-
Speicherwechselrichter, insbesondere mit magnetisch bewegten Schwingkontakten
Dia Erfindung bezieht sich auf mechanische Speicherwechsedrichter, insbesondere
auf solche, die mit magnetisch bewegten Schwingkontakten arb,eiten. Derartige Wechselrichter
werden z. B. für die Stromversorgung von Rundfunkgeräten: aus einem Gleichstromnetz
oder aus, einer Autobatterie sehr häufig verwendet. Bei derartigen Wechselrichtern
ist es vielfach sehr schwer, das Funken der Schaltkontakte hinreichend herabzusetzen,
ohne zusätzliche Einrichtungen zu verwenden, die den Press der Anordnungen stark
erhöhen. Die Erfindung betrifft nun solche Wechselrichter, die zuverlässig arbeiten
und trotzdem niedrige Herstellungskosten aufweisen. Dies. wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß die Arbeitskreise eines derartigen Speicherwechselrichters
eine oder mehrere nicht lineare Induktivitäten (Schaltdrosseln) enthalten, die während
des größten. Teiles jeder Stromhalbwelle stark gesättigt sind, die sich aber in
der Nähe des Stromnulldu.rchganges, sprunghaft entsättigen, und daß die ohne Berücksichtigung
der Induktivitätserhähung durch Entsättigung der Drossel berechnete@Eigeafrequenz
des denperiodischgeladenen und entladenen Kondensator enthaltendem Schwingkreises
höher ist als die Antriebsfrequenz der periodisch betätigten Kontakte. Die in die
Schaltkreise
eingefügten Schaltdrosseln arbeiten also, mit dem
.eigentlichen keihenresonanzkreis des. Wechselrichters zusammen und verändern den
zeitlichen Verlauf des Stromes derart, daß die Kontakttrennung bei allen: Arbeitsbedingungen
des. Kreises in einem Gebiet erfolgt, in dem der Strom Null oder nahezu Null ist.
-
In. Fng. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Anordnung überträgt Energie zwischen dem Gleichstromnetz io und denn Wechselstromnetz
i i. Der eine Gleichstromleiter des Netzes io ist über einen Reihenresonanzkreis
mit dem Schwingkontakt 12 der Kontakteinrichtung 13 verbunden. Der Reihenresonanzkreis
besteht aus. der Kapazität 14, .der Primärwicklung 15 eines sekundärseitig an das
Wechselstromnetz ii angeschlossenen Transformators 16 und der Induktivität 17. Die
festen Kontakte 18 und ig des Kontaktapparates 13 werden abwechselnd von dem Schwingkontakt
12 berührt. Der feste Kontakt ig ist mit den gleichen Gleichstromleiter verbunden
wie die Kapazität 14. In diese Verbindungsleitung ist eine Schaltdrossel 2o eingefügt.
Der andere feste Kontakt 18 ist mit dem zweiten Gleichstromleiter ebenfalls über
eine Schaltdrossel 21 verbunden. Eine Betätigungsspule 22 zum Antrieb des Schwingkontaktes
12 liegt zwischen denn festen Kontakt 18 und dem Anschluß des Schwingkontaktes 12.
Wenn an die Leiter io Gleichspannung gelegt wird," wird der Schwingkontakt 12 durch
seine Betätigungsspule 22 angezogen und berührt den festen Kontakt 18. Dia Gleichspannung
verursacht einen Strornfluß durch die Sättigungsdrossel 21, den festen Kontakt 18,
den Schwingkontakt 12, die Induktivität 17, Tranäformatorwicklung 15 und Kondensator
14. Sobald nun aber der Schwingkontakt 12 mit dem festen Kontakt 18 in Berührung
gekommen ist, wird die Spule 22 kurzgeschlossen, und der Schwingkontakt kann, sieh
zurückbewegen, bis er den festen Kontakt ig berührt. In diesem Augenblick wird der
Kondensator über die Primärwicklung 15 des Transformators, 16, die Induktivität
17 und die Schaltdrossel 20 kurzgeschlossen und somit entladen.- Auf diese Weise
kehrt der Strom in der Transformatorwicklüng 15 seine Richtung um. Die Konstanten
des Reihenresonanzkreises mit der Transformatorwi.cklung 15, Induktivität 17 und
den Sättigungsdrosseln, 2o und 21 - letztere im gesättigten Zustand - werden so
gewählt, daß die Eigenfrequenz dieses. Kreises höher ist als. die Frequenz des zu
erzeugenden Wechselstromes. Der Schwingkontakt 12 ist so bemessen, d,aß er eine
Eigenschwingungszahl hat, die ungefähr mit der gewünschten. Frequenz des Wechselstromnetzes
i i übereinstimmt, so da,ß die Antriebsleistung gering ist.
