DE930882C - Switching arrangement for converting heavy current - Google Patents
Switching arrangement for converting heavy currentInfo
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Description
Schaltanordnung zur Umformung von Starkstrom Die Erfindung betrifft in erster Linie eine Schaltanordnung, mit der Starkstromumformer mit mechanisch bewegten Kontakten hinsichtlich der sich periodisch wiederholenden Einschaltvorgänge verbessert werden können. Zu diesem Zweck kann bekanntlich zu den Kontakten ein Hilfsstromzweig parallel geschaltet sein, der eine Entladungsstrecke enthält. Diese wird durch Synchronsteuerung jedesmal kurz vor der Kontaktschließung gezündet.Switching arrangement for converting heavy current The invention relates to primarily a switching arrangement, with the power converter with mechanical moving contacts with regard to the periodically repeating switch-on processes can be improved. For this purpose, as is well known, one of the contacts Auxiliary branch, which contains a discharge path, can be connected in parallel. These is triggered by synchronous control each time shortly before the contact closes.
Erfindungsgemäß kann die Anordnung in der Weise vorteilhaft weiter ausgebildet werden, daß die Zündung,der Entladungsstrecke nach Art einer Gittersteuerung von einem bei der Schließung der Hauptkontakte sich abspielenden Vorgang gesteuert wird. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.According to the invention, the arrangement can advantageously continue in this way be designed that the ignition, the discharge path in the manner of a grid control controlled by a process that takes place when the main contacts are closed will. Various exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.
Fig. i zeigt eine dreiphasige Umformungsanordnung in Brückenschaltung, durch .die beide Halbwellen des umzuformenden Wechselstromes ausgenutzt werden; Fig. 2 enthält eine Einzelheit der in Fig. i dargestellten Anordnung; ;die Fig.3 und 4 zeigen abgeänderte Schaltanordnungen in einphasiger Darstellung, aus der Anordnungen beliebiger Phasenzahl in mehr oder weniger enger Anlehnung an Fig. i ohne weiteres abgeleitet werden können.Fig. I shows a three-phase conversion arrangement in a bridge circuit, through .the two half-waves of the alternating current to be converted are used; Figure 2 contains a detail of the arrangement shown in Figure i; ; Figure 3 4 and 4 show modified switching arrangements in a single-phase representation, from the arrangements any number of phases in a more or less close relationship to Fig. i without further ado can be derived.
Nach Fig. i führen die von einem Drehstromnetz kommenden Leitungen der drei Phasen u, v, w zunächst zu Drosselspulen i i mit einem Magnetkern 12, der bei Nennstrom hochgesättigt ist und durch seine Entsättigung .bei einem -sehr kleinen Stromwert in der Nähe des .Strom-nullwertes eine die Unterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorruft. Der Magnetkern besteht vorzugsweise aus einer hochwertigen Eisenlegierung, so daß seine Magnetkennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen ,die Flußachse geneigt ist, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete einen möglichst scharfen Knick aufweist und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verläuft. Zur zusätzlichen Steuerung des Magnetisierungszustandes kann der Drosselkern 12 mit einer besonderen Vormagnetisierungswicklung 13 versehen sein. Bei der dargestellten Brückenschaltung ist zur Vorma@gnetisierung ein Hilfswechselstrom zu verwenden. In Reihe mit .den genannten Drosseln i i können Hilfsdrosseln i4 angeordnet sein, deren Magnetkern i 5 die vorgenannten Eigenschaften womöglich in noch höherem Grade besitzen soll. Die Drosseln 14 sind ebenfalls bei Nennstrom hochgesättigt und werden vorzugsweise mittels einer zusätzlichen Vorm.agnetisierungswicklung 16 so gesteuert, daß sie sich jedesmal bei der Schließung der mit ihnen in Reihe liegenden Kontaktstellen in ungesättigtem Zustand befinden. Dadurch wird der bei der Kontaktschließung entstehende Strom vorübergehend auf sehr kleine Augenblickswerte begrenzt, bis die Drossel 14 ihren Sättigungswert erreicht hat: Die Kontaktstellen i bis 6 werden in der Reihenfolge ihrer Bezifferung in gleichmäßigen Zeitabständen während jeder Wechselspannungsquelle abwechselnd geschlossen und geöffnet. Sie können vorzugsweise aus je zwei ruhenden Kontaktstücken 17 und 18 und einer beweglichen Schaltbrücke ig bestehen. Die letzteren werden entweder von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Synchronmotor angetrieben, der von dem gleichen Netz wie die Uräformungsanordnung gespeist wird, oder von synchron arbeitenden elektromagnetischen