DE971647C

DE971647C - Kontaktumformer

Info

Publication number: DE971647C
Application number: DEA10953D
Authority: DE
Inventors: Floris Dipl-Ing Dr- Koppelmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-08-19
Filing date: 1941-08-19
Publication date: 1959-03-05

Description

Kontaktumformer Es ist bekannt, für mechanische Stromrichter (Kontaktumformer) statt der früher üblichen Schleifkontakte Druck- oder Wälzkontakte zu benutzen. Bei der Verwendung solcher Kontakte spielt die richtige Bemessung der Schaltgeschwindigkeit eine bedeutsame Rolle. Mit Rücksicht auf die Anforderung an die mechanische Dauerfestigkeit wird man bestrebt sein, die Schaltgeschwindigkeit klein zuhalten. Mit Rücksicht auf elektrische Anforderungen, insbesondere der Schaltgenauigkeit, der Überschlagspannung kurz nach der Kontaktöffnung und der Vermeidung von Entladungen beim Einschalten, soll die Schaltgeschwindigkeit möglichst groß sein. Bei Kontaktumformern für größere Spannungen, z. B. größer als io V, sind zur Erzielung schaltfeuerfreien Arbeitens vielfach besondere Mittel, wie z. B. Schaltdrosseln, vorgesehen. Diese Mittel ermöglichen es, -den Übergangswiderstand der Kontakte sehr klein zu machen, indem diese z. B. aus reinem Silber hergestellt, und mit hohem Druck geschlossen werden. Gibt man einem solchen Kontakt außerdem eine große Schaltgeschwindigkeit, z. B. i m/s, so ändert sich der Kontaktwiderstand beim Öffnen und Schließen außerordentlich schnell, indem er z. B. in einem Zeitraum von io-5 bis ici g Sekunden praktisch vom Wert Null auf den Wert oo ansteigt. Insbesondere wenn zu den Kontakten Kapazitäten oder andere Widerstände parallel angeordnet sind, läßt sich unter Verwendung von Schaltdrosseln oder entsprechenden Mitteln mit solchen Kontakten ein einwandfreies, vollkommen schaltfeuerfreies Arbeiten erzielen.
Die Erfindung betrifft Kontaktumformer mit Druck- oder Wälzkontakten, welche insbesondere für kleine Spannungen von der Größenordnung io V bestimmt sind und welche ohne Schaltdrosseln als Mittel zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer arbeiten.. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß einerseits z. B. durch Wahl einer geringen Schaltgeschwindigkeit die Stromabnahmegeschwindigkeit im Augenblick der Kontaktöffnung und andererseits die Streureaktanz im Stromwendekreis so aufeinander abgestimmt sind, daß bei der Kontaktöffnung eine zur Entstehung einer vorübergehenden oder bleibenden Ausschaltentladung erforderliche Spannung nicht induziert wird und daß Kontaktmaterialien und Kontaktkonstruktion so gewählt sind, daß isolierende oder halbisolierende Fremdschichten auf dien Kontaktflächen bei der Öffnung bzw. Schließung ,des Kontaktes mit zunehmendem Kontaktdruck nur mit geringer Geschwindigkeit beseitigt werden, daß keine für den Kontakt gefährlichen Spannungen induziert werden.
Zur Erläuterung der Erfindung diene folgendes Zahlenbeispiel Bei einem Gleichrichter in dreiphasiger Brückenschaltung für io V und iooo A betrage die Ku.rzschlußspannung i %. Das entspricht bei 5operiodigem Wechselstrom angenähert einer Streuinduktivität L = io-s Henry. Nach der Gleichung darf die Stromändernngsgeschwindigkeit ät nicht größer als i07 A/s sein, wenn die induzierte Spannung U nicht größer als io V werden soll. Nimmt man an, daß der Strom bei der Kontaktöffnung von seinem Nennwert iooo A infolge des Anwachsens des Kontaktwiderstandes mit zeitlich konstanter Änderungsgeschwindigkeit auf Null absinkt, so darf :der Übergang des Kontaktwiderstandes von dem Wert Null auf den Wert co nicht schneller als in io-4 Sekunden erfolgen, da sonst die induzierte Spannung größer als io V wird und Gefahr