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Wechselstromschalteinrichtung Die Erfindung betrifft eine weitere
vorteilhafte Ausgestaltung einer Wechselstromschalteinrichtung mit elektromagnetisch
gesteuerten und sich synchron zum Stromnulldurchgang öffnenden Kontakten. Mit den
letzteren kann bekanntlich zur Erleichterung der Stromunterbrechung eine SchaltrIrossel
mit beim Nennstromwert hochgesättigten Magnetkern in Reihe geschaltet sein, durch
deren Entsättigung in der Nähe des Stromilullwertes eine stromschwache Pause hervorgerufen
wird. Der Steuerimpuls muß so rechtzeitig gegeben werden, daß sich die Kontakte
während der stromschwachen Pause öffnen. Es ist bekannt, den Steuerimpuls für die
Kontaktöffnung mit Hilfe der an der Schaltdrossel bei ihrer Entsättigung auftretenden
Spannung zii erzeugen. Dadurch wird jedoch die Ausnutzung der Schaltdrossel verschlechtert,
weil sich die Kontakte nicht gleich am Anfang der stromschwachen Pause öffnen, sondern
erst zu einem späteren Zeitpunkt. so daß eine verhältnismäßig große Schaltdrossel
erforderlich ist, damit nach Beginn der Kontaktöffnung noch die für eine hinreichende
Schaltsicherheit erforderliche restliche Dauer der stromschwachen Pause zur Verfügung
stellt. Da ferner die Spannung an der Schaltdrossel während der ganzen stromschwachen
Pause auftritt, besteht obendrein die Gefahr, daß der Auslöseimpuls infolge einer
zeitweiligen Hemmung erst am Ende der stromschwachen Pause wirksam wird und sich
die Kontakte nach ihrem Ablauf unter erschwerten Bedingungen öffnen.
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Demgegenüber geht die Erfindung voll dem Gedanken aus, den Öffnungsimpuls
mit Hilfe eines zusätzlichen kleinen Schaltwandlers mit beim Nennstromwert
hochgesättigten
Magnetkern zu erzeugen und den Schaltwandler mit einem Hilfsstrom so vorzumagnetisieren,
daß er sich früher als die Schaltdrossel entsättigt. Geschieht das aber um Bruchteile
einer Millisekunde vor dem richtigen Zeitpunkt, so kölinen sich unter Umständen
die Kontakte ,bereits vor dem Beginn der stromschwachen Pause öffnen. Bei verspäteter
Entsättigung des Schaltwandlers hingegen ist der Öffnungsimpuls möglicherweise zii
schwach und reicht nicht zur Kontaktöffnung aus, weil die Ummagnetisierung des Schaltwandlers
in dem Augenblick der Entsättigung der Schaltdrossel, die dann praktisch die gesamte
Spannung des zu unterbrechenden Stromkreises an sich reißt, unterbrochen wird und
sich nach Beendigung der stromschwachen Pause fortsetzt. .Kommt etwa dann noch ein
ausreichender Impuls zur Kontaktöffnung zustande; so werden die Kontakte durch die
verspätete Kontaktöffnung sehr gefährdet: Die Erfindung ermöglicht eine sichere
Festlegung des richtigen ,Entsättigungszeitpunktes des Schaltwandlers mit Hilfe
einer besonders einfachen Vormagnetisierung: Die Erfindung besteht darin, däß der
Vormagnetisierungskreis eines durch den zu unterbrechenden Strom erregten Schaltwandlers,
von dem die Schaltkontakte ihren Öffnungsbefehl erhalten; einen Wirkwiderstand erhält
und den einen Zweig einer Parallelschaltung bildet, deren anderer Zweig vorwiegend
induktiv ist, und die in Reihe mit einem zweiten Wirkwiderstand, dessen Widerstandswert
gegenüber demjenigen der Parallelschaltung so hoch ist, daß im wesentlichen er allein
für die Größe und Phasenlage des ihn durchfließenden Stromes bestimmend ist, an
der Betriebsspannung des zu unterbrechenden Stromes oder an einer davon mittels
eines Wandlers abgeleiteten Spannung angeschlossen ist.
