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Gleichstromschalter mit Lichtbogenlöschung durch magnetische Blasung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromschalter, insbesondere in Form eines
sogenannten Schnellschalters, bei welchem diel Löschzeit des Schaltlichtbogens durch
Einwirkung eines magnetischen Blasfeldes auf diesen verkürzt wird. Beil, dein üblichen
Schnellschaltern wird meist das magnetische Blasfeld durch dein über dem Schalter
fließenden und zu unterbrechenden Hauptstrom selbst erzeugt, indem dieser Strom
eine besondere Blasspule durchläuft. Diese Art der Erzeugung des Blasfeldes hat
aber den Nachteil, daß sich bei der Unterbrechung kleiner Stromstärken eine nur
geringe Blaswirkung ergibt und dadurch die Löschzeit des Schaltlichtbogens verhältnismäßig
lang wird. Di.e auf den Lichtbogen wirkende Kraft ist nämlich proportional dem Produkt
aus dem Lichtbogenstrom und der mittleren Feldstärke im Lichtbogengebiet bei ungesättigtem
Blasmagneten und Hauptstromerregung des letzteren, also proportional dem O_uadrat
des abzuschaltenden Stroms.. Diese Verlängeirung der Abschaltzeit ist besonders
dann unerwünscht, wenn der Schalter als Rückstromschalter in Gleichrichteranlagen
benutzt wird, da man hier Wert darauf legt, den Rückstrom schon dann abzuschalten,
wenn er erst ganz kleine Werte erreicht hat.
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Eine Verbesserung der Lichtbogeinlöschung beim Schalten kleiner Ströme
ist möglich durch die Verwendung eines von eiiner fremden Stromquelle her erregten
Blasfeldes. Dabei entsteht aber wiederum der Nachteil, daß dann die Fremdstromquelle-
ständig belastet ist. Man kann aus diesem Grundei mit der Stärke des Blasfeldes
nicht allzu hoch gehen, so daß nur ,eine unvollkommene Blaswirkung erzielt
werden
kann. Vollkommen unmöglich ist jedoch die Verwendung eines dauernd fremderregten
Blasfeldes bei solchen Schaltern, die im Falle eines Rückstroms selbsttätig auslösen
,sollen, die aber andererseits auch zur betribbsmäßigen Unterbrechung des Vorwärtsstroms
benutzt werden müssen. Das Blasfeld muß bei Vorwärtsstrom die ent#-gegengesetzte
Richtung haben wie bei Rückstrom, um,den Lichtbogen in die Löschkammer zu treiben.
Bei Erregung des Blasfeldes durch dem über den Schalter fließenden Hauptstrom ist
diese Bedingung ohne weiteres erfüllt. Bei Fremderregung kann man jedoch nur für
eine Stromrichtung das richtige Blasfeld mit Fremderregung erzeugen.
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Die Erfindung vermeidet bei solchen Schaltern, die auf Rückstrom ansprechen,
aber auch zur Unterbrechung des Vorwärtsstroms dienen sollen, die geschilderten
Nachteile dadurch, daß die Erregung des von einer fremden Stromquelle erzeugten
Blasfeldes erst im Augenblick der Öffnung der Schalterkontakte stoßartig eingeleitet
wird. Dabei braucht nicht der volle Betrag des B.lasfeldes durch Fremderregung erzeugt
zu werden. Die Bl,aseinriehtung kann vielmehr auch so konstruiert sein, däß nur
ein Teil des Blasfeldes fremd erregt wird, während ein anderer Teil durch den Hauptstrom
erregt wird. Wenn die Erregung des Blas,feldes durch einen Fremdstrom nur kurzzeitig
erfolgt, so kann man bei geeigneter Ausbildung der Stromquelle, der der Erregerstrom
entnommen wird, sehr hohe Amperewindungszahlen aufbringen und bei entsprechend reichlicher
Dimensionierung des Blaseisems hohe Feldstärken erzielen. Besonders vorteilhaft
ist hier die Verwendung eines Kondensators als Fremdstromquelle, welcher ständig
über einen Ladewiderstand an einer verhältnismäßig energieischwachen Gleichspannungsquelle
liegt. Zwischen der Erregerstromquelle, im letztgenannten Fall also zwischen dein
Kondensator und der fremderregten Blaswicklung, kann man einen Umpoler vorsehen,
der es gestattet, je nach der Richtung deis Stroms, der durch den Schalter unterbrochen
werden- soll, dem fremderregten Blasfeld das! eine oder das andere Vorzeichen zu
geben. Der zeitliche Aufbau des fremderregten Blasfeldes läßt sich mit bekannten
Mitteln so verkürzen, daß eine nennenswerte, Verzögerung nicht auftritt. Die Einschaltung
des fremderregten B-lasfeldes kann beispielsweise durch einen Hilfskontakt erfolgen,
der mit dem Hauptkontakt des Schalters gekuppelt ist und geschlossen wird, sobald
der Schalter angesprochen hat.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Stoßerregung
des Fremdblasfeldes zusätzlich zu einer Hauptstromerregung angewendet wird, ist
.in der Zeichnung dargestellt. Es möge sich bei der dargestellten Anordnung um einen
Rückstromschnellschalter handeln. Rückstromschalter sollen zur Erfüllung der :ihnen
übertragenen Aufgabe bereits beim Auftreten eines kleinen Stromwertes selbsttätig
auslösen. Bei ihnen tritt daher, wie schon oben erwähnt, zumindest zu Beginn des
Auslösevorganges stets die geringe Wirksamkeit des selbsterregten Blasfeldes bei
kleinen ,Strömen nachteilig in Erscheinung. Durch Hystereseerschennungen am Blasmagneten
können dabei die Verhältnisse noch erschwert werden.
