DE967017C

DE967017C - Mechanischer Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betaetigten Kontakten

Info

Publication number: DE967017C
Application number: DES22963A
Authority: DE
Inventors: Michael Belamin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1951-04-29
Filing date: 1951-04-29
Publication date: 1957-09-26

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. SEPTEMBER 1957

S 22963 VIIIb/2id*

Michael Belamin, Nürnberg

ist als iErfinder genannt worden

Das Hauptpatent betrifft einen mechanischen Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betätigten Kontakten, deren Magnetsystem eine vom Kontaktstrom durchflossene Wicklung besitzt. Mit den Kontakten sind außerdem Schaltdrosseln, zur Erzeugung von Ein- und Ausschaltstufen in. Reihe geschaltet. Besondere elektrische Steuermittel dienen dazu, eine zur Kontaktschließung erforderliche Anzugskraft in einem wählbaren Augenblick bei positiv gerichteter, d. h. in der vorgeschriebenen Stromflußrichtung treibender Einschaltspannung, jedoch vor dem auf die Einschaltstufe folgenden Anstieg des Kontaktstromes, und eine zum Halten ausreichende Magnetkraft während des der Ausschaltstufe vorhergehenden Abfalles des Kontaktstromes zu erzeugen. Die diese Steuermittel enthaltenden Steuerkreise liegen entweder im Nebenschluß zu der Reihenschaltung aus Schaltdrossel und Kontakt und sind daher galvanisch mit dem durch den Kontakt geschalteten Hauptstromkreis verbunden, oder sie sind an diesen magnetisch angekoppelt, z. B. über eine besondere Wicklung auf der Schaltdrossel.

Der Steuerkreis enthält zum Zweck der Spannungsregelung ein steuerbares Ventil, insbesondere ein gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungs-

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gefäß, in solcher Schaltung, daß die Unterbrechung des Steuerstromes während der Ausschaltstufe selbsttätig erfolgt.

Sowohl bei der galvanischen als auch bei der magnetischen Ankopplung des Steuerkreises an den Hauptstromkreis kann der Steuerstrom die Phasenlage der von der Schaltdrossel erzeugten Ausschaltstufe beeinflussen. Bei galvanischer Ankopplung stellt der Steuerstrom gleichzeitig einen Teil ίο des durch den Verbraucher fließenden, Belastungsstromes dar, so daß der über die Schaltdrosselwicklung fließende Strom um diesen Teil des Steuerstromes geringer ist. Dadurch verschiebt sich der Beginn der Ausschaltstufe in bezug auf die den Schaltstromrichter speisende Wechselspannung etwas in voreilender Richtung. Bei magnetischer Ankopplung des Steuerkreises an den Hauptkreis fließt der Steuerstrom während der Arbeitsperiode des steuerbaren Ventils über die Hilfswicklung der Schaltdrossel. Mithin fließt der Steuerstrom über die Dauer der eigentlichen Kontaktzeit hinaus, magnetisiert die Schaltdrossel vor und verschiebt dadurch ebenfalls etwas den Zeitpunkt des Einsatzes der Ausschaltstufe in voreilender Richtung. Eine solche Beeinflussung des Beginns der Einschaltstufe ist aber in manchen Fällen unerwünscht.

Durch die Erfindung wird der Schaltstromrichter nach dem Hauptpatent verbessert durch eine derartige Ausbildung und Ankopplung des Steuerkreises an den aus der Reihenschaltung des Kontaktes, der Schaltdrossel und gegebenenfalls der Hauptstromspuk des Magnetsystems für die Kontakte bestehenden Schaltstromkreis, daß der Steuerstromkreis während der stromführenden Kontaktschlußzeit vom Schaltstromkreis entkoppelt ist. Dadurch wird der Einfluß des Steuerkreises auf den Schaltstromkreis insoweit ausgeschaltet, als er den Beginn der Ausschaltstufe in unerwünschter Weise vorverlegen könnte.

