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Kontaktumformer Bei Kontaktumformern, deren Kontakte durch einen Synchronmotor
im Takte der Wechselspannung angetrieben werden, muß zur Vermeidung von schädlichem
Schaltfeuer darauf geachtet werden, daß die Kontaktöffnung in die Zeit der stromschwachen
Pause fällt, die in der Nähe des Stromnullwertes auftritt und gegebenenfalls durch
in Reihe mit den Kontakten angeordnete Wirk-, Blind- oder Scheinwiderstände, insbesondere
durch Schaltdrosseln mit beim Nennstromwert hochgesättigten und bei ihrer Entsättigung
in der Nähe des Stromnullwertes eine den Stromverlauf abflachende Verzögerung der
weiteren Stromänderung hervorrufenden Magnetkernen verlängert werden kann. Bei wechselnder
Belastung oder bei Veränderung der Höhe der Wendespannung ändert sich infolge der
verschiedenen Dauer der Kommutierung die Lage der stromschwachen Pause gegenüber
dem Schalttakt. Die Gefahr, daß sich beispielsweise die Kontakte bei steigender
Belastung vor Beginn bzw. bei fallender Belastung nach Beendigung der stromschwachen
Pause öffnen, kann bekanntlich durch nacheilende bzw. voreilende Verstellung des
Ausschaltzeitpunktes, die gleichbedeutend ist mit einer Verlängerung bzw. Verkürzung
der überlappungsdauer der Kontakte, verhindert werden. Wird die Überlappungsdauer
in Abhängigkeit von der Belastung geregelt, so kann erfindungsgemäß die Regeleinrichtung
zugleich auch eine Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte
betätigen. Eine diesem Zweck dienende bekannte Steueranordnung weist eine selbsttätige
Regeleinrichtung auf, die die überlappungsdauer in Abhängigkeit von der Belastung
regelt. Es ist
ferner bekannt, die Phasenlage der Schaltzeitpunkte
z. B. durch Verdrehung des Ständers des die Kontakte antreibenden Synchronmotors
oder mittels eines dem Antriebsmotor vorgeschalteten Drehtransformators zu verstellen.
Durch gleichzeitige Betätigung der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der
Schaltzeitpunkte und der Einrichtung zur Regelung der überlappungsdauer ist jede
beliebige Lage des Einschaltzeitpunktes und unabhängig davon auch des Ausschaltzeitpunktes
erzielbar. Damit kann auch jede als vorteilhaft erkannte Beziehung zwischen den
beiden Verstellmöglichkeiten hergestellt werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß es vorteilhaft ist, wenn zwischen den beiden Verstellmöglichkeiten u. a. eine
einseitige, d. h. nicht umkehrbare Beziehung herrscht, da eine solche der Strom-Spannungskenn-.
Linie des Umformers einen vom natürlichen abweichendenVerlauf vorschreibt (Compoundierung),
der nicht nur vielfach im Hinblick auf die gege= 'benen Betriebsverhältnisse erwünscht,
sondern bei manchen Ausführungsformen des Kontaktgerätes zur Vermeidung unzulässiger
Betriebsbereiche sogar unumgänglich notwendig ist. Die erwähnte einseitige Beziehung
besteht erfindungsgemäß darin, daß die Einrichtung zur Regelung der Überlappungsdauer
mit der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte derart gekuppelt
ist, daß jeder die Überlappungsdauer verändernde Regelvorgang auch eine Betätigung
der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte herbeiführt.
