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Umformungsanordnung Bekannt ist eine Umformungsanordnung zum Energieaustausch
zwischen einem Gleichstromsystem und einem Drehstromsystem gegebener Frequenz, dessen
verkettete Phasenleitungen sich auf je zwei synchrongesteuerte, im Gegentakt arbeitende
und an verschiedene Pole des Gleichstromsystems angeschlossene Kontakteinrichtungen
verzweigen und in dem gemeinsamen Leitungsteil je eine stromabflachende Sättigungsdrossel
außerhalb der Verzweigung aufweisen. Entsprechende Anordnungen können auch für Wechselstromsysteme
mit größerer Phasenzahl m verwendet werden. Damit geglätterter Gleichstrom bzw.
möglichst sinusförmiger Wechselstrom erzielt werden kann, sind die Kontakteinrichtungen
so gebaut bzw. eingestellt, daß sich die Schließungszeiten der einander ablösenden
Phasen überlappen. Zur Umformung einer im vorausfestgelegten Leistung genügt es
nicht, die einzelnen Teile der Anordnung für den Nennstrom und für die Nennspannung
mit den erforderlichen Sicherheitszuschlägen zu bemessen. Da nämlich die Zeitspanne
begrenzt ist, die vom Beginn der Kommutierung einer Phase bis zur erneuten Schließung
derselben Phase in umgekehrter Richtung zur Verfügung steht, so kann es vorkommen,
daß trotz ausreichender Bemessung der Einzelteile die gewünschte Leistung nicht
erreichbar ist, weil die Spannung bei Überschreitung eines unter dem gewünschten
Höchststrom
liegenden Wertes steil abzufallen beginnt. Zur Vermeidung
dieses Übelstandes sind erfindungsgemäß das Streuverhältnis e der Kommutierungskreise,
der Steuerwinkel a und die Abmessungen und Eigenschaften der Sättigungsdrosseln
so aufeinander abzustimmen, daß
ist, m = Phasenzahl der Wechselstromseite der Umformungsanordnung, (o = Kreisfrequenz
der Wechselspannung, BJ = Induktion des Drosselkerns bei einem gegebenen Belastungsstrom
J, BS = Sättigungsinduktion des Drosselkerns, J t$ = Ummagnetisierungsdauer
der Sättigungsdrossel von --j- Bs auf-. Bs, bezogen auf den Scheitelwert
der Kommutierungsspannung.
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An Hand der Fig. = bis g sollen die Erfindung und einige Vorschläge
zur weiteren Verbesserung näher erläutert werden. Fig. i zeigt beispielsweise eine
Drehstromumforrnungsanordnung. Mit 12 ist die Sekundärwicklung eines Transformators
-oder die Ankerwicklung eines besonderen Drehstromgenerators bezeichnet. Die von
der Wicklung 12 ausgehenden Phasenleitungen verzweigen sich auf j e zwei der Kontakteinrichtungen
i bis 6, die in der Reihenfolge ihrer Bezifferung abwechselnd mittels einer schematisch
angedeuteten Exzenterwelle 15 geschlossen und geöffnet werden. Die Kontakteinrichtungen
i, 3 und 5 sind an den einen Pol eines Gleichstromnetzes 2o angeschlossen, die Kontakteinrichtungen
2, 4 und 6 an den anderen Pol: In den Phasenleitungen sind außerhalb der Verzweigung
Drosseln 13 angeordnet, deren Magnetkern 14 beim Nennstromwert hochgesättigt ist
und sich nur in der Nähe des Stromnullwertes entsättigt, wodurch eine Abflachung
der Stromkurve in Gestalt einer die Stromunterbrechung erleichternden stromschwachen
Pause hervorgerufen wird. Der Magnetkern 14 besteht aus einer magnetisch hochwertigen
Eisensorte, deren Magnetisierungskennlinie im ungesättigten Gebiet möglichst wenig
gegen die Flußachse geneigt sein, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete
möglichst scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel
zur Erregerachse verlaufen soll. Die Exzenterwelle 15 kann beispielsweise
durch einen Synchronmotor 16 angetrieben werden. Ist ein besonderer Generator zur
Speisung der Umformungsanordnung vorgesehen, so kann die Exzenterwelle 15 mit der
Generatorwelle gekuppelt sein. Zwecks Einstellung der Kontaktzeitpunkte ist die
Winkelstellung der Exzenter gegenüber der Phasenlage der Wechselspannung verstellbar,
z. B. durch Änderung der Winkelstellung des Drehfeldes des Antriebsmotors 16. Diese
kann durch Verdrehung des Motorständers oder vermittels eines Drehtransformators
17 bewirkt werden. Die Antriebsspannung wird z. B. einer Wicklung 18 entnommen,
die als Sekundärwicklung eines besonderen Hilfstransformators ausgeführt oder als
Zusatzwicklung auf dem Haupttransformator untergebracht werden kann. Zur Erzielung
eines möglichst obenvellenfreien Gleichstromes ist eine Glättungsdrossel ig vorgesehen.