Steuereinrichtungen, die zur Kontaktschließung in Abhängigkeit von der Netzspannung und zur Kontaktöffnung vorteilhaft in Abhängigkeit von Größe und/oder Verlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuert werden können. An der Antriebsvorrichtung können Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, mit denen die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung verschoben werden können. Damit kann der Aussteuerungsgrad der Umformungsanordnung geändert und die Ausgangsspannung geregelt werden. Zu den einzelnen Kontaktstellen können vorzugsweise kapazitive Nebenpfade parallel geschaltet sein, durch die der Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den sich öffnenden Kontakten verzögert wird.According to Fig. I, the lines of the three phases u, v, w coming from a three-phase network initially lead to choke coils ii with a magnetic core 12, which is highly saturated at the rated current and due to its desaturation -zero value causes a low-current pause to facilitate the interruption. The magnetic core is preferably made of a high-quality iron alloy so that its magnetic characteristic curve in the unsaturated area is inclined as little as possible against the flow axis, has as sharp a kink as possible at the transition points into the saturated areas and runs as parallel as possible to the exciter axis in the saturated areas. For additional control of the magnetization state, the choke core 12 can be provided with a special premagnetization winding 13. In the bridge circuit shown, an auxiliary alternating current is to be used for pre-magnetization. In series with the mentioned chokes ii, auxiliary chokes i4 can be arranged, the magnetic core i 5 of which should possibly have the aforementioned properties to an even higher degree. The chokes 14 are also highly saturated at the rated current and are preferably controlled by means of an additional pre-magnetization winding 16 in such a way that they are in an unsaturated state each time the contact points in series with them are closed. As a result, the current generated when the contacts are closed is temporarily limited to very small instantaneous values until the throttle 14 has reached its saturation value: The contact points i to 6 are alternately closed and opened in the order of their numbering at regular intervals during each AC voltage source. They can preferably consist of two stationary contact pieces 17 and 18 and a movable jumper ig. The latter are driven either by a synchronous motor, not shown in the drawing, which is fed by the same network as the Uräformungsanordnung, or by synchronously operating electromagnetic control devices, which for contact closure depending on the mains voltage and for contact opening advantageously depending on size and / or the course of the current to be interrupted can be controlled. Auxiliary devices can be provided on the drive device with which the position of the switching times can be shifted with respect to the phase position of the alternating voltage. In this way, the degree of modulation of the conversion arrangement can be changed and the output voltage can be regulated. Capacitive secondary paths can preferably be connected in parallel to the individual contact points, by means of which the rise in the recurring voltage at the opening contacts is delayed.
Zur Überbrückung der Kontaktstellen beim Schließungsvorgang ist ein Hilfsstromkreis vorgesehen, der eine Entladungsstrecke 2o, z. B. ein Glühkathodenrohr oder ein Gefäß mit flüssiger Kathode, .enthält. Diese kann durch eine Umschalteinrichtung 23 abwechselnd zwischen je zwei von den drei Wechselstromphasen u, v, w gelegt werden. Die Umschalteinrichtung besitzt beispielsweise, wie Fig.2 zeigt, drei Schleifsegmente, die über Schleifringe mit den Phasen 2c, v, w verbunden sind, gegebenenfalls über Sicherungen 27. Die nicht gezeichnete Antriebsvorrichtung für die Schleifsegmente muß ebenfalls synchron mit der Wechselspannung laufen und kann zudiesiemZweck mit der Antriebsvorrichtung für die Hauptkontakte gekuppelt sein.To bridge the contact points during the closing process, an auxiliary circuit is provided, which has a discharge path 2o, z. B. a hot cathode tube or a vessel with a liquid cathode. Contains. This can be placed alternately between two of the three alternating current phases u, v, w by a switching device 23. The switching device has, for example, as Figure 2 shows, three slip segments, w connected via slip rings to the phases 2c, v, optionally 27 via fuses the not shown driving device for the grinding segments must also run synchronously with the AC voltage and can zudiesiemZweck be coupled to the drive device for the main contacts.
