DE975003C

DE975003C - Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreis-unterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt

Info

Publication number: DE975003C
Application number: DEA9440D
Authority: DE
Inventors: Floris Dipl-Ing Dr- Koppelmann
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1941-09-14
Filing date: 1941-09-14
Publication date: 1961-06-29

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 29. JUNI 1961

A 9440 VIIIbI2id*

Zusatz zum Patent 974

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Gegenstand des Hauptpatents ist eine Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt, und zwar ist die Schaltung der Hauptstromkreise derart ausgebildet, daß in der zeitlichen Nachbarschaft des Ein- und Aussetzens einer Strombahn mindestens eine weitere Strombahn an der Stromführung beteiligt ist und daß spätestens im Zeitpunkt der mechanischen Unterbrechung der durch den zu unterbrechenden Stromkreis fließende Strom auf elektrischem Wege zu Null gemacht wird. Vorteilhaft wird der Stromrichter schaltungsgemäß in mindestens zwei phasenverschobene Teilstromrichter mit je einer möglichen Strombahn unterteilt, und es sind zwisehen die Phasenspannungen der Teil stromrichter Drosseln bzw. Transformatoren geschaltet, an deren Klemmen eine Spannung mit derartiger Beschaffenheit hinsichtlich Frequenz und Kurvenform liegt, daß in gewissen Zeitteilchen der Strom auf mindestens zwei Strombahnen verteilt wird und daß in anderen Zeitteilchen der Strom von einer verringerten Zahl von Strombahnen übernommen wird. Es ist weiter vorgeschlagen worden,

109 605/11

die Drosseln bzw. Transformatoren derartig schaltungsmäßig auszubilden oder baulich zu bemessen, daß spätestens im Zeitpunkt der mechanischen Unterbrechung der durch den zu unterbrechenden Stromkreis fließende Strom auf elektrischem Wege zu Null gemacht wird. Gemäß einem weiteren Vorschlag stellt die Amplitude des Magnetisierungsstromes der Drosselspule bzw. des Transformators sich selbsttätig auf den halben oder angenähert ίο halben Wert des Betriebsgleichstromes mittels Vormagnetisierung durch den Betriebsgleichstrom ein, um den zu unterbrechenden Strom vor und nach der Kontaktöffnung zu Null zu machen. Die Drosselspule bzw. der Transformator weist dabei drei Schenkel auf, von denen der mittlere die Hauptwicklung trägt, Auf den Außenschenkeln ist je eine vom Laststrom durchflossene Wicklung angeordnet, die die Erregerwicklung des Mittelschenkels derart kompensiert, daß jeweils der Strom in einem der beiden Teilstromrichter nur bis in die Nähe des Nullwertes absinken kann, wo> er durch Umsättigung der zugehörigen Saugdrosselhälfte aufgehalten wird, so daß die Kontakte bei zweckmäßiger Einstellung im wesentlichen nur die Magnetisierungsströme der Drosselspule zu schalten haben. Die Drosselspule besteht nach den bisherigen Vorschlägen aus einem aus Blechstreifen zusammengesetzten Eisenkern.^ Dieser Aufbau hat zur Folge, daß ihr Magnetisierungsstrom im Vergleich zu bekannten hochwertigen, aus fugenlosen Ringbandkernen aufgebauten Magnetkreisen verhältnismäßig groß ist, so daß auch die Ströme¹, die die Kontakte zu schalten haben, verhältnismäßig groß und mit der Zeit verhältnismäßig stark veränderlich sind. Die Unterbrechung solcher Ströme bereitet den Kontakten noch Schwierigkeiten und setzt der Anwendung derartiger Stromrichter unerwünscht enge Grenzen.

