DE965879C - Kontaktumformer - Google Patents

Description

und

Die Erfindung betrifft in erster Linie die Verbesserung von Kontaktumformern für Starkstrom, bei denen in Reihe mit jeder Trennstelle ein selbsttätig oder durch selbsttätige Steuerung veränderlicher Wirk-, Blind- oder Scheinwiderstand geschaltet ist, dessen Widerstands wert sich jedesmal in der Nähe eines Nullwertes des Stromes derart erhöht, daß durch Abflachung eines Abschnittes der Stromkurve jedesmal bei der Schließung des Stromkreises zunächst eine stromschwache Pause entsteht. Nach dem Hauptpatent wird die Stromübertragung am Schluß der Sperrzeit kurz vor

dem Schließungsaugenblick der Kontakte über besondere Hilfseinrichtungen eingeleitet. Die im Hauptpatent beschriebene Anordnung, bei der von jeder Kontakteinrichtung zwei an entgegengesetzten Enden angeschlossene Hilfsleitungen zu den Elektroden der Hilfszündeinrichtung führen, ist hinsichtlich der Unterbringung dieser Hilfsleitungen insofern ungünstig, als mindestens eine der beiden Hilfsleitungen jeder Kontakteinrichtung an dieser Kontakteinrichtung entlanggeführt werden muß, wenn zur Vermeidung schädlicher Spannungsabfälle in den Leitungen größere Umwege ver-

mieden werden sollen. Die Verlegung der Hilfsleitungen längs der Kontakteinrichtungen bietet jedoch deswegen Schwierigkeiten, weil infolge der aus mechanischen Gründen gebotenen gedrängten Anordnung und wegen der Notwendigkeit, die erforderlichen Isolierabstände einzuhalten, zwischen den Kontakteinrichtungen verhältnismäßig wenig Raum zur Verfügung steht, der überdies zum Teil durch die Parallelkondensatoren ausgefüllt wird, ίο die ebenfalls zwecks Vermeidung schädlicher Spannungsabfälle mit möglichst kurzen Zwischenleitungen an die Kontakteinrichtungen angeschlossen sein sollen. Infolgedessen wird es als ■ Übelstand empfunden, eine weitere Verbindungsleitung, die ein bestimmtes Potential führt, entlang jeder Kontakteinrichtung vorbeizuführen an Stellen, die zeitweise ein anderes Potential besitzen, und dabei die erforderlichen Isolierabstände, insbesondere bei sehr hohen Spannungen, einhalten zu müssen. Demgegenüber kann bei Mehrphasenanordnung die Leitungsführung erfindungsgemäß dadurch vereinfacht werden, daß die Hilfseinrichtungen jedesmal die an das Mehrphasensystem angeschlossene Seite der zu schließenden Kontakteinrichtung der stromübernehmenden Phase mit der an das Mehrphasensystem angeschlossenen Seite der Kontakteinrichtung der stromabgebenden Phase verbinden. Die Verbindungsleitungen zu den entgegengesetzten Enden der Kontakteinrichtungen werden für jede Phase durch die Kontakteinrichtung der jeweils vorangehenden Phase, die wegen der Überlappung der Kontaktzeiten der einander ablösenden Phasen im richtigen Augenblick noch geschlossen ist, ersetzt und fallen somit weg. Auf diese Weise kann eine wesentliche Vereinfachung des Gesamtaufbaues erzielt werden. Die erwähnten Hilfseinrichtungen können aus gesteuerten Entladungsstrecken oder aus mechanisch betätigten Schalteinrichtungen bestehen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein Kontaktumformer zur Umformung von Drehstrom in Gleichstrom oder umgekehrt dargestellt, bei dem die Stromübertragung in den einzelnen Phasen durch eine mechanisch betätigte Hilfszündeinrichtung mit synchron umlaufenden Elektroden abwechselnd eingeleitet wird. An ein Drehstromnetz 10 ist die Umformungsanordnung über einen Hochspannungstransformator 11, 12 angeschlossen. Die sekundärseitigen Ausführungsleitungen sind zu einer sechsphasigen Graetzschaltung verzweigt und führen über Schaltdrosseln 13 mit bei Nennstrom hochgesättigtem und sich nur bei kleinen Stromwerten entsättigendem Magnetkern zu den Kontakteinrichtungen 1 bis 6 und von da über eine Glättungsdrossel 19 zu einem Hochspannungsgleichstromnetz 20. Die Magnetkerne der Schaltdrosseln 13 bestehen z. B. aus magnetisch hochwertigen Eisenlegierungen, deren Magnetisierungskurve im ungesättigten Gebiet möglichst wenig zur Flußachse geneigt ist, an den Übergangsstellen zu den gesättigten Gebieten je einen scharfen Knick aufweist und in dem bei einem möglichst hohen Induktionswert liegenden Sättigungsgebiet nahezu parallel zur Achse der magnetischen Erregung verläuft. Windungszahl und Kernquerschnitt der Schaltdrosseln sind so ausgelegt, daß der Kurvenverlauf eines infolge einer angelegten Wechselspannung fließenden Wechselstromes jedesmal in der Nähe eines Nullwertes infolge der Entsättigung des Magnetkerns eine Abflachung erfährt, derart, daß eine praktisch stromlose Pause entsteht. Während der stromlosen Pause können die Kontakte unter erleichterten Bedingungen geöffnet werden.

