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Umformer mit mechanischen Kontakten Bei Umformern, mit mechanischen
Kontakten, deren Öffnung selbsttätig in Abhängigkeit vom Augenblicksverlauf der
unmittelbar vorausgehenden Halbwelle des zu unterbrechenden Stromes gesteuert wird,
insbesondere für Starkstrom, wird bekanntlich die elektromagnetische Kontaktsteuerung
hauptsächlich deswegen angewendet, damit sich die Kontakte nur unterhalb eines für
sie unschädlichen Stromwertes öffnen können, der beispielsweise durch die gegenseitige
Abstimmung der Mindesthaltekraft des Elektromagneten und einer Rückstellkraft eingestellt
werden kann und oberhalb dessen eine Öffnung der Kontakte auf alle Fälle verhindert
wird, wodurch eine übermäßige Beanspruchung und Beschädigung der Umformerkontakte
auch in Störungsfällen mit Sicherheit vermieden wird. Die Kontaktschließung kann
ebenfalls mittels elektromagnetischer Steuerung vollzogen werden:. Es ist aber auch
bekannt, dazu ein zwangsläufig periodisch betätigtes Getriebe zu verwenden, beispielsweise
eine von einem Synchronmotor angetriebene umlaufende Welle mit einem Nocken oder
Exzenter, der vorzugsweise über einen Zwischenstößel auf den beweglichen Kontaktteil
einwirkt.
Ist nun der Anker des Steuerelektromagneten nach bekanntem Vorbild am bewegten Kontaktteil
befestigt, so wird durch ihn die Masse der bewegten Teile vergrößert und dadurch
die Gefahr des Flatterns beim Einschalten erhöht. Die Beseitigung dieser Gefahr
durch entsprechende Er-,höhung -des im Einschaltaugenblick ausgeübten Kontaktdruckes
eist wegen der damit verbundenen stärkeren mechanischen Abnutzung untunlich. Die
ebenfalls bekannte federnde Befestigung des Kontaktes am Magnetanker in der Weise,
idaß die Feder die Schließkraft überträgt und die Federspannung beim Anziehen des
Ankers zunimmt, schafft zwar Abhilfe gegen das Flattern, ist aber mit einer Verlängerung
der Eigenzeit vom Öffnungsbefehl bis zu seiner Ausführung verbunden, weil zu der
sonst erforderlichen Zeit noch ein Betrag hinzukommt, der zur Entspannung der Feder
vor der Kontaktöffnung in Anspruch genommen wird.ä Jede Verlängerung ,der erwähnten
Eigenzeit ist aber_ deswegen nachteilig; weil während dieser Zeit uvorhergesehene
Änderungen des Stromverlaufs eintreten können, die eine erhöhte Beanspruchung der.'
Kontakte bei ihrer Öffnung zur Folge haben. Es@ ist auch bereits vorgeschlagen worden,
die Einschaltung des Stromes einem besonderen Kontakt zu übertragen, der zu dem
elektromagnetisch gesteuerten Kontakt parallel geschaltet ist und vor diesem geschlossen
und geöffnet wird, so daß seich ein etwaiges Flattern des nachträglich geschlossenen
-elektromagnetisch besteuerten Kontaktes nicht schädlich auswirken kann. Mit der
vorliegenden Erfindung werden die oben@erwähnten Nachteile ohne den zusätzlichen
Aufwand eines besonderen Parallelkontaktes vermieden. Die Erfmdwig beruht auf dem
Gedanken, Aden beweglichen Kontaktteil mit dem eine Haltekraft ausübenden Anker
des Steuerelektromagneten .derart zu kuppeln, daß eine -im-Sinn der Kontaktschließung
wirkende Kraft zwar in der Richtung vom Anker auf .den Kontakt starr übertragen
wird, in der umgekehrten Richtung vom Kontakt auf den: Anker dagegen nicht. Erfindttngsgemäß
wind dieser Gedanke in der Weise verwirklicht, daß. .die Haltekraft durch kraftschlüssige
starre Anlage des in sich starren beweglichen Ankersystems- des Elektromagneten
an dem in sich starren bewegten Teil der Kontakteinrichtung auf den bewegten Kontaktteil
übertragen wird, der mit dem Magnetanker, wenn 0erhaupt, so höchstens durch ein
bei Zunahme seines Abstandes: vom bewegten Kontaktteil mindestens streckenweise
nachgiebiges mechanisches Verbindungsmittel verbunden ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Kontakteinrichtung nebst schematisch angedeuteter
