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Wechselstrom-Schalteinrichtung mit mechanischen Kontakten. Es ist bekannt, bei einer WechselstromSchalteinrichtung mit mechanischen Kontakten parallel zu den letzteren ein Entladungsgefäss mit eindeutiger Zündspannung und eine mit dem Entladungsgefäss in Reihe liegende Hilfsspannungsquelle, deren Scheitelspannung höher ist als die Zündspannung des Entladungsgefässes, anzuordnen zu dem Zweck, die Kontakte funkenfrei zu öffnen, indem vorher das Entladungsgefäss durch den Anstieg der Hilfsspannung über den Zünd- wert gezündet wird,
so dass der Strom von den mechanischen Kontakten auf das Entladungsgefäss verlagert und dort endgültig unterbrochen wird. Die Stromverlagerung spielt, sich in Form eines Konimutierungs- vorganges ab. Die Kontakteinrichtung, das Entladungsgefäss und die Hilfsspannungs- quelle bilden einen Kommutierungskreis, in welchem ein von der Hilfsspannung getriebener Kurzschlussstrom entsteht, der dem über die Kontakte fliessenden Strom entgegengesetzt gerichtet ist. Damit sich die Kontakte funkenfrei öffnen können, findet. die Kontakt- öffnung in dem Augenblick statt, wo der Kontaktstrom den'-IN ullwert. erreicht.
In mehr- phasigen Anordnungen wird die stromübernehmende Kontakteinrichtung ohne Überlappung mit der vorhergehenden zugeschaltet und übernimmt die Stromführung von dem Entladungsgefäss, das hiernach von selbst erlischt, sobald die Anodenspannung unter den zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderlichen Wert sinkt. Die Umlegung des Stromes von den Kontakten auf das Entladungsgefäss dauert wie jeder Kommutierungs- vorgang bei verschiedener Höhe der Belastung unter sonst gleichen Verhältnissen verschieden lange.
Da die Kontakte der bekannten Einrichtung zwangläufig immer im gleichen Zeitpunkt der Wechselspannungsperiode ge- öffnet werden, so ist es notwendig, entweder die Induktivität des Kommutierungskreises so zu regeln, dass sich bei verschiedenen Belastungen stets die gleiche Kommutierungs- dauer ergibt, oder den Beginn der Kommu- tierung, das heisst die Zündung des Entladungsgefässes, so zu verschieben,
dass der Nulldurchgang des Kontaktstromes stets mit dem ein für allemal festgelegten Öffnungszeitpunkt zusammenfällt. Bei der bekannten Einrichtung ist hierzu eine selbsttätig gesteuerte veränderliche Induktivität im Kom- mutierungskreis bzw. eine Einrichtung zur selbsttätigen Regelung des Zündzeitpunktes vorgesehen, die auch für kapazitive oder induktive Belastungen vorteilhaft sein kann.
Durch eine derartige mittelbare Beeinflussung des Kommutierungsvorganges ist. aber der gewünschte Erfolg keineswegs sichergestellt., und zwar hauptsächlich deswegen, weil während der Kommutierung Änderungen der an der Kommutierung beteiligten elektrischen Grössen eintreten können, die zur Folge haben,
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dass der Kontaktstrom im Augenblick der Kontaktöffnung einen von Null wesentlich verschiedenen Wert hat und die Kontakte durch schädliches Schaltfeuer gefährdet werden können.
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäss durch Mittel zur selbsttätigen Steuerung der Kontaktöffnung in Abhängigkeit von dem über die Kontakte fliessenden Strom vermieden werden; denn eine derartige Steuerung stellt einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen den beiden Vorgängen, dem Nulldurchgang des Stromes und der Kontakt- öffnung, her und vermag die Gleichzeitigkeit dieser beiden Vorgänge zu gewährleisten.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Drehstrom-Umformungsanordnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Umformer hat drei Kontakteinrichtungen 17., deren jede aus zwei ruhenden Kontaktstücken und einer beweglichen Schaltbrücke besteht.. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Kontakteinrichtung und ihrer Steuermagnete zeigt Fig. 2. Für die Kontaktöffnung sind zwei Haltemagnete 12 vorgesehen, die zugleich die ruhenden Kontaktstücke sind. Ein Anker 13 bildet. die bewegliche Kontaktbrücke. Er ist. an gespannten Klaviersaitendrähten 14 schwingfähig aufgehängt. Zur Kontaktschliessung dient. ein dreisehenkliger Haltemagnet 15.
