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Schaltanordnung zum Unterbrechen oder Umrichten von elektrischen Strömen
Gegenstand der Erfindung ist die weitere Ausgestaltung einer Schaltanordnung zum
Unterbrechen. oder Umrichten von elektrischen Strömen, bei welcher in Reihe mit
der Unterbrechungsstrecke ein mit .der Periode des Wechselstromes veränderlicher
Widerstand liegt. Ein solcher Widerstand ist beispielsweise eine Induktivität mit
einem Eisenrückschluß, der bei sehr niedrigen Erregerstromwerten, also in der Nähe
der Stromnulldurchgänge, ungesättigt ist, bei welchem aber die Sättigung bei noch
verhältnismäßig geringen Stromwerten plötzlich eintritt, so daß der Eisenkern während
des größten Teiles der Stromübertragungsperiode gesättigt ist. Der Widerstandswert
einer solchen Drossel ist während und in der Nähe des Stromnull-durchganges sehr
hoch und fällt während des übrigen Teiles der Stromübertragungsperiode fast bis
auf Null ab. Dieses Verhalten der Drossel bewirkt, daß die stromlose Pause, während
welcher die Kontakte funkenfrei getrennt werden können,
vergrößert
ist. Nach einem früheren Vorschlage ist parallel zur Unterbrechungsstelle ein Widerstand
geschaltet.
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Damit wird erreicht, :daß auch die Spannung um diesen Zeitpunkt herum
längere Zeit auf sehr niedrigen Werten verharrt, so daß die Rückzündungsgefahr stark
verringert ist.
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Bleibt nun dieser Widerstand, während die Hauptunterbrechungsstrecke
geöffnet ist, mit unverändertem Wert in den Stromkreis eingeschaltet, so fließt
über - ihn ein Verluststrom, bei Stromrichtern ein Rückstrom, der insbesondere bei
hoher Betriebsspannung unerwünscht hohe Werte annehmen kann. - Zur Beseitigung dieses
Nachteils wird nach der Erfindung der Widerstandswert des parallelen Strompfades
mit der Periode des Wechselstromes veränderlich gemacht. Zwecks Anpassung andie:in
.den angeschlossenenStromkreisen herrschenden Strom- und Spannungsverhältnisse wird
nach der weiteren Erfindung sowohl der Betrag als auch der innerhalb einer Halbwelle
sich abspielende zeitliche Verlauf der periodischen Widerstandsänderungen des parallelen
Strompfades regelbar gemacht. Mit :der Regelungdes zeitlichen 'Verlaufs kann außer
der Verbesserung der Kommutierung auch eine Regelung des Stromes und der Spannung
im Gleichstromkreis erzielt werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt (F2g. i und 2). Mit ii ist eine Wechselstromquelle bezeichnet, von der
eine Leitung 12 über eine Drosselspule 13 mit Eisenkern 14, über eine weitere Leitung
15 und eine Unterbrechungsstrecke 16-17 zu einem beliebigen Seomverbraucher 18 und
von diesem zur Wechselstromquelle i i zurückführt. Die Unterbrechungsstrecke 16-17
wird durch einen Kontakt ig überbrückt, der beispielsweise mittels eines drehbaren
Nockens 2o angehoben werden kann. Parallel zur Unterbrechungsstrecke 16-17 liegt
der Widerstand 21; seine periodische Veränderung erfolgt mit Hilfe eines Regelschalters,
.der im vorliegenden Fall ein "Ausschalter 23 ist; -über welchen der Anschluß des
Parallelwiderstandes 21 an die Leitung 15 führt, und der mit dem Hauptschalter ig
derart mechanisch gekuppelt ist, daß der parallele Stromzweig über den Widerstand
21 geschlossen wird, kurz bevor die Hauptkontakte sich schließen, und erst wieder
geöffnet wird, nachdem die Hauptkontakte sich geöffnet haben. Das wird erreicht.
durch einen Stößel 23, der in der öffnungsrichtung die mechanische Kupplung zwischen
dem Hauptkontakt ig und dem Hilfskontakt 22 in der Öffnungsrichtung herstellt, dabei
aber etwas k ürz '#r'ist als der Abstand zwischen den beiden Kontakten, so.daß der
Hubweg und damit die Öffnungszeit des Hilfskontaktes 22 kürzer ist als die des.
