DE686404C - Verfahren zur Sicherstellung der Stromuebergabe in Schaltstromrichtern - Google Patents

Verfahren zur Sicherstellung der Stromuebergabe in Schaltstromrichtern

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DE686404C
DE686404C DE1936S0121912 DES0121912D DE686404C DE 686404 C DE686404 C DE 686404C DE 1936S0121912 DE1936S0121912 DE 1936S0121912 DE S0121912 D DES0121912 D DE S0121912D DE 686404 C DE686404 C DE 686404C
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Dr-Ing Erich Rolf
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Siemens Schuckertwerke AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters
    • H02M1/26Contact mechanisms of dynamic converters incorporating cam-operated contacts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Sicherstellung der Stromübergabe in Schaltstromrichtern Es ist bekannt, bei Schaltstromrichtern die Funkenbildung an den Kontakten dadurch zu bekämpfen, daß man mit den Kontakten Drosseln, im folgenden kurz Schaltdrosseln genannt, in Reihe schaltet, die sich bereits bei einem geringen Bruchteil des normalen Stromes sprunghaft sättigen und damit die vorhandene große Induktivität nahezu restlos verlieren. Dadurch wird erreicht, daß der Strom in dem zu öffnenden Kontakt beim Kommutierungsvorgang so stark herabgesetzt wird, daß eine Lichtbogenbildung bei der Kontaktöffnung nicht mehr auftreten kann.
  • Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren, das zum Ziele hat, -die einwandfreie Stromübergabe auch dann sicherzustellen, wenn die Belastungsverhältnisse weitgehenden Schwankungen unterworfen sind. Die Erfindung baut sich auf Überlegungen auf, die von der neuen Erkenntnis ausgehen, daß die Vorgänge bei der Kontaktüberlappung und die während dieses Zeitraumes im Überlappungskreis wirksamen Größen eine entscheidende Rolle für die bei wechselnder Belastung zu ergreifenden Maßnahmen spielen. Das Problem der Berücksichtigung schwankender Belastung ist bisher noch nicht behandelt worden. Es sind zwar schon Erläuterungen gegeben worden, die die Einwirkung der Schaltdrosseln auf die Kommutierung klarzustellen versuchen. Man hatte hierüber jedoch Vorstellungen, die die Kontaktüberlappung überhaupt nicht beachteten und @dah@er auch nicht geeignet waren, Anweisungen für die Beeinflussung des Arbeitsvorganges des Schaltstromrichters aufzustellen, um schwankende Belastung zu berücksichtigen. Man ging bisher nämlich von der Vorstellung aus, .daß die Schaltdrossel durch das natürliche Absinken des ungeglätteten Kontaktstromes nach einer Sinuskurve zur Wirkung gebracht wird, und zwar in der Weise, daß bei Unterschreitung der Sättigungsgrenze durch den Strom in der Schaltdrossel ein Induktionsspannungsstoß entsteht, der die Spannungskurve beim Nulldurchgang verformt. Der Begriff der Überlappung, der für die Erfindung eine entscheidende Rolle spielt, war zwar schon von dem Kommutierungsvorgang von Ventilgleichrichtern her bekannt. Beim Schaltstromrichter handelt es sich aber um eine Einrichtung, die des Ventilcharakters von vornherein entbehrt, so daß ganz andere Gesichtspunkte für den Stromübergabevorgan.g und dessen Abhängigkeit von der Belastung zutage treten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sicherstellung der Stromübergabe in Schaltstromrichtern, deren periodisch bewegte Schaltkontakte sich in ihrer Schließungsdauer überlappen und bei denen in den durch die Kontaktüberlappung gebildeten Ku,Fzschlußkreisen Schaltdrosseln liegen, Lee steht darin, daß das Verhältnis des Integrals der in dem Kurzschlußkreis während der Überlappungszeit wirksamen -Spannung zur Reaktanz dieses Kreises in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom derart eingestellt wird, daß der Kurzschlußstrom am Ende der Überlappungszeit einen Wert erreicht, der höchstens um den Sättigungsstrom der Drosseln größer oder kleiner ist als der Gleichstrom.
