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Mechanischer Schaltstromrichter Zusatz zum Patent 869 383 Das Patent
869 983 bezieht sich auf mechanische Schaltstromrichter mit den Schaltkontakten
vorgeschalteten, vormagnetisierten Schaltdrosseln zur Erzeugung von Stromstufen
und hat eire besondere Ausbildung der Vormagnetisierung zum Gegenstand, durch die
ein praktisch strom- und spannungsloses Öffnen des Kontaktes unterweitgehend veränderlichen
Betriebsbedingungen erzielt wird. Gemäß dem Hauptpatent besteht die Vormagnetisierung
aus einem während der Stromstufe gleichbleibenden Anteil und einem von der Spannung,
die an der betreffenden Schaltdrossel während der Stromstufe herrscht, abhängigen
Anteil. -Der gleichbleibende Anteil kann durch eine Vormagnetisierung mit Gleichstrom
gebildet werden. Seine Richtung paßt darin entweder für den Ausschältvorgang oder
für den Einschaltvorgang, aber im allgemeinen nicht zugleich für beide. Eine bereits
vorgeschlagene Vormagnetisierung wechselnder Richtung, vorzugsweise. ,von trapezförmigem
Verlauf, die aus- einer Hilfsgleichrichterschaltung oder mittels eines Reihentransduktors;
bestehend- aus zwei entgegengesetzt vormagnetisierten Sättigungsdrosseln, bereitgestellt
werden kann, wird hohen Ansprüchen .auch nicht ohne weiteres gerecht; weil dazu
außer der Richtung auch die Stärke der Vormagnetisierung richtig abgestimmt sein
muß, und zwar beide möglichst unabhängig voneinander für das Einschalten einerseits
und für das Ausschalten andererseits, damit sich nicht
zugleich
mit einer Nachstellung der Vormagnetisierung für das Einschalten eine unerwünschte
oder womöglich sogar gefährliche Verstimmung für das Ausschalten einstellt, und
umgekehrt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß dem erwähnten Mangel
im Sinne- eines weiteren früheren Vorschlages durch gegenseitigen Ausgleich einer
Gleichstromvormagnetisierung und der ihr entgegenwirkenden Transduktorimpulse abgeholfen
werden kann. Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die Schaltdrosseln mit einem
die Arbeitswicklungen eines Reihentransduktors enthaltenden Vormagnetisierungskreis
- im folgenden kurz Transduktorkreis genannt .- und mit einem die Gleichstromwicklungen
desselben Reihentransduktors enthaltenden Gleichstromvormagnetisierungskreis ausgestattet
sind, welch letzterer so abgestimmt ist, daß er die ihm entgegenwirkenden Vormagnetisierungsimpulse
aus dem Transduktorkreise ausgleicht.
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Es besteht ein früherer Vorschlag, der die Verwendung eines unsymmetrischen,
d. h. aus zwei entgegengesetzt und verschieden stark vormagnetisierten Sättigungsdrosseln
bestehenden Reihentransduktors zur Erzeugung mindestens eines Anteiles der Schaltdrosselvormagnetisierung
und in weiterer Ausgestaltung unter anderem eine zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung
der Schaltdrossel mittels einer weiteren Wicklung empfiehlt, die im besonderen Falle
mit den beiden Gleichstromwicklungen des Reihentransduktors in Reihe liegen kann,
vorzugsweise unter der Voraussetzung, daß die Windungszahlverhältnisse der Arbeitswicklungen
und der Vormagnetisierungswicklungen der beiden Sättigungsdrosseln voneinander verschieden
sind.
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Der vorgeschlagenen Anordnung haftet aber ebenfalls der obenerwähnte
Mangel gegensaitiger Abhängigkeit der verschiedenen Vormagnetisierungsanteile noch
an. Nichtsdestoweniger kann dieser Vorschlag zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Anordnung herangezogen werden, indem in der oben angegebenen_5ehaltung
ein unsymmetrischer Reihentransduktor verwendet und die zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung
nach Richtung und Größe im Sinne des beschriebenen Ausgleichs abgestimmt wird, wie
es ebenfalls bereits allgemein zwecks Erzielung einseitiger Magnetisierungsünpulse
mit kürzerer oder längerer Dauer als eine Halbwelle vorgeschlagen wurde. Die Benutzung-
solcher einseitigen Impulse für die Vormagnetisierung von Schaltdrosseln beim Ein-
und Ausschalten gewährleistet die erwünschte gegenseitige Unabhängigkeit der verschiedenen
Magnetisierungen und ihrer Ein- bzw. Nachstellung.
