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Selbsttätig gesteuerte Unterbrechungseinrichtung Die Erfindung bezieht
sich auf eine selbsttätig gesteuerte Unterbrechungseinrichtung mit einem Schaltmagneten,
der mit einer durch eine Netzspannung im Schließungssinn erregbaren Steuerspule
und mit einer in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strom erregten Haltespule
versehen ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmagnet zwecks Entkopplung
der Spulen mindestens teilweise getrennte und jeweils nur einer Spule zugeordnete
magnetische Zweige aufweist, und/oder daß ein den Erregerstromkreisen beider Spulen
gemeinsamer Entkopplungstransformator vorgesehen ist. Hierdurch wird für den Fall,
daß die Steuerwicklung in an sich bekannter Weise auch zur Kontaktöffnung verwendet
wird, indem sie in Abhängigkeit von dem in der Kontakteinrichtung fließenden Strom
derart erregt wird, daß sich die Kontakte synchron zum Verlauf dieses Stromes, vorzugsweise
in der Nähe des Strom-Nullwertes, öffnen, * eine gegenseitige unerwünschte Beeinflussung
der Steuerspule und der Haltespule vermieden. Unterbrechungseinrichtungen dieser
Art werden insbesondere für periodische Betätigung in Schaltstromrichtern verwendet,
können aber auch zur einmaligen Stromunterbrechung benutzt werden, beispielsweise
zur Unterbrechung eines Gleichstromkreises unter Mitwirkung einer überlagerten Hilfsspannung,
die den Strom an der Unterbrechungstelle bis auf den Nullwert oder mindestens bis
auf einen ungefährlichen Wert in der Nähe des Nullwertes herabdrückt.
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Zur Erläuterung der vorerwähnten Vorteile wird davon ausgegangen,
daß bei bekannten Unterbrechungseinrichtungen die Steuerwicklung und die Haltewicklung
durch den Eisenkern des Schaltmagneten miteinander magnetisch gekoppelt sind, und
zwar so, daß durch das Anwachsen des Hauptstromes der Strom der Steuerwicklung verringert
und durch Abnahme des Hauptstromes, die dem Öffnungsaugenblick unmittelbar vorangeht,
eine Zunahme des Steuerstromes erzwungen wird. Die Folge davon ist eine ungewollte
und deshalb unerwünschte Verzögerung der Kontaktöffnung. Je größer die Steilheit
der Abnahme des Hauptstromes ist - dies ist vor allem bei größerer Belastung und
bei herabgesetzter Aussteuerung eines mehrphasigen Schaltstromrichters mit gegenseitiger
überlappung der Kontaktzeiten der verschiedenen Phasen der Fall -desto mehr wird
der Ausschaltaugenblick verzögert. Die ohnehin bei herabgesetzter Aussteuerung verkürzte
Zeit vom Ausschaltaugenblick bis zu dem Augenblick, wo die wiederkehrende Spannung
einsetzt, wird durch den oben beschriebenen Vorgang noch zusätzlich verkürzt und
damit die Ausschaltsicherheit verringert.
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Von der neuen Unterbrechungseinrichtung, welche die vorerwähnten Nachteile
nicht aufweist, sind verschiedene Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt.
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Die F i g. 1 bis 3 verdeutlichen eine Unterbrechungseinrichtung mit
zwei ruhenden Kontakten und einer beweglichen Schaltbrücke. Als ruhende Kontakte
werden die Pole eines Schaltmagneten 29, bestehend aus den durch eine Isolierzwischenlage
26 getrennten Blechpaketen 16 und 17, an welche die Zuleitungen angeschlossen sind,
und als Schaltbrücke ein Magnetanker 13 benutzt, an dem eine Feder 27 als Rückstellkraft
wirkt. Der aus den Blechen 16, 17 bestehende Magnetkreis wird durch eine Spule 4
erregt. Eine zweite Spule 8 ist auf einem besonderen Magnetkreis, bestehend aus
dem Blechpaket 19, angebracht, das gemäß F i g. 2 so angeordnet ist, daß es von
den gekröpften Schenkelblechen des Magnetsystems 16,17 von beiden Seiten eingefaßt
wird, wobei zwischen den verschiedenen Magnetsystemen isolierende Zwischenlagen
25 eingefügt sind. Der Anker 13 ist beiden Magnetsystemen gemeinsam. Von dem Blechpaket
19 bleibt er auch in Anzugstellung durch einen Luftspalt getrennt. Die Spule 4 werde
beispielsweise, wie dargestellt, von dem zu unterbrechenden Hauptstrom durchflossen,
die Spule 8 von einem besonderen Steuerstrom, durch den die Kontakte zu genau festgelegten
Zeitpunkten geschlossen und geöffnet werden. Durch die dargestellte Verwendung zweier
verschiedener Magnetsysteme wird vermieden, daß die durch die Steuerspule festgelegte
Zeitfolge der Kontaktbetätigung etwa durch den Verlauf des Hauptstromes in der Spule
4 und dadurch bedingte
magnetische Vorgänge rückwirkend gestört
werden könnte.
