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Einrichtung zur funkenfreien Unterbrechung eines Stromes Zur Erzielung
einer möglichst funkenfreien Unterbrechung des Stromes eines durch einen mechanischen
Schalter @geschalteten Wechselstromkreises, z. B. bei einem Kontaktstromrichter,
ist es bekannt, in Reihe mit den Schaltkontakten eine Drossel zu legen, welche bereits
bei kleineren Strömen hochgesättigt ist und welche ,dazu dient, eine Abflachung
der Stromkurve beim Nulldurchgang herbeizuführen. Es ist ferner bereits angegeben
worden, parallel zu den Kontakten Kondensatoren oder Entladungsgefäße zu legen,
welche die Kommutierung erleichtern und den Spannungsanstieg an den Kontakten verkleinern.
Um zu erreichen, daß im Moment des öffnens des mechanischen Schalters der Strom
den Nullwert erreicht, hat man bereits in Reihe zum Entladungsgefäß eine Hilfsspannungsquelle
gelegt, deren Spannung positiv gerichtet und so groß gewählt war, daß sie annähernd
gleich derjenigen Spannung wurde, bei welcher -der Stromrichter anspricht. Diese
Einrichtung genügt aber nur bei einer bestimmten Be-Iastung. Weicht die Belastung
von diesem Wert ab, dann wird der angestrebte Zweck bei der gewählten Spannung nicht
mehr erreicht, weil die Zeit, in welcher der Strom des Schalters bis zum Nullwert
abklingt, eine Funktion der Belastung ist.
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Gemäß der Erfindung wind der angestrebte Zweck auch bei veränderlicher
Belastung ,dadurch erreicht, .da-ß in dem zum Schalter parallelen Stromkreis Mittel
zur Steuerung des Stromflusses durch den Stromrichter vorgesehen sind, die in. Abhängigkeit
von der Belastung des Hauptstromkreises so beeinflußt werden, daß der Strom im Schalter
in dem Augenblick zu Null wird, in dem der bewegliche Kontakt den festen Kontakt
gerade verläßt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung -sind in der
Zeichnung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine einphasige Einrichtung,
deren Wirkungsweise an Hand der- graphischen Darstellung in den Fig. 2 a, 2 b und
.2c-erläutert ist.. In Fig. 3 ist eine dreiphasige Einrichtung nach der Erfindung
wiedergegeben, wobei in Fig. 3 a der Verlauf der Spannung -und in Fig. 3b der Verlauf
des Stromes jeder Phase dargestellt ist. Fig. 4. zeigt weitere Einzelheiten einer
dreiphasigen Einrichtung hinsichtlich der Steuerung .des benutzten Hilfsstromri
chter s.
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In Fig. i ist Ei die Wechselstromquelle, welche über den Schalter
S den Verbraucher h speist. Parallel zum Schalter S liegt ein- Entladungsgefäß
G und in Reihe mit ihm die Hilfsspannungsquelle E2. Wie dargestellt, besitzt das
Entladungsgefäß G vorzugsweise eine Gas- oder Dampfentladungsstrecke und ist mit
einer Vorzündeinrichtung versehen, so daß es eine bestimmte Ansprechspannung EZ
und einen beispielsweise etwa gleich hohen betriebsmäßigen Spannungsabfall besitzt.
Je nach der Größe und Phase der Hilfsspannung E2 im Vergleich zur Zündspannung,
der primären Speisespannung Ei und der Phase, bei welcher --der Schalter S beispielsweise
periodisch den Stromkreis unterbricht, sind verschiedene Fälle zu unterscheiden.