Diese Kupplung läßt sich praktisch mit einfachen Mitteln bekannter Art bewerkstelligen
und macht insbesondere ein zusätzliches, beiden Regeleinrichtungen übergeordnetes
Befehlsgerät entbehrlich.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung erläutert werden. Fig. i
zeigt beispielsweise das Getriebe für zwei zu einer Phase gehörende Kontakte eines
mehrphasigen Kontaktumformers in schematischer Darstellung. Fig.2 ist ein Diagramm,
in dem die veränderliche Lage des Einschaltzeitpunktes im Verhältnis zur Phasenlage
der Wechselspannung in Abhängigkeit von der -Zeit aufgetragen ist. Nach Fig. i treibt
ein Antriebsmotor i i mit einem ruhenden Gehäuse 12 und einem Läufer 13 mit Hilfe
einer für alle Phasen gemeinsamen Welle io eine Exzenterscheibe 1q. an, die ihrerseits
mittels eines Pleuels 15 einen Schwinghebel 16 in Bewegung setzt, der mit Hilfe
von zwei dieAntriebskraft nur in Öffnungsrichtung übertragenden Stößeln 23 zwei
Kontakte 17 im Gegentakt betätigt, indem er sie gegen die Wirkung zweier nicht dargestellter
Schließfedern von den ruhenden Gegenkontakten 2¢ abwechselnd abhebt. Der Schwinghebel
16 ist auf einer Exzenterscheibe 18 gelagert, durch deren Verdrehung die Höhenlage
des ganzen Schwinghebels verstellt wird, so daß der Abstand zwischen dem äußersten
Totpunkt der Hubbahn der beweglichen Kontakte 17 und den ruhenden Kontakten verändert
wird. Dies hat eine Änderung der Kontaktschließdauer und damit der Überlappungsdauer
der Kontakte einander ablösender Phasen zur Folge. Die Verdrehung der Exzenterscheibe
18 kann bekanntlich durch eine spannungsabhängig gesteuerte Kurvenscheibe gesteuert
werden, indem z. B. ein den Aussteuerungsgrad durch Verdrehung des Ständers 12 regelndes
Getriebe mit der Kurvenscheibe gekuppelt ist. Vorgeschlagen wurde ferner u. a. eine
selbsttätige Regeleinrichtung, z. B. ein Öldruckregler i9, der die Überlappungsdauer
in Abhängigkeit vom Belastungsstrom nicht nur bei veränderlicher, sondern auch bei
unveränderlicher Spannung regelt. Wird die Reglerwelle 25 verdreht, so ergeben sich
die Verhältnisse nach Fig. 2. In dieser Abbildung bedeuten U1 und U2 die Kurven
zweier in der Phase aufeinanderfolgender Transformatorspannungen. to bezeichnet
den Zeitpunkt, in dem sich diese Spannungskurven schneiden. Die -Stromwendung bei
Gleichrichtung spielt sich nach dem Zeitpunkt to ab. Für einen mittleren Strom,
z. B. den Nennstrom, möge die betriebsmäßig richtige Einstellung der Schaltzeitpunkte
so sein, daß die Folgephase im Zeitpunkt t. eingeschaltet und die abgebende Phase
im Zeitpunkt t, ausgeschaltet wird. Es ergibt sich damit eine Überlappungsdauer
T. Wird nun durch Drehung der Exzenterscheibe 18 die Höhenlage des Schwinghebels
16 geändert, so verschieben sich gegenläufig beide Schaltzeitpunkte; die Lage der
Symmetrieachse - t3 des Überlappungsabschnittes aber bleibt dabei unverändert. Wird
bei abnehmendem Strom durch Hebung des Schwinghebels 16 die Kontaktdauer verkleinert,
so rücken Aus-und Einschaltzeitpunkt näher zusammen, beispielsweise nach den Zeitpunkten
t4 und t5, wodurch sich die kürzere Überlappungsdauer T ergibt. Wird dagegen bei
wachsendem Strom durch Senkung des Schwinghebels 16 die Überlappungsdauer vergrößert,
so entfernen sich die Schaltzeitpunkte voneinander und nehmen beispielsweise die
zu der Überlappungsdauer T" gehörenden Stellungen to und t7 ein. Die kleinste Überlappung
T' könnte z. B. dem Grundlaststrom, die größte Überlappung T" dagegen dem
Grenzstrom entsprechen.
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In welchem Maße eine lastabhängige Beeinflussung der Überlappungsdauer
praktisch stattfindet, hängt davon ab, wie groß man den stromabhängigen Einfluß
des Reglers wählt. Bei einem früher vorgeschlagenen Regler mit einer vom Belastungsstrom
erregten Stromspule und einer von der Stromwendespannung während der Überlappungszeit
erregten Spannungsspule beispielsweise kommt es auf das Verhältnis des stromabhängigen
Durchflutungsanteils des Reglersystems zu dem wendespannungsflächenabhängigen Anteil
an. Der Regler regelt dabei auf konstante Gesamtdurchflutung als Differenz der gegeneinanderwirkenden
Teildurchflutungen, d. h., bei wachsendem Strom nimmt der stromabhängige Durchflutungsanteil
zu, und es muß daher durch den Regler auch die Wendespannungsfläche, also die Überlappungsdauer,
vergrößert werden, damit die resultierende Durchflutung erhalten bleibt. Die Mindestgröße
der erforderlichen stromabhängigen Beeinflussung wird bedingt durch die Länge der
stromschwachen Pause.
Bei großer Länge braucht die stromabhängige
Verstellung der überlappungszeit nur klein zu sein (Grenzfall: Starrer Kontaktapparat
ohne Verstellung), bei kleiner Länge der stromschwachen Pause dagegen ist eine Verstellung
um einen größeren Betrag erforderlich (Grenzfall: elektromagnetisch in Abhängigkeit
vom Augenblicksverlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuerte Kontaktöffnung
z. B. nach Patent 7089o6).
