DE970620C

DE970620C - Kontaktumformer in Brueckenschaltung

Info

Publication number: DE970620C
Application number: DEA9225D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Flo Koppelmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-05-14
Filing date: 1941-05-14
Publication date: 1958-10-09

Description

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei mechanischen Stromrichtern mit Schaltdrosseln (Kontaktumformern) diese mit einer Vorerregung durch den Laststrom zu versehen, insbesondere die Drossel einer Phase mit dem Strom einer benachbarten Phase vorzuerregen.

Diese Anordnung stößt bei der für mechanische Stromrichter üblichen Brückenschaltung mit höchstens drei Phasen auf die Schwierigkeit, daß eine Vorerregung im Augenblick des Einschaltens gleichzeitig eine Vorerregung im Augenblick des Ausschaltens zur Folge hat, welche unter Umständen, insbesondere bei großen Leistungen, unerwünscht ist. In Fig. ι der Zeichnung bedeuten beispielsweise u, v, w die drei positiven Phasenströme eines Gleichrichters in dreiphasiger Brükkenschalitung und u', v', n/ die zugehörigen negativen Stromwellen. Wird beispielsweise eine Vorerregung der Drossel ν im Augenblick des Einschaltens t_± durch den Strom der Phase u gewünscht, so kann man letztere mit einer Windung durch die Drossel der Phase ν führen. Damit erhält aber die Phase ν gleichzeitig im Ausschaltzeitpunkt t₂ eine Vorerregung in entgegengesetzter Richtung durch den Strom u'.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktumformer in Brückenschaltung für große Leistungen mit vorerregten Schaltdrosseln mit einem Kern aus Eisensilizium oder anderem weniger hochwertigem Material, bei dem das Sättigungsknie nicht

. sehr scharf ausgeprägt ist. Die eben geschilderten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß bei mindestens vierphasiger Brückenschaltung die Schaltdrossel außer einer las,tunabhängigen Vorerregung eine Vorerregung durch den Laststrom derart erhalten, daß jeweils im Einschaltaugenblick die Drossel beispielsweise durch den Strom einer anderen Phase in Richtung des jeweils entstehenden Laststromes so hoch vorerregt wird, daß das Drosseleisen mehr an die absolute Sättigungsgrenze gebracht wird und daß diese Vorerregung im Ausschaltzeitpunkt unwirksam ist.

In Fig. 2 der Zeichnung ist sechsphasige Brükkenschaltung angenommen. Dann bedeuten beispielsweise i, 2, 3, 4, 5, 6 die positiven Ströme der sechs Phasen, i'... 6' die negativen Stromwellen hierzu. Wird in diesem Fall eine Vorerregung der Phase 2 durch den Strom der Phase ι im Augenblick des Einschaltens i_x gewünscht, so führt man beispielsweise den Phasenstrom ι mit einer Windung durch die Drossel 2. Da der Strom i' erst im Augenblick t₃ zu fließen beginnt, bleibt die Drossel 2 im Augenblick des Ausschaltens f₂ frei von unerwünschter Vorerregung durch den Laststrom. Durch die Anwendung von Brückenschaltungen mit mindestens vier Phasen wird also die Möglichkeit geschaffen, Schaltdrosseln mit dem Hauptstrom getrennt für Ein- und Ausschaltzeitpunkt vorzuerregen. Eine solche Vorerregung mit dem Hauptstrom hat, wenn sie in richtiger Weise bemessen wird, eine Reihe von Vorteilen. In Fig. 3 ist der Verlauf des Stromes / einer Phase dargestellt. Durch die Wirkung der Schaltdrosseln wird der Stromverlauf nach dem Nulldurchgang t₁ abgeflacht. Infolge der Koerzitivkraft des Eisens liegt der abgeflachte Teil der Stromkurve unter der Nullinie. Es ist bekannt, ihn durch eine feste, vom Lastsstrom unabhängige Vorerregung über die Nullinie zu erheben, wie es die Kurve 1 andeutet. Insbesondere wählt man die feste Vorerregung mit Rücksicht auf die Sicherheit des Betriebes im Leerlauf, wo die Ausschaltung erst spät, z. B. im Zeitpunkt t₂ erfolgt, so groß, daß auch nach dem Zeitpunkt ί₂ der Strom / noch im Positiven verläuft. Dies hat insbesondere bei weniger hochwertigem Material für Schaltdrosseln zur Folge, daß bei Höchstlast der Kontakt am Anfang t_r der Stromabflachung öffnet und verhältnismäßig großen Strom, z.B. den Strom Ai zu unterbrechen hat. Um dies zu verhindern, kann eine lastabhängige Vorerregung von solcher Stärke und Richtung Anwendung finden, daß bei Betrieb mit Höchstlast der Strom nach der Kurve 2 verläuft, d. h. daß beispielsweise nur das erste Drittel der Stromabflachung oberhalb der Nullinie liegt. Durch diese Vorerregung ist erreicht/ daß der ■ Kontakt bei