  • Die Erfindung möge im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Da die Vorgänge bei der Stromübergabe am leichtesten zu übersehen sind, wenn die Umformungseinrichtung als Gleichrichter arbeitet, so soll dieser Betriebsfall als Beispiel zur Erläuterung heuangezogen werden. Fig.'i zeigt das Schaltbild einer dreiphasigen Gleichrichteranordnung. 1,:2 und 3 seien nie drei sekundären Phasenwicklungen des speisenden Drehstromtransformators. Durch das periodische Schließen und öffnen der Schaltkontakte 7, 8 und 9 wird der von dem Transformator gelieferte dreiphasige Wechselstrom in Gleichstrom umgeformt und .dem Verbraucher i i über eine Glättungsinduktivität io zugeführt. In Reihe mit den Schaltkontakten 7, 8 und 9 ist je eine der hochgesättigten Drosselspulenq.,5 und6 geschaltet. D.ieStrömübergabe von einem Kontakt auf den Folgekontakt wird dadurch eingeleitet, daß der Folgekontakt geschlossen wird. Eine Zeitlang bleiben dann beide Kontakte gleichzeitig geschlossen, bis schließlich der abzulösende Kontakt geöffnet wird. In Fig. i sind beispielsweise die Kontakte 7 und 8 in geschlossenem Zustand dargestellt. Man erkennt, daß während der Zeit, während deren beide Kontakte gleichzeitig geschlossensind, ein in sich kurzgeschlossener Stromkreis besteht, in dem als treibende Spannungen die Differenz zwischen den Spannungen der Phase i und der Phase 2 wirksam ist.
  • In Fig.2 ist der zeitliche Verlauf der Phasenspannungen ei und e2 in den Wicklungen i bzw. 2 kurvenmäßig dargestellt. Der Einfachheit halber möge angenommen werden, daß die Schließung des Folgekontaktes genau in dem Zeitpunkt erfolgt, in dem ei gleiche, ist. Die indem Kürzschlußstromkreis wirksame Spannung ist dann in jedem Augenblick gleich der Differenz zwischen e2 und ei. Der Kurzschlußstrom ik, der durch diese resultierende Spannung hervorgerufen wird, ist in >einem zeitlichen Verlauf durch die Größe der Induktivitäten des Kurzschlußkreises, also Lurch die Streuirnduktivitäten der Transformatorwicklungen und die Induktivitäten der in Reihe mit den Kontakten -geschalteten Drosselspulen bestimmt. Da die Differenz :zwischen e2 und ei sinusförmigen Verlauf Zäzgt, so muß der Verlauf des Kurzschluß-'srrömes, wenn man einmal die Induktivitäten .- als konstant annimmt, ebenfalls sinusförmig sein- Der sich einstellende Kurzschlußstrom wird dabei um so größer sein, je kleiner die Gesamtindüktivität des Kreises ist. In dem unteren Teil der Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des Kurzschlußstroines für drei verschiedene konstante Größen der Gesamtindukt.ivität .dargestellt. ikl mag beispielsweise der Kurzschlußstrom sein, wenn die beiden in dem Stromkreis liegenden Drosselspülen q. und 5 gesättigt sind, so daß die Gesa.mtinduktivität des Kreises sich zusammensetzt aus den Streuinduktivitäten der Transformatorwicklungen und denLuftinduktivitäten beider Drosseln. ikz mag der Kufzschlußstrom sein, der sich einstellt, wenn die eine der beiden Drosseln entsättigt ist, und il" mag schließlich für den Fall gelten, daß beide Drosseln entsättigt sind.
