DE974622C

DE974622C - Anordnung zur schnellwirkenden Spannungsregelung bei Kontaktumformern mit Schaltdrosseln

Info

Publication number: DE974622C
Application number: DEA22412A
Authority: DE
Inventors: Armand Brandt
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1955-03-18
Filing date: 1955-04-01
Publication date: 1961-03-02

Description

AUSGEGEBEN AM 2. MÄRZ 1961

A 22412 VIII b/ 2i d *

Die abgegebene Gleichspannung des Kontaktumformers kann bekanntlich durch Änderung der Dauer der Einschaltpause der Kontaktströme auf einfache Weise geregelt werden. Die Änderung der Dauer der Einschaltpause erfolgt in bekannter Weise entweder durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung oder auch der Wechselstromvormagnetisierung der Sohaltdrosseln. In beiden Fällen tritt gleichzeitig mit der Änderung der Dauer der Einschaltpause auch eine Beeinflussung der Höhe des Stufenstromes imAusschaltpunkt auf, was zu Schwierigkeiten in bezug auf die richtige Anpassung des Parallelkreisimpulses an die Stromstufe führt. Außerdem sind bei diesen bekannten Anordnungen sowohl die Dauer der Einschaltpause als auch die Höhe des Stufenstromes im Ausschaltzeitpunkt abhängig von der Phasenlage der Schaltdrossel-Wechselstromvormagnetisierung bezüglich der Lage der Kontaktschaltzeitpunkte, so daß der Parallelkreisimpuls bei jeder Änderung dieser Phasenlage mit Rücksicht auf stromloses Unterbrechen der Kontakte stets neu eingestellt werden muß. Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden.

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellwirkenden Spannungsregelung bei Kontaktumformern mit Schaltdrosseln, bei welchen zwei parallel geschaltete, mit Gleichstrom vormagnetisierte Begrenzungsdrosseln vorgesehen sind.

Die Erfindung besteht darin, daß die Begrenzungsdrosseln über Gleichrichterventile in Zweiwegschaltung mit den Vormagnetisierungswicklungen der Schaltdrosseln verbunden sind, derart,

ίο daß die Schaltdrosseln von rechteckförmigen Strömen abwechselnd magnetisiert werden, wobei die positiven Halbwellen von der einen Drossel und die negativen Halbwellen von der anderen Drossel begrenzt werden, und daß die eine Begrenzungs-

drossel eine zusätzliche Wicklung aufweist, welche von einem der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der zu regelnden Größe proportionalen Strom durchflossen ist, so daß die Amplitude der einen Halbwelle dieser rechteckförmigen

Ströme so verändert wird, daß die Dauer der Einschal tpause der Kontaktströme im regelnden Sinne beeinflußt wird, während die Amplitude der Halbwelle umgekehrter Polarität unverändert bleibt.
Die Begrenzungsdrosseln werden durch diese Maßnahmen zu Regeldrosseln, was erlaubt, die Regelung bedeutend rascher zu gestalten als dies beispielsweise mit Sektorreglern möglich wäre. Auch erfordert die Anordnung keinerlei bewegte Teile oder Kontakte, was für die Betriebssicherheit von Vorteil ist.

Aus der deutschen Patentschrift 699 717 ist die Verwendung von Ventilen zur unabhängigen Einstellung eines positiven und eines negativen Vormagnetisierungsstromes bekannt. Eine Spannungsregelung ist dort jedoch nicht vorgesehen. Aus der schweizerischen Patentschrift 298 668 ist die Spannungsregelung durch Vormagnetisierung zwar bekannt, doch werden dort keine Ventile zur getrennten Beeinflussung der positiven und negativen Halbwellen des Vormagnetisierungsstromes verwendet.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführung.-.-beispiels näher erläutert.