Eine Grundlast 21 kann zur Erleichterung des Anlaßvorganges und zur Sicherung eines
Mindestbelastungswertes dienen.
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Parallel zu den Kontakteinrichtungen sind Nebenstrompfade angeordnet,
die in der Zeichnung durch Kondensatoren 22 und Ohmsche Widerstände 23 verkörpert
sind. Sie sollen den Anstieg der wiederkehrenden Spannung verzögern. Die Parallelpfade
können durch Hilfskontakteinrichtungen 7, 8, g periodisch unterbrochen werden. Die
Hilfskontakteinrichtungen können durch eine Exzenterwelle 38 angetrieben werden,
die über ein Kupplungsgetriebe 39
mit der Hauptwelle 15 gekuppelt sein kann.
Die Parallelpfade enthalten ferner zur Erleichterung des Einschaltvorganges Wicklungen
24, die auf einem Magnetkern 25 angebracht sind. Der Magnetkern 25 ist auch mit
der Drosselwicklung 13 verkettet und hat die gleichen magnetischen Eigenschaften
wie der Hauptkern 14, womöglich in noch höherem Grade. Die Windungszahl der Wicklung
24 ist im wesentlichen gleich der Windungszahl der Wicklung 13, ihr Wicklungssinn
ist entgegengesetzt.
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Auf den Kern 14 kann eine besondere Vormagnetisierungswicklung 26
zur Steuerung seines magnetischen Verhaltens angebracht sein, die z. B. mit Drehstrom
aus einer anzapfbaren Wicklung 28 über einen Drehtransformator 27 gespeist werden
kann. Die Wicklung 28 kann wiederum die Sekundärwicklung eines Hilfstransformators
oder eine zusätzliche Wicklung auf dem Haupttransformator sein. Ferner kann der
Kern 14 noch mit einer weiteren Steuerwicklung 29 versehen sein, durch die ihm eine
zusätzliche, beispielsweise nicht sinusfönnige Spannung zugeführt werden kann. Zur
Erzeugung dieser Spannung können Hilfsdrosseln 30 verwendet werden; die auf
einem aus gleichem oder ähnlichem Werkstoff wie die Kerne 14 und 25 bestehenden
Hilfskern 31 angebracht sind, der mittels einer weiteren Wicklung 32 aus einer anzapfbaren
Hilfswicklung 34 über einen Drehtransformator 33 erregt wird. Auch die Hilfswicklung
34 kann die Sekundärwicklung eines Hilfstransformators oder eine Zusatzwicklung
des Haupttransformators sein. Die Regeleinrichtungen der Drehtransformatoren 17,
27 und 33 können, wie angedeutet, miteinander gekuppelt sein, ebenso können
damit auch die Regeleinrichtungen der anzapfbaren Wicklungen 28 und 34 gekuppelt
sein.
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Die Drosselwicklungen 13 können durch Parallel-Pfade mit Ohmschen
Widerständen 35, Kondensatoren 36 und vor allem Induktivitäten 37 überbrückt sein.
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Fig.2 zeigt die Spannungskurven und Fig.3 Stromkurven der Umformungsanordnung
und darunter die Kontaktschließungs- und -öffnungszeiten in Abhängigkeit von der
Zeit t bzw. von dem -Winkel oi t,
wenn o)
= 2 .71 f die Kreisfrequenz der Wechselspannung ist. Die Schnittpunkte
der Spannungskurven U1, U3, U5 liegen um
elektrisch auseinander. Dementsprechend müssen auch die Einschaltzeitpunkte (z.
