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Verfahren zum Stenern elektrischer Schalt-, Mess- oder Anzeigevorricthtungen.
Es ist bekannt, die Magnetwicklung einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung über einen an eine Wechselstromquelle angeschlossenen Trockengleiehrichter mit Gleichstrom zu speisen. Man ist mit einer derartigen Anordnung in der Lage, selbsttätigen Schaltvorrichtungen, z. B. Relais, die auf Änderungen einer Wechselstromgrosse ansprechen sollen, eine wesentlich höhere Empfindlichkeit zu
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die Erfindung, ein Verfahren und Anordnungen zur Ausübung desselben zu schaffen, bei denen mittels Gleichstrom betriebene Schalt-, Mess- oder Anzeigevorrichtungen in Abhängigkeit von den Effektivwerten mehrerer voneinander unabhängiger Wechselstromgrössen arbeiten sollen.
Dieser Zweck wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass durch Gleichrichtung den Wechselstromgrössen proportionale Gleichspannungen getrennt erhalten werden und die algebraische Summe der gleichgerichteten Spannungen zum Betriebe der Schalt-, Mess- oder Anzeigevorrichtung verwendet wird. Die Anordnung kann dabei
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eine Grösse hat, die der Summe oder der Differenz der Effektivwerte von zwei oder mehr die Vorrichtung beeinflussenden Weehselstromgrössen proportional ist. Die Schwankungen des pulsierenden Gleichstroms können unschädlich gemacht werden entweder durch die Verwendung einer nur auf Gleichstrom ansprechenden Vorrichtung oder durch Anordnung an sieh bekannter Mittel zum Aussieben der Weehselstromkomponente.
Einige Ausführungsformen von Anordnungen, die zur Ausübung des Verfahrens gemäss der Erfindung dienen, sind in der Zeichnung schematisch abgebildet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind den einzelnen Phasen eines Dreiphasensystems 1 Stromtransformatoren 2, 4 und 6 zugeordnet, deren Sekundärwicklungen mit je einem Troekengleichrichter J bzw. 5 bzw. 7 und je einem Widerstand 9 in Reihe gesclaltet sind. Das Spannungsgefälle an den hintereinandergeschalteten Widerständen 9 dient zur Speisung der Magnetwicklung eines Gleiehstiom- relais 8. Der die Magnetwicklung des Relais 8 durchfliessender Gleichstrom ist proportional der algebraischen Summe der drei Spannungen, die durch Gleichrichtung der in den einzelnen Phasen durch Transformation erhaltenen Wechselströme an den Widerständen 9 entstehen.
Da die Stärke dieses Stromes dem einfachen Mittelwert der Phasenströme entspricht, so arbeitet die elektromagnetische Vorrichtung auch dann zuverlässig, wenn z. B. infolge von Kurzschluss oder Leitungsbrueh, einzelne Phasenspannungen oder - Ströme ausbleiben.
Anstatt die Stromkreiselemente 2. 3, 4, 5 und 6,7 wie in Fig. 1 angegeben, so zu schalten, dass sich die Spannungen der gleichgerichteten Ströme addieren, könnte man sie natürlich auch parallelschalten. In diesem Falle sind die Widerstände 9 entbehrlich. Der Erregerstrom des Relais 8 wird dann proportional der grössten in einem der drei Stromtransformatoren auftretenden Stromstärken. Infolgedessen eignet sich eine solche Anordnung besonders für solche Überstrom-Schutzeinrichtungen, die bisher ein mehrpoliges Relaissystem erforderten.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind an ein Dreiphasensystem 11 drei Spannungswandler 12, 14 und 16 so angeschlossen, dass jeder von ihnen an der Spannung einer anderen Phase liegt. Jedem der Spannungswandler ist sekundär ein Trockengleichrichter 13 bzw. 15 bzw. 17 zugeordnet, und die drei aus Sekundärwicklung und Trockengleichrichter gebildeten Stromkreiselemente 12, 13: 14, 15 und 16,
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17 sind untereinander parallel geschaltet. Die elektromagnetische Schaltvorrichtung 18 wird in diesem
Falle von einem Strom erregt, der der grössten an einem der Spannungswandler 12, 14, 16 auftretenden
Spannungen proportional ist.
