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Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer) Zusatz zum Patent
8699 9$3 Das Patent 869 983 bezieht sich auf mechanische Schaltstromrichter mit
den Schaltkontakten vorgeschalteten, vormagnetisierten Schaltdrosseln zur Erzeugung
von Stromstufen und hat eine besondrere Ausbildung der Vormagnetisierung zum Gegenstand,
durch die ein praktisch strom- und spannungsloses Öffnen des Kontaktes unter weitgehend
veränderlichen Betriebsbedingungen erzielt wird. Gemäß dem Hauptpatent besteht die
Vormagnetisierung aus einem während der Stromstufe gleichbleibenden Anteil und einem
von der Spannung, die an der betreffenden Schaltdrossel während der Stromstufe herrscht,
abhängigen Anteil. Der gleichbleibende Anteil kann durch eine Vormagnetisierung
mit Gleichstrom gebildet werden. Der spannungs,abhängi@ge Anteil wird durch einen
Vormagnetisierungslkreis erzeugt, der als Hauptbestandteil einen Ohmschen Widerstand,
enthält und von der an der Reihenschaltung der Schaltdrosselwicklung mit dem Schaltkontakt
liegenden Spannung gespeist wird.
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Die im Patent 869 983 beschriebene und dargestellte Anschlußart des
spannungsabhängigen Vormagnetis-ierungskreises kann in allen ein- und mehrphasigen
Gleichrichterschaltungen immer dann ohne weiteres benutzt werden, wenn jedem Schaltkontakt
eine getrennte Schaltdrossel zugeordnet ist. Es gibt nun aber auch Schaltungen,
bei denen eine
und dieselbe Schaltdrossel zur Erzeugung der Ausschaltstufe
von zwei im Gegentakt arbeitenden Kontakten verwendet wird. Dies ist beispielsweise
der Fall bei der dreiphasigen Brückenschaltung (Graetzschaltung) mit sechs Kontakten,
aber nur drei Schaltdrosseln. Diese Schaltung ist die bei Kontaktumformern mit motorischem
Synchronantrieb der Kontakte bisher meist verwendete Schaltung. Sie ist in Fig.
i im Prinzip wiedergegeben.
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In Fig. i sind iR, is, zT 'die Sekundärwicklungen des Gleichrichtertransformators,
an die über je eine Sehal.tdrosselwicklung 3R, 3s, 3r auf den Drosselkernen 2R,
2S, 2T im Gegentakt arbeitende, in einer Brücke zusammengeschaltete Kontaktpaare
4p " 4p'; 4s, 4s und 4T, 47! angeschlossen sind. Mit 5 ist die gleichstromseitige
Belastung bezeichnet.
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Wollte man nun nie Anschlußart des spannungsabhängigen Vormagnetis:ierungskreises
entsprechend dem Hauptpatent an den transformatorseitigen Pol der Schaltdrosselhauptwicklung
einerseits und an den gleichstromseitigen Pol des Kontaktes andererseits auf eine
in Fig. i dargestellte Brückenschaltung übertragen, wie es in Fig. i gestrichelt
eingezeichnet ist, so würden die beiden zu dem positiven und zu dem negativen Gleichstrompol
führenden Vormagnetisierungszweige i i, i2 bzw. i i', 12'
einen Spannungsteiler
in bezug auf die Gleichspannung bilden, an dessen Mitte dann die Vormagnetisierungswicklung
io liegt. Es würden sich -da-durch dann Spannungs- und Stromverhältnisse ergeben,
die von den gewünschten und für den Betrieb des Gleichrichters erforderlichen völlig
abweichen und den Umformer betriebsunfähig machen würden. Die Ventile i2 und i2'
könnten ,dgbei für die Lenkung des Vormagnetisierungs.stromes in der einen Halbwelle
zu Kontakt 4R und in der anderen Hall)-welle zu Kontakt 4R wegen der Vorbelastung
durch den über die beiden Vormagnetisierungszweige i i, i-- und i i', iiä vom positiven
Pol zum negativen Pol fließenden Gleichstrom gar nicht zur Wirkung kommen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anschlußart des spannungsabhängigen
Vormagnetisierungskreises, die die Forderung, daß die Schaltdrossel von der vor
der Kontaktöffnung an ihr liegenden Spannung vormagnetisiert werden soll, ebenfalls
erfüllt, ohne den Nachteil der erwähnten, an Hand der Fig. i dargelegten Spannungsteilerwir'kung
mit sich zu bringen.
