Kontaktumformer für Starkstrom. De Erfindung bezweckt in erster Linie die Verbesserung von Starkstromumformern mit mechanisch bewegten Kontakten hin sichtlich des jedesmaligen Einschaltvorgan ges. Bei den Einschaltvorgängen besteht nämlich die Gefahr, -dass infolge der zwischen den geöffneten Kontakten vorhandenen Span nung kurz vor dem Beginn der Kontakt berührung eine Vorentladung entsteht, die schädlichen Abbrand oder zum mindesten unerwünschte Materialwanderung an den Kontakten verursachen kann.
Erfindungs gemäss wird in einen zu den Kontakten parallel geschalteten Hilfsstromzweig mit mindestens einer durch Synchronsteuerung jedesmal kurz vor der Kontaktschliessung zu zündenden Entladungsstrecke eine minde stens einen Teil der Entladungsspannung deckende Hilfsspannung zusätzlich ein geführt. Dadurch kann schädliches Schalt feuer bei der Kontaktschliessung weitgehend unterdrückt werden, so dass der Kontakt- uniformer für höhere Betriebsspannungen verwendbar ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes dar gestellt, und zwar das Schaltschema eines dreiphasigen Hochspannungsumformers nebst zugehörigen Hilfseinrichtungen. Die Erfin dung ist aber auch bei Einphasenanordnun- gen und bei Mehrphasenanordnungen belie biger Phasenzahl verwendbar.
An ein Wechseilstromnetz <B>10</B> ist die Pri märwicklung 11 eines Transformators an geschlossen, dessen Sekundärwicklung 12 hochgespannten Drehstrom zur Speisung des Kontaktumformers liefert. An die Sekundär wicklung 12 sind über Schaltdrosseln 13, 14, 15 die - Kontakteinrichtungen 17, 18 und 19 des Umfarmers angeschlossen.
Die Schalt drosseln 13, 14, 15 haben einen Magnetkern aus einer hochwertigen Eisensorte mit sehr hoher Sättigungsinduktion, dessen Magneti- sierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig gegen die Flussachse geneigt ist, an den Übergängen in die gesättigten Ge biete je einen scharfen Knick aufweist und in den gesättigten Gebieten fast parallel zur Achse der magnetischen Erregung verläuft.
Windungszahl und Kernquerschnitt der Schaltdrosseln sind so bemessen, dass der Kern beim Nennwert -des Betriebsstromes hochgesättigt ist und sich nur bei sehr kleinen Augenblickswerten des, Stromes in der Nähe des Stromnullwertes entsättigt, so dass jedesmal in der Nähe eines Stromnull durchganges eine stromschwache Pause ent steht, in der der Strom eine Zeitlang ver- nachläs-sigbar kleine Werte hat., so ,ass eine während der stromschwachen Pause statt findende Stromunterbrechung unter wesent lich erleichterten Bedingungen vollzogen werden kann.
Die Kontakteinrichtungen 17, 18, 19 weisen eine mehr oder weniger grosse Anzahl von hintereinandergeschalteten Un terbrechungsstellen auf. Sie bestehen vor zugsweise aus einer Anzahl ruhender Kon taktstücke, die durch bewegliche Schalt brücken überbrückt werden. Die letzteren können von einem Synchronmotor 16 über eine gemeinsame Welle 26, vorzugsweise über Kurbeln, Nocken, Exzenter oder dergl. über Zwischenstössel, vorzugsweise nach Art der Ventile von Brennkraftmaschinen, angetrie ben werden. Die genannten Antriebselemente sind der Deutlichkeit halber in der Zeichnung weggelassen.
Der Antriebsmotor 16 kann vor zugsweise aus dem Drehstromnetz 10 über einen Drehtransformator 30 gespeist werden, der zur Verstellung der der Phasenlage des Schalttaktes gegenüber der Phasenlage der speisenden Wechselspannung dient. Die Kon- takteinrichtungen sind ferner durch parallele Strompfade 27, 28, 29 überbrückt, die vor zugsweise eine kapazitive Komponente haben können und in untereinander gleichwertige Abschnitte unterteilt sind.
Zwischen den ein zelnen Abschnitten vorgesehene Anzapfun- ,gen sind mit den entsprechenden Kontakt stücken verbunden, derart, dass die an den Kontakteinrichtungen auftretenden Spannun gen gleichmässig auf alle Unterbrechungs- stellen verteilt werden. Die Parallelpfade haben: die Aufgabe, bei der Kontaktöffnung den Anstieg der wiederkehrenden Spannung zu verzögern. Sie können so abgestimmt sein, dass sie den Verlauf des Magnetflusses der Schaltdrosseln 18, 14, 15 während der Sperr periode so beeinflussen, dass sich die Schalt drosseln jedesma(1 vor dem Einschalten in un gesättigtem Zustand befinden, so dass vor Be ginn der Kontaktberührung jedesmal zu nächst eine stromschwache Pause einsetzt.
