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Anordnung zur Erhöhung der Leistung von Gleichstrom schaltenden elektrischen
Kontakten, insbesondere der Kontakte von elektrischen Reglern, die mittels periodischen
Offnens und Schließens eines Gleichstromkreises den Regeleffekt erreichen Bekanntlich
arbeiten viele elektrische Regler für Spannung oder Strom mit Öffnen und Schließen
von Kontakten (z. B. Tirillregler, Zycharegler usw.). Die Schaltleistung dieser
Regler ist nun durch das Offnen und Schließen dieser Kontakte ziemlich eingeschränkt,
insbesondere dann, wenn sie, wie dies meistens der Fall ist, durch Öffnen und Schließen
eines Gleichstromkreises arbeiten. Es wird dann das Stehenbleiben eines Lichtbogens
zwischen den Schaltkontakten begünstigt, so daß der Kontaktabbrand unzulässig hoch
wird. Es ist nun bereits eine Einrichtung zum Abschalten von hochgespannten Gleichstrom
führenden Leitungen unter Last bekannt, bei der die beim Öffnen des Schalters an
diesem auftretende Spannung durch die Entladung eines vorgeladenen Kondensators
vorübergehend herabgesetzt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß in die Leitung
die Sekundärwicklung eines Transformators eingeschaltet ist, über dessen Primärwicklung
sich beim Schließen einer Hilfsschalteinrichtung der vorgeladene Kondensator derart
entlädt, daß die dadurch entstehende Sekundärspannung die Gleichspannung
der
Leitung vorübergehend aufhebt und die stromlose Öffnung eines mit der Sekundärwicklung
in Reihe liegenden Schalters gestattet. Die bekannte Anordnung hat aber den Nachteil,
daß keine Sicherheit besteht, den Hauptschalter in dem Moment zu öffnen, in dem
die über den Transformator eingeführte Sekundärspannung die Gleichspannung der Leitung
vorübergehend aufhebt. Aus diesem Grunde wird bei der bekannten Anordnung vorgeschlagen,
mit Rücksicht auf die Trägheit des Hauptschalters dessen Öffnung schon vorher zu
beginnen, so daß die eingeführte Sekundärspannung nur einen bereits am Schalter
vorhandenen Lichtbogen durch dessen Schwächung zum Erlöschen bringt.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Leistung von
Gleichstrom schaltenden elektrischen Kontakten, insbesondere der Kontakte von elektrischen
Reglern, die mittels periodischen Öffnens und Schließens eines Gleichstromkreises
den Regeleffekt erreichen, wobei aber der geschilderte Nachteil der bekannten Einrichtung
vermieden wird. Es ist dabei über die Kontakte außer dem zu unterbrechenden Betriebsstrom
noch ein Wechselstrom geleitet. Um aber bereits im Zeitpunkt des Öffnens der Kontakte
eine starke Schwächung des Betriebsstromes zu erzielen, ist ferner bei der Anordnung
nach der Erfindung die Phasenlage dieses Wechselstromes mit dem Zeitpunkt des Öffnens
der Kontakte durch die Beeinflussung der die Kontakte steuernden Erregerspule derart
gekoppelt, daß im Moment des Öffnens der Kontakte der überlagerte Wechselstrom mit
dem Betriebsstrom einen in der Nähe des Nullwertes liegenden resultierenden Strom
ergibt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In Fig. z bezeichnet z eine Gleichstrommaschine, deren Erregerwicklung
=o über den Vorschaltwiderstand z von einer Fremdspannung (Batterie xz) gespeist
wird. Parallel zum Vorschaltwiderstand z liegen die Kontakte 3 des Spannungsreglers.