  • Das magnetische Verhalten der Drosselspulen möge nun so sein, daß unterhalb eines bestimmten Strombetrages praktisch keinerlei Sättigung vorhanden ist, daß aber bei Überschreitung dieses Strombetrages die Sättigung sprunghaft bis auf ihren Höchstwert ansteigt. Oberhalb des Sättigungsstromwertes ist dann also nur noch die Luftinduktivität der Drosselspulen wirksam. Die vereinfachte Magnetisierungskennlinie einer solchen Drosselspule zeigt Fig. 3. Bis zu dem Sättigungswert i. steigt die magnetische Induktion B sehr steil mit dem Magnetisierungsstrom i an, um bei Überschreitung der Grenze i, nach der Magnetisierungskennlinie, wie sie für Luft gilt, weiter zu verlaufen. Bezeichnet man das Verhältnis der als konstant angenommenen Permeabilität des Kernes der Drossel bei MMagnetisierungsstörun.gen unterhalb is zu der Permeabilität der Luft mit,u, so ist der Selbstinduktionakoeffizient der ,u-Drosselspule in dem Bereich von -i. bis + i, annähernd ,umal so groß wie außerhalb dieses Bereiches. Bei Unterschreitung des Wertes is durch den Magnetisierungsstrom springt also die Induktivität der Drossel etwa auf das »-fache.
  • An Hand der folgenden Figuren soll erläutert werden, welcher Stromverlauf sich an den beiden einander ablösenden Kontakten ergibt; wenn die `Belastung der Umformungseinrichtung, in dem vorliegenden Beispiel .also die Größe .des Verbrauchergleichstromes, veränderlich ist. Es möge dabei angenommen werden, daß der Sättigungsstrom i, für die Drosseln infolge geeigneter Dimensionierung übereinstimmt mit dem kritischen Strom ih,., der durch die Schaltkontakte noch unterbrochen werden kann, ohne daß eine schädliche Lichtbogenbildung einsetzt. Es möge weiterhin die Annahme gemacht werden, daß die Schließung des Folgekontaktes immer im Zeitpunkt der Spannungsgleichheit erfolgt und daß der gleichgerichtete Strom vollständig geglättet ist. Die letztgenannte Annahme hat zur Folge, daß in jedem Augenblick die Summe der Ströme in den beiden gleichzeitig geschlossenen Kontakten immer gleich dem Verbrauchergleichstrom sein muß. Es muß also in jedem Augenblick il -E-. i2 gleich Ig sein. In den Fig. 4 bis 8 sind als Ordinaten die Ströme il und i2 der beiden einander ablösenden Kontakte 7 bzw. 8 und als Abszisse die Zeit t bzw. die magnetische Induktion in den Drosselspulen B aufgetragen. Der Einfachheit halber sind in den Fig.4 bis 9 die Stücke der Stromkurven nicht sinusförmig gezeichnet, wie es, strenggenommen, richtig wäre, sondern der Verlauf der Ströme ist aus geraden Stücken zusammengesetzt.
  • Fig.4 zeigt zunächst die Verhältnisse für einen verhältnismäßig großen Belastungsstrom Ig. Vor dem Zeitpunkt to, also vor Beginn des Kommutierungsvorganges, führt allein der Kontakt r den gesamten Gleichstrom Ig. So lange ist also il gleich Ig. Da Ig wesentlich größer ist 'als der Sättigungswert is, der sich aus der strichpunktiert in Fig. 4 gekennzeichneten Magnetisierungskennlinie der Drosseln ergibt, so ist die dem Kontakt 7 vorgeschaltete Drossel gesättigt, besitzt also nur ihre geringe Induktivität. Sobald im Zeitpunkt to der Kontakt 8 ebenfalls geschlossen wird, entsteht dadurch ein Kurzschlußstromkreis, in welchem ein Kurzschlußstrom hervorgerufen wird, der dem Strom il in dem Kontakt 7 entgegengesetzt gerichtet ist. Der Kontakt 8 führt lediglich diesen Kurzschlußstrom. In demselben Maße, in dem der Kurzschlußstrom in dem Kontakt 8 steigt, sinkt der Strom il in dem Kontakt 7. Da der Kurzschlußstrom erst von Null aus im Entstehen begriffen ist, so ist die in Reihe mit dem Kontakt 8 liegendeDrossel zunächst noch ungesättigt; in dem Kurzschlußstromkreis liegt also eine gesättigte und eine ungesättigte Drossel in Reihe. Der Anstieg des Stromes würde also nach der mittleren Kurve il" in Fig. 2 verlaufen. Im Zeitpunkt t1 überschreitet der Strom i2 den Sättigungswert, und die in Reihe mit dem. Kontakt 8 liegende Drossel vermindert sprunghaft ihre Induktivität, so daß nunmehr beide Drosseln gesättigt sind und die Stromänderung nach der steilsten Kurve in Fig. 2 vor sich geht. Der Strom i2 steigt also rasch an. Dementsprechend fällt aber der Strom il ebenso rasch ab und erreicht im Zeitpunkt t2 nun seinerseits den Sättigungswert. Nunmehr ist die 4n Reihe mit dem Kontakt 7 liegende Drossel entsättigt, so daß wiederum eine ungesättigte und eine gesättigte Drossel in Reihe liegen. Der Stromanstieg verläuft also wieder flach, und zwar so lange, bis der Strom il den negativen Wert des Sättigungsstromes überschreitet. Von dann ab geht der Stromverlauf wieder nach der steilsten Kurve vor sich, wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.
