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Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer) Zusatz zum Patent
869983 Im Patent 869 983 wird vorgeschlagen, für mechanische Schaltstromrichter
mit in Reihe zu den Kontakten angeordneten, vormagnetisierten Schaltdrosseln eine
selbsttätige Anpassung der Vormagnetisierungsdurchflutung der Schaltdrossel dadurch
sicherzustellen, daß diese Durchflutung aus einem mindestens während der Dauer der
Stromstufe gleichbleibenden Anteil und aus einem von der Spannung, die an der betreffenden
Schaltdrossel während der Stromstufe herrscht, abhängigen Anteil besteht. Beim Ausschaltvorgang
ist die Vormagnetisierung auch nach der Stromunterbrechung wirksam und setzt die
während der Ausschaltstufe im Gang befindliche Ummagnetisierung in gleicher, beispielsweise
als negativ bezeichneter Richtung bis zur Sättigung fort. Beim Aufhören des Vormagnetisierungsstromes
geht der Magnetisierungszustand der Schaltdrossel auf den negativen Remanenzpunkt
zurück. Ohne besondere Maßnahmen würde dann nach dem Wiedc:reinschalten des Kontaktes
erst die ganze Stufe in umgekehrter Richtung durchlaufen werden müssen, bevor der
Laststrom ansteigen kann. Das ist im allgemeinen wegen der dadurch verursachten
Verminderung der Gleichspannung und Verschlechterung des Leistungsfaktors unerwünscht.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Arbeitsweise des Schaltstromrichters
verbessert durch eine weitere Ausgestaltung der Vormagnetisierungsanordnung, derart,
daß die resultierende Durchflutung des die Ausschaltstufe erzeugenden Schaltdrosselkernes
während eines begrenzten Zeitabschnittes jeder Periode eine zum Zwecke seiner Rückmagnetisierung
im Einschaltsinne maguetisierende
Richtung und eine über dem statischen
Ummagnetisierung.swert liegende -Höhe aufweist und vor dem Einschaltzeitpunkt mindestens
bis auf den genannten Wert, insbesondere bis auf den Nullwert, zurückgeht.
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. Der statische . Ummagnetisierungswert ist im Hauptpatent erläutert
und dort in Fig. i angegeben. Er ist eindeutig für einen Schaltdrosselkern aus magnetisch
hochwertigem Werkstoff, dessen Kennlinie im ungesättigten Gebiet parallel zur Flußachse
verläuft. Auch für einen Magnetkern aus geringerwertigem Werkstoff kann, wie ebenfalls.
dem Hauptpatent zu entnehmen ist, ein entsprechender eindeutiger Durchflutungswert
z. B. mittels eines Streckkreises festgelegt werden. Aber auch ohne Streckkreise
ist in Schaltstromrichteranordnungen mit magnetisch nicht hochwertigen Kernen die
oben gegebene Anweisung mit Sicherheit erfüllt, wenn die resultierende Durchflutung
während des erwähnten begrenzten Zeitabschnittes höher ist als der höchste Durchflutungswert,
der sich bei statischer Ummagnetisierung einstellt und der am Sättigungsknie des
steigenden Astes der Magnetisierungskennlirnie abzulesen ist, und wenn die resultierende
Durchflutung ferner vor dem Einschaltzeitpunkt bis auf den niedrigsten statischen
Ummagnetisierungswert, .das ist praktisch auf den Nullwert, zurückgeht.
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Die Rückmagnetisierung kommt hauptsächlich für Schaltungen mit nur
.einem Kontakt je Schaltdrossel in Betracht, z. B. für eine dreiphasige Brückenschaltung
mit sechs Kontakten und sechs Schaltdrosseln, im Gegensatz zu Schaltungen mit zwei
im Gegentakt arbeitenden Kontakten j e Schaltdrossel, z. B. der sogenannten Dreidrosselschaltung,
einer dreiphasigen Brückenschaltung mit sechs Kontakten und drei vor den Brückenverzweigungen
angeordneten Schaltdrosseln, bei denen eine besondere Rückmagnetisierung nur ausnahmsweise
von Vorteil sein könnte.
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Durch die Rückmagnetisierung wird der Schaltdros.sel vor dem Einschalten
ein im Spannungszeitdiagramm als Fläche erscheinendes Spannungsintegral von gegebener
Größe zugeführt und dadurch der Schaltdrosselkern schon vor dem Einschalten ganz
oder teilweise wieder in Richtung der positiven Sättigung ummagnetisiert.
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Das erforderliche Ausmaß der Rückmagnetisierung kann je nach der Schaltung
verschieden sein. Wird bei der obenerwähnten Schaltungsgruppe mit nur einem Kontakt
je Schaltdrossel ein besonderer Einschaltkern verwendet, so wird in der Regel der
Hauptkern stets vollständig bis zur positiven Sättigung ummagnetisiert. Ähnliches
gilt sinngemäß für den Einschaltkern. Dient dagegen ein und derselbe Kern zur Erzeugung
sowohl der Ausschaltstufe als auch der Einschaltstufe, so ist es bei einer Spannungsregelung
durch mechanische Teilaussteuerung erwünscht, insbesondere bei hohem Aussteuerungsgrad
einen Teil der Stufe, die sonst wegen der in diesem Falle verhältnismäßig niedrigen
Werte der Kommutierungsspannungunerwünsoht lange dauern würde, durch Rückmagnetisierung
bereits vor dem Einschalten vorwegzunehmen, so daß nach dem Einschaltern nur noch
ein verhältnismäßig kurzer Restteil der Stufe durchlaufen wird. In den beiden vorgenannten
Fällen handelt es sich im allgemeinen um die Zuführung einer Spannungsfläche unveränderlicher
Größe. Bei der magnetischen Spannungsregelung mittels einer Einschaltstufe veränderbarer
Länge dagegen muß die Größe der rückmagnetisierenden Spannungsfläche weitgehend
regelbar sein.
