DE967020C - Mechanischer Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betaetigten Kontakten - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 26. SEPTEMBER 1957

S 27u8VIIIb/2id*

sind als Erfinder genannt worden

Das Hauptpatent betrifft einen mechanischen Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betätigten Kontakten und zu diesen in Reihe liegenden Schaltdrosseln für die Erzeugung von Ein- und Ausschal tstufen. Besondere, vom Hauptstrom unabhängige elektrische Steuermittel dienen dazu, eine zur Kontaktschließung erforderliche Anzugskraft in einem wählbaren Augenblick bei positiv gerichteter und daher in der vorgeschriebenen Stromflußrichtung treibender Einschaltspannung, jedoch vor dem Anstieg des Kontaktstromes, und eine zum Halten ausreichende Magnetkraft während des der Aussahaltstufe vorhergehenden Abfalles des Kontaktstromes zu erzeugen. Zu diesem Zwecke wird das Magnetsystem des Kontaktes vom Strom eines besonderen Steuerkreises erregt. Der Steuerkreis kann galvanisch oder induktiv oder kapazitiv mit dem Hauptstromkreis des Schaltstromrichters ver-

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bunden bzw. gekoppelt sein. Der Steuerkreis enthält ein steuerbares Schaltmittel, z. B. ein gittergesteuertes Entladungsgefäß, in solcher Schaltung, daß die Unterbrechung des Steuerstromes während der Ausschaltstufe selbsttätig erfolgt.

Nach den Ausführungsbeispielen des Hauptpatentes wird zur Speisung des Steuerkreises die Kommutierungsspannung des Stromrichters verwendet, wobei die Spannung einer im Steuerkreis

ίο befindlichen Batterie so gewählt ist, daß der Steuerstrom bei höchster Aussteuerung etwa im Spannungsnulldurchgang einsetzt. Damit ist aber eine Gleichrichter-Vollaussteuerung noch nicht möglich, weil der Steuerstrom erst mit Verspätung gegenüber seinem Einsatz den Ansprechwert des Schaltmagneten erreicht. Hierdurch ist also dem Aussteuerungsgrad eine obere Grenze gesetzt. Demgegenüber wird der Stromrichter erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß der Steuerkreis an eine der Kommutierungsspannung voreilende Spannung angeschlossen wird.

Die Fig. 1, 2 und 4 der Zeichnung enthalten schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung nebst den dazugehörigen Vektorbildern und Fig. 3 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Fig. ι zeigt einen Einphasengleichrichter. In den Fig. 2 und 4 sind dreiphasige Einwegschaltungen angedeutet, von denen jedoch jeweils nur die Phase R vollständig dargestellt ist. Die beiden anderen Phasen S, T sind entsprechend zu ergänzen. Anordnungen mit anderer Phasenzahl, auch Brückenschaltungen, lassen sich daraus durch sinngemäße Übertragung ohne weiteres ableiten. Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Nach Fig. 1 ist an die Sekundärwicklung 1 eines Gleichrichter-Transformators der Hauptkreis des Gleichrichters angeschlossen, der aus der Reihenschaltung einer Schaltdrossel 2 mit einem Kontakt 3, einer Hauptstromspule 4 eines den Kontakt betätigenden Magnetsystems und einem Verbraucher 5 besteht. Das Magnetsystem selbst ist in der Zeiche nung der besseren Übersicht halber weggelassen.

Die im Hauptpatent beschriebenen Einrichtungen zur Vormagnetisierung der Schaltdrossel können hier ebenfalls vorgesehen sein, desgleichen ein an sich bekannter, zum Kontakt parallel geschalteter Nebenweg. Auch der Steuerstromkreis ist in der gleichen Weise ausgestattet, wie im Hauptpatent beschrieben. Er enthält ein steuerbares Ventil 6, einen Widerstand 7, eine zum gleichen Magnetsystem wie die Wicklung 4 gehörende Nebenschlußspule 8 und eine Gleichspannungsquelle 9. Als steuerbares Schaltmittel kann an Stelle eines gittergesteuerten Entladungsgefäßes beispielsweise auch eine Ventildrosselanordnung,· z. B. ein mit Gleichstrom vorerregter S ättigungs wandler verwendet werden, wie es in einem anderen Zusatzpatent zum Hauptpatent bereits vorgeschlagen worden ist.

