DE767745C - Einrichtung zur Abgabe von synchronisierten Steuerimpulsen - Google Patents

Description

Bei der Unterbrechung von Wechselstrom, insbesondere für höhere Spannung· und größere Leistungen, ist vielfach versucht worden, den Umstand auszunutzen, daß der Strom in jedem Richtungswechsel einmal den Nullwert durchfließt, "so daß die Unterbrechung in diesem stromlosen Augenblick besonders günstig sein müßte.

Für größere Leistungein hat eine wesentliche Verbesserung jedoch erst die Erkenntnis gebracht, daß die Trennung der Kontakte zeitlich dem Stromnulldurchgang um ein gewisses Zeitmaß vorausgehen muß, das so groß ist, daß die Kontakte im Stromnulldurchgang selbst bereits einen gewissen Abstand, die sog. Mindestlö'schdistamz, erreicht haben.

Um diese Erleichterung der Stromunterbrechung auszunutzen, ist es erforderlich, die Trennung der Kontakte so zu steuern, daß sie zu einem der Steuerung nachfolgenden Zeitpunkt eine bestimmte Lage einnehmen.

Soweit es sich hierbei um die Abschaltung von normalen Betriebsströmen handelt, ist die Annahme mehr oder weniger berechtigt, daß der Stromverlauf in der Halbwelle, in der die Unterbrechung stattfinden soll, sich nicht wesentlich von dem Stromverlauf in anderen Halbwellen unterscheiden wird. In solchen

Fällen hat man also die Möglichkeit, von einem bestimmten vorausgehenden Stromnulldurchgang als genau festliegen dem Zeitpunkt auszugehen und der Schalteinrichtung eine solche Arbeitsgeschwindigkeit zu geben, daß der verlangte Abstand der Kontakte um ein bestimmtes Zeitmaß, bezogen auf die Dauer von normalen Halbperioden, später erreicht wird.

ίο In vielen Fällen, insbesondere bei Abschaltung von Überlast und Kurzschlüssen, ist jedoch die Annahme, daß die Dauer der Halbwelle, in der die Unterbrechung stattfinden soll, gleich groß der normalen HaIbwellendauer ist, nicht richtig, vielmehr kann insbesondere je nach dem Zeitaugenblick, in dem die Störung eintritt, eine mehr oder weniger große Abweichung von dem Normalwert auftreten. Diese Abweichung hat zur Folge, daß die Trennung der Kontakte nicht genau in dem günstigsten Augenblick eintritt, so daß die Schalteinrichtung unter ungünstigeren Bedingungen arbeitet und daher nicht voll ausgenutzt werden kann.

Es sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen das Ausschaltkommando in Abhängigkeit von der Unterschreitung eines gewissen Strommomentanwertes gegeben wird. Eine derartige Steuerung stellt jedoch keine Orientierung auf den nachfolgenden Stromnulldurchgang dar, was ohne weiteres klar wird, da ja bei verschiedenen effektiven Stromstärken ein bestimmter Augenblickswert in ganz verschiedenen Zeitabständen vor dem Stromnulldurchgang durchlaufen wird.

Xach der Erfindung können synchronisierte Steuerimpulse mit bestimmter Phasenlage in bezug auf Strom und Spannungen eines Wechsel- oder Wellenstroms mit großer Genauigkeit dadurch abgegeben werden, daß die Kommandogabe durch Vergleich des Momen- > tamvertes des Stroms oder der Spannung mit der effektiven Stromstärke oder Spannung _; auf einen dem Steuerimpuls folgenden Rich-

tungswechsel der Größe bzw. bei Wellenstrom ihres Differentialquotienten orientiert ist.

Es wird also dadurch ermöglicht, mit größter Genauigkeit die Auslösung zu dem tatsächlich erwünschten Zeitpunkt vorzunehmen, ohne daß hierbei durch Veränderungen, wie sie etwa nach Durchlaufen des vorausgehenden Stromnulldurchgangs eintreten (z. B. durch Übergang des einphasigen Kurz- . Schlusses in einen dreiphasigen), Fehlsteuerungen bewirkt werden könnten.

