalter
und diesem Widerstand parallel liegender Kondensator unterdrückt dabei den Öffnungsfunken.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Spannung
eines Generators soll durch Ein- und Ausschalten seiner Feldwicklung 2 in rascher
Folge mittels eines Schalters 3 geregelt werden. In bekannter Weise liegt
zu dem Schalter 3
ein Kondensator 4 mit Vorwiderstand 5 parallel, und
nach einem früheren Vorschlag ist dem Schalter 3 eine Wicklung
6 einer durch eine Wicklung 8 vormagnetisierten Schaltdrossel
7 vorgeschaltet. Zur Wicklung 2 liegt ein in der Betriebs-#tromrichtung,
Pfeil P, sperrendes Ventil 9 parallel.
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Erfindungsgemäß ist dem Schalter 3 und der Erregerwicklung
2 ein Ohmscher Widerstand io mit Parallelkondensator ii und Überbrückungsschalter
12 vorgeschaltet. Wie gestrichelt angedeutet, kann diese Schaltung io bis 12 mehrfach
wiederholt werden. Der Überbrückungsschalter 12 wird synchron mit dem Schalter
3 betätigt, und zwar derart, daß er jeweils kurz vor dem Schalter
3
geöffnet wird. Zu diesem Zweck hat der Schalter iaußer dem Hauptkontakt
13 einen Hilfskontakt 14, der über einen Widerstand 15 an den Magneten des
Schalters 3 angeschlossen ist. Der Magnet hat eine Sekundärwicklung 16, die
über einen regelbaren Widerstand 17 geschlossen ist. Durch Regelung des Widerstandes
17 kann der zeitliche Abstand zwischen den Betätigungen der Schalter 12 und
3
geändert werden. Die Phasenverschiebung in der Schalterbetätigung kann aber
auch durch andere bekannte Mittel erzielt werden, beispielsweise mittels eines mechanischen
Getriebes od. dgl.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Erreicht die Spannung des Generators
i bei ihrem Ansteigen einen bestimmten Grenzwert, so spricht das Relais 12 an, dessen
Magnetwicklung vorzugsweise über einen Vorwiderstand oder einen Potentiometer an,
dieser Spannung angeschlossen sein kann. Die Kontakte 12 und 13 trennen sich.
Der Kondensator i i übernimmt sofort den vorher über die ErregerwiCklUng 2 fließenden
Strom in voller Höhe, weil er zunächst ungeladen ist. Sobald bei der Ladung das
Potential des Kondensators i i ansteigt, übernimmt der Widerstand io mehr und mehr
diesen Strom. Dabei ist das Potential des Kondensators stets gleich dem Spannungsabfall
am Widerstand io. Im weiteren Verlauf fällt der Kondensatorstrom exponentiell ab,
mit einer Zeitkonstante, die dem Produkt aus dem Wert des Widerstandes io und der
Kapazität des Kondensators i i proportional ist. Bei richtiger Wahl des Kondensators
ii und des Widerstandes io (große Zeitkonstante) öffnet der Schalter 12 funkenfrei,
weil während des Üffnungsvorgangs die Spannung an den Kontakten 12, 13 sehr
klein ist, nämlich gleich dem Potential des zunächst ungeladenen Kondensators ii
und nur langsam wegen der großen Zeitkonstante ansteigt.
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Mit dem Aufladen des Kondensators ii sinkt gleichzeitig die an der
Erregerwick]Ung 2 liegende Spannung, da die Summe aller in dem Stromkreis auftretender
Spannungen die Betriebsspannung ergeben muß. Hat die Kondensatorspannung gerade
die Betriebsspannung erreicht, so kehrt die an der Erregerwicklung 2 und damit auch
an dem Ventil 9
liegende Spannung ihr Vorzeichen um, und das Ventil
9 läßt Strom durch. Demnach kann die Kondensatorspannung die Betriebsspannung
niemals übersteigen. Es stellt sich somit ein stationärer Zustand ein. Der über
den Widerstand io und so-leich über den Schalter 3 fließende Strom ist ZD
nach Ohmschern Gesetz bestimmt. Bei entsprechender Wahl des Widerstandes io kann
er einen Bruchteil des Betriebsstroms betragen, so daß also der Schalter
3 stark entlastet wird. Der übrige Teil des nachfließenden Erregerstroms
wi rd von dem Ventil 9
übernommem Inzwischen hat der Kontakt 12 den Kontakt
14 berührt. Dadurch wird die Magnetwicklung des Relais 3 erregt, und der
Schalter 3 unterbricht den Stromkreis. Dabei wird der Kondensator 4 aufgeladen,
und zwar entsprechend einer Zeitkonstante, die dem Produkt aus dem Wert des Widerstandes
io und derSumme derKapazitäten derKondensatoren4 und ii gleich ist, falls der Widerstand
5 sehr klein gegenüber dem Widerstand io gehalten wird, was praktisch meist
zutrifft.
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Während der Unterbrechung des Hauptstronis nimmt die Spannung des
Generat#ors i ab und erreicht sc hließlich' einen unteren Grenzwert, bei dem das
Schaltrelais 12 anspricht und von dem Kontakt 14 auf den Kontakt 13 umschaltet.
Eine Beschädigung der Kontakte 12, 13 beim Schließen ist nicht zu
befürchten, da der Kondensator sich nach dem öffnen des Schalters 3 entladen
hat und infolgedessen an diesen Kontakten keine Spannung herrscht. Durch die Trennung
der Kontakte 12, 14 wird die Magnetwicklung des Relais 3 stromlos, und der
Schalter3 schließt sich. Vor derAuswirkung des ersten Entladestromstoßes des Kondensators
4 ist er, wie aus einem früheren Vorschlag sich ergibt, geschützt, da die Schaltdrossel
7 den Entladestromstoß bis nach völliger Schließung des Schalters
3
verzögert.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß der Öffnungsfunke auch bei stärkeren
Strömen mit
hoher Schaltfrequenz wesentlich verringert und infolgedessen
die Lebensdauer der Schaltkontakte erhöht wird.