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Als Gleichrichter oder Wechselrichter arbeitender Kontaktstromrichter
Für manche Zwecke der Starkstromtechnik hat man sich seilt längerer Zeit bemüht,
die Gleichrichtung von Wechselstrom und das. umgekehrte Problem mit Hilfe mechanischer
Umformer, sogenannter Kontaktstromrichter, zu lösen. Die Vorteile dieser mechanischen
Umformer liegen u. a. it ihrem hohlen. Wirkungsgrad, der es z. B. gestattet, bei
kleinen Leistungen gegenüber Ventilsitromrichtern oder Trockengleichrichtern 2o%
Stromersparnis zu erzielen. Diese mechanischen, Stromrichter haben jedoch weiterhin,
für die Praxis den nicht unwesentlichen Vorteil, daß ihre Wirkungswaifse auch von
ungeschultem Personal übersehen werden. kann und daß demgemäß Reparaturen an Ort
und Stelle von Nichtspeziallsiten ausgeführt werden können. Dazu kommen je nach
den Umständen weitere Vorteile, wie Unabhängigkeit von der Temperatur, von chemiischen
Einflüssen, geringeis Gewiicht, Erschütterungsfestigkeit usw.
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Es sind Mittel bekanntgeworden, mit deren Hilfe man die Kontakte solcher
Umformer .so weitgehend von Schaltfeuer entlasten kann., daß sie auch für große
Leistungen mit der genügenden Betriebssicherheit und Dauerfestigkeit gebaut werden
können. Solche Mittel sind z. B. Primärventile, saugtransformatorähnliche Drosseln,
Schaltdrosseln, Löschkondensatoren, Einschaltdrosseln, Vorerregungen usw.
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Besondere Sorgfalt ist bei derartigen Geräten der Ausbildung des Kontaktgerätesi
zu widmen. Treibt man die Kontakte durch einen Motor und ein Getriebe an, so, bringt
die notwendige, Schmierung der
Lagerstellen unabwendbar gewisse
Anforderungen an die Wartung, die im praktischen: Betrieb nicht immer unbedingt
erfüllt werden. Verwendet man für die Kontaktgeräte die bekannten Pendel- oder Schwi-nggleiarichter,
so@,ist damit zu rechnen, daß Federbrüche auftreten, außerdem bieten diese Geräte
Schwierigkeiten bei mehrphasigem Betrieb, da die Schwingungsphasen der einzelnen
einphasigen Geräte gegeneinander nicht ohne weiteres die erforderliche feste Beziehung
zueinander aufweisen.
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Für die Praxis von Ladegeräten, beispielsweise für Elektrofahrzeuge,
die sich in leitzter Zeit innmer mehr einbürgern., ist ein mechanischer Gleichrichter
von hohem Wirkungsgrad erwünsicht, dessen Betriebssicherheit hoch und dessen Wartungsanforderungen
möglichst gering und dessen Kosten ebenfalls möglichst gering sein sollen. Diesem
Bedürfnis kommt die Erfindung entgegen. Sie besteht darin, daß bei einem Kontäktstromrichter
zum Arbeiten auf Gegenspannung mit einem magnetisch betätigten, polarisierten Kontaktgerät,
dessen Polarisation von der Gegenspannung geliefert wird, als Kontaktgerät ein Wälzkontaktgerät
verwendet wird. Hierbei ergibt sich ein Ladegerät, das .den aufgezählten Anforderungen
in hohem Maße gerecht wird. Als Wälzkontaktgeber kann .dabei insbesondere ein Gerät
mit taumelndem Kontaktkörper, der durch ein magnetisches Drehfeld unmittelbar angetrieben
wird, verwendet werden.
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In der Zeichnung ist die @Erfm@dung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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An die Klemmen i, 2 und 3 eines Drehstromnetzes ist ein Kontaktstromrichter
zum Laden eines Sammlers angeschlossen. Der Sammler 45 hat die Klemmen 4 und 5.
Über einen iSparumspanner mit den Wicklungen 6, 7 und 8 wird die Spannung auf die
notwendige Größe herabgesetzt. Die Drehspannung wird dem Kontaktgerät über Schaltdrosseln
9, lo und i i zugeführt. Das Kontaktgerät besteht aus drei auf einem Kreisumfang
angeordneten Kontaktsegmenten 12" 13 und 14, auf denen sich .ein taumelnder Kontaktkörper
mit einem zentralen Stromabnahmepol 1,5 abwälzt, so daß 15 nacheinander mit r2,
13 und 14 Kontakt macht, wie es zur Gleichrichtung notwendig ist.
