DE972704C - Kontaktumformer mit begrenzt stromdurchlaessigen Nebenwegen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 10. SEPTEMBER 1959

L 9821 VIIIb12id²

ist als Erfinder genannt worden

Zusatz zum Patent 848

Gegenstand des Patentes 848 217 ist ein Kontaktumformer, insbesondere mit Schaltdrosseln und parallel zu den Kontakten liegenden Nebenwegen, und zwar sind die Nebenwege, welche zur Entlastung der Kontakte von Schaltfeuer bzw. zur Vorerregung des Umspanners oder eventuell der Schaltdrosseln dienen, in einer oder in beiden Stromrichtungen nur bis zu bestimmten Stromwerten durchlässig, darüber hinaus jedoch für den Stromdurchgang gesperrt. Man kann diesen Gedanken auch derart weiterbilden, daß in den Nebenwegen gegeneinandergeschaltete Ventile, z. B. Trockengleichrichter, Gasentladungsventile oder vormagnetisierte Drosselspulen, vorgesehen sind, die durch einen Hilfsstrom derart vorbelastet sind, daß sie in der Sperrichtung einen Strom bis zur Größe des Hilfsstromes ohne wesentlichen Spannungsabfall durchlassen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung der Lehre des Patentes 848 217. Erfindungsgemäß sind die Nebenwege mit den Ventilen zwischen je einer Phase und der Folgephase derart angeschlossen, daß im Ausschaltzeitpunkt eines Kontaktes der Nebenweg über den bereits geschlossenen Kontakt der Folgephase direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung von Schaltdrosseln, parallel zu dem sich öffnenden Kontakt liegt.

Die Kennlinie der Stromdurchlässigkeit dieser Nebenwege ist in Fig. 2 der Zeichnung angedeutet. Bis zu einem bestimmten Stromwert i_a ist der

909 595/38

Widerstand des Nebenweges Null oder zum mindesten sehr klein, nämlich r₀. Beim Strom i₀ springt der Widerstand fast plötzlich auf einen unendlich großen Wert oder zum mindesten auf den großen Wert r_m. Diese Kennlinie wird erreicht durch eine Schaltung, wie sie in Fig. 3 angedeutet ist. Sie stellt eine einphasige Brückenschaltung von Ventilen, z. B. Selenplatten, dar, die im Gleichstromkreis, d. h. zwischen den Punkten α und b, durch eine große Glättungsdrossel D_T ud einen ohmschen Widerstand R₀ so belastet ist, daß ein Gleichstrom i_et = i₀ fließt. An den Punkten c und d liegt die Wechselspannung der Umformerschaltung, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Diese Wechselspannung treibt den Gleichstrom i_gl.

Die Folge der in Fig. 2 angedeuteten Kennlinie ist, daß in den Nebenwegen nur Ströme bis zur Größe i₀ fließen können; darüber hinaus sperrt die Drossel D_r den Anstieg des Stromes. In Fig. ι sind 1, 2 und 3 drei einander ablösende Phasen eines Gleichrichterumspanners, dessen Primärseite nicht gezeichnet ist. 4, 5 und 6 sind Schaltdrosseln, 7 bis 12 die synchron arbeitenden Kontakte, die auf die Gleichstromsammelschienen 13 und 14 arbeiten. Die in Fig. 3 näher erläuterten Ventilkombinationen 15, 16 und 17 sind an die Punkte 18, 19 und 20 angeschlossen. Zwischen den Punkten 19 und 20 herrscht die Wechselspannung der Phasen 2 und 3, vermehrt bzw. vermindert um den Spannungsabfall an den Schaltdrosseln 5 und 6. Diese Spannung treibt durch die Ventilkombination 16 einen Wechselstrom von im wesentlichen rechteckiger Kurvenform, nämlich den gleichen Strom, den eine einphasige Brückenschaltung bei Glättung im Gleichstromkreis aus dem Wechselstromnetz aufnimmt. Während der Kommutierungszeit der Phasen 2 und 3 sind die Kontakte 9 und 11 eine Zeitlang gleichzeitig geschlossen. Während dieser Zeit sinkt der Strom zwischen den Punkten 19 und 20 auf Null ab, da ja die ihn treibende Spannung kurzgeschlossen ist. Die Drossel D₁. hält jedoch in den Zweigen der Ventilkombination je einen Gleichstrom % aufrecht.