Betrachtet werde ein Zeitpunkt, in welchem die Kontaktstelle i .der Phase u geschlossen werden soll. Die Kontaktstellen 5 der Phase w und 6 der Phase v sind in diesem Augenblick geschlossen, die Kontaktstellen 2, 3 und 4 geöffnet. Drehen sich jetzt die Schleifsegmente in Richtung des in Fig. 2 eingetragenen Pfeiles, so wird die Phase u mit der Phase w über das Entladungsrohr 2o verbunden. Die Kontaktbrücke ig an der Kontaktstelle i treffe bei ihrer Schließbewegung zuerst auf den Kontakt 17. Sie schließt hierdurch einen weiteren Hilfsstromkreis über einen der,Strombegrenzungswiderstände 31 und einen Teil der Primärwicklung eines Hilfstransformators 24. In .diesem Hilfskreis entsteht unter dem Einfluß der zwischen den noch nicht geschlossenen Kontakten 18 und ig herrschernden Spannung ein Stromstoß, .der in der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 24 eine Spannung erzeugt. Durch diese wird die von einer Gitterbatterie 25 gelieferte Vorspännung um so viel .erhöht, daß die Entladungsstrecke 2o .gezündet wird. Die Entladungsspannung kann teilweise oder ganz von einer weiteren Batterie 21 gedeckt werden, zu der ein Kondensator 22 parallel geschaltet sein kann. Jetzt ist der Kontakt ig mit dem Kontakt 18 über die noch geschlossene Kontaktstelle 5, die Umschalteinrichtung 23 und das Entladungsrohr 2o verbunden, ohne daß ein gefährlicher Spannungsunterschied zwischen ihnen besteht. Die endgültige Schließung der Kontaktstelle i durch Berührung der Kontakte 18 und ig geht daher im wesentlichen spannungsfrei vor sich. Reicht die Spannung der Hilfsbatterie 21 nicht aus, um die Entladungsspannung des Rohres 2o völlig zudecken, so entfällt,auf die sich schließenden Tontakte i8 und ig eine geringe Restspannung. Diese kann durch entsprechende Bemessung der Batteriespannung 21 so klein gehalten werden, daß zwischen den Kontaktstücken ig und 2o bei Dauerbetrieb keine merkliche Materialwanderung stattfinden kann, z. B. kleiner -als io Volt.Consider a point in time at which the contact point i .der Phase u should be closed. The contact points 5 of phase w and 6 of phase v are closed at this moment, contact points 2, 3 and 4 are open. If the grinding segments now rotate in the direction of the arrow shown in Fig. 2, so the phase u is connected to the phase w via the discharge tube 2o. The contact bridge ig at the contact point i meets the contact first when it closes 17. This closes another auxiliary circuit via one of the current limiting resistors 31 and part of the primary winding of an auxiliary transformer 24. In .this auxiliary circuit arises under the influence of the contacts 18 between the not yet closed contacts and ig prevailing voltage a current surge, .der in the secondary winding of the auxiliary transformer 24 generates a voltage. This is the one supplied by a grid battery 25 The preload is increased by so much that the discharge path 20 is ignited. the Discharge voltage can be partially or completely covered by a further battery 21 to which a capacitor 22 can be connected in parallel. Now is the contact ig with the contact 18 via the still closed contact point 5, the switching device 23 and the discharge tube 2o connected without a dangerous voltage difference exists between them. The final closure of the contact point i by touch the contacts 18 and ig is therefore essentially stress-free. Enough the voltage of the auxiliary battery 21 does not match the discharge voltage of the tube Cover 2o completely, so there is no need for the closing bars i8 and ig one low residual stress. This can be achieved by appropriately dimensioning the battery voltage 21 are kept so small that between the contact pieces ig and 2o in continuous operation no noticeable material migration can take place, e.g. B. less than 10 volts.