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In der Zeichnung ist mit i der Haltemagnet des Schnellschalters bezeichnet,
der entgegen der Wirkung einer Feder q. im Normalzustand den Anker 2 angezogen und
damit die Schalterkontaktes 3 geschlossen hält. Er besitzt zu diesem Zweck eine
Erregerspule 5, die an einem Gleichstromnetz 12 liegt. Die Auslösung erfolgt dadurch,
daß der ih der Leitung 7 fließende Hauptstrom eine weitere Wicklung 6 des Haltemagneten
i durchfließt, welche bei Vorwärtsstrom die Wirkung der Spule 5 unterstützt, bei
RückwärtsstTom diese jedoch schwächt bzw. aufhebt. Bei @winer Umkehr des, Schalterstroms
wird daher der Anker :2 losgelassen und die Schalterkontakte 3 geöffnet.
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Mit 8 ist der Blasmagnet bezeichnet. Er besitzt zunächst eine hauptstromerregte,
Wicklung 9, die, wie oben dargelegt, sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsstrom
ein Blasfeld mit dem richtigen Vorzeichenerzeugt. Damit auch bei kleinen Hauptströmen,
insbesondere im Falle der Rückstromunterbrechung, im Anfang- des Entstehens des,
Rückstroms das Blasfeld eine hinreichende- Größe besitzt, ist der Blasmagnet mit
einer weiteren Wicklung io ausgerüstet, welche fremderregt werden kann, Der Erregerstrom
der Wicklung io wird über einen Hilfskontakt i i eingeschalterh, welcher sich schließt,
sobald der bewegliche Teil des Schaltern seine Öffnungsbewegung beginnt. Als Stromquelle
für die Erregung der Wicklung io dient ein Kondensator 13, der über einen Ladewiderstand
14 ebenfalls ständig an dem Gleichstromnetz 12 liegt. Zwischen dem Kondensator 13
und der Spule io ist ein Umpoler 16 vorgesehen, dessen Stellung die Richtung des
beim Schließen des Hilfskontaktes i i in der Spule io entstehenden Stroms festlegt.
Man wird normalerweise den Umformer 1,6 in einer solchen Stellung belassen, daß
die Richtung des durch die Spule io erregten Blasfeldes für RückstTom-richtig ist.
Soll dagegen der Schalter betriebsmäßig bei Vorwärtsstrom geöffnet werden, so wird
zuvor der Umpolar 16 in die andere Stellung umgelegt.
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Damit der fremderregte Anteil des Blasfeldes in dem Blasmagneten 8
beim Schließen des. Hilfskontaktesi ii möglichst rasch aufgebaut wird, muß man bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dafür sorgen, daß die Induktivität der Wicklung
io klein ist gegen den Ohmschen Widerstand ihres Stromkreises. Zu diesem Zweck äst
zusätzlich ein Widerstand 15 im Stromkreis: der Wicklung io vorgesehen. Es können,
wie schon gesagt, jedoch auch andere bekannte Mittal zur Erzielung einer stoßartigem
Erregung des fremderregten Blasfeldes vorgesehen werden.
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Besonderes Bedeutung gewinnt der erfindungsgemäße Schalter dann, wenn,
wie es bereits vorgeschlagen worden äst, in dem zu unterbrechenden Stromkreis eine
Induktivität liegt, deren Kern nur im Bereich niedriger Ströme entsättigt ist und
eine sehr hohe Anfangspermeabilität besitzt. Eine
solche Induktivität
erzeugt beim Durchlaufen eines kleinen Stromwertes eine Stufe gelringer Stromänderungsgeschwindigke@it.
Diese Stromstufe kann aber für die Entlastung des Schalters nur. ausgenutzt werden,
wenn die Löschzeit des Lichtbogens auch bei diesem kleinen Strömen innerhalb der
Zeitdauer der Stufe liegt. Dies läßt sich durch die stoßartige Fremderregung gemäß
der Erfindung auch bei kurzzeitigen Stromstufen sicher erreichen.