-
Mechanischer Schaltstromrichter Die Erfindung betrifft einen mechanischen
Schaltstromrichter, dessen Kontakte gegen eine Rückstellkraft elektromagnetisch
geschlossen und gehalten werden und mit Schaltdrosseln zur Erzeugung von Ein- und
Auschaltstromstufen in Reihe liegen, mit einer vom Kontaktstrom durchflossenen Wicklung
(Hauptstromwicklung) und mit einem besonderen Steuerstromkreis. Erfindungsgemäß
ist die Hauptstromwicklung des Magnetsystems als dessen einzige Steuerwicklung in
den Steuerstromkreis einbezogen. Dadurch wird eine zusätzliche Steuerwicklung erspart,
während die Hauptstromwicklung in der Regel schon aus dem Grunde vorhanden ist,
damit durch sie der Kontaktdruck bei großer Stromstärke selbsttätig erhöht wird.
Der erwähnte besondere Steuerstromkreis kann insbesondere dazu dienen, in einem
beliebig gewählten Augenblick bei positiv gerichteter, d. h. in Richtung des vorgeschriebenen
Stromflusses treibender Einschaltspannung, jedoch vor dem auf die Einschaltstufe
folgenden Anstieg des Kontaktstromes die zur Kontaktschließung erforderliche Anzugskraft
und während des der Ausschaltstufe vorhergehenden Abfalles des Kontaktstromes eine
zum Halten ausreichende Magnetkraft hervorzurufen.
-
Die Fig. r bis 3 enthalten schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen
der Erfindung und ein Schaubild zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise. Der besseren
Übersicht halber sind einpolige Anordnungen dargestellt, mehrpolige können daraus
in an sich bekannter Weise entwickelt werden. Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren
mit gleichen Bezugszeichen versehen,
Nach Fig. i sind eine Sekundärwicklung
i eines Speisetransformators, eine Schaltdrossel 2 und eine Kontakteinrichtung 3
mit vom Hauptstrom durchflossener Magnetspule 4 zu einer Umformungsanordnung zusammengeschlossen,
deren Gleichstromseite aus einem Verbraucher 5 mit in Reihe liegender Glättungsdrossel
6 und Lastschalter 7 besteht. Eine Grundlast 8 verhindert bei geöffnetem Schalter
7 das Absinken des Gleichstromes unter einen vorgeschriebenen Mindestwert.
-
Zur Schließung der Kontakte dient ein an die Reihenschaltung der Schaltdrossel
2 und der Kontakteinrichtung 3 angeschlossener Steuerstromkreis, enthaltend eine
Gleich- oder Wechselspannungsquelle, z. B. eine Batterie g, ein gesteuertes Ventil
io, z. B. ein Entladungsgefäß mit Steuergitter, und einen Einstellwiderstand i i.
Ein in diesem Steuerkreis erzeugter Stromstoß fließt durch die Hauptstromwicklung
q. und bewirkt die Schließung der Kontakte. Die Voraussetzungen für die Einschaltung
sind aber nur dann gegeben, wenn die Einschaltspannung, welche an der Reihenschaltung
der Schaltdrossel :2 und der Kontakteinrichtung 3 auftritt, positiv gerichtet ist,
d. h. so, daß sie in der Lage ist, einen Strom in der vorgeschriebenen Richtung
über die Kontakte und durch den Gleichstromkreis zu treiben. Die Spannung der Batterie
9 ist zu diesem Zweck so bemessen, daß sie um ein geringes höher ist als die Zündspannung
des Steuerventils io. Der Zündaugenblick selbst kann, solange die vorerwähnten Voraussetzungen
gegeben sind, durch eine regelbare Gittersteuerung an sich bekannter Art beliebig
gewählt und damit der Aussteuerungsgrad der Umformungsanordnung geändert werden.
An Stelle des gesteuerten Ventils io kann eine der in den Fig. i a und i b dargestellten
Anordnungen zwischen den Anschlußpunkten f und g ersatzweise eingeschaltet sein.