An der speisenden Wicklung i, die über den einen Anschlußpunkt des Hauptstromkreiises hinaus mit Zusatzwindungen versehen ist, liegt ein Spannungsteilerkreis, bestehend aus einer Reihenschaltung eines Kondensators 22 und eines Wider-Standes 23. An dem Widerstand 23 herrscht infolgedessen eine gegenüber der Hauptspannung e voreilende Spannung e_v, an die der Steuerstromkreis angeschlossen ist. In diesem Falle setzt der Steuerstrom unter sonst gleichen Umständen früher ein. Da aber diese voreilende Spannung am Ende der Stromübertragungszeit bereits vor Beginn der Ausschaltstufe durch Null geht, so würde auch der Steuerstromkreis vorzeitig gesperrt und der Ausschaltvorgang lediglich vom Hauptstrom gesteuert werden. Der Kontakt würde sich also vor Beginn der Ausschaltstufe öffnen. Dem kann dadurch abgeholfen werden, daß die Spannung der Batterie 9 höher gewählt wird, derart, daß die Sperrung des Steuerkreises erst bei einem negativen Wert der Steuerspannung e_v eintritt. Auf diese Weise kann also erreicht werden, daß der Schließzeitpunkt des Kontaktes mit dem Augenblick, in welchem die treibende Spannung e des Hauptstromkreises den Nullwert durchschreitet, zusammenfällt, d. i. mit anderen Worten die Vollaussteuerung des Schaltgleichrichters.

Eine andere Möglichkeit dazu bietet beispielsweise eine Anordnung gemäß Fig. 2. Hier ist in den Steuerstromkreis eine Zusatzspannungsquelle in Gestalt eines Hilfstransformators 24 eingefügt. Dieser erzeugt in der dargestellten Schaltung eine um 90⁰ el. voreilende Komponente e_go, so< daß die Gesamtspannung e_v des Steuerstromkreises gegenüber der Kommutierungsspannung e_Tii ebenfalls voreilt. Auch mit dieser Schaltung kann infolgedessen erreicht werden, daß sich der Kontakt 3 im Zeitpunkt t₀ des Nulldurchganges der Kommutierungsspannung schließt, das bedeutet die Vollaussteuerung des Schaltgleichrichters.

In Fig. 3 ist unter anderem der Verlauf der erwähnten Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit t wiedergegeben.

Der Zusatztransformator 24 ist in eine elektrische Weiche eingeschlossen, die einen Teil des Steuer-Stromkreises bildet. Den einen Zweig dieser Weiche bildet die Reihenschaltung des Zusatztransformators 24 mit einem Ventil 25, der andere Zweiig enthält lediglich ein Ventil 26. Die Wirkung dieser Weiche und der gesamten Anordnung wird im folgenden am Schaubild Fig. 3 erläutert, wo auch der Verlauf des Steuerstromes! und der Hauptströme Iß und 7_S in Kurvenform eingetragen ist. Die Stufenströme sind bei geeigneter Bemessung der Schaltdrosselvormagnetisierung praktisch Null und in Fig. 3 nur der Deutlichkeit wegen oberhalb der Nullinie angegeben.

Im Steuerkreise ist, sobald der zugehörige Kontakt 3 geschlossen und die Einschaltstufe A t_e der dävorliegenden Schaltdrossel abgelaufen ist, außer der Spannung der Batterie 9 nicht mehr die resultierende Spannung e_v, sondern nur noch die Zusatzspannung e_go wirksam, weil dann die Reihenschaltung der nunmehr gesättigten Schaltdrossel 2 und des geschlossenen Kontaktes 3 (sowie der Hauptstromspule 4) eine direkte Verbindung zwischen

der Transfo'rraatoranschlußstelle und der Batterieanschlußstelle bildet, in der nur geringfügige Spannungsabfälle vorhanden sind, die in erster Annäherung vernachlässigt werden können.
Solange die Zusatzspannung e_g0 positiv ist, fließt der Steuerstrom i über den Zweig 24, 25 der Weiche. Von dem Zeitpunkt t' ab, in welchem die Zusatzspannung e₉₀ durch Null geht, fließt der Steuerstrom über den anderen, das Ventil 26 enthaltenden Zweig der Weiche. Der negativen Zusatzspannung e₉₀ hält eine Gegenspannung am Ventil 25 das Gleichgewicht. Sie verliert also ihren Einfluß auf den Steuerkreis, und damit bestimmt die Batterie 9 allein den weiteren Verlauf des Steuerstromes i. Der resultierende Verlauf der veränderlichen Spannung, die sich der Batteriespannung im Steuerstromkreis überlagert, ist in Fig. 3 durch eine stark ausgezogene Linie wiedergegeben.
Der Steuerstromkreis wird erst gesperrt, sobald die Ausschaltstufe Δ t_a beginnt und damit sprunghaft die Kommutierungsspannung —e^g im Steuerkreis erscheint und der Spannung der Batterie 9 entgegenwirkt. In diesem Falle ist also bei Vollaussteuerung die richtige Lage des Aus schal tzeitpunktes t_a, nämlich innerhalb der Stufe Δ t_a, sogar ohne erhöhte Spannung der Batterie 9 gewährleistet. Die voreilende Spannung e_v tritt im Steuerkreis der Phase R erst wieder auf, während die Phase T den vollen Hauptstrom führt.

Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 durch eine andere Reihenfolge der verschiedenen bintereinandergesehalteten Teile des S teuer Stromkreises und außerdem durch eine andere Möglichkeit, die voreilende Zusatzspannung abzugreifen. In beiden Anordnungen ist außerdem ein zusätzlicher Hilfsstromzweig zur Vormagnetisierung der Schaltdrossel 2 in Einschaltrichtung mittels einer Hilfswicklung 21 angegeben, der außerdem ein Ventil 27 und einen Widerstand 28 enthält. Dieser Hilfsstromzweig kann je nachdem, ob die spannungsabhängige Einschaltvormagnetisierung etwa im Schließzeitpunkt t_e oder schon früher einsetzen soll, vor bzw. hinter der elektrischen Weiche, wie dargestellt, angeschlossen sein. Ferner ist in der Anordnung nach Fig. 4 als Schaltmittel im Steuerkreis statt eines gittergesteuerten Entladungsgefäßes eine Ventildrossel vorgesehen. Da der Steuerstromkreis wegen der Weiche bereits Ventil-Charakter hat, ist zu diesem Zwecke lediglich eine Sättigungsdrossel 30 erforderlich, die aus einer Hilfsanordnung, bestehend aus einer Batterie 33, einem Spannungsteiler 31 und einer Stabilisierungsdrossel 32 mit Gleichstrom in beiden Richtungen und mit regelbarer Höhe vorerregt werden kann. Dabei ist beispielsweise angenommen, daß der Kern der Sättigungsdrossel 30 aus einem Magnetwerkstoff mit geringer Remanenz besteht, dessen Kennlinie im ungesättigten Gebiet eine merkliche Neigung gegen die Flußachse hat. Die Wirkungsweise des Schaltgleichriehters nach Fig. 4 ist grundsätzlich die gleiche wie bei dem Schaltgleichrichter nach Fig. 2.

Die Erreichung der Vollaussteuerung kann noch dadurch behindert sein, daß die Schaltdrossel 2 beim Einschalten noch nicht in Richtung des zu erwartenden Stromflusses voll gesättigt ist. Sie erzeugt dann eine Einschaltstufe Δ t_e, die den sofortigen Anstieg des Hauptstromes verhindert, wie beispielsweise die Kurven 1% und 1$ in Fig. 3 zeigen. Damit diese Einschaltstufe nicht zu lang wird, muß die Schaltdrossel, die sich nach Ablauf der Ausschaltstufe Δ t_u im negativen Sättigungszustand befindet, vor der Kontaktschließung mindestens teilweise rüekmagnetisiert werden. Dazu ist in den Anordnungen nach den Fig. 1, 2 und 4 eine zusätzliche Wicklung 29 auf der Schaltdrossel 2 vorgesehen. Die Rückmagnetisierung kann nach einem früheren Vorschlag vorteilhaft in der Weise erfolgen, daß im Zusammenwirken mit den anderen, oben bereits erwähnten Vormagnetisierungskreisen die resultierende Durchflutung des Schaltdrosselkerns während eines begrenzten Zeitabschnittes jeder Periode eine im Einschaltsinne magnetisierende Richtung und eine über dem Durchflutungswert der statischen Ummagnetisierung liegende Höhe aufweist und vor dem Einschaltzeitpunkt mindestens bis auf den genannten Wert zurückgeht. Für die obenerwähnten Fälle, in denen der Einschaltzeitpunkt t_e mit dem Zeitpunkt i₀ zusammenfällt, kann die Rückmagnetisierung bis zur vollen positiven Sättigung der Schaltdrossel erfolgen, so daß eine Einschaltstufe überhaupt nicht entsteht. Das ist deswegen zulässig, weil in diesem Falle Strom und Spannung im Einschaltaugenblick ohnedies ihrer Natur nach gerade den Wert Null haben. Lediglich mit Rücksicht auf eine gewisse unvermeidliche Streuung des Einschaltzeitpunktes kann noch eine kleine Reststufe beibehalten werden, die den Aussteuerungsgrad nicht merklich herabsetzt, so daß trotzdem praktisch von einer Vollaussteuerung gesprochen werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mechanischer Schaltstromrichter mit elektromagnetisch betätigten Kontakten und mit zu diesen in Reihe liegenden Schaltdrosseln sowie mit besonderen Steuermitteln für die Betätigung der Kontakte, deren S teuer kreis selbsttätig durch ein steuerbares Schaltmittel geschlossen und während der Ausschaltstufe unterbrochen wird, nach Patent 966 694, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis an eine der Kommutierungsspannung voreilende Spannung angeschlossen ist.

2. Schaltstromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis an eine komplexe Spannungsteileranordnung angeschlossen ist.

3. Schaltstromrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in den Steuerkreis eingefügte voreilende Zusatzspannung.

4. Schaltstromrichter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine die Zusatzspannungsquelle einschließende elektrische Weiche.

5. Schaltstromrichter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen an einem der beiden Enden der Weiche abgezweigten Hilfsstromzweig zur Vormagnetisierung der Schaltdrossel in Einschaltrichtung.

6. Schaltstromrichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Rückmagnetisierung der Schaltdrossel nach Ablauf der Ausschaltstufe und vor der Kontaktschließung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.