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Anordnung zur Erzeugung eines Auslöseimpulses Es ist bekannt, um einen
Stromkreis lichtbogenfrei zu unterbrechen, den iSchalter im Nulldurchgang oder in
der Nähe des Nulldurchganges des Stromes zu öffnen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, um einen Auslöseimpuls
für einen derartigen Schalter zu erzeugen, wobei der Auslöseimpuls stets um eine
bestimmte Zeit vor dem Nulldurchgang des Stromes liegt. Zu diesem Zweck wird ein
gesättigter Wandler verwendet, dessen Eisenkern vorzugsweise eine solche Charakteristik
besitzt, daß ein scharfer Knickpunkt in seiner Kennlinie vorhanden ist. Wird ein
derartiger Schaltwandler von einem Strom durchflossen, so ist er im allgemeinen
gesättigt. Erst in der Nähe des Nulldurchganges oder im Nulldurchgang des Stromes
erfolgt eine Ummagnetisierung des Wandlers. Besitzt 'dieser Wandler eine Auslösewicklung,
so wird in dieser während der Ummagnetisierungszeit ein Strom erzeugt, der dem zu
unterbrechenden,Strom entspricht. Da ein solcher Wandler die Stromimpulse erst nach
dem Nulldurchgang des abzuschaltenden Stromes gibt, muß ihm eine Vorerregung gegeben
werden, die durch eine stromdurchflossene Wicklung erzeugt werden kann. Bei einem
derartigen Wandler entstehen die Impulse vor dem Nulldurchgang des zu unterbrechenden
Stromes. Allerdings ist die Zeit, welche von dem Augenblick, in welchem der Auslösestrom
den für die Auslösung erforderlichen Wert erhält, his zu dem Augenblick des Nulldurchganges
des zu unterbrechenden Stromes noch von der Größe des zu unterbrechenden Stromes
abhängig, was bei sehr großen .Schwankungen dieses Stromes unerwünscht sein kann.
Um
diese Abhängigkeit zu vermeiden, wird erfindungsgemäß der Schaltwandler von dem
zu unterbrechenden Strom und vom einem dem Differentialquotienten des zu unterbrechenden
Stromes proportionalen Strom erregt, und außerdem erhält er eine konstante Erregung.
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Würde der Schaltwandler lediglich von dem zu unterbrechenden Strom
und einem dem Differentialquotienten .des zu unterbrechenden Stromes erregt, so
würde zwar der .Zeitpunkt, in welchem in der Auslösewicklung ein Impuls erzeugt
wird, unabhängig von der .Größe des zu unterbrechenden Stromes immer eine bestimmte
Zeit vor dem Nulldurchgang dieses Stromes liegen. Der Auslöseimpuls würde aber seine
für die Auslösung.erforderliche Höhe nicht immer um eine konstante Zeit vor dem
Nulldurchgang des zu unterbrechenden,Stromes erreichen, wenn dieser verschiedene
Größe besitzt. Verwendet man aber außerdem noch eine konstante Vorerregung für den
Schaltwandler, so kann man diese Schwierigkeit überwinden und einen Impuls erzeugen,
der genau oder annähernd genau immer eine bestimmte Zeit vor dem Nulldurchgang des
zu unterbrechenden Stromes den für die Auslösungerforderlichen Wert besitzt. Macht
man diese Zeit gleich der Eigenzeit des Schalters, so öffnet dieser im Stromnulldurchgang.