Damit die Kontaktbrücke ig stets zuerst den Kontakt 17 berührt, kann dieser gegenüber dem Kontakt 18 in Kontaktrichtung etwas vorgeschoben sein. Es genügt eine Zeitdifferenz in der Größenordnung von 1o-4 Sekunden bzw. ein Unterschied von wenigen hundertstel Millimetern zwischen der Stellung der Kontakte 17 und 18, da der Gesamthub der Kontaktbrücke ig in der Größenordnung von einem oder mehreren Millimetern liegt. Statt der verschiedenen Einstellung i der ruhenden Kontaktstücke kann die gleiche Wirkung auch mittels eines an der Kontaktbrücke ig oder an dem Kontaktstück 17 angeordneten Vorkontaktes erzielt werden. Materialwanderung an der Stelle der ersten Kontaktberührung kann durch entsprechende Bemessung der Begrenzungswiderstände 3 i verhütet werden. Der Gitterstromkreis des Rohres 2o kann vorteilhaft mit einem Begrenzungswiderstand 26 und mit einer Abschirmung versehen sein, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Der Gittertränsformator 24 kann etwa für ein Übersetzungsverhältnis von i : 5 ausgelegt sein. Die Umse'haltei:nrichtUng 23 kann statt mit Schleifsegmenten auch mit Abhebekontakten ausgerüstet sein, die ebenso wie die Hauptkontakte in Gleichrichterschaltu@ng geschaltet sein und ähn,l,icih wie diese, z. B. mittels Nocken, Exzenter od.,dgl. vorzugslveise über starre und der Länge nach einstellbare Zwis,dhenstößel, angetrieben werden können. Bei der Anordnung nach Fig.3 ist es gleichgültig, welcher von den beiden ruhenden Kontakten 17 und 18 zuerst mit der bewegten Kontaktbrücke ig in Berührung kommt. Trifft sie nämlich zuerst auf den Kontakt 18, so wird der zur Gitterzündung erforderliche Stromstoß mittels einer zusätzlichen Spannung, z. B. einer Batterie 28, hervorgerufen, die in einem an die bewegliche Kontaktbrücke ig angeschlossenen zusätzlichen Hilfsstromkreis angeordnet ist. Dieser Hilfsstromkreis enthält außerdem einen Kondensator 29 und einen Begrenzungswiderstand 3o. Die Spannung der Batterie 28 und der Wert .des Begrenzungswiderstandes 30 werden so gewählt bzw. eingestellt, daß störende Materialwanderung zwischen den zuerst miteinander in Berührung kommenden Kontaktteilen mit Sicherheit vermieden wird. Eine gewisse kleine Einschaltleistung kann .u. U. vorteilhaft sein, indem sie durch Verbrennung etwa herzutretender Schmutzteilchen für Siauberhaltung der Kontaktflächen sorgt. Dieser günstige Wert der Einschaltleistung kann versuchsmäßig durch Verstellung des Widerstandes 30 ermittelt werden. Eine Anzahl zusätzlicher Hilfseinrichtungen, die in Verbindung mit Fig. i beschrieben sind, kann insbesondere bei mehrphasiger Anordnung zur Vervollständigung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung herangezogen werden. Die Voraussetzung, :daß die Kontaktbrücke i g mit den ruhenden Kontakten 17 und 18 nicht genau gleichzeitig, sondern mit einem Zeitunterschied: von etwa io-4 Stekunden in Berührung kommt, ist gewöhnlich infolge unvermeidlicher Ungenauigkeiten bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Kontakteinrichtung von vornherein ohne weiteres erfüllt. Sollte es der Zufall einmal wollen, daß die beiden Kontaktstellen gleichzeitig geschlossen werden, so würde :die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung zunächst unwirksam sein. Infolgedessen würde .an den Kontaktstellen zunächst Materialwanderung auftreten. Diese wird jedoch abgestoppt, sobald sie so weit fortgeschritten ist, daß an .der einen oder anderen Kontaktstelle eine verfrühte