Dem gleichen Zwecke können auch besondere Vormagnetisierungswicklungen dienen, die auf dem Magnetkern der Schaltdrosseln an gebracht, in der Zeichnung jedoch der Deut lichkeit halber weggelassen sind. Diese Vormagnetisierungswicklungen können mit Gleich- oder mit Wechselstrom beschickt werden und gleichzeitig die Aufgabe erfüllen, die Koerzitivkraft der Schaltdrosseln bei der Kontaktöffnung mindestens teilweise zu kom- .pensieren,
so dass die Entsättigung bereits bei einem kleinen positiven Augenblickswert des abfallenden Teils der Stromkurve einsetzt.. Von den Kontakteinrichtungen führt eine gemeinsame Leitung über eine Glättungs- drossel 37 zu einem Pol eines Gleichstrom netzes 20, dessen anderer Pol mit, dem Stern punkt der Sekundärwicklung 12 .des Speise transformators verbunden ist.
Zur Erleichterung der Einschaltbedin gungen kann eine Hilfswechselspannung ge eigneter Frequenz- und Phasenlabe beispiels weise einem besonderen Generator 40 ent nommen werden, der entweder mit der ge meinsamen Antriehsweble 26 gekuppelt sein kann oder, wie es in der Zeichnung darge stellt ist, durch einen besonderen Synchron motor 39 angetrieben wird, der vorteilhaft an die gleichen Leitungen angeschlossen sein kann, an denen auch der Antriebsmotor 1.6 liegt; denn es muss dafür gesorgt sein, .,ass die Hilfswechselspannung gegenüber der Kontaktbewegung stets die gleiche Phasen lage hat.
Der Generator 40, dessen Erregung ebenso wie die der Motoren 16 und 39 einem beliebigen Gleichstromnetz entnommen wer den kann, falls nicht Dauermagnete zur Er- zeugung des Feldes verwendet werden, wenn das Drehstromnetz 10. mit 50 Per./Sek. betrie ben wird, möge beispielsweise eine sinus- förmige Hilfswechselspannung von 150 Pe rioden in :
der Sekunde erzeugen. Diese Hilfs wechselspannung - kann einem sämtlichen Phasen gemeinsamen Hilfsstromkreis zu geführt werden, der unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen Schalteinrichtung auf die Kon- takteinrichtungen der einzelnen Phasen im Takte der Phasenfolge umgeschaltet wird.
Zu diesem Zwecke sind die Kontaktgruppen 17, 18, 19 überbrückende Hilfsleitungen zu Iden ruhenden Kontakten 21 bis 26 eines doppelpoligen Schaltgerätes geführt, dessen bewegliche Kontakte 31 und 34 auf der An triebswelle 26 angeordnet und über Schleif ringe 32, 35 und Bürsten 33, 36 an die Hilfs- wechselspannungsquellle angeschlossen sind. Statt eines mechanischen Schaltgerätes kön nen aber auch gittergesteuerte Entladungs gefässe als Umschalteinrichtungen für die Hilfswechselspannung verwendet werden.
Es empfiehlt sich, durch Zwischenschaltung eines Isoliertransformators 41, 42 das Hoch spannungspotential von der Hilfswechsel- spannungsquefe 40 fernzuhalten. Die Sekun därseite 42 des Isoliertransformators kann durch einen Kondensator 38 überbrückt wer den, der die störende Induktivität des Isolier- transformators mindestens teilweise kompen siert.
Wird der Hilfswechselspannungs- generator 40 ebenfalls auf der Antriebswelle 26 angeordnet, so können die Schleifringe wegfallen. Die Hilfsleitungen können statt dessen zwischen dem Generator und den Hilfskontakten 31 und 34 längs der Welle 26 fest verlegt werden.
Ein Is.oliertransfor- mator fällt dann zwar unter Umständen weg, dafür ist aber der Anker des Hilfswechsel- spannungsgenerators gegenüber seinem Er regerteil besonders. sorgfältig zu isolieren, falls nicht ein Dauermagnet zur Erregung verwendet wird.