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Der Antrieb des Kontaktkörpers erfolgt durch ein nicht ,gezeichnetes
Magnetfeld, das durch die Wicklung 16, 17 und 18 seine Drehstromerregung unmittelbar
vom Netz i, 2, 3 erhält und das außerdem eine Polarisation durch die Wicklung i9
erhält, die an die Klemmen 4 und 5 des Sammlers direkt angeschlossen ist. Zur Entlastung
der Kontakte von Schaltfeuer sind Löschkondensatoren 2o, 21, 22 parallel
zu den Kontakten geschaltet, die durch Widerstände gedämpft sind. Der Schutz gegen
Überströme, Kurzschlüsse u. dgl. erfolgt durch ein Schütz 23, 24, 25, 26,
das die drei Drehstromphasen und einen Gleichstrompol gleichzeitig dann unterbricht,
wenn die Schützspule 27 stromlos wird. Diese Schützspule wird gespeist von der Drehspannung
i ... 3. Im Stromkreis dieser Spule liegen ein, zwei oder auch mehr als zwei
Überstromauslöser 2$ und 29 und ein Ausschalter 3o zur willkürlichen Abschaltung.
Bei .der Inbetriebnahme wird i, 2, 3 mit dem Netz und 4, 5 mit dem Sammler verbunden,
wobei die Polarität von 4 und 5 und auch der Anschlußsinn von i, 2, 3 beliebig sind.
Dies ist von außerordentlicher Bedeutung für die Praxis, da auf keine Weise durch
Falschanschlüsse Kurzschluß oder iEntladung statt Ladung des Sammlers auftreten
kann. Indem nämlich an,die Polarität i9 die Sammlerspannung 4, 5 selbst angelegt
ist, ändert die erzeugte Gleichspannung ihren Richtungssinn jeweils so, daß sie
mit der Sammlerspannung zur Ladung übereinstimmt. Das gleiche gilt für die Anschlüsse
i, 2, 3, indem nämlich die Taumelscheibe ihren Drehsinn und ihre Phasenlage der
jeweiligen Spannung des Umspanners 6, 7 und 8 anpaßt. Die Schaltdrosseln 9, lo und
i i können zur Erzielung einer gewünschten Ladekennlinie vom Hauptgleichstrom vorerregt
sein, was in der Zeichnung nicht gezeichnet ist. Das Schütz kann auch aus drei Pälen
bestehen, indem beispielsweise die Phase i nicht mitunterbrochen wird. Die Überstromauslöser
wenden so eingestellt, daß sie bei Störungen irgendwelcher Art, die ein Überschreiten
des höchst zulässigen Stromes zur Folge haben, das Schütz zum Ausfallen bringen,
so daß das Kontaktgerät sowohl von der Drehspannung als auch von der Sammlerspannung
abgetrennt ist: Man kann in den Kreis der Schützspule 2,7 außerdem einen Wärmeauslöser
legen, der im Kontaktgerät beispielsweise bei 15 angebracht ist und der zum Ansprechen
kommt, wenn aus irgendeinem Grunde die Kommutierung unter Schaltfeuer vor sich geht.
Da die Mindestspannung eines Schaltlichtbogens etwa lo V beträgt, so entsteht beispielsweise
bei einem Ladestrom von 2o A an den Kontakten eine Leistung von mindestens 2oo W,
die den Wärmeauslöser schnell zum Ansprechen bringt und damit das Kontaktgerät schützt.
Stellt man die Schutzeinrichtung sehr empfindlich ein, so kann sie bei vorübergehenden
Spannungsänderungen leicht zum Abschalten führen. Man kann die Entladung mit einer
selbsttätigen Wiedereinschaltvorrichtung versehen, und zwar .derart, daß nach einer
zufälligen Störung die Ladung selbsttätig wieder fortgesetzt wird. Um unabhängig
von der Netzspannung einen bestimmten Ladestrom zu erzielen, kann man die Drosseln
9, lo und il mit einer positiven oder negativen, zusätzlichen, lastunabhängigen
Vorerregung versehen, die beispielsweise in Reihe mit der Erregerwicklung i9 liegen
kann und mit Hilfe eines kleinen Regelwiderstandes jeweils selbsttätig oder von
Hand der schwankenden Netzspannung i, 2, 3 so angepaßt werden kann, d.aß der Ladestrom
dem Ladezustand des Sammlers entsprechend den günstigsten Wert annimmt. Damit das
Schütz bei Störungen der Spannungen auf jeden Fall zur Auslösung kommt, kann man
statt einer einzigen Schützspule 27 beispielsweise drei einzelne Spulen -anordnen,
die an die drei einzelnen Phasenspannungen gelegt werden und derart abgestimmt sind,
daß schon beim Ausbleiben oder bei starker Absenkung einer Phasenspannung das Schütz
abschaltet. Ebenso kann man eine weitere Gleichstromspule derart anordnen, daß
das
Schütz abfällt, sobald die Gleichspannung einen ,gewissen Wert unterschreitet.