Die Folge davon ist, daß beim öffnen des Kontaktes 9 der in diesem Augenblick noch über den Kontakt 9 fließende Reststrom von der Ventilkombination 16 aufgenommen werden kann, sofern er die Größe i_g, nicht überschreitet. Dabei entsteht an der Ventilkombination 16 und damit am sich öffnenden Kontakt 9 praktisch keine Spannung, da ja der Durchlaß widerstand der Ventile in Arbeitsrichtung außerordentlich klein ist, insbesondere wenn wie im vorliegenden Fall eine Vorbelastung der Ventile vorhanden ist und lediglich die Größe des Stroms in Arbeitsrichtung variiert. Würde man statt der erwähnten Selenplatten Gasentladungsventile benutzen, die bekanntlich eine von Strom unabhängige Brennspannung benötigen, so würde im Augenblick der öffnung des Kontaktes 9 an diesen überhaupt keine Spannung auftreten. Mit Rücksicht auf die Sicherheit der Stromunterbrechung in den Kontakten 7 bis 12 ist letzteres erwünscht, wenn auch bei kleinen Strömen Spannungen von etwa 10 bis 20 Volt je metallischer Unterbrechungsstelle erforderlich sind, um eine Rückzündung ent- stehen zu lassen.

Der Reststrom, der im Augenblick der Kontaktöffnung in den Drosseln 4 bis 6 fließt, hängt vom Magnetisierungsstrom der ungesättigten Drosseln ab. Dieser Magnetisierungsstrom kann durch eine Vorerregung 21, 22, 23 (in Fig. 1 ist lediglich die Vorerregerwicklung auf den Drosseln, nicht aber der Vorerregerstromkreis gezeichnet) verringert werden. Bei der in Fig. 1 gezeichneten Schaltung fließt jedoch über die Kontakte außer dem Magnetisierungsstrom der Schaltdrossel auch noch der Strom der Ventilkombination 15 bis 17. Dieser Strom ist, wie sich bei genauer Prüfung der Schaltung herausstellt, derart gerichtet, daß er den Magnetisierungsstrom der Schaltdrosseln 4 bis 6 im Zeitpunkt der Kontaktöffnung vergrößert. Dies ist unerwünscht und muß durch eine entsprechende Vergrößerung der Vorerregungen 21 bis 23 kompensiert werden. Andererseits hat der Strom in den Ventilkombinationen 15 bis 17 die Wirkung einer Grundlast, so daß mit der in Fig. 1 angegebenen Schaltung Kontaktumformer ohne Grundlast G betrieben werden können.

Wenn die Wechselspannung des Umspanners veränderlich ist, so ändert sich der Gleichstrom in den Ventilkombinationen 15 bis 17 in entsprechender Weise mit. Dies ist unerwünscht, da ja der Gleichstrom i_g, immer etwa so groß sein soll wie der Magnetisierungsstrom der Schaltdrosseln (i_max in Fig. 4), damit die Ventilkombinationen den letztgenannten Strom bei der Kontaktöffnung aufzunehmen imstande sind. Aus diesem Grunde kann man den Widerstand R₀ im Gleichstromkreis der Ventilkombination veränderlich machen und derart an die Wechselspannung des Umspanners anpassen, daß der Gleichstrom i_gl angenähert konstant bleibt. Diese Anpassung läßt sich durch Kopplung der Verstellung des Widerstandes R₀ mit der Verstellung des Widerstandes R₀ mit der Verstellung des Regelumspanners bewerkstelligen. Man kann aber auch an Stelle von R₀ EisenwasserstofEwiderstände oder ähnliche Elemente, die nur konstante Ströme durchlassen, benutzen.

Durch die beschriebene Erfindung ist es möglich, die Kontakte beim Ausschalten praktisch vollständig von Spannung zu entlasten. Verwendet man für die Ventilkombinationen Trockengleichrichter, so muß die Zahl der in Reihe geschalteten Platten bei hohen Gleichspannungen so groß werden, daß an ihnen in Durchlaßrichtung bereits eine Spannung von einigen Volt entsteht. Aus diesem und aus anderen Gründen ist es erwünscht, den Strom der Kontakte im Öffnungszeitpunkt so klein wie möglich zu halten. In Fig. 4 ist angedeutet, wie der von den Kontakten zu unterbrechende Strom von der Belastung des Umformers abhängt. Beim Leerlaufstrom I₀ öffnet der Kontakt angenähert in der Mitte der Stromstufe A t, welche der Ummagnetisierungszeit der Schaltdrossel entspricht. Bei entsprechender Vorerregung der Schaltdrossel ist in der Mitte dieser Stufe der Stufenstrom positiv und