Dies gilt nicht nur bei elektrischen Größen (Strömen und Spannungen), die nach Art eines normalen Wechselstroms symmetrisch um eine Xullinie verlaufen, sondern auch bei

So Well&nströmen oder -spannungen, insbesondere in Form von. Wechselströmen, denen eine große Gleichstromkomponente überlagert wird, wie diese beispielsweise in Gleichrichterkreisen bei Fehlern auftreten können. Soweit hierbei die Gleichstromkomponente kleiner als die Wechselstromamplitude ist, so daß noch tatsächliche Xulldurchgänge vorhanden sind, kann wieder durch Vergleich des Absolutwertes (gegenüber der tatsächlichen Xullinie) und der in diesem Zeitbereich gegebenen effektiven Stromstärke eine eindeutige Phasenlage in bezug auf den tatsächlichen Xullwert der Größe erreicht werden. In Fällen, bei denen die Gleichstromkomponente größer als die Wechselstromamplitude ist, wo also ein tatsächlicher Xullwert nicht erreicht wird, ist in dem Augenblick des Minimums ein ähnlicher günstigster Zeitpunkt für die Unterbrechung gegeben, in bezug auf den die Kommandogabe orientiert werden soll. Dieser günstigste Zeitpunkt entspricht hierbei nicht dem Xulldurchgang der Größe selbst, sondern dem Xulldurchgang ihres Differentialquotienten. Auch hierbei kann durch \~ergleich des Absolutwertes der Größe mit der effektiven Stromstärke für die Kommandogabe die gewünschte Phasenlage in bezug auf diesen Zeitpunkt erreicht werden.

Für normale Wechselströme und Spannungen ergibt sich eine besonders vorteilhafte Steuerung, wenn als Ansprechwert unmittelbar das Verhältnis von i: — zugrunde gelegt

wird. Dieses Verhältnis ist nämlich, sobald der praktisch geradlinige Verlauf der Sinuskurve erreicht ist, zu einem bestimmten Zeitaugenblick vor dem Xulldurchgang für alle Amplituden gleich groß.

Wenn man beispielsweise einen Zeitpunkt nimmt, der nicht mehr als 0.2 Halbwellen vor dem Stromnulldurchgang liegt, so ist der praktisch geradlinige Verlauf der Stromkurve zu diesem Zeitpunkt vorhanden und der Wert des vorgenannten Verhältnisses, der für einen bestimmten Stromwert ermittelt ist, ist zu demselben Zeitpunkt bei jeder beliebigen Stromstärke immer derselbe.

Es wird also auf diese Weise erreicht, daß ein Steuerimpuls, der in Abhängigkeit von dem vorgenannten Verhältniswert gegeben wird, unabhängig von der Stromstärke immer zu dem gleichen Zeitpunkt vor dem Stromnulldurchgang einsetzt.

Die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Stromverlauf innerhalb dieser kurzen Zeitspanne unter Einfluß des Kurzschlusses, Überlastung usw. noch nennenswert ändert, ist sehr klein. Daraus ergibt sich, daß eine Ausschaltung, die in Abhängigkeit von dem vorgenannten Verhältnis gesteuert wird, mit viel größerer Genauigkeit arbeitet als dies auf Grund der bisherigen Vorschläge möglich war.

Eine sehr einfache Durchführung ergibt sich hierbei, wenn der Wert des Verhältnisses mit ι festgelegt wird, so daß in dem fraglichen Augenblick, in dem das Verhältnis erreicht wird, die beiden Einflußgrößen gleich groß sind. Es kann also dann der Augenblick, in dem die Wirkung der gegeneinander gerichteten Einflüsse gleich Null wird, oder Zeitpunkt, in dem die Wirkung des gegeneinander gerichteten Einflusses ihrVorzeichen (ihre Richtung) ändert, für die Steuerung ausgenutzt werden.

Zur Erfassung des Wertes des genannten Verhältnisses wird mit besonderem Vorteil ein Quotientenmeßwerk verwendet. Hierzu wird das eine System mit einer Größe betrieben, die dem Wert i proportional ist, das andere System des Meßwerkes mit einer

di

zweiten Größe, die dem Wert ■—jr-propor- - dt ^ "

tional ist.

Eine Größe, die dem Wert i proportional ist, stellt beispielsweise das Feld einer von dem Strom i gespeisten Luftdrosselspule dar.