Die Hauptkraftflüsse der Magnete 12 und 15 können durch Erregung mit Gleichstrom hervorgerufen werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel rühren die Hauptkraftflüsse von Dauermagneten her, deren Pole mit N, S bezeichnet sind. Die Magnete 12 sind seitlich mit Messingplatten abgedeckt, von denen in der Zeichnung die vordern weggelassen sind. An den Polschuhen sind silberne Kontaktleisten angelötet. Auch der Anker 13 ist zwecks guter Kontaktgabe mit zwei seitlich angelöteten Silberleisten versehen. Die Sehenkel der Magnete 12 sind durchbrochen. In den Durchbrechungen ist die Auslösewieklung 16 angeordnet.
Die W ick- lungen der beiden Magnete sind beispielsweise hintereinander geschaltet. In Fig. 3 sind die Polschuhe der Magnete in grösserem Massstabe dargestellt, dort ist auch durch + und - der Wicklungssinn der Spulenseiten angegeben. Die mit b bezeichneten Stellen engsten Querschnittes sind vorzugsweise so bemessen, dass sie bei angezogenem. Anker durch den über den Anker verlaufenden Haltekraftfluss gerade etwa bis zum Knick der 3lagnetisierungs- kennlinie gesättigt. sind.
Durch einen in der Auslösewieklung fliessenden Strom wird in jedem Magnetschenkel um die Durehbrechung herum ein örtliches Magnetfeld hervorgerufen, das an einer Stelle engsten Querschnittes, -o es dem Haltekraftfluss entgegengesetzt. gerichtet ist, diesen sehwäeht, jedoch an der gegenüberliegenden Stelle engsten Querschnittes wegen der Sättigung keine wesentliche Stärkung des Haltekraftflusses verursachen kann.
Die Folge ist also insgesamt. eine Schwächung des Haltekraftflusses, die bei sehr hohem Auslösestrom praktisch bis zum Verschwinden des Haltekraftflusses gesteigert. werden kann. Eine R.iehtungsumkehr des Hauptkraftflusses und der Aufbau eines Haltekraftflusses von entgegengesetzter Richtung sind jedoch unmöglich,
weil in der Bahn des Hauptkraftflusses zwei Spulenseiten mit entgegengesetzt gleich grosser Durehflutung hintereinanderliegen und daher die Auslöse- wieklung keine längsmagnetisierende Wirkung auf der Bahn des Hauptkraftflusses ausüben kann. Magnetische Nebenschlüsse 17 schützen die Dauermagnete vor einer übermässigen Verringerung des Hauptflusses bei abgefallenem Anker 13. Die Nebenschlüsse sind nicht gesättigt, damit sie auch den über den Anker verlaufenden Teil des Hauptkraftflusses bei dessen Verdrängung ohne weiteres aufnehmen.
Derartige Haltemagnete werden Sperr- magnete genannt und sind wegen ihrer geringen Eigenzeit und ihres kleinen Energiebedarfs für die Auslösung besonders vorteilhaft. Der Einschaltmagnet. 15 hat ebenfalls einen Dauermagneteinsatz N, S und magnetische Nebenschlüsse 19. Die Auslösewicklung 18 ist, in Durehbreehungen des mittleren Schenkels angeordnet. Damit sie nicht längsmagnetisierend wirkt, ist ein Teil der Wicklung 18 aussen um den liagnetsehenkel herum gelegt.
Aus Fig. 3 sind die Verhältnisse der
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Durchflutungen 2i bzw. i ihrer Richtungen + und - und die Eisenquerschnittsver- hältnisse an den engsten Stellen. a bzw. a/2 zu ersehen, welche die genannte Bedingung beispielsweise erfüllen und dadurch den Einschaltmagneten 15 zu einem Sperrmagneten machen. Abweichungen, die eine längsmagnetisierende Wirkung der Auslösewicklung zur Folge haben, können bis zu einem gewissen Grade ohne praktische Beeinträchtigungen der Wirkungsweise zulässig sein.
In Fig. 1. sind die Schalteinrichtungen 11 vereinfacht dargestellt und nur die Auslösespulen 18 zum Einschalten und 16 zum Ausschalten bezeichnet.. Die Kontakteinrichtungen sind an eine in Stern geschaltete Wechsel- spannungsquelle 33, beispielsweise die Sekundärwicklung eines Transformators, angeschlossen. Parallel zu ihnen liegen die Reihenschaltungen der Entladungsstrecken eines Entladungsgefässes 20 mit besonderer Zündanode und der Sekundärwicklungen eines Hilfstransformators 21, der die zur Zündung erforderliche Spannung liefert. und über einen Drehtransformator 25 an die Weehselspan- nungsquelle 33 angeschlossen ist.
