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Anordnung zum Schalten elektrischer Ströme Bei Verwendung von Wechselströmen
im Frequenzgebiet von etwa 3oo Hz aufwärts tritt besonders bei Benutzung der Ströme
für Elektrowärmezwecke die Aufgabe auf, die elektrische Energie genau und häufig
ein- und auszuschalten. Die Belastungskreise sind dabei selten genau kompensiert,
so daß bei vor- und nacheilenden Strömen die Anforderungen an die Schaltgeräte für
diese Aufgäbe außerordentlich hoch werden und in der Praxis gewöhnlich nur dadurch
erfüllt werden können, daß man die Geräte hinsichtlich der Zahl der Unterbrechungsstellen,
.der Blusung, der Unterbrechungsgeschwindigkeit usw. sehr stark überdimensioniert.
Die große Schalthäufigkeit hat dann einen starken Verschleiß der mechanisch bewegten
Teile zur Folge.. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten sind Schalteinrichtungen
vorgeschlagen worden, die sich zweier antiparallel geschalteter Entladungsstrecken
bedienen. Man kann hierzu normale gittergesteuerte Gleichrichter verwenden, deren
Kathoden entweder indirekt geheizt oder mit einem Erregerbogen versehen sind. Die
Anforderungen an die Gittersteuerung werden dabei jedoch recht schwierig; da die
Dampfdruckverhältnsse ähnlich liegen wie bei den üblichen Schalteinrichtungen für
5o-Hz-Ströme, während zusätzlich die Entionisierungsschwierigkeiten durch die Frequenzerhöhung
vervielfacht auftreten. Es sind auch Lösungen vorgeschlagen worden, wngesteuerte
Gefäße zu verwenden, bei denen die Erregung jeweils für die beabsichtigte Dauer
des höherfrequenten Stromes,
eingeschaltet wird; zum Einschalten
der Erregung waren dabei beispielsweise Außenbandzündungen vorgesehen.
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Allen diesen Lösungen haften grundsätzlich zwei Nachteile an; einmal
erfordert .der gleichstromgespeist a Erregerlichtbogen entweder die Verwendung eines
isolierenden Gefäßes (Glas) oder zumindest den isolierten Einbau der Kathode, und
außerdem muß das Gefäß den mittleren Gleichstrom dauernd führen können, der seich
aus den Halbwellen einer Richtung des höherfrequenten Stromes ergibt.
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Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten. Sie betrifft eine Anordnung
zum Schalten elektrischer .Ströme bei Frequenzen, .die wesentlich höher sind als
die üblicher Versorgungsnetze und besteht darin, daß mehrere gesteuerte Entladungsgefäße
in Parallelschaltung derart verwendet werden, .daß für jede Stromrichtung mindestens
zwei hinsichtlich Hauptanode und Kathode unmittelbar parallel geschaltete Gefäße
vorgesehen sind, die im Takte einer niederfrequenten Spannung, beispielsweise 5o
Hz, abwechselnd bzw. zyklisch nacheinander arbeiten. Zweckmäßig wird dabei ein Erregerkreis
vorgesehen, der jedes Gefäß jeweils so lange arbeitsbereit erhält, wie das betreffende
Gefäß den höherfrequenten Hauptstrom führen soll.
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Die Erfindung schafft also die Möglichkeit, normale zün@dstiftgesteuerte
Metallgefäße mit kleinen zusätzlichen Erregeranoden für die .Schaltung von Hochfrequenzströmen
zu verwenden. Außerdem werden die höherfrequenten Ströme auf mehrere derartige Gefäße
verteilt, so daß also .die Leistung der gesamten .Schalteinrichtung ein Vielfaches
derjenigen der verwendeten Gefäßtype ist. Wenn nun gemäß der Erfindung für jede
der beiden Stromrichtungen des höherfrequenten Stromes zwei oder mehrere Metallgefäße
mit nichtisolierter Kathode vorgesehen werden, bei .denen auf den einzelnen Kathoden
wechselseitig ein Kathodenfleck im 5o-Hz-Rhythmus erzeugt und aufrechterhalten wird,
so brennt .dieser Kathodenfleck höchstens etwa 18o°, bezogen auf 5o Hz, d. h. also
io msek., so daß ein Abwandern des Fleckes nach der Metallwand .des Gefäßes nicht
zu befürchten ist. Die Er-. regeranode kann zur Vereinfachung des konstruktiven
Aufbaues wieder Zündstift von der Kathode her eingeführt werden. Durch diese Erregung
im Takte einer niederfrequenten Spannung wird ein wechselseitiges Arbeiten zweier
oder mehrerer hinsichtlich Anode und Kathode unmittelbar parallel geschalteter Gefäße
durch den Erregerlichtbogen erzwungen. Da die Belastbarkeit der Gefäße außer durch
die bei diesen Anwendungen praktisch nie erreichte Scheitelstromgrenze nur durch
den mittleren Gleichstrom begrenzt ist, kann also die Laistung bei Verwendung der
gleichen Gefäßtype ohne weiteres vervielfacht werden. Diese Tatsache ist deshalb
wesentlich, weil man bei diesen Anwendungen auch eine allzu intensive Kühlung, wie
sie z. B. bei den Schalteinrichtungen für Schweißmaschinen üblich ist, vermeiden
möchte; damit der mit relativ geringen Augenblickswerten betriebene Erregerlichtbogen
nicht zwischen .den einzelnen Halbwellen des höherfrequenten Stromes durch Unterkühlung
zum Abreißen kommt.