  • Unter der Voraussetzung, daß der Sättigungswert gleich dem kritischen Stromwert ist, ist also t3 der letzte Zeitpunkt, in dem noch eine lichtbogenfreie Öffnung des Kontaktes 7 möglich ist. Die Öffnung des Kontaktes 7 muß also innerhalb des Zeitintervalls t2, t3 erfolgen.
  • Fig.5 zeigt den Kommutierungsvorgang bei einem etwas geringeren Belastungsstrom lg, der aber noch oberhalb des Sättigungswertes i" liegt. Man erkennt, daß das Zeitintervall t1, t2, innerhalb dessen der Kommutierungsvorgang den steilsten Verlauf zeigt, wesentlich zusammengeschrumpft ist. Entsprechend ist der Zeitpunkt t3, in dem spätestens die Kontakttrennung erfolgen muß, näher an to herangerückt. Fig. 6 zeigt schließlich den Fall, daß 1g gleich dem doppelten Wert des Sättigungswertes i, ist. Der steile Verlauf der Ströme, der bei den vorher gezeigten Beispielen in der Mitte des Kommutierungsvorganges vorhanden war, ist nunmehr ganz verschwunden, da in dem Augenblick, in dem i2 den Sättigungswert überschreitet, il den Sättigungswert unterschreitet, so daß in dem Intervall to, t3 ,ständig eine der beiden Drosseln entsättigt ist. Der Stromverlauf- zeigt also ständig die Steilheit gemäß der Kurve ik2 in Fig. 2. In Fig. 7 ist ig gleich is. Unmittelbar bei Beginn ;des Kommutierungsvorganges im Punkte to unterschreitet il den Sättigungswert; während i2 ebenfalls noch unterhalb des Sättigungswertes liegt. In diesem Falle sind also beide Drosseln längere Zeit gleichzeitig .entsättigt, und der Stromverlauf zeigt den flachsten Verlauf, der möglich ist, bis im Zeitpunkt t2 der Strom i, den Sättigungswert überschreitet. Daran setzt sich ein Stück des Stromverlaufs mit mittlerer Steilheit an, bis schließlich auch il den Sättigungswert in negativer Richtung überschreitet und somit der Stromverlauf die größte Steilheit annimmt.
  • Fig.8 zeigt schließlich den Vorgang bei Leerlauf, also bei Ig gleich Null. In beiden Kontakten fließt gleichzeitig .nur der Kurzschlußstrom, und zwar in dem einen in positiver, in dem anderen in negativer Richtung. Im Zeitpunkt t1 überschreiten beide Ströme gleichzeitig den Sättigungswert, so daß die Steilheit des Stromverlaufs in diesem Punkt von dem kleinsten bis auf den größten Wert springt. Bei Leerlauf muß also .die Kontakttrennung in dem Intervall to bis t, erfolgen. Wenn der kritische Stromwert nicht mit denn Sättigungsstrom übereinstimmt, so wird dadurch auch .die Lage und die Ausdehnung des Zeitintervalls, während dessen die Kontakttrennung möglich ist, verändert. Ist z. B. .der kritische Wertkleiner als der Sättigungswert, so werden die Zeitgrenzen, innerhalb deren die Kontakttrennung erfolgen muß, ganz erheblich eingeschränkt.
  • Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß sich infolge der Verschiebung des Stromver-Laufs während der Kommutierungszeit bei wechselnder Belastung Schwierigkeiten hinsichtlich der funkenfreien Stromübergabe ergeben, wenn man mit in bezug auf die Wechselspannungskurve fest eingestellten Schaltzeitpunkten arbeitet. Beeinflußt man jedoch nach dem Vorschlage der Erfindung die gegenseitige Lage der Schaltzeitpunkte und der infolge der Entsättigung,der Drosselspulen abgeflachten Kurvenstücke des Stromverlaufs und wählt man diese Beeinflussung insbesondere so, daß die Kontakttrennung stets in ein Zeitintervall fällt, während dessen mindestens eine der Drosseln entsättigt ist, und der Strom in dem zu öffnenden Kontakt unterhalb des kritischen Wertes liegt, so ist dadurch die Gewähr für eine stets einwandfreie Kommutierung bei allen Belastungen gegeben.
  • Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten. So kann man beispielsweise mit wechselnder Belastung die Synchronlage des Zeitpunktes der Kontaktöffnung in Bezug auf die Periode der Stromübertragung verschieben. Unter Umständen kann es dabei vorteilhaft sein, wenn gleichzeitig mit der Verlegung des Zeitpunktes der Kontakttrennung auch der Zeitpunkt der Kontaktschließung verlegt wind. Je nach der Differenz der beiden Phasenspannungen in 4e1n Zeitpunkt, in dem die Kontaktschließung erfolgt, ergibt sich ein steilerer oder flacherer Anstieg der Kurve der in dem Kurzschlußkreis wirksamen Spannung. Die einfachsten Verhältnisse bei gleichzeitiger Veränderung des Einsch,alt- und Ausschaltzeitpunktes ergeben sich; wenn die Überlappungsdawer konstant gehalten wird, wenn also beide Zeitpunkte in gleicher Richtung um das gleiche Maß verschoben werden. Für die Veränderung der Synchronlage der Schaltzeitpunkte sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, auf welche Weise man die Veränderung der Synchronlage der Schaltzeitpunkte durchführen kann. Es sei hier nur beispielsweise die Verschiebung der festen Kontakte und die Verwendung eines synchronen Antriebsmotors mit mehreren Erregerwicklungen in verschiedenen Achsen erwähnt. Alle diese Verstellungen der Schaltzeitpunkte arbeiten verhältnismäßig träge, sind also im allgemeinen mit Vorteil nur dort zu verwenden, wo die Belastungsschwankungen verhältnismäßig langsam erfolgen. Bemißt man die Drosselspulen derart, daß das Zeitintervall, während dessen der zu unterbrechende Strom einen flachen Verlauf zeigt; also beispielsweise das Zeitintervall t2, t3 in den Fig.4 und 5 verhältnismäßig groß ist, so ist es möglich, innerhalb gewisser Belastungsgrenzen eine einwandfreie Kommutierung zu erzielen, ohne daß irgendeine lastabhängige Beeinflussung des Kommutierungsvorganges vorgenommen wird. Diese Belastungsgrenzen ergeben sich aus der Bedingung, daß der einmal fest eingestellte Zeitpunkt der Kontakttrennung noch innerhalb des Zeitintervalls t2, t3 liegen muß, unter der Voraussetzung, daß der kritische Stromwert nicht kleiner ist als der Sättigungswert.
