DE899072C - Umformungsanordnung - Google Patents

Umformungsanordnung

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DE899072C
DE899072C DES8579D DES0008579D DE899072C DE 899072 C DE899072 C DE 899072C DE S8579 D DES8579 D DE S8579D DE S0008579 D DES0008579 D DE S0008579D DE 899072 C DE899072 C DE 899072C
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DE
Germany
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Expired
Application number
DES8579D
Other languages
English (en)
Inventor
Floris Dr-Ing Koppelmann
Marcel Dipl-Ing Zuehlke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Description

  • Umformungsanordnung Die Erfindung-betrifft eine Anordnung zur Umformung von Gleich- in Wechselstrom oder umgekehrt mittels mechanisch bewegter Kontakte, die sich periodisch jedesmal 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 verhindern, daß eine völlige Entlastung eintritt, die infolge der hiermit verbundenen Verlagerung 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 Hauptbelastung erregten Relais bei Unterschreitung eines vorbestimmten Belastungswertes selbsttätig so rechtzeitig zugeschaltet wird, daß der Gleichstrom selbst bei völligem Verschwinden der Hauptbelastung in keinem Augenblick unter einen vorbestimmten Kleinstwert sinkt.
  • In der Zeichnung ist in Fig. @r ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und an Hand von Stromkurven gemäß Fig. a erläutert.
  • Nach Fig. z sind zum Energieaustausch zwischen einem Drehstromnetz ro und einem Gleichstromnetz zwanzig Kontakteinrichtungen r bis 6 vorgesehen, die durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebsvorrichtung 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 Überläppungszeit die Kommutierung vor sich gehen kann. Als Antriebsvorrichtung kann beispielsweise eine Nöcken- oder Exzenterwelle dienen, die von einem _ an das Drehstromnetz angeschlossenen Synchronmotor mit regelbarer Phasenlage seines Drehfeldes angetrieben wird. Die Kontakteinrichtungen sind über einen Transformator mit den Primärwicklungen i i und den Sekundärwicklungen 12 und über Schaltdrosseln 13 mit bei Nennstrom hochgesättigten Magnetkernen 1q. an das Drehstromnetz io angeschlossen. Die Magnetkerne 14 bestehen vorzugsweise aus einer magnetisch hochwertigen Eisenlegierung, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig zur Flußachse geneigt sein, an den übergangsstellen in die gesättigten Gebiete einen möglichst scharfen Knick aufweisen und in den gesättigten Gebieten bei möglichst hoher Induktion annähernd parallel zur Erregerachse verlaufen soll. ' Duich die Schaltdrosseln 13 wird jedesmal in der Nähe eines Stromnulldurchganges infolge sprunghafter Entsättigung ihres Magnetkerns eine -stromschwache Pause hervorgerufen, während welcher der Strom ohne für die Kontakte schädliches Schaltfeuer unterbrochen werden kann. Auf den Magnetkernen 1d. können zur Beseitigung störender Hysteresiserscheinungen in der Zeichnung nicht dargestellte Vormagnetisierüngswicklungen angeordnet sein. Jede der Kontakteinrichtungen i bis 6 kann beispielsweise aus einem Kontaktsatz i5 und einem hierzu parallel geschalteten, vorzugsweise kapazitiven Nebenpfad bestehen, der in Fig. i durch einen Kondensator 16 und einen Dämpfungswiderstand 17 verkörpert ist und dazu dient, den Anstieg der an den Kontakten wiederkehrenden Spannung beim Öffnungsvorgang zu verzögern. Auf der Gleichstromseite sind nach der bekannten Graetzschaltung je drei Kontakteinrichtungen zu einem Gleichstrompol vereinigt und über eine Glättungsdrosscl ig sowie einen Schalter 18 an das Gleichstromnetz 2o angeschlossen.
  • Da die Kontaktbewegung durch den Synchronmotor , mit der Spannung des Wechselstromnetzes io in. Beziehung steht, und da ferner der Verlauf des Kommutierungsstromes und somit auch die Lage der von den Schaltdrosseln 13 verursachten stromschwachen Pausen gegenüber der Phasenlage .der Wechselspannung je nach der Höhe des Belastungsstromes verschieden ist, so kann es sich bei einer plötzlich auftretenden gleichstromseitigen Entlastung ereignen, daß der auf Nennlast eingestellte Ausschaltzeitpunkt nicht mehr in die stromschwache Pause fällt und daß infolgedessen Rückzündungen eintreten, durch die die Kontakte in wenigen Sekunden bis zur völligen Unbrauchbarkeit beschädigt werden können. Durch Nachstellung der Kontaktzeitpunkte mittels- Regelung der Drehfeldphasenlage des. Antriebsmotors würde diese Gefahr nicht immer beseitigt werden können, weil der durch diese Regelung bewirkte Nachstellvorgang wegen der Massenträgheit der umlaufenden Teile zuviel Zeit in Anspruch nimmt.
