Umformungsanordnuug mit mechanisch bewegten Kontakten. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umformung von Gleich- in Wechsel strom oder umgekehrt mittels mechanisch bewegter Kontakte, die sich periodisch jedes mal während einer stromschwachen Pause öffnen. Es ist bekannt, in einer derartigen Anordnung eine abschaltbare Grundlast auf der Gleichstromseite vorzusehen, um bei einem Absinken der Hauptbelastung zu ver hindern, dass eine völlige Entlastung eintritt, die infolge der hiermit. verbundenen Verla gerung der stromschwachen Pause gegenüber der Phasenlage der die Kontaktbewegung steuernden Spannung eine Gefährdung der Kontakte durch Öffnung ausserhalb der stromschwachen Pause verursachen kann.
Erfindungsgemäss wird eine Verbesserung dadurch erzielt, dass, die Grundlast mittels eines in Abhängigkeit von der Haupt belastung erregten Relais bei Unterschrei tung eines vorbestimmten Belastungswertes selbsttätig so rechtzeitig zugeschaltet wird, dass der Gleichstrom selbst bei völligem Ver schwinden der Hauptbelastung in keinem Augenblick unter einen vorbestimmten Kleinstwert sinkt.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und an Hand von Stromkurven gemäss Fig. 2 erläutert.
Nach Fig. 1 sind zum Energieaustausch zwischen einem Drehstromnetz 10 und einem Gleichstromnetz 20 Kontakteinrichtungen 1 bis 6 vorgesehen, die durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebsvor richtung abwechselnd in der Reihenfolge ihrer Bezifferung geöffnet und geschlossen werden, wobei sich die Schliessungszeiten .der Kontakte der einander ablösenden Phasen überlappen, so dass während der Über lappungszeit die Kommutierung vor sich gehen kann.
Als Antriebsvorrichtung kann beispielsweise eine Nocken- oder Exzenter- welle dienen, die von einem an das Dreh stromnetz angeschlossenen Synchronmotor mit regelbarer Phasenlage seines Drehfeldes angetrieben wird. Die Kontakteinrichtungen sind über einen Transformator mit den Pri- märwicl@lungen 1.1 und den Sekundärwick- lungen 12 und über Schaltdrosseln 13 mit.
bei Nennstrom hochgesättigten 1\Iagnet- kernen 14 an das Drehstromnetz 10 ange schlossen. Die Magnetkerne 14 bestehen vorzugsweise aus einer magnetisch hoch- -,vertigen Eisenlegierung, deren Magnetisie- rungskennlinie im ungesättigten Gebiet mög lichst.
wenig zur Flussaehse geneigt. sein, au den Übergangsstellen in die gesättigten Ge biete einen möglichst scharfe., Knick auf- weisen und in den. gesättigten Gebieten bei möglichst hoher Induktion annähernd parallel zur Erregerachse verlaufen sollen.
Durch die Schaltdrosseln 13 wird jedesmal in der Nähe eines Stromnulldurchganges infolge sprung- hafter Entsättibunc ihres 3Iagiietkerns eine stromschwache Pause hervorgerufen,
während welcher der Strom ohne für die Kontakte schädliches Schaltfeuer unterbrochen werden kann. Auf den Magnetkernen 14 können zur Beseitigung störender Hysteresiserseheinttn- gen in der Zeichnung nicht dargestellte Vor- magnetisierungswicklungen angeordnet sein.
Jede der Kontakteinrichtungen 1 bis fi kann beispielsweise aus einem Kontaktsatz 1,3 und einem hierzu parallel geschalteten, vorzugs weise kapazitiven Nebenpfad bestehen, der in Fig. 1 durch einen Kondensator 1.6 und einen Dämpfungswiderstand 1.7 verkörpert ist und dazu dient,
den Anstieg der an den Kontakten wiederkehrenden Spannung beim Öffnungsvorgang zu verzögern. Auf der Gleichstromseite sind nach der bekannten Gra,
etzschaltung je drei Konfakteinriclit uri- gen zu einem Gleichstrompol vei@tinigt lind über eine Glättungsdrossel 10 sowie einen Schalter 18 an das Gleichstromnetz 20 an- geschlossen.