Fig. ι und 2 zeigen die Schaltung der An-Ordnung;

Fig. 3 bis 5 zeigen Betriebsdiagramme.
In der Fig. 1 ist ein Kontaktumformer in dreiphasiger Brückenschaltung gezeigt. Der Kontaktumfarmertransformator ist mit 1 bezeichnet, die Schaltdrosseln für die -Schaffung der stromschwachen Pausen mit 2 und 3 und die Kontakte des Umformers mit 4 und 5. Die Schaltdrosseln sind in bekannter Weise mit je einer Vormagnetisierungswicklung 21 bzw. 31 ausgerüstet. Die Vormagnetisierungswicklungen der Schaltdrosseln von Phase und Gegenphase werden "über Strombegrenzungsdrosseln 8, 9 parallel gespeist. In Fig. 1 sind nur die Strombegrenzungsdrosseln für die Phase R eingezeichnet. Für die Phasen 5* und T sind ebenfalls je zwei solcher Strombegrenzungsdrosseln vorhanden. JedeStrombegrenzungsdlrossel weist zwei Kerne I und II auf, welche je mit einer Arbeitswicklung α versehen sind. Die Arbeitswicklungen α sind derart in Serie geschaltet, daß die beiden Kerne umgekehrt magnetisiert werden. Als g₅ Kernmaterial ist eine Eisensorte mit stark ausgeprägtem Magnetisierungsknick vorgesehen, beispielsweise Nickeleisen. Die beiden Kerne der Strombegrenzungsdrosseln sind gemeinsam mit einer Gleichstromvormagnetisierungswicklung b umwickelt. Die Vormagnetisierungswicklungen b aller Drosseln sind in Serie geschaltet und werden über einen Einstellwiderstand 18 mit Gleichstrom gespeist. Je eine Strombegrenzungsdrossel 9 jeder Phase ist. außerdem mit einer Regelwicklung c versehen, welche beide Teilkerne umschließt. Die Wicklungen c dieser als Regeldrosseln 9 wirkenden Strombegrenzungsdrosseln sind in Serie geschaltet und werden mit einer Differenzspannung gespeist, welche proportional der Abweichung des Umformerstromes von seinem Sollwert ist. Zu diesem Zweck wird über eine Gleichstromwandlerschaltung 6, bestehend aus der gleichstrommagnetisierten Drossel mit Speiseumspanner 16, den Ventilen 7 und der Glättungsdrossel 13, eine dem Umformerstrom proportionale Spannung am Widerstand 12 erzeugt und mit einer festen Spannung am Widerstand 14 verglichen. DieDifferenzspannung, welche somit direkt ein Maß für die Abweichung des Istwertes vom Sollwert des Umformergleichstromes darstellt, ist an den Klemmen der hintereinandergeschalteten Drosselwicklungen c vorhanden, und zwar so, daß beim -Überschreiten des Sollwertes des Umformerstromes, d.h. bei positiver Differenzspannung, d!ie von den Wicklungen b verursachte Vormagnetisierung der Regeldrosseln 9 geschwächt, beim Unterschreiten des Sollwertes, d. h. bei negativer Differenzspannung aber verstärkt wird. Die Arbeitswicklungen α der Drosseln 8 und 9 sind über Ventile 10 ,je mit den Eingängen der Schaltdrosselvormagnetisierungswickhingen 21 und 31 verbunden, und zwar so, daß nach jeder Halbwelle der Vormagnetisierungsstrom der Schaltdrosseln von der einen Strombegrenzungsdrossel auf die andere kommutiert wird. Dadurch wird erreicht, daß die eine Halbwelle des Vormagnetisierungsstromes der Schaltdrosseln von der Drossel 8 begrenzt wird und in der Amplitude unverändert bleibt, während die Halbwelle umgekehrter Polarität von der Regeldrossel 9 begrenzt wird und in der Amplitude verändert werden kann.

