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Umformungsanordnung mit mechanisch bewegten Kontakten Es ist bekannt,
zur Energieübertragung zwischen einem Drehstromnetz und einem System anderer ,Stromart,
insbesondere einem Gleichstromsystem, Umformer mit mechanisch bewegten Kontakten
zu verwenden und die Stromunterbrechung mit Hilfsmitteln zweierlei Art zu erleichtern.
Die eine Art von Hilfsmitteln sind veränderliche .Scheinwiderstände (Impedanzen),
die mit den Kontaktstellen in Reihe liegen und durch ihre periodische Veränderung
in der Nähe des Nullwertes des übertragenen iStromes eine Abflachung der Stromkurve
hervorrufen. Diese i4bflachung wird auch als stromschwache Pause oder Stromstufe
und der Strom während dieser Zeit als Stufenstrom bezeichnet. Die andere Art von
Hilfsmitteln sind Nebenwege zur Verzögerung des r.Anstieges der an den sich öffnenden
Kontaktstellen wiederkehrenden Spannung. Enthalten diese Nebenwege Kondensatoren,
so können .dadurch in verschiedenen Schaltungsarten, und zwar gerade in solchen,
-die wegen ihrer sonstigen Vorteile praktisch bevorzugt werden, Schwingungen im
Verlauf des Stufenstromes verursacht werden, die geeignet sind, den Unterbrechungsvorgang
zu stören.
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Zur Erläuterung dieser Vorgänge ist in Fig. i eine bekannte Drehstromumformungsanordnung
in Brückenschaltung dargestellt. ;Die Phasen I, 1I, III eines Drehstromsystems werden
von einer Drehstromduelle, etwa von beispielsweise in Stern geschalteten Sekundärwicklungen
1i, 12, 13 eines Transformators, gebildet. An diese sind stromabflachende
Reihenwiderstände in Gestalt von Schaltdrosseln 21, 22, 23 mit beim Nennstromwert
hochgesättigten, sich in der Nähe des Stromnullwertes sprunghaft entsättigenden
Magnetkernen angeschlossen. Die Schaltdrosselkerne können
mittels
besonderer Hilfsstromkreise vormagnetisiert sein, die der besseren Übersicht halber
in der Zeichnung nicht mit dargestellt sind. Hinter den Schaltdrosseln verzweigen
sich die Wechselstromleitungen an den Punkten 8, 9, io auf je zwei Brückenzweige,
von denen einer die positiven, der andere die negativen Stromhalbwellen: überträgt.
In den Brückenzweigen, sind Kontakteinrichtungen 3 1 bis 33 und 3i' bis 33'
in zwei Gruppen angeordnet, die in der Reihenfolge 34 33', 32, 3i', 33, 32 in gleichmäßigen.
Zeitabständen abwechselnd geschlossen bzw. geöffnet werden. Die Gegenkontakte jeder
Kontaktgruppe sind miteinander durch eine gemeinsame Leitung verbunden, die z. B.
einen Pol eines Gleichstromnetzes bildet. Zwischen den beiden Gleichstrompolen werden
eine Glättung sdrossel 6 und ein Verbraucher 7 angeschlossen. Außerdem kann eine
Grundlast 5 mit einer besonderen Glättungsdrossel 4 vorgesehen sein. Die Kontaktstellen
sind durch Nebenwege mit je einem Kondensator 41, 42, 43, mit dem ein kleiner Dämpfungswiderstand
51, 52, 53 in Reine geschaltet sein kann, überbrückt. Bekanntlich kann für jede
Schaltstelle ein besonderer Nebenweg vorgesehen sein, der unmittelbar an dem drehstromseitigen
Kontaktteil und an dessen Gegenkontakt angeschlossen ist. Die Nebenwege können aber
auch unter sich in einer Drehstromschaltung (Stern oder ;Dreieck) geschaltet sein,
die nur an die drehstromseitigen Kontaktteile angeschlossen ist. Bei der in Fig.
i dargestellten Brückenschaltung, die nur drei :Schaltdrosseln aufweist und deshalb
kurz als Dreidrosselschaltung bezeichnet wird, ist nur eine einzige Gruppe von Nebenwegen
41, 51 bzw. 42, 52 bzw. 43, 53 erforderlich, die nach der Figur in Dreieck geschaltet
und an die Verzweigungspunkte 8, 9, io angeschlossen sind. In :der Dreidrosselschaltung
ist jede Schaltdrossel, das ist die eine Art von die Stromunterbrechung erleichternden
Hilfsmitteln, mit den drehstromseitigen Kontaktteilender zu verschiedenen Zeiten
betätigten Kontaktstellen verbunden, nämlich beispielsweise die .Schaltdrossel 21
mit den im Gegenkontakt zueinander arbeitenden Schaltstellen 31 und 31'.
