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Wechselstrom-Schalteinrichtung mit mechanischen Kontakten Es ist bekannt,
bei einer Wechselstrom-Schalteinrichtung 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 An.-stieg der Hilfsspannung
über den Zündwert gezündet wird, so daß der Strom von den mechanischen Kontakten
auf das Entladungsgefäß verlagert und dort endgültig unterbrochen wird. DieStromverlagerung
spielt sich in Form eines Kommutierungsvorganges ab. Die Kontakteinrichtung, das
Entladungsgefäß und die Hilfsspannungsquelle 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 Kontaktöffnung in dem Augenblick statt,
wo der Kontaktstrom den Nullwert erreicht. In mehrphasigen 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 Kommutierungsvorgang bei verschiedener Höhe der Belastung unter
sonst gleichen Verhältnissen verschieden lange. Da die Kontakte der bekannten Einrichtung
zwangsläufig immer im gleichen Zeitpunkt der Wechselspannungsperiodegeöffnet werden,
so
ist es notwendig, entweder die Induktivität des Kommutierungskreises so zu regeln,
daß sich bei verschiedenen Belastungen stets die gleiche Kommutierungsdauer ergibt,
oder den Beginn der Kommutierung, d. h. 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 Kommutierungskreis
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 Ko:mmutierung beteiligten elektrischen
Größen eintreten können, die. zur Folge haben, 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 kann erfindungsgemäß
durch eine Einrichtung 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 Kontaktöffnung, her und vermag die Gleichzeitigkeit
dieser beiden Vorgänge zu gewährleisten.
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In der Zeichnung ist in Fig: i eine Drehstromumformungsanordnung als
Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Umformer bat drei Kontakteinrichtungen
i i, deren jede aus zwei ruhenden Kontaktstücken und einer beweglichen Schaltbrücke
besteht. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ein-er Kontakteinrichtung und
ihrer Steuermagnete zeigt Fig. z. Für die Kontaktöffnung sind zwei Haltemnagnete
12 vorgesehen, die zugleich die ruhenden Kontaktstücke sind. Ein Anker 13 bildet
die bewegliche Kontaktbrücke. Er ist. an gespannten Klaviersaitendrähten 1,4 schwingfähig
aufgehängt: Zur Kontaktschließung dient ein dreischenkliger Haltemagnet 15. Die
Hauptkraftflüsse der Magnet-,- 12 und i5 können durch Erregung mit Gleichstro:m-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 vorderen
weggelassen sind. An den Polschuhen sind silberne Kontaktleisten angelötet. Auch
der Anker 13 ist zwecks guter Kontaktgabe mit zwei seitlich angelöteten Silberleisten
versehen. Die Schenkel der Magnete 12 sind durchbrochen. In den Durchbrechungen
ist die Auslösewicklung 16 angeordnet. Die Wicklungen der beiden Magnete sind beispielsweise
hintereinandergeschaltet. In Fig. 3 sind die Polschuhe der Magnete in größerem Maßstab,
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 Magnetisierungskennlinie gesättigt sind. Durch einen
in der Auslösewicklung fließenden Strom wird in jedem Magnetschenkel um die Durchbrechung
herum ein örtliches Magnetfeld hervorgerufen, das an einer Stelle engsten Querschnittes,
wo es dem Haltekraftflußentgegengesetzt gerichtet ist, diesen schwächt, 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. EineRichtungsumkehr
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 Durchfiutung hintereinanderliegen und daher die
Auslösewicklung keine längs magnetisierende Wirkung auf der Bahn des Hauptkraftflusses
ausüben kann. Magnetische Nebenschlüsse 17 schützen die Dauermagnete vor einer übermäßigen
Verringerung des Hauptflusses bei ab-,gefallenem Anker 13. Die Nebenschlüsse sind
nicht , g esättigt, damit sie auch den über den. Anker verlaufenden Teil des Hauptkraftflusses,
bei dessen Verdrängung ohne weiteres aufnehmen. Derartige Haltemagnete werden Sperrmagnete
genannt und sind wegen ihrer geringen Eigenzeit und ihres kleinen Energiebedarfs
für die Auslösung besonders vorteilhaft. Der Einschaltmagnet 15 hat ,ebenfalls einen
Dawermagneteinsatz N, S und magnetische Nebenschlüsse. Die Auslösewicklung
18 ist in Durchbrechungen des mittleren Schenkels angeordnet. Damit sie nicht längs
magnetisierend wirkt. ist ein Teil der Wicklung 18 außen um. den Magnetschenkel
herumgelegt. Aus Fig. 3 sind die Verhälthisse der Durchflutungen 2i bzw. i ihre:-
Richtungen -;- und - und die Eisenquerschnittsverhältnisse an den engsten Stellen
a bzw. a/2 zu ersehen, welche die genannte Bedingung beispielsweise erfüllen
und dadurch den Einschaltmagnet 15 zu einem Sperrmagnet machen. Abweichungen, die
eine längs magnetisierende Wirkung der Auslös°w icklung zur Folge haben, können
bis zu einem gewissen Grade ohne praktische Beeinträchtigungen der Wirkungsweise
zulässig sein.
