Sehaltanor dnung zur Umformung von Starkstrom. Die Erfindung betrifft eine Schaltanord nung, mit der Starkstromumformer mit mechanisch bewegten Kontakten hinsichtlich der sich periodisch wiederholenden Ein schaltvorgänge verbessert werden können. Zu diesem Zweck kann bekanntlich zu den Kon takten ein Hilfsstromzweig parallel geschal tet sein, der eine Entladungsstrecke enthält. Diese wird durch Synchronsteuerung jedes mal kurz vor der Kontaktschliessung gezün det, indem zum Beispiel ihr Gitterkreis durch einen Hilfskontakt überbrückt wird.
Erfindungsgemäss kann die Genauigkeit des rechtzeitigen Zündeinsatzes dadurch er höht werden, dass die Zündung der Entla dungsstrecke von einer vor der Schliessung der Hauptkontakte an diesen liegenden Span nung gesteuert wird.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine dreiphasige Umformungs anordnung in Brückenschaltung, durch die beide Halbwellen. des umzuformenden, Wech selstromes ausgenutzt werden. Fig. 2 enthält eine Einzelheit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Fig. 3 und 4 zeigen abgeänderte Schaltanordnungen in einphasiger Darstel lung, aus der Anordnungen beliebiger Pha senzahl in mehr oder weniger enger Anleh nung an Fig. 1 ohne weiteres abgeleitet wer den können.
Nach Fig. 1 führen die von einem Dreh stromnetz kommenden Leitungen der drei Phasen u, <I>v, w</I> zunächst zu Drosselspulen 11 mit einem Magnetkern 12, der bei Nenn strom hochgesättigt ist und durch seine Ent- sättigung bei einem sehr kleinen Stromwert in der Nähe des Stromnullwertes eine die Unterbrechung erleichternde stromschwache Pause hervorruft.
Der Magnetkern besteht vorzugsweise aus einer hochwertigen Eisen legierung, so dass seine Magnetkennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussachse geneigt ist, an den. Übergangs- stellen in die gesättigten Gebiete einen mög lichst scharfen Knick aufweist und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verläuft. Zur zusätzlichen Steuerung des Magnetisierungszustandes kann der Drosselkern 12 mit einer besonderen Vormagnetisierungswicklung 13 versehen sein.
Bei der dargestellten Brückenschaltung ist zur Vormagnetisierung ein Hilfswechsel strom züz verwenden. In Reihe mit den ge nannten Drosseln 11 können Hilfsdrosseln 14 angeordnet sein, deren Magnetkern 15 die vorgenannten Eigenschaften womöglich in noch höherem Grade besitzen, soll. Die Dros seln 14 sind ebenfalls bei Nennstrom hoch gesättigt und werden vorzugsweise mittels einer zusätzlichen Vormagnetisierungswick- lung 16 so gesteuert, dass sie sich jedesmal bei der Schliessung der mit ihnen in Reihe liegenden Kontaktstellen in ungesättigtem Zustand befinden.
Dadurch wird der bei der Kontaktschliessung entstehende Strom vor übergehend auf sehr kleine Augenblickswerte begrenzt, bis die Drossel 14 ihren Sättigungs wert erreicht hat. Die Kontaktstellen 1-6 werden in der Reihenfolge ihrer Bezifferung in gleichmässigen Zeitabständen während jeder Wechselspannungswelle abwechselnd geschlossen und geöffnet. Sie können vor zugsweise aus je zwei ruhenden Kontakt stücken 17 und 18 und einer beweglichen Schaltbrücke 19 bestehen.
Die letzteren wer den entweder von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Synchronmotor angetrie ben, der von dem gleichen Netz wie die Um formungsanordnung gespeist wird, oder von synchron arbeitenden elektromagnetischen Steuereinrichtungen, die zur Kontaktschlie ssung in Abhängigkeit von der Netzspannung und zur Kontaktöffnung vorteilhaft in Ab hängigkeit von Grösse und/oder Verlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuert wer den können. An der Antriebsvorrichtung können Hilfseinrichtungen vorgesehen sein, mit denen die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber der Phasenlage der Wechselspan nung verschoben werden können.