B. t1 und t4) der verschiedenen Phasen um den gleichen Winkel gegeneinander versetzt
sein. Außerdem muß jede Phase während einer Wechselspannungswelle zweimal eingeschaltet
werden, einmal auf den +-Pol und einmal auf den --Pol des Gleichstromnetzes 2o.
Die zugehörigen beiden Kontakteinrichtungen arbeiten zu diesem Zweck im Gegentakt,
d. h. unter einem Winkel von i8o° gegeneinander versetzt. Zwischen dem Zeitpunkt
der Zuschaltung der ablösenden Phase und dem Zeitpunkt, in dem die soeben abgelöste
Phase in entgegengesetzter Richtung erneut zugeschaltet werden muß, steht daher
ein Winkel von
zur Verfügung (z. B. 1, bis t6 bzw. t1 bis t3). In der Zeit, die diesem Winkel
entspricht, müssen sich zwei Vorgänge abspielen, nämlich die eigentliche Kommutierung
des Stromes und die Umsättigung der Drossel 13- Maßgebend für den Ablauf dieser
beiden Vorgänge ist die Spannung, die in dem von der ablösenden Phase und der übernehmenden
Phase gebildeten Kommutierungskreis wirksam ist. Der Verlauf dieser Spannung U$
ist in Fig. q. für den Kommutierungsstromkreis dargestellt, der durch die beiden
gemäß Fig. i gerade geschlossenen Kontakteinrichtungen 5 und i gebildet wird. Im
Schnittpunkt to der beiden Phasenspannungskurven U5 und U1 beginnt die Kurve der
Kommutierungsspannung UK vom Werte Null aus anzusteigen. Sie ist gleich der verketteten
Spannung der beiden Phasen. Ihr Maximalwert ist also
wenn U" der Nennwert der Phasenspannung ist. Der betrachtete Kommutierungsvorgäng
werde durch Schließung der Kontakteinrichtung i im Zeitpunkt t1 um einen Winkel
a nach dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit to eingeleitet. Für die eigentliche
Kommutierung möge ein Spannungszeitintegral entsprechend der Fläche K (Fig. q) aufzuwenden
sein. Dieses enthält auch einen Anteil, durch den der Drosselkern 14 der stromabgebenden
'Phase 5 von der Induktion Bj beim Stromwert J auf die im Augenblick seiner
Entsättigung, d. h. am Sättigungsknick, vorhandene Induktion Bs und der Drosselkern
der übernehmenden Phase i von Bs auf Bj gebracht wird. Da nun die Drossel der stromabgebenden
Phase 5- auch mit der Kontakteinrichtung 2 in Reihe liegt, so rnuß ihr Kern 14 bis
zum entgegengesetzten Sättigungsknick ummagnetisiert werden, bevor im Augenblick
t3 die Kontakteinrichtung 2 geschlossen wird. Die Induktion dieses Drosselkerns
muß sich also um den Betrag 2 B, ändern. Dazu sei ein Spannungszeitintegral entsprechend
der Fläche M erforderlich. Das gesamte aufzuwendende Spannungszeitintegral entsprechend
den Flächen K + M muß in der Zeit von 1l bis 1, entsprechend einem Winkel
von durchlaufen sein, es darf somit höchstens
den Wert UK",ax [cos a -- cos (a + 6o)] haben. Würde es größer sein, so würde das
bedeuten, daß die Ummagnetisierung der Drossel beim Schließen der Kontakteinrichtung
5 noch nicht beendet ist, daß sich also die Drossel noch im ungesättigten Zustand
befindet. Dann kann der eigentliche Kommutierungsvorgang nicht sofort nach der Kontaktschließung
einsetzen, sondern erst später, nachdem sie die Drossel bis zum Knick der Magnetisierungskurve
gesättigt hat, d. h. bei einem größeren Winkel a, als ursprünglich angenommen wurde.