  • Aus diesem Grunde ist eine Grundlast 2i an die Gleichstrompole angeschlossen. Durch diese wird ein Gleichstrom von solcher Höhe aufrechterhalten, daß die Lage der Ausschaltzeitpunkte innerhalb der stromschwachen Pausen auf jeden Fall gesichert ist. In dem Grundlastkreis ist vorteilhaft auch eine Glättungsdrossel22 anzuordnen, weil durch einen wellenförmigen Verlauf des Grundlaststromes der beabsichtigte Erfolg unter Umständen vereitelt werden könnte. Die Grundlast stellt nun aber einen Verlust .dar, der bei lang dauerndem Betriebe mit voller Belastung unerwünscht ist. Man hat deshalb die Grundlast abschaltbar gemacht. Es muß dann aber dafür gesorgt sein, daß die Grundlast bei plötzlichem Absinken der Hauptbelastung rechtzeitig zugeschaltet wird. Zu diesem Zweck ist ein schnell schaltendes Relais vorzusehen, dessen Magnetkern 23 vom Hauptlaststrom oder von einem Teil desselben derart erregt wird, daß sein Anker 24, der bei Wegfall der Hauptbelastung die Relaiskontakte 25 unter dem Zug einer Feder 26 geschlossen hält; oberhalb eines vorbestimmten Wertes der Hauptbelastung angezogen wird.
  • Für die rechtzeitige Zuschaltüng der (Grundlast bei sinkender Hauptbelastung soll der ungünstigste Fall zugrunde gelegt werden, daß nämlich die Hauptbelastung beispielsweise 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 TB im Hauptbelastungsstromkreis und: des ansteigenden Stromes i. im Grundlastkreis, der in Fig. 2 für verschiedene Fälle durch die Kurven i und 2, bis 2. dargestellt ist. Die einzelnen Stromwerte i sind in Fig. 2 in Hundertteilen des Nennstromes 1" angegeben, wobei die Werte bis q.°/0 in gewöhnlichem Maßstab, die darüberliegenden Werte in logarithmischem Maßstab aufgetragen sind. Der abklingende Hauptlaststrom verläuft nach einer logarithmischen Linie entsprechend Hierin bedeutet die Zeitkonstante des Hauptbelastungskreises, die durch dessen Induktivität LB und Ohmschen Widerstand RB gegeben ist und beispielsweise in dem am Anfang der Zeitachse angegebenen Zeitmaßstab gerade ii ms betragen möge. Es sei ferner äilgenommen; daß der Mindestwert J.;" des Stromes auf der Gleichstromseite, der nicht, auch vorübergehend nicht, unterschritten werden darf, i °/o des Nennstromes ln betragen möge. Den gleichen Wert muß also der Endwert J, des Grundla"ststromes mindestens haben.
  • Der späteste Zeitpunkt, in dem der Grundlastkreis geschlossen werden muß, ist derjenige Augenblick, in welchem der Hauptlaststrom TB auf J"i" herabgesunken ist, d. h. nach Fig. 2 etwa 4,7 ms nach dem Beginn der Unterbrechung des vorher Nennstrom führenden Hauptbelastungskreises. Da das Relais 23, 24 nicht trägheitslos arbeitet, sondern beispielsweise eine Eigenzeit von tei = 2 ms hat, so muß sein Ansprechwert auf denjenigen Wert -des Hauptbelastungsstromes JB eingestellt werden, der im Beispiel um 2 ms vor der Erreichung des Wertes 1""i" liegt, also nach Fig. 2 auf 71/9 des Nennstromes J". Damit sind aber noch nicht alle Anforderungen erfüllt. Es muß vielmehr ferner noch dafür gesorgt sein, daß der Strom im Grundlastkreis mindestens ebenso schnell ansteigt, wie er im Hauptbelastungskreis sinkt. Der Anstieg des Grundlaststromes folgt dem ,Gesetz. wobei wiederum die, Zeitkonstante des Grundlastkreises bezeichnet, die durch seine Induktivität L, und seinen Ohmschen Widerstand R0 gegeben ist und die die Anstiegsgeschwindigkeit des Grundlaststromes bestimmt. Für To = TB verläuft der Grundlaststrom nach der Kurve i. Die Summe aus Grundlaststrom und Hauptbelastungsstrom ist dann vom Augenblick der Zuschaltung des Grundlastkreilses in jedem Augenblick TB + i0 = 1.i" = Jo. Damit ist die aufgestellte Forderung, daß der Gleichstrom in keinem Augenblick unter den Wert J"ti" sinken darf, erfüllt.
