DEP0009742DA - Anordnung zum Einschalten eines elektrischen Stromes - Google Patents

Description

¥&p£e&}S!>4m~<*iB.d Anordnung zum Einschalten eines elektrischen Stromes*

Fm beim Einschalten eines elektrischen Stromes die Schaltkontakte zu schonen, ist es bekannt, eine sogenannte Einschaltdrosael in den Stromkreis einzubauen« Sie hat die Wirkung, -unmittelbar nach dem Augenblick des Einschaltens im zeitlichen

ihres Zusamaientreffens und etwaigen Platterns nur von einem verhältnismässig geringen Stromwert beanspracht, wodurch, die G-efalir des Sohweissens vermindert wird«

Um diese Gefahr nach. Möglichkeit ganz zu vermeiden, ist man bestrebt, die Binschaltstufe möglichst niedrig zu machen» Man hat deshalb eine Vorraagnetisierong der Binschaltdrossel mittels einer von einem ICompenstiti ons strom durchf lossenen Zusatzwicklung vorgeschlagen» Pie Möglichkeiten zur Senkung der Strornstufe durch Yormagnetisierung mit Gleichstrom oder einem WecliseIstrom normaler Pregaenz und noch wirtschaftlich tragbarer Stromstärke sind jedoch, begrenzt, und zwar - naoh der der Erfindung zu Grunde liegenden Erkenntnis "-'{^rii^^V^Sh^ - aus folgendem Grundes B-er magnetische Zustand der Drossel kann zwar durch die Vormagnetisierung auf den durch die Magnetisierungskennlinie (magnetische Induktion als Punktion der jeweiligen _magnatischen Feldstärke bezw* dee ^ugenblicksstromwertes) im Einschaltaugenblick vorgegebenen Punkt gebracht werden. Nun ist aber die Gestalt der Kennlinienschleife verschieden je nach der Prequenz bezw, Inderungsgeschwindigfceit des Magnetisierungsstromes« Im Augenblick des Einschaltens ist wegen des steilen Stromansüegas nicht die sich bei langsamer oder konstanter Magnetisierung ergebende fast "statische", sondern eine wesentlich breitere "dynamiSdie^lt Magnetisierungsschleife massgeblich. Beim Einschalten springt somit der Strom sogleich auf den durch diese dynamische Kermliniensclileife gegebenen Wert, der durch die erwähnte Vortragnetisierung, welche entweder konstant ist, (bei Gleichstrom) oder doch verhältnismässig langsam

verläuft (mit der Freoaens des einzuschaltenden Stromes) nur zu einem Seil kompensiert werden kann* Das bedeutet, dass die Einschaltstromstufe, die sich ja als masstäblich getreues Abbild des aufsteigenden oder absteigenden Astes der iiiagüe t is i er ungsschleife bezw, (bei Vormagnetisierung) der Differenzwerte zwischen dynamischer und statischer Magnetisierungsschleife ergibt, einen Eindestgrenzwert behält, der bislang nicht noch weiter herabgesetzt werden konnte, es sei denn, dass man die Dimensionierung der Drossel bezw. ihrer Vindungszahl entsprechend verändert, was aber in vielen Fällen wegen der damit verbundenen Verlängerung der Stromstufe unerwünscht ist« Dieser Kindestgrenzwert kann aber für die BchaltkontaIrte unter Umständen doch noch unerwünscht gross sein=,

Erfindungsgemäss wird zur weiteren Verkleinerung der Stromstufe die Dinschaltdrossel in einem kleinen Zeitbereich., innerhalb dessen der Binschaltaugenblick liegt, stossartig im gleichen Sinne wie durch den einzuschaltenden Strom und mit solcher Stromänderungsgeschwindigkeit vormagnetisiert, wie es zur Eompensation annähernd der vollen Breite der dynamischen Magnetisierungssehleife erforderlich ist»