Man kann in bekannter Weise eine Schaltdrosselspule in dem zu unterbrechenden Stromkreis
vorsehen, die in der Nähe des Nulldurchganges des Stromes eine stromschwache Pause
erzeugt; diese kann dann sehr klein sein, weil man bei .Anwendung der Erfindung
die Gewähr dafür besitzt, daß der Auslöseimpuls den Wert des Auslösestromes erreicht
in einer Zeit, die ausreicht, daß der iSchalter mit Sicherheit im Null-- duschgang
des,Stromes bzw. in der stromschwachen Pause seinen Kontakt öffnet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:
In Fig. i ist mit i der Schalter bezeichnet. Er besitzt eine Auslösespule 2. Der
gesättigte ,Schaltwandler trägt das Bezugszeichen 3. Er besitzt eine Wicklung q.,
die von dem StrQm il, der über den Schalter i fließt, erregt wird, ferner eine Wich-Iung
g, die vom Strom i2 erregt wird. ,Die Wicklung-5 r ist über einen verhältnismäßig
großen Ohmschen Widerstand 9 an eine Drosselspule 9 angeschlossen, so daß der Strom
i2 den Differentialquotienten des ..Stromes il proportional ist. Außerdein besitzt
der Wandler eine Wicklung 6, die über einen ,großen Ohmschen Widerstand io an eine
Gleichstrorriqüelle-z i angeschlossen .ist.'Der Wandler besitzt ferner eine Auslösewicklung
7, die über einen Gleichrichter n2 die,Auslösespule 2 speist. Die _ Wiikungsweise
dieser Anordnung sei an Hand der F:ig; 2, 3 und d. erläutert. - -In Fig. 2 -ist
der zu unterbrechende Wechsel-Strom il dargestellt. Ferner- ist der Strom il -I-
i2 dargestellt, durch welchen der-Schaltwandler erregt Wird. Zur Vereinfachung -sei
angenommen, däß der Schaltwandler eine rechteckförrnige - Magnetiesieungskenillinie
besitzt und, daß -die Hysteresis vernachlässigter ist. Wie- ma'ausdem-Diagrämm der
Fig. 2 sieht, geht der - Summenstrom il + i2 eine bestimmte Zeit vor dem Nulldurchgang
des Stromes il ,durch Null. In diesem Augenblick wird, wenn man von der Gleichstromerregung
absieht, in der Wicklung 7 ein Strom i3 erzeugt, der den gleichen Verlauf hat wie
der Summenstrom il + i2. Sobald die Ummagnetisierung vollendet ist, befindet
sich der Wandler wieder im Sättigungsgebiet, so daß der Strom i3 in der Auslösewicklung
7 entsprechend ihrer Belastung abklingt.
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In Fig. 3 ist ein derartiger Impuls i3 dargestellt. Ändert sich jedoch
die Größe des Stromes il, so ändert sich auch der Summenstrom il -I- i2, und er
geht mit einer anderen Steilheit durch Null. Die Folge ,davon ist,. daß beispielsweise
Impulse i3 entstehen, wie sie gestrichelt in Fig. 3 dargestellt sind. Bezeichnet
man mit i" den Auslösestrom, so sieht man, daß von dem Zeitpunkt, in welchem der
(Strom in der Wicklung 7 den Auslösestrom i" erreicht, bis zu dem Zeitpunkt des
Nulldurchganges des Stromes il bei verschieden großen Strömen il eine unterschiedliche
Zeit vergeht.
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Gibt man nun dem Schaltwandler noch eine konstante Vormagnetisierung
und wählt man diese so,- daß sie gleich oder annähernd gleich dem Auslösestrom i"
ist, so kann man dieses vermeiden. -In Fig. i ist dieser Vorerregungsgleichstrom
mit i" bezeichnet. Er ist genau so groß wie der Auslösestrom i,. Die iFolge davon
ist, daß nicht dann, wenn der Summenstrom il -i- i2 durch Null geht, ein Strom in
der Wicklung 9 erzeugt wird, sondern bereits dann, wenn der Summenstrom il -i- i2
den Strom i, schneidet, weil in diesem Augenblick die Ummagnetisierung des 'Schaltwandlers
erfolgt.
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Die dabei entstehenden Impulse ig sind in Fig. .4 dargestellt. Man
sieht, daß sie, auch wenn sich die Größe des Primärstromes ändert und damit die
Form des Impulses, sie alle im gleichen Zeitpunkt den für die Auslösung erforderlichen
Wert i" besitzen, und zwar genau im Nulldurchgang des Stromes il+i2. Der zeitlicheAbstand
dieses Punktes am Nulldurchgang des zu unterbrechenden ,Stromes ist konstant unabhängig
von der Größe des- zu unterbrechenden Stromes. Man macht ihn gleich der .Eigenzeit
oder bei Verwendung einer Schaltdrosselspule etwas kleiner als der ,Eigenzeit des
Schalters entspricht. n Man wird, wie erwähnt, den konstanten Erregerstrom so wählen,
daß seine Größe dem Auslösestrom entspricht, doch kann- man auch in geringem Maße
davon abweichen.