Damit kann der Aussteferungsgrad der Umformungs- anordnung geändert und die Ausgangsspan nung geregelt werden. Zu den einzelnen Kontaktstellen können vorzugsweise kapazi- tive Nebenpfade parallel geschaltet sein, durch die der Anstieg der wiederkehrenden Spannung an den sich öffnenden Kontakten verzögert wird.
Zur Überbrückung der Kontaktstellen beim Schliessungvorgang ist ein Hilfsstrom kreis vorgesehen, der eine Entladungsstrecke 20, z. B. ein Glühkathodenrohr oder ein Ge fäss mit flüssiger Kathode enthält. Diese kann durch eine Umschalteinrichtung 23 ab wechselnd zwischen je zwei von den drei Wechselstromphasen u, <I>v, w</I> gelegt werden. Die Umschalteinrichtung besitzt beispiels weise, wie Fig. 2 zeigt, drei Schleifsegmente, die über Schleifringe mit den Phasen u,<I>v, w</I> verbunden sind, gegebenenfalls über Siche rungen 27.
Die nicht gezeichnete Antriebs vorrichtung für die Schleifsegmente muss ebenfalls synchron mit der Wechselspannung laufen und kann zu diesem Zweck mit der Antriebsvorrichtung für die Hauptkontakte gekuppelt sein.
Betrachtet werde ein Zeitpunkt, in wel chem die Kontaktstelle 1 der Phase u ge schlossen werden soll. Die Kontaktstellen 5 der Phase w und 6 der Phase<I>v</I> sind in die sem Augenblick geschlossen, die Kontakt stellen 2, 3 und 4 geöffnet. Drehen sich jetzt die Schleifsegmente in Richtung des in Fig. 2 eingetragenen Pfeils, so wird die Phase<I>u</I> mit der Phase<I>w</I> über das Ent ladungsrohr 20 verbunden: Die Kontakt brücke 19 an der Kontaktstelle 1 treffe bei ihrer Schliessbewegung zuerst auf den Kon takt 17.
Sie schliesst hierdurch einen weiteren Hilfsstromkreis über einen der Strom- begrenzungswiderstände 31 und einen Teil der Primärwicklung eines Hilfstransforma tors 24. In diesem Hilfskreis entsteht unter dem Einfluss der zwischen den noch nicht geschlossenen Kontakten, 18 und 19 herr schenden Spannung ein Stromstoss, der in der Sekundärwicklung des Hilfstransformators 24 eine Spannung erzeugt. Durch diese wird die von einer Gitterbatterie 25 gelieferte Vorspannung um so viel erhöht, dass die Ent ladungsstrecke 20 gezündet wird.
Die Ent ladungsspannung kann teilweise oder ganz von einer weiteren Batterie 21 gedeckt wer den, zu der ein Kondensator 22 parallel geschaltet sein kann. Jetzt ist der Kontakt 19 mit dem Kontakt 18 über die noch ge schlossene Kontaktstelle 5, die Umschalt einrichtung 23 und das Entladungsrohr 20 verbunden, ohne dass ein gefährlicher Span nungsunterschied zwischen ihnen besteht. Die endgültige Schliessung der Kontaktstelle 1 durch Berührung der Kontakte 18 und 19 geht daher im wesentlichen spannungsfrei vor sich. Reicht die Spannung der Hilfs batterie 21 nicht aus, um die Entladungs spannung des Rohres 20 völlig zu decken, so entfällt auf die sich schliessenden Kontakte 18 und 19 eine geringe Restspannung.
Diese kann durch entsprechende Bemessung der Batteriespannung 21 so klein gehalten wer den, dass zwischen den Kontaktstücken 18 und 19 bei Dauerbetrieb keine merkliche Materialwanderung stattfinden kann, z. B. kleiner als 10 Volt.