  • Der Ohmsche Widerstand R, des Grundlastkreises ist durch die gegebene Gleichspannung und den Grundlaststrom J, fest bestimmt. Seine Induktivität L0 ist durch die Glättungsdrossel 22 gegeben und soll deshalb, wie oben bereits angedeutet, eine bestimmte Mindestgröße haben. Dieser Grenzwert kann insbesondere dann, wenn die Spannung auf der Gleichstromseite des Umformers, sei es durch Verstellung der Kontaktzeiten, sei es durch Veränderung der zugeführten Wechselspannung, geregelt werden soll, eine solche Höhe haben, daß die Zeitkonstante To des Grundlastkreises größer ist als die Zeitkonstante TB des Hauptbelastungskreises. In diesem Falle würde der Grundlaststrom z. B. nach einer in Fig. 2 gestrichelt eingetragenen Kurve 2," ansteigen, für die eine Zeitkonstante von 1,5 ms angenommen ist. Die Summe aus Grundlaststrom und Hauptbelastungsstrom würde dann der ebenfalls gestrichelt eingetragenen Kurve 2A folgen und somit während mehrerer Millisekunden kleiner sein als der zulässige Grenzwert J.1". In dieser kurzen Zeit könnten die Kontakte durch Rückzündungen unter Umständen so schwer beschädigt werden, daß der Weiterbetrieb der Umformungsanordnung dadurch gestört wird. Gegen diesen übelstand kann auf verschiedene Weise Abhilfe geschaffen werden. Beispielsweise kann der Dauerwert des Grundlaststromes auf den Wert 1, heraufgesetzt werden. Bei gleicher Zeitkonstante To = 1,5 ms verläuft dann der Grundlaststrom nach der Kurve 26 und die Summe. aus Grundlaststrom und Hauptbelastungsstrom nach der Kurve 2B. Diese Vergrößerung des Endwertes des Grundlaststromes soll im selben Verhältnis stehen wie die Zeitkonstanten der beiden Stromkreise. Bei dem in Fig.2 dargestellten Beispiel muß also Jö = 1,5 Jo oder größer sein.
  • Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Zeitpunkt, in dem die Grundlast zugeschaltet wird, vorzuverlegen, so daß sich beispielsweise ein Verlauf des Grundlaststromes nach der Kurve 2, ergibt. Der Anstieg des Grundlastsromes beginnt hier bereits, wenn der Hauptbelastungsstrom -den Wert 3,3% unterschreitet. Der Summenstrom verläuft dann näch :der Kurve 2C. Bei gleicher Eigenzeit t,i des Zuschaltrelais 23, 24 ist hier dessen Ansprechwert wesentlich höher einzustellen, nämlich, wie sich aus Fig.2 ergibt, auf 24% des NTennstromwertes. Die Vorverlegung des Zuschaltzeitpunktes ist daher hier nur dann empfehlenswert, wenn sich aus den im Einzelfalle gegebenen Betriebsumständen ergibt, daß die Hauptbelastung bei dem behandelten Beispiel nur selten unter ein Viertel ihres Nennwertes sinkt. Kommen jedoch Fälle niedrigerer Belastung im Betrieb der Umformungsanordnung häufig vor, so ist eine Vergrößerung der Grundlast vorzuziehen, sofern nicht mit längeren Zeiten gänzlich oder nahezu gänzlichen Leerlaufes zu rechnen ist.
  • Eine wesentliche Verbesserung kann unter Umständen dadurch erzielt werden, daß die Eigenzeit des Zuschaltrelais 23, 24 besonders klein gemacht wird. Dadurch kann die Vorverlegung des Zuschältpunktes und die damit verbundene Erhöhung des. Ansprechwertes ganz oder wenigstens zum Teil ausgeglichen werden. Beträgt beispielsweise in .dem zuletzt beschriebenen Falle die Eigenzeit t12 nur 1,25 ms statt 2 ms, so kann gemäß Fig. 2 der Ansprechwert von 24% auf iio/o des Nennstromes herabgesetzt werden. Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die vorbeschriebenen Maßnahmen in beliebiger Kombination miteinander anzuwenden, um das Absinken des Gleichstromes unter den zugelassenen Wert J"Zi" in jedem Augenblick zu verhindern.