Die Kontakte werden mit Hilfe der Betätigungsspulen 7 und 8 periodisch geöffnet
und geschlossen. Den Kontakten 3 wird nun zu dem normalerweise zu schaltenden Gleichstrom
i, noch der von der Wechselstromquelle 4 gelieferte Wechselstrom i7" überlagert,
der über den Umspanner 5 und den Kondensator 6 zugeführt wird. Der Kondensator 6
hält den Gleichstrom von dem Wechselstromkreis fern. Durch diese kapazitive Ankopplung
der Wechselstromquelle an den Gleichstromkreis wird also ein Gleichstromkurzschluß
der Kontakte 3 über den Wechselstromkreis verhindert. Durch die Überlagerung der
beiden Ströme muß der Reglerkontakt 3 wohl zeitweise etwa den doppelten Wert des
Gleichstromes führen, doch folgt darauf wieder eine Halbwelle, wo- der Strom zu
Null oder sogar negativ wird. Dadurch wird also das Erlöschen des Gleichstromes
nach dem Öffnen der Kontakte sehr begünstigt. Macht man die Amplitude des Wechselstromes
gleich der des Gleichstromes, so bleibt die Strombeanspruchung des Kontaktes die
gleiche. Um ein Unterbrechen der Kontakte gerade dann zu erreichen, wenn der gesamte
Strom Null wird bzw. ein Minimum, kann man den Wechselstrom auf die Betätigungsspule
des Reglers in der Weise einwirken lassen, daß die von ihm ausgeübte zusätzliche
Zugkraft in der gleichen Richtung wirkt wie die von der Spannungsspule herrührende,
wenn der Kontaktstrom infolge Differenzwirkung von Gleich- und Wechselstrom seinen
Kleinstwert hat. Es genügt dafür eine kleine zusätzliche Beeinflussung der Zugkraft
durch den Wechselstrom, um die Wirkung zu erzielen, daß der Kontakt sein Bestreben,
zu unterbrechen, noch so lange verschiebt, bis der Strom seinen Kleinstwert erreicht
hat. In Fig. z ist dieser Augenblick durch die eingezeichneten Pfeile dargestellt.
Im Kontakt 3 wirken sich beide Ströme entgegen, dagegen unterstützt die Wechselstromspule
7 die Zugkraft der Spannungsspule B. An Stelle der zwei Spulen 7 und 8 genügt auch
eine einzige Spule, bei der Gleichstromglied und Wechselstromglied in Spannungs-
oder Stromschaltung zu überlagern wären. Der zur Überlagerung dienende Wechselstrom
kann auch über Schleifringe der Maschine z entnommen werden.
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Die auf vorgenannte Weise erzielbare Steigerung der Schaltleistung
des Kontaktes kann dazu benutzt werden, um das Kontaktspiel zu erhöhen, d. h. kürzere
Öffnungs- und Schließungszeiten und damit eine gleichmäßigere Spannungshaltung zu
erzielen. Das ist deswegen möglich, weil wegen der größeren Schaltleistung am Vorschaltwiderstand
eine größere Überschußspannung an die Erregerwicklung gelegt werden kann. Das geht
aus folgenden Überlegungen hervor: Die Flußänderung in der Maschine, die den Regler
zum Ansprechen bringt, betrage d0. Nach dem Induktionsgesetz ist dann
d. h. der für die Änderung von d O benötigte Zeitabschnitt wird um so kleiner, je
größer die an die Erregerwicklung angelegte Spannung gegenüber dem Ohmschen Spannungsabfall
wird. Das geht aus Fig. z noch klarer hervor. Bei kurzgeschlossenem Widerstand z
mögen sich die Endwerte 0, bzw. il einstellen, bei eingeschaltetem Widerstand
die Endwerte 02, bzw. i, Die an den Erregerkreis angelegte Spannung ist also wesentlich
größer gewählt als die beim Nennwert des Erregerstromes an der Erregerwicklung auftretende
Spannung. Beim Schließen des Kontaktes versucht der Strom nach der Kurve a hochzulaufen,
beim Öffnen nach der Kurve b abzusinken. Wegen der durch das Einschalten des Widerstandes
kleineren Zeitkonstante erfolgt das Abfallen rascher als der Anstieg. Liegt nun
der Sollwert des Erregerstromes i auf den steil ansteigenden und abfallenden Teilen
der Kurven a und b, so erhält man für die zum Ansprechen des Reglers
erforderliche Flußänderung 4 0 kleine Zeiten 4t. Diese Wirkung ist natürlich nur
möglich, wenn der Regler die von ihm zu schaltende größere Leistung bewältigen kann,
wie es auf die oben geschilderte Art möglich erscheint.