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Günstig ist es, wenn die Rückmagnetisierung den Charakter eines Impulses
von zeitlich begrenzter Dauer hat; denn beim Ausschaltkern beispielsweise darf sie
erst nach Beendigung der Ausschaltstufe einsetzen und sollte vor dem Einschalten
beendet sein, damit imEinschaltaugenblick von diesem Impuls keine Spannung mehr
an der Schaltdrossel erzeugt wird und das Einschalten somit spannungslos vor sich
gehen kann. Für die Anbringung des Rückmagnetisierungsimpulses steht daher im allgemeinen
nur ein Abschnitt der Periode von nicht viel mehr als "6o° e1. zur Verfügung.
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Grundsätzlich ist als Rückmagnetisierungsimpuls jede Art von Impuls
brauchbar, die geeignet ist, der Schaltdrossel innerhalb des in Frage kommenden
Bereiches der Periode eine Spannungsfläche von der erforderlichen Größe zuzuführen.
Auf den zeitlichen Verlauf, also die Form des Impulses, kommt es dabei nicht an;
der Strom im Impulskreis entspricht während der Rückmagnetisierung dem Stufenstrom
der Schaltdrossel zuzüglich eines Betrages, der zur Aufhebung einer etwa sonst noch
vorhandenen,, entgegengerichteten Vormagnetisierung nötig ist.
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Eine Möglichkeit, solche Rückmagnetisie-rungsimpulse hervorzubringen,
besteht wiederum in der Verwendung der Anodenströme von Gleichrichterschaltungen.
Wegen .der Begrenztheit des Rückmagnetisierungsabschnittes kommt hierfür in erster
Linie die .sechsphasige Sternpunktschaltung der Hilfsgleichrichter in Frage.
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Ein anderer Weg zur Erzeugung von Rückmagnetis.ierungsimpulsen bietet
sich durch Anwendung einer unsymmetrischen Transduktorschaltung. Mit dieser Schaltung
lassen sich auch Impulse von kürzerer Dauer als 6o° e1. herstellen.
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In der Zeichnung sind in dein Fig. i bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Fig. 5 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise.
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Fig. i zeigt eine Umformungsanordnung in dreiphasiger Sternschaltung,
angeschlossen an die Sekundärwicklung i eines Transformators, dessen Primärwicklung
i' an den Klemmen R', S', T' eines Drehstromnetzes liegt. Auf der Sekundärseite
sind die drei Phasen RST der Gleichrichterschaltung untereinander gleichartig ausgestattet.
Der besseren Übersicht halber sind Bezugsziffern immer nur in einer Phase angegeben.
In jeder Phase liegt die Hauptwicklung 3 einer Schaltdrossel in Reihe mit einem
Kontakt 4, der beispielsweise durch eine an sich bekannte, in der Zeichnung weggelassene
Antriebsvorrichtung mit Synchronmotor periodisch
ein- und ausgeschaltet
wird. Der Laststromkreis ist durch einen Verbraucher 5 und eine Glättungsd.rossel5'
angedeutet.
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Jede Schaltdrossel hat einen Ausschaltkern 2 und einen besonderen
Einschaltkern 2'; beiden Kernen ist die Hauptwicklung 3 gemeinsam, aber jeder Kern
hat mehrere besondere Hilfswicklungen. Die Magnetkerne selbst sind in der Zeichnung
weggelassen, jedoch ist in der mittleren Phase durch strichpunktierte Umrandung
angedeutet, welche von den Hilfswicklungen mit dem Ausschaltkern 2 allein und welche
mit dem Einschaltkern 2' allein verkettet sind. Außerdem ist die Darstellungsweise
so gewählt, daß die Stromrichtung in den Wicklungen zugleich die Flußrichtung in
den zugehörigen Kernen angibt. Die Richtung von oben nach unten in der Zeichnung
sei dabei als positiv gerechnet. Mit dem Ausschaltkern :2 allein sind vier Hilfswicklungen
6, 6', 16 und 22' verkettet. Hiervon liefern die Wicklungen 6 und 6' gemeinsam einen
gleichbleibenden Anteil VA - der Ausschaltvormagnetisierung und die RückmagnetisierungVRA
des. Ausschaltkernes. Die Wicklung 6 ist mit den Arbeitswicklungen eines über ein
Phasendrehmittel, das in der Zeichnung als Drehtransformator dargestellt ist, am
Speisenetz RST liegenden unsymmetrischen Rei.hentransduktors 20 in Reihe geschaltet
und mit den entsprechenden Wicklungen der beiden anderen Phasen zu einer Sternschaltung
vereinigt. Die Gleichstromwicklungen des Transduktors sind, wie die Zeichnung erkennen
läßt, paarweise gegensinnig hintereinandergeschaltet. Sie werden aus einer Gleichstromquelle
30 gespeist, die beispielsweise als eine vom Netz RST über einen Hilfstransformator
gespeiste Trockengleichrichteranordnung dargestellt ist. Der Gleichstromkreis ist
durch eine Drossel r9 stabilisiert. Die beiden Transduktortei.le jeder Phase haben
verschiedene Windungszahlverhältnisse (Übersetzungsverhältnisse), was in der Zeichnung
durch verschiedene Längen der Symbole für die Gleichstromwicklungen angedeutet ist.
