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Einrichtung zur Vermeidung des Spannungsanstiegs bei Gleichrichtern
Es ist bekannt, daß bei Gleichrichtern, die mit Saugdrosselschaltung betrieben werden,
unterhalb einer bestimmten Mindestbelastung ein Spannungsanstieg von etwa 15,9/o
auftritt, da der Belastungsstrom unterhalb einer Grenze von etwa 21/@ des Normalstromes
nicht in der Lage ist, den Magnetisierungsstrom der Saugdrosselspule zu liefern,
und da aus diesem Grunde eine Brenndauer von r2o elektrischen Graden für die einzelnen
Anoden nicht aufrechterhalten werden kann.
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Um den Spannungsanstieg unterhalb der vorstehend genannten Belastungsgrenze
zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, entweder gesättigte Hilfsdrosselspulen zu
verwenden, die den für die Erregung der Saugdrosselspule erforderlichen Strom dreifacher
Frequenz liefern, oder einen Grundbelastungswiderstand unterhalb der genannten Mindestbelastungsgrenze
einzuschalten. Die vielfach als »Spitzenbrecherdrosselspule« bezeichnete Drosselspule
zur Lieferung eines Magnetisierungsstromes dreifacher Frequenz ist zwar eine technisch
gute Lösung, der Kostenaufwand ist jedoch besonders dann erheblich, wenn die Spannungsspitze
weitgehend herabgesetzt werden soll. Eine billigere und einfachere Lösung ist der
zu-und abschaltbare Grundbelastungswiderstand.
Bei den bisher bekanntgewordenen
Schaltungen für die Zu- und Abschaltung dieses Grundbelastungwiderstandes wird ein
Spannungsrelais verwendet, welches das den Widerstand einschaltende Schütz steuert.
Dieses Relais ist so eingestellt, daß es beispielsweise anzieht und dadurch die
Grundbelastung einschaltet, sobald die Spannung die normale Leerlaufspannung um
etwa 511/o überschreitet. Wegen der dann erfolgenden Einschaltung des Grundbelastungswiderstandes
geht die Spannung sofort wieder auf ihren normalen Wert zurück. Um zu verhindern,
daß wegen dieses Rückganges der Spannung das Relais den Grundbelastungswiderstand
wieder ausschaltet, wird ein Zeitrelais verwendet, welches den Erregerstromkreis
des die Grundbelastung schaltenden Schützes für eine bestimmte Mindestzeit geschlossen
hält. Ein Nachteil dieser Schaltanordnung liegt darin, daß die Grundbelastung durch
das Zeitrelais auch noch in Zeiten größerer Belastung des Gleichrichters eingeschaltet
gehalten wird, obwohl eine zusätzliche Belastung mit Rücksicht auf den Spannungsanstieg
an sich nicht mehr erforderlich wäre. Je länger man die Laufzeit des Zeitrelais
mit Rücksicht auf die Verhinderung des sogenannten »Pumpens« wählt, um so größer
ist die Zeit, in der die Grundbelastung unnötigerweise eingeschaltet bleiben kann.
Wollte man die Laufzeit des Zeitrelais sehr kurz einstellen, so müßte die Grundbelastung
bei längerer Entlastung. des Gleichrichters im Takte dieser Zeiteinstellung immer
wieder neu aus- und eingeschaltet werden. Bei jedem Schaltvorgang würde dabei eine
Spannungserhöhung im Netz bis zu 15% eintreten.
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Gegenstand der Erfindung ist -eine mit Grundbelastung arbeitende Schalteinrichtung,
welche die vorstehend aufgeführten Nachteile vermeidet. Gemäß der Erfindung sind
die zum Ein- und Ausschalten der Grundbelastung vorgesehenen Schaltmittel derart
ausgebildet, daß die Grundbelastung in Abhängigkeit von der Spannung eingeschaltet,
dageg en inAbhängigkeit vom Strom wieder ausgeschaltet wird. Im Gegensatz zu bekannten
Schaltanordnungen wird also die Einschaltung undAusschaltung von- zwei -verschiedenen
Bestimmungsgrößen des Gleichrichters abhängig gemacht. Den Einschaltzeitpunkt der
Grundbelastung bestimmt die Spannung des Gleichrichters, die Wiederausschaltung
dagegen bestimmt der Strom. Die Erfindung hat den Vofteil, daß cfie Grundbelastung
stets nur dann eingeschaltet ist, wenn sie tatsächlich zur Vermeidung des Spannungsanstiegs
notwendig ist. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, daß beim Schalten der Grundbelastung
jeweils diejenige Bestimmungsgröße des Gleichrichters den Schaltzeitpunkt festlegt,
welche in dem betreffenden Bereich des Stromspannungs-Diagramms des Gleichrichters
sich stark ändert. Es ist.dadurch eine verhältnismäßig große Genauigkeit für die
Zu- und Abschaltung der Grundbelastung sichergestellt, ohne daß es notwendig ist,
allzu hohe Anforderungen an das zum Schalten verwendete Relais ,zu stellen, d. h.
es kann ein Relais verwendet werden, bei dem noch eine mit normalen Mitteln erreichbare
Differenz zwischen dem Ansprechwert und dem Abfallwert vorhanden ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die Erfindung dargestellt.