In Fig. 3 ist die Magnetisierungskurve der StrombegrenzungsdroSiseln als Funktion der Induktion B von den AmperewindungenAW aufgezeichnet. Die beiden Drosselkerne sind mit Gleichstrom entsprechend den Amperewindungen AWg vormagnetisiert. Der Strom in den Arbeitswicklungen bewirkt in einem der Kerne eine Erhöhung der Magnetisierung um AW. Da nun die beiden Kerne gleiche Dimensionen und gleiche Windungszahlen aufweisen und die beiden schraffierten Flächen gleich sein müssen, wird die resultierende Durchflutung um den Betrag Δ AW erhöht. Mit zunehmender Größe vonAW₊ und AW_ nimmt auch der Betrag AAW zu. Ist der Strom in den Arbeitswicklungen ein Wechselstrom, so pulsieren die

Werte von AAW zwischen dem Wert Null und einem Maximalwert mit doppelter Netzfrequenz. Zur Kompensation der Amperewindungen AAW werden die Strombegrenzungsdrosseln mit einer Rückkopplungewicklung d versehen, welche über Ventile 11 in Brückenschaltung von der im Widerstand 15 abfallenden Spannung gespeist wird.

Infolge der stark geknickten Magnetisierungskurve der Strombegrenzungsdrosseln wird die Amplitude des Wechselstromes in den Arbeitswicklungen entsprechend der Größe der AWg begrenzt und seine Stromkurve annähernd rechteckförmig. Durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung durch die Regelwicklung c kann die Amplitude des Wechselstromes in den Arbeitswicklungen der Begrenzungsdrosseln verändert werden.

Die Wirkungsweise deir beschriebenen Anordnung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
Fig. 4 a zeigt den Verlauf des Stromes i^ eines Umformerkontaktes bei nahezu voller Aussteuerung sowie den Strom i_v in der Vormagnetisierungswicklung der entsprechenden Sahaltdrossel. Außerdem ist noch der Verlauf de-r Spannungen U_RT und U_RS eingetragen.

Fig. 4b zeigt dasselbe bei stark herabgesteuerter Gleichspannung, also bei kleinerem Kontaktstrom i_k.

Im Einschaltpunkt A (Fig. 4a) ist die Schaltdrossel um den Betrag i_ve vormagnetisiert.

In Fig. 5, welche die Magnetisierungskurve der Schaltdrossel als Funktion der Induktion B von dem Strom i darstellt, erfolgt das Einschalten im Magnetisierungszustand P_e der Schaltdrossel. Mit steigendem Strom i_k erfolgt eine Magnetisierung der Schaltdrossel durch den Kontaktstrom i_k bis zum Punkt P_s, wo die Schaltdrossel in den Sättigungszustand gelangt. Dieser Punkt P_s entspricht dem Punkt B in Fig. 4 a. Während im Bereich P_e-P_s die Schaltdrossel eine hohe Induktivität aufweist, welche den Strom auf einen kleinen Wert begrenzt (Einschaltstufenstrom), wird¹ diese Induktivität bei größerer Magnetisierung sprunghaft klein und beeinflußt den Verlauf des Kontaktstromes i_k praktisch nicht mehr, bis bei abnehmendem Kontaktstrom im Punkt C (Fig. 4a) die Magnetisierung der Schaltdrossel über den Punkt P_s zurückkommend den Punkt P_a erreicht. In diesem Augenblick wird die Schaltdrossel sprunghaft induktiv und begrenzt den Strom auf einen kleinen Wert i_s (Ausschaltstufenstrom). Da in dieser Zeit die ■Schaltdrossel 'entsprechend dem Strom i_va vormagnetisiert ist, erfolgt der Stromnulldurchgang erst im Punkt P/ (Fig. 5) entsprechend dem Punkt D in Fig. 4 a. In den Intervallen AB und CD liegt somit die gesamte Stromwendespannung des Umformers über der. Schaltdrossel (schraffierte Flächen); im Intervall BC ist dagegen 'die Spannung über der Drossel verschwindend klein. Wird nun durch die Regeldrossel 9 die Amplitude der Schaltdrosselvormagnetisierung i_ve im Einschaltpunkt des Umformerkontaktes .verkleinert, so nimmt die Dauer der Sinschaltstufe gemäß Fig. 4b zu, die vom Umformer abgegebene Gleichspannung geht zurück und entsprechend auch der Gleichstrom des Umformers. Diese Herabregelung des Gleichstromes erfolgt beispielsweise, wenn der über dem Spannungsteiler 12 abgegriffene Istwert den am Spannungsteiler 14 abgegriffenen Sollwert für den zu regelnden Umformergleichstrom übersteigt, so daß die Wicklung c der Regeld'rossel die Vormagnetisierungswicklung b in ihrer Wirkung schwächt. Unterschreitet aber der Istwert den Sollwert, so wird die Vormagnetisierung der Regeldrossel 9 um den Betrag AW der Regelwicklung c vergrößert, so daß audh diie Amplitude des Vormagnetisierungsstromes der Schaltdrossel vergrößert wird¹. Dadurch nimmt die Dauer der Einschaltstufe ab, die Gleichspannung steigt, und der Gleichstrom wird auf den Sollwert geregelt. Da während der Ausschaltstufe der Vormagnetisierungsstrom der Schaltdrosseln von der Drossel 8 begrenzt wird, bleibt die Größe des Stufenstromes A i unverändert, weil der Punkt P/ in Fig. 5 festbleibt.