Schaltungsanordnung; Fig. 2 enthält die -beweglichen Teile der Anordnung, von unten
gesehen und teilweise im Schnitt. Die Kontakteinrichtung besteht aus. zwei ruhenden
Kontaktteilen i i und 12 und einer beweglichen Kontaktbrücke 13, die auf einer eingespannten
Blattfeder 14 befestigt ist. Zur Kontaktschließung ' dient eine Antriebsvorrichtung;
bestehend aus einer synchron umlaufend'enWelle 15 mit einem Exzenter 16, durch den
ein Stößel 17 periodisch auf und ab bewegt wird, der diese Bewegung auf den Kontaktteil
13 überträgt. Der Stößel 17 besteht aus zwei teleskopartig ineinanderschiebbanen
Teilen, zwischen denen sich eine im Hohlraum des Unterteils angebrachte Druckfeder
befindet, die die beiden Teile bis zu einem Anschlag auseinandertreibt. Sobald sich
der bewegte Kontaktteil 13 beim Einschalten auf die ruhenden Kontaktteile i i und
12 setzt, gibt die erwähnte Druckfeder nach, so daß sich die beiden Stößelteile
bei der weiteren Bewegung des Exzenters 16 ineintanderschieben, bis der Scheitelpunkt
der Bewegungskurve überschritten wird. Zum Halten des Kontaktes ist ein an zwei
schwenkbaren Armen i$ befestigter Anker i9 vorgesehen, auf den ein Steuerelektromagnet
2o wirkt. Die Erregerspule 21 dieses Magneten wird nach Fig. i von .dem übertragenen
Strom durchflossen, indem sie mit der Kontakteinrichtung in Reihe geschaltet ist.
Sie kann auch parallel zu den Konfakten angeordnet sein und durch ein im gleichen
Parallelpfad in Reihe mit ihr liegendes elektrisches Ventil, z. B. einen Trockengleichrichter
oder ein gegebenenfalls gittergesteuertes Entladungsgefäß gesteuert werden. Die
Erregerspule 21 kann aber auch von einem fremden Erregerstrom durchflossen werden,
der in Abhängigkeit vom Augenblicksverlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuert
wird. Sobald die ruhenden Kontaktstücke i z, 12 durch den. bewegten Kontaktteil
13 überbrückt sind, wird der Elektromagnet 2o erregt und zieht seinen Anker i9 an.
Die am Anker starr befestigten Hebel 18 - legen sieh -infolgedessen mit besonderen
nockenar-tigen Ansätzen starr an den bewegten Kontaktteil 13, der auf diese Weise
in geschlossener Stellung mit dem erforderlichen Kontaktdruck festgehalten wird,
während sich der Stößel infolge der Weiterdrehung des Exzenters 16 unter dem Einfluß
einer nicht gezeichneten Rückstellkraft wieder nach unten bewegt und sich dabei
vom bewegten Kontaktteil 13
löst. Wenn der übertragene Strom unter einen für
die Kontakte unschädlichen Wert sinkt, so sinkt , gleichzeitig damit oder kurz danach
auch der Erregerstrom in der Spule 2ii unter den eingestellten Mindesthaltewert,
so daß der Anker i9 durch eine Rückstellfeder 2,a abgerissen und zugleich der Kontaktteil
13 durch die als Rückstellkraft wirkende Blattfeder 14 in die Öffnungsstellung gebracht
wird. Der Anker i9 legt sich in geöffneter Stellung gegen einen Anschlag 23. In
Reihe mit der Kontakteinrichtung kann ein an sich bekanntes stromabflachendes Mittel,
z. B. eine Schaltdrossel 24 mit beim Nennstromwert hochgesättigtem und durch seine
Entsättigung in der Nähe des: Stromnullwertes eine Verlängerung der stromschwachen
Pause hervorrufenden Magnetkern 25 vorgesehen sein zu dem Zweck, den zeitlichen
Spielraum zur Berücksichtigung unvermeidlicher Ungenauigkeiten der elektromagnetischen
Steuerung zu vergrößern. Diese Ungenauigkeiten werden in der Hauptsache durch Abweichungen
der Eigenzeit der Steuereinrichtung
bei verschiedenen Schaltvorgängen
hervorgerufen. Diese Abweichungen sind umso größer, je größer die Eigenzeit an .sich
ist. Durch die obenerwähnte Verringerung der Eigenzeit infolge Wegfalls einer Druckfeder,
die nach dem bekannten Vorbild zwischen den Teilen 13 und 18 anzuordnen wäre, wird
also auch eine Verringerung des Aufwandes für die Schaltdrossel ermöglicht.