Die Erfindung betrifft Mittel, die von den Kontakten zu schaltenden Ströme zu vermindern. Sie besteht darin, daß die Drosselspule derart vorerregt wird, daß im Augenblick der Kontaktöffnung der . Magnetisierungsstrom der Saugdrossel ganz oder teilweise im Vorerregerkreis fließt, so daß in diesem Augenblick der Kontakt weitestgehend von Strom entlastet ist. Nach der weiteren Erfindung wird die Vorerregung derart bemessen, daß möglichst im ganzen Bereich zwischen kleinster und größter Last bei allen Betriebszuständen im Augenblick der Kontaktöffnung ein kleiner positiver Strom über die Kontakte fließt. Diese letztere Einrichtung ist besonders dann erforderlich, wenn die im Kontakt nach Öffnung anspringende Spannung größer als etwa 10 V und der vom Kontakt aufgerissene Strom größer als etwa 0,5 A ist.

Die Vorerregung kann mit Gleichstrom erfolgen, Avelcher von der Belastung unabhängig über eine Stabilisierungsdrossel zugeführt wird. Eine weitere Verbesserung läßt sich unter Umständen durch eine Vorerregung mit Wechselstrom geeigneter Größe und Phasenlage erzielen. Auch in. diesem Fall ist eine Stabilisierungsdrossel erforderlich. Vorzugsweise bei Umformern großer Leistung kann es zweckmäßig sein, außerdem noch eine Vorerregung, insbesondere mit einer oder einigen wenigen Windüngen, mit dem Belastungsstrom vorzusehen, derart, daß bei schwankender Belastung der Strom im Kontakt im Augenblick seiner Öffnung einen annähernd gleichbleibenden positiven Wert hat. Wenn eine Windung für diese Vorerregung bereits zuviel sein sollte, so kann der Strom über einen Stromwandler der Vorerregerwicklung zugeführt werden. Bei der Wahl der Vorerregung ist zu beachten, daß diese die Magnetisierung der betreffenden Saugdrosselhälfte im Einschaltaugenblick beeinflußt. Man kann unter Umständen durch Wahl von Vorerregerströmen mit besonderem, nichtsinusförmigem Verlauf erreichen, daß sowohl die erfindungsgemäße Entlastung der Kontakte beim Ausschalten als auch die zum Zwecke der Spannung^- regelung notwendige Regelung der Magnetisierung im Einschaltaugenblick erzielt wird.

Durch die Erfindung werden größere Ströme und Leistungen in einer Einheit ermöglicht. Bei derart großen. Leistungen ist es zweckmäßig, alle Mittel zur Sicherung des Betriebes anzuwenden, die sonst für mechanische Stromrichter bekanntgeworden sind. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, zur Vermeidung von Einschaltentladungen besondere Einschaltdrosseln aus hochwertigem, wirbelstromarmem Material vorzusehen, gedämpfte Kondensatoren parallel zu den Kontakten zu legen, in Störungsfällen die Kontakte durch Kurzschließen zu schützen usw.

Trotz Anwendung der Erfindung können bei großen Leistungen die von den Kontakten zu schaltenden Ströme noch so groß sein, daß betriebliche Schwierigkeiten auftreten. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, dem Magnetkern der Drosselspule außerdem einen Aufbau zu geben und ein Material zu verwenden, welche ihre Magnetisierungsströme vermindert. Dies ist auch wünschenswert mit Rücksicht auf den Leistungsfaktor des Umformers. Insbesondere wählt man zur Erzielung eines hohen Leistungsfaktors einen Magnetkern, welcher hohe Permeabilität, scharfes Sättigungsknie und hohe Sättigungsinduktion aufweist. Um dies zu erreichen, ist es unter Umständen erforderlich, den dreischenkligen Saugdrosselkern in zwei getrennte Eisenkerne aufzuteilen, welche teilweise no von einer gemeinsamen Wicklung umschlossen werden, teilweise getrennte Wicklungen haben. Für die Einzelkerne kann man hochwertige Ringbandkerne aus besonders gewalztem und geglühtem Material, z. B. Siliziumeisen oder Eisen-Nickel-Legierung, verwenden. Verwendet man derart hochwertige Magnetkerne, so kann deren Magnetisierungsstrom bereits so klein sein, daß man auch ohne Vorerregung einen zuverlässigen Betrieb erhält.