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In einer derartigen Brückenschaltung können Stromschwingungen während
der stromschwachen Pause folgendermaßen zustande kommen: Während der Stromübergabe
beispielsweise der Phase I an die Phase II bilden die Induktivitäten der gerade
gesättigten Schaltdrosseln 22 und 23 in Reihe mit den Streuindüktivitäten der Transformatorwicklungen
i2 und 13 mit den Nebenwegen der Phasen II und III, bestehend aus den Kondensatoren
42 und 43 und den Vorwi@derständen 52 und 53, einen Schwingungskreis, dessen Ersatzschaltbild
in. Fig. 2 besonders dargestellt ist. Die beiden beteiligten Nebenwege bilden zwei
untereinander parallele Stromzweige, von denen der eine, 42, 52, die Punkte 9 und
io unmittelbar miteinander verbindet, während der andere vom Punkt io über den Nebenweg
43, 53, den Punkt 8 und die beiden gleichzeitig geschlossenen Kontaktstellen 3 i
und 32 ebenfalls zum Punkt 9 führt. Die Schaltdrossel 21 läßt_, da sie sich in der
betrachteten Zeit gerade im ungesättigten Zustand befindet, Schwingungen nicht durch.
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Wenn jede einzelne Schaltstelle durch einen kapazitiven Nebenweg unmittelbar
überbrückt ist, so entstehen zwischen den Punkten 9 und io -drei untereinander parallele
Zweige des über die Kontaktstellen verlaufenden Teiles des Sehwingungskreises, die
je einen Kondensator enthalten. Der erste Zweig führt über 32 und den Nebenweg zu
33, der zweite über den Nebenweg zu 32' und über 33' und der dritte über 32, 34
Punkt io, den Nebenweg zu 31' und über 33'. Von dem über die j Kontaktstelle
33 fließenden ,Schwingungsstrom fließt also die Hälfte über :die Schaltstelle 31,
die geöffnet werden soll, in entgegengesetzter Richtung.
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Für die in Fig. i dargestellte Brückenschaltung, in der über die Schaltstellen
31 und 32 ein und,derselbe Schwingungsstrom in entgegengesetzten Richtungen fließt,
send in Fig. 3 a und 3 b die (Gesamtströme il und i2, die über die einander ablösenden
Kontaktstellen 31 und 32 fließen, und die aus den Phasenspannungen 2i1 und 2t, resultierende
Gleichspannung ztg in !Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Der Schwingungskreis
gemäß Fig. 2 wird durch den am Ende der Stromübergabe auftretenden, zwischen :den
Punkten 9 und io wirksamen Gleichspannungssprung A ug angestoßen. Die Schwingung
überlagert sich an den Kontaktstellen 31 und 32 den Strömender Phasen, I und II
in der in Fig. 3 a angedeuteten Weise, führt also zu einer Schwingung in der Stufe
des ablaufenden Stromes i1. Hierdurch kann -der rAusschaltvorgang unter Umständen
erheblich gestört werden, da beispielsweise bei der in Fig. 3 a eingetragenen Lage
des Ausschaltzeitpunktes A ein wesentlich höherer Strom durch den sich öffnenden
Kontakt 31 unterbrochen werden muß, als bei glattem Verlauf der Stufe zu
unterbrechen wäre und mit Rücksicht auf werkstoffwanderungsfreies Ausschalten höchstens
zulässig ist.
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Das .Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 läßt -die den Schwingungskreis
beeinflussenden Größen klar erkennen. Bei hoher @Glättungsinduktivität 6 erfolgt
die Dämpfung, die für die,Größe der Schwingungsamplitude und für ihr Abklingen maßgehend
ist, allein durch die Vorwiderstände 52 und 53. Diese dürfen mit Rücksicht auf die
beim öffnender Kontakte an letzteren im ersten Augenblick anspringende Spannung,
die gleich dem Spannungsabfall des nunmehr über den Nebenweg aufrechterhaltenen
Stufenstromes ist, nur einen sehr niedrigen Widerstandswert haben. Das logarithmische
Dämpfungsdekrement kann infolgedessen in praktisch vorkommenden Fällen Werte unter
i annehmen, d. h. die Schwingung klingt erst nach mehreren Perioden auf unschädliche
Werte ab.
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Einen grundsätzlich gleichen zeitlichen Verlauf nehmen die iStröme
.der einander ablösenden Kontaktstellen in einer :Sternpunktschaltung, z. B. gemäß
Fig. 6, in der gleiche Teile wie in Fig. i mit gleichen Bezugsziffern versehen sind,
falls die später zu erörternden Dämpfungswiderstände 6i
bis 63 fehlen,
und auch in einer sogenannten Sechsdrosselschaltung, d. h. einer Brückenschaltung,
ähnlich Fig. i, jedoch mit sechs in .den einzelnen Brückenzweigen angeordneten Schaltdrosseln.