Höchstlast nur noch etwa — zu schalten hat,

während nach wie vor bei Leerlauf, wo die Wirkung der Vorerregung durch den Laststrom nicht vorhanden ist, der hinter i₂ liegende Teil der Stromabflachung kaum oberhalb der Nullinie liegt.

Bei Umformern kleiner Leistung wird man diese Vorerregung mit einer oder mehr Windungen ausführen, bei Umformern sehr großer Leistung ist bereits eine Windung zu viel, man kann hier durch Zwischenschalten eines Stromwandlers die Vorerregung auf gewünschte kleine Werte bringen.

Wie schon erwähnt, ist die beschriebene Vorerregung im Augenblick des Ausschaltens bei Brückenschaltungen mit genügend hoher Phasenzahl im Augenblick des Einschaltens unwirksam, desgleichen für Sternpunktschaltungen geringer Phasenzahl, z. B. drei. Würde, wie z. B. bei dreiphasiger Brückenschaltung, mit der beschriebenen Vorerregung im Ausschaltaugenblick eine Vorerregung entgegengesetzter Richtung wie im Ein-Sichaltaugenblick verbunden sein, so würde die Drossel in diesem Augenblick entgegengesetzt der Laststromrichtung vorerregt werden. Dies würde eine Verzögerung der Kommutierung bedeuten und würde die gewünschte Wirkung der Vorerregung beim Ausschalten zum Teil wieder aufheben.

Im Augenblick des Einschaltens einer Phase ist eine Vorerregung der Schaltdrossel in Richtung des entstehenden Stromes erwünscht. Insbesondere bei weniger hochwertigem Material, bei dem das Sättigungsknie nicht sehr scharf ausgeprägt ist, ist eine möglichst hohe Vorerregung im Einschaltaugenblick wünschenswert, um Spannungsabfall zu vermeiden und um den Leistungsfaktor cos φ hochzuhalten. Der, Spannungsabfall eines Gleichrichters, herrührend von der schleichenden Sättigung des Eisens der Schaltdrosseln, ist z.B. Au=n · f · w ·

q. ₁₀--8 . [B₁-BEm). COS^ = I (vgl. den Aufsatz von F. Ko ρ ρ el mann in »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 60 [1942], S. 189fr.). Dabei ist η die doppelte Zahl der Phasen (Brückenschaltung), / die Frequenz, w die Windungszahl und q der Eisenquerschnitt der Drossel, B₁ die Magnetisierung der Schaltdrosseln beim Nennstrom, B^_n die Magnetisierung der Schaltdrosseln im Einschaltaugenblick. In Fig. 4 ist der grundsätzliche Verlauf der Magnetisierung des Schaltdrosseleisens abhängig von der Erregung aufgetragen. Bei einer verhältnismäßig kleinen Erregung aw_y wird eine Magnetisierung B₁ erreicht, welche nur bei sehr hochwertigem Material, z. B. Nickeleisen, nahe der Sättigungsmagnetisierung B₁ liegt. Bei weniger hochwertigem Material, z. B. Siliziumeisen, ist die Differenz Bi-B₁ noch verhältnismäßig groß. Wird ein solches Material durch eine feste Vorerregung von der Größe aw₁ vorerregt, so wird B_Ein — B₁, und es tritt ein B]-B₁ entsprechender induktiver Spannungsabfall auf, welcher den Leistungsfaktor verringert. Eine Erhöhung der festen Vorerregung auf einen Wert aw₂ würde unter anderem einen zu großen Aufwand; erfordern. Dagegen ist es leicht iao möglich, durch eine Windung des Hauptstromes wenigstens bei Vollast, wo Spannungsabfall und Leistungsfaktor am meisten interessieren, einen Wert aw₂ zu erreichen. Hierbei rückt die zugehörige Magnetisierung B₂ bereits sehr nahe an Bi, so daß Spannungsabfall und Leistungsfaktor erheb-

lieh verbessert werden. Würde man diese Vorerregung bei einer dreiphasigen Brückenschaltung anwenden, so würde sie gleichzeitig im Augenblick des Ausschaltens die betreffende Drossel vorerregen und dabei die Stromabflachung in so starkem Maße beeinflussen, daß ein lichtbogenfreies Ausschalten in vielen Fällen unmöglich gemacht würde. Wendet man jedoch nach der Erfindung die lastabhängige Vorerregung für Brückenschaltungen mit hoher Phasenzahl an, so kann man für Ein- und Ausschalten getrennte Vorerregungen vorsehen, welche sich gegenseitig nicht beeinflussen und daher für Ein- und Ausschaltzeitpunkt getrennt auf günstigste Werte eingeregelt werden können,