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In der Figur ist der Erfindungsgedanke an einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es finden zwei antiparallel geschaltete Gruppen von Zündstiftgefäßen
1, 2 und 3, 4 Verwendung. jede Gruppe läßt die Halbwellen einer Richtung des höherfrequenten
Stromes durch. Die Gefäße einer Gruppe sind hinsichtlich Hauptanode und Kathode
ohne Zwigchenschaltung irgendwelcher zusätzlicher Elemente parallel geschaltet.
Die Erregeranoden 5, deren Durchführung in der Praxis .im Gegensatz zur schaltbildmäßigen
Darstellung zweckmäßig .durch den Kathodenboden erfolgt, werden aus einem mittelangezapften
Transformator 6 unter Verwendung irgendwelcher Drosseln 7 und 8 in der Mittelleitung
und den Außenleitungen gespeist. Die Drosseln und eventuell vorgesehene zusätzliche
Ohmsche Widerstände 9 begrenzen die von dem Erregertransformator 6 gelieferten Ströme
auf das für die Durchführung zulässige Maß. Die Zündung der Erregerbogen in den
beiden Gefäßen erfolgt im Niederfrequenztakt (5o IIz) über gittergesteuerte Zündentladungsstrecken
io und Zündkondensatoren i i, die aus einem Ladetransformator 12 über Trockengleichrichter
13 aufgeladen werden. Die Zündentladungsstrecken werden mit einer für die Gefäße
einer Gruppe gemeinsamen Vorspan.nung aus der Vorspannungsquelle 14 und einer zusätzlichen
Wechselspannung vorzugsweise spitzer Kurvenform gesteuert. Die Übertragung dieser
Wechselspannung in die Gitterkreise der zu einem einphasigen Schütz mindestens erforderlichen
vier Zündgefäße erfolgt über einen gemeinsamen Steuerumspanner 15 mit zwei getrennten
mittelangezapften Sekundärwindungen. Die Ein- und . Ausschaltung der Primärseite
dieses Umspanners schaltet damit .den höherfrequenten Hauptstrom ein und aus. An
Stelle der hier vorgesehenen Kondensatorzündung der Gefäße i bis ,4 kann auch eine
von den Spannungen der Hilfsanoden 5 ab- , geleitete-Zündung verwendet werden.
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Während in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Verfahren nach
der Erfindung für ein Schütz dargestellt ist, bei dem in jeder Gruppe zwei Hauptgefäße
vorgesehen sind, kann auch jede höherph.asige Schaltung Verwendung finden. Die Belastbarkeit
der Anordnung steigt dabei proportional der Zahl .der verwendeten Gefäße.
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Die Abschaltung des höherfrequenten Stromes erfolgt mit dem Erlöschen
des Erregerstromes. Es ist dabei darauf zu achten, daß die Erregerstromkreise symmetrisch
aufgebaut werden, damit die Steuerverhältnisse für die Gefäßgruppen vollkommen gleich
sind. Eine Zeitdifferenz im Erlöschen der Gefäßgruppen gegeneinander kann zur Ausbildung
von Gleichstromgliedern im Hauptkreis führen. Diese können bei der Schaltung induktiver
Verbraucher zu unangenehmen Sättigungserscheinungen führen, während bei kap.azitiven
Verbrauchern einseitige Aufladungen und nach Abschaltung Restladungen auf den Kondensatoren,
entstehen
können, die beim Wiedereinschalten zu Störungen führen.
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Es kann daher unter Umständen vorteilhaft sein, für die Abschaltung
nicht das Ausgehen des Erregerbogens abzuwarten, sondern eine zwangsweise Unterbrechung
durch einen Schalter in der Kathodenleitung oder durch eine Einrichtung zur Zwangskommutierung
herbeizuführen. Diese letztere braucht dann nur für ein Gefäß jeder Gruppe vorgesehen
zu sein, da damit .die Dauer der Einschaltung des Hochfrequenzstromes auf eine vorgegebene
Anzahl von Halbwellen des 5o-Hz-Netzes eindeutig festgelegt ist. Eine derartige
Erhöhung der mit einer solchen Schalteinrichtung erzielbaren Schaltgenauigkeit geht
jedoch über die in der Praxis üblichen Anforderungen hinaus.