Damit die Kontaktbrücke 19 stets zuerst den Kontakt 17 berührt, kann dieser gegen über dem Kontakt 18 in Kontaktrichtung etwas vorgeschoben sein. Es genügt eine Zeitdifferenz in der Grössenordnung von 10--4 Sek. bezw. ein Unterschied von weni gen Hunderstelmillimetern zwischen der Stellung der Kontakte 17 und 18, da der Ge samthub der Kontaktbrücke 19 in der Grössenordnung von einem oder einigen Millimetern liegt. Statt der verschiedenen Einstellung der ruhenden Kontaktstücke kann die gleiche Wirkung in an sich bekann ter Weise auch mittels eines an der Kontakt brücke 19 oder an dem Kontaktstück 17 an geordneten Vorkontaktes erzielt werden.
Materialwanderung an der Stelle der ersten Kontaktberührung kann durch entsprechende Bemessung der Begrenzungswiderstände 31 verhütet werden. Der Gitterstromkreis des Rohres 20 kann vorteilhaft mit einem Be grenzungswiderstand 26 und zum Schutze vor Stäreinflüssen mit einer Abschirmung versehen sein, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dei Gittertransformator 24 kann etwa für ein Übersetzungsverhältnis von 1 :5 ausgelegt sein.
Die Umschalteinrichtung 23, kann statt mit Schleifsegmenten auch mit Abhebekon- takten ausgerüstet sein, die ebenso wie die Hauptkontakte in Gleichrichterschaltung ge schaltet sein und ähnlich wie diese zum Bei spiel mittels Nocken, Exzenter oder derglei chen vorzugsweise über starre und der Länge nach einstellbare Zwischenstössel angetrieben werden können.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist es gleichgültig, welcher von den beiden ruhen den Kontakten 17 und 18 zuerst mit der bewegten Kontaktbrücke 19 in Berührung kommt. Trifft sie nämlich zuerst auf den Kontakt 17, so ist die Wirkungsweise die selbe wie diejenige der Anordnung nach Fig. 1. Trifft aber die bewegte Kontakt brücke zuerst auf den Kontakt 18, so wird der zur Gitterzündung erforderliche Strom stoss mittels einer zusätzlichen Spannung, z. B. einer Batterie 28, hervorgerufen, die in einem an die bewegliche Kontaktbrücke 19 angeschlossenen zusätzlichen Hilfsstromkreis angeordnet ist.
Dieser Hilfsstromkreis ent hält ausserdem einen Kondensator 29 -und einen Begrenzungswiderstand 30. Die Span nung der Batterie 28 und der Wert des Be grenzungswiderstandes 30 werden so gewählt bezw. eingestellt, dass störende Material wanderung zwischen den zuerst miteinander in Berührung kommenden Kontaktteilen mit Sicherheit vermieden wird. Eine gewisse kleine Einschaltleistung kann unter Um ständen vorteilhaft sein, indem sie durch Ver brennung etwa herzutretender Schmutz teilchen für Sauberhaltung der Kontakt flächen sorgt. Dieser günstige Wert der Ein schaltleistung kann versuchsmässig durch Verstellung des Widerstandes 30 ermittelt werden.
Eine Anzahl zusätzlicher Hilfsein richtungen, die in Verbindung mit Fig. 1 be schrieben sind, können insbesondere bei mehr- phasiger Anordnung zur Vervollständigung der in Fig. 3 dargestellten Schaltung heran- gezogen werden. Die Voraussetzung, dass die Kontaktbrücke 19 mit den ruhenden Kontak- ten 17 und 18 nicht genau gleichzeitig, son dern mit einem Zeitunterschied von etwa 10--4 Sek. in Berührung kommt, ist gewöhn lich infolge unvermeidlicher Ungenauigkeiten bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Kontakteinrichtung von vornherein ohne weiteres erfüllt.
Sollte es der Zufall einmal wollen, dass die beiden Kontaktstellen gleich zeitig geschlossen werden, so würde die erfin dungsgemässe Hilfseinrichtung zunächst un wirksam sein. Infolgedessen würde an den Kontaktstellen zunächst Materialwanderung auftreten. Diese wird jedoch abgestoppt, so bald sie so weit fortgeschritten ist, dass an der einen oder andern Kontaktstelle eine ver frühte Berührung stattfindet, da in diesem Falle die Voraussetzung für die Wirksam keit der beschriebenen Hilfsanordnung gege ben ist.
