DE901189C - Anordnung zum Schalten elektrischer Stroeme - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Schalten elektrischer Ströme bei Frequenzen, die wesentlich höher sind als sie üblicher Versorgungsnetze, dadurch gekennzeichnet, 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.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erregerkreis jedes Gefäß jeweils so lange arbeitsbereit hält, wie .das betreffende Gefäß den höherfrequenten Hauptstrom führen soll.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stromrichtung mindestens so viel einzelne Gefäße parallel liegen, wie zur Stromführung auf Grund des mittleren Gefäßstromes erforderlich sind, und daß das zyklische Arbeiten der parallel geschalteten Gefäße im niederfrequenten Takt durch ihre nacheinander arbeitenden Erregungen erzwungen wird. q..
4. Anordnung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung der parallel liegenden Gefäße im niederfrequenten Takt mit Hilfe von Zündstiften erfolgt.
5. 5. Anordnung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die Zündstifte über gesteuerte Hilfsentladungsstrecken gespeist werden, wobei das Eiin- und Ausschalten der ganzen Schalteinrichtung durch Beeinflussung der Steuerung dieser Hilfsentladungsstrecken bewirkt wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch elektrisch weitgehend gleichwertige Ausbildung der Erregerkreise ein,gleichzeitiges Erlöschen der Erregungen in den einander zugeordneten Gefäßen beider Gruppen sichergestellt ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erlöschen der Erregung durch einen Schalter in den Kathodenleitungen beider Gruppen oder durch zwei denselben Phasen in beiden Gruppen zugeordnete Zwangskommutierungseinrichtungen gleichzeitig erzwungen wird.