Da -die @ontaktbewe@@ung durch den Synchronmotor mit der Spannung des Wech- selstromnetzes 10 in Beziehung steht:, lind cla ferner der Verlauf des Kommutierun-s- -l romes und- somit a ueli die Labe der von den Schaltdrosseln 7 3 verursachten strom- sch@wachen Pausen gegenüber der Phasen lage der Wechselspannung je nach
der Höhe des Belastungsstromes verschieden ist. so kann es sieh bei einer plötzlich auftretenden gleichstromseitigen Entlastung ereignen, dass der aiif Nennlast eingestellte Ausschaltzeit Punkt nicht mehr in die stromschwache 1'anse fällt, und dass infolgedessen Rüekzün- c11zn"-en eintreten,
durch die die Kontakte in u-enigen Sekunden bis zur völligen Un- b@auchbarkeit beschädigt werden können. Durch Nachstellung der Kontaktzeitpunkte mittels Regelung der Drehfeld-Phasenlage des A.ntriebsinotors würfle diese Gefahr nicht immer beseitigt zverd@n können, weil der durch diese Reuelum;
bewirkte Nachstellvor- gang wegen der Massenträgheit der inn- laufenden 'feile zuviel Zeit in Anspruch nimmt.
A.us dieseln Grunde ist eine Grundlast 21 an di(@ CTleielisl:roinpole angeschlossen. Durc;li rlia=se wird ein Gleichstrom von solcher Höhe anfreeliterhalten, dass die Lage der Aus- schallzeitptinkte innerhalb der stromschwa chen Pausen auf jeden Fall gesichert ist.
In denn Gruncllastkreis ist vorteilhaft auch eine Gläll;nu";sdi-ossel 22 anzuordnen, weil durch einen ,c#Ilenfüi,iiiigen Verlauf des Grund- last4tronies der bea,bsiehtigte Erfolg unter Uniständen vereitelt werden könnte.
Die Grundlast stellt nun aber einen Verlust dar, der bei langdauerndem Betriebe mit voller Belastung unerwünscht ist.
Man hat desha'Ib dic CTrundlast absehaltba.r gemacht. Es muss dann aliei- dafür gesorgt sein, dass die Grund last bei plötzlichem Absinken der Haupt- l,elzistiin" rechtzeitig zugeschaltet wird.
Zii diesem Zweck ist ein schnellschaltendes Re lais vorgesehen, dessen Magnetkern 23 vom Haaiptlaststrom oder von einem Teil dessel ben derart erregt; wird, dass sein Anker 24, der bei Webfall der Hauptbelastung die Re- laiskonta.kte 25 unter dein Zug einer Feder 2G geschlossen hält, oberhalb eines vor bestimmten Wertes der Hanptbelastunb an gezogen wird.
Für die rechtzeitige Zuschaltung der Grundlast bei sinkender Hauptbelastung soll der ungünstigste Fall zugrunde gelegt wer den, dass nämlich die Hauptbelastung bei spielsweise durch Öffnung des Schalters 18 völlig zum Verschwinden gebracht . wird.
Massgebend für das Zuschalten der Grundlast ist der in Fig. 2 beispielsweise dargestellte zeitliche Verlauf des abklingenden Stromes J$ im Hauptbelastungsstromkreis und des ansteigenden Stromes i" im Grundlastkreis, der in Fig. 2 für vemschiedene Fälle durch die Kurven 1 und 2a-2c dargestellt ist.
Die einzelnen Stromwerte i sind in Fig. 2 in Hundertteilen des Nennstromes J" angegeben, wobei die Werte bis 4 % in gewöhnlichem Massstab, die darüberliegenden Werte in logarithmischem Massstab aufgetragen sind.
Der abklingende Hauptlaststram verläuft nach einer logarithmischen Linie ent sprechend
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Hierin bedeutet
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die Zeitkonstante des Hauptbelastungskreises, die durch dessen Induktivität L$ und Ohmschen Widerstand RB gegeben ist und beispielsweise in dem am Anfang der Zeitachse angegebenen Zeit massstab gerade 1 ms betragen möge.