Beim Transduktor 2o wird der obere Teil von Gleichstrom positiv vorerregt, und zwar
stärker als der untere, der negativ vorerregt ist. Infolgedessen liefert dieser
Transduktor Wechselimpulse, deren positiver Abschnitt niedriger und dafür länger
ist als der negative. Die Wicklung 6 ist so angeschlossen, daß sich die Vorzeichen
umkehren, sie erzeugt also einen kurzen, hohen positiven Impuls, der die Rückmagnetisierung
bewirkt, und einen langen Impuls, der den Ausschaltkern während des überwiegenden
Teiles einer Periode im Sinne der Ausschaltbereitschaft negativ vormagnetisiert.
Durch geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse der beiden Transd.uktorhälften
wird erreicht, daß sich de.rpositiveRückmagnetisierungs-Impuls nur über etwa 6o°
el. erstreckt. Die übersetzungsverhältnisse müssen sich dazu etwa wie 6o :300 =
r : 5 verhalten. Die Phasenlage, das ist im Beispiel die Stellung des zur Anordnung
2o gehörenden Drehtransformators, wird so festgelegt, daß der Rückmagnetisierungsimpuls
kurz vor der Kontaktschließung beendet ist (vgl. die weiter unten behandelte Fg.
5 f). Die Höhe des Impulses wird so gewählt, daß der Impuls zur völligen Ummagnetisierung
des Ausschaltkernes aus dem negativen in den positiven Sättigungszustand ausreicht.
Die Einstellung erfolgt durch Veränderung des Gleichstromes mit Hilfe eines Einstellwiderstandes
18. Damit ist auch die Höhe des negativen Impulses in der Vormagnetisierungswicklung
6 fest-' gelegt. Sie reicht im allgemeinen für den gleichbleibenden Anteil VA
- der Ausschaltvormagnetisierung, der dem Wert Ho in Fig. r des Hauptpatentes
entsprechen soll, nicht aus. Die fehlende negative Durchflutung liefert die Hilfswicklung
6', die über einen Einstellwiderstand 8 und eine Sta.-bilisierungsdrossel9 ebenfalls
an die Gleichstromquelle 3o angeschlossen sein kann. Um den Betrag dieser dauernden
negativen Durchflutung muß der positive Rückmagnetisierungsimpuls von vornherein
höher eingestellt sein.
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Der Einschaltkern 2' erhält den gleichbleibenden Anteil VE
- der Einschaltvormagnetisierung durch die Wicklungen 13 und r3'. Die Wicklung
13 erhält von der mit unsymmetrischen Reihentransduktoren ausgestatteten Anordnung
4o Wechselimpulse, von denen der positive höher und kürzer ist als der negative,
weil die obere Tran.sduktorhälfte, die für diesen Impulsabschnitt maßgebend ist,
höher vorerregt ist als die untere. Der negative Abschnitt dieser Durchflutung in
der Wicklung 13 wird durch eine zusätzliche positive Durchflutung der zugehörigen
Wicklung Z3' gerade aufgehoben. Zu diesem Zweck ist die Wicklung 13' mit
den Gleichstromwicklungen des Transduktors 4o hinterei,nandergeschaltet, und die
Windungszahl der Wicklung 13' verhält sich zur Windungszahl der Wicklung
13 wie das Gleichstrom-Wechselstrom-Übersetzungsverhältnis der unteren Transduktorhälfte
zum Übersetzungsverhältnis der oberen Transduktorhälfte. Auf diese Weise ergibt
sich als Gesamtwirkung der Wicklungsgruppe 13, 13' ein einseitiger positiver, also
im Einschaltsinne wirkender Impuls, dessen Dauer im Verhältnis zu dem restlichen
Teil einer Periode durch das erwähnte Verhältnis ihrer Windungszahlen bzw. der Übersetzungsverhältnisse
der beiden Transduktorhälften gegeben ist. Die Höhe des Impulses ist durch den im
Gleichstromkreis angeordneten Widerstand 28 einstellbar. Auch dieser Gleichstromkreis
enthält eine Stabilisierungsdrossel, sie ist mit 29 bezeichnet. Die Dauer und die
Phasenlage der Einschaltmagnetisierung sind so zu wählen, daß der Impuls sich mindestens
über den Bereich der betriebsmäßig vorkommenden Lagen der Einschaltstufe erstreckt
(vgl. die unten behandelte Fig. 5 e). Als Mittel hierzu dient eine entsprechende
Bemessung der Windungszahlen der Transduktorwicklungen bzw. eine entsprechende Wahl
der Phasenlage der zugeführten Hilfsspannung, in der Zeichnung angedeutet durch
den zur Anordnung 40 gehörenden Drehtransformator.
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Zur Rückmagnetisierung des Einschaltkernes 2' wird mit Hilfe der Wicklung
23, die Wechselimpulse aus der Transduktoranordnung 5o erhält, und
der
Wicklung 23', die mit den Gleichstromerregerwicklungen dieses Transduktors in Reihe
geschalte und bezüglich des Windungszahlverhältnisses zur Wicklung 23 in der oben
beschriebenen Weise ab-,gestimmt ist, ein einseitiger Impuls in negativer Richtung
erzeugt, dessen Phasenlage beispielsweise so gewählt werden kann, daß er sich an
die Ausschaltstufe in ihrer spätesten Betriebslage anschließt. Der entsprechende
Gleichstromkreis enthält einen Einstellwiderstand 38 und eine Stabilisierungsdrossel
39.