Bei der
Anordnung der Fig. i ist die den Wechselstrom liefernde Fremdstromquelle 4 von der
Belastung der Kontakte mit Gleichstrom unabhängig. Man könnte aber auch eine Abhängigkeit
des von dieser Fremdstromquelle gelieferten Wechselstromes von dem Gleichstrom der
Kontakte herstellen, indem man etwa für diese Fremdstromquelle eine kleine Synchronmaschine
benutzt und den Erregerstrom dieser Synchronmaschine in Abhängigkeit von dem Gleichstrom
der Kontakte bringt.
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Man kann auch, statt den Wechselstrom aus einer fremden Stromquelle
dem Gleichstrom zu überlagern, einen Schwingungskreis über den Reglerkontakt entladen.
Eine solche Anordnung ist in Fig. 3 angedeutet. 6 bedeutet wieder den Kondensator,
der eine Überbrückung des geöffneten Kontaktes durch den Gleichstrom verhindert.
9 stellt eine Drosselspule dar, die dem Reglerkontakt vorgeschaltet ist. Bei geöffnetem
Kontakt wird der Kondensator durch die am Widerstand liegende Spannung aufgeladen.
Beim Schließen des Kontaktes entlädt sich der Kondensator über die Drosselspule
in Form von Schwingungen, die ebenfalls Höchst- und Kleinstwerte des Stromes im
Kontakt zur Folge haben und die Unterbrechung erleichtern. Bei geschlossenem Kontakt
stellt die Drosselspule einen Energiespeicher dar, der sich beim Öffnen über den
Kontakt und den Kondensator ebenfalls in einer Reihe von Schwingungen entlädt. Der
Schwingungskreis begünstigt dabei sowohl beim Schließen der Kontakte den Stromanstieg
durch Freiwerden der in ihm aufgespeicherten Energie als auch beim Öffnen das Nullwerden
des Betriebsstromes durch Aufladen des Schwingungskreises. Durch richtige Wahl der
Eigenfrequenz des Schwingungskreises wird man ferner von dem Wechsel der Öffnungs-
und Schließungszeit der Kontakte weitgehend unabhängig. Um für den Kondensator 6
günstige Abmessungen zu erhalten, kann man die Drosselspule 9 zugleich als Umspanner
für den Kondensator verwenden. Beispielsweise kann die Drosselspule 9 als Spartransformator
geschaltet werden, indem man die von dem Widerstand 2 kommende Zuleitung zu dem
oberen Ende der Drosselspule an eine Anzapfung der Drosselspule 9 anschließt, während
der Kondensator 6 nach wie vor an das obere Ende der Drosselspule angeschlossen
bleibt. Der Kondensator bekommt dann eine höhere Betriebsspannung.
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Die bei den Anordnungen der Erfindung verwendeten Kondensatoren können
als Elektrolytkondensatoren ausgeführt werden, da sie im allgemeinen nur mit geringen
Spannungen beansprucht werden.
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Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich nicht nur für die Erhöhung
der Leistung der Kontakte von Reglern. Die Erfindung kann auf allen Gebieten verwendet
werden, wo die Schaltleistung von Kontakten erhöht bzw. ein funkenloses Öffnen und
Schließen von mit Gleich- oder Wechselstrom arbeitenden Kontakten erreicht werden
soll. Insbesondere kann die Erfindung außer bei den bereits geschilderten Kontaktreglern
auch noch bei Leistungsschaltern für Gleichstrom, bei Schützen, bei Kontaktumformern
und ähnlichen Einrichtungen benutzt werden.