Dabei handelt es sich nach Fig. i a um eine Reihenschaltung eines ungesteuerten
Ventils 12 und einer regelbaren Gleichspannungsquelle 13, die eine Spannung in Sperrrichtung
des Ventils 12 liefert. Der Regelbereich dieser Ersatzanordnung ist kleiner, er
umfaßt nur den Zeitabschnitt des Anstiegs der Einschaltspannung. Diese Einschränkung
gilt dagegen nicht für die Anordnung nach Fig. i b. Sie besteht aus einem Transduktor
14 mit im ungesättigten Gebiet gegen die Flußachse geneigter Magnetisierungskennlinie,
dessen Arbeitswicklung 16 mit einem ungesteuerten Ventil 15 in Reihe geschaltet
ist und,dessen Steuerwicklung 17 mit Gleichstrom aus einer beliebigen Spannungsquelle,
z. B. einer Batterie 18, über eine Stabilisierungsdrossel i9 und einen Regulierwiderstand
2o so erregt wird, daß der Ausgangszustand des Trans iuktors im ungesättigten Gebiet
liegt. Mit einer derartigen Ventildrosselanordnung können bekanntlich einseitig
gerichtete Stromstöße erzeugt werden, deren Zeitpunkt innerhalb einer Wechselspannungshalbwelle
durch Regulierung der Gleichstromvormagnetisierung beliebig wählbar ist.
-
Zur Erzeugung und Anpassung der Ein- und Ausschaltstufen sind für
den Magnetkern 21 der Schaltdrossel 2 außer der Hauptwicklung 22 verschiedene Hilfswicklungen
und Hilfsstromkreise vorgesehen, die teils in Fig. i enthalten, teils in Fig. i
c besonders herausgezeichnet sind. Mittels eines sogenannten Streckkreises 23, der
an die Hilfswicklung 24 angeschlossen ist und beispielsweise im einfachsten Falle
aus einem Kondensator 25 und einem Widerstand 26 besteht, wird ein möglichst waagerechter
Verlauf des Stufenstromes in an sich bekannter Weise erzielt. Ein Vormagnetisierungskreis
27 liefert einen gleichbleibenden Anteil der Vormagnetisierung für die Ausschaltstufe
und besteht aus der an eine beliebige Gleichstromquelle angeschlossenen Reihenschaltung
einer Hilfswicklung 28 mit einer Stabilisierungsdrossel 30 und einem einstellbaren
Widerstand 31. Als Gleichstromquelle dient beispielsweise eine Batterie 29. Hin
spannungsabhängiger Anteil der Ausschaltvormagneti@s"ierung, der eine Abgleichung
des Stufenstromes auf den Wert Null ermöglicht, wird von einem weiteren Hilfsstromkreis
32 geliefert, der an eine Anzapfun@g, vorzugsweise in der Mitte, der Hauptwicklung
z2 der Schaltdrossel 2 angeschlossen sein kann, und enthält die Reihenschaltung
eines Einstellwiderstandes 33 und eines ungesteuerten Ventils 3q.. Seine andere
Anschlußstelle kann entweder, wie gezeichnet, am Gleichstromkreis Punkt b oder auch
am Punkt k2 liegen. Das Ventil 34 kann fortgelassen werden, wenn die Umformungsanordnung
nur mit voller Aussteuerung oder mit geringer Teilaussteuerung arbeitet. Dieses
Ventil hat nämlich die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß bei weitgehender Teilaussteuerung
die Schaltdrossel nicht unter dem Einfluß der positiven Einschaltspannung in Richtung
des zu erwartenden Stromes vorzeitig gesättigt wird, sondern im entgegengesetzten
Sättigungszustand verbleibt, bis der Steuerbefehl für die Kontaktschließung gegeben
ist, so daß nach der Kontaktschließung mindestens noch :ein Teil der Einschaltstufe
durchlaufen werden muß, bevor der Anstieg des Hauptstromes beginnen kann. Zur Beeinflussung
der Einschaltstufe kann eine Anordnung verwendet werden.
-
Eine solche Vormagnetisierungsanordnung, die durch selbsttätige Anpassung
der Einschaltvormagnetisierung im ganzen Aussteuerungsbereich allen Anforderungen
gerecht wird, enthält einen Hilfsstromkreis 42 mit einer besonderen Hilfswicklung
35 der Schaltdrossel und einem Einstellwiderstand 43 und wird von der Einschaltspannung
gespeist. Das zeitgerechte Einsetzen dieses Anteiles der Vormagnetisierung kann
gemeinsam mit dem Steuerstromkreis für die Kontaktschließung durch das Entladungsventil
io oder eine seiner Ersatzeinrichtungen oder auch durch ein besonderes Entladungsventil
bzw. eine entsprechende Ersatzeinrichtung gesteuert werden. Diese Art der Steuerung
hat (unter der später erläuterten Mitwirkung der Hilfswicklung 36) zur Folge, daß
die Ummagnetisierung der Schaltdrossel vor dem Einschalten im gleichen Augenblick
beginnt wie der Anstieg des Steuerstromes für die Kontaktschließung. Der Einschaltaugenblick
fällt
infolgedessen, da der Erregerstrom in der Magnetspule q. erst bis auf den zur Kontaktschließung
erforderlichen Wert ansteigen muß, auf jeden Fall in die Zeit des Ablaufs der Einschaltstufe.