Berührung stattfindet, da in diesem Falle die Voraussetzung für die Wirksamkeit der beschriebenen Hilfsanordnung gegeben ist.So that the contact bridge ig always touches the contact 17 first, the latter can be pushed forward somewhat in the contact direction with respect to the contact 18. A time difference of the order of magnitude of 10-4 seconds or a difference of a few hundredths of a millimeter between the position of the contacts 17 and 18 is sufficient, since the total stroke of the contact bridge ig is in the order of magnitude of one or several millimeters. Instead of the different settings i of the stationary contact pieces, the same effect can also be achieved by means of a pre-contact arranged on the contact bridge ig or on the contact piece 17. Material migration at the point of first contact can be prevented by appropriate dimensioning of the limiting resistors 3 i. The grid circuit of the pipe 2o can advantageously be provided with a limiting resistor 26 and with a shield, which is indicated in the drawing by a dashed line. The lattice drain transformer 24 can be designed for a transmission ratio of i: 5, for example. The Umse'haltei: nrichtUng 23 can be equipped with lifting contacts instead of sliding segments, which, like the main contacts, are connected in a rectifier circuit and are similar to these, e.g. B. by means of cams, eccentric., Like. can preferably be driven via rigid and length-adjustable intermediate plungers. In the arrangement according to FIG. 3, it does not matter which of the two resting contacts 17 and 18 comes into contact first with the moving contact bridge ig. If it hits contact 18 first, the current surge required to ignite the grid is triggered by means of an additional voltage, e.g. B. a battery 28, which is arranged in an additional auxiliary circuit connected to the movable contact bridge ig. This auxiliary circuit also contains a capacitor 29 and a limiting resistor 3o. The voltage of the battery 28 and the value of the limiting resistor 30 are selected or set in such a way that disruptive material migration between the contact parts which first come into contact with one another is reliably avoided. A certain small switch-on power can .u. U. be advantageous in that it ensures that the contact surfaces are kept clean by burning any dirt particles that may enter the area. This favorable value of the switch-on power can be determined experimentally by adjusting the resistor 30. A number of additional auxiliary devices, which are described in connection with FIG. I, can be used to complete the circuit shown in FIG. 3, in particular in the case of a multiphase arrangement. The prerequisite: that the contact bridge ig does not come into contact with the stationary contacts 17 and 18 at exactly the same time, but with a time difference of about 10-4 hours, is usually absent from the outset due to inevitable inaccuracies in the manufacture and assembly of the contact device further fulfilled. Should it ever happen that the two contact points are closed at the same time, the auxiliary device according to the invention would initially be ineffective. As a result, material migration would initially occur at the contact points. However, this is stopped as soon as it has progressed so far that premature contact takes place at one or the other contact point, since in this case the prerequisite for the effectiveness of the auxiliary arrangement described is given.