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in der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele in den Fig.
i und 3 dargestellt; die Fig. 2 und ¢ dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise.
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Fig. i zeigt eine Schaltdrossel 2 mit einer Hauptstromwicklung 22,
mit der ein Kontakt q. des Schaltstromrichters in Reihe liegt. Der Kontakt wird
durch eine motorisch oder elektromagnetisch betätigte Antriebsvorrichtung synchron
zur speisenden Wechselspannung geschlossen und geöffnet. Die Spannung liefert eine
Wechselstromwicklung i, z. B. die Sekundärwicklung eines Transformators. Der Übersicht
wegen wurde der Schaltstromrichter einphasig dargestellt. Mehrphasenanordnungen
können daraus in bekannter Weise abgeleitet werden. Der Gleichstromkreis des Schaltstromrichters
enthält z. B. eine Last 5. Zur Vormagnetisierung der Schaltdrossel 2 ist unter anderem
ein Transduktor 7ö vorgesehen, der in diesem Falle aus zwei gleichen Sättigungsdrosseln
bestehen möge. Ihre Arbeitswicklungen 71 und 72 sind mit einer Vormagnetisierungswicklung
36 der Schaltdrossel 2 in Reihe geschaltet. Dieser Transduktorkreis liegt an einer
Wechselspannung von geeigneter Höhe und Phasenlage, die von der Speisespannung des
Schaltstromrichters in bekannter Weise mittels eines Hilfstransformators, z. B.
in Mehrphasenanordnungen vorzugsweise unter Anwendung einer Phasenkombination oder
Zickzackschaltung, abgeleitet werden kann. Die Gleichstromwicklungen 71' und 72'
des Transduktors sind gegensinnig geschaltet. In Reihe mit ihnen liegen eine weitere
Vormagnetisierungswicklung 28 der Schaltdrossel, eine Stabilisierungsdrossel
30 und ein Einstellwiderstand 31. Dieser Gleichstromkreis wird von einer
Gleichspännungsquelle, z. B. einer Batterie 29, gespeist. Die dargestellte Vorrnagnetisierungsanordnung
diene zur Erzeugung eines gleichbleibenden Anteils der Ausschaltvormagnetisierung.
Der Pfeil im Hauptstromkreis des Schaltstromrichters bezeichnet die Richtung des
vom Kontakt q. zu übertragenden Stromes.
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Im Transduktorkreis fließt ein Vormagnetisierungsstrom i, dessen Verlauf
in Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit t in idealisierter Rechteckform dargestellt
ist. Er erzeugt vermittels der Wicklung 36 abwechselnd positive und negative Vormagnetisierungsimpulse
VT (+) und VT (_) von gleicher absoluter Höhe und gleicher Dauer, so lang wie eine
Halbwelle der Wechselspannung. Diesen- Impulsen wird mittels der Wicklung 28 eine
Gleichstromvormagnetisierung V(_) überlagert, welche die positiven Impulse VT (+)
ausgleicht. Dazu muß das Windungsverhältnis w"/w" der Wicklungen 36 und 28 mit dem
Übersetzungsverhältnis w/w' der Arbeitswicklungen zu den Gleichstromwicklungen des
Transduktors übereinstimmen. Als resultierende Vormagnetisierung VA (-)'ergibt sich
hieraus ein einseitiger, und zwar negativer Impuls von der Dauer einer Halbwelle.
Dieser ist Fig. 2 zu entnehmen, wenn die mit o bezeichnete Linie als Nullinie angesehen
wird. Durch Änderung des Widerstandes 31 werden sowohl die Impulshöhen
VT (+) und VT (_) als auch der Betrag V(-) um gleichviel verändert,
im Ergebnis bleibt also ein einseitiger negativer Impuls bestehen, nur mit anderem
Absolutwert. In der Zeit zwischen zwei Impulsen werden etwa vorhandene andere Vormagnetisierungsanteile,
die von in Fig. i beispielsweise nach früheren Vorschlägen zu ergänzenden Anordnungen
hervorgebracht werden, von einer Verstellung des Widerstandes 31 nicht betroffen.