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Wird der Anteil der stromabhängigen Kontaktzeitverstellung verhältnismäßig
groß gewählt, so kann es vorkommen, daß bei sehr hohen Strömen und gleichzeitig
hoher Aussteuerung des Umformers der Einschaltzeitpunkt in das dem Zeitpunkt to
voreilende Gebiet rückt. Dieses hat insbesondere den Nachteil, daß die resultierende
Wendespannungsfläche durch eine Fläche negativen Vorzeichens wieder herabgesetzt
wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird der Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit
von der Stellung des Exzenters 18 zusätzlich derart beeinflußt, daß er sich entweder
gar nicht oder jedenfalls nach einer von dem erwähnten Symmetriegesetz abweichenden
Gesetzmäßigkeit weniger stark voreilend oder gar nacheilend verschiebt. Dieses kann
z. B. durch gleichzeitige Verstellung des Ständers 12 mit Hilfe eines Ritzels 2o
(Fig. i) geschehen, das in die Zähne eines am Ständer befestigten Zahnsegments 21
eingreift. Ändert sich dann die Lage der Welle 25 des Reglers i9 bzw. der Exzenterscheibe
18, so wird gleichzeitig das Gehäuse 12 des Antriebsmotors verstellt, und zwar so,
daß bei Vergrößerung der Überlappungsdauer, also Senkung des Schwinghebels, der
Ständer im Sinne einer Schaltzeitpunktverzögerung verdreht wird.
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Bei der in Fig. i dargestellten Anordnung muß der Regler i9 das volle
Drehmoment des Antriebsmotors i i aufnehmen. Durch einen Kraftspeicher, z. B. eine
Feder 22, kann das mittlere Momentganz oder teilweise kompensiert werden. Eine noch
bessere Entlastung des Reglers vom Motordrehmoment wird erreicht durch die Einfügung
eines selbstsperrenden Getriebes, z. B. eines Schneckengetriebes, an Stelle des
Ritzels 2o. Anstatt mit einem rein mechanischen Getriebe kann die Lage des Einschaltzeitpunktes
auch auf elektrischem Wege, z. B. durch Verdrehung der Phasenlage, der dem Antriebsmotor
zugeführten Drehspannung mittels eines Drehtransformators oder durch andere gleichwertige
Mittel zusätzlich beeinflußt werden.
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Die symmetrische Schaltzeitpunktverstellung ohne zusätzliche Beeinflussung
hat zur Folge, daß die statische Strom-Spannungskennlinie (äußere Charakteristik)
des Kontaktumformers flacher verläuft als bei festem Einschaltzeitpunkt. Durch die
Wahl einer bestimmten Gesetzmäßigkeit für die zusätzliche Einschaltzeitpunktverstellung
kann man jedoch sowohl in diesem Fall wie auch ganz allgemein die statische Kennlinie
des Umformers willkürlich festlegen (Compoundierung in wählbarem Grade) ; denn die
Verschiebung des Einschaltzeitpunktes ist identisch mit einer Aussteuerungsänderung.
Praktisch wird die Kennlinie durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem
Ritzel2o und dem Segment 21 bzw. durch sinngemäße Übertragung dieser Maßnahme auf
andersartige Getriebe festgelegt.
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In einer Brückenschaltung, in der nur eine Schaltdrossel für je zwei
in Gegentakt arbeitende Unterbrechungseinrichtungen vorhanden ist, wird jede Schaltdrossel
innerhalb einer Wechselspannungsperiode zweimal in entgegengesetzten Richtungen
vom Strom durchflossen. Da sich nun bei Drehstrom die Kontaktdauer ohne Überlappung
jedesmal über i2o° erstreckt, so steht für die Stromwendung und Ummagnetisierung
der Schaltdrossel nur ein Betrag von i8o°-i2o° = 6o° zur Verfügung (6o°-Bedingung).
Die Stromwendung dauert um so länger, je höher der Belastungsstrom ist. Infolgedessen
gibt es für die Belastung eine obere Grenze, wo dieUmmagnetisierung der Schaltdrosseln
nicht mehr rechtzeitig beendet wird. Je später aber die Einschaltung stattfindet,
um so größer ist die zurVerfügung stehende Stromwendespannung und damit die Geschwindigkeit,
mit der die Stromwendung eines gegebenen Stromes und die Ummagnetisierung der Schaltdrosseln
vor sich geht. Wird nun das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 2o und dem
Segment 21 so gewählt, daß bei zunehmendem Strom nicht mehr eine voreilende, sondern
im Gegenteil eine nacheilende Verschiebung des Einschaltzeitpunktes stattfindet,
so läßt sich hierdurch eine Überschreitung der 6o°-Bedingung auch bei erhöhtem Grenzstrom
noch verhindern. Ein so ausgestalteter Kontaktumformer besitzt eine statische Kennlinie,
die stärker geneigt ist als bei festgehaltenem oder bei sich voreilend verschiebendem
Einschaltzeitpunkt, so daß schon wegen der geringeren Stromzunahme bei wachsender
Leitfähigkeit des Belastungskreises eine überstrommildernde Wirkung eintritt, ein
Vorteil, dessen Wert noch durch die obenerwähnte Erhöhung des Grenzstromes gesteigert
wird.