  • Ist die Aufgabe gestellt, von Leerlauf bis zu einem bestimmten Belastungswert die Kont:akttrennüng ohne besondere Beeinflussung des Kommutierungsvorganges stets bei einem Strom unterhalb des kritischen Wertes erfolgen zu lassen, so ergibt sich die größtmögliche Belastung aus der Bedingung, daß bei Belastung der zu unterbrechende Strom in dem Öffnungspunkt mindestens bis auf den kritischen Wert herabgesunken sein muß und daß bei Leerlauf die Kontakttrennung spätestens in dem Zeitpunkt erfolgen darf, in dem der zu öffnende Strom den kritischen Wert erreicht. Betrachtet man diese Verhältnisse beispielsweise an Hand der Fig. q: für Belastung und der Fi.g. 8 für Leerlauf, so heißt das, daß der Punkt A in Fig. 4 zeitlich vor dem Zeitpunkt t1 in Fig. 8 liegen muß.
  • In vielen Fällen werden sich @diese günstigen Verhältnisse nicht .erreichen oder aus anderen Gründen nicht anwenden lassen, Der Punkt A wird also vielfach zeitlich hinter dem Zeitpunkt t1 bei Leerlauf liegen. Man kann aber künstlich eine Überlappung der flachen Stromkurvenstücke bei Leerlauf und bei Belastung dadurch erreichen, daß man bei Leerlauf der Umformungseinrichtung eine Vorbelastung erteilt, wenn man also beispielsweise bei einem Gleichrichter beim Herabsinken der Belastung. unterhalb eines gewissen Wertes einen Hilfsbelastungsstromkreis an die Gleichstromklernmen anschließt. Bei Belastungen, bei denen eine Verzögerung des flachen Stromstückes nicht mehr erforderlich ist, wird die Hilfsbelastung zweckmäßig abgeschaltet, um den Wirkungsgrad,der Anordnung nicht unnötig zu beeinträchtigen. Ein Vergleich zwischen den Fig.7 und 8 zeigt, daß mit einer verhältnismäßig kleinen Vorbe-- lastung (in Fig. 7 ist der Vorbelastungsstrom gleich dem Sättigungsstrom) eine unter Umständen beträchtliche Verlängerung des flachen Stromverlaufes erzielt werden kann. Wenn auch nicht in allen Fällen erreicht werden kann, daß mit nur einer Stufe der Vorbelastung der Zeitpunkt, in dem die Kontaktöffnung bei Leerlauf spätestens erfolgen muß, hinter dem Zeitpunkt liegt, in dem bei Volllast die Kontakttrennung frühestens erfolgen darf, so lassen sich durch die Anwendung einer Vorbelastung doch die zusätzlichen Mittel zur lastabhängigen Beeinflussung -der Kommutierun.g erheblich vereinfachen.
  • In dem Vorbelastungsstromkreis werden zweckmäßig Glättungsmittel vorgesehen, da durch einen welligen Vorbelastungsstrom die eben erläuterten Verhältnisse unter Umständen wieder gestört werden. Damit der Vorbelastungsstrom, der ja im allgemeinen lediglich mit Rücksicht auf,die Größe des Sättigungsstromes bzw. des kritischen Stromes festgelegt ist, nicht durch Schwankungen in' der von der Uinförmun;gs.einrichtung gelieferten Spannung verändert wird, so wird mit Vorteil als Hilfsbelastungsverbraucher ein konstanter Stromwiderstand verwendet. Als konstanter Stromwiderstand kann beispielsweise ein Eisenwasserstoffwiderstand Verwendung finden, oder es kann für diesen Zweck ein Gleichstrommotor vorgesehen werden, der mit konstantem Drehmoment, beispielsweise seinem eigenen Reibungsmoment, belastet ist.