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher er laut er t *

Pig₁₀ 1 zeigt ein schema ti sehe ε Bild der Magn^tisierungsschleife, wobei die magnetische Induktion XVcier Einschaltdrossel als Funktion des magnetischen Feldes Tö?bezw. des Augenblicksstromwertes i dargestellt ist» Bei Erregung mit Wechselstrom durchläuft der magnetische Zustand der Drossel, wenn der Ängenblicksstrom mit Hull einsetzt, zunächst die Heukurve 1 und dann nacheinander die Zweige 2 und 3 der Kennlinienschleif e, arm-f cinc« Himmt man an, dass der Verlauf 2,3 der Schleife einem TfechseIstrom, der das Eisen etwa bis zur Sättigung magnetisiert., mit üblicher technischer Frequenz von 5ÖHZ entspricht, so ergibt sich abweichend hiervon bei sehr hoher Frequenz beispielsweise etwa eine Schleifenform von der Gestalt 4,5*

Der Strom des Ereises_s in dem die Binschaltdrossei, beispielsweise bei einem Kontaktamformer liegt, nimmt beim Einschalten in einem beliegiben Phasenseitpunkt den in Fig. 2 gezeigten Verlauf: Sr durchläuft zunächst eine verhältnismässig niedrige Einschaltstufe, bevor er steil ansteigt und dann in den stationären Verlauf übergeht. Die in Fig. 2 mit 6 bezeichnete "Höhe" der Einschaltstufε entspricht (ohne Vormagnetisierung) der Breite der dynamischen Magnetisierungs'-kurve, gemessen als Ibstand des Zvieiges \ der dynamischen Schleife von der Ordinate»

Bei Vormagnetisierung der Drossel mit G-Ieichstrom oder mit Wechselstrom normaler, technischer Frequenz, der das Eisen etwa bis zur Sättigung magnetisiert, verlagert sich der beim Einschalten massgebliche Ausgangspunkt des magnetischen Zustandes von der Ordinate aus um.den Betrag des Abstandes des Zweiges 3 der statischen KurTeyiiäch rechts. Dadurch wird die Einschaltstufe in Fig* 2 um einen entsprechenden Betrag vermindert, jedoch bleibt ein Mindestgrenswert der Stufenhöhe bestehen, der dem Abstand des Zweiges K-Zvom Zweig 3 der Magnetisierungsschleife entspricht*

Erfolgt jedoch die Vormagnetisierung im Sinne des Vorschlages der Erfindung Stossartig_jf d.h. ebenfalls _mj_^ sehr hoher Stromänderungsgeschwindigkeit, so ist auch für die Vormagnetisierung nicht mehr die statische, sondern eine dynamische, breitere Eennlinienschleife massgeblich» Auf diese Weise gelingt es daher, die Stufenhöhe noch weiter herabzusetzen« Man kann sie sogar auf den Wert Null oder noch darunter Senicen₁

Der Vorschlag der Erfindung lässt sich beim Einschalten von Wechselstrom und auch von Gleichstrom anwenden. Seine Anwendung ist insbes» dann von grossem Vorteil, wenn man hinsichtlich der Dimensionierung der Drossel besw, ihrer Windungszahl gebunden ist» Das ist s„B, dann der Fall, wenn es sich um periodisch in sehr kurzen Abständen ein- und ausschaltende Einrichtungen handelt, z*,B* Eontaktumformer oder Schweisstakter, ganz gleich, ob der zu schaltende Stromitreis ein Wechselstromkreis oder ein Gleichstromkreis ist» Hier würde\ aX& mit einer Verlängerung der Stromstufe verbundene^ ^LaaxgieyerIust^ im ^.!gemeinen höchst unerwünscht Sein_fl f*^A"- * >'