Auch hier ist eine Abänderung in der Weise möglich, dass die Stromkreiselemente untereinander nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet sind.
Analog der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung müssten dann die Wandler über ihre zugehörigen
Gleichrichter durch je einen Widerstand belastet und die Widerstände untereinander und mit der Magnet- wicklung der Schaltvorrichtung 18 in Reihe geschaltet werden. Man erhält auf diese Weise wieder einen
Erregerstrom entsprechend dem Mittelwert der Wechselstromgrössen.
Bei dem durch Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist an zwei voneinander unabhängige Weehselstromnetze und 22 je ein Spannungswandler 23 bzw. 26 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser Spannungswandler sind über Gleichrichter. 84 bzw. 26 an Widerstände 28, 29 angeschlossen und die an diesen auftretenden Gleichspannungen gegeneinander geschaltet. Die Magnetwicklung des Relais. 27 wird durch die Differenz der gegeneinander geschalteten Gleichspannungen erregt. Bei dieser Anordnung wird die Magnetwicklung von einem Gleichstrom durchflossen, dessen Stärke der Differenz der Effektivwerte der Spannungen in den Wechselstromnetzen 21 und 22 proportional ist.
Soll der gleichgerichtete Strom, der die Magnetwicklung speist, nicht der Differenz zweier
Spannungen, sondern der Differenz zweier Stromstärken proportional sein, so braucht man nur die Spannungswandler 23 und 25 durch entsprechende Stromwandler zu ersetzen.
Bei allen Schaltungen kann ausser der in den Fig. 1-3 gezeichneten Halbweg-Gleicl1richtung auc : l jede andere an sieh bekannte Gleichriehtersehaltung, z. B. Vollwegsehalter, irit Vorteil verwendet werden.
Die beiden Wechselstromgrössen, die gleichzeitig die Vorrichtung beeinflussen, brauchen nicht notwendigerweise zwei verschiedenen Wechselstromsystemen anzugehören, Fig. 4 zeigt eine Ausfiihrungs- beispiel, bei dem mit einer Anordnung gemäss der Erfindung die Spannung und die Stromstärke eines Wechselstromkreises miteinander verglichen werden. Zu diesem Zweck sind an ein Wechselstromnetz 41 ein Spannungswandler 42 und ein Stromwandler 45 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser beiden Transformatoren bilden mit in Spannungsteilerschaltung angeordneten Trockengleichiiehtern do, 44, 46 und 47 Stromkreiselemente, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise auf Belastungswiderstände 48 und 49 geschaltet sind.
Die Differenz der Spannungsgefälle der beiden gegeneinander geschalteten Widerstände 48, 49 bildet die Stromquelle für die Magnetwicklung eines Relais 52, die über
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nach welcher der Erregerstrom des Relais 52 arbeitet, kann durch die Gleichung
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Dies bedeutet, dass die Zeit, nach welcher das Relais anspricht, proportional dem Quotienten aus Wechselspannung und-Stromstärke, d. h. der Leitungsimpedanz ist.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 steht die zu'steuernde Vorrichtung unter dem Einfluss der Differenz zweier je durch Gleichrichtung einer Wechselspannung erhaltenen Gleichspannungen, die an zwei von den gleichgerichteten Strömen durchflossenen, gegeneinander geschalteten Widerständen auftreten. Verwendet man bei den zuletzt erwähnten Ausführungsbeispielen zur Gleichrichtung der Wechselspannungen solche Gleichrichter (z.