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In Fig. i sind die Schalteinrichtungen i i vereinfacht dargestellt
und nur die Auslösespulen 18 zum Einschalten und 16 zum Ausschälten bezeichnet.
Die Kontakteinrichtungen sind an eine in Stern geschaltete Wechselspännungsquelle
19,. beispielsweise die Sekundärwicklung .eines Transformators, angeschlossen. Parallel
zu ihnen liegen die Reihenschaltungen der Entladungsstrecken eines Entladungsgefäßes
2o mit besonderer Zündanode und der Sekundärwicklungen eines Hilfstransformators
21,
der die zur Zündung erforderliche Spannung liefert und
über einen Drehtransformator 25 an die Wechselspannungsduelle i9 angeschlossen ist.
Der Hilfstransformator 21 ist so geschaltet, daß in der Nullag° des Phasendrehers
5 die Zündspannung einer Phase der verketteten Spannung zwischen dieser Phase und
der folgenden um 9o` voreilt. An Stelle des Gefäßes 20 kann auch sinngemäß ein Entladungsgefäß
mit statischer Gittersteuerun bzw. mit Zündstiftsteuerung vorgesehen sein. In diesem
Fall werden z. B. die Steuergitter freigegeben, wenn die Sekundärspannung des Hilfstransformators
21 einen vorbestimmtenWert erreicht.
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Die Auslösewicklungen 18 der Einschaltmagnete werden von Sättigungswandlern
22 erregt, die an den Drehtransformator 25 angeschlossen sein können. Die Nacheilung
der Einschaltzeitpunkte gegenüber den Zündzeitpunkten kann mit Hilfe von Wirk- und
Blindwiderständen 23 bzw. 24. beiSpielsweise fest eingestellt sein oder bei Bedarf
durch Regelung dieser Widerstände verändert werden. Zur Erregung der Auslösewicklungen
16 der Ausschaltmagnete sind Sättigungswandler 26 mit den Kontakteinrichtungen i
i in Reihe geschaltet. Sie sind mit Wechselstrom vormagnetisiert, damit ihre Ummagnetisierung,
die wegen der Hysteresis ohne weiteres erst nach dem Nulldurchgang des Kontaktstromes
erfolgen würde, rechtzeitig zu einem früheren Zeitpunkt stattfindet. Zur V ormagnetisierung
dienen besondere Wicklungen 29. Die Auslösespulen sind z. B. an weiteren Hilfswicklungen
28 angeschlossen.. Die Sättigungswandler 26 können auch Schaltdrosseln sein, durch
deren Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine die Kontaktöffnungerleichternde
Verlängerung der stromschwachen Pause hervorgerufen wird. Damit diese Wirkung nicht
durch die Steuerkreise der Ausschalttnagnete beeinträchtigt werden kann, -enthalten
di.e letzteren hohe Widerstände 29. 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. 3i vorgeschaltet. Die Gleichrichterventile sind bei Verwendung polarisierter
Steuermagnete entlrehrlich.
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Die Phasenablösung geht bei der neuen Umformungsanordnung nach der
vorliegenden Erfindung folgendermaßen vor sich: Gegen Ende eines Stromübertragungszeitabschnittes
nähert sich die Spannung der im Parallelpfad zur stromführenden Phase liegenden
Sekundär-Wicklung des Hilfstransformators 2 1 ihrem Scheitelwert. Sobald diese Spannung
den Zündwert des Gefäßes 20 erreicht, wird die zugehörige Entladungsstrecke dieses
Gefäßes gezündet. Es beginnt ein Kurzschlußstrom zu fließen, der an der Kontakteinrichtung
i i die entgegengesetzte Richtung wie der Laststrom hat und folglich den Kontaktstrom
vermindert. Kurz bevor der Kontaktstrom den Nullwert erreicht, entsättigt sich der
Sättigungswandler 26 und erzeugt einen Auslöseimpuls in der Spule i6. Infolgedessen
öffnen sich die Kontakte unabhängig von Höhe und Art der Belastung gerade in dem
Augenblick, wo das Entladungsgefäß 20 praktisch den vollen Phasenstrom übernommen
hat und somit derKontaktstrom auf demNullw-ert angelangt ist. Hierauf erreicht der
Erregerstrom des Sättigungswandlers22 derFolgephas-e denEntsättigungswert, sendet
infolge seiner Ummagnetisierung einen Impuls in die Auslösespule i8 und veranlaßt
dadurch die Kontaktschließung in der Folgephase. Die Kommutierungsspannung zwischen
den einander ablösenden Phasen sorgt dafür, daß die Kontakteinrichtung der Folgephase
den Strom vom Entladungsgefäß ao übernimmt. Der Entladungsstrom geht nach Null und
wird durch das Erlöschen der Entladung unterbrochen. Zum Zweck der Spannungsregelung
kann derAussteuerungsgrad des Umformers durch Verstellung des Phasendrehers 25 geändert
werden. Dadurch werden die Zündzeitpunkte und die Einschaltzeitpunkte gleichmäßig
verschoben, ohne ihre gegenseitige Lage zu verändern.