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Der spannungsabhängige Anteil VE - der Einschaltvormagnetisierung
wird durch einen Hilfsstromkreis mit einem Ventil 25 und einem Einstellwiderstand
14 geliefert, der an die Mitte der Hauptwicklung 3 der Schaltdrossel angeschlossen
ist und eine auf dem Ausschaltkern 2 angebrachte und hier der Magnetisierung durch
die obere Hälfte der Wicklung 3 entgegenwirkende Entkopplungswicklung 22' enthält.
Das Ventil 25 ist als gittergesteuerte Röhre dargestellt. Das Steuergitter ist in
einer an sich bekannten, in Fig. r a beispielsweise besonders herausgezeichneten
Schaltung an einen Vorkontakt 4' angeschlossen, so daß der spannungsabhängige Anteil
VE- der Einschaltvormagnetisierung jedesmal kurz vor der Schließung des Hauptkontaktes
4 im positiven Sinne durch die obere Hälfte der Hauptstromwicklung 3 zu fließen
beginnt.
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Für den spannungsabhängigen Anteil VA- der Ausschaltvormagnetisierung
ist ein Hilfsstromkreis mit einem Einstellwiderstand z r und einem vorzugsweise
urigesteuerten Ventil 12 vorgesehen, der über eine nur mit dem Einschaltkern 2'
verkettete Entkopplungswicklung 22 ebenfalls an die Mitte der gemeinsamen Schaltdrosselwicklung
3 angeschlossen ist. Dieser Hilfsstromkreis kommt infolge der dargestellten Ventilrichtung
während der Ausschaltstufe zur Wirkung. Näheres über die Wirkungsweise der Hilfsstromkreise
für die spannungsabhängigen Vormagnetisierungsanteile VE- und VA- wird weiter
unten im Zusammenhang mit Fig. 5 ausgeführt.
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Jeder der beiden Kerne 2 und 2' kann ferner mit einem an sich bekannten
Streckkreis, wie oben er--wähnt, versehen sein. Als Beispiel ist ein solcher für
den Ausschaltkern angegeben und mit 17 bezeichnet. Er ist an die Hilfswicklung 16
angeschlossen.
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In den. Fig. 2 bis 4 sind noch einige Beispiele für solche Anordnungen
angegeben, in denen jede Schaltdrossel nur einen einzigen Magnetkern hat, der sowohl
beim Ausschalten als auch beim Einschalten eine Stufe erzeugt. Diese Anordnungen
sind hier in Form von dreiphasigen Sternpunktschaltungen dargestellt, lassen sich
aber auf die dreiphasige Brückenschaltung mit sechs Drosseln unverändert und auf
andere Schaltungen mit einem Kontakt je Schaltdrossel sinngemäß übertragen. Als
Antriebsvorrichtungen für die Kontakte können motorische oder elektromagnetisch
gesteuerte in Gedanken ergänzt werden. Die Fig.2 bis 4 betreffen Schaltungen mit
allein magnetischer Spannungsregelung; Änderungen für Spannungsregelung durch magnetische
und mechanische Teilaussteuerurig sind am Schluß angegeben. In Fig. 5 ist der entsprechende
Verlauf der Spannungen und Ströme schematisch veranschaulicht.
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In allen Schaltungen ist die Schaltdrossel 2 vorteilhaft mit einem
Streckkreis 17 versehen, der in den Beispielen aus der Reihenschaltung eines Kondensators
mit einem ohmschen Widerstand besteht. Bei höchsten Anforderungen ist die zusätzliche
Parallelschaltung eines aus Widerstand, Kapazität und Induktivität bestehenden gedämpften
Schwingungskreises zum Kreis 17 zweckmäßig.
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Die gleichbleibenden Anteile der Einschalt- und der Ausschaltvormagnetisierung
sind in den Figuren symbolhaft als eine Wicklung 6o gezeichnet. Unter diesem Symbol
ist irgendeine der früher vorgeschlagenen Anordnungen zu verstehen, die einen resultierenden
Durchflutungsverlauf wechselnder Richtung mit vorzugsweise rechteckigem Kurvenverlauf
erzeugt. Es handelt sich dabei im wesentlichen um die Überlagerung einer Gleichstromdurchflutung
mit einer vom Anoden- oder Transformatorstrom einer mehrphasigen Gleichrichterschaltung
oder vom Arbeitsstrom eines vorzugsweise unsymmetrischen Reihentransduktars erzeugten
Durchflutung, welch letztere, wie oben bereits erwähnt, durch Kompensation z. B.
der negativen Abschnitte mittels einer weiteren, zur Transduktorerregung infolge
Reihenschaltung mit dessen Gleichstromwicklungen in einem festen Verhältnis stehenden
Gleichstromdurchflutung zu einer einseitig gerichteten Impulsdurchflutung ausgestaltet
sein kann. Derartige Anordnungen sind für Zwecke der Vormagnetisierung von Schaltdrosseln
unter anderem in eineigen Zusatzpatenten zum Hauptpatent näher beschrieben und erläutert.
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Wie sich aus vorstehendem ergibt, können zur Erzeugung einer derartigen
resultierenden Durchflutung mehrere Wicklungen erforderlich sein. In diesem Sinne
ist also das Zeichnungssymbol 6o als eine Gruppe von mehreren zusammenwirkenden
Wicklungen aufzufassen. Die übrigen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder entsprechende
Teile wie in Fig. I.