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Die Erfindung besteht vor allem darin, daß bei mehrphasiger Ausbildung
des Schaltstromrichters mit in Brückenschaltung angeordneten Kontakten der spannungsabhängige
Vormagnetisienurngskreis einer Phase jeweils an .die Folgephase angeschlossen ist.
Dabei kann, ähnlich dem Häuptpatent, als Vormagnetisierungswicklung der Schaltdrossel
ein Teil der Hauptwicklung derselben in Sparschaltung benutzt werden, und zwar vorzugsweise
die Hälfte der Hauptwicklung, weil dann die Verluste in den Vormagnetisierungskreisen
ein Minimum werden. Bei einer Brückenschaltung mit nur einer Schaltdrossel für je
zwei im Gegentakt arbeitende Kontakte entfällt bei dieser neuen Schaltung des spannungsabhängi@gen
Vormagnetisierungs'kreises das bei der Schaltung nach dem Hauptpatent im Vormagnetisierun@gskreis
liegende Ventil. Dieses Ventil ist nur erforderlich bei Schaltungen mit je einer
Schaltdrossel für jeden Kontakt.
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Weitere Merkmale der Erfindung und die dadurch erzielten Vorteile
ergeben sich aus, der folgenden Beschreibung dies in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispieles.
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In Fig.2 entspricht die Stellung der Schaltbrücken der Kontakte 4.R
bis 4T' dem Schaltzustand kurz vor der Öffnung des Kontaktes, 4R. Der Kontakt 4s
ist also bereits -geschlossen und führt den Gleichstrom von der Phase S zum positiven
Pol des Verbrauchers 5, während. der ebenfalls geschlossene Kontakte' den Gleichstrom
vom negativen Pol des Verbrauchers 5 zurück zur Phase l des Transformators führt.
Der Kern 2s der Schaltdrossel in der Phase S ist nach übernähme des Laststromes
durch die Phase S bereits gesättigt, so daß 'an der Wicklung 3s keine Spannung auftritt.
Bei diesem Schaltzustand befinden sich also der Kontakt 4R, der Kontakt 4s, der
positive Pol des Verbrauchers 5 und die Wicklung 3s der Schaltdrossel der Phase
S sämtlich auf -dem gleichen Potential, und zwar auf demjenigen der Klemme der Transformatorwicklung
is. Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, däß es infolgedessen
für die Speisung der Vormagnetisierungswicklung io während des Ablaufs der Ausscbaltstufe
.gleichgültig ist, an welchen Punkt dieser Zusammenschaltung der Vormagnetisierungszweig
angeschlossen ist. Der Anschluß des Vormagnetisierungskreises mit der Wicklung io
erfolgt daher nicht nach der Lehre des Hauptpatentes am gleichstromseitigen Pol
des Kontaktes 4R, sondern erfindungsgemäß irgendwo zwischen dem Transformatoranschluß
der Folgephase und den wechselstromseiti!gen Polen der zugehörigen Kontakte, vorzugsweise
am transformatorseitiggen Ende der Schaltdrosselwicklung 3s der Folgephase. Da bei
dem betrachteten Schaltzustand die Kontakte und 4s' geöffnet sind, so besteht während
der Ausschaltstufe der Drossel der Phase R keine Verbindung zwischen dem Vormagnetisierungskrei
und dem negativen Gleichstrompol und somit auch nicht die unerwünschte Spannungsteilerwirkung.