-
Neben dem von der Hilfswicklung 35 gelieferten spannungsabhängigen
Anteil der Einschaltvormagnetisierung ist noch ein während der Einschaltstufe gleichbleibender
Anteil für die Einschaltvormagnetisierungerforderlich, für den eine weitere Hilfswicklung
36 vorgesehen ist, weil die von der Hilfswicklung 28 gelieferte Gleichstromerregung
für das Einschalten gerade die verkehrte Richtung hat. Es ist deshalb erforderlich,
vorübergehend während des für die Kontaktschließung in Betracht kommenden Zeitbereiches
für den gleichbleibenden Anteil der Vormagnetisierung eine resultierende Durchflutung
zu schaffen, die die entgegengesetzte Richtung hat wie beim Ausschalten. Das kann
z. B. in der Weise geschehen, daß der gleichbleibenden Ausschaltvormagnetisierung
(Wicklung 28) mit Hilfe der Wicklung 36 ein Stromimpuls von annähernd gleichbleibender
Höhe und .entgegengesetzt magnetisierender Richtung überlagert wird. Zu diesem Zweck
erhält beispielsweise die Hilfswicklung 36 aus einer Wechselspannungsquelle über
einen bis über das Sättigungsknie vormagnetisierten Impulsgeber (Transduktor) 4q.,
dessen Arbeitswicklung q:6 mit einem Ventil 45 in Reihe geschaltet ist, kurzzeitige
Stromstöße und ist so geschaltet, daß diese entgegengesetzt magnetisierend wirken
wie der Gleichstrom in der Wicklung 2@8. In Fig. i d ist die Überlagerung der beiden
in den Hilfswicklungen 28 und 36 wirksamen Erregungen in Abhängigkeit von der Zeit
t dargestellt. Die Erregung in der Wicklung 28 wird wiedergegeben durch eine Parallele
zur Nullinie unterhalb dieser im Abstand VA-, entsprechend dem gleichbleibenden
Anteil der Ausschaltvormagnetisierung. Die Einschaltvormagnetisierung VE- hat nahezu
rechteckige Kurvenform, weil der Impulsstrom nach Eintritt des Transduktors qq.
in den ungesättigten Zustand etwa konstant bleibt. Durch Überlagerung der beiden
Magnetisierungen ergibt sich eine resultierende Magnetisierung, die die gleichbleibenden
Anteile der Vormagnetisierung sowohl für das Ausschalten als auch für das Einschalten
enthält, entsprechend einem Strom i"-gemäß der ausgezogenen Linie in Fig. i d. Die
pasiitiven und negativen Werte von i"_, absolut genommen, können voneinander verschieden
sein. Der Hilfsstromkreis der Wicklung 36 wird vorteilhaft an den Punkten g und
k2 bzw. b (Fig. i) angeschlossen. Dann ist die Phasenlage der positiven Impulse
durch den gesteuerten Zündzeitpunkt des Entladungsventils io gegeben. Die Wicklung
47 des Transduktors 44. wird über eine Stabilisierungsdrossel 5o und einen Einstellwiderstand
51 aus einer beliebigen Gleichspannungsquelle erregt. Sie ist nach Fig. i c beispielsweise
ebenfalls an die Batterie 29 angeschlossen.
-
Zu erwähnen sind noch die ungesteuerten Ventile 48 und 49 zur wahlweisen
Ergänzung des Steuerstromkreises der Wicklung q. bzw. des Hilfsstromkreises der
Wicklung 35 zwecks Unterbindung von Strömen falscher Richtung.
-
Das gleichstromseitige Ende des Hilfsstromkreises der Wicklung 35
kann statt am Punkt b auch am Punkt k2 angeschlossen sein. Aus dieser Änderung ergibt
sich durch Weglassung des über den Widerstand i i führenden Strompfades die Anordnung
nach Fig.2, in der der ganze zur Kontaktschließung benutzte Steuerstrom auch zur
spannungsabhängigen Einschaltvormagnetisierung in der Hilfswicklung 35 Verwendung
findet. Außerdem kann (das zeigt Fig. 2 ebenfalls) die Steuerwicklung q. statt auf
der Gleichstromseite der Reihenschaltung von Schaltdrossel und Kontakteinrichtung
auch auf ihrer Wechselstromseite angeordnet sein.