FIg_a 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Phase eines Stromlcreises, mittels dersich der Vorschlag der Erfindung beispielsweise ausführen lässt,, 10 sind die Eontaltte des Haupt-Stromkreises, mit denen eingeschaltet werden soll* 11 ist die Einsehaltdrossel« Diese ist mit einer Tormagnetisierungswicklung 12 Versehen_s welche von einem [Transformator 13 aus gespeist wird*, Im gleichen Stromkreis liegen die Sekundärwicklungen zweier primär aus einer Gleichstromquelle 14 vormagnetisierter Drosseln 15, 16, die so geschaltet sind, dass sie einander entgegenwirken,

Bei dieser Anordnung wird mit Eilfe der beiden Drosseln 15,16 ein etwa trapezförmiger Wechselstrom mit steil ansteigender Halbwellenstirn zur Yormagnetisierung der Sinschaltdrosseln erzeugt» (Yergl* Dr_a, \7» Schilling, E.u.LI» 1S4-1, S. 3S7 ff») Dadurch gelingt es, den gewünschten Effent eines Bereiches mit steilem ,Stromanstieg mit verhältnismässig geringer Amplitude des Stromverlaufes und demgemäss geringem Energieaufwand zu ersielen«

3?ig« 4- zeigt den Yerlauf 17 der "wechselspannung im Hauptstromkreis bezw. im Primärstromicreis des Transformators 13 und den Yerlauf des trapezförmigen Stromes 18 im Yormagnetisierungsstronikreis der Einschaltdrossel_s. Um eine stossartige Yormagnetisierung Ser Schaltdrosseln zu erzielen, soll der Einschaltaugenblick für die Hauptkontakte in den Bereich des steilen Anstiegs des Trapezstromes fallen, also etwa auf den Punkt 19* Die Betriebsspannung liegt dann praktisch nur an der Einschaltdrossel_j weil alle übrigen Induktivitäten gegenüber der Induktivität der EinschaItdrossel 11 während ihrer Ummagnetisiernng vernachlässigbar klein sind, Die Drosseln 15, 16 sind während des steilen Anstieges des Srapezstromes gesättigt und die indnktivität des speisenden Transformators 13 ist verschwindend klein,, Die Spannung dieses Transformators ist zweckmässig so zu bemessen, dass die Siiiii die Eauptwicklung der Einschaltsdrossel induzierte Spannung für jeden Phasenzeitpunkt, in dem die Hauptkontakte eingeschaltet werden sollen (bezw. bei einem Zontaktumformeri für jede Aussteuerung der einzuschaltenden Spannung) annähernd, gleich ist. Sie^-lÄiÄ^-es^'B^Änsftftg^^rtfüTö'eTir ^#']^isfcjihssig-k'e"i ^ft'*"^!id'BT' ^e-ttitefi"»- -«S^MÄftfigrai Die den VoJ&eg^ungsstromkreis der Sinschaltdrossel speisende Spannung kann so dimensioniert werden, dass die Hauptkontakte 10 spannungslos und demzufolge auch stromlos einschalten*

Während der Zeit, in welcher der Strom die etwa waagerechte Strecke

seiner Irapezform durcnläuft, liegt die im Vormagnetisierungs^ Stromkreis angelegte Spannung nur an einer der beiden Drosseln 15, 16, Jede Drossel wird also zweckmässig für die halbe Spannung des Transformators bemessen»

Um die Eiickwirkungen der Weciiselspannung_s die abwechselnd an einer der beiden Drosseln Iiegt_j auf den Gleichstromkreis zu verringern, empfiehlt es Sich₅ diesen durch eine genügend grosse Induktivität zu stabilisieren. Hierzu dient die mit den Primärwicklungen des Gleichstromlcreises in Reihe geschal-

