-
Kontaktumformer für Starkstrom Die Erfindung bezweckt in erster Linie
die Verbesserung von Starkstromumformern mit mechanisch bewegten Kontakten hinsichtlich
des jedesmal:ige.n Einschaltvorganges, Bei den Einschaltvorgängen besteht nämlich
die Gefahr, dali infolge der zwischen den geöffneten Kontakten vorhandenen Spannung
kurz vor dem Beginn der Kontaktberührung eine Vorentladung entsteht, die schädlidhen
Abbrand oder zum mindesten unerwünschte Materialwanderung an den Kontakten verursachen
kann. Erfindungsgemäß wird eine die Einschaltspannung der Kontakte mindestens teilweise
kompensierende Zusatzspannung an den Kontakten jedesmal kurz vor dem Schließungsvorgang
hervorgerufen. Dadurch kann- schädliches Schaltfeuer bei der Kontaktschließung weitgehend
unterdrückt werden, so daß der Kontaktumformer für höhere Betriebsspannungen verwendbar
ist.
-
In -der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar das Schaltschema eines dtreiphasigen Hochspannungsumformers
nebst zugehörigen. Hilfseinrichtungen. Die Erfindung -ist aber auch bei Einphasen.anordnungen
und bei Mehrphasenanor dnungen beliebiger Phasenzahl verwendbar.
-
An ein Wechselstromnetz io ist die Primärwicklung i i eines Transformators
.a@nges:chl,o@s,sen, dessen Sekundärwicklung 12 hochgespannten Drehstrom zur Speisung
des Kontaktumformers liefert. An die Sekundärwicklung 12 sind über .Schaltdrosseln
13, 1q., 15 die Kontakteinrichtungen 17, 18 und i9 des Umformers angeschlossen.
Die Schaltdrosseln
13> 14, 15 haben einen Magnetkern aus einer hochwertigern
Eisensorte mit sehr hoher Sättigungsinduktion, dessen Ma@gneti@sierungskennli.nie
.im ungesättigten Gebiet möglichst wenig igegen-. die Flußachse geneigt ist, an.
den Übergängen, in, die gesättigten Gebiete je einen scharfen Knick aufweist und
in den :gesättigtem Gebieten fast parallel zurr Achse der magnetischen Erregung
verläuft. Wind@ungszahl und Kernquerschnitt der Schaltdirosselrn isind so. bemessen,
daß der Kern beim Nennwert dies Betriebsstromes hochgesättigt ist und sich nur bei
sehr kleinen. Augenblickswerten des Stromes in der Nähe das. Stromnullwertes entsättigt,
so d@aß jedesmal in der Nähe eines Strömnulldurichganges eine stromschwache Pause
entsteht, in.- der der Strom eine Zeitlang vernachlässigbar kleine Werte hat, so
daß eine während, der s.tt-omschwacllen Pause stattfindende Sbromunterb.rechung
unter wesentlich erleichterten Bedingungen vollzogen werden kann. Die Kontakteinrichtungen
17, 18, 19 weisen eine mehr oder weniger große Anzahl von hintereim.andergeschalte-ten
Unterbrechungsstellen auf. Sire bestehen, vorzugsweise aus einer Anzahl ruhender
Kontaktstücke, die durch bewegliche Schaltbrücken überbrückt werden. Die letzteren
können von einem Synchronmotor 16 über eine gemeinsame Welle 46, vorzugsweise über
Knebeln, Nocken, Exzenter od. digl. über Zwischenstößel, vorzugsweise nach Art der
Ventile von Brennkraftm:aschinen, angetrieben werden. Die genannten Antriebselemente
sind der Deutlichkeit halber in der Zeichnung weggelassen. Der Antriebsmotoir 16
kann vorzugsweise aus dem Drehstromnetz io über einen Drehtransformator 30 gespeist
werden, der zur Verstellung der Phasenlage .des Schalttaktes gegenüber der Phasenlage
der speisenden Wechselspannung dient. Die Kontakteinnichtungen :sind ferner durch
parallele Strompfade 27,:28,:29 überbrückt, die vorzugsweise eine kapazitive
Komponente,haben können und .in untereinander gleichwertige Abschnitte -unterteilt
:sind. Zwischen den einzelnen Abschnitten vorgesehene Anzapfungen sind mit den entsprechenden
Kontaktstücken verbunden., ,derart, daß die -an den Kontakteinrichtungen aufhretenden
Spannungen .gleichmäßig auf alle Unterbrechungsstellen verteilt werden. Die Parallelpfade
haben die Aufgabe, bei der Kontaktöffnung dien Anstieg der wiederkehrenden. Spannung
zu verzögern. Sie können soabges.timmt sein, daß sie den Verlauf des. Magnetflu@sses.