Der Winkel a ist nun aber für die Spannung auf der Gleichstromseite maßgebend. In
Fig. 5 ist der Verlauf der Gleichspannung U, in Abhängigkeit von a für Leerlauf
aufgetragen. Er folgt einer Kosinuslinie, und seine Werte vermindern sich bei der
Belastung um den Spannungsabfall an den im Stromkreis liegenden Impedanzen und um
einen weiteren Betrag, der sich daraus ergibt, daß während der Kommutierungszeit
auf der Gleichstromseite nicht die volle Spannung entsprechend den in Fig:2 ausgezogenen
Linien, sondern der strichpunktiert eingezeichnete Mittelwert aus den Spannungen
der abgebenden und der übernehmenden Phase auftritt. Aus Fig. 5 erkennt man, daß
bei nicht rechtzeitig beendeter Umsättigung der Drosselkerne 1q. die Gleichspannung
zusätzlich gesenkt wird. Damit dies vermieden wird, darf der Strom nicht größer
sein als
Hierin ist I_ die Induktivität des gesamten zwei Phasen umfassenden Kommutierungskreises
einschließlich der Luftinduktivität der beiden zugehörigen Drosseln 13.
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UK."" m d t3 stellt die Fläche M dar, woraus sich gemäß Fig.
6 die Definition von d t, als Dauer der Ummagnetisierung der Drossel 13 von
+ Bs auf - Bs, bezogen auf den Maximalwert der Kommutierungsspannurig, ergibt. Für
diese Ummagnetisierungsdauer, die auch als relative stromschwache Pause bezeichnet
werden kann, sind : die Abmessungen der Drossel, d. h. die Windungszahl ze, der
Wicklung 13, der Querschnitt q des Magnetkerns 1q. . und seine Sättigungsinduktion
Bs; maßgebend nach der Gleichung
Der Faktor berücksichtigt -den zusätzlichen Aufwand für die oben geschilderte Änderung
des Magnetisierungszustandes der beiden beteiligten Drosseln während des eigentlichen
Kommutierungsvörganges von t1 bis t2.
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Damit der Nennstrom oder ein größerer Strom erzielt werden kann, ohne
daß die obenerwähnte zusätzliche Spannungssenkung eintritt, muß die Bedingung
erfüllt sein. Daraus folgt die erfindungsgemäße Formel, wenn berücksichtigt wird,
daß
der dem Nennstrom 1, entsprechende Effektivwert
in erster Annäherung gleich dem Effektivwert jn des Wechselstromes und das Streuverhältnis
ist.
Zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Bedingung empfiehlt es sich, das Streuverhältnis
e klein zu machen, d. h. kleiner als es bei anderen Umformungsanordnungen, insbesondere
solchen mit Quecksilberdampfentladungsgefäßen, mit Rücksicht auf den Kurzschlußstrom
üblich ist. Dazu kann der dreh stromseitig angeschlossene Transformator oder Generator
mit außergewöhnlich kleiner Streuindulctivität ausgeführt werden, die Streu- bzw.
Luftinduktivität der Sättigungsdrosseln ist beispielsweise durch Parallelschaltung
mehrerer Wicklungszweige und Verwendung von Ringkernen so weit wie möglich herabzusetzen,
Verbindungsleitungen und Schaltgeräte sind mit möglichst geringer Streuinduktivität
auszuführen. Das gesamte Streuverhältnis e soll insbesondere kleiner sein als 8
°/o. Auf den Kurzschlußstrom braucht keine besondere Rücksicht genommen zu werden,
weil er bekanntlich ohnehin durch die Entsättigung der Drosseln 13 auf einen verhältnismäßig
niedrigen Dauerwert begrenzt wird, so daß es sogar möglich ist, durch einen absichtlich
herbeigeführten Kurzschluß auf der Wechseistromseite der Kontakteinrichtungen z,
3 und 5 einerseits und 2, q. und 6 andererseits diese Kontakteinrichtungen vor Beschädigungen
gegen Schaltfeuer in etwa vorkommenden Störungsfällen zu schützen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung eines möglichst großen Belastungsstromes
besteht darin; daß die Umformungsanordnung nicht voll ausgesteuert, sondern mit
einem Aussteuerwinkel a > 0 betrieben wird, wie es in den Fig. 2 bis q. beispielsweise
dargestellt ist. Der Aussteuerwinkel kann entweder fest eingestellt werden, wenn
eine Regelung in größerem Bereich nicht erforderlich ist, oder es kann durch einen
Anschlag, z. B. an der Regeleinrichtung 17, dafür gesorgt werden, daß ein bestimmter
kleinster Winkel a, nicht unterschritten werden kann. Damit hierbei eine bestimmte
Höhe der Gleichspannung U" erzielt werden kann, muß die Wechselspannung entsprechend
der Fig. 5 von vornherein höher gewählt werden. Es empfiehlt sich, mit einem kleinsten
Aussteuerwinkel von etwa g° e1. zu arbeiten, weil das Spannungsintegral über o bis
g° keinen merklichen Beitrag zur Kommutierung liefert, wie Fig. q. zeigt, und weil
andererseits gemäß Fig. 5 die Spannungsabsenkung bei a = g° noch unbedeutend ist.