Der Hilfstransformator 21 ist so geschaltet, dass in der Nullage des Phasendrehers 25 die Zündspan- nung einer Phase der verketteten Spannung zwischen dieser Phase und der folgenden um 90 voreilt. An Stelle des Gefässes \?0 kann auch sinngemäss ein Entladungsgefäss mit statischer Gittersteuerung bzw. mit Zündstift- steuerung vorgesehen sein. In diesem Falle -erden z. B. die Steuergitter freigegeben; wenn die Sekundärspannung des Hilfstransformators 21 einen vorbestimmten Wert erreicht.
Die Auslösewieklungen 1.8 der Einsehalt- magnete werden von Sättigungswandlern 22 erregt, die an den Drehtransformator 25 angeschlossen sein können. Die Nacheilung der Einschaltzeitpunkte gegenüber den Zündzeitpunkten kann mit Hilfe von )\'irk- und Blindwiderständen 23 bzw. 24 beispielsweise fest eingestellt sein oder bei Bedarf durch Regelung dieser Widerstände verändert. werden. Zur Erregung der Auslösewieklungen 16 der Ausschaltmagnete sind Sättigungswandler -9ti mit den Kontakteinrichtungen 11 in Reihe geschaltet.
Sie sind mit Wechselstrom vormagnetisiert, damit. ihre Ummagnetisierung, die wegen der Hysteresis ohne weiteres erst nach dem 1\TUlldurchgang des Kontaktstromes erfolgen würde, rechtzeitig zu einem früheren Zeitpunkt stattfindet. Zur Vormagnetisierung dienen besondere Wicklungen 29. Die Aus- lösespulen sind z. B. an weiteren Hilfswicklungen 28 angeschlossen. Die Sättigungs- wandler 26 können auch Schaltdrosseln sein, durch deren Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine die Kontaktöffnung erleichternde Verlängerung der stromschwa- ehen Pause hervorgerufen wird.
Damit diese Wirkung nicht durch die Steuerkreise der Ausschaltmagnete beeinträchtigt werden kann, enthalten die letzteren hohe Widerstände 32. Der zur Ummagnetisierung der Schaltdrosseln auch nach der Kontaktöffnung erforderliche Magnetisierungsstrom wird durch die Vormagnetisierung gedeckt. Damit jeder Einschaltmagnet und jeder Ausschaltmagnet innerhalb einer Periode nur einmal ausgelöst wird, sind den Spulen 16 und 18 Gleichrichterventile 30 bzw. 31 vorgeschaltet. Die Gleichrichterventile sind bei Verwendung polarisierter Steuermagnete entbehrlich.
Die Phasenablösung geht bei der dargestellten Umformungsanordnung folgendermassen vor sieh: Gegen Ende eines Stromübertragungszeit- abschnittes nähert sieh die Spannung der im Parallelpfad zur stromführenden Phase liegenden Sekundärwicklung des Hilfstransformators 21 ihrem Scheitelwert. Sobald diese Spannung den Zündwert des Gefässes 20 erreicht, wird die zugehörige Entladungsstrecke dieses Gefässes gezündet. Es beginnt ein Kurzsehlussstrom zu fliessen, der an der Kontakteinrichtung 11 die entgegengesetzte Richtung wie der Laststrom hat und folglich den Kontaktstrom vermindert.
Kurz bevor der Kontaktstrom den Nullwert erreicht, entsät- tigt sich der Sättigungswandler 26 und erzeugt einen Xuslöseimpuls in der Spule 16. Infolgedessen öffnen sich die Kontakte unab-
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hängig von Höhe und Art der Belastung gerade in dem Augenblick, wo das Entladungsgefäss 20 praktisch den vollen Phasenstrom übernommen hat und somit der Kontaktstrom auf dem Nullwert angelangt. ist.
Hierauf erreicht der Erregerstrom des Sät- tigungswandlers 22 der Folgephase den Ent- sättigungswert, sendet infolge seiner Umma- gnetisierung einen Impuls in die Auslösespule 18 und ver anlasst dadurch die Kontaktschliessung in der Folgephase. Die Kommu- tierungsspannung zwischen den einander ablösenden Phasen sorgt dafür, dass die Kontakteinrichtung der Folgephase den Strom vom Entladungsgefäss 20 übernimmt. Der Entladungsstrom geht. nach I\Tull und wird durch das Erlöschen der Entladung unterbrochen.