Die Kontakteinrichtungen 1 bis 6 bestehen vorzugsweise aus einer größeren Anzahl in Reihe geschalteter Kontaktpaare und zu den Unterbrechungsstellen parallel liegender, vorzugsweise Kondensatoren enthaltender Parallelpfade, durch die die an den Kontakten beim Öffnungsvorgang wiederkehrende Spannung gleichmäßig auf alle Unterbrechungsstellen verteilt wird und durch die gleichzeitig der Anstieg der wiederkehrenden Spannung derart verzögert wird, daß kein schädliches Schaltfeuer auftreten kann. Die Parallelpfade können ferner so abgestimmt sein, daß der in ihnen jedesmal während der Sperrzeit fließende Strom, der auch durch die Schaltdrosseln 13 fließt, die Magnetkerne der letzteren derart vorerregt, daß sie sich kurz vor der erneuten Schließung der Kontakte jedesmal noch im ungesättigten Zustand befinden, so daß zu Beginn der Kontaktschließung zunächst eine stromlose Pause entsteht, durch die die Kontaktschließung erleichtert wird. Zur Erzielung des gewünschten magnetischen Zustandes der Schaltdrosselkerne kann auch eine in der Zeichnung nicht dargestellte besondere Vormagnetisierung der Schaltdrosselkerne mit Gleich- oder Wechselstrom geeigneter Frequenz und Phasenlage zu Hilfe genommen werden.

Den vorzugsweise als Schaltbrücken ausgebildeten beweglichen Kontaktteilen kann nach Art der Ventile von Brennkraftmaschinen mit Hilfe eines oder mehrerer Exzenter i6, Kurbeln, Nocken od. dgl. über nicht dargestellte Zwischenstößel eine Abhebebewegung entgegen der Schließkraft einer Feder erteilt werden. Die Exzenterwelle 15 ist mit einem Synchronmotor 14 gekuppelt, der aus dem Drehstromnetz 10 gespeist wird, und zwar z. B. über einen Drehtransformator 18, mit dem die Phasenlage des Schalttaktes gegenüber der Phasenlage der Drehstromspannung verstellt werden kann.

Auf der Exzenterwelle 15 kann auch das ebenfalls synchron betätigte Einschaltrad 7 angeordnet sein, durch das die Stromübertragung der einzelnen Phasen jedesmal vor der Schließung der zugehörigen Kontakteinrichtung eingeleitet wird. An der durch eine gestrichelte Linie gekennzeichneten kreisförmigen Bahn des Einschaltrades sind die ruhenden Elektroden 1' bis 6' in gleichmäßigen Abständen verteilt angeordnet und mit den zugehörigen Kontakteinrichtungen auf der Sechsphasenseite verbunden. Zur anderen Seite der Kontakteinrichtungen führen vom Einschaltrad keine Verbindungsleitungen. Die im Pfeilsinn umlaufenden Gegenelektroden haben voneinander den

gleichen Abstand wie zwei ruhende Elektroden i', 3' oder 2', 4' usw., die auf den Enden einer Sehne der Kreisbahn angeordnet sind.