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Wälzkontaktgeräte der beschriebenen Art lassen sich am einfachsten
mit kleiner Überdeckung der Kontaktzeiten der einzelnen Phasen bauen. Man wird daher
in den Fällen, in denen auf Glätturig des Gleichstromes vom Verbraucher kein Wert
gelegt wird, ohne Glättungsdrosseln im Gleichstromkreis arbeiten, unter Umständen
sogar mit lückendem Gleichstrom, so daß die Überdeckung der Kontaktzeiten klein
oder sogar Null sein kann. Wälzkontaktgeräte lassen sich auf der, anderen Seite
sehr einfach für hohe Phasenzahl bauen, so daß man, falls erforderlich, eine Glätturig
des Gleichstromes beispielsweise durch Anwendung hoher Phasenzahl erreichen kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Schaltung mit sechs Phasen und drei Einzelumspannern.
Man kann diese Einzelumspanner mit den Schaltdrosseln konstruktiv zusammenbauen
und auf diese Weise Wicklungskupfer sparen.
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Die beschriebenen Umformergeräte vereinigen alle Vorteile in sich,
die von einem Umformergerät verlangt werden, nämlich hoher Wirkungsgrad, geringe
Wartung, einfachste Reparatur, Ausschluß von Fehlern durch Falschanschlüsse, hohe
Ausnutzung und damit geringes Eigengewicht, Temperaturunabhämgigkeit und Erschütterungsfestigkeit.
Diese Vorteile sichern ihnen eine universelle Verwendbarkeit, die sich nicht nur
auf Ladegeräte, sondern noch auf viele andere Anwendungsgebiete, z. B. auch Wechselrichter,
erstreckt. Dabei kann, wenn es sich um einen Verbraucher ohne Gegenspannung handelt,
die Polarisation auch durch einen Dauermagneten erfolgen, so daß alle Vorteile des
beschriebenen Umformers erhalten bleiben. Beispielsweise läßt sich dann ein solches
Gerät für Scheinwerferspeisung oder als Schweißumformer benutzen, wobei dann die
Schaltdrosseln oder entsprechende Entlastungsmittel für .die Kontakte und das Kontaktgerät
derart auszulegen sind, daß vorübergehend Betrieb im Kurzschluß, nämlich beim Zünden
des Lichtbogens, ohne Schaltfeuer in den Kontakten möglich ist.
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Man kann bei Verwendung von Schaltdrosseln oder saugdrosseltransformatorähnlichen
Drosseln zur Entlastung der Kontakte das Kontaktgerät mit diesen Drosseln derart
abstimmen, daß :es möglich ist, ohne Anlasser und ohne Grundlast durch Betätigung
eines Einschalters 31 das Umformergerät unmittelbar auf den Verbraucher zu schalten.
Diadurch ergibt sich eine weitere Vereinfachung in der Handhabung des Umformergerätes.
Man kann auch die Drosseln derart groß bemessen, z. ,$. mit einer Stufe von etwa
3 - io-3 s, @daß der Kurzschlußstrom überhaupt Null ist.
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Schließlich kann man beim konstruktiven Aufbau des Gerätes nach der
Erfindung diejenigen Teile, die einer Abnutzung unterworfen sind, wie die Kontakte
des Schützes und auch die Kontakte des Kontaktgerätes, derartig im Gehäuse anordnen,
d.aß sie durch Entfernen einer schalt- und staubdichten Verkleidungshaube allseitig
gut zugänglich und sehr leicht zu überwachen und auszuwechseln sind. Infolge .der
geringen Verluste lassen sich die beschriebenen Geräte mit mittelbarer Kühlung ausführen,
so daß sie tropenfest gekapselt werden können, was ihnen weitere Anwendungsgebiete
gegenüber anderen bekannten Umformern erschließt.