Eine Größe, die dem Verhältnis -^-proportio-

. nal ist, liegt andererseits in dem Spannungsabfall einer Luftdrosselspule vor.

Für die praktische Ausführung kann für beide Systeme ein Eisenkörper verwendet werden, so weit durch entsprechende Auswahl von Eisensorten, Querschnitt, und Luftspalt etwaige Fehlerquellen ausgeschaltet werden.

Ausführungsbeispiele für derartige Meßwerke sind in _ der Zeichnung dargestellt. In Fig. ι sind zwei feste Magnetsysteme 1 und 2 angeordnet, zwischen denen durch einen ausreichenden Luftspalt getrennt ein zwischen Anschlägen 4 und S beweglicher Anker 3 liegt. Das System 1 ist mit einer Wicklung 6 versehen, in der der Betriebsstrom selbst oder ein verhältnisgleicher Teilstrom fließt. Das System 2 erhält eine Wicklung 7, die zu einer gleichfalls in dem Betriebsstromkreis liegenden Luftdrosselspule 8 parallel geschaltet ist. Während des Verlaufes, einer Halbwelle überwiegt zunächst die Kraft des. Systems i, so daß der Anker gegen den Anschlag 4 gezogen

wird. Sobald das Verhältnis i : -J₇ einen be dt

stimmtem Wert erreicht, d. h, also' in einem ganz bestimmten Zeitaugenblick vor dem Stromnulldurchgang sind die von beiden Systemen auf den· Anker ausgeübten Kräfte gleich groß, unmittelbar nachher überwiegt die Kraft des Systems 2, wodurch der Anker in Richtung auf den Anschlag 5 gezogen wird. Diese Bewegung des Ankers kann mechanisch oder elektrisch zur Auslösung der Schalteinrichtung verwendet werden, wobei dieser Steuerimpuls immer eine genau vor

bestimmte Zeit vor dem Stromnulldurchgang erfolgt.

Eine Ausführungsform, bei der größere Verstellkräfte erreicht werden, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltung der Wicklungen der beiden Magnetsysteme ist dieselbe. An Stelle des beweglichen Ankers sind jedoch zwei festangeordnete Ankerteile 31 und 3² vorgesehen, die durch einen Luftspalt 9 voneinander getrennt sind und durch einen kleinen beweglichen Anker 10 überbrückt werden, auf den eine Feder 11 einwirkt. In dem Augenblick, in dem das Feld des oberen Magnetsystems gleich dem des unteren Magnetsystems wird, geht der Fluß zwischen den beiden Ankerteilen durch Null, so daß der Anker 10 gleichfalls zu einem genau festliegenden vor dem folgenden Stromnulldurchgang von der Feder abgezogen wird.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit besteht beispielsweise darin, daß der Augenblick, in dem der Fluß in dem festen. Anker Null wird, elektrisch für eine Steuerung ausgenutzt wird. Dies kann nach Fig. 3 mit Hilfe einer Spule erreicht werden, die diesen Anker umgibt. Hierzu kann der Anker gegebenenfalls aus zwei parallelen Teilen bestehen, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt werden, der gleichfalls parallel zur Richtung des Ankers verläuft. Wenn man die Spannung verfolgt, die in der Spule, die einen solchen Anker umgibt, induziert wird, so ergibt sich in dem Augenblick, in dem der Fluß durch Null geht, ein Maximum der Spannung. Dies kann gleichfalls zur Steuerung ausgenutzt werden, beispielsweise dadurch, daß die Spannung mit Hilfe eines Kondensators integriert wird, wobei durch einen Strom, der der Spannung am Kondensator proportional ist, ein. Relais gesteuert wird.

Diese Ausführung bietet außerdem die Möglichkeit, die Spule, die den Anker umgibt, mit entsprechender Isolierung auszuführen, wodurch eine Übertragung von Hochspannungsauf Niederspannunigspotential unmöglich wird. .