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Der Wegfall einer mechanischen Verbindung zwischen dem bewegten Kontaktteil
13 und dem Anker ig kann übrigens auf einen, ersten Teil der durch :den Exzenter
16 bedingten Hubstrecke beschränkt werden. Nach Ablauf dieser Teilstrecke kann beispielsweise
mittels eines zwischen den Armen 18 befestigten Ouersteges 26 mit einer Bohrung,
durch die der Stößel 17 hindurchtritt, sowie mittels, eines am Stößel 17 angebrachten
Bundes 27, der sich nach Ablauf eines Teils des Stößelhubes gegen den Steg 26 legt,
eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt werden, durch die der Anker ig entgegen
der Rückstellkraft 22 in Anzugsrichtung beschleunigt wird. Hierdurch kann unter
Umständen der Aufwand für den Steuerelektromagneten verringert werden. Zwischen
dem Quersteg 26 und dem Bund 27 kann auch eine Druckfeder angeordnet sein, deren
Anfangskraft kleiner ist als die auf den Anker ig wirkende Rückstellkraft und deren
Federkennlinie steiler ansteigt als die Kennlinie der Rückstellkraft. In diesem
Fall wird der Anker ig von dem Augenblick ab in Anzugsrichtung beschleunigt, wo
die Kraft der zwischen den Teilen 26 und 27 angeordneten Druckfeder gleich der Rückstellkraft
geworden; ist. Der Anschlag 23 kann in diesem Fall weggelassen werden. Der Anker
i9 versucht dann immer wieder diejenige Stellung einzunehmen, in der sich die beiden
vorerwähnten Kräfte in Gleichgewicht befinden. Zu Beginn jedesi Einschaltvorganges
bleibt jedoch der Anker ig wegen seiner verhältnismäßig großen: Massenträgheit zunächst
zurück, so daß er den Schließvorgang des bewegten Kontaktteils 13 nicht beeinträchtigen
kann. Sobald der Magnetanker in :den Bereich erhöhter Anzugskraft des inzwischen
durch den Hauptstrom erregten Magneten gelangt, wird er von diesem festgehalten;
es kann also bei geeigneter Abstimmung der Massen und Federkräfte nicht zur Ausbildung
von Schwingungen kommen. Statt der erwähnten Druckfeder kann auch beispielsweise
zwischen dem bewegten Kontakt 13 und den Hebelarmen 18 eine Zugfeder mit entsprechender
Kennlinie angeordnet sein.
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Zur Schließung des bewegten Kontaktteils: 13 kann statt der Antriebsvorrichtung
15 bis 17 auch eine elektromagnetisch gesteuerte Antriebsvorrichtung vorgesehen
sein. Der hierzu erforderliche Magnetanker kann wesentlich kleiner sein als der
Magnetanker ig, weil der Einschaltmagnet nur einen wesentlich geringeren Kontaktdruck
hervorzurufen braucht. Außerdem kann der Anker des Einschaltmagneten ohne Nachteil
durch eine Druckfeder mit dem bewegten Kontaktteil 13 verbunden werden; denn da
der Anker des Einschaltmagneten bereits wieder abfallen kann, während sich die Kontakte
noch in geschlossener Stellung befinden, so spielt eine Vergrößerung der für diesen
Vorgang erforderlichen Eigenzeit für den einwandfreien Ablauf der Kontaktbewegung
keine Rolle.
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Die Schließ.hewegung kann ferner auch mittels eines Sehwingankermotors.
herbeigeführt werden, dessen synchrone Schwingungen durch die Wechselspannung des
Umformers selbst oder durch eine mit dieser frequenzgleiche Hilfswechselspannung
angeregt werden.
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Falls der Haltemagnet 2o mit Fremdstrom erregt wird, kann er in an
sich bekannter Weise durch eine Gegenerregung ausgelöst werden, die von einer an
der Schaltdrossel24 infolge ihrer Entsättigung und Ummagnetisierung in der Nähe
des Stromnullwertes entstehenden Spannung getrieben wird. Es kann auch eine zusätzliche
Hilfsschaltdrossel zur Steuerung des Haltemagneten vorgesehen sein, deren Kern sich
bereits bei einem .etwas höheren Wert des Stromes entsättigt als der Kern 215 der
Hauptschaltdrossel. Dieses Verhalten kann durch verschiedene Werkstoffe der beiden
Kerne oder durch verschiedene Vormagnetisierung herbeigeführt werden. Haupt- und
Hilfsschaltdrossel können in der Weise miteinander vereinigt werden, daß die beiden
Kerne eine gemeinsame Hauptwicklung erhalten.
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Spannungsregelungdurch Teilaussteuerung ist in bekannter Weise durch
Änderung der Lage des Einschaltzeitpunktes gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung
möglich, beispielsweise also durch Verdrehung des Ständers des die Exzenterwelle
15 antreibenden Synchronmotors. Die richtigen Ausschaltzeitpunkte ergeben sich hierbei
ohne weiteres durch :die selbsttätige Steuerung der Kontaktöffnung.