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Schaltanordnung für Wechselstromunterbrechungseinrichtungen Zur Erleichterung
der Stromunterbrechung, insbesondere für periodische Schaltungen zu Umformungszwecken,
können in Wechselstromkreisen in Reihe mit einer Unterbrechungsstrecke mehrere Drosseln
mit bei Nennstrom hochgesättigten Eisenkernen geschaltet werden, deren Magnetisierungskerinlinie
scharfe Sättigungsknicke aufweist und durch deren Entsättigung in der Nähe der Stromnullwerte
eine stromschwache Pause hervorgerufen wird. Bei der bekannten Anordnung sind die
Sättigungsdrosseln ungleich, so daß sie bei verschieden hohen Stromwerten und somit
zeitlich nacheinander in den ungesättigten Zustand gelangen. Die sich zuerst entsättigende
Drossel übernimmt praktisch die gesamte im Stromkreis herrschende Spannung, bis
sich auch die zweite Drossel entsättigt. Die auf die beiden Drosseln entfallenden
Spannungsanteile sind direkt proportional den Steigungen ihrer Magnetisierungskurven
an denjenigen Zustandspunkten, an denen sich die beiden Drosseln in einem betrachteten
Augenblick gleichzeitig befinden.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, statt einer Drossel mehrere
kleinere Drosseln zu verwenden, die wie eine einzige wirken und gleiche Anteile
der Gesamtspannung übernehmen sollen.
Eine solche Unterteilung ist
u. a. wegen der damit verbundenen Herabsetzung der Eigenkapazität der Drosselanordnung
vorteilhaft. Die Eigenkapazität einer einzigen großen Drossel kann nämlich unter
Umständen die wünschenswerte plötzliche Spannungsübernahme durch die Drossel bei
ihrer Entsättigung in störender Weise verzögern, weil die Spannung an der Drossel
nur entsprechend der Aufladung ihrer Kapazität ansteigen kann. Der hierbei entstehende
Ausgleichsvorgang zeigt eine um so höhere Frequenz und ein um so schnelleres Abklingen
der Schwingung, je kleiner die Kapazität der Spule ist. Eine solche erwünschte Verkleinerung
wird durch die Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter kleinerer Drosseln
infolge der Hintereinanderschaltung der einzelnen Teilkapazitäten erzielt.
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Es wurde erkannt, daß selbst bei möglichst weit gehender Übereinstimmung
der einzelnen Drosseln hinsichtlich ihrer Windungszahl sowie hinsichtlich Querschnitt
und Stoff ihrer Magnetkerne dennoch geringe Unterschiede im Verlauf ihrer Magnetisierungskurven
nicht vermeidbar sind, die beispielsweise durch Unsicherheiten in der Kernfertigung
verursacht werden können. Während sich solche Ungenauigkeiten bei mehreren in Reihe
geschalteten Luftdrosseln und bei gewöhnlichen Eisendrosseln mit verhältnismäßig
geringer betriebsmäßiger Sättigung oder mit verhältnismäßig flach gewölbter Magnetisierungskennlinie
hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Spannungsverteilung kaum störend bemerkbar
machen, können sie jedoch unangenehm werden, wenn es sich um Drosseln mit bei Nennstrom
hochgesättigten und scharfe Knicke in ihrenMagnetisierungskennlinien aufweisenden
Magnetkernen handelt. Dann kann es nämlich vorkommen, daß eine von mehreren Drosseln
mindestens zeitweise einen überwiegenden Teil der Gesamtspannung übernimmt. Infolgedessen
müßte jede der Drosseln, damit ihre Isolation nicht gefährdet wird, für die Gesamtspannung
isoliert werden. Das führt aber zu Unzuträglichkeiten, insbesondere in Anlagen mit
hoher Betriebsspannung bis zu mehreren hunderttausend Volt, in denen die Unterteilung
in mehrere Drosseln u. a. gerade wegen der an sich schwierigen Isolationsverhältnisse
willkommen ist.