Hauptkontaktes ig. Durch verschiedene -Einstellung des Abstandes zwischen den Kontakten
ig und 22 oder der Länge des Stößels 23 wird das Verhältnis .der Öffnungs- und Schließzeiten
des Hilfsschalters zu denen des Hauptschalters. geregelt. Durch Veränderung des
Widerstandswertes des regelbaren Widerstandes 21 wird -der Betrag der Widerstandsänderung
des parallelen Strompfades geregelt. Die erforderlichen Regelungen können selbsttätig
in. Abhängigkeit von der Größe und Art der Belastung, von der Form der Wechselstromkurve
und von der Form des Gleichstromes (Glättungsgrad), von einer etwaigen Gegenspannung
auf der Gleichstromseite und, bei mehrphasigen Wechselstromsystemen, in Abhängigkeit
von etwa auftretenden Unsymmetrien gesteuert werden. Zur Steuerung sind ähnliche
Mittel zu verwenden wie für die regelbare Steuerung der Hauptkontakte selbst. Statt
der -durch Nocken. .gesteuerten Druckkontakte können -ebensogut Schleifkontakte
sowohl für die Hauptunterbrechungsstelle als auch für die Hilf sunterbrechungsstelle
verwendet werden, wobei die umlaufenden Segmente und die Stromabnahmebürsten in
ihrer Länge und in ihrer Stellung zueinander regelbar sind.
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Fig. 2 zeigt grundsätzlich dieselbe Schaltanordnung wie Fig. i, wobei
die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. An Stelle des Schalters
22 ist in den Parallelpfad des veränderlichen Widerstandes 2i ein .gittergesteuerter
Stromrichter 24 eingeschaltet, welcher ganz von selbst für die rechtzeitige Schließung
des parallelen Strompfades sorgt, nämlich in dem Augenblick, -in welchem die Spannung
an der Hauptunterbrechungsstrecke 16-i7 den mit Hilfe der Gittervorspannung eingestellten
Wert der Sperrspannung :des Hilfsstromrichters 24 übersteigt. Damit nun aber der
Strom nicht während :der ganzen Öffnungszeit des Hauptschalters ig über den Parallelpfad
fließt; ist in diesem noch ein Kondensator 25 von verhältnismäßig großer Kapazität
in an sich bekannter Weise eingeschaltet, dem ein verhältnismäßig hoher Widerstand
26 unmittelbar parallel geschaltet ist. Der Kondensator 25 wird während des Stromflusses
durch :den Hilfsstromrichter 24 aufgeladen. Sobald die Spannung am Parallelpfad
bis auf ihren Scheitelwert gestiegen, ist und abzufallen beginnt, wird der Stromfluß
durch den auf den Scheitelwert -der Spannung aufgeladenen Kondensator 25 unterbrochen.
Während der nun folgenden Arbeitspause des Hilfsstromrichters entlädt sich der Kondensator
25 über :den Nebenwiderstand 26. Die Größe des Kondensators 25 und des Widerstandes
26 sind so zu wählen, daß das Absinken der Spannung :am Kondensator langsamer erfolgt
als das Absinken der Spannung am gesamten Parallelpfad, jedoch so schnell, daß der
Kondensator .genügend weit entladen ist, wenn sich der Hauptschalter ig wieder öffnet,
so daß die etwa vorhandene Restladung des Kondensators nicht etwa die zum Zünden
des Hilfsstromrichters 24 erforderliche Spannung an der Unterbrechungsstrecke 16-17
erhöht.
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Statt des Kondensators 25 mit Parallelwiderstand 26 kann zur Sperrung
des Stromflusses durch den Hilfsstromrichter in bekannter Weise auch eine Einrichtung
benutzt werden, mit der die Spannung am Gitter stoßweise in negativer Richtung erhöht
wird.