Es sei ferner angenommen, dass der Mindestwert J.;" des Stromes auf der Gleichstromseite, der nicht - auch vorübergehend nicht unterschritten werden darf, 1 % des Nenn stromes J" betragen möge. Den gleichen Wert muss also dem Endwert J" des Grund laststromes mindestens haben.
Der späteste Zeitpunkt, in dem der Grundlastkreis geschlossen werden muss, ist derjenige Augenblick, in welchem der Haupt laststrom J$ auf J",;" herabgesunken ist, das heisst nach Fig. 2 etwa 4,7 ms nach dem Be ginn der Unterbrechung des vorher Nenn strom führenden Hauptbelastungskreises. Da das Relais 23, 24 nicht trägheitslos arbeitet, sondern beispielsweise eine Eigenzeit von t". = 2 ms hat,
so muss sein Ansprechwert auf denjenigen Wert des Hauptbelastungs- stromes J$ eingestellt werden, der im Bei spiel um 2 ms vor der Erreichung des Wertes J.;" liegt, also nach Fig. 2 auf 7 % des Nennstromes Jn. Damit sind aber noch nicht alle Anforderungen erfüllt. Es muss viel mehr ferner noch dafür gesorgt sein, dass der Strom im Grundlastkreis mindestens ebenso schnell ansteigt, wie er im Hauptbelastungs- kreis sinkt.
Der Anstieg des Grundlast stromes folgt,dem Gesetz
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wobei wiederum
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die Zeitkonstante des Grundlastkreises be zeichnet, die durch seine Induktivität Lo und seinen Ohmschen Widerstand R, gegeben ist, und die die Anstiegsgeschwindigkeit des Grundlaststromes bestimmt. Für<I>To = TB</I> verläuft der Grundlaststrom nach der Kurve 1.
Die Summe aus Grundlaststrom und Hauptbelastungsstrom ist dann vom Augen blick der Zuschaltung des Grundlastkreises in jedem Augenblick J$ -I- 2o = Jmin = J.- Damit ist die aufgestellte Forderung, dass der Gleichstrom in keinem Augenblick unter den Wert J.;" sinken darf, erfüllt.
Der Ohmsche Widerstand Ro des Grund lastkreises ist durch die gegebene Gleich spannung und den Grundlaststrom Jo fest bestimmt. Seine Induktivität L" ist durch die Glättungsdrossel 22 gegeben und soll deshalb, wie oben bereits angedeutet, eine bestimmte Mindestgrösse haben.
Dieser Grenz wert kann insbesondere dann, wenn die Span nung auf der Gleichstromseite des Um formers - sei es durch Verstellung der Kon taktzeiten, sei es durch Veränderung der zu geführten Wechselspannung - geregelt wer den soll, eine solche Höhe haben, dass die Zeitkonstante To des Grundlastkreises grösser ist als die Zeitkonstante TB des Haupt-
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belastungskreises. <SEP> In <SEP> diesem <SEP> Falle <SEP> würde <SEP> der
<tb> Grundlaststrom <SEP> z. <SEP> B. <SEP> nach <SEP> einer <SEP> in <SEP> Fig.
<tb> gestrichelt <SEP> einbetragenen <SEP> Kurve <SEP> 2a, <SEP> ansteigen.
<tb> für <SEP> die <SEP> eine <SEP> Zeitkonstante <SEP> von <SEP> 1.,5 <SEP> ms <SEP> an genommen <SEP> ist.
<SEP> Die <SEP> Summe <SEP> aus <SEP> Grundlast strom <SEP> und <SEP> Hauptbelastungsstrom <SEP> würde <SEP> dann
<tb> der <SEP> ebenfalls <SEP> gestrichelt <SEP> eingetragenen <SEP> Kurve
<tb> ?9 <SEP> folgen <SEP> und <SEP> somit <SEP> während <SEP> mehrerer <SEP> Milli sekunden <SEP> kleiner <SEP> sein <SEP> als <SEP> der <SEP> zulässige <SEP> Grenz wert <SEP> 7",i".