Wie an Hand der Zeichnung noch näher ausgeführt wird, kann der Steuerkreis, ebenso wie beim Schaltstromrichter nach dem Hauptpatent, ein steuerbares Ventil, insbesondere ein gittergesteuertes Gas- oder Dampfentladungsgefäß, enthalten, und es -kann hierbei in gleicher vorteilhafter Weise das Steuerventil durch den während der Ausschaltstufe an der Schaltdrossel auftretenden. Spannungsimpuls gelöscht werden. Hierzu kann auch die am Kontakt des Schaltstromrichters bei dessen Öffnung auftretende und sich an den Ausschaltimpuls anschließende Sperrspannung zusätzlich herangezogen werden.

Die weiteren Merkmale und Vorteile der Erfin- j dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt

Fig. ι ein Schaltungsbeispiel für den neuen Schaltstromrichter,

Fig. 2 den Verlauf der Kondensatorspannung, Fig. 3 den Verlauf des Kondensatorstromes, Fig. 4 den Stromverlauf in einem Teilzweig des Steuerkreises und

Fig. 5 den Stromverlauf in der Steuerspule während einer Schaltperiode.

In Fig. ι bedeutet 1 die Sekundärwicklung des Schaltstromrichter-Transformators. Diese Wicklung speist den Hauptstromkreis, der aus der Reihenschaltung der Schaltdrossel 2 mit dem Kontakt 3, der Hauptstromspule 4 des den Kontakt 3 betätigenden Magnetsystems und der Belastung 5 besteht. Die Schaltdrossel 2 kann dabei in anderweitig bereits vorgeschlagener Weise über einen Widerstand 14 und Gleichrichter 15 vormagnetisiert sein zur Beeinflussung der Höhenlage der Ausschaltstufe. Ferner können bereits bekannte oder vorgeschlagene Vormagnetisierungskreise zur Beeinflussung der Höhenlage und eventuell auch der Länge der Einschaltstufe vorgesehen sein. Ebenso wie beim Hauptpatent kann, die Form der Ausschaltstufe durch an sich bekannte Streckkreise und gegebenenfalls eine zusätzliche Gleichstromvormagnetisierung verbessert sein. Ferner kann parallel zum Kontakt ein an sich bekannter Parallelpfad angeordnet sein, der aus einem ohmschen Widerstand und/oder einer Kapazität oder aus einem Schwingkreis oder aus einem ungesteuerten oder einem gesteuerten Ventil oder auch aus einer Kombination einzelner der vorgenannten Elemente bestehen, kann. go

Der Steuerkreis liegt ebenso wie beim Hauptpatent im Nebenschluß zu der Reihenschaltung aus Schaltdrossel 2 und Kontakt 3, die auch die Hauptstromspule 4 enthalten kann und im folgenden als Schaltstromkreis bezeichnet wird. Der Steuerkreis enthält außer dem Steuerventil 6 und der Steuerwicklung 8 mit der dazu in Reihe liegenden Zusatzspannungsquelle 9 noch ein zusätzliches Ventil 15, z. B. einen Trockengleichrichter, und einen vorzugsweise einstellbaren ohmschen oder induktiven Widerstand 7. Dieser Steuerkreis ist in sich geschlossen, und die beiden Ventile 6 und 1S sind so geschaltet, daß sie — bezogen auf diesen Kreis — in gleicher Richtung sperren. Über den Kondensator 16 und den Widerstand 17 ist der Steuerkreis an den Schaltstromkreis angekoppelt.

Die Wirkungsweise dieses kapazitiv angekoppelten Steuerkreises ist folgende:

Der während der negativen Halbwelle der den Stromrichter speisenden Wechselspannung auf etwa deren Scheitelwert aufgeladene Kondensator 16 entlädt sich bei der Zündung des steuerbaren Ventils 6. Der Spannungsverlauf am Kondensator 16 ist in Fig. 2 dargestellt, in der — ebenso wie in den Fig. 3 bis S — der Zeitpunkt J₁ den Augenblick des Zündens des Ventils 6, t₂ den ungefähren Einschal tzeitpunkt für den Kontakt 3, t_s das Ende der Einschaltstufe, t_i den Beginn der Ausschaltstufe, t₅ den. ungefähren Abfallzeitpunkt für den Kontakt 3, t₆ das Erlöschen des gesteuerten Ventils 6 und t₇ das Sperren des Ventils 15 angibt. Die waagerechten, mit ί bezeichneten Linien in den Fig. 2 bis 5 stellen jeweils die Zeitachse bzw. die Abszisse dar. Fig. 3 zeigt den zugehörigen Verlauf des Kondensatorstromes.