Wie bei allen mechanischen Stromrichtern spielt iao die Wahl des Kontaktgerätes auch bei der vorliegenden Erfindung eine bedeutende Rolle. Mit Vorteil wendet man Druck- oder Wälzkontakte an, welche keinen Spannungsabfall aufweisen, keinen Verschleiß haben und bei denen die Kontaktstücke leicht auswechselbar sind. Bei Geräten, welche

ohne Wartung arbeiten sollen, sind außerdem alle der Schmierung bedürfenden Reibungsstellen zu vermeiden, z. B. dadurch, daß alle Lagerungen federn und der Antrieb magnetisch erfolgt. Auf diese Weise erhält man durch Anwendung der Erfindung Stromrichter bzw. Umformer, welche allen Anforderungen an Betriebssicherheit, Dauerhaftigkeit und Einfachheit genügen:

In Fig. ι der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

ι bis 6 sind die Phasen eines Umspanners in Doppelsternschaltung, 7 bis 12 die Kontakte, welche durch gedämpfte Kondensatoren überbrückt sind. Der Kern der Drosselspule 13 weist drei Schenkel auf, von denen der Mittelschenkel je eine Wicklung mit der Windungszahl w für jeden der beiden Teilstromrichter trägt, während der Außenschenkel je eine Wicklung W₁ bzw. W₂ trägt, die vom Belastungsstrom durchflossen werden. Wenn W₁ = W₂-W gemacht wird, arbeitet die Saugdrossel ohne die Vorerregung gemäß der Erfindung. Durch eine Drossel 14 wird der Gleichstrom geglättet. Der Kern 13 der Drosselspule ist gemäß der Erfindung durch Wicklungen W₃ und W₄ mit einem Gleichstrom vorerregt, welcher durch eine Drossel 15 stabilisiert und durch einen Widerstand 16 geregelt wird. Der Vorerregerkreis kann von der Gleichspannung des Stromrichters selbst gespeist werden. Die Stromrichtung wird sinngemäß so gewählt, daß der Strom im Kontakt im Augenblick der öffnung verringert wird.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführung des Magnetkernes der Saugdrossel dargestellt. Die Saugdrossel besteht hier aus zwei getrennten Ringbandkernen 17 und 18, auf die im übrigen die Wicklungen wie in Fig. 1 aufgebracht sind. Man kann die Ringbandkerne auch koaxial übereinanderliegend anordnen und sie gleichmäßig auf ihrem Umfang mit den notwendigen Wicklungen versehem. Es können auch etwa erforderliche Einschaltdrosseln mit eingewickelt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Anordnung zum Betrieb von Stromrichtern, bei denen eine Stromkreisunterbrechung auf mechanischem Wege erfolgt, nach Patent 974 690, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenschenkel der Drosselspule bzw. des Transformators eine derartige Vorerregung erhalten, daß der von den Kontakten zu schaltende Strom wesentlich verringert ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 für größere Leistungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerregung derart gewählt ist, daß im Bereich zwischen kleinster und größter Belastung der vom Kontakt zu schaltende Strom einen kleinen positiven Wert hat.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerregung durch einen Gleichstrom erfolgt.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerregung durch Wechselstrom oder zusätzlich durch Wechselstrom einfacher oder zusammengesetzter Frequenz erfolgt.
5. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorerregung bzw. zusätzliche Vorerregung mit dem Belastungsstrom vorgesehen ist, derart, daß unabhängig von der Belastung im Öffnungszeitpunkt der Kontaktstrom einen möglichst gleichbleibenden kleinen, vorzugsweise positiven Wert hat.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Magnetisierung der Saugdrosselteile im Einschaltaugenblick der zugehörigen Kontakte den für volle Spannung bzw. Spannungserregung gewünschten Wert hat.
7. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls vorerregte Einschaltdrosseln zur Entlastung der Kontakte beim Einschalten vorgesehen sind.
8. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspule aus zwei getrennten Eisenkernen aufgebaut ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Kerne der Drosselspulen große Permeabilität, scharfes Sättigungsknie und hohe Sättigungsinduktion, wie sie beispielsweise bei Ringbandkernen aus besonders geglühtem und gewalztem Siliziumeisen oder Eisennickel vorhanden sind, aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109 605/11 6.61