Die Maßnahme, dts durch Verwendung verhältnismäßig kleiner Schaltdrosseln klein
zu machen, trägt ebenfalls zur Erhöhung der Strombelastbarkeit bei. Gleichzeitig
wird jedoch dadurch die Dauer der stromschwachen Pause verkürzt. Die Drosseln dürfen
also nicht zu klein gewählt werden, weil sonst die Sicherheit einwandfreier Unterbrechung
zu sehr beeinträchtigt werden könnte, die reit Rücksicht auf die unvermeidlichen,
durch mechanische Ungenauigkeiten bedingten Schwankungen der Kontaktzeiten und mit
Rücksicht auf etwaige Störungen bzw. Abweichungen von dem normalen symmetrischen
Verlauf der Wechselspannung geboten ist. Außerdem ist durch die mehr oder weniger
lange Dauer der stromschwachen Pause bei gegebener Lage des Ausschaltzeitpunktes
die untere Belastungsgrenze und somit die Größe des Belastungsbereiches bedingt.
Wenn beispielsweise der Ausschaltzeitpunkt bei der höchsten Strombelastung am Anfang
der stromschwachen Pause liegt, d. h. mit dem Zeitpunkt 1, zusammenfällt,
so rückt bei kleinerer Belastung infolge der Verkürzung der Kommutierungsdauer das
Ende der stromschwachen Pause immer näher an den Ausschaltzeitpunkt heran. Die kleinste
zulässige Strombelastung ist dann dadurch gegeben, daß ein aus Sicherheitsgründen
erforderlicher Teil der stromschwachen Pause auch bei diesem kleinsten Strom noch
hinter dem Ausschaltzeitpunkt liegen muß: Die geschilderte Betriebsbeschränkung
kann jedoch dadurch aufgehoben werden, daß der Ausschaltzeitpunkt und damit die
Überlappungszeit der Kontakte in Abhängigkeit von der Belastung stetig oder stufenweise
verändert wird.
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Bei Verwendung großer Sättigungsdrosseln kann die Ummagnetisierung
bei großer Strombelastung durch eine zusätzliche Vormagnetisierung des Drosselkerns
1q. beschleunigt und dadurch die Belastungsgrenze erhöht werden. Die Vormagnetisierüng
kann mit Hilfe der Wicklung 26 bewirkt werden und muß in dem gleichen Sinne wirken
wie der Strom, der während des folgenden Stromübertragungszeitabschnittes durch
die Hauptwicklung x3 fließt. Die Vormagnetisierung, deren Anwendung auch bei kleinen
Belastungen vorteilhaft ist, damit zur Erhöhung der Schaltsicherheit der Strom in
der Hauptwicklung während der stromschwachen Pause noch die gleiche Richtung hat
wie während des vorangegangenen Stromübertragungszeitabschnittes, kann bei höherer
Belastung gegebenenfalls selbsttätig dadurch ver- j stärkt werden, daß die von der
angezapften Transformatorwicklung 28 entnommene Spannung heraufgesetzt wird. Die
genannte Vormagnetisierung kann auch dazu benutzt werden, um den während der Wirkungszeit
der Sättigungsdrossel durch die Hauptwicklung 13 fließenden Strom zusätzlich bis
nahezu auf den Wert Null auszugleichen. Zur Aufrechterhaltung dieses Ausgleichs
ist es erforderlich, bei Änderungen des Aussteuerwinkels a auch die Phasenlage des
Vormagnetisierungsstromes im gleichen Sinne zu ändern. Hierzu dient die Kopplung
des Drehtransformators 27 mit dem Drehtransformator 17.