Statt durch einen Vorkontakt kann die Zündung des Entladungsrohres auch durch einen Vorentladungsfunken an der Hauptunterbrechungsstrecke verursacht werden. Für -diesen Fall genügt auch eine einfache Hauptunterbrechungsstrecke. In Fig. q. ist eine entsprechende Anordnung, jedoch wiederum mit einer Doppelunterbrechungsstrecke, dargestellt, weil :eine solche für Starkstromumformer ohnehin noch andere Vorteile ;aufzuweisen hat. Die Spannung der Batterie 28 ist hier so groß gewählt, daß sie größer ist als die Sperrspannung am Kontakt und die Luftüberschlagspannung zwischen den sich nähernden Kontakten zusammengenommen. Bei Zoo V Sperrspannung wird man beispielsweise eine Batteriespannung von iooo V, mindestens 6oo V, wählen. Damit durch den Überschlagfunken an den Kontakten keine Zerstörung angerichtet werden kann, ist ein zusätzlicher Widerstand 31 vorgesehen, der so groß (z. B. io6 Ohm) gewählt wird, daß der Strom höchstens einen Wert von etwa i Milliampere annehmen kann. Der-Gittertransformator24 muß dazu für einen sehr kleinen Magnetisierungsstrom ausgelegt sein, damit,die Zündung ,des Rohres 2o rechtzeitig einisetzt. Eine zurDeckung derEntladungsspannung dienende Gleichspannung wird bei der Anordnung nach Fig. q. von einem Kondensator 32 geliefert, der mittels eines zusätzlichen Wechselstromtransformators33 über einHilfs@ventil3q.aufgeladen wird. Im Entladungsstromkreis kann noch eine Drossel 35 vorgesehen sein, die dazu dient, nach vollständiger Schließung der Hauptkontakte 17 bis ig den Übergang des zunächst über das Entladungsrohr 20 fließenden Stromes vom Rohrstromzweig auf den über die geschlossenen Hauptkontakte führenden Strompfad zu verlangsamen: -Dadurch werden die Hauptkontakte im Schließungsaugenblick noch sicherer vor Strombeanspruchung bewahrt. In Fig. q. ist auch ein paralleler Strompfad, enthaltend einen Kondensator 36 und einen Widerstand 37, eingezeichnet, durch den, wie oben erwähnt, bei der Kontaktöffnung der Anstieg der wiederkehrenden Spannung, insbesondere in Verbindung mit der Sättigungsdrossel i i, 12, verzögert werden kann. Die Anordnung nach Fig. q. kann durch zusätzliche Einrichtungen nach Fig. i bis 3 vervollständigt werden und umgekehrt.Instead of a pre-contact, the ignition of the discharge tube can also be caused by a pre-discharge spark at the main interruption line. In this case, a simple main interruption line is sufficient. In Fig. Q. a corresponding arrangement is shown, but again with a double interruption path, because: such an arrangement has other advantages for power converters anyway. The voltage of the battery 28 is selected here so that it is greater than the reverse voltage at the contact and the air flashover voltage combined between the approaching contacts. In the case of Zoo V reverse voltage, a battery voltage of 100 V, at least 600 V, will be selected, for example. So that the contacts cannot be destroyed by the flashover spark, an additional resistor 31 is provided, which is selected to be so large (e.g. 10 6 ohms) that the current can have a maximum value of approximately 1 milliamperes. The grid transformer24 must be designed for a very small magnetizing current so that the ignition of the tube 2o starts in good time. A DC voltage serving to cover the discharge voltage is used in the arrangement according to FIG. supplied by a capacitor 32, which is charged by means of an additional AC transformer 33 via einHilfs@ventil3q. A choke 35 can also be provided in the discharge circuit, which, after the main contacts 17 to ig have completely closed, slows down the transition of the current initially flowing via the discharge tube 20 from the pipe branch to the current path leading via the closed main contacts Protected even more securely from current stress at the moment of closure. In Fig. Q. a parallel current path containing a capacitor 36 and a resistor 37 is also drawn in, by means of which, as mentioned above, the rise in the recurring voltage, especially in connection with the saturation reactor ii, 12, can be delayed when the contact is opened. The arrangement according to Fig. Q. can be completed by additional devices according to Fig. i to 3 and vice versa.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES9278D DE930882C (en) | 1941-01-01 | 1941-01-01 | Switching arrangement for converting heavy current |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DES9278D DE930882C (en) | 1941-01-01 | 1941-01-01 | Switching arrangement for converting heavy current |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE930882C true DE930882C (en) | 1955-07-25 |
Family
ID=7472956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DES9278D Expired DE930882C (en) | 1941-01-01 | 1941-01-01 | Switching arrangement for converting heavy current |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE930882C (en) |
-
1941
- 1941-01-01 DE DES9278D patent/DE930882C/en not_active Expired
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