Nach dem Zünden des Ventils 6 beginnt auch der

Strom über das Ventil 15 zu fließen (Fig. 4). Über die Steuerspule 8 fließt der in Fig. 5 dargestellte Summenstrom des Kondensators 16 und des Ventils 15. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, verläuft der Steuerstrom ähnlich wie bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent. Der Zeitverzug vom Zünden des Ventils 6 bis zum Schließen des Kontaktes 3 ist jedoch wegen der unterstützenden Wirkung des Entladestromes des Kondensators 16 beim Aufbau des Feldes in der Spule 8 kleiner als bei dem Schaltstromrichter nach dem Hauptpatent, bei dem der Kondensator 16 fehlt. Dieser durch die erhöhte Ansprechgeschwindigkeit bedingte Zeitgewinn erlaubt, den Schaltstromrichter voll auszusteuern, und gibt dadurch die. Möglichkeit zur Erzielung eines besseren Leistungsfaktors.

Mit der Entladung des Kondensators 16 klingt der Steuerstrom zwischen i₃ und f₄ auf seinen stationären. Wert ab, der so eingestellt werden kann, daß er gegebenenfalls auch allein,, d. h. ohne Unterstützung der Hauptstromspule 4, den Kontakt 3 geschlossen hält. Während dieser Zeit fließt der Steuerstrom lediglich im Steuerkreis, nämlich von der Gleichstromquelle 9 über das Ventil 15, den Widerstand 7, das Ventil 6 und die Steuerwicklung 8, ohne den Beginn der Ausschaltstufe irgendwie zu beeinflussen.

Tritt die Schaltdrossel 2 in die Ausschaltstufe, so entsteht an ihrer Wicklung ein Spannungsimpuls, und es fließt ein diesem entsprechender Ladestrom über das Ventil 15 und die Widerstände 7 und 17 zum Kondensator 16. Dadurch wird am Widerstand 7 ein zusätzlicher Spannungsabfall verursacht, welcher den Steuerstrom durch das Ventil 6 herabsetzt. Sobald der Steuerstrom den Abfallwert unterschreitet, öffnet der Kontakt 3. Die weitere Absenkung des Steuerstromes bis zum Löschen des gesteuerten Ventils 6 wird dann unterstützt durch die die Drosselspannung ablösende Sperrspannung am Kontakt 3. Der Steuerstrom bleibt dann bis zum Einsatz des nächsten, Steuerimpulses am Gitter des Ventils 6 unterbrochen. Durch entsprechende Wahl der Größe des induktiven, oder ohmschen Widerstandes 7 und des Kondensators 16 sowie des Widerstandes 17 und auch der Spannungsquelle 9 kann die Abfallzeit des Kontaktes 3 innerhalb der Ausschaltstufe der Drossel 2 eingestellt werden.

Während der negativen Halbwelle wird der Kondensator 16 über da,s Ventil 15 auf seinen Höchstwert aufgeladen. Anschließend sperrt das Ventil 15 die. Ladung des Kondensators 16, SO' daß die Schaltung für die folgende Zündung des Ventils 6 vorbereitet ist. Hierdurch wird gegenüber allen bisher bekannten magnetisch betätigten Schaltstromrichtern der wesentliche Vorteil erzielt, daß das Ventil 6 schon so vorzeitig vor Eintritt der Spannungsgleichheit der eingeschalteten mit der neu zuzuschaltenden Phase, d. h. beispielsweise beim Nulldurchgang der speisenden Wechselspannung im Einphasenbetrieb, gezündet werden kann, daß im Sinne einer wesentlichen Verbesserung des Leistungsfaktors eine volle Aussteuerung möglich wird.