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Es ist bisher stillschweigend vorausgesetzt worden, daß die Windungszahlen
aller Wicklungen auf der Schaltdrosselspule gleich groß sind. Ist dies nicht,der
Fall, dann sind bei den angestellten Überlegungen an Stelle der Ströme dieiAmperewindungen
zu setzen.
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Im Äusführungsbeispiel ist in Reihe mit der Auslösespule 2 noch ein
Ventil 12 geschaltet. Das hat die Aufgabe, einen Impuls auf die Auslösewicklung
2 nur -dann zuzulassen, wenn wie bei der- in Fg.- 2 angenommenen Richtung der Erregung
des SchaltkandIers der Strom vom Negativen ins
Positive wechselt,
während der Impuls unterdrückt wird, wenn der zu unterbrechende Strom vom Positiven
ins Negative geht.
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Handelt es sich um einen Schalter, der zu einem bestimmten Zeitaugenblick
von Hand oder bei Auftreten eines überstromes ausgeschaltet werden soll, ist es
noch erforderlich, im iStromkreis der Spule z eine Vorrichtung zu legen, die den
Impuls erst in dem gewünschten Augenblick wirksam macht. Beispielsweise könnte man
den Kontakt eines Überstromrelais in Reihe mit der Spule legen. Spricht dann das
überstromrelais an, so wird dieser Kontakt geschlossen und beim nächsten Nulldurchgang
des Stromes, wenn er vom negativen zum positiven Wert wechselt, wird der iSchalter
geöffnet. Man kann aber auch die .Anordnung verwenden, wenn der Schalter periodisch
geöffnet und geschlossen werden soll, wie es beispielsweise bei Verwendung eines
solchen Schalters für einen Kontaktumrichter notwendig ist. Der Schalter erhält
dann noch eine zweite Wicklung, der im richtigen Augenblick ein Impuls zugeführt
wird, in welchem der Schalter wieder geschlossen wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. i wurde die konstante Erregung durch eine
besondere Wicklung 6 erzeugt. Man kann aber die konstante Erregung auch durch einen
permanenten Magneten hervorrufen.
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Ein .Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Fig. 5. Soweit die Teile
mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen gewählt. Der
Schaltwandler 3 besitzt hierbei einen Luftspalt 15, der so ausgebildet ist, daß
er die Charakteristik des Wandlers wenig beeinflußt. Parallel zum Luftspalt liegt
ein permanenter Magnet i6. Der von diesem erzeugte Fluß geht zum großen Teil über
einen Luftspalt, ein Teil von ihm geht aber auch über den gesättigten Wandler 3
und ruft die gewünschte konstante Erregung hervor. Der Luftspalt ist erforderlich,
um zu vermeiden, daß :der durch die Wechselstromerregung erzeugte Fluß eine Ummagnetisierung
des permanenten Magneten hervorruft. Durch einen nicht dargestellten Nebenschluß
zudem parmanenten Magneten kann man den Fluß durch den Sättigungswandler so wählen,
daß wieder die früher erwähnten Bedingungen erfüllt sind.
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Bei der Erläuterung der Wirkungsweise war angenommen worden, daß die
Magnetisierungscharakteristik rechteckförmig ist; dies ist aber nicht erforderlich.
Wesentlich ist nur, daß die Knickpunkte der' Magnetisierungskennlinie möglichst
ausgeprägt sind. Beispielsweise ist bei der Anordnung nach dem letzten Ausführungsbeispiel
schon wegen des Luftspaltes keine rechteckförmige Magnetisierungkennlinie möglich.
Die Magnetisierungskennlinie wird im wesentlichen im ungesättigten Teil etwas schräg
zur Abszissenachse und im gesättigten Teil horizontal verlaufen.