-
Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen Die Erfindung
betrifft eine Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen mit in
Reihe mit den Unterbrechungskontakten liegendem veränderlichem Wirk-, Blind- oder
Scheinwiderstand, durch dessen selbsttätige Steuerung eine die Stromunterbrechung
erleichternde stromschwach:: Pause hervorgerufen wird, und mit einer Einrichtung
zur selbsttätigen Auslösung des Unterbrechungsvorganges und besteht darin, daß die
selbsttätige Abgabe eines Öffnungsbefehles nach dem Beginn der stromschwachen Pause
um eine vorbestimmte Zeitspanne verzögert ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß
die Kontakte auch dann innerhalb einer stromschwachen Pause geöffnet werden, wenn
unmittelbar nach der Abgabe eines Öffnungsbefehles eine Störung eintreten sollte,
die zur Folge haben könnte, daß sich die Veränderung des Reihenwiderstandes beiispielsweise
wegen Richtungsumkehr einer die Steuerung bewirkenden elektrischen Größe mindestens
teilweise rückläufig abspielt.
-
Als Ausführungsbeispiel für die Erfindung, die sich beispielsweise
für periodische Schaltungen, insbesondere zum Energieaustausch zwischen einem Wechselstromsystem
von gegebener Frequenz und Phasenzahl und einem Gleichstromsystem oder einem Wechselstromsystem
anderer Frequenz und Phasenzahl eignet, ist in der Zeichnung eine drei-. phasige
Anordnung zur Umformung von Drehstrom in Gleichstrom oder umgekehrt schematisch
dargestellt. An einem Drehstromnetz io liegt die Primärwicklung i i eines Transformators;
an dessen
Sekundärwicklung 12 über Schaltdrosseln 13 mit einem Eisenkern
14 die Kontakteinrichtungen, bestehend aus zwei ruhenden Kontakten 15, 16
und einem beweglichen Überbrückungskontakt 17, angeschlossen sind. Die Schaltdrosseln
13 können, wie gezeichnet, aus zwei parallelen Wicklungszweigen bestehen, die im
gleichen Sinne mit dein Magnetkern 14 verkettet sind. Die Magnetkerne der Schaltdrosseln
bestehen vorzugsweise aus einem flach gewickelten Band einer magnetisch hochwertigen
Eisensorte, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig
gegen die Flußachse geneigt sein, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete
je einen möglichst scharfen Knick aufweisen und in den gesättigten Gebieten bei
möglichst hoher Induktion nahezu parallel zur Achse der magnetischen Erregung verlaufen
soll. Windungszahl und Kernquerschnitt der Schaltdrosseln sind vorzugsweise ,so
ausgelegt, daß der Magnetkern nur bei sehr kleinen Augenblickswerten des Stromes
in der Nähe des Nullwertes ungesättigt ist, wobei der Widerstandswert der Schaltdrossel
ein Vielfaches des bei gesättigtem Magnetkern vorhandenen beträgt, so daß also die
Schaltdrossel einen durch selbsttätige Steuerung veränderlichen Reihenwiderstand
darstellt. Durch die sprunghafte Entsättigung des Magnetkerns wird jedesmal in der
Nähe eines Stromnulldurchganges eine .die Unterbrechung erleichternde stromschwache
Pause hervorgerufen, deren Länge bei gegebener Eisensorte vom Kernquerschnitt, von
der Windungszahl und von der an der Schaltdrossel liegenden Spannung abhängig ist.
-
Auf dem Schaltdrosselkern 14 kann noch eine in der Zeichnung nicht
dargestellte Hilfswicklung angebracht sein, mit der der Kern aus einer Gleich-oder
Wechselstromquelle derart vormagnetisiert wird, daß der zu unterbrechende Strom
zu Beginn der stromschwachen Pause und zu Beginn der Kontaktöffnung noch einen endlichen
Augenblickswert von gleicher Richtung wie während des vorausgegangenen Stromübertragungszeitabschnittes
aufweist. Mit einer `Nrech-elstromvormagne.tisierung kann hierbei erreicht werden,
daß sich der Kern 14 vor dem Einschaltvorgang' bereits in gesättigtem Zustand befindet
und somit für diesen Vorgang wirkungslos ist.
-
Von den Kontakteinrichtungen führen die Hauptstromleitungen über Haltewicklungen
i8 und über eine gemeinsame Glättungsdrossel ig zu einem Pol eines Gleichstromnetzes
2o, dessen anderer Pol mit dem Sternpunkt der Sekundärwicklung 12 verbunden ist.