-
Der Schwingkontakt i2 verläßt den festen, Kontakt 18, bevor er den
.festen Kontakt ig berührt, so daß der ZVechselstrornkreis, i i periodisch von dem
Gleichstromnetz ii abgeschaltet wird.. Da der Strom des Reihenresonanzkreises periodisch
durch Null geht, ist es auch. bei den bekannten Re:ihenwechselrichtern theoretisch
möglich, die Eigenfrequenz des Kreises auf die gleiche Frequenz abzustimmen, so
daß die Kontakte immer im Nulldurchgang des Stromes. geöffnet werden. Praktisch
jedoch bewirken geringe Spannungsänderungen, Belastungsänderungen und geringe Änderungen
in der Arbeitsfrequenz des Schalters sowie Prellungen der Schalterkontakte, daß
eine Öffnung der Kontakte genau im Nulldurchgang des Wechselstromes nicht erreicht
werden kann. Aus diesem Grunde sind gemäß der Erfindung mit Hilfe der Schaltdrosseln
zwischen die einzelnen Halbwellen Perioden mit verhältnismäßig geringem Strom -
eingefügt. Dies. wird bei einer Anordnung gemäß der Fig. i durch die Schaltdrosseln2o
bzw. 21 erreicht. Je eine dieser Schaltdrosseln liegt mit den festen Kontakten 18
und i9 inRei:he. Diese Schaltdrosseln sind von einem gewissen verhältnismäßig niedrigen
Strom ab gesättigt, so daß sie für den größeren Teil der Wechselstromperiode auf
den betreffenden Stromkreis nur sehr geringen Einfluß halben. Wenn der Strom jedoch
einen niedrigen Augenblickswert erreicht, entsättigen sich diese Schaltdrosseln.,
und die dadurch hervorgerufene Induktivitätszunahme verhindert eine rasche Stromänderung,
so daß eine verlängerte Periode mit geringem Strom entsteht, während der die Kontakte
ohne besonderen Funken geöffnet werden können. Nach Schließen des. Kontaktes. beginnt
die zweite Halbwelle des Stromes ebenfalls nur sehr langsam zu fließen, da der nun
geschlossene Kreis die große Induktivität der noch nicht gesättigten Schaltdrossel
enthält, aber sobald der Strom einen verhältnismäßig geringere Wert überschritten
hat, wird, auch diese Schaltdrossel gesättigt, und der Wechselstrom fließt mit annähernd
sinusförmiger Kurvenform und einer Frequenz, die durch die Eigenfrequenz des, gesamten
Schwingkreises gegeben, ist. Da durch die Wirkung der Schaltdrosseln in die Stromwelle
stets Teile mit geringem Strom eingefügt werden, wird erfindungsgemäß der Reihen:resonanzkreis.
so abgestimmt, daß seine ohne Berücksichtigung der In:duktivitätserhöhung durch
Entsättigung der Drossel berechnete Eigenfrequenz etwas höher ist als diejenige
des Schwingkontaktsystems und des Wechselstromes im Kreis i i. Der Grund hierfür
geht aus der Eig. 5 hervor, in der die Kurve A den Stromverlauf bei. natürlichem
Stromnu;lldurchgang zeigt und die Kurve B den Stromverlauf, der in einem Kreis nach
der Erfindung auftritt. Während des größerem Teiles jeder Halbwelle sind die Ströme
der Kurven A und B identisch, etwa zwischen den Zeiten t1 und t2.