besteht, daß der Kontakt beim Öffnen vorübergehend einen Lichtbogen zieht. Der Zusammenhang zwischen der Schaltgeschwindigkeit und den Zeitteilchen, in denen der Kontaktwiderstand sich praktisch vom Wert Null auf den Wert co ändert, hängt im einzelnen von der Konstruktion und vom Material des Kontaktes ab. Je kleiner die Schaltgeschwindigkeit gewählt wird, um so länger wird im allgemeinen das Zeitteilchen ausfallen. Erfahrungsgemäß ist die Dauer bei Druckkontakten. aus Silber mit einer Schaltgeschwindigkeit von der Größenordnung i mis etwa io-5 bis io-s Sekunden; um den Wert i(;-4 Sekunden zu erreichen, ist also eine Herabsetzung der Schaltgeschwindigkeit schätzungsweise auf o,i bis o,oi m/s erforderlich. Diese geringe Schaltgeschwindigkeit im Augenblick der Kontaktöffnung läßt sich z. B. durch Wälzkontakte erreichen. Gegenüber Gleitkontakten aus Kohle haben sie den Vorteil, daß der Übergangswiderstand im beschlossenen Zustand sehr klein ist und daher die Verluste im Kontakt gering sind.
Das weitere Mittel, den Übergang in den isolierenden Zustand bei :der Kontaktöffnung bzw. in den voll leitenden Zustand bei der Kontaktschließung zu verlangsamen, besteht darin., Kontaktmaterialien zu benutzen, welche infolge einer isolierenden oder halbisolierenden Fremdschicht auf ihrer Oberfläche erst bei Anwendung hoher Drücke gut leitend sind.
Die vorstehenden Überlegungen zeigen, daß zur Erreichung schaltfenerfreien Arbeitens ein ganz bestimmter Zusammenhang zwischen der Streuinduktivität L und der Widerstandsänderung des Kontaktes eingehalten werden muß. Die Verringerung der Streuinduktivität des Stromwendekreises kann durch verschiedene Mittel erreicht werden, z. B. dadurch, daß die Windungszahl des speisenden Umspanners sehr kleingehalten wird und die Zuleitungen zu den Kontakten durch konstruktiven Zusammenbau des Kontaktgerätes mit dem Umspanner außerordentlich kurz gehalten werden.
Die Erfindung eignet sich zunächst für solche Umformer, bei denen die Sperrspannung (gleich Sprungspannung) nicht größer als etwa io bis 2o V ist. Bei diesen kleinen Spannungen ist nämlich die Entstehung eines Schaltlichtbogens auch bei beliebig großer Stromstärke physikalisch nicht möglich, da die notwendige Ionisierungsspannung des üblichen Kontaktmaterials (Metalldampf) nicht zur Verfügung steht. Durch. Wahl geeigneter Schaltungen, z. B. Reihenschaltung mehrerer Systeme, lassen sich unter Umständen mit der Erfindung noch erheblich größere Spannungen in einfacher Weise umformen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE; i. Kontaktumformer mit Druck- oder Wälzkontakten ohne Schaltdrosseln als Mittel zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits z. B. durch Wahl einer geringen Schaltgeschwindigkeit die Stromabnahmegeschwindigkeit im Augenblick der Kontaktöffnung und andererseits die Streureaktanz im Stromwendekreis so aufeinander abgestimmt sind, daß bei der Kontaktöffnung eine zur Entstehung einer vorübergehenden oder bleibenden Ausschaltentladung erforderliche Spannung nicht induziert wird und daß Kontaktmaterialien und Kontaldkonstruktion so gewählt sind, daß isolierende oder halbisolierende Fremdschichten auf den Kontaktflächen bei der Öffnung bzw. Schließung des Kontaktes mit zunehmendem Kontaktdruck nur mit so geringer Geschwindigkeit beseitigt werden, daß keine für den Kontakt gefährlichen Spannungen induziert werden.
2. Kontaktumformer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Kontaktes kleiner als 0,2 m/s ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 654 985; schweizerische Patentschrift Nr. 214718; ETZ, 194i, S. 3, 4 und 13; Arnold, »Die Gleichstrommaschine«, Berlin 19o6, S. 4o5.