Statt durch einen Vorkontakt kann die Zündung des Entladungsrohres auch durch einen Vorentladungsfunken an der Haupt unterbrechungsstrecke verursacht werden. Für diesen Fall genügt auch eine einfache Hauptunterbrechungsstrecke. In Fig. 4 ist eine entsprechende Anordnung, jedoch wiederum mit einer Doppelunterbrechungs- strecke dargestellt, weil eine solche für Starkstromumformer ohnehin noch andere Vorteile aufzuweisen hat.
Die Spannung der Batterie 28 ist hier so gross gewählt, dass sie grösser ist als die Sperrspannung am Kontakt und die Luftüberschlagsspannung zwischen den sich nähernden Kontakten zusammen genommen. Bei 200 Volt Sperrspannung wird man beispielsweise eine Batteriespannung von 1000 Volt, mindestens 600 Volt, wählen. Damit durch den Überschlagfunken an den Kontakten keine Zerstörung angerichtet werden kann, ist ein zusätzlicher Widerstand 31 vorgesehen, der so gross (z. B.<B>10'</B> Ohm) gewählt wird, dass der Strom höchstens einen Wert von etwa 1. Miniampere annehmen kann. Der Gittertransformator 24 muss dazu für einen sehr kleinen Magnetisierungsstrom ausgelegt sein, damit die Zündung des Rohres 20 rechtzeitig einsetzt.
Eine zur Deckung der Entladungsspannung dienende Gleichspannung wird bei der Anordnung nach Fig. 4 von einem Kondensator 32 ge liefert, der mittels eines zusätzlichen Wech- selstromtransformators 3,3 über ein Hilfsven til 34 aufgeladen wird. Im Entladungsstrom kreis kann noch eine Drossel 35 vorgesehen sein, die dazu dient, nach vollständiger Schiessung der Hauptkontakte 17-19 den Übergang des zunächst über das Entladungs rohr 20 fliessenden Stromes vom Rohrstrom zweig auf den über die geschlossenen Haupt kontakte führenden Strompfad zu verlang samen.
Dadurch werden die Hauptkontakte im Schliessungsaugenblick noch sicherer vor Strombeanspruchung bewahrt. In Fig. 4 ist auch ein paralleler Strompfad, enthaltend einen Kondensator 36 und einen Widerstand 37, eingezeichnet, durch den, wie oben er wähnt, bei der Kontaktöffnung der Anstieg der wiederkehrenden Spannung insbesondere in Verbindung mit der Sättigungsdrossel 11, 12 verzögert werden kann. Die Anordnung nach Fig. 4 kann durch zusätzliche Einrich tungen nach Fig. 1 bis 3 vervollständigt wer den und umgekehrt.
Sehaltanor dation for converting heavy current. The invention relates to a Schaltanord voltage with the power converter with mechanically moving contacts can be improved with regard to the periodically repeating switching operations. For this purpose, as is known, an auxiliary current branch can be switched parallel to the contacts, which contains a discharge path. This is triggered by synchronous control each time shortly before the contact closes, for example by bridging its grid circle with an auxiliary contact.
According to the invention, the accuracy of the timely start of the ignition can be increased in that the ignition of the discharge path is controlled by a voltage applied to the main contacts before they are closed.
In the drawing, various exemplary embodiments of the invention are shown. Fig. 1 shows a three-phase deformation arrangement in a bridge circuit, through the two half-waves. of the alternating current to be converted are used. FIG. 2 contains a detail of the arrangement shown in FIG. Fig. 3 and 4 show modified switching arrangements in single-phase presen- tation, from which arrangements of any number of phases in more or less closely based on Fig. 1 can be derived easily.
According to FIG. 1, the lines of the three phases u, <I> v, w </I> coming from a three-phase power supply initially lead to choke coils 11 with a magnetic core 12, which is highly saturated at the rated current and due to its desaturation at a A very small current value in the vicinity of the current zero value causes a low-current pause which facilitates the interruption.