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Alle Schaltungen enthalten eine weitere Vormagnetisierungswieklung
bzw. Wicklungsgruppe 70 zur Rückmagnetisierung, wie oben beschrieben.
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Zur Veranschaulichung der Phasenlage der Vormagnetisierungskomponenten
ist der Durchflutungsverlauf in Fig. 5 a bis 5 h dargestellt. Fig. 5 a zeigt die
Sternspannungen ei, e2 und e3 der Phasen R bzw. S bzw. T des Transformators, Fig.
5 b die Grundform der Belastungsströme il, i2 und i3, die die Reihenschaltung Schaltdrossel-Kontaktdurchfließen.
Der Teilaussteuerungswinkel a vom Schnittpunkt- der Spannungen der einander ablösenden
Phasen biss zum Beginn der überlappung der Lastströme beträgt in der Darstellung
etwa 4o° e1. Bei magnetischer Spannungsregelung wird dieser ganze Abschnitt durch
die Einschaltstufe ausgefüllt. Diesen Einschaltstufe ist in Fig. 5 a in der Phase
R die Spannungsfläche D1E zugeordnet. Die Gleichspannung verläuft derweilen noch
weiter nach der Kurve e3.
An die Einschaltstufe schließt sich der
iUberlappungsabschnitt der Lastströme an. Während dieses Abschnittes verläuft die
Gleichspannung nach der mittleren Kurve zwischen den Spannungen e3 und ei. Die Spannungsfläche
D1 bleibt an der Induktivität der gesättigten Schaltdrossel der Phase R, die Spannungsfläche
T1 an der Transformator- und Netzinduktivität dieser Phase hängen. Sodann tritt
der Strom i3 in die Ausschaltstufe ein. Die Gleichspannung verläuft von jetzt ab
nach der Kurve ei. Während des Ablaufes der Ausschaltstufe ist an der Schaltdrossel
der Phase T die Spannungsfläche D3A wirksam. Beim Stromübergang von Phase R auf
Phase S wiederholen sich später die Vorgänge mit entsprechender zyklischer Vertauschung.
Die SpannungsflächenDi der Schaltdrossel T1 der Transformatorphase R liegen jetzt
unterhalb der mittleren Kurve der Gleichspannung. Dieses ist zwar für die gleichbleibenden
Anteile der Vormagnetisierung ohne Belang, wird aber bei der Betrachtung des Verlaufes
der spannungsabhängigen Ausschaltvormagnetisierung von Bedeutung.
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Fig. 5 c zeigt den Durchflutungsverlauf bei Verwendung eines symmetrischen
Transduktors. Der Abschnitt des gleichbleibenden Anteiles VA - der Aussehaltvormagnetisierung
darf frühestens bei 9o° und muß spätestens bei i2o°' beginnen und geht nach seiner
Dauer von i8o°' bei 27o bis. 300° in den Abschnitt des gleichbleibenden Anteiles
VE -
der Einschaltvormagnetisierung über. Da der Einschaltabschnitt somit
schon vor dem Punkt a = o beginnt, darf die Höhe der gleichbleibenden Durchflutun:g
den zur statischen Ummagnetisierung (vgl. Fig. i des Hauptpatentes) erforderlichen
Wert nicht überschreiten, damit nicht durch sie eine unerwünschte, vorzeitige Rückmagnetsierung
verursacht wird. Die Rückmagnetisierung soll allein dem Rückmagnetisierungsimpuls
VR überlassen bleiben, der in dem Abschnitt vom Ende der Ausschaltvormagnetisierung
VA- bis zum Punkt a = o Platz findet, wie es in Fig. 5 f veranschaulicht ist.
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Fig. 5 d zeigt einen möglichen Verlauf der gleichbleibenden Vormagnetisierungsdurchflutungen
für den Fall, daß eine der obenerwähnten Schaltungen mit einem unsymmetrischen Reihentransduktor,
gegebenenfalls mit zusätzlicher Kompensation der negativen Kurvenabschnitte, verwendet
wird. Der Abschnitt der Einschaltvormagnetisierung VE - beginnt hier im Punkt
a = o oder kurz vorher und endet bei etwa 9o°, um dann in den Abschnitt der Ausschaltvormagnetisierung
V,1 - überzugehen, der sich über den ganzen restlichen Teil der Periode erstreckt.
Der Rückmagnetisierungsimpuls hat die in Fig. 5 f gezeigte Lage, muß hier jedoch
wesentlich höher sein als in dem der Fig. 5 c entsprechenden Fall, weil er demgegenüber
die Ausschaltvormagnetisierung aufheben und auch noch den der gleichbleibenden Einschaltvormagnetisierung
entsprechenden Teil zusätzlich liefern muß. Wird zur Erzeugung der Vormagnetisierungsdurchflutung
anstatt einer Transduktorschaltung beispielsweise eine Gleichrichterschaltung mit
i2o0'' Anodenstromdauer benutzt, so hat der Abschnitt der Einschaltvormagnetisierung
den in Fig. 5 d gestrichelt eingetragenen Verlauf.
