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Anordnung zur weitgehenden Verminderung der Welligkeit des aus Wechselstromnetzen
technischer Frequenz über Gleichrichter gewonnenen Gleichstroms für schnellarbeitende
Relais Es ist bekannt, Relais oder Regler über Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz
zu speisen. Man 'hat hierbei den Vorteil der Unabhängigkeit der gemessenen Größe
von der Kurvenform, Wechselzahl oder sonstigen Größen des Wechselstroms, beispielsweise
auch von der Phasenverschiebung zwischen. Strom und Spannung bei wattmetrischen
oder Quotientenrelais.
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Gleichrichter in Doppelwegschaltung liefern aber noch keinen idealen
Gleichstrom. Es bleibt im allgemeinen eine Wechselstromkomponente von 2o@% und mehr,
die einen Einfluß auf das Relais ausüben kann, der unerwünscht ist. Verwendet man
zur Glätturig eines solchen welligen Gleichstroms eine mit der Relaiswicklung in
Reihe geschaltete Drosselspule oder einen parallel liegenden Kondensator, die so
groß bemessen sind, daß eine ausreichende Glättung des Wechselstroms erzielt wird,
so bedingen diese Glättungsmittel eine unerwünschte Verzögerung des Ansprechens,
da bei Änderung der zu erfassenden Größe der induktive Widerstand der Drossel überwunden
bzw. der Kondensator erst umgeladen werden muß, ehe die Relaisspule den neuen iWert
zugeführt erhält. Bei Spülen, die sich m einem magnetischen Feld bewegen, beispielsweise
Tauchspulen; tritt noch eine weitere nachteilige Verzögerung dadurch auf, daß der
Kondensator als Kurzschluß für die 'bei der Bewegung
entstehende
Gegen-EMK wirkt und somit eine Dämpfung hervorruft. Bei Schutzrelais und Kontaktrelais
für Regel- und Steuerzwecke ist eine Ansprechverzögerung sehr störend und erreicht
bei niedriger Frequenz, z. B. 16=l3 Hz, große Werte.
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Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, zur weitgehenden Verminderung
der Welligkeit des aus Wechselstromnetzen technischer Frequenz über Gleichrichter
gewonnenen Gleichstroms für schnellarbeitende Relais, zu Schutz-, Regel- und Steuerungszwecken
die dem Relais zugeführte Wechselstromgröße, deren Frequenz im folgenden als Grundfrequenz
bezeichnet wird, in zwei gegeneinander um go° phasenverschobene Komponenten zu zerlegen
und beide Komponenten nach getrennter Vollweggleichrichtung gemeinsam zur Wirkung
zu bringen. Hierdurch wird erreicht, daß jene durch die Vollweggleichrichtung entstehenden
@Oberwellen, deren Frequenz gleich dem Doppelten, dem Sechsfachen, dem Zehnfachen
usw. der Grundfrequenz ist, in beiden Zweigen um i8o° phasenverschoben sind, so
daß sich jene Oberwellen,darunter also vor allem auch die Oberwelle, deren Frequenz
gleich dem Doppelten der Grundfrequenz ist, im Relais aufheben. Hierbei ist es gleichgültig,
ob die einzelnen Komponenten zwei Spulen zugeführt werden, die magnetisch gekoppelt
sind, oder ob nach erfolgter Gleichrichtung die Komponenten parallel geschaltet
und einer Spule zugeführt werden. Grundsätzlich ist hierbei die Wirkung, nämlich
die weitgehende Verminderung der Welligkeit, die gleiche. Mit dieser Anordnung lassen
sich Weliigkeiten theoretisch und praktisch weitgehend beseitigen. Will man zur
weiteren Glättung nun Kondensatoren zu der Spule parallel schalten, so kann man
wesentlich kleinere Kondensatoren verwenden, da einmal die Amplitude der verbliebenen
Welligkeit bedeutend verringert und zweitens die Frequenz der nicht von der beschriebenen
Kompensation: erfaßten Oberwellen höher ist. Die Frequenz der niedrigsten, nicht
kompensierten Oberwelle ist gleich dem Vierfachen der Grundfrequenz. Ein solcher
Kondensator kann dann nicht mehr sehr stark dämpfend und verzögernd wirken. Wieweit
eine solche Anordnung eines zusätzlichen Kondensators praktisch zulässig oder unerwünscht
ist, muß von Fall zu Fall entschieden werden. Selbstverständlich hat sie aber nur
dort Sinn, wo eine einzelne Spule verwendet wird, der die beiden um go° verschobenen
und gleichgerichteten Komponenten zugeführt werden.
