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Stromrichter mit Rollelektroden, der Kontaktbahnen und Gegenkontakibahnen
aufweist Bei mechanischen Stromrichtern ist es, zur Aufrechterhaltung der Betriebstüchtigkeit
der Kontakte und Gegenkontakte wesentlich, daß die Trennung der Kontakte zu den
Zeiten erfolgt, innerhalb welcher der Strom einen kleinen, von Null möglichst wenig
verschiedenen. Wert hat. Als, Hilfsmittel zur Erreichung dieses Zieles ist die Verwendung
von ohmschen Widerständen oder Induktivitäten, welche mittels einer Zusatzelektrode
gegen Ende der Stromdurchlaßzeit in den Stromkreis geschaltet werden, bekannt. Die
bereits vorgeschlagenen Hilf smittel haben den Nachteil, daß durch sie das beim
Öffnen der Kontakte entstehende Schaltfeuer nur in unzureichendem Maße unterdrückt
wird, weil trotz Anordnung eines Widerstandes eine exakte Trennung im Stromnulldurchgang
praktisch nicht bewerkstelligt werden kann. Wird außerdem nur eine einzige Zwischenstufe
verwendet, so ergeben sich bei großen Betriebsströmen noch immer so hohe Spannungen
an den Kontakten, daß durch die entstehenden Lichtbögen eine rasche Zerstörung infolge
von Materialwanderungen eintritt.
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Es ist weiterhin bekannt, mechanischen Stromrichtern - Hauptstromrichtern
- zur Herabsetzung des Schaltfeuers Kondensatoren oder zusätzliche Stromrichter
- Nebenstromrichter -gesteuert oder ungesteuert, parallel zu schalten und die Nebenstromrichter
mittels eines Zusatzkontaktes einzuschalten, damit sie nicht während der gesamten
Sperrzeit an der Sperrspannung liegen und
dementsprechend bemessen
werden müssen. Die Anordnung von Zusatzkontakten bei mechanischen Stromrichtern
mit hin und. her gehenden Kontakten bedingt jedoch einen sehr erheblichenAufwand,
weil zur Betätigung der Zusatzkontakte besondere Antriebe vorgesehen werden müssen,
die die Zusatzkontakte zu anderen Zeitpunkten betätigen wie die Hauptkontakte.
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Die Anordnung von Zusatzkontakten bei umlaufenden Stromrichtern mit
Schleifkontakten, die ebenfalls bekannt ist, hat unter anderem den Nachteil, daß
eine ausreichende Isolation zwischen Haupt- und Zusatzkontakt praktisch nicht zu
verwirklichen ist. Da während einer bestimmten Zeit sowohl -Haupt- als auch Zusatzkontakt
mit einer Bürste Kontakt geben müssen, kann ihr peripherer Abstand nur klein sein.
Es ist vom Kollektorbau her bekannt, daß die Spannung zwischen zwei Lamellen sehr
begrenzt ist. Regelungen lassen sich bei derartigen Anordnungen nur sehr schwierig
ausführen.
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Demgegenüber werden Stromrichter mit Kontakt- und Gegenkontakthahnen
aufweisenden Rollelektroden erfindungsgemäß so ausgebildet, daß zur Überleitung
des Stromes gegen Ende der Kommutierungszeit vom Rollstromrichter auf einen zusätzlichen
Stromrichter (Nebenstromrichter) wenigstens ein zusätzliches Kontaktstück neben
der zugeordneten Kontaktbahn des Rollstromrichters so angeordnet ist, daß Kontaktstück
und Kontaktbahn mindestens während eines Teiles der Stromdürchlaßzeit gemeinsam
die Gegenkontaktbahn berühren.
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Durch eine derartige Anordnung ergeben sich gegenüber ,dem Bekannten
ausschlaggebende Vorteile. Der bauliche Aufwand für den Zusatzkontakt bleibt geringfügig
und besondere Einrichtungen zum Ein- und Ausschalten sind nicht erforderlich, da
der Zusatzkontakt allein durch seine Größe und durch seine: Lage in bezug auf den
Hauptkontakt die richtigen Schalttakte selbsttätig erteilt. Die Isolation zwischen
Haupt- und Zusatzkontakten bereitet keinerlei Schwierigkeiten, und sie kann leicht
für hohe Spannungen bemessen werden, da bereits beispielsweise schon eine Luftstrecke
von einigen Millimetern mit mehreren tausend Volt beansprucht Werden kann. Darüber
hinaus ergeben sich bei Rollstromrichtern die ganz allgemein auftretenden Vorteile
der strom- und spannungsmäßig sehr hoch liegenden Beanspruchbarkeit.