für die Yormagnetisierung/sägcwon* 0--jfr Tässt sich dadurch verringern, dass man die-beiden Drosseln,,*" 15, -,I oySnstatt in Reihe - scnaiTet',' ~vrLe es InYE¹ ig _p 5 gezeigt ist. Der sich dann im Yormagnetisierungsstromkreis der Ilinscha ltdros ε el 12 ergebende resultierende Stromverlauf ist in Pig₀ »6 dargestellt und mit 21 bezeichnet* pie hohen Stromspitzen kö nnen_s_ zur stossartigen Yormgnetisierung der EinschaltdroXsel benutzt werden» Auch hier soll die Einschaltung des Haupt« tromkr eis es im Bereich_j-⁴Qes steilen Stromanstieges im Yormagne t is i erung ε ε tr 0 mkr e is .erfolgen» In diesem Augenblick induziert einender beiden Drosseln keine Gegenspannung, so dass die angelegte Spannung zum grössten Teil an

d er Einschaltdrossel liegt» In"«er'übrißen Zeit induzieren

die beiden Drosseln gleichzeitig* -eine Gegenspannung zur angelegten Wechselspannung«, Dahpr werde'n die D _rOsseln in diesem Falle zweckmässig für die/Grolle Spannung ausgelegt* Die Hö„e

der Stromspitzen hängt Xb von der Stromstärke im Gleichs tremie ' . kreis, Eine Stabilisierung des Gleichstromes gegen Bückwirkungen der Ve chs e Is tr omseiLt e ist bei diesem Ausf ührungs bei spiel kaum erforderlich, wpi 1 die beiden Drosseln fast dauernd, gleichzeitig

if

auf der GleioMstromseite Spannungen erzeugen, die gleich gross und entgegengesetzt gerichtet sind, so dass sie sich'\gegenseitig —aufheben. Der steile Anstieg des Yormagnetisierungsstromes erfolgt Joel der zuletzt behandelten Anordnung im Gegensatz su dem d e s/trapez förmigen Stromes der vorigen in der l'Tähe des Spanhungsncflldurchganges, was bei der Bestimmung der Phasenlage der Yiechsel-

Die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sind nicht auf die hier gezeigten Anordnungen beschränkt* So kann man insbes. die

Schaltungsweise der beiden Tormagnetisierungsdrosseln abwandeln und umkehren and auf diese Weise ähnliche Birkungen hervorbringen«, iiuch kann man in Verbindung mit diesen Torschlägen Mittel zur Synchronisierung und Verlegung der Phasenlage von Wechselstrom und Tormagnetisierungsstrom anwenden, insbesondere um beispielsweise bei e inem Kontalrtuniformer den Bereich des steilen Stromanstieges im Tormacnetisierungsstromkreise auch mit der Aussteuerung¹ wandern zu lassen» Weiter kann man die Erfindung ausser bei Yiechselstrom im E_aUptStromkreise auch bei Gleichstrom,, insbes* zerhacktem, oder pulsierendem Gleich-Strom_i vorteilhaft anwenden.

Die hauptsächlichen Anwendungsgebiete für die Erfindung sind Eontaktumformer und Taktgeber für Punkt- und IIahtschweisseinrichtungen.

Claims (1)

1. 2 Patentansprüche
   6 Piguren

   Patentansprüche

   1», zum Einschalten eines elektrischen Stromes unter einer von einer Einschaltdrossei erzeugten Stromstufe mit mögliehst geringer Höhe (Stromstarke)_r 'insbes_B für Kontaktumformer oder Schweisstakter_y dadurch gekennzeichnet, dass die Sinschaltdrossel in einem kleinen Zeitbereich, innerhalb dessen der Einschaltaugenblick liegtjStossartig im gleichen Sinne wie durch den einzuschaltenden Strom und mit solcher Stromänderungsgeschwindigkeit vormagnetisiert wird, wie es zur Kompensation annähernd der vollen Breite der dynamischen Magnetisie rungs schleife erforderlich ist,,

   2» Anordnung £äa? ■d jVag see Tcfatere- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hnet_? dass die Binsehaltdrossel mit einer Tormagnetisierungsv/icklung versehen ist, die aus einem YfeohseIstromkreis gespeist wird, in dem - in Heihe oder parallel zueinander -

   ^magnetisierter Drosseln liegen, die so geschalt et*Bifiddass sie einander entgegenwirken»