<SEP> In <SEP> dieser <SEP> kurzen <SEP> Zeit <SEP> könnten <SEP> die
<tb> Kontakte <SEP> durch <SEP> Riickziindungen <SEP> unter <SEP> Um ständen <SEP> so <SEP> schwer <SEP> beschädigt <SEP> werden, <SEP> dass <SEP> der
<tb> Weiterbetrieb <SEP> der <SEP> Umformun--sanordnung
<tb> dadurch <SEP> gestört <SEP> wird.
<tb> Gegen <SEP> diesen <SEP> Übelstand <SEP> kann <SEP> auf <SEP> ver schiedene <SEP> Weise <SEP> Abhilfe <SEP> geschaffen <SEP> -erden.
<tb> Beispielsweise <SEP> kann <SEP> der <SEP> Dauerwert <SEP> des
<tb> Grundlaststromes <SEP> auf <SEP> den <SEP> Wert <SEP> J"' <SEP> herauf gesetzt <SEP> werden.
<SEP> Bei <SEP> gleicher <SEP> Zeitl@onstante
<tb> To <SEP> = <SEP> <B>1,5</B> <SEP> ms <SEP> verläuft <SEP> dann <SEP> der <SEP> Grundlast strom <SEP> nach <SEP> der <SEP> Kurve <SEP> 2b <SEP> und <SEP> die <SEP> Summe <SEP> aus
<tb> Grundlaststrom <SEP> und <SEP> Hauptbelastungsstrom
<tb> nach <SEP> -der <SEP> Kurve <SEP> ?i;
. <SEP> Diese <SEP> Vergrösserung <SEP> des
<tb> Endwertes <SEP> des <SEP> Grundlaststromes <SEP> soll <SEP> im
<tb> selben <SEP> Verhältnis <SEP> stehen <SEP> wie <SEP> die <SEP> Zeitkonstan ten <SEP> der <SEP> beiden <SEP> Stromkreis.-. <SEP> Bei <SEP> dem <SEP> in <SEP> Fig.
<tb> dargestellten <SEP> Beispiel <SEP> muss <SEP> also <SEP> <B>J.'</B>= <SEP> 1.5 <SEP> J"
<tb> oder <SEP> grösser <SEP> sein.
<tb> Eine <SEP> andere <SEP> llt)gliclilieit <SEP> besteht <SEP> darin,
<tb> den <SEP> Zeitpunkt, <SEP> in <SEP> dem <SEP> die <SEP> Grundlast <SEP> zuge schaltet <SEP> wird, <SEP> vorzuverlegen, <SEP> so <SEP> dass <SEP> sich <SEP> bei spielsweise <SEP> ein <SEP> Verlauf <SEP> des <SEP> (-r'rundlaststrom,:
<SEP> s
<tb> nach <SEP> der <SEP> Kurve <SEP> ?c <SEP> ergibt. <SEP> Der <SEP> Anstieg <SEP> des
<tb> Grundlaststromes <SEP> be-,innt <SEP> hier <SEP> bereits, <SEP> wenn
<tb> der <SEP> Hauptbelastungsstrom <SEP> den <SEP> Wert <SEP> 3,3 <SEP> ö
<tb> unterschreitet. <SEP> Der <SEP> Summenstrom <SEP> verläuft
<tb> dann <SEP> nach <SEP> der <SEP> Kurve <SEP> 2c. <SEP> Bei <SEP> gleicher <SEP> Eigen zeit <SEP> t, <SEP> des <SEP> Zusehaltrelais <SEP> 23, <SEP> 24 <SEP> ist <SEP> hier
<tb> dessen <SEP> Anspreehwert <SEP> -esentlich <SEP> höher <SEP> ein zustellen, <SEP> nämlich, <SEP> wie <SEP> sich <SEP> aus <SEP> Fig. <SEP> ? <SEP> ergibt,
<tb> auf <SEP> 24% <SEP> des <SEP> Nennstromwertes.