Von den umlaufenden Elektroden 8 und 9 führen Verbindungsleitungen 23 und 24 zum Anker 22 einer kleinen Hilfsmaschine2i, die ebenfalls auf der Exzenterwelle 15 angeordnet sein kann und die eine die Einschaltspannung der Kontakteinrichtungen nahezu kompensierende Hilfswechselspannung geeigneter Frequenz und Phasenlage erzeugt. Im vorliegenden Falle beträgt beispielsweise die Frequenz der Hilfswechselspannung das Dreifache (150 Per./sec) der Betriebsfrequenz (50 Per./sec) des Drehstromnetzes.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Umformungsanordnung ist folgende: Von den Kontakten ι bis 6, die in der ziffermäßigen Reihenfolge abwechselnd geschlossen und geöffnet werden, befinden sich die Kontakteinrichtungen 6 und ι gerade im geschlossenen Zustand, was durch eine ausgezogene Mittellinie angedeutet ist, während sich die übrigen Kontakteinrichtungen entsprechend den gestrichelt gezeichneten Mittellinien gerade im geöffneten Zustande befinden. Die Kontakteinrichtung 2 soll als nächste geschlossen werden. Kurz vor der ersten Berührung der Kontakte nähern sich die umlaufenden Elektroden 8 und 9 des Einschaltrades den ruhenden Kontakten 2' und 6' so weit, daß hier durch eine Vorentladung eine Verbindung zwischen den Kontakteinrichtungen 6 und 2 auf der Sechsphasenseite hergestellt wird. Da nun die Kontakteinrichtung 6 noch geschlossen ist, so wird durch die vom Einschaltrad 7 hergestellte Verbindung die Kontakteinrichtung 2 unmittelbar überbrückt. Der Strom, der hier fließt, kann nur kleine Werte haben, weil sich die mit der Kontakteinrichtung 2 in Reihe liegende Schaltdrossel in ungesättigtem Zustande befindet und daher einen raschen Stromanstieg vorübergehend verhindert. An der Kontakteinrichtung 2 würde nun kurz vor dem Schließungsaugenblick die Lichtbogenspannung der zwischen den Kontakten 2' und 8 bzw. 6' und 9 bestehenden Entladungen auftreten. Wenn aber gleichzeitig die vom Hilfsgenerator 21, 22 erzeugte Zusatzspannung entgegengesetzte Richtung und annähernd gleiche Größe hat, so kompensiert sie die Entladungsspannungen derart, daß zwischen den Elektroden 2' und 6' kein Potentialunterschied besteht und somit an der Kontakteinrichtung 2 keine Spannung vorhanden ist. Die Kontakteinrichtung 2 kann daher jetzt geschlossen werden, ohne daß sich hier schädliches Schaltfeuer oder eine die Dauerbetriebsfähigkeit der Kontakte in unzulässigem Maße beeinträchtigende Materialwanderung ausbilden könnte. Die Verbindung zwischen den Elektroden 2' und 8 bzw. 6' und 9 muß unterbrochen sein, bevor sich die Kontakteinrichtung der abgebenden Phase 6 am Ende der Kommutierungszeit öffnet. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich in gleicher Weise bei der Schließung der übrigen Kontakteinrichtungen.

Statt der sechs Schaltdrosseln, wie in der Zeichnung dargestellt, können auch nur drei Schaltdrosseln vorgesehen sein, die dann zwischen der Sekundärwicklung 12 des Transformators und den Verzweigungspunkten der zu den sechs Kontakteinrichtungen führenden Leitungen anzuordnen wären. Das Einschaltrad 7 kann dabei in gleicher Weise ausgeführt sein, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Es kann dann aber auch mit nur drei um je 120⁰ elektrisch auseinanderliegenden ruhenden Elektroden und dafür mit zwei umlaufenden Elektrodenpaaren ausgeführt sein, die gegeneinander um i8o° el. versetzt auf der Welle angeordnet sind. Bei einer dreiphasigen Anordnung, bei der der eine Pol des Gleichstromsystems mit dem Sternpunkt der Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist, werden nur drei" ruhende Elektroden und ein umlaufendes Elektrodenpaar benötigt. Aus den beschriebenen Anordnungen können Anordnungen für eine beliebige Phasenzahl leicht abgeleitet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: _8g

   i. Kontaktumformer für Starkstrom mit bei der Kontaktschließung eine stromschwache Pause hervorrufendem Reihenwiderstand und mit die Stromübertragung kurz vor der Kontaktschließung einleitenden Hilfseinrichtungen nach Patent 963 711 für Mehrphasenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtungen jedesmal die an das Mehrphasensystem angeschlossene Seite der zu schließenden Kontakteinrichtung der stromübernehmenden Phase mit der an das Mehrphasensystem angeschlossenen Seite der Kontakteinrichtung der stromabgebenden Phase verbinden.
2. 2. Kontaktumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtungen aus einer der Phasenzahl des Mehrphasensystems entsprechenden Anzahl ruhender, an einer Kreisbahn in gleichmäßigen Abständen verteilter Elektroden und paarweise miteinander leitend verbundener umlaufender Gegenelektroden besteht, die voneinander etwa den gleichen Abstand haben wie zwei auf den Enden einer Sehne der Kreisbahn angeordnete ruhende Elektroden.
3. 3. Kontaktumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den die mehrphasenseitige Verbindung zwischen übernehmender und abgebender Phase herstellenden Stromkreisteil eine die Einschaltspannung nahezu kompensierende Hilfswechselspannung geeigneter Frequenz und Phasenlage eingeführt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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