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Elektromagnetische Steuereinrichtung für Starkstromumformerkontakte
Bei den bekannten elektromagnetisch gesteuerten Pendelumformern werden die Kontaktzeiten
durch die Eigenschwingungszeit der Schwingkontakte bestimmt und können durch die
Steuerelektromagneten, die in der Hauptsache zur Anregung der Schwingungen dienen,
nur wenig beeinflußt werden. Demgegenüber können nicht schwingend hin und her bewegte
Kontakte mittels Elektromagneten beliebig beeinflußt werden. Auf diesem Gedanken
ist die Erfindung aufgebaut, die zur Lösung der Aufgabe dient, Beeinträchtigungen
des Umformerbetriebes, die durch Unregelmäßigkeiten im Verlauf der Wechselspannung
hervorgerufen werden können, zu vermeiden und sicherzustellen, daß sich die Kontakte
zu einem Zeitpunkt schließen; in dem die zur Kommutierung erforderliche Stromwendespannung
in ausreichender Höhe vorhanden ist. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß die
Kontaktschließung durch die Spannung an den geöffneten Kontakten mittels eines zu
diesen parallel geschalteten Hilfsstromkreises gesteuert wird.
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Als Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in der Zeichnung eine
dreiphasige 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 Eisenkernen
14
und 34 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 dem 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 der Magnetkerne 14
bzw. 34 wird eine die Öffnung bzw. Schließung der Kontakte erleichternde stromschwache
Pause hervorgerufen.
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Auf dem Schaltdrosselkern 14 kann noch eine in der Zeichnung nicht
dargestellte Hilfswicklung angebracht sein, mit der der Kern aus einer 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, sich jedoch vor dem Einschaltvorgang bereits in gesättigtem Zustand befindet
und somit für diesen Vorgang wirkungslos ist: Von den Kontakteinrichtungen führen
die Hauptstromleitungen über Haltewicklungen 18 und über eine gemeinsame Glättungsdrossel
r9 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 4o, wobei in der Speiseleitung eine Stabilisierungsdrossel
39 eingebaut ist. Die Öffnungsbewegung wird mittels einer Wicklung 24 hervorgerufen,
die über ein gittergesteuertes Verstäricerrohr 25 aus einer benachbarten Phase der
Sekundärwicklung r2 erregt wird. Das Steuergitter des Verstärkerrohres wird durch
eine Hilfswicklung 26 beeinflußt, die mit einer Vorspannungsbatterie 27 und einem
vorzugsweise regelbaren Wirkwiderstand 2g in Reihe liegt. Zwischen Gitter und Kathode
ist ein Kondensator ä8 eingeschaltet, dessen Kapazität regelbar sein kann. In Reihe
mit der Anode liegt ferner ein gegebenenfalls regelbarer Wirkwiderstand 30.
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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 dein
Magnetkern 34 verkettet ist, der sich während des öffnungsvorganges in gesättigtem
Zustand befindet. Dieser Kern besitzt die obenerwähnten Eigenschaften womöglich
in noch höherem Grade als der Schaltdrosselkern 14. Die Wicklungen 13 und
33 haben entgegengesetzten Wicklungssinn, so daß währenddes CUffnungsvorganges die
Differenz der Windungszahlen als Erregung des Magnetkerns 34 wirksam ist. Die Windungszahlen
sind so aufeinander abgestimmt, daß der Kern 34 während des .Öffnungsvorganges im
gesättigten Zustand verbleibt. Statt durch eine Verschiedenheit der Windungszahlen
kann dieses Ergebnis auch bei gleicher Windungszahl der Wicklungen 13 und
33 durch eine zusätzliche Vormagnetisierung des Magnetkerns 34 mit Hilfe einer in
der Zeichnung nicht dargestellten besonderen Hilfswicklung erzielt werden, die mit
Wechselstrom von der Betriebsfrequenz des Netzes so und geeigneter Phasenlage gespeist
werden kann, derart, daß sich der Kern 34 kurz vor dem Einschaltvorgang in ungesättigtem
Zustand, und zwar möglichst dicht an derjenigen Sättigungsgrenze befindet, die der
Richtung des nachfolgenden Stromes entgegengesetzt ist. Die Folge davon ist, daß
nach der Kontaktschließung der über die Kontakteinrichtung fließende Strom, und
zwar sowohl der Hauptstrom als auch der aus dem Kondensator 32 kommende Entladungsstrom
auf einem praktisch vernachlässigbar kleinen Wert gehalten wird, bis der Kern 34
nach Durchlaufen des ungesättigten Gebietes seinen Sättigungszustand in Richtung
des Stromes erreicht hat :und somit die Induktivität der auf ihm befindlichen Wicklungen
13 und 33 sprunghaft auf einen praktisch vernachlässigbar kleinen Wert gesunken
ist, so daß der Stromdurchgang ungehindert vor sich gehen kann. Die funkenfreie
Kontaktschließung wird durch die angegebene Wirkung des Magnetkerns 34 wesentlich
erleichtert.
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Ferner ist parallel zu den Kontakten eine deren Schließung unabhängig
von den Ausschaltvorgän- i gen bewirkende Erregerwicklung 35 in Reihe mit Hilfskontakten
36, einem angesteuerten Ventil 37 und einem Wirkwiderstand 38 geschaltet. Die beweglichen
Teile der Hilfskontakte 36 werden durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Antriebs- 1 vorriehtung, vorzugsweise durch einen vom Netz ro oder von der Sekundärwicklung
12 gespeisten Synchronmotor angetrieben, dessen Phasenlage mittels eines verdrehbaren
Ständers oder eines Drehtransformators od. dgl. verändert werden 1 kann. An Stelle
von Hilfskontakten nebst unsteuerbarem
Ventil kann auch ein Entladungsgefäß
mit regelbarer Gittersteuerung zur Einstellung und Regelung des Schließungszeitpunktes
verwendet werden.
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Die beschriebene Einrichtung wirkt folgendermaßen: Der Einschaltvorgang
wird durch die Schließung der Hilfskontakte 36 in einem durch Verstellung der Phasenlage
der synchronen Antriebsvorrichtung wählbaren und regelbaren Zeitpunkt 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, nachdem die Erregerspule 35 durch die Schließung der
Hauptkontakte überbrückt und damit stromlos gemacht worden ist. Unmittelbar danach
können ferner die Hilfskontakte 36 in stromlosem Zustand und daher funkenfrei geöffnet
werden.
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Gegen Ende der Stromübertragungszeit der betrachteten Phase geht die
Schließung der Hauptkontakte der folgenden Phase in der gleichen Weise, wie beschrieben,
vor sich.
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Die Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden
durch die hier behandelten Beispiele keineswegs erschöpft. Die Vorschläge der Erfindung
können auch unabhängig von diesen einzeln oder gemeinsam in beliebigen Kombinationen
mit Vorteil verwendet werden.