DE960301C - Wechselstromschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselstromschalteinrichtung für mechanisch bewegte Synchronschalter mit die Kontakte im Schaltaugenblick vom Strom entlastenden, in Reihe mit den Kontakten liegenden, nur in der Nähe des Stromnullwertes entsättigten Drosselspulen, sogenannten Schaltdrosseln. Diese Schaltdrosseln erfordern einen hochwertigen ferromagnetischen Kern. Bisher war es nun üblich, für diese Drosselspulen besondere Vormagnetisierungswicklungen zu verwenden. Diese lassen sich vermeiden, wenn erfindungsgemäß etwa sinusförmige Wechselströme mit geeigneter Phasenlage und Stärke zum Hauptstrom nach Durchfließen der Sättigungsdrosseln abgezweigt werden. Diese Ströme werden dem Speisenetz entnommen, das auch die Hauptleistung liefert.

Die gewünschte Phasenlage kann dadurch erreicht werden, daß die Phase der Spannung, welche diesen abgezweigten Strom hervorruft, geeignet gewählt wird, z. B. indem eine geeignete Spannungszusammensetzung des Transformators angewendet wird, oder indem der Stromkreis, von dem dieser Strom abgezweigt wird, geeignet ausgebildet wird, beispielsweise Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten oder Kombinationen davon erhält.

Es ist unvermeidbar, daß, wenn während der Zeit, in der der Kern der Drossel nicht gesättigt

ist, in der sättigbaren Kommutierungsdrossel eine Flußänderung eintritt, die induzierte EMK den Wert des abgezweigten Stromes empfindlich beeinflußt.

Wenn man diese Erscheinung von einem anderen Gesichtspunkt betrachtet, ist es notwendig, daß in jedem dieser Abzweigkreise ein erhöhter Widerstand oder Induktivität vorgesehen wird, welche vorwiegend hinsichtlich des Wertes, den die Kommutierungsdrossel annimmt, wenn sie nicht gesättigt ist, eine Stabilisierung des abgezweigten Stromes bewirkt.

Die Fig. ι stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in der Anwendung auf beispielsweise einen mechanischen Gleichrichter dar, der als dreiphasige Brücke geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Spannungstransformators ist in Stern geschaltet und mit den Kontakten des mechanischen Gleichrichters über drei sättigbare Kommutierungsdrosseln X₁, X₂, X₃ verbunden. Zwischen dem Nullpunkt der Sekundärwicklung des Transformators und den äußeren Enden der Drosseln X₁, X₂, X₃ sind drei Abzweigkreise vorgesehen, von denen in dem betrachteten Falle jeder aus einer Induktivität und einem Kondensator, die in Reihe geschaltet und geeignet bemessen sind, besteht.

Aus der Fig. 2 läßt sich entnehmen, daß es notwendig ist, daß während der Kommutierung der Phase ι auf die Phase 2 die Pause mit verringertem Strom vor dem Durchgang des Stromes durch Null auftreten muß und daß der abgezweigte Strom J₁ das entgegengesetzte Vorzeichen als der Hauptstrom J₁ hat.

Dieses Vorzeichen kann auf einfache Weise derart erzielt werden, daß der Wechselstrom J₁ eine Phasenlage erhält, die etwa 90⁰ vor der Spannung der Phase V₁ liegt. Zu diesem Zweck würde die Einschaltung von einfachen Kondensatoren C₁, C₂ und C₃ genügen. Die mit diesen Kondensatoren in Reihe geschalteten Induktivitäten haben nur den Zweck, den Strom während der Veränderung des Flusses in den Kommutierungsdrosseln zu stabilisieren.

Die Bemessung der abgezweigten Kreise muß derart sein, daß ein der Spannung um 90⁰ voreilender Strom auftritt; deswegen muß die durch C₁, C₂ und C₃ bestimmte kapazitive Reaktanz einen absoluten Wert besitzen, der größer ist als die induktive Reaktanz von X₁, X₂ und X₃. Die resultierende Reaktanz muß einen derartigen Wert haben, daß sie den zur Verschiebung der Magnetisierung gewünschten Stromwert durchläßt.