  • Eine weitere Möglichkeit für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht .darin, daß die in Reihe mit den Schaltkontakten geschalteten Drosseln mit Vormagnetisierungswicklungen ausgerüstet werden, die in Abhängigkeit von ,der Belastung der Umformungseinrichtung mit veränderlichem .Magnetisierungsstrom beschickt werden. Wie sich -der Vorgang der Stromübergabe bei einer bestimmten Belastung durch eine Vormagnetisierung der Drosselspulen verändert, möge an Hand der Fig.4 und 9 erläutert werden. In Fig.4, die zum größten Teil schon weiter oben erläutert wurde, ist die idealisierte Magnetisierungskennlinie -der Drosselspulen -durch einen strichpunktierten Linienzug dargestellt. Als Ordinate ist in Übereinstimmung reit den anderen Kurven der Strom, als Abszisse die magnetische Induktion B gewählt. Fig. 4 zeigt .die Vorgänge bei nicht vormagnetisierter Drosselspule, wenn also der Nullpunkt der magnetischen Induktion zusammenfällt mit dein Nullwert des Stromes, der durch die Drosselspule und den zugehörigen Kontakt fließt. In Fig.9 ist dagegen angenommen, daß die Drosseln so vormagnetisiert sind, :daß erst ein negativer Strom von der Größe des Sättigungsstromes durch die Drossel fließen muß, um die magnetische Induktion in ihrem Kern bis auf Null herabzusetzen. In dem Augenblick, wo bei einer derartigen Vormagnetisierung der Strom i2 in dem Folgekontakt auch nur im geringsten einen positiven Wert annimmt, so ist die Drossel bereits voll gesättigt, und ihre Induktivität ist dementsprechend gering. Unmittelbar nach dem Einschaltzeitpunkt folgt also ein Zeitintervall to, il, während dessen beide Drosseln des Kurzschlußstromkreises gesättigt sind, so daß der Vorgang der Stromübergabe mit größter Steilheit verläuft, bis schließlich der Strom in dem zu öffnenden Kontakt bis auf Null herabgesunken ist. Im weiteren Verlauf unterschreitet der Strom in dem zu öffnenden Kontakt den Nullwert, wird also negativ, und damit wird die mit ihm in Reihe geschaltete Drosselspule entsättigt. An sich verläuft der Strom il nunmehr so lange mit der Steilheit, wie sie dem Vorhandensein einer gesättigten und einer ungesättigten Drossel entspricht, bis er auf den doppelten negativen Sättigungsstrom angestiegen ist. Da jedoch in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Annahme ,gemacht war, daß der kritische Stromwert gleich dem _ Sättigungsstrom ist, so muß man spätestens im Zeitpunkt t2 die Kontakttrennung vornehmen. Ein Vergleich der Fig.4 und 9 zeigt eine wesentliche Verschiebung des eigentlichen Stromübergabebereiches und des sich daran anschließenden flachen Kurvenstückes. Durch positive Vormagnetisierung beispielsweise kann der Endpunkt A ,des Hauptübergabeabschnittes t1, t2 näher an den Zeitpunkt to der Gleichheit der Phasenspannungen herangerückt werden. Hierdurch wird einerseits erreicht, daß bei gegebenem festem öffnungszeitpunkt ein größerer Strom kommutiert werden kann, andererseits kann bei gegebenem Strom der Augenblick der Kontakttrennung früher gewählt und damit die Höhe der wiederkehrenden Spannung herabgesetzt werden, was der Rückzündungssicherheit zugute kommt. Je niedriger die wiederkehrende Spannung ist, einen um soggrößeren kritischen Stromwert kann man zulassen. Man kann also- auch unter diesem Gesichtspunkt in Abhängigkeit von der Vormagnetisierung eine weitere Verschiebung .des Zeitpunktes der Kontakttrennung vornehmen.
  • In den Fällen, in denen nur geringe Belastungsschwankungen auftreten, kann es ausreichend sein, :eine bestimmte Vormagnetisierung fest eingestellt zu lassen. Zumindest ist es in vielen Fällen nicht erforderlich, den Vormagnetisierungsstrom kontinuierlich mit der Belastung zu verändern, sondern man kann mit einem bestimmten Vormagnetisierungsstrom einen größeren Belastungsbereich beherrschen.