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Obschon sich die der Erfindung, zugrunde liegende Aufgabe zunächst
aus der Zusammenarbeit eines Schaltwandlers mit einer Schaltdrossel ergeben hat,
kann die erfinderische Gestaltung des Vormagnetisierungskreises wegen ihres geringen
baulichen und betrieblichen Aufwandes sowie wegen der Möglichkeit, den gleichen
Vormagnetisierungskreis noch für andere Zwecke zu verwenden, auch dann Vorteile
bieten; wenn eine Schaltdrossel entbehrlich ist und der Strom in seinem natürlichen
Nulldurchgang unterbrochen wird.
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In der Zeichnung ist das Schaltschema eines Widerstandsschweißgerätes
als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, an dein die erwähnten Vorteile
besonders deutlich zur Geltung kommen. An den Leitern R; S eines Wechselspanliungsnetzes
ist ein Schweißtransformator ii über eine Kontakteinrichtung 12 angeschlossen. Die
letztere kann z. B. durch zwei Haltemagnete gesteuert werden, zwischen denen ein
gemeinsamer Anker derart federnd gelagert ist, daß er beim. Loslassen des einen
Magnets zu dem anderen hinüberschwingt und dort festgehalten wird. Die Haltekraftflüsse
können durch Dauermagneteinsätze erzeugt werden. In der Zeichnung sind der besseren
Übersicht halber nur die Auslösespulen 13 des Schließungsmagnets und 14 des Öffnungsmagnets
dargestellt. Diese werden vorteilhaft in Durchbrechungen der Magnetschenkel derart
angeordnet, daß sie keine längs magnetisierende Wirkung auf der Bahn des Hauptkraftflusses
hervorrufen. Haltemagnete mit derartigen Auslösewicklungen werden als Sperrmagnete
bezeichnet. In Reihe mit den Schaltkontakten liegen ein Schaltwandler 15 und eine
Schaltdrossel z6. Aneiner Sekundärwicklung z7 des Schaltwandlers ist über einen
Trockengleichrichter 18 und eine Zähldrossel r9 die Auslösespüle für die
Kontaktöffnung angeschlossen. Die Zähldrossel zcg, die zur Einstellung der Dauer
des Stromflusses von der Kontaktschließung bis zur Kontaktöffnung dient, befindet
sich vor der Kontaktschließung im Zustand remanenter Sättigung entgegen der Durchlaßrichtung
des Trockengleichrichters 18. Zu ihrer Uminagnetisierung bis zum Sättigungsknie
in der anderen Richtung ist mehr als einer der von dem Schaltwandler 15 ausgesandten
Spannungsimpulse erforderlich. Solange die Drossel ungesättigt ist, verhindert sie
infolge ihrer hohen Induktivität das Zustandekommen eines zur Auslösung. der Kontaktöffinung
ausreichenden Stromimpulses. Erst nach Überschreitung des Sättigungsknies erreicht
der nächste Impuls eine so hohe Stromspitze in der Auslösespule 14, daß sich die
Kontakte öffnen. Die Anzahl der bis zur Sättigung der Zähldrossel erforderlichen
Impulse kann durch Regelung ihrer Windungszahl verändert werden. Die Auslösespule
13 für . die Kontaktschließung liegt über einen Trockengleichrichter 2o an
einem weiteren-Schalt-Wandler 21, der zwei regelbare Erregerwicklungen 23 und 24
hat. Eine besondere Vorinagnetisierungswicklung 25 des Schaltwandlers 15 und eine
besondere Vornnagrletisierungswicklung 26 der Schaltdrossel 16 können in
einem gemeinsamen Vorinagnetisierungskreis hintereinandergeschaltet sein: In Reihe
damit liegt ein Wirkwiderstand 27. Diese Reihenschaltung bildet im wesentlichen
den einen Zweig einer Parallelschaltung, deren anderer Zweig vornehmlich aus einer
Induktivität 28 besteht. Mit dieser Parallelschaltung liegt ein zweiter Wirkwiderstand
29 in Reihe. In den beiden Zweigen der Parallelschaltung werden vorteilhaft die
beiden Erregerwicklungen 23. und 24 des Schaltwandlers 21 für die Kontaktschließung
angeordnet. Der gesamte Hilfsstromkreis ist an den Leitern R, S angeschlossen. Er
führt infolge des hohen Widerstandswertes von 29 praktisch Wirkstrom, solange die
Schaltdrossel 16 gesättigt ist. Der Stromverbrauch ist verhältnismäßig niedrig.