Der abgezweigte Strom soll nicht mit der Grundfrequenz in Resonanz stehen. Er stellt indessen ein Bandfilter dar, und es werden deswegen größere Reaktanzen X₁, X₂ und X₃ bei kleineren abgezweigten Strömen gewählt. Man weicht dabei weniger von der richtigen Sinusform der Flußänderung in den sättigbaren Kommutierungsdrosseln ab. In Wirklichkeit ist die Spannung, welche die abgezweigten Kreise speist, nicht mehr sinusförmig, sondern nimmt etwa die in Fig. 2 stark ausgezogene Gestalt an; als Folge der in die Kommutierungsdrosseln induzierten Spannung. Die Grundfrequenz dieser verzerrten Spannung (die anderen Harmonischen werden durch das Bandfilter unterdrückt) ergibt außerdem eine Verzögerung der Spannung der Phase F₁, wodurch auch der Strom J₁ verzögert wird, was in diesem Falle vorteilhaft ist und auch immer kompensiert werden kann, indem der Leistungsfaktor des abgezweigten Kreises verändert wird.

Diese Phase und die Höhe der Spannung, welche den abgezweigten Kreis speisen, verändern sich mit der Leistung, mit welcher in diesem Falle die Dauer der Kommutierung verändert wird. Diese Veränderungen können vorteilhaft zur Kompensierung des Hysteresezyklus angewendet werden, indem der Leistungfaktor des abgezweigten Kreises so gewählt wird, daß der Hauptstrom einen möglichst konstanten Wert annimmt, um die Leistung in dem Augenblick zu verändern, in welchem sich der Kontakt öffnet.

Es ist auch möglich, die Phase des abgezweigten Stromes zu verschieben, indem beispielsweise in dem abgezweigten Kreis auch ohmsche Widerstände eingeschaltet werden.

Die gewählte Phase kann verändert werden, indem die Phase der Speisespannung der abgezweigten Kreise Veränderungen erfährt, beispielsweise nach den Fig. 3 und 4, welche eine Phaseneinstellung von 30⁰ voreilend oder nacheilend hinsichtlich Fig. 1 ermöglichen. Phaseneinstellungen zwischen diesen Werten können erzielt werden, indem an der Sekundärwicklung des Transformators zusätzliche Klemmen vorgesehen werden.

Die Phase des Vormagnetisierungsstromes kann gleichförmig verändert werden, indem die Impedanz geeignet veränderlich gemacht wird, derart, daß die Verhältnisse der Vormagnetisierung der Öffnung des Kontaktes in dem Falle, in dem diese verzögert werden kann, um eine Regelung der gleichgerichteten Spannung zu erhalten, angepaßt werden.

Die vorstehenden Lösungen ermöglichen nicht nur die Vermeidung der Vorsättigungswicklungen der Kommutierungsdrosseln, sondern kommen auch ohne eine zusätzliche Spannungsquelle zur Speisung dieser Wicklungen aus.

Wenn man die Verwendung von Kondensatoren vermeiden will, kann man auf dem Haupttransformator Hilfswicklungen vorsehen, welche zur Lieferung von Spannungen geeigneter Phasen dienen, die den gewünschten Vormagnetisierungsstrom (Fig. 5) zur Speisung einer ohmschen oder induktiven Belastung liefern.