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Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und Anwendungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
seien an Hand der Abbildungen erläutert. In den Abb. i bis 6 sind Schaltungen eines
Relais gemäß der Erfindung dargestellt, wobei links die Klemmen für den ankommenden
Wechselstrom, mit L eine Induktivität und mit K eine Kapazität- bezeichnet sind,
die zur Erzeugung der Phasenverschiebung dienen sollen. Außerdem sind nicht bezeichnete
Widerstände in den Schaltungen angedeutet. Jede einzelne der gegeneinander um go°
phasenverschobenen Komponenten wird durch eine besondere Gleichrichteranordnung
G1 und G2 gleichgerichtet und der Gleichstrom entweder getrennten Wicklungen W1
und W2 oder einer '.Wicklung W zugeführt Die Wicklungen W1 und W2 sind dann magnetiscl
miteinander gekoppelt, während die Wicklung W von den parallel geschalteten Gleichrichteranordnungen
gespeist wird. In den Abb. i und 2 sind ah Gleichrichteranordnungen sog. Poleck-Schaltunger
verwendet, wobei zwei Seiten der Brückenschaltung ohmsche Widerstände enthalten,
während in der anderen Zweigen die Gleichrichter so geschaltet sind, daß sie bei
einem Umlauf gleichsinnig in Reihe geschaltet sind. Wie man sieht, sind dabei die
ohmschen Widerstände als Nebenschluß zur Wicklung W zu betrachten, die einen beträchtlichen
Teil der Erregung an der Relaiswicklung vorbeiführen. Man kann, um dies zu verhindern,
eine abgeänderte Form der Poleck-Schaltung verwenden, bei der in zwei anderen Zweigen
ohmsche Widerstände angeordnet sind, während die Gleichrichter beim Umlauf in zwei
hintereinanderliegenden Brückenzweigen gegensinnig in Reihe geschaltet sind. In
den übrigen Abbildungen sind Doppelwegschaltungen der Gleichrichter schematisch
angedeutet.
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In den Abb. 7 und 8 sind ebenfalls Poleck-Schaltungen der Gleichrichter
angedeutet. Diese Schaltun- ermöglicht es, für beide Zweige eine gemeinsame Gleichrichteranordnung
zu verwenden. Der Schaltungssinn ist in. den Abbildungen durch die Pfeile der Gleichrichterschaltzeichen
angedeutet. Im Brückenzweig liegt hierbei entweder ein in der Mitte angezapfter
Widerstand und die Relaisspule parallel zu,diesem oder eine Relaisspule, die selbst
eine Mittelanzapfung besitzt und an die die eine Klemme der Wechselspannungs- oder
Wechselstromquelle angeschlossen ist.
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In den Abb. g und io sind Schaltungsanordnungen für Ouotientenkipprelais
angegeben, wie sie besonders vorteilhaft als Tauchspulsysteme ausgebildet werden
können. Hierbei arbeitet eine ringförmige zwei- oder vierteilige Tauchspule in einem
starken Gleichfeld, das im Ringspalt eines permanenten oder gleichmäßig erregten
Elektromagneten 'besteht. Von links kommt der Wechselstrom .T, der in der oben näher
erläuterten Weise in zwei gegeneinander um go° phasenverschobene Komponenten I und
II zerlegt wird. Das gleiche geschieht ,mit der von rechts ankommenden Wechselspannung;
an Stelle eines Stroms kann. auch eine diiesem verhältnisgleiche Spannung treten.
Die zum Spannungskreis gehörenden Bezeichnungen sind mit ' versehen (also beispielsweise
W1 ). S, R und r sind Widerstände, die zur Einstellung einer bestimmten Wechselstromamplitude
.bzw. zur Abstimmung der Anordnung dienen. Beim Gegenstand der Erfindung sei angenommen,
daß die Spannung gegen und der Strom im Sinne .einer Schließung des Kontaktes A
arbeiten, daß also die gesamte Anordnung als Widerstandsmeßglied dient, wie es für
Schutzeinrichtungen in Hochspannungsanlagen Verwendung finden kann. Beim iGegenstand
der Abb. g. sind die Zweige der einzelnen Komponenten (I, II, I' und II') galvanisch
voneinander getrennt, während
beim Gegenstand der Abb. io die Zweige
bzw. die Gleichrichteranordn.ungen in der Weise gekoppelt sind, daß der Gleichstrom
des einen Zweiges auch über den Gleichrichter des anderen Zweiges fließt. Hierbei
ist bereits eine weitgehende Unterdrückung der Welligkeit in den einzelnen Spulen
W1 und W2 bzw. Wi und WE erreicht, wodurch die Wirkung der Anordnung zusätzlich
verbessert wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Stromspulen bzw. die
Spannungsspulen des Quotientenrelais nach den in den Abb. i bis 8 angegebenen Schaltungsarten
zu einer einzigen zusammenzufassen.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wird um so vorteilhafter,
je niedriger die Wechselzahl ist, da mit abnehmender Periodenzahl ein Glättungskondensator
immer größere Abmessungen haben müßte. Besonders zweckmäßig ist also ein Relais
der Erfindung für Bahnfrequenz von 162/s Hz zu verwenden.
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Außerdem kann man noch die Eigenschaft der Gleichrichter, daß sie
stromabhängige Widerstände sind, ausnutzen, um durch die dadurch hervorgerufene
Verzerrung der Kurven des pulsierenden Gleichstroms die Welligkeit weiterhin zu
vermindern. Besonders zweckmäßig ist dies in den Schaltungen, wo die Gleichrichterzweige
galvanisch derart gekoppelt sind, daß der Gleichstrom des einen Zweiges auch über
den. Gleichrichter des anderen Zweiges fließt.