<SEP> Die <SEP> Vorver legung <SEP> des <SEP> Zuschaltzeitpunktes <SEP> ist <SEP> daher
<tb> hier <SEP> nur <SEP> dann <SEP> empfehlenswert, <SEP> wenn <SEP> sich <SEP> a.us
<tb> den <SEP> im <SEP> Einzelfalle <SEP> gegebenen <SEP> Betriebs umständen <SEP> ergibt., <SEP> dass <SEP> die <SEP> Hauptbelastung
<tb> bei <SEP> dem <SEP> behandelten <SEP> Beispiel <SEP> nur <SEP> selten <SEP> unter
<tb> ?i <SEP> ihres <SEP> Nennwertes <SEP> sinkt.
<SEP> Kommen <SEP> jedoch
<tb> Fälle <SEP> niedrigerer <SEP> Belastung <SEP> im <SEP> Betrieb <SEP> der
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Umformungsanordnung <SEP> häufig <SEP> vor, <SEP> so <SEP> ist
<tb> eine <SEP> Vergrösserung <SEP> der <SEP> Grundlast <SEP> vorzu ziehen, <SEP> sofern <SEP> nicht <SEP> mit <SEP> längeren <SEP> Zeiten
<tb> gänzlichen <SEP> oder <SEP> nahezu <SEP> gänzlichen <SEP> Leer laufes <SEP> zu <SEP> rechnen <SEP> ist.
<tb> Eine <SEP> wesentliche <SEP> V <SEP> erbesserun- <SEP> kann <SEP> iui ter <SEP> Umständen <SEP> dadurch <SEP> erzielt <SEP> werden. <SEP> dass
<tb> die <SEP> Eigenzeit <SEP> des <SEP> Zuschaltrelais <SEP> 23, <SEP> ?4 <SEP> be sonders <SEP> klein. <SEP> gemacht <SEP> wird.
<SEP> Dadurch <SEP> kann
<tb> die <SEP> Vorverlegung <SEP> des <SEP> Zuschaltpunktes <SEP> und
<tb> die <SEP> damit <SEP> verbundene <SEP> Erböhunb <SEP> des <SEP> An sprcchwei-tes <SEP> ganz <SEP> oder <SEP> wenigstens <SEP> zum <SEP> Teil
<tb> ausgeglichen <SEP> werden. <SEP> Beträgt <SEP> beispielsweise
<tb> in <SEP> dem <SEP> zuletzt <SEP> beschriebenen <SEP> Falle <SEP> die
<tb> t,_ <SEP> nur.
<SEP> <B>L.ia</B> <SEP> ins <SEP> statt <SEP> '? <SEP> ms, <SEP> so <SEP> kann <SEP> <B>-p-</B>
<tb> i <SEP> m <SEP> <B>äss</B> <SEP> Fi,# <SEP> <B>-"-.</B> <SEP> det <SEP> <B>-</B> <SEP> Ansprechwert <SEP> von <SEP> 24 <SEP> auf
<tb> <B>11.1o</B> <SEP> Nennstromes <SEP> herabgesetzt <SEP> werden.
<tb> Es <SEP> ist <SEP> natürli-cli <SEP> ohne <SEP> weiteres <SEP> möglich, <SEP> die
<tb> vorbeschriebenen <SEP> Massnahmen <SEP> in <SEP> beliebiger
<tb> Kombination <SEP> miteinander <SEP> anzuwenden, <SEP> um
<tb> das <SEP> Absinken <SEP> des <SEP> Gleichstromes <SEP> unter <SEP> den
<tb> zugelassenen <SEP> Wert <SEP> 7",i" <SEP> in <SEP> jedem <SEP> Augenblick
<tb> zu <SEP> verhindern.