The magnetic core is preferably made of a high-quality iron alloy, so that its magnetic characteristic curve is inclined as little as possible to the flux axis in the unsaturated area. The transition points to the saturated areas have as sharp a kink as possible and run as parallel as possible to the pathogen axis in the saturated areas. The choke core 12 can be provided with a special bias winding 13 for additional control of the magnetization state.
In the illustrated bridge circuit, an auxiliary alternating current is to be used for premagnetization. In series with the aforementioned throttles 11, auxiliary chokes 14 can be arranged, the magnetic core 15 of which should have the aforementioned properties, if possible, to an even higher degree. The chokes 14 are also highly saturated at the rated current and are preferably controlled by means of an additional bias winding 16 in such a way that they are in an unsaturated state each time the contact points in series with them are closed.
As a result, the current produced when the contact is closed is temporarily limited to very small instantaneous values until the throttle 14 has reached its saturation value. The contact points 1-6 are alternately closed and opened in the order of their numbering at regular time intervals during each alternating voltage wave. You can pieces 17 and 18 and a movable jumper 19 consist preferably of two static contact pieces.
The latter who are driven either by a synchronous motor, not shown in the drawing, which is fed by the same network as the forming arrangement, or by synchronously operating electromagnetic control devices that are advantageous for contact closure depending on the network voltage and for contact opening depending on the size and / or course of the current to be interrupted who can be controlled. Auxiliary devices can be provided on the drive device with which the position of the switching times can be shifted relative to the phase position of the alternating voltage.
This allows the degree of expansion of the deformation arrangement to be changed and the output voltage to be regulated. Capacitive secondary paths can preferably be connected in parallel to the individual contact points, by means of which the rise of the recurring voltage at the opening contacts is delayed.
To bridge the contact points during the closing process, an auxiliary circuit is provided, which has a discharge path 20, for. B. contains a hot cathode tube or a Ge vessel with a liquid cathode. This can be placed alternately between two of the three alternating current phases u, <I> v, w </I> by a switching device 23. The switching device has, for example, as FIG. 2 shows, three slip segments which are connected to the phases u, <I> v, w </I> via slip rings, possibly via fuses 27.
The drive device (not shown) for the grinding segments must also run synchronously with the AC voltage and for this purpose can be coupled to the drive device for the main contacts.
Consider a point in time at which contact point 1 of phase u is to be closed. The contact points 5 of phase w and 6 of phase <I> v </I> are closed at this moment, contacts 2, 3 and 4 are open. If the grinding segments now rotate in the direction of the arrow entered in FIG. 2, the <I> u </I> phase is connected to the <I> w </I> phase via the discharge tube 20: the contact bridge 19 is connected the contact point 1 first meets the contact 17 during its closing movement.
It thereby closes a further auxiliary circuit via one of the current limiting resistors 31 and part of the primary winding of an auxiliary transformer 24. In this auxiliary circuit, under the influence of the voltage between the contacts 16, 18 and 19 that have not yet closed, a current surge occurs, which in the Secondary winding of the auxiliary transformer 24 generates a voltage. This increases the bias voltage supplied by a grid battery 25 by so much that the discharge path 20 is ignited.
The discharge voltage can be partially or completely covered by another battery 21 to which a capacitor 22 can be connected in parallel. Now the contact 19 is connected to the contact 18 via the still closed contact point 5, the switching device 23 and the discharge tube 20 without a dangerous voltage difference between them. The final closure of the contact point 1 by touching the contacts 18 and 19 is therefore essentially stress-free. If the voltage of the auxiliary battery 21 is not sufficient to completely cover the discharge voltage of the tube 20, the closing contacts 18 and 19 do not have a small residual voltage.
This can be kept so small by appropriately dimensioning the battery voltage 21 who the that between the contact pieces 18 and 19 in continuous operation no noticeable material migration can take place, z. B. less than 10 volts.
So that the contact bridge 19 always touches the contact 17 first, the latter can be advanced somewhat in the contact direction relative to the contact 18. A time difference in the order of 10-4 seconds is sufficient. a difference of a few hundredths of a millimeter between the position of the contacts 17 and 18, since the total stroke of the contact bridge 19 is of the order of one or a few millimeters. Instead of the different setting of the resting contact pieces, the same effect can be achieved in a well-known manner by means of a pre-contact on the contact bridge 19 or on the contact piece 17 to be ordered.