In der entgegengesetzten Halbwelle aber, wo die Kontakte 4T, 4R und 4s geschlossen
sind und der Kontakt 4R kurz vor seiner Öffnung steht, ist der Vormagnetisierungskreis:
über den Kontakt 4s' in gewünschter Weise mit dem negativen Gleichstrompol verbunden,
und es besteht keine Verbindung zum positiven Pol. Bei dem erfindungsgemäßen Anschluß
des Vormagnetisierungskreises an den wechseilstromseitigen Teil der Folgephase erfolgt
somit die Lenkung des spannungsabhängigen Vormagnefisierungsstromes in der einen
Halbwelle zum positiven Gleichstrompol und in der anderen Halbwelle zum negativen
Gleichstrompol selbsttätig mittels der entsprechenden Kontakte der Folgephase, und
es sind daher besondere Ventile für diese
Aufgabe nicht mehr erforderlich.
Der gesamte spannungsabhängige Vormagnetisierungskreis besteht daher nur aus der
Vormagnetisierungswicklung io und dem Ohmschen Widerstand i iR.
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Anstatt eine getrennte Vormagnetisierungswicklung io zu verwenden,
wie sie in der Phase R gezeichnet ist, können die in den Vormagnetisierungskreisen
liegenden Widerstände i iR, i iS, i iT, ebenso wie beim Hauptpatent, auch an eine
Anzapfung der Hauptwicklungen angeschlossen werden, wie dies in Fig. 2 für die Phasen
S und T dargestellt ist. Das Minimum der Verlustleistung in den Vormagnetisierungswiderständen
wird ,dann erreicht, wenn die W'indungsza'hl der Vormagnetisderungswicklung gleich
der Hälfte der Windungszahl der Hauptwicklung ist bzw. die Anzapfung in der Mitte
der Hauptwicklung erfolgt.
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Ebenso wie beim Hauptpatent ist ferner an einer Hilfswicklung 16 jeder
Schaltdrossel ein an sich bekannter Streckkreis 17 zur Verbesserung der Form der
Stromstufe angeschlossen. Außerdem wird mittels einer zweiten Hilfswicklung 6 der
gleichbleibende Anteil der Vormagnefis.ierungsdurchflutung erzeugt. Wegen der doppelten
Ausnutzung der Schaltdrossel zur Erzeugung von Ausschaltstufen in beiden Halbwellen
kann -für diesen Anteil: der Vormagnetisierungsdurchflutung kein Gleichstrom verwendet
werden, sondern es wird eine Durchflutung wechselnder Richtung, und zwar vorzugsweise
mit trapezförmigem Verlauf, gewählt, wie sie in an sich bekannter Weise durch Gleichrichteranordnungen
oder mit Hilfe von gleichstromvormagnetisierten Sättigungsdrosseln im Vormagnetisierungsstromkreis
erzeugt werden kann.
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Bei Verwendung von nur einer einzigen Ausschaltdrossel für zwei im
(Gegentakt arbeitende Kontakte gemäß Fig. z kann diese Drossel nicht gleichzeitig
auch zur Erzeugung der Einschaltstufen herangezogen werden, wie es grundsätzlich
bei Verwendung einer Schaltdrossel für jeden Kontakt möglich ist. Vielmehr müssen
in einem solchen Falle besondere Einschaltdrosseln oder zumindest getrennte Einschaltkerne
benutzt werden, die mit dem zugehörigen Ausschaltkern die Hauptwicklung gemeinsam
haben.