Der Gesamtstrom teilt sich in eine nacheilende Komponente im induktiven Parallelzweig
und eine voreilende Komponente, die in den Vormagnetisierungswicklungen 25 und 26
fließt: Sofern der Hauptstromkreis einen nacheilenden Strom führt, wie es hier und
auch sonst gewöhnlich der Fall ist; so kann durch geeignete Bemessung des Widerstandes
27 und der Induktivität 28 erreicht werden, daß der Vormagietisierungsstrom dem
Hauptstrom um nahezu 9o° voreilt. Der Verlauf des Vormagnetisierungsstromes behält
wegen
der stabilisierenden Wirkung des Widerstandes 29 auch bei der Entsättigung des Schaltwandlers
15 im wesentlichen seine sinusförmige Gestalt, kann also die Umsättigung des Schaltwandlers
und damit die Abgabe des Öffnungsimpulses zu einer gewünschten Zeit erzwingen, die
beispielsweise bei Verwendung eines geeigneten Sperrmagnets o, i Ins vor dem Beginn
der stromschwachen Pause liegt, so daß die Kontaktöffnung, wenn überhaupt, dann
mit Sicherheit am Anfang der stromschwachen Pause stattfindet. Infolgedessen braucht
die Schaltdrossel nur so groß zu sein, daß die gesamte Länge der stromschwachen
Pause gleich dem Betrag ist, der nach dem Beginn der Kontaktöffnung mit Rücksicht
auf die Schaltsicherheit zur Verfügung stehen muß. Es kann unter Umständen von Vorteil
sein, den Sekundärkreis des Ausschaltwandlers 15 mit dem Kern der Schaltdrossel
16 durch eine oder wenige Windungen zu verketten, und dadurch das völlige Abklingen
des Auslösestromes zu verzögern.
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Beim Eintritt in die stromschwache Pause erreicht der induktive Widerstand
der Schaltdrosselwicklung 26 einen sehr hohen Wert, der den Widerstandswert von
29 vielfach übertrifft. Der Vormagnetisierungskreis ist also in diesem Falle nicht
mehr stabilisiert. Er kann infolgedessen, wenn der Hauptstrom bei der Kontaktöffnung
nicht den Wert Null hat, den Reststrom mindestens zu einem wesentlichen Teil übernehmen.
Dadurch wird der Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den sich öffnenden Kontakten
in ähnlicher Weise verzögert, wie es mit Hilfe eines Nebenweges zu den Kontakten
geschieht. Ein solcher Nebenweg kann daher entbehrlich sein; der Hauptstromkreis
kann vollständig unterbrochen werden, was für Schweißgeräte besonders erwünscht
ist. Nach früheren Vorschlägen konnte das mit Hilfe eines nicht stabilisierten Vormagnetisierungskreises
nur mit erheblich größerem baulichem Aufwand und höherem Stromverbrauch für die
Vormagnetisierung erreicht «=erden.
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Für die Steuerung der Kontaktschließung wird finit Hilfe der Wicklungen
23 und 2.I eine aus einer Wirkkomponente und einer Blindkomponente zusamlnengesetzte
Erregung des Schaltwandlers 21 verwendet. Durch Regelung der Windungszahlen von
23 und 2q. kann die zeitliche Lage des Augenblicks der Kontaktschließung verstellt
werden. Sie wird vorzugsweise so eingestellt, daß sich die Kontakte in demjenigen
Zeitpunkt einer Spannungsperiode schließen, in dem der Strom in eingeschwungenem
Zustand durch Null geht, und zwar so, daß die Zeit, in der die Kontakte geschlossen
sind, durch die Dauer einer vollen" Wechselspannungsperiode ganzzahlig teilbar ist.
Der Stromkreis der Spule 13 kann durch einen nicht gezeichneten Druckknopf oder
mit Hilfe eines Relais od. dgl. willkürlich kurzzeitig geschlossen werden. Er muß
wieder geöffnet sein, bevor die Öffnungsspule i¢ einen zur Auslösung ausreichenden
Impuls erhält.
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Die Erfindung ist auch bei mechanischen Umformungseinrichtungen anwendbar.