Die Wirkungsweise des Hochspannungs- kontaktumformers sei wie folgt beschrieben: In der gezeichneten Stellung haben sich die Kontakte der Gruppe 17 gerade geschlossen, während die Kontakte der Gruppe 19 kurz vor dem Beginn ihrer Öffnungsbewegung stehen. Die Kontaktgruppe 18 der mittleren Phase ist geöffnet. Kurz bevor sich die Kon takte der Gruppe 17 geschlossen haben, ist zwischen den Hilfskontakten 21, 31 und 24, 34 bei ihrer gegenseitigen, Annäherung eine kleine Lichtbogenentladung zustande gekom men, durch die ein Stromfluss eingeleitet wurde.
Dieser Strom kann keinen grossen Wert annehmen, weil sich die Schaltdrossel 13 in ungesättigtem Zustand befindet, wäh rend der erwähnte Strom fliesst. Ohne An wendung der Erfindung würde nun die Lichtbogenspannung der Entladungen an den Hilfskontakten 21, 31 und 24, 34 auch an den Kontakten der Gruppe 17 während der Schliessung der Hauptkontakte auftreten und hier unter Umständen Vorfunken und damit schädlichen Abbrand hervorrufen können.
Die besagte dem Generator 40 entnommene Hilfswechselspannung verhütet dies. Sie ist so eingestellt, dass sie sich an der Aufrecht erhaltung der Lichtbogenentladungen be teiligt, indem sie der Lichtbogenspannung an den Kontakten 21, 31 und 24, 34 jeweils ent gegenwirkt. Wenn die Augenblickswerte der Hilfswechselspannung etwa ebenso gross sind wie die Lichtbogenspannungen, so werden die letzteren von der Hilfswechselspannung allein nahezu vollständig gedeckt. Zwischen den Hilfskontakten 21 und 24 besteht dann kein Potentialunterschied.
Infolgedessen liegt auch an den Enden der Kontaktgruppe 17 überhaupt keine Spannung. Schädliches Schaltfeuer kann dabei also nicht auftreten. Nachdem sich .die Welle 26 um 120 gedreht hat, wiederholt sich ,der vorbeschriebene Vor gang an :der Kontaktgruppe 18 und den zu gehörigen Hilfskontakten 22, 25, nach wei- teren 120' Drehung an der Gruppe 19 und .den zugehörigen Hilfskontakten 23, 26.
Die umlaufenden Hilfskontakte können so aus geführt sein, dass sie mit den ruhenden Hilfs kontakten nicht in Berührung kommen, son dern in geringem Abstand an ihnen vorbei bewegt werden.
Contact converter for heavy current. De invention aims primarily to improve power converters with mechanically moving contacts towards the total switch-on process every time. When switching on there is a risk that due to the voltage between the open contacts, a pre-discharge occurs shortly before the start of the contact, which can cause harmful burn-off or at least undesirable material migration to the contacts.
According to the invention, an auxiliary voltage covering at least part of the discharge voltage is additionally introduced into an auxiliary current branch connected in parallel to the contacts with at least one discharge path to be ignited by synchronous control each time shortly before the contact is closed. As a result, harmful switching fires can be largely suppressed when the contact is closed, so that the contact uniform can be used for higher operating voltages.
In the drawing, an execution example of the subject invention is provided, namely the circuit diagram of a three-phase high-voltage converter and associated auxiliary equipment. The invention can, however, also be used with single-phase arrangements and with multiphase arrangements of any number of phases.
The primary winding 11 of a transformer is connected to an alternating cable network <B> 10 </B>, the secondary winding 12 of which supplies high-voltage three-phase current to feed the contact converter. To the secondary winding 12 the - contact devices 17, 18 and 19 of the hugger are connected via switching chokes 13, 14, 15.
The switching throttles 13, 14, 15 have a magnetic core made of a high-quality iron type with a very high saturation induction, the magnetization characteristic of which is inclined as little as possible towards the flux axis in the unsaturated area, has a sharp kink at the transitions into the saturated areas and in the saturated areas is almost parallel to the axis of magnetic excitation.
The number of turns and core cross-section of the switching reactors are dimensioned in such a way that the core is highly saturated at the nominal value of the operating current and is only desaturated at very small instantaneous values of the current close to the current zero value, so that each time there is a low-current pause near a current zero passage , in which the current has negligibly small values for a while., so that a current interruption that takes place during the low-current break can be carried out under considerably easier conditions.
The contact devices 17, 18, 19 have a more or less large number of uninterrupted points connected in series. They consist preferably of a number of dormant con tact pieces that are bridged by moving switching bridges. The latter can be driven by a synchronous motor 16 via a common shaft 26, preferably via cranks, cams, eccentrics or the like. Via intermediate tappets, preferably in the manner of the valves of internal combustion engines. The drive elements mentioned have been omitted in the drawing for the sake of clarity.