Fig. i zeigt die Schaltung eines Relais i und eines von diesem Relais gesteuerten
elektromagnetischen Schalters (Schütz) 2, der einen Grundbelastungswiderstand 3
an das Gleichstromnetz q. eines nicht dargestellten Gleichrichters anschließt. 5
ist ein Hilfsnetz, welches beispielsweise eine Wechselspannung für die Erregung
des Schützes 2 liefert. Das Relais i besitzt gemäß der Erfindung zwei Erregerspulen
i i und 12. Die Spule i.i ist an die Spannung des Gleichstromnetzes q. angeschlossen,
während der Strom für, die Erregerspule 12 einem Meßwiderstand 6 entnommen wird,
der vom Belastungsstrom des Gleichrichters durchflossen ist.' Die Wicklungen i i
und 12, sind gegeneinandergeschaltet, so daß jeweils die Differenz zwischen den
vom Strom und der Spannung abhängigen Amperewindungen für die Erregung des Relais
maßgebend ist.
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Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. i sei an Hand der Diagramme
der Fig. 2 und 3 näher erläutert. In Fig. 2 ist die bekannte Kennlinie eines Gleichrichters,
d. h. die Abhängigkeit zwischen der Spannung E und dem Strom J, dargestellt. In
dem Belastungsbereich von ioo%; d. h. dem Normalstrom des Gleichrichters, bis etwa
2 0/a steigt die Spannung allmählich an. Unterhalb einer Belastung von 2% tritt
dagegen ein Spannungsanstieg um etwa 15 0/a ein.
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In Fig.3 bedeuten die beiden horizontalen Linien a und b die
Werte der resultierenden Amperewindungen des Relais r in Fig. i, bei denen das Relais
anzieht (Linie a) und abfällt (Linie b). Das Relais kann beispielsweise bei ioo
°/a Amperewindungen anziehen und bei 95 % abfallen. In dem Diagramm sind ferner
in Form von Vektoren e und i die Amperewindungen des Relais z eingezeichnet, welche
von der Spannung (Vektor e) und vom Strom (Vektor i) abhängig sind. Die beiden in
dem Diagramm angegebenen Vektoren il und i2 gelten dabei für die Belastungsbereiche
unterhalb und oberhalb der Belastungsgrenze, bei der der Spannungsanstieg des Gleichrichters
einsetzt. Die Differenz zwischen e und il ergibt den Wert für die Anziehung des
Relais i und damit die Einschaltung der Grundbelastung; die Differenz zwischen e
und i2 ergibt den Wert für den Abfall des Relais i und damit 'die Ausschaltung der
Grundbelastung.
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Aus der vorstehenden Erläuterung der Schaltung und Wirkungsweise des
Relais i der Fig. i ergibt sich,- daß für die Einschaltung der Grundbelastung im
wesentlichen die Spannung maßgebend ist, während die Ausschaltung der Grundbelastung
von dem Strom abhängig ist.
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In Fig. q. ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Der an das Gleichrichter-Gleichstromnetz q. anzuschließende Grundbelastungswiderstand
3 wird durch ein Schütz 7 geschaltet, dessen Erregerkreis durch ein Relais 8
gesteuert
wird. Das Relais 8 liegt an der Spannung des Netzes 4. Ein Haltekontakt 9 hält den
Erregerkreis des Schützes 7 geschlossen, nachdem es durch das Relais 8 eingeschaltet
ist, und zwar auch dann noch, wenn das Relais 8 seine Kontakte wieder öffnet. In
dem Erregerkreis des Schützes 7 liegt noch der Kontakt il eines Stromrelais io,
das an einen Meßwiderstand 12 im Stromkreis des Gleichrichters angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 4 ist folgende: Wenn bei
abnehmender Gleichrichterbelastung die Spannung um ein bestimmtes Maß ansteigt,
zieht das Relais 8 an und schaltet den Erregerkreis des Schützes 7 und damit die
Grundbelastung ein. Wegen der Einschaltung der Grundbelastung sinkt die Gleichrichterspannung,
das Schütz bleibt eingeschaltet, da sein Erregerkreis über den Haltekontakt 9 geschlossen
bleibt. Erst wenn der Belastungsstrom des Gleichrichters ein bestimmtes Maß überschreitet,
öffnet das Stromrelais io den Ruhekontakt ii im Erregerstromkreis des Schützes 7
und schaltet dadurch mit dem Schütz 7 die Grundbelastung wieder aus. Auch bei dieser
Schaltung wird somit die Grundbelastung in Abhängigkeit von der Spannung eingeschaltet,
während die in Abhängigkeit vom Strom wieder ausgeschaltet wird.