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Aber auch bei Ver-,vendung einer Schaltdrossel für jeden Kontakt kann
es erwünscht sein"die Einschaltstufe durch einen besonderen Einschaltkern zu erzeugen,
z. B. etwa deswegen, weil die vom Hauptkern hervorgebrachte Stufe als Einschaltstufe
zu lang wäre. In solchen Fällen muB Zier Hauptkern nach Ablauf der Ausschaltstufe
vor dem Einschalten wieder in den Sättigungszustand entgegengesetzter Richtung gebracht
werden, damit der Anstieg des Stromes nach der Kontaktschließung ungehindert vor
sich gehen kann. Diest Umsättigung kann durch eine besondere Vormagnetisierung erreicht
werden. Dazu ist nach dem Hauptpatent eine zusätzliche Vormagnetis.ierunl" der Schaltdrassel
mittels eines von der zugeordneten Phasenspannung über einen Ventilkreis getriebenen
Stromes vorgesehen. Statt dessen kann in Anordnungen mit einer Schaltdrossel für
jeden Kontakt die Umsättigung des Ausschaltkernes vor dem Einschalten dadurch erreicht
werden, daß für den gleichbleibenden Anteil der Vormagnetisierung auch in diesem
Falle eine vorzugsweise trapezförmige Durchflutung wechselnder Richtung verwendet
wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die beiden Trapezabschnitte verschieden hoch
sind, was z. B. durch eine zusätzliche Vormagnetisierung mit Gleichstrom erreicht
werden kann. Der Abschnitt mit der geringeren Höhe wird dann für den gleichbleibenden
Anteil der Ausechaltvormagnetisierun;g benutzt, während der Abschnitt entgegengesetzter
Richtung mit der größeren Höhe den Ausschaltkern vor dem Einschalten in den Sättigungszustand
zurückbringt, in welchem er der nachfolgenden übernahine des Hauptstromes nicht
hinderl@icli sein kann.
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Auch bei der dreiphasigen Graetzsehaltung mit sechs Kontakten und
sechs Schaltdrosseln kann der spannungsabhängige Vormagnetisierumgskreis statt an
.den Gleichstrompol des betreffenden Kontakte; an die Folgephase angeschlossen sein.
Zur Verringerun(g der Verluste in den Vormagnetisderungswiderständen ist es dabei
vorteilhaft, den Strom durch den Vormagnetislierungskreis in der zweiten Halbwelle,
ähnlich der Schaltung nach dem Hauptpatent, ,durch ein vorzugsweise urigesteuertes
Ventil zu sperren und die Umsättigung der Ausschaltdrosselkerne bei Verwendung getrennter
Einschaltkerne in der vorbesc'hriebenen Weise durch eine auch für den gleichbleibenden
Vormagnetisierungsanteil verwendete, unsymmetrische Durchflutung von vorzugsweise
Trapezform auszuführen.
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Wird bei gleichbleibender Höhe des negativen. als gleichbleibender
Anteil .der Ausschaltvormagnetisierung wirkenden Abschnittes, dieser Vor-magnetisierung
die Höhe des positiven, die Rückmagnetisierung bewirkenden Abschnittes veränderbar
gemacht, so kann die Ausschaltdrossel auch zur Erzeugung einer Einschaftstufe von
zum Zwecke einer Spannungsregelung durch Teilaussteuerung veränderlicher Länge herangezogen
werden. Eine wechselnde Vormagnetisierungsdurchflutung mit einem negativen Abschnitt
von gleichbleibender Höhe und einem positiven Abschnitt von veränderbarer Höhe kann
auf einfachem Wege beispielsweise dadurch erzielt werden, daß eine negative Gleic
hstromvormagnetisierung von der für da" Ausschalten erforderlichen Höhe benutzt
wird, der innerhalb ,des Abschnittes vom Ablauf ,der Ausschaltstufe bis zum Wfedereinschalten
des Kontaktes ein positiver Vormagnetisierungsimpufis von veränderbarer Höhe überlagert
wird. Da dieser Impuls nur die Aufgabe hat, die Rückmagnetisierung vorzunehmen,
kann hierfür gegebenenfalls auch eine von der Trapez- oder Rechteckform abweichende
Form benutzt werden. Ungefähr rechteckförmige Impulse von etwa r2o° Dauer oder etwa
6o" Dauer lassen sich z. B: als Anodenströme von mehrphasigen Gleichrichteranordnüngen
erzeugen. Ihre Höhe kann durch Regelung des
Belastungsgleichstromes
dieser Gleichrichteranordnungen verändert werden: