Anordnung zum Steuern von Gleich- und Wechselstromkreisen. Beim Unterbrechen hochbelasteter Strom kreise entsteht ein Abreissfunke am Schalter, der die Kontaktflächen gefährdet. Die Schwierigkeit, eine schädliche Funkenbildung zu unterdrücken, wächst mit der Vergrösse rung der zu steuernden Energiemengen. Die nachteilige Wirkung des Öffnungsfunkens wird vermieden, wenn man der .Erfindung ge mäss als Schalter Metalldampfap:paratei ver wendet. Beispielsweise können parallel zum Hauptschalter Gleichrichter angeordnet sein, deren Lichtbogen einen Teil des zu steuernden Stromkreises bilden.
Durch Zünden des Licht bogens wird der Stromkreis geschlossen, durch Löschen unterbrochen. Eine Funkenbildung, welche die Kontaktstellen gefährdet, tritt hierbei nicht .auf, und es lassen sich mit Hilfe dieser Anordnung selbst grosse Energiemen gen praktisch funkenfrei abschalten.
Das Löschen des Lichtbogens kann in be kannter Weise dadurch erfolgen, dass man die Hilfserregung unterbricht. Man kann aber auch zum Löschen die Metallbeläge verwen den, welche zur Erleichterung des Zündens auf dem die Anoden umgebenden Gehäuseteil angebracht sind. Verbindet man diese Metall- Beläge mit der Kathode, so reisst der Licht bogen ab.
Die Wirkung dieser Metallbeläge beruht darauf, dass, sie je nach dem Potential, welches man ihnen erteilt, den Potentialfall zwischen Anode und Kathode, der den Übergang der stromtransportierenden Teilchen verursacht, stärken oder schwächen. Es ist bekannt, zum Zwecke des Löschens diese Metallbeläge mit der Kathode zu verbinden. Die Wirkung kann aber bedeutend gesteigert, d. h. die Si cherheit, mit der der Lichtbogen gesteuert wird, vergrössert werden, wenn man dem Be lag ein von dem der Elektroden möglichst. ver schiedenes Potential erteilt.
Man kann zum Beispiel, um den Lichtbogen zu löschen, den Metallbelag auf ein niedrigeres Potential als das der Kathode mit Bezug auf die Anode bringen, indem man ihn zum Beispiel mit dem Sternpunkt des Transformators oder dem Endpunkt der folgenden Phase, das ist die Anschlussstelle der benachbarten Anode, ver- bindet. Der Stromübergang zwischen Anode und Kathode wird dann so. .gestört, dass der Lichtbogen abreisst. Von Einfluss ist auch die Grösse der Metallbeläge, da sie in Verbindung mit der zubehöriben Anode als Kondensatoren wirken.
Die Metallbeläge können innerhalb oder ausserhalb des Metalldampfgefässes ange ordnet werden; sie bestehen zum Beispiel aus Blech oder Drahtgewebe. Werden sie ausser halb des Anodenarmes angebracht, so lässt man zweckmässig zwischen Belag und Gefä.ss- zvand einen Luftzwischenraum zur besseren Küblunc und auch um Durchschläge zu ver meiden.
Die Verwendung von 1VTetalldampfa,ppara- ten für Scha.ltz-,vecke kommt wegen ihrer -leichriehtenden Wirl@ung zunächst für Gleichstromkreise in Betracht. Sie lassen sich jedoch auch für Wechselstromkreise verwen den, indem man in den zu steuernden Strom kreis Paare von Gleiehriehtern mit eritbeben- -esetzter Ventilwirkung einschaltet. Jeder der beiden Gleichrichter lässt .den Strom nur in c-iner Richtung hindurch, der eine nur die po sitive, der andere nur die negative Welle.
Hinter dem Gleichrichter vereiniberi sich beide Wellen wieder zu einem Wechselstrom. Die gleichrichtende Wirkung der Metall- dampfa.ppara.te ist also auf;elioben, und sie dienen lediglich als Schaltapparate.
Ausführungsbeispiele der Anordnung nach der Erfindung sind in der Zeiclinun db wiedergegeben.
In I'ig. 1 stellt n ein Einphasennetz dar, das über den Hauptschalter la an Spannung 0,eleo#t wird. Parallel zu dem Schalter lieben die Quecl@silbergleichrichter g1 und g2 mit den Anoden crl und (r2 und den Kathoden lcl und 1-2. Konzentrisch um die Anoden sind die lIetallbeliibe b1,
b. angebracht. Die Anode n, ist über den Ausschalter s, mit der Kathode 1-. und die Anode a@ über den Ausschalter s, mit der Kathode k1 verbunden. Infolge der Crcgeneinanderschaltung der Apparate kann clcr Strom die von den Gleichrichtern o,ebil- deten Brücken in beiden Richtungen passie ren, da für jede Stromrichtung eine Brücke vorhanden ist.