hat den Wert i. Wird die Belastung von I₀ auf den größtmöglichen Wert I_max gesteigert, ohne daß der Ausschaltzeitpunkt t_aus verstellt wird, so hat der Kontakt statt des Stromes i den Strom i_max zu unterbrechen, da ja während der Stufe der Strom eine gewisse Neigung aufweist und die Stufe sich mit zunehmender Belastung zu späteren Zeiten verschiebt. Die weitere Erfindung betrifft ein Mittel das Anwachsen des von den Kontakten zu schaltenden Reststromes von dem Wert i auf den Wert i_max zu verhindern. Zu dem Zwecke wird mit Hilfe der Stromwandler 24 bis 26 in den durch die punktierte Linie L (Fig. 1) angedeuteten Kreis des Nebenweges eine Spannung eingedrückt, nämlich der Spannungsabfall des Sekundärstromes i_s des Wandlers 26 an dem Widerstand ρ, der über den Kontakt 9 im Öffnungszeitpunkt einen Zusatzstrom fließen läßt, der dem Strom i_max entgegengesetzt ist. Der Sekundärstrom i₃ des Wandlers 26 hat die gleiche Phasenlage wie der Anodenstrom/₃, d.h., er hat im Zeitpunkt t_aas (Fig. 4) bereits die Größe I_max erreicht. Durch Wahl des Widerstandes und richtige Polung läßt es sich erreichen, daß der durch den Spannungsabfall an ρ getriebene Zusatzstrom im Kreis L gerade die Größe i_max oder auch die Größe i_max—i hat; im letzteren Fall würde der Gesamtstrom, den der Kontakt 9 bei Belastung mit dem größten Strom I_max zu unterbrechen hat, ebenso groß sein wie der Strom i bei Belastung mit dem

Grundlaststrom /₀. Die Widerstände müssen klein sein, damit die Kontakte weiterhin spannungslos öffnen. Die in ihnen verbrauchte Leistung bleibt jedoch auch bei großen Umformern vernachlässigbar klein.

Wie beschrieben ist sowohl der Vorerregerstrom in den Wicklungen 21 bis 23 als auch der Strom in den Ventilkombinationen 15 bis 17 darauf abgestimmt, möglichst günstige Verhältnisse beim Ausschalten der Kontakte zu schaffen. Für den ordnungsmäßigen Betrieb eines Kontaktumformers ist jedoch erforderlich, daß die Schaltdrosseln 4 bis 6 im Einschaltzeitpunkt möglichst weitgehend gesättigt sind, damit kein unnötiger induktiver Spannungsabfall an ihnen entsteht. Um diesen Spannungsabfall klein zu machen, d. h. die Magnetisierung der Schaltdrosseln im Einschaltzeitpunkt hochzutreiben, sind die in Fig. 1 angedeuteten Kapazitäten 27 bis 29 angebracht. Zum Beispiel bildet der Strom in der Kapazität 28 für die Schaltdrossel 5 eine Vorerregung von solcher Richtung, daß bereits vor dem Einschaltzeitpunkt der Kontakte 9 bzw. 10 die Drossel 5 weitgehend in Arbeitsrichtung gesättigt ist. Damit der Strom in den Kapazitäten 27 bis 29 andererseits auf die Verhältnisse beim Ausschalten keinen nachteiligen Einfluß ausübt, sind die Kapazitäten gedämpft durch Widerstände 30 bis 32. Sowohl die zuletzt beschriebenen, den Leistungsfaktor des Umformers erhöhenden Kapazitäten wie auch die von den Stromwandlern 24 bis 26 zur Erleichterung des Ausschaltens über die Kontakte getriebenen Zusatzströme sind unabhängig von der besonderen Anordnung der Ventilkombinationen 15 bis 17, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind. Vielmehr können diese zusätzlichen Hilfsmittel auch bei anderen Nebenwegen, z. B. Nebenwegen, die direkt parallel zu den Kontakten liegen, benutzt werden. Sie geben jedoch in Verbindung mit den in Fig. 1 angedeuteten Nebenwegen einen Umformer, der auch bei größten Leistungen, z. B. 10 000 A und 600 V in sechsphasiger Brückenschaltung, betriebssicher arbeitet und dabei praktisch keine Zusatzverluste und — bei Verwendung von Trockengleichrichtern — ausschließlich statische Bauelemente ohne Wartung und mit hoher Lebensdauer benötigt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kontaktumformer mit wegen des Vorhandenseins von elektrischen Ventilen begrenzt stromdurchlässigen Nebenwegen nach Patent 848 217, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwege mit den Ventilen zwischen je einer Phase und der Folgephase derart angeschlossen sind, daß im Ausschaltzeitpunkt eines Kontaktes der Nebenweg über den bereits geschlossenen Kontakt der Folgephase direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung von Schaltdrosseln, parallel zu dem sich öffnenden Kontakt liegt.

2. Kontaktumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nebenweg mit Hilfe von Stromwandlern ein Zusatzstrom bzw. eine dem Laststrom proportionale Zusatzspannung derart eingedrückt wird, daß das Anwachsen des von den Kontakten zu schaltenden Reststromes der Schaltdrosseln mit zunehmender Belastung kompensiert wird, so daß unabhängig von der Belastung der Kontakt stets einen gleichbleibenden, vorzugsweise gerade noch positiven Strom zu unterbrechen hat.

100

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 736 513; schweizerische Patentschriften Nr. 235 375, 873, 225 653, 225 250, 220 581.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 90ί 595/38 9.59