  • Für die Abschaltung der Grundlast sind die Bedingungen weniger streng, weil das Anwachsen des Hauptbelastungsstromes gewöhnlich nicht so plötzlich erfolgt wie sein Verschwinden, das beispielsweise durch Selbstauslösung @deis Hauptschalters i8 des Gleichstrombelas.tungskreises infolge einer Störung herbeigeführt werden kann. Die Steigerung der Belastung wird meistens willkürlich vorgenommen und kann infolgedessen beliebig verlangsamt werden. Die Abschaltung der Grundlast kann hierbei durch den gleichen Magneten 23 bewirkt werden, indem dieser seinen Anker 24 bei einem dem vergrößerten Luftspalt entsprechenden höheren - Belastungswert anzieht und dadurch die Kontakte 25 öffnet.
  • Werden zur Erzielung möglichst kleiner Eigenzeit die Relaiskontakte besonders leicht und einfach ausgeführt und der Hubweg des Ankers 24. möglichst klein gemacht, so können sich bei der Abschaltung des Grundlastkreises Schwierigkeiten hinsichtlich ,der Löschung des hierbei auftretenden Gleichstromlichtbogens ergeben. Um dieser Schwierigkeiten Herr zu werden, kann man zur Unterbrechung des Grundlastkreises ein besonderes Schütz 27 benutzen, und zwar ein gewöhnliches Schütz mit entsprechendem Löschvermögen. Die Kontakte dieses Schützes sind zu den Relaiskontakten 25 parallel geschaltet. Seine Erregerspule ist an die beiden Gleichstrompole angeschlossen und außerdem mit einer Überbrückungseinrichtung versehen, durch die. sie beim Abschalten der Grundlast kurzgeschlossen wird. Zu diesem Zweck können am Relais. 2,3,:24: ' Hilfskontakte vorgesehen sein, die sich beim öffnen der Hauptkontakte 25 schließen: Statt dessen können der Magnet 23 und der Anker 2q. des Relais, die beim öffnen der Kontakte 25 miteinander in Berührung kommen, zur Überbrückung der Schätzspule herangezogen werden. Zur Vermeidung eines unmittelbaren Kurzschlusses zwischen den Gleichstrompolen ist ein Strombegrenzungswiderstand 28 im Stromkreis der Schüttspule angeordnet. Diese verbesserte Anordnung wirkt so, daß beim Absinken der Hauptbelastung zuerst die Relaiskontakte 25 rasch geschlossen werden, worauf die Erregerspule des Schützes 27, deren Überbrückung nunmehr aufgehoben ist, nachträglich auch die Schließung der Schutzkontakte veranlaßt. Bei ansteigender Hauptbelastung öffnen sich wieder zuerst die Relaiskontakte 25, und zwar stromlos, weil der Grundlastkreis zunächst über die Schutzkontakte geschlossen bleibt. Er wird erst nachträglich durch die Schutzkontakte unter Löschung des Lichtbogens unterbrochen, nachdem die Schutzspule durch die Hilfskontakte des Relais kurzgeschlossen worden ist, wobei zugleich auch der über den Widerstand 28 führende Stromkreis zur Schutzbetätigung mit abgeschaltet wird.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Umformung von Gleichin Wechselstrom oder umgekehrt mittels mechanisch bewegter Kontakte, die sich periodisch jedesmal während einer stromschwachen Pause öffnen, mit einer abschaltbaren Grundlast zur Verhinderung völliger Entlastung auf der :Gleichstromseite, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlast (2i) mittels eines in Abhängigkeit von der Hauptbelastung (2o) erregten Relais (23 bis 26) bei Unterschreitung eines vorbestimmten Belastungswertes selbsttätig so rechtzeitig zugeschaltet wird, daß der Gleichström bei völligem Verschwinden der Hauptbelastung in keinem Augenblick unter einen vorbestimmten Kleinstwert sinkt.
  2. 2. Umformungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß die Grundlast durch .das gleiche Relais (23 bis 26) bei überschreitung eines vorbestimmten höheren Belastungswertes abgeschaltet wird.
  3. 3. Umformungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, däß die Grundlast (21) durch ein gewöhnliches Schütz (27) abgeschaltet wird, dessen Erregerspule beim Abschalten der Grundlast (21) von dem die Zuschaltung bewirkenden Relais (23 bis 26) überbrückt wird. q..
  4. Umformungsanordnung- nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des Grundlast'kreises nicht größer ist als diejenige des Hauptbelastungskreises.
  5. 5. Umformungsanordnung mach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauerwert des Grundlaststromes größer ist als der zugelassene Mindeststromwert der Umformungsanordnung und daß die Grundlast bei verschwindendem Hauptbelastungsstrom vor dem Absinken des letzteren auf den zugelassenen Mindeststromwert zugeschaltet wird.
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