Die Sechsdrosselschaltung stellt ja gewissermaßen eine Verdoppelung der Sternpunktschaltung
gemäß Fig. 6 dar, abgesehen von der Drehstromquelle und von der statt an letztere
an die zweite Kontaktgruppe angeschlossenen Gleichstromleitung. In der Sternpunktschaltung
und in der iSechsdrosselschaltung trifft das Merkmal, daß jedes die Stromunterbrechung
erleichternde Hilfsmittel einer Art mit den drehstromseitigen Kontaktteilen zweier
zu verschiedenen Zeiten betätigter Kontaktstellen verbunden ist, zwar nicht auf
die Schaltdrosseln, dafür aber auf die Nebenwege zu, wenn diese in einer Drehstromschaltung
vereinigt sind, die an die drehstromseitigen Kontaktstellen angeschlossen ist, also
z. B. gemäß Fig. 6 in einer an die Punkte 8, 9, io angeschlossenen Dreieckschaltung.
Hier ist beispielsweise der Nebenweg 41, 51 sowohl an den drehstromseitigen Kontaktteil
der Kontaktstelle 31 als auch an den drehstromseitigen Kontaktteil der um 12o0 e1.
später betätigten Kontaktstelle 32 angeschlossen. Der von 9 nach io über
die Nebenwege verlaufendeTeil des Schwingungskreises führt teils über den Nebenweg
42, 52, teils über die Schaltstellen 31 und 32 und den Nebenweg 41,
51.
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Verschiedene an sich denkbare oder auch schon vorgeschlagene Mittel
zur Unterdrückung des Überschwingens führen entweder nicht zum Erfolg oder rufen
unerwünschte Nebenerscheinungen. hervor. So sind z. B. Sperrkreise, die aus einer
Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität bestehen und etwa in die
Nebenwege eingefügt oder durch Parallelschaltung von. Kondensatoren zu den Schaltdrosseln
oder zu den Transformatorwicklungen gebildet werden könnten, unbrauchbar, .da sie
nur in eingeschwungenem Zustand wirksam sind. In die Nebenwege eingefügte Trockengleichrichter
beseitigen zwar die Schwingung, haben jedoch einen unerwünscht hohen Vorwärtswiderstand
und führen bei größeren Stufenströmen zu einem unzulässig hohen @Anspringen ,der
(Spannung im Augenblick der Kontaktöffnung.
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Gemäß dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken wird .durch ,Anbringung
einer zusätzlichen Dämpfung die Schwingfähigkeit beseitigt oder so weit gemildert,
daß der Ausschaltvorgang praktisch nicht mehr beeinträchtigt wird. Es wurde erkannt,
daß sich das erreichen läßt, ohne daß hierdurch ein unerträglich hoher zusätzlicher
Leistungsverbrauch entsteht; denn es genügt praktisch meist schon eine Erhöhung
des logarithmischen Dämpfungsdekrements um 5o bis iooo/o, um in die Nähe des aperiodisch
gedämpften Zustandes zu kommen oder diesen zu erreichen.
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Die Dämpfung eines Schwingungskreises ist zwar im allgemeinen mit
Hilfe von Wirkwiderständen möglich, die beispielsweise entsprechend einem der beiden
in 'Fig.4a und 4#b dargestellten grundsätzlichen Schaltbilder einem Teil des Schwingungskreises
parallel geschaltet sind. Nach Fig.4a ist zu der aus der Kapazität CS des Schwingungskreises
und einem auch schon dämpfend wirkenden Vorwiderstand Rd gebildeten Reihenschaltung
ein zusätzlicher Dämpfungswiderstand RD parallel geschaltet. Nach Fig.4b überbrückt
ein zusätzlicher Dämpfungswiderstand R'D die Kapazität CS allein.
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Ferner sind zwar Einphasenumformungsanordnungen und Drehstromumformungsanordnungen
in Sternpunktschaltung bekanntgeworden, bei denen jede Schaltstelle durch einen
besonderen kapazitiven Nebenweg unmittelbar überbrückt ist und Dämpfungswiderstände
zu den Nebenwegen oder zu den Kondensatoren allein parallel geschaltet sind. Bei
diesen bekannten Schaltungen ist jedoch während der stromschwachen Pause vor der
Kontaktöffnung kein Schwingungskreis vorhanden, sondern erst nach der Kontaktöffnung.
Die Dämpfungswiderstände erfüllen daher hier einen anderen Zweck, sie sollen nämlich
das Einschwingen der wiederkehrenden Spannung dämpfen.