In gewissen Fällen kann zusätzlich zu der dargestellten Gleichspannungsquelle 9 eine Wechsel-Spannungsquelle herangezogen werden, die die Aufgabe hat, den Löschvorgang des steuerbaren Ventils 6 mit Sicherheit zu erzwingen, indem sie den Ausschaltspannungsimpuls der Schaltdrossel 2 und/ oder die Sperrspannung am Kontakt 3 im löschenden Sinne unterstützt. Gegebenenfalls kann die Gleichspannungsquelle 9 auch durch, eine Wechselspannungsquelle ersetzt werden. Ferner besteht die Möglichkeit, bei mehrphasiger Ausbildung des Schaltstromrichters die Gleichspannung für die einzelnen Steuerkreise einer gemeinsamen. Stromquelle zu entnehmen. Soll dieser zur Unterstützung des Löschvorganges der einzelnen Ventile 6 eine Wechselspannung überlagert werden, so* ist diese mit entsprechender Phasenlage für jedes Ventil 6 besonders einzuführen.

Im vorstehenden ist nur von einer Schaltdrossel 2 und einem Kontakt 3 die Rede. Die Erfindung ist aber mit dem gleichen Vorteil auch auf Schaltstromrichter mit zwei oder gegebenenfalls 8g sogar mehreren Schaltdrosseln,, z. B. mit einer Ein- und einer Ausschaltdrossel, und mit mehreren parallel oder in Reihe liegenden Kontakten 3 anwendbar. Desgleichen, können auch mehrere in Reihe oder parallel liegende Steuerspulen 8 und Hauptstromspulen 4 vorhanden sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Mechanischer Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betätigten, Kontakten und mit zu diesen in Reihe liegenden Schaltdrosseln sowie mit besonderen Steuermitteln für die Betätigung der Kontakte, deren Steuerkreis während der Kontaktöffnung selbsttätig unterbrochen wird, nach Patent 966 694, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und Ankopplung des Kontaktsteuerkreises an den den Kontakt enthaltenden Schaltstromkreis, daß der Steuerkreis während der Stromführungsdauer des Kontaktes vom Schaltstromkreis entkoppelt ist.
2. Schaltstromrichter nach Anspruch 1 mit einem steuerbaren. Ventil, insbesondere gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäß im Steuerkreis, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis besondere Schaltmittel vorhanden sind, über welche das Steuerventil durch den während der Ausschaltstufe an der Schaltdrossei auftretenden Spannungsimpuls und gegebenenfalls durch die nachfolgende Sperrspannung am Kontakt gelöscht wird.
3. Schaltstromrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung von Steuerventil und Steuerwicklung ein zusätzliches Ventil mit solcher Durchlaßrichtung liegt, daß durch den an der Schaltdrossel auftretenden Ausschaltspannungsimpuls der Strom durch das Steuerventil abgesenkt wird.
4· Schaltstromrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem zusätzlichen Ventil ein vorzugsweise einstellbarer ohmscher oder induktiver Widerstand liegt.
5. Schaltstromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des Steuerkreises an den Schaltstromkreis mit Mitteln erfolgt, welche gleichzeitig den Feldaufbau der Steuerwicklung beschleunigen.
6. Schaltstromrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis an den Schaltstromkreis mittels eines Kondensators angekoppelt ist.
7. Schaltstromrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator ein Widerstand vorgeschaltet ist.
8. Schaltstromrichter nach Anspruch. 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Steuerwicklung durch das Steuerventil zur Erzielung einer vollen Aussteuerung des Stromrichters mindestens so frühzeitig erfolgt, daß die Stromführung des Kontaktes bereits bei Spannungsgleichheit der eingeschalteten mit der neu zuzuschaltenden Phase beginnt.
9. Schaltstromrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, bei dem der Steuerkreis eine Zusatzspannung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzspannung zur Unterstützung des Ausschaltspannungsimpulses bei der Unterbrechung des Steuerventilstromes eine mit Wechselstrom überlagerte Gleichspannung oder eine Wechselspannung ist.
10. Schaltstromrichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner mehrphasigen, Ausbildung die Zusatzgleichspannung einer gemeinsamen Stromquelle entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 7O9< 6S2/66 9·.