  • Es wird häufig zweckmäßig sein, den Vormagnetisierungsstrom der Drosselspulen nicht über die ganze Periode der Stromübertragung konstant zu lassen; sondern .die Drosseln beispielsweise nur während bestimmter Zeiten der Periode zu vormagnetisieren. Das kann man gegebenenfalls dadurch erreichen, @daß man die Vormagnetisierung durch einen Wechselstrom bewirkt. Im allgemeinen wird dieser Wechselstrom innen zu den verschiedenen Zweigen gehörigen Drosselspulen verschiedene Phasenlage haben müssen.
  • Eine weitere Verbesserung der Kommutierung ist dadurch möglich, daß man die Kurve der Wechselspannung verbiegt, d. h. daß man sie abweichend von der Sinusform so gestaltet, daß die wiederkehrende Spannung an dem geöffneten Kontakt langsamer ansteigt. Die Spannungskurve muß zu diesem Zweck in der Nähe des Zeitpunktes der Kontaktöffnung einen flacheren Verlauf zeigen. Praktisch kann man das so durchführen, daß man der Wechselspannung auf irgendeine an sich bekannte Weise Oberwellen, .insbesondere solche von dreifacher Frequenz, überlagert.

Claims (9)

  1. PA-rrh,'xAwsPRücHE: i. Verfahren zur Sicherstellung der Stromübergabe in Sch.altstromrichtern, deren periodisch bewegte Schaltkontakte sich in ihrer Schließungsdauer überlappen und bei denen in den :durch die Kontaktreitüberlappung gebildeten Kurzschlußkreisen Drosseln liegen, deren Induktivität sich bei Erreichung eines bestimmten Wertes ihres Stromes sprunghaft ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Integrals der während der Überlappungszeit indem Kurzschlußkreis wirksamen Spannung zur Real-,tanz dieses Kreises in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom derart eingestellt wird, @daß der Kurzschlußstrom am Ende der Überlappungszeit einen Wert erreicht, der höchstens um den Sättigungsstrom der Drosseln größer oder kleiner ist als der Gleichstrom. '
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Zeitpunktes der Kontakttrennung in bezug auf die Periode der Wechselspannung in Abhängigkeit -von der Belastung verändert wird, und zwar bei Gleichrichterbetrieb in dem Sinne, daß die Kontakttrennung mit wachsendem Belastungsstrom verzögert wind.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beispielsweise durch Einschalten einer Zusatzbelastung ein Absinken des Belastungsstromes der Umformungseinrichtung unter einen bestimmten Betrag verhindert wird. q..
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbelastung so gewählt wird, daß der Zeitpunkt, in dem bei Leerlauf der kritische Stromwert in dem zu öffnenden Kontakt überschritten wird, hinter dem Zeitpunkt liegt, in dem bei der höchsten Betriebslast dieser kritische Stromwert erstmalig unterschritten wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 und ,4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zusatzbelastungsstromkreis Glättungsmittel vorgesehen sind.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbelastung durch einen Kon.stantstromwiderstand; beispielsweise durch einen mit konstantem Drehmoment belasteten Gleichstrommotor, gebildet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch i, ,dadurch gekennzeichnet, :daß die zeitliche Verschiebung der abgeflachten Stücke der Kontaktstromkurven durch Änderung der Vormagnetisierung der Drosseln erfolgt. B.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt- der Kontakttrennung so gewählt wird, daß die Größe des zu unterbrechenden Stromes von der Größe und dem Vorzeichen der Vormagnetisierung abhängt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8; dadurch gekennzeichnet, daß die Größe ,der Vormagnetisierung der Drosselspulen innerhalb der Stromübertragungsperiode verändert wird, beispielsweise durch Verwendung von Wechselstrom zur Erzeugung der Vorrnagnetisierung: io. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschiedenen Zweigen gehörigen Drosselspulen mit Wechselströmen i önverschiedenen Phasenlagen vormagnetisiert werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE971988C (de) * 1941-10-15 1959-05-06 Aeg Umformer mit periodisch betaetigten Schaltkontakten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE971988C (de) * 1941-10-15 1959-05-06 Aeg Umformer mit periodisch betaetigten Schaltkontakten

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