Die beschriebene Vorrichtung regelt die vom Umformer abgegebene Gleichspannung so, daß der abgegebene Gleichstrom in gewissen Grenzen konstant bleibt, wie dies z. B. bei Elektrolyseanlagen erwünscht ist. Statt dessen könnte die Vorrichtung auch für Regelung auf konstante Spannung ausgeführt werden. In diesem Fall würde die Spannung am Widerstand 14 beispielsweise direkt mit der vom Umformer abgegebenen Gleichspannung verglichen.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Gleichstromwandlerschaltung über den Widerstand 17 direkt auf die Regelwicklung c der Regeldrosseln geschaltet ist und so der Vergleich von Istwert und Sollwert in der Regeldrossel· selbst erfolgt. Für die übrigen Schaltelemente wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Anordnung zur schnellwirkenden Spannungsregelung bei Kontaktumformern mit Schaltdrosseln, bei welchen zwei parallel ge- no schaltete, mit Gleichstrom vormagnetisierte Begrenzungsdrosseln vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsdrosseln über Gleichrichterventile in Zweiwegschaltung mit den Vormagnetisierungswicklungen der Schaltdrosseln verbunden sind, derart, daß die Schaltdrosseln von rechteckförmigen Strömen abwechselnd magnetisiert werden, wobei die positiven Halbwellen von der einen Drossel und die negativen Halbwellen von der anderen Drossel begrenzt werden, und daß die eine Begrenzungsdrossel eine zusätzliche Wicklung aufweist, welche von einem der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert der zu regelnden Größe proportionalen Strom' durchflössen ist, so daß die Amplitude der einen

Halbwelle dieser rechteckföimigen Ströme so verändert wird, daß die Dauer der Einschaltpause der Kontaktströme im regelnden Sinne beeinflußt wird, während die Amplitude der Halbwelle umgekehrter Polarität unverändert bleibt.
2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsdrosseln je zwei Kerne aus Eisen mit ausgeprägtem Magnetisierungsknick aufweisen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kerne je eine Arbeitswicklung aufweist, welche so in Serie geschaltet sind, daß die beiden Kerne umgekehrt magnetisiert werden, und daß eine beide Kerne umschließende Vormagnetisierungswicklung vorhanden ist.
4. Anordnung nadh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kerne zusätzlich mit einer beide Kerne umschließenden Rückkopplungswicklung versehen sind, welche über \^entile mit einem dem Wechselstrom in den Arbeitswicklungen proportionalen pulsierenden Gleichstrom doppelter Netzfrequenz gespeist wird.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Amplitude der einen Halbwelle der rechteckförmigen Ströme in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Istwert und Sollwert des vom Kontaktumformer abgegebenen Gleichstromes erfolgt.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Amplitude der einen Halbwelle der rechteckförmigen Ströme in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Istwert und Sollwert der vom Kontaktumformer abgegebenen Gleichspannung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 699717; deutsche Patentanmeldung S 4343 VIIId/21 d²

(bekanntgemacht am 16. 10. 1952);

schweizerische Patentschriften Nr. 237 079,

295, 298668;

österreichische Patentschrift Nr. 175 944; ETZ, 62. Jahrgang (1941), S. 3 bis 20.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 706/1TB10.56 (109 521/6 2.61)