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann, sie mit Vorteil im Zusammenhang mit Schalteinrichtungen verwendet werden, die mit sehr großer Arbeitsgeschwindigkeit ausgeführt sind, so daß bereits in dem ersten· dem Steueraugenblick folgenden Stromnulldurchgangidie Löschdistanz der Kontakte besteht. Besonderen. Vorteil bietet weiter eine solche Steuerung -für Schalteinrichtungen mit Veränderung des Widerstandes, z. B. bei einer Einrichtung, bei der ein im wesentlichen Ohmscher Widerstand zum Abschalten von, Normallasten in der Nähe eines Stromnulldurch-

gangs durch Iichtbogenarme oder lichtbogenfreie Mittel in weniger als einer Halbwellendauer derart in dem Stromkreis wirksam gemacht wird, daß auch noch vor dem Eintritt des nächsten Stromscheitelwertes ein zu dessen wesentlicher Verringerung ausreichender Widerstandsbetrag vorhanden ist, wobei beispielsweise der Widerstand während des Regelvorgangs in seinem wirksamen Wert

ίο um mehrere Zehnerpotenzen verändert und die Widerstandsänderung in einem Zeitraum von der Größenordnung Vioo Sek. oder noch weniger vollzogen werden kann.

Soweit es sich um die Steuerung von S ehalt vor gangen wie Ausschaltvorgänge in elektrischen Stromkreisen handelt, wird mit besonderem Vorteil eine direkte Steuerung angewendet, um die Eigenzeit der Einrichtung selbst möglichst gering zu halten und dadurch zu ermöglichen, daß die Trennung der Kontakte so rasch erfolgt, daß bereits in dem angesteuerte» Stromnulldurchgang selbst eine endgültige Leistungsunterbrechung erreicht wird.

Die Anwendung des neuen Auslösers ist auch für Mehrphasensysteme geeignet, wobei die Unterbrechung der einzelnen Phasenzweige auch nacheinander erfolgen kann, indem beispielsweise zunächst nur die einer Phase zugehörigen Kontakte voneinander getrennt werden und erst nachdem in dieser Phase eine Unterbrechung des Stromflusses eingetreten ist, eine Trennung der den übrigen Phasen zugehörigen Kontakte erfolgt, wobei der Auslöseimpuls für die zweite Unterbrechung auch in Abhängigkeit von dem Erlöschen des Lichtbogens an der ersten Unterbrechungsstelle gegeben werden kann. Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich

aber nicht auf die Steuerung von Auslöseeinrichtungen, sondern kann für die Steuerung bei beliebigen anderen Vorgängen verwendet werden, bei denen eine genau bestimmte Zeitlage in bezug auf einen Stromnulldurchgang erforderlich ist, wie z. B. beim Synchronisieren u. dgl.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zur Abgabe von synchronisierten Steuerimpulsen mit bestimmter Phasenlage in bezug auf Strom oder Spannung eines Wechsel- oder Wellenstroms, insbesondere für die Auslösung von Synchronschaltern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommandogabe durch Vergleich des Momentanwertes des Stroms oder der Spannung mit der effektiven Stromstärke oder Spannung auf einen dem Steuerimpuls folgenden Riehtungswechsel der Größe bzw. ihres Differentialquotienten: orientiert ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerkommando in dem Augenblick gegeben wird, in dem in bezug auf die zu steuernde

   Größe i das Verhältnis i: -z- einen beat

   stimmten Wert durchläuft.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in dem Augenblick erfolgt, in dem der Wert des Verhältnisses gleich Eins ist.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, insbesondere für Größen, die in Form eines elektrischen Wechselstroms erfaßt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung des Zeitaugenblicks mit Hilfe eines Quotientenmeßwerks erfolgt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerk aus zwei auf einen gemeinsamen Anker wirkenden Magnetsystemen besteht, von denen das 'eine mit einer Wicklung versehen ist, die von einem der steuernden Größe verhältnis- und phasengleichen Strom durchflossen ist, während das andere System eine Wicklung erhält, die zu einer in demselben Stromkreis geschalteten Luftdrosselspule parallel geschaltet ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Magnetsystemen ein feststehender, durch einen Luftpalt unterteilter Anker liegt, dessen Luftspalt durch einen beweglichen weiteren Anker überbrückt wird, der seinerseits unter dem Einfluß einer Feder steht.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht ge- ;ogen worden:

   ■ Deutsche Patentschrift Nr. 648 888.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5866 4.53