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Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorzug erfindungsgemäß vorgeschlagener
Anordnungen besteht darin, daß die Stromdurchlaßzeit ohne wesentlichen zusätzlichen
Aufwand leicht geregelt werden kann. Zu ihrer Regelung werden vorteilhaft mehrteilige
Kontaktbahnen verwendet, die gegeneinander verdrehbar bzw. verschiebbar sind. In
diesem Falle kann der Zusatzkontakt am Ende des zuletzt Berührung gebenden Kontaktbahnstückes
angeordnet und gleichzeitig mit diesem verstellt werden.
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Die grundsätzliche Arbeitsweise eines mechanischen Stromrichters mit
Zusatzkontakt und Nebenstromrichter sei an Hand der Fig. i kurz beschrieben. Gegen
Ende der Stromdurchlaßzeit, aber noch vor dem Stromnulldurchgang, wird die Kontaktbrücke
i von dem ihr zugeordneten Hauptkontakt 2 abgezogen und mit einem Zusatzkontakt
3 in Berührung gebracht. Ist der Stromfluß zwischen der Kontaktbrücke i und dem
Kontakt 2 unterbrochen und zunächst nur die Verbindung zwischen den Teilen i und
3 hergestellt, so fließt der Strom über den Stromrichter (Nebenstromrichter) q.,
welcher am Zusatzkontakt 3 dauernd angeschlossen bleiben kann. In dieser Lage der
Kontaktbrücke muß der Stromnulldurchgang stattfinden. Kurze Zeit später wird die
leitende Verbindung zwischen i und 3 durch eine weitere Bewegung der Kontaktbrücke
i in die gestrichelt angedeutete Lage 5 stromlos unterbrochen und damit eine Isolierstrecke,
im einfachsten Falle eine luftförmige Isolierstrecke, gebildet. Diese Isolierstrecke,
gebildet aus dem Abstand der Kontaktbrücke i in der Lage 5 und dem Zusatzkontakt
3, wird zwecks Aufnahme der Sperrspannung in Reihe mit dem Nebenstromrichter q.
geschaltet.
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Die Schaltung gemäß Fig. i hat den gleichen Nachteil wie die einfache
Parallelschaltung eines Nebengleichrichters zur Kontaktbrücke eines mechanischen
Gleichrichters: die Kontaktbrücke muß beim Öffnen den gesamten Strom schalten. Es
sind Anordnungen bekannt, bei welchen mit Hilfe einer Zusatzspannung und eines Nebengleichrichters
der abzuschaltende Kontaktstrom herabgesetzt werden kann. Diese bekannten Anordnungen
können sinngemäß in gleicher Weise wie die gemäß Fig. i beschriebenen verwendet
werden.
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In Fig. 2 ist eine Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt. Fig.
2 zeigt schematisch ein Paar aufeinander abgerollter scheibenförmiger Elektroden
6 und 7, von welchen jede beispielsweise zwei Kontaktbahnen 8 und 9 trägt. Der elektrische
Strom kann über Bürsten io und Schleifringe i i zu- bzw. abgeleitet werden. Die
scheibenförmige Elektrode 7 hat außer den Kontaktbahnen 9 noch Zusatzkontaktstücke
12, welche über zusätzliche Stromrichter 13 mit den Kontaktbahnen 9 elektrisch verbunden
sind. Obwohl zwischen den Kontakten g und 12 ein offener Spalt gezeichnet ist, sind
diese Kontakte zumTeil nebeneinanderliegend zu denken, z. B. gemäß einer Ausführungsform
nach Fig. 3, welche die Kontaktstücke 9 und 12 in abgewickeltem Zustand darstellt.
Werden die Kontaktbahnen 8 und 9 aufeinander abgerollt, so werden gegen Ende der
Stromdurchlaßzeit die Zusatzkontaktstücke 12 die Kontaktbahnen 8 berühren. Rollt
eine Kontaktbahn 9 von einer Kontaktbahn 8 ab, so wird, falls der Spannungsabfall
der Nebenstromrichter 13 genügend klein ist, ein Lichtbogen nicht gezogen werden
können. Das Zusatzkontaktstück 12 ist so zu dimensionieren und zeitlich auf der
Gegenkontaktbahn 8 so abzurollen, daß innerhalb ihrer Berührungszeit der Stromnulldurchgang
liegt. In der Zeit nach dem Stromnulldurchgang verhindern die Nebenstromrichter
13 das Fließen eines elektrischen Stromes, so daß die Trennung der Kontaktbahnen
8 und 12 ebenfalls lichtbogenfrei erfolgen kann. Um den Übergang des elektrischen
Stromes
von den Kontaktbahnen 9 auf die Kontaktstücke 1.2 zu erleichtern, können erfindungsgemäß
weitere Maßnahmen ergriffen werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann das Ende 1q.
der Kontaktbahn 9 so ausgebildet werden, daß mindestens ein zusätzlicher Widerstand
in den Stromkreis geschaltet wird. Dies kann dadurch geschehen, daß das Ende 1q.
der Kontaktbahn 9 aus einer oder mehreren Schichten 15 gebildet wird, zwischen welche
Widerstände geschaltet sind oder die selbst aus Widerstandsmaterial gleicher oder
verschiedener Art bestehen. Ebenso ist es möglich, den Endteil 1q. der Kontaktbahn
9 aus Widerstandsmaterial anzufertigen.