der Schaltdrosseln 13, 14, 15 während der Sperrperiode. so beeinflussen, daß sich
die Schaltdrosseln jedesmal vor dem Einschalten in ungesättigtem Zustand befinden,
so daß vor Beginn der Kontaktberührung jedesmal zunächst eine stromschwache Pause
einsetzt. Dem gleichen Zwecke können auch besondere Vormagrietisierungswicklungen
dienen, die auf dem Magnetkern der Schaltdrosseln angebracht, in der Zeichnung jedoch
der Deutlichkeit halber weggelassen sind. Diese VormagnetisierungswIcklungen können
mit Gleich- öder mit Wechselstrom beschickt werden und gleichzeitig die Aufgabe
erfüllen, die Remanenz der bei der Kontaktöffnung mindestens teilweise zu kompensieren,
so daß die Entsättigung bereits bei :einem kleinen positiven Augenblickswert dies
abfallenden Teiles der Stromkurve einsetzt. Von :den. Kontakteinr.ichtungen führt
eine gemeinsame Leitung über eine Glättun@gsdrossel37 zu einem Pol eines Gleichat.romnetzes
2o, dessen anderer Pol mit dem Sternpunkt der Sekundärwicklung 12 des SpensetTansformators.
verbunden ,ist.
-
Zur Erleichterung der Einschaltbedingungen kann :in einem von den
Kontakten gleichzeitig mit dem Hauptstromkreis zu schließenden Hilfe-Stromkreis
eiere Hilfswechselspannung geeigneter Frequenz- und Phasenlage eingefügt weirden.
Diese Hilfswechselspannung kann beispielsweise einem besonderen Generator 40 entnommen
werden, der entweder mit der gemeinsamen Antriebswelle 46 gekuppelt sein kann oder,
wie es in der Zeichnung dargestellt ist, durch einen besondreren SynchronmOtOr 39
angetrieben wird, der vorteilhaft an die gleichen Leitungen angeschlossen sein 'kann,
an denen auch der Antriebsmotor 16 liegt; denn. es muß dafür gesorgt .sein, daß
die Hilfswechselspannung gegenüber der Korntaddbewegung stets die gleiche Phasenlage
hat. Der Generator 4o, dessen, Erregung ebenso wie diie der Motoren 16 und' 39 einem
beliebigen Gleichstromnetz entnommen werden kann, falls, nicht Dauermagnete zur
Erzeugung des Feldes vorwendet weirden, möge beispielsweise, wenn das. Drehstromnetz
io mit 5o Per./Sek. betrieben wird, eine sinusförmige Hilfswechselspannung von i5o
Perioden in der Sekunde erzeugen. Diese Hilfswechselspannung kann, einem sämtlichen
Phasen gemeinsamen Hilfsstromkreis zugeführt werden, der mit-er Zuhiafenahirre einer
zusätzlichen Schalteinmichtumg auf die Kontakteinrichtungen der einzelnem Phasen
im Takte der Phasenfolge umgieschaltet wird. Zu diesem Zwecke sind die Kontaktgruppen
17, 18, 19 überbrückende Hilfsleitungen zu .den ruhenden Kontakten 2i bis 26 eines
doppelpoligen Schaltgerätes geführt, dessen bewegliche Kontakte 31 und 34 auf der
Antriebswelle 46 angeordnet und über Schleifringe 32, 35 und Bürsten 33, 36 an die
Hilfswetyhselspannungsquelle angeschlossen sind. Statt eines mechanischen Schaltgerätes
können aber auch gittergesteuerte Entladungsgefäße .als Uinsc'h?Llteinnichtungen
für die Hilfswechselspannung verwendet werden. Es empfiehlt sich, durch Zwischensciha.ltung