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Zur Beschleunigung der Ummagnetisierung kann auch eine Hilfsspannung,
beispielsweise mittels der Hilfswicklung 29, zusätzlich eingeführt werden. Die i
Hilfsspannung kann vorzugsweise eine von der Sinusform abweichende, insbesondere
annähernd rechteckige Kurvenform haben. Eine solche Hilfsspannung erhält man aus
der Wicklung 3o infolge der obenerwähnten Sättigungseigenschaften des Magnet- i
kerns 31. Es empfiehlt sich, die Fremdspannung erst
jedesmal nach
der Kontaktöffnung wirksam werden zu lassen, d. h. in der Zeit von t2 bis t3. Eine
fremd zugeführte Hilfsspannung kann aber ferner auch dazu benutzt werden, um bei
hoher Strombelastung die Kommutierungszeit zu verkürzen. Die Fremdspannung muß hierzu
jedesmal kurz nach der Kontaktschließung in den Kommutierungskreis selbst eingeführt
werden.
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Eine Verkürzung der stromschwachen Pause kann schließlich auch dadurch
herbeigeführt werden, daß ein Teil des Magnetkernquerschnittes der Sättigungsdrossel
bei hoher Strombelastung unwirksam gemacht wird. Zu diesem Zweck kann der Magnetkern
gemäß Fig. 7 aus zwei Teilen 1q. und i4.' bestehen. Der Teil 1q.' trägt eine besondere
Wicklung q0, die oberhalb einer vorbestimmten Belastungsgrenze mittels eines Schalters
41 gegebenenfalls selbsttätig kurzgeschlossen werden kann.
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Macht man die Leitfähigkeit des Parallelpfades 22, 23 groß, so wird
dadurch zwar ebenfalls die Ummagnetisierung des Drosselkerns 1q. beschleunigt, es
besteht jedoch dann die Gefahr, daß sich nach der Kontaktöffnung eine Stromschwingung
mit beträchtlicher Amplitude, z. B. nach der Kurve J, in Fig. 8, ausbildet, durch
welche die Überlastbarkeit der Umformungsanordnung bei gegebener Kleinstbelastung
und unveränderlicher Lage des Ausschaltzeitpunktes beeinträchtigt wird. Es muß nämlich
vermieden werden, daß die Schwingung mit dem Ausschaltzeit-# unkt zusammenfällt,
da sonst der Strom gerade im ffnungsaugenblick einen verhältnismäßig hohen Wert
haben könnte. Die Belastung dürfte daher nur so weit gesteigert werden, daß vor
dem Öffnungsbeginn hinreichend Zeit zum Abklingen der Schwingung zur Verfügung steht.
Um diese Zeitspanne wird also die zur Beherrschung eines Belastungsbereiches nutzbare
Dauer der stromschwachen Pause verringert, wenn grobe Kondensatoren 22 zur Verwendung
gelangen. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, für den Parallelpfad Kondensatoren
22 mit verhältnismäßig kleiner Kapazität zu wählen. Das Überschwingen des Stromes
gemäß der Kurve J, kann weiter dadurch gemildert bzw. unschädlich gemacht werden,
daß der Parallelpfad nach der Kontaktöffnung ebenfalls unterbrochen wird. In dem
in Fig. i dargestellten, zwischen t1 und 1, liegenden Zeitpunkt ist der Parallelpfad
zu der Kontakteinrichtung 5, die sich demnächst öffnen soll, über die Hilfskontakteinrichtungen
7 und 8 und über die Hauptkontakteinrichtung i geschlossen. Kurz nach der Öffnung
der Kontakteinrichtung 5 im Zeitpunkt 1, wird zwecks Unterbrechung des Parallelpfades
die Hilfskontakteinrichtung 7 geöffnet. Bevor dann die Kontakteinrichtung 2 im Augenblick
1, geschlossen wird, schließt sich die Hilfskontakteinrichtung 9, so daß ein über
die Hilfskontakteinrichtungen 8 und 9 und die Hauptkontakteinrichtung 6 verlaufender
Parallelpfad für die Kontakteinrichtung 2 vorhanden ist, der die Einschaltspannung
an diesem Kontakt auf einen niedrigen Wert absenkt. Der Einschaltstrom wird hierbei
durch den Drosselkern 25 auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt, da dieser Kern
erst ummagnetisiert werden muß, bevor der Strom in den beiden mit ihm verketteten
Wicklungen 13 und 2q., die nunmehr infolge des aus dem Kondensator 22 rückwärts
fließenden Entladungsstromes gleichsinnig magnetisierend wirken, steil ansteigen
kann. Auf diese Weise wird also durch den Drosselkern 25 beim Einschalten eine stromschwache
Pause hervorgebracht. Da der Kern 25 einen bedeutend kleineren Querschnitt hat als
der Kern 1q., ist diese stromschwache Pause sehr kurz, so daß sie in Fig. 3 vernachlässigt
ist. Vom Ende dieser stromschwachen Pause ab ist der Beginn des eigentlichen Kommutierungsvorganges
zu rechnen, so daß also durch sie der Aussteuerwinkel a um einen geringen Betrag
vergrößert wird.