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In Fig. q. ist eine weitere Möglichkeit der Verwendung eines Nebenstromrichters
bei einem Roilstromrichter dargestellt. Die Elektrodenscheiben und Kontakte sind
gleichbezeichnet mit denen der Fig. 2. Im Gegensatz zu Fig. 2, bei welcher der zusätzliche
Stromrichter 13 unmittelbar in den Hauptstromkreis eingeschaltet wird, ist hier
ein Nebenstromrichter 16 zum Hauptstromkreis,welcher über die Kontaktbahnen
8 und 9 führt, parallel geschaltet. Da der Nebenstromrichter 16 einen wenn auch
geringen Spannungsabfall hat, sind.zur Überleitung des Stromes vom Rollstromrichter
(Kontaktbahnen 8 und 9) zum parallel geschalteten Nebenstromrichter 16 besondere
Maßnahmen erforderlich. Erfindungsgemäß werden hierzu am Ende der Stromdurchlaßzeit
mittels Zusatzkontaktstücken-i7 ohmsche Widerstände 18 in den Hauptstromkreis geschaltet,
welche jedoch im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen nur so klein zu bemessen sind,
daß ihr Spannungsabfall ausreicht, um den Strom auf den parallel geschalteten Nebenstromrichter
1d überzuleiten. Dabei ist es zweckmäßig, durch geeignete Maßnahmen den Strom nicht
sprungweise, sondern möglichst allmählich vom Hauptstromrichter (Kontaktbahnen 8
und 9) zum Nebenstromrichter 16 hinüberzuleiten. Dies kann, wie an Hand der Fig.
3 beschrieben, durch geeignete Ausbildung der Kontakte 9 und 17 geschehen. Die Trennung
der Kontakte 8 und 17 müß in diesem Falle vor dem Stromnulldurchgang erfolgen;
sie wird praktisch ohne Entstehung eines wesentlichen Lichtbogens möglich sein,
da dem Strom zum Weiterfließen der Parallelweg über den Nebenstromrichter 16 offensteht.
Um den Nebenstromrichter 16 nicht mehr als nötig zu beanspruchen, wird er in weiterer
Durchführung der Erfindung mittels einer Synchronschalteinrichtung, beispielsweise
über eine mit der Elektrode 7 gekuppelt umlaufende Schaltvorrichtung, welche nur
schematisch durch Bürsten r9 und Schleifkontakte 2o und 21 angedeutet ist, kurzzeitig
eingeschaltet, und zwar in einem Zeitintervall, innerhalb dessen der Stromnulldurchgang
liegt. Bei der Bemessung der Nebenstromrichter ist darauf zu achten, daß sie zwar
mit der vollen Sperrspannung beaufschlagt werden, jedoch infolge ihrer kurzen Einschaltdauer
diese nur kurze Zeit auszuhalten brauchen und nur einen geringen Bruchteil der Leistung
des Rollstromrichters übernehmen. Je nach Höhe der zu richtenden Spannung werden
mit Vorteil Trockengleichrichter, Quecksilberdampfgleichrichter oder Hochdrucklichtbogenventile
Anwendung finden.
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Bei Anordnungen gemäß Fig. q. ist es wichtig, die Leiterschleife,
gebildet aus dem Hauptstromrichter und Nebenstromrichter enthaltenden Stromkreis,
möglichst induktivitätsarm auszubilden, um die Abschaltung des Stromes bzw. seine
Überleitung von Hauptstromrichtern auf Nebenstromrichter nicht unnötig zu erschweren.
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Sollten bei den bisher beschriebenen Anordnungen die Spannungen bei
der Trennung der Hauptelektroden zu groß sein, so ist es ohne weiteres möglich,
an Stelle eines Zusatzkontaktstückes 17 mehrere Zusatzkontakte hintereinander anzuordnen
und beispielsweise über Widerstände miteinander elektrisch zu verbinden, so daß
auf diese Weise die Spannungsdifferenzen bei der Trennung der Kontakte beliebig
klein gehalten werden können. Es erweist sich unter Umständen als vorteilhaft, die
Zusatzkontakte selbst aus einem Material änzufertigen, welches genügend hohen ohmschen
Widerstand hat, so daß dadurch die Anordnung eigener Widerstandselemente erspart
wird. Für die Einschaltung von Nebenstromrichtern 13 gilt sinngemäß das gleiche.