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In Fing. 5 e ist der Verlauf der gleichbleibenden Vormagnetisierungsabschnitte
VE - und VA _ dargestellt, wie er eintreten, würde, wenn einseitige
Impulse von einander entgegengesetzter Richtung, wie früher erwähnt, für das Ein-
und das Ausschalten verwendet werden. Der Rückmagnetisierun:gsimpuls VR braucht
hier nicht mehr den Ausschaltanteil aufzuheben, kann also von geringerer Höhe sein
als in dem der Fig. 5 d entsprechenden Fall. Die vorstehenden Merkmale sind den
Schaltungen der Fig. 2 bis q. gemeinsam. Die Unterschiede der Schaltungen liegen
im wesentlichen in der Anordnung der spannungsabhängigen Vormagnetis.ierungsantei:le
VE - und VA-. In den Schaltungen nach Fig.2 bis q., die für ausschließlich
magnetische Spannungsregelung gelten, werden in den spannungsabhängigen Vormagnetsierungskrei;sen
nur ungesteuerte Ventile 15 bzw. überhaupt keine Ventile verwendet, da der Einsatz
des Stromes der spannungsabhängigen Einschaltvormagnetisierung mit dem bei a = o
oder nur wenige Grade später liegenden Einschaltzeitpunkt praktisch zusammenfällt.
In solchen Anordnungen dagegen, die auch mit mechanischer Teilaussteuerung arbeiten
sollen, sind in den Kreisen der spannungsabhängigen Einscha,ltvormagnetis.ierung
gesteuerte Ventile zu benutzen, damit ein verfrühter Ablauf der Einschaltstufe verhindert
wird, der andernfalls unter dem Einfluß beider Einschaltvormagnetisierungskomponenten
VE- und VE - vorkommen könnte.
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In Fig. 2 sind für den spannungsabhängigen Einschaltvormagnetisierungskreis
und den spannungsabhängigen Ausschaltvormagnetisierungskreis getrennte Einstellwiderstände
vorgesehen. Das ist erforderlich, wenn die Komponenten VE- und VA-
zwecks
optimaler Anpassung verschiedene Höhen haben. Der Verlauf der Ströme in den beiden
spannungsabhängigen Vormagnetisierungskreisen ist in Fig. 5 g wiedergegeben. Der
dem Anteil VE - proportionale Einschaltvormagnetisierungsstrom setzt im Zeitpunkt
a = o ein, in welchem die Phasenspannungen es und ei einander gleich sind, und steigt
während der Einschaltstufe proportional einer Sinuslinie, entsprechend dem nicht
besonders dargestellten Spannungsunterschied eia zwischen ei und es, an. Dazu gehört
die Spannungsfläche DiE in Fig. 5a. Dabei ist zu beachten, daß an dem betrachteten
Vormagnetisierungskreis nur die Hälfte der Spannung ei, auftritt, wenn er, wie gezeichnet,
gerade an der Mitte der Schaltdrossel angeschlossen ist. Während des überlappungsabschnittes
der Lastströme fällt er auf eine der induktiven Spannung an der gesättigten Schaltdrossel
der Phase R entsprechende Kurve ab, entsprechend der Spannungsfläche D1 in Fig.
5 a, und hört nach beendeter Stromübergabe völlig auf, da dann an der Schaltdrossel
der Phase R keine Spannung mehr vorhanden ist. Der dem Anteil VA - entsprechende
Ausschaltvormagnetisierungsstrom
beginnt in dem Augenblick, wo
infolge der Stromübergabe der Lastströme i1 und i2 eine induktive Spannung umgekehrten
Vorzeichens an der Schaltdrossel der Phase R auftritt, entsprechend der Spannungsfläche
Dl in Fig. 5 a, und steigt nach Beendigung der Stromübergabe auf einen der Schaltdrosselspannung
während der Ausschaltstufe proportionalen Wert an. An der Schaltdrossel liegt während
dieses Abschnittes der ebenfalls nicht besonders dargestellte Spannungsunterschied
e21 zwischen e2 und e1, dem in Fig. 5 a die Spannungsfläche D1 A entspricht,
und dementsprechend entfällt auf den betrachteten Vormagnetis.i-erungskreis die
Hälfte der Spannung e21. Nach Ablauf der Ausschaltstufe folgt dieser Vormagnetisierungsstrom
weiterhin dem Verlauf der Spannung e21, jedoch mit doppelter Höhe, weil am ohmschen
Widerstand des VormagnetisierungskTeises jetzt nicht mehr die halbe, sondern nach
Sättigung der Schaltdrossel .die ganze Sperrspannung e21 liegt. Er verläuft dann
weiterhin entsprechend der Kurve der Sperrspannung bis zurr Ende der Periode. Im
letzten Abschnitt, der für eine Rückmagnetisierung, z. B. nach Fig. 5 f, zur Verfügung
steht, ist in, der Sperrspannung dem sinusförmigen Grundverlauf noch eine zusätzliche
Spannung, nämlich die Hälfte der an der Schaltdrossel bei der Rückmagnetisierung
auftretenden Spannung überlagert, sofern durch den Rückmagnetisierungsimpuls bereits
ein Teil der Stufe vor dem Punkt a = o ummagnetisiert wird. Diese Spannungsüberlagerung
ist in Fig. 5 g gestrichelt angedeutet.
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Fig. 3 weist gegenüber Fig. 2 lediglich den Unterschied auf, daß nur
ein einziger, gemeinsamer Widerstand unter Fortlassung der Ventile für die beiden
spannungsabhängigen Voirmagnetisierungskompanenten VE- und VA- verwendet wird. Das
ist zulässig, wenn VE- und h,4- gleiche Höhen haben, die dem Wert Ho in Fig. i des
Hauptpatentes entsprechen. Dieses wiederum setzt voraus, da,ß VE- erst bei
a = o beginnt, wie in den Fig. 5 d und 5 e. Bei dem .durch Fig. 5 c wiedergegebenen
Verlauf der gleichbleibenden Vormagnetisierungsanteile darf vor dem Zeitpunkt a
= o der zur statischen Ummagnetisierung erforderliche Durchflutungswert von der
resultierenden Gesamtlurchflutung der betreffenden Schaltdrossel nicht überschritten
werden, wenn eine vorzeitige Rückmagnetisierung vermieden werden soll. Der Kurvenverlauf
für Fig. 3 entspricht demjenigen für Fig. 2.