Zum Zwecke der Spannungsregelung kann der Aussteuerungsgrad des Umformers durch Verstellung des Phasendrehers 25 ge- ändert werden. Dadurch werden die Zündzeit- punkte und die Einschaltzeitpunkte gleichmässig verschoben, ohne ihre gegenseitige Lage zu verändern.
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AC switching device with mechanical contacts. In an alternating current switching device with mechanical contacts, a discharge vessel with a definite ignition voltage and an auxiliary voltage source in series with the discharge vessel, whose peak voltage is higher than the ignition voltage of the discharge vessel, is to be arranged parallel to the latter for the purpose of opening the contacts without sparking. by igniting the discharge vessel beforehand by increasing the auxiliary voltage above the ignition value,
so that the current is shifted from the mechanical contacts to the discharge vessel and is finally interrupted there. The current shift takes place in the form of a Konimutierungsvorgangs. The contact device, the discharge vessel and the auxiliary voltage source form a commutation circuit in which a short-circuit current is generated driven by the auxiliary voltage and directed in the opposite direction to the current flowing through the contacts. So that the contacts can open without sparking, finds. the contact opening takes place at the moment when the contact current has zero value. reached.
In multi-phase arrangements, the current-taking contact device is switched on without overlapping with the previous one and takes over the current flow from the discharge vessel, which then goes out automatically as soon as the anode voltage falls below the value required to maintain the discharge. The transfer of the current from the contacts to the discharge vessel takes, like every commutation process, different lengths of time with different levels of load under otherwise identical conditions.
Since the contacts of the known device are always opened at the same point in time of the alternating voltage period, it is necessary either to regulate the inductance of the commutation circuit so that the same commutation period always results with different loads, or to start commutation - move the ignition, i.e. the ignition of the discharge vessel, so that
that the zero crossing of the contact current always coincides with the opening time set once and for all. In the known device, an automatically controlled variable inductance in the commutation circuit or a device for automatic regulation of the ignition point is provided for this purpose, which can also be advantageous for capacitive or inductive loads.
Such an indirect influence on the commutation process is. but the desired success is by no means guaranteed, mainly because changes in the electrical quantities involved in the commutation can occur during commutation, which result in
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that the contact current at the moment the contact is opened has a value significantly different from zero and the contacts can be endangered by harmful switching fire.
According to the invention, this disadvantage is avoided by means for automatic control of the contact opening as a function of the current flowing through the contacts; because such a control creates a direct connection between the two processes, the zero crossing of the current and the opening of the contact, and is able to ensure the simultaneity of these two processes.
In the drawing, a three-phase conversion arrangement is shown in Fig. 1 as an embodiment of the invention. The converter has three contact devices 17, each of which consists of two stationary contact pieces and a movable switching bridge. A particularly advantageous embodiment of a contact device and its control magnets is shown in FIG. 2. Two holding magnets 12 are provided for the contact opening, which are also the stationary contact pieces . An anchor 13 forms. the movable contact bridge. He is. suspended from tensioned piano wires 14 so as to vibrate. Serves to close the contact. a three-handed holding magnet 15.
The main force flows of the magnets 12 and 15 can be caused by excitation with direct current. In the illustrated embodiment, the main force flows originate from permanent magnets, the poles of which are denoted by N, S. The magnets 12 are laterally covered with brass plates, of which the front ones are omitted in the drawing. Silver contact strips are soldered to the pole pieces. The anchor 13 is also provided with two laterally soldered silver strips for the purpose of good contact. The legs of the magnets 12 are perforated. The release mechanism 16 is arranged in the openings.
The windings of the two magnets are, for example, connected in series. In Fig. 3 the pole shoes of the magnets are shown on a larger scale, there is also indicated by + and - the direction of winding of the coil sides. The points of narrowest cross-section marked with b are preferably dimensioned so that they are tightened. The armature is saturated by the holding force flow over the armature up to approximately the bend in the 3-position curve. are.
A current flowing in the release mechanism creates a local magnetic field in each magnet leg around the breakthrough, which at a point with the narrowest cross section opposes the flow of holding force. is directed, this sehwäeht, but at the opposite point of the narrowest cross-section because of the saturation can not cause a significant increase in the holding force flow.