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Eine andere Vormagnetisierungsanordnung zeigt Fig.3, in der einige
gleichartige und mit gleichen Bezugszeichen versehene Teile wie in Fig: i enthalten,
andere zur Vervollständigung eines insbesondere mehrphasigen Schaltstromrichters
sinngemäß zu ergänzen sind. Die dargestellte Anordnung diene zur Bereitstellung
eines
gleichbleibenden Anteils der Einschaltvormagnetisierung in Form eines einseitig
positiven Impulses von kürzerer Dauer als eine Halbwelle. Dieserhalb hat die negativ
vormagnetisierte Sättigungsdrossel 72-72' des Transduktors 7o ein kleineres Übersetzungsverhältnis
w,/w2, ist also stärker vormagnetisiert als die positiv vormagnetisierte Sättigungsdrossel
71-7z', deren Übersetzungsverhältnis w,/w, z. B. infolge geringerer Windungszahl
der Gleichstromwicklung 71' größer sei. Die Wicklung 28 liefert diesmal eine positive
Vormagnetisierung. Die Wicklung 28' und ihr Erregerkreis bleibe zunächst außer Betracht.
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Fig. q. zeigt den zeitlichen Verlauf des Vormagnetisierungsstromes
i" im Transduktorkreis, der positive Impulse von der Höhe VT(-,) und negative von
geringerer Höhe VT(_) liefert. Hierzu tritt die Gleichstromvormagnetisierung V(_)
in positiver Richtung und gleicher Höhe wie VT (_), so daß diese negativen Impulse
ausgeglichen werden und einseitig positive Impulse VI, von der Linie o aus gerechnet,
übrigbleiben. Dazu muß das Windungszahlverhältnis w"/w" gleich dem für die negativen
Impulse bestimmenden Windungszahlverhältnis wl/w, der Wicklungen 71 und 71' sein.
Eine derartige Einschaltvormagnetisierung mit einseitigen positiven Impulsen kann
z. B. zusammen mit einer Außschaltvormagnetisierung gemäß Fig. i und 2 mit passender
Phasenlage angewendet werden, so daß jede von ihnen unabhängig von der anderen verändert
werden kann. Falls die gegenseitige Unabhängigkeit aber nicht erforderlich sein
sollte, könnten die Gleichstromkreise der beiden Vormagnetisierungsanordnungen zu
einem gemeinsamen Gleichstromkreis vereinigt sein, in dem sämtliche Gleichstromwicklungen
hintereinandergeschaltet sind. Ebenso können in Mehrphasenanordnungen die Gleichstromkreise
gleichartiger Vormagnetisierungsanordnungen der verschiedenen Phasen miteinander
vereinigt sein, wobei sogar die Unabhängigkeit gegenüber andersartigen Vormagnetisierungsanteilen
gewahrt bleibt.
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Gegenüber zwei voneinander unabhängigen Anordnungen, wie beschrieben,
kann häufig eine Vereinfachung aus folgenden Erwägungen heraus zugelassen werden:
Daß eine Nachstellung von die Höhe von VA (-) nicht beeinflußt, ist wichtig, weil
eine auch nur vorübergehend unrichtige Höhe von Vg(_) zu einer Rückzündung Veranlassung
geben kann. Eine vorübergehende Änderung von V@(_) dagegen gefährdet die Betriebssicherheit
nicht, sondern hat höchstens geringfügigen Einfluß auf die Werkstoffwanderung. Demgemäß
wird die Anordnung nach Fig. 3 um die Wicklung 28' mit zugehörigem besonderen Gleichstromkreis
erweitert, der eine Gleichstromquelle, z. B. Batterie 29', eine Stabilisierungsdrossel
3o' und einen Einstellwiderstand 31' enthält und gemäß Fig. q. eine negative Gleichstromvormagnetisierung
von der Höhe der erforderlichen Ausschaltvormagnetisierung Vg(_) dauernd bereitstellt.
Ihr werden in dem für das Einschalten in Frage kommenden Periodenabschnitt einseitige
Impulse, wie beschrieben, überlagert, deren Höhe V' , so bemessen ist, daß
nach Abzug des Betrages V., (-) die erforderliche Einschaltvormagnetisierung VE
(_) vorhanden ist, die gewöhnlich etwas niedriger sein kann als beim Ausschalten,
wie Fig. q. zeigt. Wird in der Anordnung nach Fig. 3 die Einschaltvormagnetisierung
V@ mittels des Widerstandes 31 nachgestellt, so beeinflußt dies die Ausschaltvormagnetisierung,
wie gefordert war, nicht. Bei Veränderung der Ausschaltvormagnetisierung VA (_)
mittels des Widerstandes 31' ändert sich zwar auch V_-(-), und zwar, wie aus Fig.
q. zu schließen, um den gleichen Betrag in entgegengesetztem Sinne, jedoch ohne
Gefährdung des Betriebes, so daß eine nachträgliche Richtigstellung von V-,(-) noch
möglich ist.