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In F i g. 4 ist eine andere Unterbrechungseinrichtung 3 dargestellt,
bei der den beiden Spulen 4 und 8 außer dem Anker 13 auch die Magnetpole 11 und
12 gemeinsam sind. Dadurch wird eine größere Genauigkeit des Zusammenbaues ermöglicht.
Das ist besonders wichtig, wenn, wie auch in dem vorliegenden Falle, die Magnetpole
und der Anker zugleich als ruhende Kontakte bzw. bewegliche Schaltbrücke dienen.
Den Spulen 4 und 8 sind jedoch verschiedene magnetische Zweige 14 bzw. 18 zugeordnet.
Zwischen dem magnetischen Zweig 14 und den Magnetpolen 11 und 12 befindet sich je
ein Luftspalt 24 und zwischen dem magnetischen Zweig 18 und den Polen 11 und 12
je ein Luftspalt 28. Hierdurch wird erreicht, daß die magnetischen Zweige voneinander
durch einen größeren magnetischen Widerstand getrennt sind als jeder von ihnen von
dem gemeinsamen Polpaar. Infolgedessen sind die beiden Spulen 4 und 8 voneinander
magnetisch weitgehend entkoppelt.
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Die in F i g. 4 dargestellte Schaltung zeigt eine Phase eines dreiphasigen
Schaltstromrichters. Die beiden anderen Phasen sind nur angedeutet. Sie sind ebenso
ausgestaltet wie die dargestellte und können nach ihrem Vorbild ohne weiteres ergänzt
werden. An eine Speisespannungsquelle, beispielsweise die Sekundärwicklung 10 eines
Gleichrichtertransformators, ist die Reihenschaltung a-b einer Unterbrechungseinrichtung
3 und einer an sich bekannten Schaltdrossel 2 mit angeschlossen. Die Schaltdrossel
hat bekanntlich einen hochgesättigten Magnetkern, durch dessen Entsättigung eine
Stromstufe hervorgerufen wird, während welcher bei geeigneter Vormagnetisierung
der Schaltdrossel sich die Kontakte unter verringerten Beanspruchungen öffnen und
schließen können. Die Hauptstromwicklung 4
liegt ebenfalls in Reihe mit der
Reihenschaltung a-b. Parallel dazu liegt der Steuerkreis der Wicklung 4, der z.
B. nach einem früheren Vorschlage gemäß Patent 966 694 ausgeführt sein kann. Er
enthält außer der erwähnten Steuerwicklung 8 eine steuerbare Ventilanordnung
15 und einen Einstellwiderstand 7. An den positiven Gleichstrompol (Punkt
b) des Verbraucherkreises ist der Steuerkreis über eine Batterie 9 angeschlossen,
die allen drei Phasen gemeinsam sein kann. Über den Verbraucher 5 und eine Stabilisierungsdrossel
6 schließt sich der Hauptstromkreis.