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In Fig: 4 ist der Kreiss der spannungsabhängigen Ausschaltvormagnetisierung
11A- anstatt als Längskreis als Querkreis ausgeführt, indem er an die Folgephase
zwischen Transformatorwicklung S und Schaltdrosselwicklung 3 angeschlossen ist.
Dieses hat, wie der in Fig. 5 h dargestellte Stromverlauf erkennen läßt, den Vorteil
kleinerer Vormagnetisierungsverluste. Der Vormagnetisierungsstrom setzt hier zwar
bereits im Zeitpunkt a = o ein und verläuft zunächst nach einer Sinuskurve, die
der vollen verketteten Spannung am Widerstand des Vormagnetisierungskreises entspricht.
Er nimmt sodann während des Überlappungsabschnittes der Lastströme Werte an, deren
Höhe ungefähr das Dreifache der Werte des gleichen Abschnittes in der Kurve nach
Fig. 5 g beträgt, weil hier die induktive Spannung von eineinhalb Drosselwicklungen
am Widerstand des Vormagnetisierungskreises wirksam ist statt der Spannung von nur
einer halben Drosselwicklung in jedem Falle nach Fig. 5 g. Anschließend hat der
Vormagnetisierungsstrom während der Stufe und nachher zunächst den gleichen Verlauf
wie die Kurve nach Fig. 5 g, und zwar bis zum Beginn des Überlappungsabschnittes
der Ströme i2 und i3. Von da ab steigt er nur noch um die induktive Spannung der
Transformatorwicklung der Phase S weiter an und folgt nach Beendigung der Stromübergabe
wieder dem Verlauf der erwähnten Sinuslinie bis zu ihrem Nullwert, worauf der ganze
weitere Abschnitt bis zum Zeitpunkt a = o stromlos ist, sofern die Rückmagnetisierungsspannung
an der Hälfte der Hauptwicklung nicht die jetzt wieder positive Spannung e12 übersteigt.
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Der Effektivwert des Vormagnetisierungsstromes gemäß Fig.5h ist kleiner
als derjenige nach Fig. 5 g, und zwar um so mehr, je weniger die Gleichspannung
herabgeregelt ist. Wegen der hierdurch bedingten Kleinheit der Verluste ist diese
Schaltung der beiden spannungsabhängigen Vormagnetis.ierungskrese allgemein, ungeachtet
anderer Kreise für Rückmagnetisierung oder anderer Vormagnetisierungsanteile, bevorzugt
anwendbar für Schaltstromrichter, bei denen durch die Antriebsart eine Uberlappung
der Kontaktzeiten aufeinanderfolgender Phasen gewährleistet ist, also z. B. für
Kontaktumformer mit Synchronmotorantrieb.
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Durch die in Fig. 4 wahlweise angedeutete Verwendung eines gesteuerten
Ventils 24 an Stelle des ungesteuerten Ventils z2 im Stromkreis von Tlä ^' kann
der Leistungsverbrauch noch weiter gesenkt werden. Läßt man nämlich das Ventil 24
erst durch die an der Schaltdrossel beim Beginn der Ausschaltstufe anspringende
Spannung zünden, so setzt der Strom durch den Vormagnetisierungskreis erst in diesem
Augenblick ein, so daß nur die schraffierte Fläche verbleibt. Diese Schaltung ist
im Hinblick auf eine gewisse Störanfälligkeit des gesteuerten Ventils nur mit Vorbehalt
anwendbar.
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Der Kreis der spannungsabhängigen Einschaltvormagnetisierung VE- ist
in Fig. 4 der gleiche wie in Fig. 2. Der Stromverlauf entspricht daher dem Einschaltabschnitt
der Fig. 5 g.
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Wird nach dem Vorbild der Fig. i auch in den Anordnungen der Fig.2
und 4 das ungesteuerte Ventil 15 bei mechanischer Teilaussteuerung durch
ein gesteuertes Ventilersetzt, so beginnt der Strom erst in dem jetzt um einen Winkel
a verzögert angenommenen Schließungszeitpunkt E des Kontaktes oder bei Verwendung
eines Vorkontaktes zur Ventilsteuerung kurz vorher und hört wiederum nach Beendigung
der überlappung der Lastströme auf, wie es durch den schraffierten Teil des Einschaltabschnittes
in Fig. 51i veranschaulicht ist.
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Werden ferner nach einem früheren Vorschlag beispielsweise in einer
DreidTosselschaltung auch
die Stromkreise der spannungsabhängigenEinschaltvormagnetisierung
durch Anschluß an die vorhergehende Phase als Querkreise mit gesteuerten Ventilen
ausgeführt, so würde sich zunächst der gleiche Stromverlauf ergeben wie im Einschaltabschnitt
der Fig. 5 h. Anschließend würde sich jedoch der Strom entlang der gestrichelt gezeichneten
Sinuslinie bis zu deren Nulldurchgang fortsetzen. Es ist ersichtlich, daß der Leistungsverbrauch
bei dieser Anordnung größer ist als bei der Anordnung als Längskreise. Aus diesem
Grunde verdient die letztere den Vorzug.