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Bei denjenigen DrehstromumformuTigsanordnungen aber, in denen ein
Überschwingen des Stufenstromes auftritt, das durch besondere Dämpfungswiderstände
verhindert werden soll, führt eine einfache Übertragung der Grundschaltbilder 4a
und 4b nicht zum Ziel. Vielmehr besteht eine weitere Aufgabe darin, geeignete Anschlußpunkte
für die Dämpfungswiderstände zu finden. Verschiedene an sich naheliegende Möglichkeiten
nämlich sind deswegen zu verwerfen, weil die Widerstände die Arbeitsweise der gesamten
Schaltung in unzulässiger Weise beeinflussen. Bei der in Fig. i dargestellten Dreidrosselschaltung
würde zwar z. B. die gestrichelt angedeutete Parallelschaltung je eines Widerstandes
61, 62, 63 zu den Nebenwegen entsprechend der in Fig. 4a dargestellten
grundsätzlichen Schaltung und ebenso die Parallelschaltung je eines Widerstandes
zu den Kondensatoren. allein entsprechend der in Fig.4b dargestellten grundsätzlichen
Schaltung eine Beseitigung des Überschwingens ergeben, diese Mittel sind jedoch
deswegen ungeeignet, weil sie die wiederkehrende Spannung in unzulässiger Weise
verändern.
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In Fig. 5 ist die Spannung uk an einer Kontaktstelle in Abhängigkeit
von der Zeit t dargestellt. In der Zeit vom Einschaltzeitpunkt E bis zum Ausschaltzeitpunkt
A ist die Kontaktspannung uk gleich Null. Hinterher ist ein beispielsweise durch
Kurventeil i wiedergegebener Spannungsverlauf erwünscht, wie er ohne Anwendung der
genannten Zusatzdämpfungswiderstände 61, 62, 63 auftreten würde, wenn kein
Überschwingen stattfindet. Unter diesen Voraussetzungen wird im ersten, kleine positive
Werte aufweisenden Teil der :Spannungskurve i das Potential des drehstromseitigen
Kontaktteiles gegenüber dem Gleichstrompol bzw. der mit demselben Gleichstrompol
verbundenen Folgephase durch die Spannung bestimmt, auf .die der Nebenwegkondensator
durch den Stufenstrom aufgeladen wird, der während des auf den Ausschaltzeitpunkt
A
folgenden Restes der Stromstufe fließt. Nach der Öffnung z. B. des Kontaktes 31
liegt das Potential des Punktes 8 während der Reststufe ein wenig höher als dasjenige
des Punktes 9. Sind jedoch die Dämpfüngswiderstände 61 bis 63 gemäß Fig. i angeordnet,
so wirken nach Öffnung des Kontaktes 31 die zwischen den Punkten 8 und 9 bzw. 8
und io liegenden Widerstände 61 und 63 als Spannungsteiler zwischen den Phasen 1I
und III und bringen .das Potential des Punktes 8 -und damit des oberen. Kontaktteiles
31 nach der Kontaktöffnung augenblicklich auf den Mittelwert zwischen den
Potentialen der Punkte 9 und io, der gegenüber dem Potential des Punktes 9 und damit
.des unteren Kontaktteiles 31 starknegativ ist. Infolgedessen ergibt sich ein Verlauf
der wiederkehrenden Spannung uk gemäß Kurventeil e der Fig. 5 und macht den Umformer
betriebsunfähig.
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Die gleiche Wirkung tritt bei einer Sternpunktschaltung gemäß Fig.
6 und der daraus abgeleiteten Sechsdrosselschaltung ein, wenn die Därnpfungspfade
an diegleichenPunkte angeschlossen sind wie die Nebenwege. Sind nämlich die Nebenwege
und die Dämpfungspfade in Dreieckschaltung angeordnet, so üben nach Öffnung der
Kontaktstelle 31 die zwischen den Punkten 8 und 9 bzw. 8 und io liegenden Dämpfungswiderstände
die gleiche schädliche Spannungsteilerwirkung, wie vorstehend beschrieben, zwischen
den Phasen II und III aus. Bilden die Nebenwege und Dämpfungspfade eine !Sternschaltung,
so hat deren Sternpunkt nach Öffnung der Kontaktstelle 31 praktisch dasselbe Potential
wie der Punkt B. Daher bestimmen die an die beiden anderen Phasen angeschlossenen
Dämpfungspfade durch ihre Wirkung als Spannungsteiler nicht nur das Potential des
;Sternpunktes der Nebenwege, sondern auch dasjenige des drelistromseitigen Kontaktteiles
der geöffneten Kontaktstelle mit der obenerwähnten nachteiligen Folge für den Verlauf
der wiederkehrenden Spannung.