eines Isolieritransformators 41, 42 das Hochspannungspotential von der H.ilfswechselspannungsqualle
40 fernzuhalten. Die Sekundärseite 42 des Isoliertransformators kann durch einen
Kondensator 38 überbrückt werden, der die störende Induktivitätt des- Isoldert@ransformäitors
mindestens teilweise kompensiert. Wird der Hilfswechselspannungsgener ator 4o ebenfalls
auf der Antriebswelle 46 angeordnet, so können die Schleifringe wegfallen. Die Hilfsleitungen
können statt dessen zwischen dem Generator und den Hilfskontadcten 3 i -und 34 längs
der Welle 46 fest verlegt werden. Ein Isoliertransformator fälilt dann
zwar
unter Umständen weg, dafür ist .aber der Anker des Hilf swechselspannungsgeneratome
gegenüber seinem Erregerteil besonders sorgfältig zu isolieren, falls, nicht ein
Dauermagnet zur Erregung verwendet wird.
-
Die Wirkungsweise des Hochspannungskontakt-Umformers sei wie folgt
beschrieben: In der gezeichneten Stellung haben. sich die Kontakte der Gruppe 17
gerade geschlossen, während die Kontakte der Gruppe i9 kurz vor dem Beginn ihrer
Öffnungsbewegung stehen.. Die Kontaktgruppe 18 der mittleren Phase ist geöffnet.
Kurz bevor sich die Kontakte der Gruppe 17 geschlossen 'haben, ist zwischen den
Hilfskontakten 21, 31 und 24, 34 bei ihrer :gegenseitigen Annäherung eine kleine
Lichtbogenentla:dung zustande gekommen, durch die ein Stromfluß eingeleitet wurde.
Dieser Strom kann keinen großen Wert annehmen, weil sich die Schaltdrossel 13 in
ungesättigtem Zustand befindet, während der erwähnte Strom fließt. Ohne Anwendung
der Erfindung würde -nun die Lichtbogenspannung der Entladungen an den Hilfskontakten
21, 3 i und 24, 34 auch, an den Kontakten der Gruppe 17 während der Schließung :der
Hauptkontakte auftreten und hier unter Umständen. vorfunken, und damit schädlichen
Abbrand (hervorrufen können. Die besagte dem Generator 4o entnommene Hillfswech.sel;spannung
verhütet :dies. Sie ist so eingestellt, daß sie der Liahtbogenspannung an den Kontakten
21, 31 und 24,34 jeweils entgegen:wiirkt. Wenn die.Au@genbliCksweTte der Hilfswechselspannung
etwa ebenso groß sind wie die Lich:tbogenspannungen, so werden die letzteren nahezu
vollständig .kompensiert. Zwischen den Hilfskontakten 21 und 24 besteht dann kein
Potentialunterschied. Infolgedessen liegt auch an den Enden der Kontaktgruppe 17
überhaupt keine Spannung. In diesem Moment wird die Kontaktgruppe 17 gesc'hl'ossen.
Schädliches Schaltfeuer kann dabei also niiaht auftreten. Nachdem sich die Welle
46 um 120 ° gedreht 'hat, wiederholt sich de-r vorbeschriebene Vorgang an der Kontaktgruppe
18 und den dazugehörigen Hilfskontakten 22, 25, nach weiteren i2o °-Drehurng an
der Gruppe i9 und den dazugehörigen Hilfskontakten 23, 26. Die umlaufenden Hilfskontakte
können so ausgeführt sein, daß sie mit dien Tuhenden Hilfskontakten nicht in Berührung
kommen, sondern in geringem Abstand an ihnen vorbei bewegt werden.