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Schaltanordnung zur Unterbrechung von vorzugsweise hochgespanntem,Gleichstrom
Zusatz zum Patent 897 E71 Die Unterbrechung eines Hochspannungsgleichstromkreises
soll entsprechend dem Patent 897 871 durch Zusammenarbeit eines Schalters und einer
schnell veränderlichen Induktivität in der Weise erfolgen, daß der Strom durch plötzliche
Erhöhung der Induktivität des Stromkreises auf einen kleinen Wert herabgesetzt wird
und nun durch den Schalter leicht unterbrochen werden kann. Besonders günstige Löschverhältnisse
werden erhalten, wenn dabei der Wert Null erreicht wird bzw. der Strom die Richtung
ändernd durch Null hindurchgeht.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung einer derartigen Schaltvorrichtung
nach dem Patent 897 871 und besteht darin, daß der magnetische Kreis der veränderlichen
Induktivität außer der Hauptstromwicklung eine zweite von einem Hilfsgleichstrom
durchflossene Wicklung aufweist; welche den Magnetkreis gleichsinnig mit der Hauptwicklung
erregt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung noch näher erläutert.
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Fig. r zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in einem Gleichstromkreis.
Es bedeuten t die Gleichstromquelle, a den Verbraucher, 3 den Schalter, 4, 5 den
Magnetkern, der schematisch durch einen festen Teil 4 und den beweglichen Teil 5
angedeutet
ist, 6 die mechanische Kupplung der Bewegungen von 3
und 5, 7 die Hauptstromwicklung, 8 die Hilfsstromwicklung, 9 die Hilfsgleichspannungsquelle
und io den Begrenzungswiderstand des Gleichstromes, ri eine feste Induktivität.
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Zwecks Unterbrechung des Hauptstromes wird der Anker 5 aus der offenen
in die geschlossene Stellung gebracht. Dabei spielt sich folgender Vorgang ab (Fig.
2) : Der Arbeitspunkt P, dessen Lage durch die Durchflutung 0 und den Fluß 0 bestimmt
ist, wandert von der praktisch geradlinigen Magnetisierungskennlinie 12 beim offenen
Magnetkreis zur Magnetisierungskennlinie 13 beim geschlossenen Kreis etwa auf einem
Wege 14. Bei hinreichend hoher Induktivität i i bleibt dabei der Hilfsstrom in seiner
Höhe unverändert, während der Hauptstrom gedrosselt wird. Bei 15 wird der Hauptstrom
:\7u11, da die Hilfserregung zur Aufrechterhaltung des Flusses ausreicht; bei 16
erreicht er bei Abschluß der Bewegung seinen größten negativen Wert. Fig.3 zeigt
den Verlauf des Hauptstromes i.. Bei 17 setzt die Bewegung des Ankers ein. Der Nulldurchgang
18 entspricht dem Punkt 15 der Fig. 2. Nach Erreichung des Endwertes i9, der stets
kleiner bleibt (nach Umrechnung der Windungszahlen) als der Hilfsstrom, steigt der
Strom nach der gestrichelten Exponentialfunktion 2o, die infolge der Steigerung
der Induktiv ität eine erhöhte Zeitkonstante besitzt, an, wobei er bei 21 zum zweitenmal
Null wird. Der Strom wird durch den schon vorher geöffneten Schalter 3 bei i8 oder
21 gelöscht. Durch die Anwendung der Hilfserregung erfolgt also eine Herabsetzung
des Hauptstromes um einen konstanten Betrag. Ist dieser größer als der beim Schließen
des Magnetkreises erforderliche Magnetisierungsstrom, so geht der Hauptstrom durch
Null. Deshalb wird die Hilfsdurchflutung einschließlich eines Sicherheitszuschlages
so hoch gewählt, daß sie in der Endstellung den erforderlichen Magnetisierungsbedarf
sicher deckt. Aus wirtschaftlichen Gründen soll die Erregerdurchflutung möglichst
niedrig gehalten «erden. Sie wird bestimmt durch die Abszisse des Punktes 16 in
Fig. 2, d. h. durch die erforderliche Erregung bei geschlossenem Magnetkreis. Die
magnetische Leitfähigkeit des Magnetkreises soll aus diesem Grunde möglichst hoch
sein. Dies wird erstens dadurch erreicht, däß die Stoßstellen der relativ zueinander
bewegten Teile durch Schleifen genau aufeinandergepaßt werden, zweitens durch Vermeidung
von Wirbelströmen durch Lamellierung der Eisenteile und schließlich durch Verwendung
von Eisensorten besonders hoher Permeabilität.