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Die bisher beschriebenen und näher erläuterten Schwierigkeiten werden
erfindungsgemäß :dadurch vermieden, daß zur Dämpfung von über die zu öffnende Kontaktstelle
während -der ihrer Öffnung vorangehenden Stromabfiachungszeit verlaufenden Stromschwingungen.
besondere Dämpfungspfade mit vorwiegendem Wirkwiderstand vorgesehen sind, von denen
jeder mindestens mit einem seiner beiden Enden an einem anderen Punkt der Umformungsanordnung
angeschlossen ist als der zu dämpfende Nebenweg, und zwar an einem solchen Punkt,
wo die Dämpfungspfade nach der Kontaktöffnung keinen Einfluß auf das Potentialdes
drehstromseitigen Kontaktteiles der geöffneten Kontaktstelle haben.
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Ein solcher Punkt ist in einer Sternpunktschaltung und daraus .durch
Vervielfachung entstand°nen .Schaltungen, also auch in der Seehsdrosselschaltung,
nicht aber in der Dreidrossel-Schaltung, der gemeinsame Verbindungspunkt der Gegenkontakte
mit einem der Leiter des anderen Stromsystems. Die Anordnung nach Fig. 6 vervollständigt
die Dämpfungspfade 61, 62, 63, die zwischen den Punkten 9, 8 und io einerseits und
dem gemeinsamen, den Verbraucher 7 führenden Gleichstromleiter andererseits :angeordnet
sind, und stellt infolgedessen einAusführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Schaltung
der Zusatzdämpfung stimmt hier grundsätzlich mit derjenigen nach Fig.4a überein.
Eine -der Fig.4b entsprechende Schaltung ist in diesem Falle nicht ausführbar.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich für Dreidrosselschaltungen
eignet, ist für eine solche in Fig. 7 dargestellt. (Sie ist aber auch auf Sternpunktschaltungen
anwendbar. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens ein Ende jedes Dämpfungspfades
an einen solchen Punkt der Umformungsanordnung angeschlossen ist, der während der
Stromabflachungszeit ein anderes Potential hat als der drehstromseitige Kontaktteil
der zu öffnenden Phase, und zwar annähernd das Potential der Folgephase. Dementsprechend
ist jeder Dämpfungspfad zwischen dem drehstromseitigen Kontaktteil einer Phase und
der Verbindung der Folgephase mit dem Drehstromnetz anzuordnen, also gemäß Fig.
7 der Dämpfungspfad 61 zwischen dem Punkt 8 und er Ausgangsklemme der Transformatorwcklung
12. Hier wirken .die Widerstände nicht als Spannungsteiler, da beispielsweise der
an den Punkt io angeschlossene Dämpfungspfad 63 nicht zum Punkt 8 führt, sondern
an einen jenseits der gerade ungesättigten Schaltdrossel 21 liegenden Punkt. In
dieser Anordnung unterstützen im Gegenteil -die Dämpfungspfade sogar noch die Wirkung
.der Nebenwege, die darin besteht, .daß das Potential des drehstromseitigen Kontaktteiles
der geöffneten,Schaltstelle in der Nähe des Potentials der Folgephase gehalten wird,
beispielsweise dasjenige des Punktes 8 nach der Öffnung der Kontaktstelle 31 auf
ungefähr dem Potential des Gleichstrompols, der über den geschlossenen Kontakt 32
mit dem Punkt 9 und weiter über die gerade gesättigte Schalbdrossel 22 mit ,dem
Anschlußpunkt des Dämpfungspfades 61 an der Klemme der Transformatorwicklung i2
der Folgephase verbunden ist. Das Ersatzschaltschema dieser Dämpfungsanordnung zeigt
Fig. B. Die Dämpfungspfade in den Anordnungen nach Fig. 6 und 7 werden als sogenannte
wechselstromseitige Querdämpfer bezeichnet. Mit ihnen kann die Dämpfung in beliebig
wählbarem Grade eingestellt werden, ohne daß sich sonst an der Wirkungsweise der
Kontaktumformerschaltung etwas ändert.
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Falls der abgeflachte Teil der Stromkurve noch eine merkliche negative
Neigung aufweist, die durch die Form der Magnetisierungskennlinie des für die Schaltdrosselkerne
verwendeten Magnetmetalls bedingt sein kann, ist es zweckmäßig, die Schwingung nicht
ganz zu beseitigen, sondern mit der Dämpfungseinstellung nur bis kurz vor den aperiodischen
Zustand zu gehen, so daß sich noch eine erste Schwingungshalbwelle mit kleiner Amplitude
ausbildet. Dadurch wird die Neigung der Stromstufe kompensiert und somit ,die für
die Kontaktöffnung ausnutzbare Länge der Stromstufe
vergrößert,
was bekanntlich eine Erweiterung des Belastungsbereiches bzw. eine Erhöhung der
Überlastbarkeit der Umformungsanordnung zur Folge hat. In Fig. 9, die den zeitlichen
Verlauf des übeT eine Kontaktstelle fließenden (Stromes zeigt, ist durch den gestrichelten
Kurventeil i die Stromstufe für den Fall vollständiger Abdämpfung der Schwingungen
veranschaulicht; die Kurve 2 stellt den günstigeren Verlauf bei geringerer Dämpfüng
dar, für den Fall also, daß der aperiodische Zustand nicht ganz erreicht wird.