So the result is overall. a weakening of the holding force flow, which in the case of a very high release current practically increases until the holding force flow disappears. can be. However, it is impossible to reverse the direction of the main force flow and build up a holding force flow from the opposite direction.
because in the path of the main force flow two coil sides with oppositely equal flooding lie one behind the other and therefore the tripping movement cannot exert a longitudinal magnetizing effect on the path of the main force flow. Magnetic shunts 17 protect the permanent magnets from an excessive reduction in the main flux when the armature 13 has fallen. The shunts are not saturated so that they also readily absorb the part of the main force flux running over the armature when it is displaced.
Such holding magnets are called blocking magnets and are particularly advantageous for triggering because of their short operating time and their low energy requirement. The closing magnet. 15 also has a permanent magnet insert N, S and magnetic shunts 19. The release winding 18 is arranged in Durehbreehungen of the middle leg. So that it does not have a longitudinal magnetizing effect, part of the winding 18 is placed around the outside of the linear arm.
From Fig. 3 the relationships are the
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Floods 2i or i in their directions + and - and the iron cross-section ratios at the narrowest points. a and a / 2 can be seen, which fulfill the mentioned condition, for example, and thereby turn the switch-on magnet 15 into a blocking magnet. Deviations that have a longitudinally magnetizing effect on the release winding can be permissible to a certain extent without any practical impairment of the mode of operation.
The switching devices 11 are shown in simplified form in FIG. 1 and only the tripping coils 18 for switching on and 16 for switching off are designated. The contact devices are connected to an alternating voltage source 33 connected in star, for example the secondary winding of a transformer. The series connections of the discharge paths of a discharge vessel 20 with a special ignition anode and the secondary windings of an auxiliary transformer 21, which supplies the voltage required for ignition, are parallel to them. and is connected to the alternating voltage source 33 via a rotary transformer 25.
The auxiliary transformer 21 is connected in such a way that in the zero position of the phase shifter 25 the ignition voltage of one phase of the line-to-line voltage leads by 90 between this phase and the next. In place of the vessel 0, a discharge vessel with static grid control or with ignition pin control can also be provided. In this case -erden z. B. released the control grid; when the secondary voltage of the auxiliary transformer 21 reaches a predetermined value.
The release signals 1.8 of the shut-off magnets are excited by saturation converters 22, which can be connected to the rotary transformer 25. The lag of the switch-on times with respect to the ignition times can be permanently set with the aid of active and reactive resistors 23 and 24, for example, or, if necessary, changed by regulating these resistors. will. To excite the tripping actions 16 of the switch-off magnets, saturation converters -9ti are connected in series with the contact devices 11.
They are biased with alternating current so. their magnetization reversal, which because of the hysteresis would only take place after the contact current has passed through, takes place in good time at an earlier point in time. Special windings 29 are used for premagnetization. The release coils are z. B. connected to further auxiliary windings 28. The saturation converters 26 can also be switching reactors, the desaturation of which in the vicinity of the current zero value causes an extension of the low-current pause, which makes contact opening easier.
So that this effect cannot be impaired by the control circuits of the switch-off magnets, the latter contain high resistances 32. The magnetization current required to reverse the magnetization of the switching chokes even after the contact has been opened is covered by the premagnetization. So that each switch-on magnet and each switch-off magnet is triggered only once within a period, rectifier valves 30 and 31 are connected upstream of the coils 16 and 18. The rectifier valves are unnecessary when using polarized control magnets.
The phase separation takes place as follows in the conversion arrangement shown: Towards the end of a current transmission time segment, the voltage of the secondary winding of the auxiliary transformer 21 located in the parallel path to the current-carrying phase approaches its peak value. As soon as this voltage reaches the ignition value of the vessel 20, the associated discharge path of this vessel is ignited. A short-circuit current begins to flow, which has the opposite direction to the load current at the contact device 11 and consequently reduces the contact current.
Shortly before the contact current reaches the zero value, the saturation converter 26 is de-saturated and generates a trigger pulse in the coil 16. As a result, the contacts open independently.
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depending on the level and type of load precisely at the moment when the discharge vessel 20 has practically taken over the full phase current and thus the contact current has reached the zero value. is.
The excitation current of the saturation converter 22 then reaches the desaturation value in the subsequent phase, sends a pulse to the tripping coil 18 as a result of its remagnetization and thereby causes the contact to close in the subsequent phase. The commutation voltage between the phases that separate one another ensures that the contact device for the subsequent phase takes over the current from the discharge vessel 20. The discharge current goes. after I \ Tull and is interrupted by the extinction of the discharge.
For the purpose of voltage regulation, the degree of modulation of the converter can be changed by adjusting the phase shifter 25. As a result, the ignition times and the switch-on times are shifted evenly without changing their mutual position.