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Erfindungsgemäß kann eine gleichmäßige Spannungsverteilung dadurch
erzielt werden, daß die im wesentlichen gleiche Windungszahlen, gleiches Magnetmetall
und gleichen Magnetkernquerschnitt aufweisenden Drosseln durch Ausgleichswicklungen
miteinander gekoppelt sind.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Fig. i zeigt das Gesamtschema einer dreiphasigen Umformungsanordnung
mit je zwei hintereinandergeschalteten Sättigungsdrosseln; Fig. 2 läßt erkennen,
wie die Erfindung bei drei und mehr hintereinandergeschalteten Sättigungsdrosseln
verwirklicht werden kann, und Fig. 3 enthält eine die Darstellungsweise gemäß Fig.
2 erläuternde Draufsicht auf eine Drossel in verkleinertem Maßstab. Gemäß Fig. i
wird von einem Drehstromnetz die Primärwicklung i i eines dreiphasigen Transformators
gespeist. An die in Stern geschaltete Sekundärwicklung 12 sind Kontakteinrichtungen
13 angeschlossen, deren bewegte Kontaktteile entgegen dem Druck von Schraubenfedern
über Zwischenstößel von einer Exzenterwelle 14 angetrieben werden, die mit dem Läufer
eines Synchronmotors 15 gekuppelt ist. Dessen gegebenenfalls verdrehbarer Ständer
ist auf der Primär- oder Sekundärseite des Transformators an die Drehstromleitungen
beispielsweise über einen Drehtransformator 16 anzuschließen. Die Kontakteinrichtungen
13 können zur Verzögerung des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung durch einen
vorzugsweise kapazitiv en Parallelpfad überbrückt sein, der in der Zeichnung durch
einen Kondensator17 und einen ohmschen Dämpfungswiderstand 18 verkörpert ist. Hinter
den Kontakteinrichtungen 13 vereinigen sich die drei Phasenleitungen und werden
über eine Glättungsdrossel i9 zu einem Gleichstromnetz 20 geführt. Die Rückleitung
ist an den Sternpunkt der Sekundärwicklung 1a angeschlossen.
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In Reihe mit den Kontakteinrichtungen 13 liegen je zwei Sättigungsdrosseln
-i -und 22. Ihre Magnetkerne 23 und 24 bestehen aus einem hochwertigen magnetischen
Metall, z. B. aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder einer Eisen-Silizium-Legierung.
Sie haben vorzugsweise die Gestalt von Ringen aus spiralig flach gewickelten Bändern.
Die magnetische Kennlinie dieser Kerne soll im ungesättigten Gebiet möglichst wenig
gegen die Flußachse geneigt sein, an den übergängen in die gesättigten Gebiete mÖglichst
scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten bei möglichst hoher Induktion
annähernd parallel zur Erregerachse verlaufen. Die Kernquerschnitte und die mittlere
Länge der Kraftlinienwege sollen möglichst gleich sein, ebenso die Windungszahlen
der Spulen 21 und 22. Etwaige Unterschiede im Ouerschnitt und in den magnetischen
Eigenschaften der Kerne 23 und 2,4 können durch eine Abweichung der Windungszahlen
der Spulen 2i und 22 in einem gewissen Grade kompensiert werden, derart, daß das
Produkt aus Windungszahl und Sättigungsfluß bei beiden Drosseln möglichst gleich
ist.
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Auf den Drosselkernen 23 und 2.4 sind Ausgleichswicklungen 25 und
26 angeordnet. Wicklungssinn und Schaltung ergeben sich aus der Bedingung, daß die
Ausgleichswicklungen auf der einen Drossel in gleicher Richtung und auf der anderen
Drossel in entgegengesetzter Richtung wie die Hauptwicklung magnetisierend wirken
sollen.