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Besonders vorteilhaft ist es demgegenüber, zur Kompensation der Neigung
der Stromstufe parallel zu den Schaltdrosseln an sich bekannte Hilfskreise, die
aus der Reihenschaltung eines Kondensators mit einem Wirkwiderstand bestehen (vgl.
schweizerisches Patent 220 58i), in Verbindung mit wechselstromseitigen Querdämpfern
vorzusehen. Einer dieser Hilfskreise ist in Fig. 7 gestrichelt parallel zur Schaltdrossel
21 angedeutet. Die Wirkung dieser Parallelkreise besteht darin, daß der Kondensator
zu Beginn der Stufe durch die an der Schaltdrossel plötzlich entstehende tSpannung
einen Ladestromstoß erhält, der bei richtiger Bemessung des Parallelkreises .den
ursprünglichen Stufenstrom (Kurve i, Fig. io) ergänzt, so daß gemäß Kurve 2 (Fig.
io) der über die Kontaktstelle fließende resultierende .Strom praktisch parallel.
zur Nullinie verläuft. Erst die gleichzeitige Anwendung der erfindungsgemäßen Zusatzdämpfung
zur Beseitigung des Überschwingers erschließt die restlose Ausnutzung der durch
solche Parallelkreise zu den Schaltdrosseln, gegebenen Möglichkeiten.
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Die durch die beschriebene Zusatzdämpfung ermöglichte Einstellung
eines optimalen Schwingungsverlaufes gemäß Fig. 9 oder die Anwendung eines Parallelkreises
gemäß Fig. io zur Streckung der Stromstufe hat vor allem Bedeutung bei Kontaktumformern,
die in größerem Umfange durch Teilaussteuerung geregelt werden. Bei der Regelung
durch Teilaussteuerung hat die ursprüngliche Stromstufe bei hoher Aussteuerung eine
nahezu waagerechte Lage; mit sitzender ,Aussteuerung weist die Stufe eine zunehmende
Neigung auf, verursacht durch die mit wachsender Ummagnetisierungsgeschwindigkeit
zunehmende Entstehung von Wirbelströmen in den iSchalbdras@selkernen. Die hierdurch
bedingte Notwendigkeit, die Stromstufe um so stärker zu strecken, je niedriger die
Aussteuerung ist, wird in glücklicher Weise durch ,die genannten Mittel selbsttätig
erfüllt, da sowohl die Amplitude der Restschwingung gemäß Fig. 9 wie auch die Höhe
des Kondensatorladestromstoßes gemäß Fig. io wegen der mit sinkender i,l,ussteuerung
anwachsenden Höhe der an der Schaltdrossel entstehenden Aussteuerung zunimmt.
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Die erfindungsgemäße Anbringung von Dämpfungspfaden mit wählbarem
Dämpfungsgrad kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zu einem besonders vorteilhaften
Verlauf der nach der Kontaktöffnung am Kontakt wiederkehrenden Spannung führen.