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Während der Kontaktöffnung soll sich der Magnetkern 25 jedesmal im
gesättigten Zustand befinden, damit er den Übertritt des Stromes in den Parallelpfad
22, 23 nicht stört. Dies kann bei gleicher Windungszahl der Wicklungen 13 und 24
durch Wahl eines geeigneten Magnetmetalls mit einer Magnetisierungskennlinie, deren
abfallender Ast den Sättigungsknick erst unterhalb des Nullwertes der Erregung aufweist,
oder anderenfalls durch Wahl einer etwas kleineren Windungszahl für die Wicklung
24 öder endlich in jedem Fall durch Vormagnetisierung des Kerns 25 mittels einer
zusätzlichen Wicklung 42 (Fig. 7) erzielt werden. Die Wicklung 42 wird vorteilhaft
mit synchronem Wechselstrom aus einer Hilfswicklung, ähnlich den Wicklungen 28 und
3q., über einen Drehtransformator gespeist, dessen Regeleinrichtung ebenfalls mit
der Regeleinrichtung des Transformators 17 gekuppelt sein kann. Die Größe und Phasenlage
dieses Vormagnetisierungsstromes kann so eingestellt werden, daß er auch beim Einschaltvorgang
den gewünschten Magnetisierungszustand des Magnetkerns 25 herstellt. Die Wicklung
24. ist in diesem Fall entbehrlich.
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Das Überschwingen des Stromes gemäß Kurve J, in Fig. 8 kann ferner
mit Hilfe der zur Wicklung 13 parallel geschalteten Induktivität 37 gemildert werden.
Durch geeignete Abstimmung dieses Parallelpfades kann der über den Parallelpfad
22, 23 fließende, resultierende Strom jy die in Fig. 8 durch eine ausgezogene Linie
angegebene Kurvenform erhalten. Zum Vergleich ist noch die Stromkurve Jd gestrichelt
eingetragen. Dieser Strom würde durch die Drossel 14 fließen, wenn weder der Parallelpfad
22, 23 noch der Parallelpfad 35, 36, 37 vorhanden wäre. Die Nulllinie o in Fig.
8 gilt mit, die Nullinie o' ohne Vormagnetisierung durch die Wicklung 26, die wegen
der kurzen Dauer der betrachteten Zeitspanne in erster Annäherung als konstant betrachtet
werden kann, wenn der Vormagnetisierungsstrom während dieser Zeit seinen Maximalwert
durchläuft. Bei Anwendung des Parallelpfades 35, 36, 37 kann der Parallelpfad 22,
23 dauernd geschlossen bleiben; so daß die Hilfskontakteinrichtungen 7, 8, 9 überflüssig
sind. Dies hat gleichzeitig den Vorteil, daß auch nach der Öffnung der Hauptkontakteinrichtungen
ein überwiegender Teil der Kommutierungsspannung an der ungesättigten Drossel 13
liegt und deren Ummagnetisierung herbeiführt. Wenn dagegen der Parallelpfad 22,
23 nach der Öffnung der Hauptkontakte unterbrochen wird, liegt die Kommutierungsspannung
zum überwiegenden Teil an der geöffneten Hilfskontakteinrichtung,
so
daß die Umniagnetisierung des Drosselkerns 14 eine besonders starke V ormagnetisierung
mittels der Drossel 26 oder eine zusätzliche, mittels der Wicklung ag eingeführte
Hilfsspannüng, wie beschrieben, erfordert, es sei denn, daß der Drosselkern 14 die
Eigenschaft spontaner Magnetisierung besitzt, die bekanntlich einige Magnetlegierungen
aufweisen, d. h. daß die Induktion des Magnetkerns 1q. oberhalb einer bestimmten
Feldstärke ohne Steigerung der letzteren von selbst weiter zunimmt. Die Verwendung
eines Magnetmetalls mit spontaner Magnetisierung kann auch neben den oder statt
der übrigen obenerwähnten Maßnahmen zur Beschleunigung der Ummagnetisierung und
damit zur, Erhöhung der Strombelastbarkeit beitragen bzw. dienen; denn sie ermöglicht
es, mit sehr kleinen Parallelkondensatoren 22 oder sogar ganz ohne Parallelpfad
auszukommen und dadurch die erwähnten Schwingungen und die von ihnen verursachte
Verringerung der nutzbaren Dauer der stromschwachen Phase zu vermeiden.