B. Kupferoxydgleichrichter), die aus Einzelelementen zusammengesetzt sind und deren Stromspannungscharakteristik nicl1t geradlinig verläuft, so ist es schwierig zu erreichen, dass die Anordnung stets fehlerfrei arbeitet, d. h. dass die zu steuernde Vorrichtung
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jeder der beiden Widerstände über einen aus gleichartigen Einzelelementen.
zusammengesetzten Gleichrichter an einen Strom-oder Spannungswandler angeschlossen ist, gelingt es jedoch gemäss der weiteren Erfindung, jede Fehlermögliehkeit auszuschliessen. Man hat zu diesem Zweck bei jedem der beiden Gleichrichter die Zahl der hintereinandergeschalteten Gleichrichterelcmente und das übersetzungverhältnis des zugehörigen Transformators einander so anzupassen, dass nach vollzogener Abgleichung an jedem Gleichrichterelement die gleiche Wechselspannung anliegt, und zugleich die Ohmwerte der beiden Widerstände so zu bemessen, dass nach vollzogener Abgleiehung jedes Gleichrichterelement von einem Gleichstrom gleicher Stärke durchflossen wird.
Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, das Übersetzungsverhältnis eines der beiden Transformatoren zu ändern, falls es den gestellten Anforderungen nicht ohne weiteres entspricht. Es genügt vielmehr in solchem Falle auch, durch Anordnung eines Zwischentransformators das richtige Gcsamt- Übersetzungsverhältnis herzustellen. -
Bei der Anordnung nach Fig. 5 besteht die Magnetwieklung der zu beeinflussenden Vorrichtung
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63 und 6J sind die den beiden Wandlern zugeordneten Trockengleichrichter.
Die beiden Wicklungen 66 und 67 sind als Kreuzspule unter einem festen Winkel miteinander
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Impedanz des Wechselstromkreises ab und ist unabhängig vom Phasenverschiebungswinkel zwischen Strom und Spannung. Man kann diese Beziehung benutzen, entweder um bei Kurzschlüssen die Lage einer Fehlerstelle festzustellen oder um mittels einer Schaltvorrichtung einen Anschlag für einen mit vorgeschriebener Geschwindigkeit umlaufenden Kontakt zu verstellen in der Weise, wie es bei einer bekannten Art von Impedanzrelais der Fall ist.
Die Anordnung nach Fig. a lässt sich auch in der Weise mit der Anordnung nach Fig. 4 verbinden, dass bei Unterschreitung eines bestimmten Grenzwertes der Impedanz durch die Vorrichtung 66, 67
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liegenden Sehalters 50 veranlasst.
Will man nicht den Quotienten, sondern das Produkt der Grösse E und J zur Beeinflusaung einer Schalt-, Mess- oder Anzeigevorrichtung verwenden, so lässt man sie in an sich bekannter Weise auf eine nach dem Leistungsmessprinzip arbeitende Vorrichtung einwirken. Die Vorrichtung arbeitet dann ähnlich einem Wattmeter, zeigt aber nicht wie dieses die wirkliche, sondern die scheinbare, dem Produkte E. J entsprechende Leistung des Weehselstromkreises an. Die Übertragung des gleichen Gedankens auf Scheinverbrauchszähler versteht sieh von selbst.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung elektromagnetischer Schalt-, Mess-oder Anzeige- vorrichtungen beschränkt. Es eignen sich vielmehr zu dem angegebenen Zweck auch Vorrichtungen
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Stromes ausgeschaltet ist.
Sind in beiden Gleichrichtern alle Einzelelemente hintereinandergeschaltet, so müssen die Ohmwerte der beiden den Gleichrichtern vorgeschalteten Widerstände in demselben Verhältnis zueinander stehen wie die Zahl der Einzelelemente der zugehörigen Gleichrichter. Sind Gruppen von Gleichrichterelementen parallelgeschaltet, so verkleinert sich der Gesamtwiderstand des Gleichrichters und der Ohmwert des
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Abgleichung gleiches Potential aufweisen.
Die stets richtige Wirkung der zu steuernden Vorrichtung beruht bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform darauf, dass die Gleichrichter im Falle des Spannungsgleichgewichtes in jedem Falle auf analogen Punkten ihrer Stromspannungscharakteristiken arbeiten. Sind beide Gleichrichter untereinander völlig gleich, so sind es auch ihre Charakteristiken und die beiden Arbeitspunkte haben in diesem Falle genau gleiche Lage.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Steuern elektrischer Schalt-, Mess- oder Anzeigevorrichtungen in Abhängigkeit von mehreren voneinander unabhängigen Weehselstromgrössen (Stromstärken oder Spannungen,,
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verwendet wird.
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