<tb> Für <SEP> die <SEP> Abschaltung <SEP> der <SEP> Grundlast <SEP> sind
<tb> die <SEP> Bedingungen <SEP> weniger <SEP> streng,
<SEP> weil <SEP> das
<tb> Anwachsen <SEP> des <SEP> Hauptbelastungsstromes <SEP> ge %cöliiilieh <SEP> nicht <SEP> so <SEP> plötzlich <SEP> erfolgt <SEP> wie <SEP> sein
<tb> Verschwinden, <SEP> das <SEP> beispielsweise <SEP> durch
<tb> Selbstauslösung <SEP> des <SEP> Hauptschalters <SEP> 18 <SEP> des
<tb> Glcichstrombelastungskreises <SEP> infolge <SEP> einer
<tb> Störung <SEP> herbeigeführt <SEP> werden <SEP> kann. <SEP> Die
<tb> Steigerung <SEP> der <SEP> Belastung <SEP> wird <SEP> meistens <SEP> will kürlichvorgenommen <SEP> und <SEP> kann <SEP> infolgedessen
<tb> beliebig <SEP> verlangsamt <SEP> werden. <SEP> Die <SEP> Abschal tung <SEP> der <SEP> Grundlast:
<SEP> kann <SEP> hierbei <SEP> durch <SEP> den
<tb> gleichen <SEP> Magneten <SEP> 23 <SEP> bewirkt <SEP> werden, <SEP> indem
<tb> dieser <SEP> seinen <SEP> Anker <SEP> 24 <SEP> bei <SEP> einem <SEP> dem <SEP> ver grösserten <SEP> Luftspalt <SEP> entsprechenden <SEP> höheren
<tb> Belastungswert <SEP> anzieht <SEP> und <SEP> dadurch <SEP> die
<tb> Kontakte <SEP> ?5 <SEP> öffnet.
<tb> Werden <SEP> zur <SEP> Erzielung <SEP> möglichst <SEP> kleiner
<tb> Eigenzeit <SEP> die <SEP> Relaiskontakte <SEP> besonders <SEP> leicht
<tb> und <SEP> einfach <SEP> ausgeführt <SEP> und <SEP> der <SEP> Hubweg <SEP> des
<tb> Ankers <SEP> 24 <SEP> möglichst <SEP> klein <SEP> gemacht,
<SEP> so <SEP> kön nen <SEP> sich <SEP> bei <SEP> der <SEP> Abschaltung <SEP> des <SEP> Grundlast kreises <SEP> Schwierigkeiten <SEP> hinsichtlich <SEP> der
<tb> Löschung <SEP> des <SEP> hierbei <SEP> auftretenden <SEP> Gleich stromlichtbogens <SEP> ergeben. <SEP> Um <SEP> dieser <SEP> Sehwie- rigkeiten Herr zu werden, kann man zur Unterbrechung des Grundlastkreises ein be sonderes Schütz 27 benutzen, und zwar ein gewöhnliches Schütz mit entsprechendem Löschvermögen. Die Kontakte dieses Schützes sind zu den Relaiskontakten 25 parallel ge schaltet. Seine Erregerspule ist an die beiden Gleichstrompole angeschlossen und ausserdem mit einer Überbrückungseinrichtung ver sehen-, durch die sie beim Abschalten der Grundlast kurzgeschlossen wird.
Zu diesem Zweck können am Relais 23, 24 Hilfs kontakte vorgesehen sein, die sich beim Offnen der Hauptkontakte 25 schliessen. Statt dessen können der Magnet 23 und der Anker 24 des Relais, die beim Öffnen der Kontakte 25 miteinander in Berührung kom men, zur Überbrückung der Schützspule herangezogen werden. Zur Vermeidung eines unmittelbaren Kurzschlusses zwischen den Gleichstrompolen ist ein Strombegrenzungs- widerstand 28 im Stromkreis der Schützspule angeordnet.
Diese verbesserte Anordnung wirkt so, dass beim Absinken der Haupt belastung zuerst die Relaiskontakte 25 rasch geschlossen werden, worauf die Erregerspule des Schützes 27, deren Überbrückung nun mehr aufgehoben ist, nachträglich auch die Schliessung der Schützkontakte veranlasst. Bei ansteigender Hauptbelastung öffnen sich wieder zuerst die Relaiskontakte 25, und zwar stromlos, weil .der Grundlastkreis zu nächst über die Schützkontakte geschlossen bleibt.
Er wird erst nachträglich durch die Schützkontakte unter Löschung des Licht bogens unterbrochen, nachdem die Schütz spule durch die Hilfskontakte des Relais kurzgeschlossen worden ist, wobei zugleich auch der über den Widerstand 28 führende Stromkreis zur Schützbetätigung mit ab geschaltet wird.