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Die Ausführung mit Querkreisen für die spannungsabhängige Einschaltvormagnetisierung
ist übrigens nur dann möglich, wenn, wie bei der erwähnten Drei:drosselschaltung,
für das Einschalten besondere Schaltdrosselkerne verwendet werden.
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Die Ausführung der Vormagnetisierung mit allen vier bzw. einschließlich
der Rückmagnetisierung mit fünf Komponenten erfüllt die höchsten Ansprüche. Bei
geringeren Ansprüchen lassen sich Vereinfachungen durch Einsparung einzelner Komponenten
erzielen. Dieses trifft insbesondere für das Einschalten zu, weil es dabei auch
durch einen weniger genauen Abgleich nicht zu einer unmittelbaren Gefährdung der
Betriebssicherheit kommen kann. Auch beim Ausschalten ist unter Umständen ein genauer
Abgleich zu umgehen, `venn nämlich z. B. zusätzlich an sich bekannte Nebenwege zu
den Kontakten verwendet werden. Jedoch ist beim Ausschalten die Werkstoffwanderung
bei. genauem Abgleich ohne Nebenwege immer noch geringer als bei Anhebung der Stufe
über die Nullinie und Benutzung von Nebenwegen.
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Beim Einschalten kann in manchen Fällen, z. B. bei mechanischer Teilaussteuerung,
auf die spannungsabhängi.ge Einschaltkomponente verzichtet werden, wenn die Einschaltstufe
genügend lang ist, d. h. mit geringer Ummagnetisierungsgeschwindigkeit durchlaufen
wird, wie es z. B. bei gleichzeitiger Verwendung der mechanischen und der magnetischen
Teilaussteuerungsregelung der Fall ist.
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Zu beachten ist, daß die Höhe des resultierendn Durchflutungsimpulses
stets, auch bei der Rückmagnetisierung, durch die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit
nach der in Fig. i des Hauptpatentes dargestellten Abhängigkeit gegeben ist und
somit durch die den Hilfswicklungen der Schafdrossel aufgedrückte Windungsspannung
beeinflußt wird. Dementsprechend wird beispielsweise eine Vergrößerung der Impulshöhe
durch Verstellung des Erregergleichstromes in den Transduktoranordnungen nur insoweit
wirksam, als sie sich durch Erhöhung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit des betreffenden
Schaltdrosselkernes durchsetzt. Dazu ist es notwendig, daß die Hilfsspannung zur
Speisung der betreffenden Transduktoranordnung hoch genug gewählt und die Stabilisierungsdrossel
des zugehörigen Gleichstromerregerkreises ausreichend bemessen wird.
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Trine Veränderung der Impulsdauer ist nach dem oben Gesagten durch
Änderung des Übersetzungsverhältnisses einer der beiden Hälften der unsymmetrischen
Reihentransduktoranordnungen möglich. Zum Zwecke nachträglicher Veränderung kann
deshalb mindestens eine der vier Wicklungen jeder Phase einer Transduktoranordnung
mit umschaltbaren Anzapfungen versehen sein. Dadurch wird das Durchflutungsver'hältnis
einer Transduktorhälfte veränderbar gemacht. Dasselbe kann durch Veränderung der
Vorerregung mindestens einer der beiden Transduktorhälften erreicht werden. Zu diesem
Zweck ist zu einer der beiden hintereinandergeschalteten Gleichstromwicklungen ein
zusätzlicher Stromkreis parallel zu schalten, oder die Gleichstromwicklungen einer
Phase sind parallel statt hintereinander zu schalten. In beiden Fällen ist jeder
der verschiedenen parallelen Stromkreise für sich mit einem Einstellwiderstand und
einer genügend großen Stabilisierungsdrossel auszustatten.
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Durch die beschriebene Veränderung der Dauer bzw. der effektiven Spannungshöhe
des Rückmagnetisierungsimpulses, aus deren Zusammenwirken sich das für die Ummagnetisierung
maßgebende Spannungs-Zeit-Integral ergibt, kann eine verschieden starke Verkürzung
der Einschaltstufe und somit eine verschiedene Länge der Reststufe erzielt werden.
(Hierbei ist unter Stufenlänge die auf einen bestimmten Spannungswert, gewöhnlich
den Scheitelwert der Kommutierungsspannung bezogene relative Länge zu verstehen.)
Verschiedene Länge der Reststufe bedeutet verschiedene Teilaussteuerungsgrade. Infolgedessen
läßt sich mit der vorerwähnten Veränderung eine Spannungsregelung durch magnetische
Teilaussteuerung erzielen.
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Andererseits ist es bei Spannungsregelung durch mechanische Teilaussteuerung,
d. h. mittels Verstellung des Einschaltzeitpunktes, häufig erwünscht, eine Einschaltstufe
von gleicher absoluter Länge für verschiedene Aussteuerungsgrade zu erhalten. Dazu
muß bei Vollaussteuerung wegen der geringen Werte der Kommutierungsspannung ein
größeres rückmagnetisierendes Spannungszeitintegral wirksam sein als bei Teilaussteuerung.
Eine selbsttätige Regelung dieser Art wird bei Verwendung der beschriebenen Veränderungsmittel
beispielsweise durch deren elektrische oder mechanische Kopplung mit der Einrichtung
zur Regelung des Aussteue.rungsgrades oder durch eine von der Lage des Einschaltzeitpunktes
beeinflußte Abhängigkeitsschaltung erzielt.