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Bei :Magnetkernen ohne die zuletzt erwähnte Eigenschaft ist die Neigung
der gesättigten Teile der Magnetisierungskennlinie maßgebend für das Verhältnis
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, das seinerseits für den dritten Summanden der erfinderischen Formel 'mitbestimmend
ist. Damit letzterer nicht durch schlechte Magneteigenschaften des Drosselkerns
14 übermäßig vergrößert wird, wählt man vorteilhaft ein Magnetmetall, das ein Verhältnis
von BJ: Bs < i,i aufweist. Im Zusammenhang mit dem Magnetkern 25 wurde
bereits erwähnt, daß eine auf die Kontaktschließung folgende stromschwache Pause
den Aussteuerwinkel a vergrößert. Ferner wurde geschildert, daß auch der Magnetkern
1q. eine solche stromschwache Pause hervorrufen kann, wenn seine Ummagnetisierung
nicht rechtzeitig beendet ist. Dieser Umstand kann bei der Umformungsanordnung nach
der Erfindung verschiedenen Nebenzwecken dienlich sein. Zunächst kann damit willkürlich
die Spannung auf der Gleichstromseite wenigstens in einem kleinen Bereich in der
Größenordnung von etwa io °/o geregelt und dadurch beispielsweise der durch die
Belastungszunahme bedingte Spannungsabfall mindestens teilweise kompoundiert werden.
Dies kann u. a. durch Herabregelung des Vormagnetisierungsstromes in der Wicklung
26 oder der mittels der Wicklung 29 zusätzlich eingeführten .Hilfsspannung erreicht
werden, wodurch u. a. bei sinkender Belastung das Ansteigen der Gleichspannung verringert
werden kann.
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Da ferner, wie erwähnt, auch bei Überschreitung des durch die erfindungsgemäße
Formel gegebenen Höchstbelastungswertes eine Spannungssenkung infolge nicht rechtzeitiger
Beendigung der Ummagnetisierung des Drosselkerns 1q verursacht wird, so kann dieser
Vorgang dazu benutzt werden, um bei Überschreitung der obersten Belastungsgrenze
eine völlige Stillsetzung der Umformungsanordnung zu umgehen. Dazu ist es erforderlich,
daß der bei der zulässigen Hilfsbelastung am Anfang, 12, der stromschwachen Pause
liegende Öffnungszeitpunkt bei Überschreitung dieser Belastung mittels stromabhängiger
Steuerung selbsttätig auf einen späteren Zeitpunkt zwischen 12 und t3 verlegt wird.
Dann geht die Stromunterbrechung auch in diesem Falle während der stromschwachen
Pause unter erleichterten Bedingungen vor sich. Eine weitere Erhöhung des Belastungsstromes
hat ein starkes Absinken der Gleichspannung tf" zur Folge, so daß sich etwa der
in Fig. g dargestellte Verlauf der Belastungskennlinie mit einem deutlichen Knick
an der Stelle J.". ergibt. Das bedeutet, daß mit einer weiteren Verringerung des
Widerstandes im Verbraucherkreis oder der Gleichstromgegenspannung oberhalb von
1."x ein wesentlich geringerer Stromanstieg verbunden ist als unterhalb von Jma,,
Andere unerwünschte Folgen können dagegen nicht eintreten.