Auch in diesem Falle ist es zweckmäßig, immer eine Induktivität in den abgezweigten Kreisen vorzusehen, mit dem Zweck, den Strom praktisch sinusförmig zu halten. Beim Fehlen der Kompensierung der Kondensatoren ist es notwendig, zu diesem Zweck eine Spannung an den Hilfswicklungen vorzusehen, die ausreichend hoch ist und es ermöglicht, die Wirkung der in der sättigbaren

Claims (4)

Kommutierungsdrossel induzierten Spannung niedrig zu halten. Schließlich können in dem Falle, wo man die Phase des Vormagnetisierungsstromes leicht verändern will, die HilfsSpannungen dem Speisenetz des Haupttransformators über einen geeigneten Phasenschieber (Fig. 6) entnommen werden. Diese Einzelheit der vorliegenden Erfindung kann auch in Einrichtungen zur Unterbrechung ίο von Wechselströmen Anwendung finden, die für andere Zwecke benutzt werden, beispielsweise zur Steuerung von elektrischen Widerstandsschweißeinrichtungen. Diese Schweiß einrichtungen haben, wie bekannt ist, einen sehr niedrigen Leistungsfaktor. Der Strom eilt der Spannung um etwa 700 nach. Der Vormagnetisierungsstrom muß in diesem Falle etwa mit der Speisespannung in Phase sein und kann dadurch erzielt werden, daß vor der Kommutierungsdrossel ein Kreis abgezweigt wird, der einen Leistungsfaktor von annähernd Null besitzt. Da es zweckmäßig ist, eine Stabilisierungsinduktivität vorzusehen, so wird man den gewünschten Leistungsfaktor dadurch erzielen, daß man einen Kondensator in Reihe schaltet, der mit der Induktivität etwa in Resonanz steht (Fig. 7 und 8). Es sind bereits die Vorteile der Vormagnetisierung mit einem Wechselstrom bekannt, die die Verwendung von Kommutierungsdrosseln im Wechselspannungskreis ermöglicht, und die das Ergebnis haben, daß beide die stromschwache Pause in jeder Periode kompensieren. Dieses Verfahren weist indessen einen Nachteil auf. Auch wenn man den Strom bis zum Maximalwert ausnutzt, erreicht man keinen im wesentlichen konstanten Vormagnetisierungswert, und es wird schwierig, während der stromschwachen Pause eine ausreichende Kompensierung des Hysteresezyklus zu erreichen. Außerdem erfordert die Verwendung eines sinusförmigen Vormagnetisierungsstromes eine Verzögerung der Phase, wenn die Schließung der Kontakte verzögert wird, um eine Verringerung der gleichgerichteten Spannung zu erreichen. Paten tan s ρ Ruch K:

1. Wechselstromschalteinrichtung für mechanisch bewegte Synchronschalter mit die Kontakte im Schaltaugenblick vom Strom entlastenden,, in Reihe mit den Kontakten liegenden, nur in der Nähe des Stromnull wertes entsättigten Drosselspulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetisierung der sättigbaren Drosseln ohne die Anwendung von besonderen Vormagnetisierungswicklungen dadurch beeinflußt wird, daß etwa sinusförmige Ströme mit geeigneter Phasenbeziehung zum Hauptstrom nach Durchfließen der Sättigungsdrosseln abgezweigt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geeignete Phasenbeziehung durch passende Wahl des Leistungsfaktors der abgezweigten Hilfskreise erzielt wird, die aus Kondensatoren, Widerständen oder Induktivitäten oder Kombinationen von diesen bestehen, oder indem die Phase der die abgezweigten Kreise speisenden Spannung geeignet gewählt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines etwa sinusförmigen abgeleiteten Stromes die in den sättigbaren Drosseln induzierte Spannung neutralisiert wird, indem in den abgezweigten Kreisen geeignete Reaktanzen vorgesehen werden, die gegebenenfalls mit Widerständen und Kondensatoren in Reihe geschaltet werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zur Speisung der abgezweigten Kreise von derselben Spannungswicklung oder von Hilfswicklungen des Haupttransformators geliefert wird, oder auch-von Hilfstransformatoren, die gegebenenfalls von der Speiseleitung über einen Phasenschieber gespeist werden.

iriften:

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 709 656;
französische Patentschrift Nr. 830 743.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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