Die beweglichen Kontaktbrücken 17 werden durch eine polarisierte elektromagnetische
Antriebsvorrichtung angetrieben, die beispielsweise aus einem dreischenkligen Magneten
21 mit einem schwenkbaren Anker 22 besteht und durch eine Erregerwicklung 23 polarisiert
ist. Zur Speisung der Erregerwicklung 23 :dient eine Gleichstromquelle 40, wobei
in der Speiseleitung eine S,tabilisierungsdrOs:sel39 eingebaut ist. Die Öffnungsbewegung
wird mittels einer Wicklung 24 hervorgerufen, die über ein gittergesteuertes Verstärkerrohr
25 aus einer benachbarten Phase der Sekundärwicklung 12 erregt wird. Das Steuergitter
des Verstärkerrohres wird durch eine Hilfswicklung 26 beeinflußt, die mit einer
Vorspannungsbatterie 27 und einem vorzugsweise regelbaren Wirkwiderstand 29 in Reihe
liegt. Zwischen Gitter und Kathode ist ein Kondensator 28 eingeschaltet, dessen
Kapazität regelbar sein kann. In Reihe mit der Anode liegt ferner ein gegebenenfalls
regelbarer Wirkwiderstand 30.
-
Parallel zu jeder Unterbrechungsstelle ist ein Nebenpfad, bestehend
aus einem Wirkwiderstand 31 und einem Kondensator 32; vorgesehen, über den
der Strom bei der Kontaktöffnung mindestens teilweise aufrechterhalten wird, derart,
daß die Spannung an .der Trennstrecke nur allmählich ansteigt. Der Nebenpfad enthält
ferner eine Wicklung 33, die beim Öffnungsvorgang praktisch unwirksam ist, da sie
mit einem Magnetkern 34 verkettet ist, der sich während des Öffnungsvorganges in
gesättigtem Zustande befindet. Dieser Kern und die Wicklung 33 dienen zur Erleichterung
der Kontaktschließung. Letztere wird unabhängig von den Ausschaltvorgängen durch
eine Erregerwicklung 35 bewirkt, deren Reihenschaltung mit Hilfskontakten 36, einem
ungesteuerten Ventil 37 und einem Wirkwiderstand 38 parallel zu den Kontakten geschaltet
ist.
-
Die beschriebene Einrichtung wirkt folgendermaßen: Der Einschaltvorgang
wird durch die Schließung der Hilfskontakte 36 eingeleitet, indem hierbei durch
eine an den geöffneten Kontakten auftretende Spannung vorbestimmter Richtung und
Größe ein Strom über das Ventil 37 durch die Erregerspule 35 geschickt wird, der,
die Anziehung des Ankers 22 im Schließungssinne bewirkt. Der nach Sättigung des
Magnetkerns 34 ansteigende Strom übt mittels der Hilfswicklung 18 eine Haltekraft
auf den Anker 22 aus, so daß während der folgenden Stromübertragungszeit der erforderliche
Kontaktdruck gesichert ist.
-
Gegen Ende der Stromübertragungszeit der betrachteten Phase geht die
Schließung der Hauptkontakte der folgenden Phase in der gleichen Weise, wie beschrieben,
vor sich. Der durch die Kommutierungsspannung verursachte Stromanstieg in der Folgephase
ist bei Annahme eines vollständig geglätteten Gleichstromes mit einer entsprechenden
Stromabnahme in der betrachteten Phase, die nunmehr den Strom abgeben soll, verbunden.
Sobald sich dieser Strom dem Nullwert nähert, geht der Schaltdrosselkern 14 plötzlich
in den ungesättigten Zustand über. Es beginnt eine stromschwache Pause, während
welcher die weitere Stromänderung sehr langsam vor sich geht, dagegen eine rasche
Flußänderung in dem Schaltdrosselkern 14 stattfindet. Durch diese wird in der Hilfswicklung
26 eine Spannung erzeugt, die der am Gitter des Verstärkerrohres 25 liegenden Vorspannung
der Batterie 27 entgegenwirkt und, da sie überwiegt, dem Gitter eine entgegengesetzte
Spannung aufdrückt. Die Hilfswicklung 26 könnte auch auf einem zusätzlichen Schaltdrosselkern,
dessen Sättigungsgrenze bei einem höheren Augenblickawert
des Stromes
liegt, angebracht sein. Durch geeignete Einstellung dieses Sättigungswertes, z.