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Mit Hilfe des vorstehend geschilderten parallelen Strompfades über
den Widerstand 21 gelingt es,
Rückzündungen nach dem Öffnender Hauptunterbrechungsstrecke
16-i7 zu verhindern oder wenigstens zu erschweren; Idas genügt praktisch in vielen
Fällen. Unter Umständen muß aber außerdem verhindert werden, daß beim Schließen
der Unterbrechungsstrecke Vorentla@dungen entstehen. Diese Gefahr liegt vor, wenn
entweder die Betriebsspannung sehr hoch ist, oder wenn beispielsweise zum Zwecke
der Strom- und Spannungsregelung die Schließung nicht im Nulldurchgang der Spannungskurve
stattfindet, sondern diesem gegenüber mehr oder weniger verzögert ist. Es mußdann
dafür gesorgt werden, daß kurz vor dem Schließen der Hauptunterbrechungsstrecke
16-17 ein Strom über einen Nebenweg zur Unterbrechungsstrecke 16-17 durch die sich
sättigende Drossel 13 fließen kann. Bei der Schaltanordnung nach Fig. 1 ist dies
ohne weiteres der Fall, da der Hilfskontakt 22 in Abhängigkeit von .dem Hauptkontakt
zg mechanisch gesteuert wird. Im Gegensatz dazu ist die Steuerung des. Hilfsstromrichters
2q. in Fig. 2 mit der Unterbrechungsstrecke 16-17 nicht unmittelbar verknüpft. Aus
diesem Grunde ist in Fig. 2 noch ein zweiter Nebenweg über einen zweiten Widerstand
27 und einen zweiten Hilfsstromrichter 28 geschaffen, durch :den vor dem Schließen
der Unterbrechungsstrecke 16-17 ein Strom in umgekehrter Richtung fließt wie durch
den Widerstand 21 und den Hdlfsstromrichter 2q.. Dieser Strom ruft an der Drossel
13 einen großen Spannungsabfall hervor, so daß die Spannung der Stromquelle 11 in
dem Augenblick, wo die Hauptunterbrechungsstrecke 16-17 geschlossen wird, an der
Drossel 13 liegt und nur zu sehr geringem Teil an der Unterbrechungsstrecke 16-17,
wo also funkenfrei eingeschaltet wird. Die obenerwähnte Regelung der Spannung und
des Stromes im Gleichstromverbraucherkreis wird so vorgenommen, daß der parallele
Strompfad verschieden lange vor dem Schließen der Hauptunterbrechungsstrecke 16-17
eingeschaltet wird. Nach dem Strom-Zeit-Diagramm Fig. 3, das einen kleinen Bruchteil
einer Halbwelle umfaßt, sei angenommen, daß der Hauptkontakt zg im Zeitpunkt
to geschlossen wird. Ist der Nebenpfad erst kurz vorher, z. B. im Zeitpunkt
t1, eingeschaltet worden, so vergeht erst eine bestimmte Zeit, bis die Sättigung
der Drossel 13 erreicht ist und der Stromanstieg beginnt, t2. Bei früherem Einschalten
des Nebenpfades t4 ist die Zeit bis zur Sättigung bereits ,größtenteils verstrichen.,
wenn der Hauptkontakt zg geschlossen wird, to. Der Stromanstieg beginnt infolgedessen
sofort nach dem Einschalten, ts. In vorliegendem Fall geschieht die Vormagnetisierung
der Drossel 13 durch eine Art Hauptschlußerregun:g mittels des über den Nebenpfad
.durch die Hauptwindungen der Drossel fließenden Stromes. Bei Verwendung von Hilfsstrome
ichtern mit Gittersteuerung gemäß Fig. 2 wird die Regelung vorteilhaft durch Änderung
des Gitterpotentials am Stromrichter 28 vorgenommen. In Fig.2 ist ferner noch angegeben,
daß die Drossel 13-14 mittels einer besonderen Erregerwicklung 29 vorerregt werden
kann, falls dies zur weiteren Verbesserung der Schalt- bzw. Kommutierungsbedingungen
oder zum Zwecke der Regelung erwünscht ist.
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Die Hauptunterbrechungsstrecke kann auch als Entladungsstrecke für
Funken- oder Gasentladung anstatt mit unmittelbarer leitender Überbrückung ausgebildet
sein.