-
Unter anderem ist es auch möglich, mit Hilfe oder Hauptstromwicklung
q. den Ausschaltvorgang selbsttätig so zu steuern, daß die Kontakttrennung während
der Ausschaltstufe beginnt. Dazu wird der vom Entladungsgefäß io oder den entsprechenden
Ersatzeinrichtungen zum Einschalten freigegebene Steuerstrom nach Beendigung der
Einschaltstufe bis zum Beginn der Ausschaltstufe durch entsprechende Wahl der von
der Batterie 9 oder einer anderen geeigneten Spannungsquelle herrührenden Spannung
und der Ohmschen Widerstände im Steuerstromkreis auf einem oberhalb des Abfallwertes
des Magnetsystems liegenden Stromwert gehalten. Wenn die Ausschaltstufe einsetzt,
wird durch die gleichzeitig damit an der Schaltdrossel erscheinende Spannung das
Entladungsgefäß io gesperrt. Dann erst verschwindet der Steuerstrom aus der Wicklung
q. völlig, so daß sich die Kontakte nach Unterschreitung des Abfallwertes des Magnetsystems
während der Ausschaltstufe öffnen.
-
Die im Zusammenhang mit Fig. i beschriebenen Vormagnetisierungseinrichtungen
ermöglichen einen praktisch vollständigen Abgleich des Stufenstromes bis auf Null
und werden somit höchsten Ansprüchen gerecht. Bei geringeren Ansprüchen kann aber
auch mit einfacheren Mitteln ein befriedigender Betrieb (wenigstens in einem begrenzten
Aussteuerungsbereich) erzielt werden. Dafür werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele
beschrieben.
-
Nach Fig. 3 a ist außer dem Streckkreis mit der Wicklung 24 nur noch
ein einziger Hilfskreis 37 mit einer Wicklung 38 vorgesehen, die aus einer Wechselspannungsquelle
über eine Stabilisierungs-und Einstelldrossel 39 gespeist wird. Parallel zu der
Kontakteinrichtung 3 ist ein Nebenweg angeordnet, der, wie bekannt, einen Ohmschen
Widerstand q:o oder statt dessen eine an sich bekannte Reihenparallelschaltung von
Wirkwiderständen und Kondensatoren enthält. Durch richtigen Abgleich des Nebenweges
und der Hilfskreise wird eine resultierende Vormagnetisierung wechselnder Richtung
erzielt mit einer solchen Phasenlage und Höhe, daß zu den durch den Steuerstrom
in der Hauptstromwicklung q. festgelegten Zeitpunkten. für die Kontaktschließung
und -öffnung auch die zur
Schonung der Kontakte erforderliche Ein-
bzw. Ausschaltstufe gerade abläuft.
-
Nach Fig. 3 b ist statt eines Nebenweges ein an die Reihenschaltung
der speisenden Transformatorwicklun.g i und der Hauptwicklung 22 der Schaltdrossel
2 angeschlossener Querkreis mit einem Zi"irkwiderstand .I1 vorgesehen, durch dessen
richtige Abstimmung eine ähnliche Wirkung erzielt wird wie mit der Anordnung nach
Fig.3-a. In beiden Anordnungen kann die Hauptstroinwicklung d des N-Zagnetsystems
wahlweise entweder nach Fig. i oder nach Fig: 2 angeschlossen und gesteuert sein.
-
Die Anordnung nach Fig. 3 b kann noch dadurch verbessert «-erden,
daß der Kreis 38 finit trapezförmigem statt mit sinusförmigem Wechselstrom beschickt
wird, beispielsweise aus einer Transduktörschaltung mit zwei entgegengesetzt vormagnetisierten
Sättigungsdrosseln. Dieser Trapezstroin liefert die gleichbleibenden Anteile der
Ein- und der Ausschaltvormagnetisierung. Die spannungsabhängigen Anteile für beide
vermag der erwähnte Querkreis zu liefern, wenn ihm eine geeignete Zusatzspannung
eingefügt wird, welche die Spannungsabfälle an den Ohmschen Widerständen dieses
Vormagnetisierungskreises zu decken vermag, oder wenn sein Anschluß von dem Punkt
)z1 weg an die Mittenanzapfung 1a der Schaltdrosselwicklung 22 gelegt wird. Wird
hierbei eine verhältnismäßig weitgehende Teilaussteuerung gewünscht, so kann durch
ein zusätzliches Ventil im Querkreis der Vormagnetisierungsstrom in Einschaltrichtung
unterdrückt und damit eine vorzeitige Ummagnetisiertmg der Drossel beim Einschalten
verhindert «-erden.