Material migration at the point of first contact can be prevented by appropriate dimensioning of the limiting resistors 31. The grid circuit of the tube 20 can advantageously be provided with a limiting resistor 26 and to protect against star influences with a shield, which is indicated in the drawing by a dashed line. The grid transformer 24 can be designed for a transmission ratio of about 1: 5.
The switching device 23 can also be equipped with lift-off contacts instead of sliding segments, which, like the main contacts, are switched in a rectifier circuit and similar to these, for example, by means of cams, eccentrics or the like, preferably driven via rigid and length-adjustable intermediate plungers can be.
In the arrangement of FIG. 3, it does not matter which of the two resting contacts 17 and 18 comes into contact with the moving contact bridge 19 first. If it meets contact 17 first, the mode of operation is the same as that of the arrangement according to FIG. 1. But if the moving contact bridge meets contact 18 first, the current required to ignite the grid is pushed by means of an additional voltage, e.g. . B. a battery 28, which is arranged in a connected to the movable contact bridge 19 additional auxiliary circuit.
This auxiliary circuit also contains a capacitor 29 and a limiting resistor 30. The voltage of the battery 28 and the value of the limiting resistor 30 are chosen respectively. set so that disruptive material migration between the contact parts first coming into contact with one another is definitely avoided. A certain small switch-on power can be advantageous under certain circumstances, as it ensures that the contact surfaces are kept clean by burning any dirt particles that may enter the area. This favorable value of the switching power can be determined experimentally by adjusting the resistor 30.
A number of additional auxiliary devices, which are described in connection with FIG. 1, can be used to complete the circuit shown in FIG. 3, particularly in the case of a multi-phase arrangement. The prerequisite that the contact bridge 19 does not come into contact with the stationary contacts 17 and 18 exactly at the same time, but with a time difference of about 10-4 seconds, is usually due to inevitable inaccuracies in the manufacture and assembly of the Contact device met from the outset easily.
Should it ever happen that the two contact points are closed at the same time, the auxiliary device according to the invention would initially be ineffective. As a result, material migration would initially occur at the contact points. However, this is stopped as soon as it has progressed so far that premature contact takes place at one or the other contact point, since in this case the prerequisite for the effectiveness of the auxiliary arrangement described is given.
Instead of a pre-contact, the ignition of the discharge tube can also be caused by a pre-discharge spark at the main interruption path. In this case, a simple main interruption route is sufficient. A corresponding arrangement is shown in FIG. 4, but again with a double interruption path, because such an arrangement has other advantages for power converters anyway.
The voltage of the battery 28 is selected here so that it is greater than the reverse voltage at the contact and the air flashover voltage between the approaching contacts taken together. With a blocking voltage of 200 volts, for example, a battery voltage of 1000 volts, at least 600 volts, is selected. So that no damage can be caused to the contacts by the flashover spark, an additional resistor 31 is provided which is selected to be so large (e.g. 10 'ohm) that the current has a maximum value of approximately 1. Can accept mini amps. The grid transformer 24 must be designed for a very small magnetizing current so that the ignition of the tube 20 starts in good time.
In the arrangement according to FIG. 4, a direct voltage serving to cover the discharge voltage is supplied by a capacitor 32 which is charged via an auxiliary valve 34 by means of an additional alternating current transformer 3, 3. In the discharge current circuit, a choke 35 can be provided, which serves, after the main contacts 17-19 are fully closed, to slow down the transition of the current flowing initially through the discharge tube 20 from the pipe stream branch to the current path leading through the closed main contacts.
In this way, the main contacts are protected even more securely from current stress when the device is closed. In Fig. 4, a parallel current path, containing a capacitor 36 and a resistor 37, is shown, through which, as mentioned above, the rise in the return voltage can be delayed when the contact is opened, especially in connection with the saturation reactor 11, 12. The arrangement of FIG. 4 can be completed by additional Einrich lines according to FIGS. 1 to 3 and vice versa.