Während dieser Zeit ist die Schaltdrossel :2o bzw. -21 gesättigt. Ohne die Schaltdrosseln
würde der Strom im Punkt t3 durch Null gehen. Durch die Wirkung der Schaftdrossel
jedoch wird der Stromnulldurchgang verlangsamt bis zum Punkt t4. Hierdurch entsteht
die erwähnte verlängerte Periode geringen Stromes, und der Schaltkontakt muß mit
etwas geringerer Frequenz arbeiten, als sie der Eigenfrequenz des -Reihenresonanzkreises
entspricht. Aus dem Verlauf der Kurve B erkennt man gleichzeitig, daß bei geringen
Veränderungen im Schaltaugenblick nur sehr
niedrige Ströme von dem
Schwingkontakt zu unterbrechen. sind, so. daß dieser auch bei starker Be-12stung
und unter verschieden.enArbeitsbedingungen stets. zuverlässig unterbricht.
-
Wenn mit dem in Fig. i gezeigten Wechselrichter ein Belastungskreis
gespeist wird, der Entladungsstrecken enthält, so hat sich herausgestellt, daß eine
Veränderung der Gleichspannung auch eine Frequenzänderung des Schwingkreises mit
sich bringt, entsprechend den Widerstandscharakteristiken der Entladungsstrecken,
die über den Transformator 16 auf den Resonanzkreis einwirken. Durch Verwendung
der Schaltdrosseln wird bis zu einem gewissen Grad die Veränderung des angeschlossenen
Belastungskreises ausgeglichen.
-
Um einen Kurzschluß des Gleichstromkreises io zu verhindern, wenn
der Schaltkontakt 12 zufällig einen, der festen Kontakte berührt, bevor der Lichtbogen
zwischen ihm und dem anderen festen Kontakt abgerissen ist, sind die Schaltdrosseln
2o und 21 auf einem gemeinsamen Eisenkern gewickelt, und zwar in einem solchen Sinne,
daß ein Stromanstieg in der einen Wicklung, in der zweiten Wicklung eine Spannung
in solcher Richtung erzeugt, daß der Stromfluß durch sie verringert wird. Hierdurch
entsteht eine Unterstützung der Kommutierung, und es wird ein Kurzschluß des Gleichstromnetzes
verhindert, auch wenn, der Schwingkontakt einmal durch irgendwelche Zufälligkeiten
unregelmäßig arbeitet.
-
In Fig.2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das dem der Fig. i stark ähnelt. Entsprechende Schaltungselemente sind mit den gleichen
Bezugszeichen wie: in Fig. i versehen. In der Anordnung nach Fig. 2 ist der Kondensator
14 durch zwei Teilkondensatoren 23 und 2q. ersetzt worden, die in Reihe geschaltet
sind und das Gleichstromnetz io überbrücken. Der Verbindungspunkt der, beiden Kondensatoren
ist mit der Primärwicklung 15 des Ausgangstransformators 16 verbunden. Die Induktivität
17 ist in entsprechender Weise durch zwei. Teilinduktivitäten 17" und i7b ersetzt
worden, von denen je eine mit jedem der festen Kontakte 18 bzw. i9 in Reihe- geschaltet
ist. Die beiden Teilinduktivitäten 17" und 17b können magnetisch miteinander gekoppelt
sein, so daß sie in gleicher Wise, wie oben für die Schaltdrosseln beschrieben,
die Kommutierung unterstützen, wenn ein Kurzschluß des Gleichstromkreises durch
das Funken eines Schaltkontaktes eingeleitet werden könnte. In diesem Fall wirken.
sowohl die Induktivitäten 17" und 17b als auch die auf dem gleichen Kern angeordneten
Schaltdrosseln 21 und, 22 zusammen in dem Sinne, einen Kurzschluß der Anordnung
zu verhindern. Die Anordnung der Kondensatoren nach Fig. 2 ermöglicht eine gleichmäßigere
Belastung des Gleichstromkreises gegenüber der Anordnung nach Fig. i, da stets einer
der beiden Kondensatorkreise mit dem Gleichstromkreis verbunden ist.