Es können also auch an Stelle von einem Kontaktstück mehrere Zusatzkontaktstücke
12 mit Nebenstromrichtern 13 verbunden werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, außer
den Nebenstromrichtern ohmsche Widerstände, Kapazitäten und Vereinigungen dieser
Schaltelemente anzuordnen.
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In Fig. q. ist eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung des Schaltfeuers
bei der Trennung der Kontaktbahnen 8 und 9 dargestellt. Erfindungsgemäß dient hierzu
eine Zusatzspannung (Spannungsquelle 22), welche in dem Stromkreis des Nebenstromrichters
16 wirksam gemacht wird. Als Zusatzspannung können sowohl Gleich- als auch Wechselspannungen
verwendet werden. Die Zusatzspannung kann mittels eines eigens hierfür angeordneten
Umspanners 22 oder mittels eines als Spezialstromwandler ausgebildeten Gerätes 23
zugeführt werden. Dieser Stromwandler 23 trägt beispielsweise drei Wicklungen 2q.,
25 und 26: Der Wicklung 24 wird eine Spannung aufgedrückt, welche transformatorisch
auf die Wicklung 26 übertragen wird. In die Wicklung 25 werden die .lektrischen
Vorgänge der Wicklung 26 übertragen. Die Wicklung 25 kann zur Speisung von Regel-,
Steuer-, Signal-, Anzeige- und sonstigen Geräten verwendet werden. Es ist natürlich
ebensogut möglich, an Stelle der hier beschriebenen Sonderausbildung des Stromwandlers
zwei getrennte Geräte, und zwar einen einfachen Stromwandler zum Abgriff der Regelimpulse
und einen in Reihe geschalteten Transformator zwecks Zuführung der Zusatzspannung,
zu verwenden.
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Zusatzspannungen der beschriebenen Art können sowohl zur Überleitung
des elektrischen Stromes von Hauptstromrichter auf Nebenstromrichter dienen als
auch nur zur Beschleunigung oder Steuerung dieses Vorganges verwendet werden.
Wie
bereits erläutert, ist es bei Anordnungen gemäß Fig. i und 2 erforderlich, daß der
Stromnulldurchgang dann erfolgt, wenn der Nebenstromrichter eingeschaltet ist. Da
die Einschaltdauer des Nebenstromrichters im Vergleich zur gesamten Stromdurchlaßzeit
nur gering und da die Stromdurchlaßzeit lastabhängig ist, wird in vielen Fällen
eine Veränderung der gegenseitigen Lage von Hauptkontakt und Zusatzkontakt zweckmäßig
sein. Ist der Hauptkontakt an sich schon in zwei oder mehrereTeile zwecks Regelung
der Stromdurchlaßzeit unterteilt, so genügt es, den Zusatzkontakt mit dem zuletzt
kontaktgebenden Elektrodenteil mechanisch fest zu verbinden. Dadurch kann der Zusatzkontakt
stets so :-erstellt werden, daß während seiner Kontaktgabe der Stromnulldurchgang
vor sich geht.
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In Fig. 5 ist ein Rollstromrichter mit den Elektrodenscheiben 6 und
7 und den Kontaktbahnen B-und 9 sowie den Zusatzkontaktstücken 12 (Bezeichnung entsprechend
Fig. 2) dargestellt. Die Zusatzkontaktstücke 12 können in diesem Falle gegenüber
den Kontaktbahnen 9 verstellt und einer veränderlichen Stromdurchlaßzeit angepaßt
werden. Der Nebenstromrichter kann auf den umlaufenden Teilen selbst angeordnet
werden; er kann sich aber auch außerhalb der umlaufenden Teile befinden und über
Schleifringe an die Kontakte 9 und 12 angeschlossen werden.
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In Fig. 6 stellen die Flächen 27 und 28 schematisch die Abwicklung
der Kontaktbahnen 9 und 12 für den Fall dar, daß die beiden Elektroden gegeneinander
verdrehbar sein sollen. Auch bei dieser Ausführung sind die Kontakte so ausgebildet,
daß während eines gewissen Zeitabschnittes die Gegenkontaktbahn 8 auf beiden Teilen
9 und '12 gleichzeitig Kontakt gibt, so daß der Strom allmählich von der Hauptkontaktbahn
auf das Zusatzkontaktstück übergeleitet- werden kann. Das Ende der Kontaktbahn 9
kann dabei, wie bereits an Hand der Fig. 3 beschrieben, so ausgebildet sein, daß
Widerstände in den Stromkreis geschaltet werden können. Diese Anordnung ist naturgemäß
nicht nur auf Rollstromrichter beschränkt; es ist auch denkbar, den Rollkreisradius
unendlich groß werden zu lassen und damit ebene Schiebekontakte in sinngemäß gleicher
Weise auszubilden.