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Die Wirkung der Hilfsdurchflutung kann dadurch gesteigert werden,
daß auch die Induktivität i i zeitlich veränderlich gemacht wird, jedoch im umgekehrten
Sinn, d. h. dadurch, daß sie plötzlich herabgesetzt wird. Dadurch steigt der Hilfsstrom
und beschleunigt den Nulldurchgang des Hauptstromes. Zweckmäßigerweise wird der
Luftspalt an der Induktivität i i erst im letzten Abschnitt des Drosselungsvorganges
aufgerissen. Fig.4 zeigt beispielsweise den Verlauf des Hauptstromes i und des Hilfsstromes
ih in vergrößertem Zeitmaßstab für eine Schaltung nach Fig. 6. Die Hilfserregung
ist derart bemessen, daß bei konstant gehaltenem Hilfsstrom ih der Hauptstrom
den Wert Null gar nicht erreichen würde und nach der gestrichelten Kurve i' verliefe.
Durch plötzliche Absenkung der Induktivität i i findet jedoch ein Anstieg des Hilfsstromes
ih statt, der tr ansformatorisch den Nulldurchgang des Hauptstromes i (ausgezogen)
erzwingt.
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Die Bewegungen der Anker beider Induktivitäten werden zweckmäßigerweise
derart miteinander gekuppelt; daß die Bewegung an der Hilfsinduktivität dazu dient,
den mechanischen Stoß, der an der Hauptinduktivität auftritt, abzufangen. Wie Fig.
5 zeigt, kann auch ein gemeinsamer Anker für beide Induktivitäten verwendet werden.
Dabei gleitet der Anker 25, .der von den Wicklungen 7, 8 und i i gleichsinnig magnetisiert
wird, zwischen den Schenkeln des Joches 22, ohne daß sich die Induktiv ität des
Hilfsstromkreises wesentlich ändert. Sowie er das Joch 22 jedoch verläßt, erfolgt
eine Steigerung der magnetischen Leitfähigkeit des Magnetkreises 4, 5 sowohl durch
Verringerung des Luftspaltes als auch durch den Fortfall der Magnetisierung des
Ankers 5 durch die Wicklung i i. Die Bewegung des Magnetkreises der Induktivität
ii kann auch dazu dienen, die Hilfserregung plötzlich aufzubringen. Würde man nämlich
den Hilfsstromkreis erst dann schließen, wenn die Abschaltung erfolgen soll, so
würde sein Strom infolge, der hohen Zeitkonstanten des Kreises nur langsam anwachsen.
Sein Anstieg kann jedoch durch schnelle Herabsetzung der Induktivität i i,i außerordentlich
kurzzeitig erzwungen werden.
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Schließlich kann es auch ausreichend sein, die Bewegung nur an der
Hilfsinduktivität durchzuführen, so daß der magnetische Kreis 4, 5 als geschlossener
Eisenkreis ausgeführt wird und nur dazu dient, den Hilfsstromstoß transformatorisch
auf den Hauptstromkreis zu übertragen.
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Bei allen Anordnungen gemäß der Erfindung treten in den einzelnen
Windungen der Wicklungen kurzzeitig hohe Windungsspannungen, die in ihrer Summe
im Hilfsstromkreis zu einer Gefährdung der Wicklungsisolation führen können, auf.
Diese Spannungen in den Wicklungen 8 und ii sind jedoch einander stets entgegengesetzt.
Es ist deshalb zweckmäßig, die Windungen beider Wicklungen sich einzeln oder gruppenweise
abwechseln zu lassen, damit die induzierten Spannungen sich für jede Windungsgruppe
aufheben können, ohne gefährliche Summenwerte zu erreichen. Besonders einfach ist
die Vereinigung der Spulen 8 und i i, wobei jede Windung beide Magnetkreise umschließt,
wie in Fig.6 dargestellt. Dieses Verfahren ist natürlich auch bei unveränderlicher
Induktivität i i vorteilhaft.