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In den Fig.2a, 2b, 2c ist=angenömmen, daß-die Phase der zusätzlichen
Spannung E2 um etwa 6o° der Spannung Ei nacheilt. In sämtlichen graphischen Darstellungen
der Fig. g und-3.is:t außerdem die Dauer, in welcher der Schalter eingeschaltet
ist, durch die unter der Zeitachse eingetragene Doppellinie veranschaulicht. In
Fig. 2a ist vorausgesetzt, daß die Spannung E2 der Hilfsspannungsquelle noch etwas
kleiner als die Zündspannung E2 bleibt. Das Entladungsgefäß- G zündet also- erst,
wenn der-Schalter S sich öffnet, da dann die am Schalter entstehende Spannung sich
zu E2 addiert und die sich ergebende Spannung -im- Gleichrichter etwa der oberhalb
E, verlaufenden-- Spannungsspitze entspricht. Der Strom 1, im Schalter wird
kürz nach der Öffnung des Schalters auf Null abfallen, während unmittelbar anschließend
durch das Entladungs_@efäß: ein gleichsinnig .fließender Strom J? vorhanden- ist,
der- noch vor dein Nulldurchgang der- Spanntang E, ebenfalls auf Null abklingt.
Der Ström J2 ergänzt also den unterbrochenen Strom J1 im Verbraucher I', so daß
während der Öffnung des Schalters durch die Wechselspannungsquelle Ei und durch
den Verbraucher V ein nahezu sinusförmiger- Strom fließt und daher hohe Induktionsspannungen
und die damit verbundene Funken- und Lichtbogenbildung am mechanischen Schalter
S wirksam -unterdrückt werden. Wählt man die Spannung E2 gleich der Ansprechspannung
EZ, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist, so ergibt sich grundsätzlich die gleiche
jedoch mit dem Unterschied, .daß der Strom J2 noch etwas länger andauert. Ist hingegen
die Spannung E.,
größer -als -die Ansprechspannung EZ (Fig. 2c), dann findet
nicht mehr ein plötzliches Abfallen von J1 und ein momentaner Anstieg. von T2 statt;-sondern
man erhält eine unterbrochene Stromübergabe vöm Schalter auf das Entladungsgefäß.
Eine solche unterbrochene Stromiibergabe ist insbesondere- bei dreiphasigen Einrichtungen
erwünscht, um eine gute Kommutierung zwischen den Phasen sicherzustellen. In Reihe
mit dem Verbraucher V können in bekannter Weise elektrische Filter zur Glättung
.des Gleichstromes angebracht sein. Um die an Hand der Fig. i erläuterte Kommutierung
selbsttätig von der Belastung des Hauptstromkreises derart zu beeinflussen, daß
-der Strom im Schalter in dem Augenblick zu Null wird, in dem der bewegliche Kontakt
den festen Kontakt gerade verläßt, ist zur Steuerung des Stromflusses durch das
Entladungsgefäß G in Reihe mit der Kathode desselben eine Regeldrossel R geschaltet,
die von einem mit dem Verbraucher in Reihe liegenden Gleichstrom--"wandler.F gesteuert
@wir-d. Bei einem großen Verbraucherstrom muß dabei die Induktivität dieser Drossel
gering sein, um ein dem Hauptstrom entsprechend starkes Anwachsen des durch den
Stromrichter übernommenen Kommutierungsstromes sicherzustellen. Umgekehrt ist es
bei kleinem Verbraucherstrom aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erwünscht, daß dann
der.4urch den -Stromrichter fließende Strom etwa im gleichen Verhältnis geringer
ist.