;Sie gestattet nämlich in vielen Fällen die völlige Herausnähme jeglicher Dämpfungswiderstände
aus den Nebenwegen selbst, -so daß diese nach Fortfall der Widerstände 51, 52 und
53 in Fig. 7 nur noch aus den Kondensatoren ¢i, 42, 43 zu bestehen brauchen. Hierdurch
sinkt die unmittelbar nach der Öffnung des Kontaktgis an diesem anspringende Spannung;
die gleich dem Produkt aus Kontaktstrom und Widerstand des Nebenwegkreises ist,
auf einen sehr kleinen, lediglich durch die Leitungs- und übergangswiderstände bedingten
Betrag ab, so daß sich besonders günstige Ausschaltbedingungen ergeben. Infolgedessen
kommt es in diesem Falle auf eine besonders sorgfältige Einstellung der Höhe des
zu unterbrechenden Stufenstromes durch die bei den bisherigen Erörterungen stets
stillschweigend als vorhanden vorausgesetzte Vormagnetisierung der Schaltdrossel
gar nicht mehr so genau an. Da ferner, wie bereits früher ausgeführt, durch den
erfindungsgemäß angeordneten Widerstand das Potential des drehstrornseitigen Kontaktteiles
(in Fig. 7 z. B. dasjenige des Punktes 8) während der Dauer der Ausschaltstufe zwangsweise
in der Nähe des Potentials der Folgephase (Punkt 22 bzw. 9 in Fig. 7), also auch
des zugehörigen (Gleichstrompols gehalten wird, so kann der Aufwand an Kondensatoren
für die Nebenwege noch verkleinert werden, ohne daß die Kontaktspannung nach der
Kontaktöffnung in ihrem weiteren Verlauf (vgl. Kurve i in Fig.5) übermäßig hohe
Werte erreicht. Alles in allem verleiht die Anwendurng der beschriebenen stabilisierenden
Dämpfungspfade in Verbindung mit Nebenwegen, die nur aus Kondensatoren bestehen,
dem Kontaktumformer eine größere Unempfindlichkeit gegen mangelhafte Abgleichung
der Höhe des Stufenstromes, verursacht (durch ungenaue Einstellung der Vormagnetisierung
oder durch Schwankungen der den Ummagnetisierungskreis speisenden Spannung oder
auch. ,durch die Abhängigkeit des jeweils zu unterbrechenden Wertes des Stufenstromes
von der Belastung des Umformers und vom Aussteuerungsgrad, und ferner auch gegen
umgenaue Einstellung der Kontaktzeiten.
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Besondere Überlegungen erfordert der Ansch-luß der wechselstromseitigen
Querdämpfer und der zur Streckung der Stufe dienenden, aus Kondensatoren und Wirkwiderständen
bestehenden Parallelkreise zu den Schaltdrosseln beim Vorhandensein von Einschaltdrosseln.
In Fig. i i ist eine vollständige Umformungsanordnung mit Einschaltdrosseln, Querdämpfern
und Streckkreisen dargestellt. Die Bezeichnungen der einzelnen Teile sind die gleichen
wie z. B. in Fig. 7. Abweichend von dieser Figur enthalten jedoch in Fig. i i die
Schaltdrosseln 21, 22 und 23 außer den Hauptkernen noch besondere Einschaltkerne,
die in bekannter Weise (vgl. deutsches Patent 711 311) mit den zugehörigen Hauptkernen
eine gemeinsame Hauptwicklung besitzen. Die Vormagnetisierungswicklungen der Hauptkerne
und der Einschaltkerne sind, wie schon in den früheren Schaltbildern, der Übersichtlichkeit
wegen nicht mit dargestellt. Würde man nun wie in Fig. 7 die Dämpfungspfade und
(Streckkreise Unmittelbar an die Hauptwicklungen
in den Punkten
8, 9, io anschließen, so würden die Einschaltkerne durch, die über die Dämpfungspfade
und die Streckkreise fließenden Ströme in =unerwünschter Weise vormagnetisiert werden,
so daß sich die Stufe des Einschaltkernes nicht in der beabsichtigten Weise unmittelbar
,nach dem Einschalten infolge des Anstieges des Kontaktstromes ausbilden würde,
sondern je nach der Einstellung der genannten Kreise zu irgendeinem anderen weniger
geeigneten Zeitpunkt: Frfmdungsgemäß werden daher die Dämpfung pfade und Streckkreise,
um den Einschaltkern für ,die sie durchfließenden Ströme indifferent zu machen,
genau wie die kapazitiven Nebenwege 41, 4z und 43 anstatt unmittelbar an die Hauptwicklung
(Punkte 8, 9, io) an die während der Stromabflachungszeiten vor und nach der Öffnung,der
zugehörigen Kontaktstelle dasselbe Potential aufweisenden Klemmen 8', 9', iö der
Einschaltwicklungen angeschlossen. Die Ummagnetisierung der Einschaltkerne zu unerwünschten
Zeitpunkten wird damit vermieden. Da die in den Nebenwegen liegenden Widerstände
der Einschaltwicklungen gleichzeitig auch von den Strömen der Dämpfungspfa@de und
Streckkreise durchflossen werden, so tritt zwar eine geringfügige Erhöhung der im
öffnungsaugen@blick des Kontaktes an diesem anspringenden Spannung ein, doch bereitet
es keine tSchwierigkeiten, den Betrag des Spannungssprunges unterhalb der Lichtbogenmindestspannung
von etwa io Volt zu halten. Will man den Spannungsabfall der genannten (Ströme an
den Einschaltwicklungen vermeiden, so können die Dämpfungspfade und Streckkreise
anstatt an die Einschaltwicklungen auch an je eine weitere getrennte Wicklung auf
den Einschaltkernen angeschlossen werden, die mit der gleichen Windungszahl ausgeführt
und im gleichen Wicklungssinn mit der Hauptwicklung verbunden ist wie die Einschaltwicklung.
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Die Erfindungsgedanken wurden erläutert an dem Beispiel einer dreiphasigen
Brückenschaltung in Dreidrosselanordnung. Sie können unmittelbar auch auf alle höherphasigen
Schaltungen übertraden werden, die: als Grundelemente die dreiphasige Brückenschaltung
in Dreidrosselschaltung benutzen. Als praktisch wichtige Beispiele seien hier lediglich
angeführt die Parallel- oder Reihenschaltung von zwei um 30° in der Phasenlage gegeneinander
versetzten dreiphasigen Brückenschaltungen oder die Schaltungen nach dem deutschen
Patent 713 64z, die sämtlich Schaltungen mit zwölfphasiger oder höherphasiger Gleichstromwelligkeit
darstellen. Auch auf andere Schaltungen können die Erfindungsgedanken sinngemäß
übertragen werden. Von diesen sei als weiteres Beispiel noch die sechsphasige Brückenschaltung
nach L a t o u r (deutsches Patent 416 755) erwähnt, die bei ihrer Anwendung auf
den Kontaktumformer an Stelle der zwölf Ventile sechs Schaltdrosseln mit zwölf Kontakten
erhält und in der mit den gleichen Mitteln wie in der beschriebenen: Dreidrosselschaltung
eine Dämpfung des tlberschwingens und eine Streckung der Stromstufe erzielt werden
können. Anstatt dis Dämpfung gemäß F'ig. 8 mittels wechselstromseitiger Querdümpfer
zwischen Schaltdrosselausgang und Transformatoranschluß der Folgephase vorzunehmen,
kann auch noch eine andere Lösung, die nach dem Ersatzschaltbild Fig. 4a arbeitet,
ausgeführt werden, ohne daß dabei die früher erwähnte schädliche Spannungsteilerwirkurig
eintritt. Diese Lösungsmöglichkeit besteht erfindungsgemäß darin, daß nur ein einziger
Dämpfungspfad zwischen den Leitern des zweiten Stromsystems vorgesehen wird, also
z. B. in der Anordnung nach Fig. i z ein Wirkwiderstand 6o ummittelbar zwischen
den beiden Gleichstrompolen. Dieser Widerstand, der als sogenannter gleichstromseitiger
Querdämpfer bezeichnet sei, wird durch die Kontaktbewegung selbsttätig gerade an
diejenigen Zweige der Gesamtschaltung gelegt, in denen. jeweils die Dämpfung erforderlich
ist. Bei Umformern mit Grundlast (5 in Fig. i), die nicht we.itgehend durch Teilaussteuerung
geregelt werden und daher eine Glättungsdrossel 4 im Grundlastkreis entbehren können,
übt bereits der Grundlastwiderstand eine Dämpfung aus und ist daher dann nur noch
über die ursprünglichen Bemessungsgesichtspunkte hinaus für ein ausreichend hohes
Dämpfungsdekrement zu bemessen. Bei solchen Umformern, die ohne Glättungsdrossel
auf' praktisch induktionsfreie Belastung arbeiten:, sind besondere Dämpfungsmittel
entbehrlich, weil die Belastung dann in ausreichendem Maß als Dämpfung wirkt. Außer
dem gleichstromseitigen Querdämpfer 6o können natürlich auch die Dämpfungswiderstände
51 bis 53 und die wechselstromseitigen Querdämpfer 61 bis 63 in der Schaltung enthalten
sein.
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Gemäß der weiteren Erfindung kann der Leistungsverbrauch des gleichstromseitigen
Querdämpfers 6o beträchtlich herabgesetzt werden, indem nach Fig. i i in Reihe damit
ein Kondensator 64 geschaltet wird. Dumeh den Kondensator 64 wird nämlich der Gleichstromfluß
über den Dämpfungswiderstand 6o unterbunden, so daß nur noch Oberwellen- (Wechsel-)
Ströme und die Dämpfungsströme der ahzudämpfen@den Schwingung Leistung=-verloste
im Dampferkreis verursachen.
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Das Ersatzschaltbild; nimmt dann die Form nach Fig. 12 an. Damit die
dämpfende Wirkung des Querkreises nicht beeinträchtigt wird., muß die Kapazität
CD des Kondensators 64 genügend groß gegen CN gewählt werde:.
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Grundsätzlich läßt sich das Prinzip der Reihenschaltung eines Kondensators
auch auf die wechselstromseitigen Ouerdämpfer 61 bis 6.3 übertragen, doch ist die
Herabsetzung des Leistungsverlustes dort geringer, weil die von der verketteten
Transflorrmatorspannung herrührenden Wechselströme, die den Hauptanteil des Leistungsverbrauches
verursachen, durch den Kondensator nicht unterbunden, sondern nur etwas herabgesetzt
werden können.