The drive motor 16 can preferably be fed from the three-phase network 10 via a rotary transformer 30, which is used to adjust the phase position of the switching clock relative to the phase position of the AC voltage. The contact devices are also bridged by parallel current paths 27, 28, 29, which can preferably have a capacitive component and are divided into mutually equivalent sections.
Taps provided between the individual sections are connected to the corresponding contact pieces in such a way that the voltages occurring at the contact devices are distributed evenly to all interruption points. The parallel paths have: The task of delaying the rise of the recurring voltage when the contact opens. They can be tuned so that they influence the course of the magnetic flux of the switching chokes 18, 14, 15 during the blocking period in such a way that the switching chokes are always in an unsaturated state before being switched on, so that before the contact begins each time a low-power pause begins.
The same purpose can also be used for special bias windings that are placed on the magnetic core of the switching chokes, but are omitted in the drawing for the sake of clarity. These bias windings can be charged with direct or alternating current and at the same time fulfill the task of at least partially compensating for the coercive force of the switching inductors when the contact is opened,
so that the desaturation already starts at a small positive instantaneous value of the falling part of the current curve. A common line leads from the contact devices via a smoothing choke 37 to one pole of a direct current network 20, the other pole with the star point of the secondary winding 12 .The feed transformer is connected.
To facilitate the switch-on conditions, an auxiliary AC voltage of suitable frequency and phase labe example, can be taken from a special generator 40, which can either be coupled to the common Antriehsweble 26 or, as shown in the drawing, by a special synchronizer motor 39 is driven, which can advantageously be connected to the same lines on which the drive motor 1.6 is located; because it must be ensured that the auxiliary alternating voltage always has the same phase position in relation to the contact movement.
The generator 40, the excitation of which, like that of the motors 16 and 39, can be taken from any direct current network, unless permanent magnets are used to generate the field when the three-phase network 10. With 50 per./sec. is operated, for example, a sinusoidal auxiliary AC voltage of 150 periods in:
generate the second. This auxiliary AC voltage can be fed to an auxiliary circuit common to all phases, which is switched over to the contact devices of the individual phases in the cycle of the phase sequence with the aid of an additional switching device.
For this purpose, the contact groups 17, 18, 19 bridging auxiliary lines to Iden dormant contacts 21 to 26 of a double-pole switching device, whose movable contacts 31 and 34 are arranged on the drive shaft 26 and via slip rings 32, 35 and brushes 33, 36 on the auxiliary AC voltage source is connected. Instead of a mechanical switching device, grid-controlled discharge vessels can also be used as switching devices for the auxiliary AC voltage.
It is advisable to keep the high voltage potential away from the auxiliary AC voltage source 40 by interposing an insulating transformer 41, 42. The secondary side 42 of the insulating transformer can be bridged by a capacitor 38 which at least partially compensates for the disruptive inductance of the insulating transformer.
If the auxiliary AC voltage generator 40 is also arranged on the drive shaft 26, the slip rings can be omitted. The auxiliary lines can instead be permanently laid between the generator and the auxiliary contacts 31 and 34 along the shaft 26.
An insulating transformer may then be omitted, but the armature of the auxiliary alternating voltage generator is special compared to its excitation part. carefully isolate, unless a permanent magnet is used for excitation.
The mode of operation of the high-voltage contact converter is described as follows: In the position shown, the contacts of group 17 have just closed, while the contacts of group 19 are about to begin their opening movement. The middle phase contact group 18 is open. Shortly before the contacts of group 17 have closed, a small arc discharge came about between the auxiliary contacts 21, 31 and 24, 34 when they approach one another, through which a current flow was initiated.
This current cannot assume a large value because the switching inductor 13 is in the unsaturated state while the aforementioned current is flowing. Without using the invention, the arc voltage of the discharges at the auxiliary contacts 21, 31 and 24, 34 would also occur at the contacts of group 17 during the closure of the main contacts and may cause pre-sparks and thus harmful burn-off.
The said auxiliary AC voltage taken from the generator 40 prevents this. It is set so that it participates in the maintenance of the arc discharges by counteracting the arc voltage at the contacts 21, 31 and 24, 34, respectively. If the instantaneous values of the auxiliary AC voltage are approximately as large as the arc voltages, the latter are almost completely covered by the auxiliary AC voltage alone. There is then no potential difference between the auxiliary contacts 21 and 24.
As a result, there is no voltage at all at the ends of the contact group 17 either. Harmful switching fire cannot occur. After the shaft 26 has rotated 120, the above-described process is repeated on: the contact group 18 and the associated auxiliary contacts 22, 25, after another 120 'rotation of the group 19 and the associated auxiliary contacts 23, 26th
The circumferential auxiliary contacts can be designed so that they do not come into contact with the static auxiliary contacts, but rather are moved past them at a small distance.