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Die dreiphasig ausgeführte Einrichtung nach Fig. 3 zeigt eine Schaltung,
die vorzugsweise bei Niederspannung für sehr hohe Ströme Verwendung findet. Am Netz
N liegt die in Dreieck geschaltete-Primärwicklung P eines Transformators T, dessen
Sekundärwicklung Q aus zwei Teilen mit an sich verschiedener Aufgabe besteht. Die
drei Schaltkontakte UI, Uri, UIII sind unmittelbar mit den für den Hauptstrom bemessenen,
in Stern geschalteten Phasenwicklungen verbunden, welche die Spannungen I, II, III
erzeugen. Zu .dieser in Stern geschalteten Haüptwicklurig ist eine weitere Wicklung
mit :den Phasenspannungen I', II', III' in Reihe geschaltet, welche die drei Anoden
AI, A", All, des Entladungsgefäßes G- speisen. Die Sekundärschaltung
bildet eine Zickzackschaltungg, so daß die eingestrichenen Hilfsspannungen den nicht
gestrichenen Sekundärspannungen ärn -Sehälter -J -um 6o° nacheilen. Die gemeinsame
Kathode k-@d@r drei Entladungsstrecken im* Entladürngsgefäß G ist- mit dem umlaufenden
Schaltarm H verbunden und-'die eine Klemme- des Gleichstrornverbrauchers V ariden
Schalterarm angelegt. Die -andere Klemme des Verbrauchers- ist mit dem Nullpunkt
G der Sekundärwicklung Q des Transformators T verbunden: Der Schalter H wird noch
von einem nicht eingezeichneten, am besten elbenfalls an den Transformator T angeschlossenen
Svnchronmötör derart angetrieben, daß seine Umlaufdauer genau gleich groß ist wie
die Periodendauer 'des im Netz N vorhandenen Wechselstromes. Mit 12 ist wieder die
Regeldrossel bezeichnet, die vom Gleichstromwandler F gesteuert wird. Der in der
dreiphasigen Anordnung sich= ergebende Verlauf der verschiedenen Spän- i nungen
Eist in Fig. 3 a -und der dazu entsprechende
Verlauf der Ströme
J in Fig. 3 b graphisch angegeben. In den beiden Figuren ist die Kontaktdauer des
mechanischen Schalters durch die Länge der doppelt eingezeichneten Geraden parallel
zur Zeitachse veranschaulicht, wobei z. B. H-->UII bedeuten soll, daß der Kontaktarm
Hin diesem Zeitabschnitt mit dem Kontaktsegment UI, in Verbindung steht. In Fig.
3 a geben die Kurven I, II, III den Spannungsverlauf jeder Phase der Hauptwicklung,
die Kurven I', II', III' den Spannungsverlauf jeder Phase der Zusatzwicklung des
Transformators T wieder. Die Spannung an den Anoden AI, AIR AIII ist nur im Gebiet
der jeweils auftretenden, oberhalb der die Ansprechspannung 'kennzeichnenden Geraden
IV eingezeichneten Spannungsspitzen angegeben. Der durch den Schalter fließende
Strom ,ist in Fig. 3b mit TI, JII, JIII und der von den verschiedenen Entladungsstrecken
übernommene Strom mit J,, bezeichnet.
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Den Strom- und Spannungskurven ist ein hauptsächlich Ohmscher Verbraucher
V zugrunde gelegt. Für kapazitive oder induktive Belastungen, sowie für die Zwecke
der selbsttätigen Regelung des durch das Entladungsgefäß übernommenen Kommutierungsstromes
können auch die Anoden des Entladungsgefäßes zur Einstellung des Zeitpunktes der
Zündung durch an sich bekannte Mittel gesteuert -,verden. Hierzu kann man z. B.
nach Fig. q. mit dem Schalter H einen Magnetzündapparat kuppeln, welcher die für
eine solche Steuerung benötigten Zündimpulse liefert. Vorteilhafterweise findet
die Steuerung der Anoden durch unmittelbaren Funkenüberschlag auf dieselben statt.
Der Zündapparat B wird dazu über Funkenstrecken C mit den Anoden verbunden. Der
@Magnetzündapparat kann aber auch dazu dienen, auf den Anoden vorgelagerte Gitter
Spannungsstöße zu geben, die dann die zeitliche Einstellung der Zündpunkte in Abhängigkeit
der Belastung .des Hauptstromes in der verlangten Weise regeln. Die erreichbare
funkenfreie Kommutierung des Stromes macht die Einrichtung nach der Erfindung besonders
für Gleichrichteranlagen brauchbar, in welchen bei gutem Wirkungsgrad sehr niedrige
Gleichspannungen bei hohen Stromstärken erzeugt werden sollen. Die Fig. 5 und 6
zeigen Schaltungsbei-spiele mit einem Hauptschalter S und einem NebenschalterS2.
In Reihe mit letzterem liegt eine gittergesteuerte Entladungsstrecke G. Schalter
S2 und die Entladungsstrecke G sind mit einer Hilfsspannungsquelle E2 in Reihe geschaltet.
Diese Reihenschaltung liegt parallel zum Hauptschalter S.