B. mit Hilfe einer gegebenenfalls regelbaren Vormagnetisierung, könnte die Verzögerungszeit
für den Beginn der Kontaktöffnung nach Wunsch beliebig klein gemacht werden, sogar
bis zu ihrer völligen Beseitigung. Die Windungszahl der I=filfswicklung 26 möge
beispielsweise so bemessen sein, daß die in ihr erzeugte Spannung etwa den doppelten
Wert der Batteriespannung erreicht, also etwa 200 Volt, wenn .die Spannung der Batterie
27 ioo Volt beträgt. Die Spannungsumkehr am Gitter bewirkt. daß der Entladungsweg
für die am Verstärkerrohr liegende Spannung der Folgephase freigegeben wird, so
daß nach eingetretener Zündung ein Strom durch das Verstärkerrohr über den Wirkwiderstand
30 und die Erregerwicklung 24 fließt und der Überbrückungskontakt
17 geöffnet wird.
-
Die zur Kontaktöffnung erforderliche Energie wird also von einer genügend
starken Stromquelle, nämlich beispielsweise von der Sekundärwicklung 12 des Transformators
geliefert, während durch die Hilfswicklung 26 nur eine zur Steuerung des Verstärkerrohres
ausreichende sehr kleine Menge der in dem Schaltdrosselkern 14 auftretenden Energie
entzogen zu "verden braucht, so daß die Erfüllung der der Schaltdrossel zufallenden
Hauptaufgabe, erleichterte Bedingungen für die Stromunterbrechung zu schaffen, nicht
merklich beeinträchtigt wird. Hierdurch wird die allgemeine Brauchbarkeit der beschriebenen
selbsttätigen Auslösevorrichtung auch zur unverzögerten Kontaktöffnung erhöht.
-
Bevor bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel die Zündung des Entladungsrohres
25 eintritt, muß zunächst der Kondensator 28 entladen und in entgegengesetzter Richtung
aufgeladen werden. Hierdurch wird bei geeigneter Bemessung bzw. Einstellung des
Kondensators 28 die gewünschte Verzögerung des Öffnungszeitpunktes erzielt. Die
Verzögerungszeit kann vorzugsweise größer gewählt werden als die von der Abgabe
des Öffnungsbefehles bis zum Beginn der Kontakttrennung erforderliche, durch die
Trägheit der Steuer- und Antriebsmittel der Kontakte bedingte Zeit (Eigenzeit).
Die Regelung des Wirkwiderstandes 29 bietet eine weitere Möglichkeit zur Verstellung
der Verzögerungszeit. Dem Wirkwiderstand 3o fällt hierbei die Aufgabe zu, das Entladungsrohr
25 vor zu hohem Strom zu schützen.
-
Durch geeignete Bemessung der Windungszahl der Schaltdrossel 13 und
des Querschnittes ihres Magnetkerns 14 kann die Länge der stromschwachen Pause größer
gemacht werden als die Summe von Verzögerungszeit und Eigenzeit der Auslöseeinrichtung
bis zum Beginn der Kontaktöffnung, so daß der letztere auf jeden Fall in die stromschwache
Pause fällt. Wenn in diesem Augenblick der zu unterbrechende Strom infolge der obenerwähnten
zusätzlichen Vormagnetisierung des Schaltdrosselkerns 14 seinen Nullwert noch nicht
ganz erreicht hat, so tritt an den sich öffnenden Kontakten zunächst eine kleine
öffnungsspannung in Richtung des Arbeitsstromes auf, die nun ihrerseits erst durch
Null gehen muß, bevor sie in entgegengesetzter :Richtung auf einen hohen Wert einschwingen
kann. Hierdurch wird das Auf treten von Schaltfeuer an den sich öffnenden Kontakten
besonders sicher verhindert.
-
Die .Schließung und Öffnung der übrigen Phaisen geht in gleichmäßigen
Abständen während einer Periode der Wechselspannung in gleicher. Weise vor sich,
wie beschrieben.
-
Eine Wechselstromschalteinrichtung mit den wesentlichen angegebenen
Merkmalen ist besonders gut zum Schweißen mit Gleichstrom geeignet, weil hierbei
durch betriebsmäßig stattfindende Kurzschlüsse die Gefahr, daß sich die Sättigungsvorgänge
an den Schaltdrosseln bzw. d.ie Veränderung des Reihenwiderstandes während eines
Schalt-bzw. Kommutierungsvorganges mindestens zum Teil wieder rückläufig abspielen,
besonders in den Vordergrund treten kann. Die beschriebenen Anordnungen stellen
sogenannte Selbst.denkerschaltungen dar, bei denen durch selbsttätige Steuerung
in Abhängigkeit von den auftretenden elektrischen Größen ein Schaltvorgang sich
immer nur in einem solchen Augenblick vollziehen kann, in welchem die Bedingungen
für Funkenfreiheit erfüllt sind.
-
Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden
durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung
können auch unabhängig vor. diesen einzeln oder gemeinsam in beliebigen Kombinationen
mit Vorteil verwendet werden.