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Zur Kontaktschließung wird der Steuerkreis durch Freigabe der Ventilanordnung
15 in einem vorgegebenen Zeitpunkt geschlossen, wenn die Spannung der betreffenden
Phase so gerichtet ist, daß sie einen Strom von a nach b zu treiben
vermag. Durch das von der Steuerspule 8 erzeugte Magnetfeld wird der Anker 13 entgegen
der Rückzugkraft seiner Aufhängefedern 27 angezogen und dadurch der Hauptstromkreis
geschlossen. Nach Ablauf einer auf die Kontaktschließung folgenden Einschaltstufe
wächst der Hauptstrom steil an. Die Hauptstromspule 4 erhöht den Kontaktdruck. Gegen
Ende der Stiomübertragungszeit wird der Kontakt der Folgephase geschlossen. Während
des anschließenden Kommutierungsvorganges fällt der Hauptstrom der betrachteten
Phase mehr oder weniger steil ab, bis infolge Entsättigung der Schaltdrosse12 die
Ausschaltstufe beginnt. Die Unterbrechungseinrichtung 3 bleibt bis dahin geschlossen,
weil in der Spule 8 noch ein Haltestrom fließt, der von der Batterie 9 aufrechterhalten
wird. Die an der Schaltdrossel bei ihrer Entsättigung zu Beginn der Ausschaltstufe
plötzlich auftretende Spannung ist der Spannung der Batterie 9 entgegengesetzt
und bringt daher den Steuerstrom in der Spule 8 rasch zum Verschwinden, so daß sich
die Unterbrechungseinrichtung 3 kurz nach Beginn der Ausschaltstufe öffnet. Dieser
Vorgang würde verzögert werden, wenn die Spule 4 noch mit der Wicklung 8 gekoppelt
wäre. Dann würde nämlich durch die steile Aufnahme des in der Wicklung 4 fließenden
Hauptstromes in der Wicklung 8 eine weitere zusätzliche Spannung im Sinne der Aufrechterhaltung
des Haltekraftflusses und des Steuerstromes in der Wicklung 8 hervorgerufen werden.
Diese Spannung könnte unter Umständen so groß sein, daß die von der Schaltdrossel
beim Eintritt in die Stufe erzeugte Gegenspannung den Steuerstrom in der Wicklung
8 nicht sofort zum Verschwinden bringen könnte. Diese Störungsursache ist durch
die beschriebene Entkopplung der beiden Wicklungen 4 und 8 beseitigt.
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Derselbe Erfolg kann aber auch ohne konstruktive Änderung der Unterbrechungseinrichtung
3 auf elektrischem Wege durch entsprechende Ausgestaltung der Stromkreise der beiden
Wicklungen erzielt werden. Dies sei an Hand der F i g. 5 erläutert, die ebenfalls
wieder eine einphasige Darstellung eines Schaltstromrichters mit den gleichen Elementen
wie F i g. 4 zeigt, die auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die beiden
Wicklungen 4
und 8 seien auf einem gewöhnlichen Schaltmagneten mit einem einzigen
Magnetkreis angeordnet und demgemäß miteinander gekoppelt. Zusätzlich ist in F i
g. 5 ein Entkopplungstransformator 20 vorgesehen, dessen Hauptstromwicklung
21 mit der Wicklung 4 in Reihe geschaltet ist, und dessen Steuerstromwicklung 22
im Steuerstromkreise mit der Wicklung 8 in Reihe liegt.
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Bei der Abnahme des Hauptstromes am Ende der Stromführungsdauer der
Unterbrechungseiprichtung 3 z. B. werden in den Hauptstromwicklungen 4 und 21 Spannungen
in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung induziert. Die entsprechenden, in
den Wicklungen 8 und 22 des Steuerkreises entstehenden Spannungen haben entgegengesetzte
Richtungen und heben sich daher je nach Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Entkopplungstransformators
20 ganz oder zum Teil auf.
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F i g. 6 zeigt eine gleichwertige Anordnung, in welcher der Entkopplungstransformator
20 in Sparschaltung am oberen Verzweigungspunkt a angeordnet ist. In entsprechender
Weise könnte der Entkopplungstransformator 20 stattdessen auch am unteren
Verzweigungspunkt b eingefügt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn der magnetische Kreis des Entkopplungstransformators
20 eine ähnliche Charakteristik hat wie das Magnetsystem der Unterbrechungseinrichtung
3. Diese Ähnlichkeit kann beispielsweise durch die Einfügung eines Luftspaltes in
den Kern 23 des Entkopplungstransformators 20 erreicht werden. Der Grad der
Entkopplung hängt von dem Verhältnis der Windungszahlen der Transformatorwicklungen
21, 22 ab. Durch entsprechende Bemessung dieses Verhältnisses kann man entweder
nur eine teilweise Entkopplung oder eine völlige Entkopplung oder sogar eine überwiegende
Gegenkopplung
erreichen. Durch eine überwiegende Gegenkopplung
kann praktisch an Stelle der bei Erhöhung des Belastungsstromes normalerweise zunehmenden
Verzögerung der Kontaktöffnung eine Vorverlegung derselben und damit eine Erhöhung
der Ausschaltsicherheit erzielt werden.