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Der Magnetisierungsverlauf der Drosseln kann zusätzlich mit Gleich-
oder Wechselstrom gesteuert werden. Nach Fig. i sind zu diesem Z,vecke besondere
Vormagnetisierungswicklungen 27, 28 auf den Magnetkernen 23, 24 vorgesehen. Sämtliche
Vormagnetisierungswicklungen können beispielsweise hintereinandergeschaltet und
über eine Stabilisierungsdrossel 29 sowie einen vorzugsweise regelbaren Widerstand
30 an eine Gleichstromquelle,
etwa an das vorhandene Gleichstromnetz
2o, angeschlossen sein.
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Beträgt die Anzahl der hintereinandergeschalteten Drosseln mehr als
zwei, so können bei einer geraden Zahl von Drosseln die Ausgleichswicklungen sämtlicher
Drosseln derart miteinander verbunden werden, daß sie in der halben Zahl der Drosseln
in Richtung der Hauptwicklung und in der anderen halben Zahl der Drosseln entgegengesetzt
magnetisierend wirken, beispielsweise abwechselnd in der Reihenfolge der Drosseln,
wie die sie umschlingenden Ausgleichswicklungen im Zuge des Ausgleichsstromkreises
aufeinander folgen. Die Isolation der Ausgleichswicklungen muß hierbei für die Summe
der Drosselspannungen bemessen sein. Vorteilhafter und auch auf ungerade Drosselzahlen
anwendbar ist es, jeweils nur zwei Schaltdrosseln durch Ausgleichswicklungen miteinander
zu koppeln. Die Reihenfolge bzw. Zuordnung ist dafür, daß überhaupt eine Ausgleichswirkung
auftritt, an sich gleichgültig. Da aber die Ausgleichswirkung um so besser ist,
je geringer die Induktivität und der Widerstand der Ausgleichskreise sind, so wird
man praktisch stets je zwei benachbarte Drosseln miteinander koppeln. Dies hat auch
den Vorteil, daß die Ausgleichswicklungen nur für eine geringe Potentialdifferenz
isoliert zu werden brauchen.
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In Fig. 2 ist eine derartige Anordnung von drei Drosseln 31, 32 und
33 mit ihren Kernen 34, 35 und 36 dargestellt. Die Figur zeigt einen Schnitt durch
die in Fig. 3 angedeutete Ebene A-B, die durch die gemeinsame Kerilachse der in
Richtung dieser Achse über- oder nebeneinander angeordneten Drosseln geht.
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Gemäß Fig. 3 wird ferner angenommen, daß jede Drossel zwei parallele
Spulenzweige 31 und 31' besitzt, von denen jeder sich über den halben Ringkernumfang
erstreckt. In Fig.2 ist jeweils nur einer dieser Spulenzweige sichtbar. Die Wicklungen
31, 32 und 33 sind so angeordnet und miteinander verbunden, daß benachbarte Kerne
entgegengesetzte Flußrichtung aufweisen. Die Ausgleichswicklungen 37 und 38 bilden
dann eine ungekreuzte Wicklungsschleife. Man wird sie zur Erzielung einer möglichst
geringen Induktivität mit nur einer Windung ausführen und so eng an die Kerne bzw.
aneinander anschmiegen, wie das aus konstruktiven Gründen möglich ist. So erhält
jeder Ausgleichskreis die Form einer einfachen, ungekreuzten Kreisschleife, wie
Fig.2 zeigt. Werden die Ausgleichskreise an denjenigen Stellen angeordnet, wo die
Spulenverbindungen der benachbarten Kerne liegen, so ist auch eine Isolation für
die volle Spulenspannung nicht erforderlich, sondern es genügen eine schwache Wicklungsisolation
und die normale Kernisolation. 'Man kann sogar noch einen Schritt weiter gehen und
den Ausgleichskreis selbst als Spulenverbindung benutzen, wie dies ebenfalls in
Fig. 2 angedeutet ist. An die äußeren Spulenenden 39 bzw. 40 können in gleicher
Weise, wie beschrieben, weitere Drosseln gleicher Art je nach Bedarf angeschlossen
sein.