Die beschriebene Vorerregung beim Einschalten hat noch den weiteren Vorteil, daß die erforderliche Stufenlänge der Schaltdrosseln durch sie verringert wird. Für letztere gilt die Gleichung

— · Ü + τ,

ω	γ-	-δ	i
τ		— j	BEin * I
Bain

AB₃

(vgl. den Aufsatz von F. Ko ρ ρ el mann in »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 59 [1941J₁S. 2530.).

Dabei ist B_Ein · I₀ die Einschaltmagnetisierung bei Leerlauf und B_Ein · I diejenige bei Vollast. Wenn letztere durch eine lastabhängige Vorerregung erhöht wird, so wird δ negativ und dadurch ■ die erforderliche Stufenlänge (Stromabflachung Δ t_s) vermindert.

Die lastabhängige Vorerregung beim Einschalten kann von besonderer Bedeutung bei mechanischen Wechselrichtern sein, und zwar in der Weise, daß bei Betrieb bei Nennlast die Drosseln im Einschaltaugenblick wenig gesättigt sind, so daß zur Kommutierung des Stromes gerade nur noch die notwendige Kommutierungsspannung übrigbleibt und daher der Leistungsfaktor groß ist; bei plötzlichen Überlastungen, bei denen zur Vermeidung von Trittgrenzüberschreitungen ein größeres Kommutierungsspannungsintegral erforderlich ist, wird erfindungsgemäß die Magnetisierung der Schaltdrossel im Einschaltaugenblick selbsttätig verstärkt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, sogenannte Einschaltdrosseln zur Verhinderung des Einschaltfeuers an den Kontakten mit den Hauptschaltdrosseln zusammenzuwickeln. Bei der Anwendung der vorstehend beschriebenen lastabhängigen Vorerregung der Hauptdrosseln im Augenblick des Einschaltens sind Mittel vorzusehen, daß diese Vorerregung nicht die Einschalteisenkerne mit umfaßt. Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, die Einischaltdrosseln wieder von der Hauptschalt- ' drossel zu trennen. Andererseits ist es unter Umständen von Vorteil, insbesondere bei weniger hochwertigem Material für die Einschaltdrossel, diese im Ausschaltzeitpunkt stark zu sättigen. Diese Vorerregung muß im Einschaltzeitpunkt unwirksam sein, wie dies leicht zu erreichen ist, wenn nach der Erfindung eine Brückenschaltung mit genügend hoher Phasenzahl Anwendung findet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Kontaktumformer in Brückenschaltung mit vorerregten Schaltdrosseln mit Eisensilizium oder anderem weniger hochwertigem Material, bei dem das Sättigungsknie nicht sehr scharf ausgeprägt ist, für große Leistungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens vierphasiger Brückenschaltung die Schaltdrossel» außer einer lastun/abhängigen Vorerregung eine Vorerregung durch den Laststrom derart erhalten, daß jeweils im Einschaltaugenblick die Drossel beispielsweise durch den Strom einer anderen Phase in Richtung des jeweils entstehenden Laststromes so hoch vorerregt wird, daß das Drosseleisen mehr an die absolute Sättigungsgrenze gebracht wird und daß diese Vorerregung im Ausschaltzeitpunkt unwirksam ist.
2. Kontaktumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorerregung der Strom der vorhergehenden Phase unmittelbar in einer Windung durch die Drossel geführt wird.
3. Kontaktumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der last- 9c unabhängigen Vorerregung und außer der Vorerregung durch den Laststrom im Einschaltaugenblick eine weitere Vorerregung im Ausschaltaugenblick vorhanden ist, welche vom Laststrom in dem Sinne abhängt, daß sie mit wachsender Belastung in Richtung des Laststromes zunimmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 344726;
französische Patentschrift Nr. 830743;
ETZ, 1941, S. 16.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© &09 632/45 10.58