-
In Fig.3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt,
durch das eine bessere Ausnutzung des Reihenkondensators 14 ermöglicht wird. In
dieser Anordnung dienen zwei Schwingkontaktsysteme 25 und 26 zur Umschaltung des
Resonanzkreises 1q., 15, 17. Beide Kontaktsysteme 25 und 26 haben bewegliche Kontakte1
27, die an die beiden Gleichstromleiter io angeschlossen. sind und feste Kontakte
28 und 29. Die beiden festen Kontakte 28 sind miteinander verbunden und an die eine
Seite des Reihenresonanzkreises angeschlossen, dessen andere Seite mit den, beiden
festen Kontakten 29 in Verbindung steht. Die Betätigungsspulen 30 sind so,
angeordnet, daß sie beim Einschalten des Gleichstromes die. beweglichen Kontakte
aufeinander zu bewegen, so daß bei dem Schalter 25 der Kontakt 29 und, bei dem Schalter
26 der Kontakt 28 eingeschaltet wird. Hierdurch werden die; Betätigungsspulen. 3o
kurzgeschlossen, und die Schalter bewegen sich auseinander und schalten so den Resonanzkreis
in entgegengesetzter Richtung an das Gleichstromnetz. Durch: diese Anordnung wird
der Kondensator des Schwingkreises auf die doppelte Wechselspannung aufgeladen wie
der Kondensator 1,4 in der Anordnung nach Fig. i, bezogen auf gleiche angelegte
Gleichspannung. Da der Preis der Kondensatoren. je VA mit steigender Spannung herabgeht,
ist die Anordnung nach Fig. 3 in manchen Fällen wirtschaftlicher als die nach Fig.
i.
-
Um in dem Kreis nach Fig. 3 eine verlängerte Periode geringen Stromes
zwischen den einzelnen Halbwellein des Wechselstromes zu erzeugen, ist eine SchaltdrosIsel
31 vorgesehen. Diese ist im vorliegenden Fall in eine der Gleichstromleitungen des
Netzes io eingeschaltet, wird. also vom Strom in gleicher Richtung durchflossen.
Eine zusätzliche Wicklung 32 ist auf dem gleichen Kern, angeordnet, um diesem Kern
eine Gleichstromvormagne:tisierung in solchem Sinne zu erteilen, d.aß diese Vormagnetis.ierung
der durch den Belastungsstrom erzeugten Magnetisierun.g entgegenwirkt. Die Wicklung
32 ist über einen Widerstand 33 und eine Glättungsdrossel 34 unmittelbar an die
Gleichspannung des Netzes io angeschlossen. Widerstand und Glättungsdrossel begrenzen
die Höhe der Vormagnetisierung und bewirken einen konstanten Strom in der Wicklung
32. Die Wicklung 32 dient dazu, die Restmagnetisierung der Schaltdrossel 31 zu kompensieren
und um die Periode geringen Stromes in bezug auf die Nullachse zu verschieben.
-
Die Anordnung nach Fig. q. ähnelt der nach Fig.3, mit der Ausnahme,
daß die Schaltdrossel hier aus dem Gleichstromkreis entfernt und in den Wechselstromkreis
eingefügt ist. In diesem Falle ist die Schaltdros.se135 wechsel:stromdurchflossen.
-
Die Wirkungsweise der Anordnungen nach Fig. 3 und q. ist ganz ähnlich
derjenigen nach Fig. i und 2 mit der Ausnahme, daß die Gleichspannung, die dem Schwingkreis
zugeführt wird, durch. die beiden Schalter 25 und 26 synchron mit der erzeugten
Wechselspannung umgepolt wird.
-
Es ist selbstverständlich., daß die. beiden, Schalter 25 und 26, die
in den Fig. 3 und q. gezeigt sind., durch einen gemeinsamen Schalter ersetzt 'werden
können, der nur eine Betätigungsspule enthält und
nur einen Schwingkörper,
der mit entsprechenden Kontakten ausgerüstet ist, um die einzeln gezeichneten Schalter
25 und 26 zu ersetzen.