Die Anordnung wirkt nun folgender massen Der Hauptschalter lt sei zunächst geschlos sen, so dass das Netz unter Spannung steht. Die Gleichrichter sind ausser Betrieb. Will man das Netz abschalten, so werden die Schal ter s1 und s<I><U>.</U></I> beschlossen und die Ililiserre- gung e, e, die von einer beliebigen Strom duelle gespeist wird, einbeschaltet. Wird nun der Hauptschalter la geöffnet,
so erhalten die beiden Gleichrichter Spannung und springen an. Der Strom im Netz wird also durch Off nen des Sehalters nielit unterbrochen, da. er ja jetzt -anstatt durch den Schalter, durch die beiden Quecksilberapparate fliesst. An Stelle des Schalters übernehmen jetzt die Licht bogen die Leitung des Strome. Um das Zün den zu erleichtern, sind die Beläge b1, b@ rnit den Anoden a1, n.. verbunden.
Werden nun mittelst der Umschalter 1l, 1r._. die Beläge von den Anoden getrennt und mit. den Kathoden verbunden, so -,werden die Lielitbögen und da mit auch der Strom unterbrochen.
Falls zu befürchten ist, dass die Metall- dampf < apparate beim Offnen des Hauptschal ters nicht sofort anspringen, kann man den Spannungsabfall im Schalterstromkreis da durch erhöhen, dass man parallel zum Schal ter Widerstände, Drosselspulen oder derglei chen anordnet, die bis zum Zünden der i1le- ta:lldampfappara.te einbeschaltet bleiben. Man kann den Metallbelag .auch ständig mit der Kathode verbinden, wenn man zwischen Be lag und Kathode einen hochohmigen Wider stand (z. B.
Wasser oder Silit) schaltet. Diese Anordnung ist in h'i.g. \? dargestellt. Wird durch Öffnen des Schalters s;; die Verbindung zwischen den Belägen und den Anoden auf gehoben, so wird' der Liehtboben unter brochen.
Die Verwendung von ll@etallclampfa:ppara._ ten. zri Schaltzwecken errncliclit; nun eine Reihe von Anordnungen, bei denen auf eine gänzlich neue Art die Erregerstromkreise von elektrischen Maschinen oder Apparaten, ins besondere von solchen mit Gleichstromerre- gung gesteuert werden, indem die Gleichrich ter, welche die Erregerenergie übermitteln, zugleich als Schaltapparate dienen.
Dabei können die Gleichrichter in Abhängigkeit von Regelvorrichtungen bekannter Art das Feld verändern. und stellen in Verbindung mit den gebräuchlichen Sicherheitsvorrichtungen, wie Überstromrelais, Überspannungsrelais, Span nungsrückgangrelais ein wirksames Mittel dar, um elektrische Maschinen oder Apparate vor Beschädigungen durch Störungen ,aller Art zu schützen.
In Fig. 3 der Zeichnung ist als Beispiel eine Bahnanlage dargestellt. Bei Einanker- umformern für Bahnen kommen Überschläge am Kollektor vor, wenn die Fahrleitung Schluss mit der Erde bekommt, oder wenn plötzliche Schwankungen auf der Drehstrom seite auftreten. Dias -Schaltverfahren der Er findung soll dazu verwendet werden, um die Erregung fortzunehmen.
Aus dem Drehstromnetz 1 wird der Trans formator 2 gespeist, an dessen Sekundärwick lung der Rotor des Einankerumformers 3 an geschlossen ist, welcher die Bahnanlage 4 mit Strom versorgt. Der erzeugte Gleichstrom fliesst über einen normalen Automaten 5 und einen Sühnellschalter 6. Der Strom aus dem Netz 1 wird dem Transformator 2 über Gleichrichter 7 bis 12 zugeführt. Jede Phase ist in der oben beschriebenen Weise an zwei parallel geschaltete Gleichrichter mit entge gengesetzter Ventilwirkung angeschlossen, so dass die. gleichrichtende Wirkung der Queck silberapparate ,aufgehoben ist.
Sie dienen lediglich als Sthaltapparate.
Der Erregerstrom wird über den Gleich- ri:ehter 13 und Transformator 14 dem Netz 1 entnommen und über einen Regulierwider- stand 15 in die Feldwicklung 16 geschickt. Zum Abschalten des Umformers vom Dreh stromnetz sind Kontaktes 17 bis 19 vorge sehen, die in verschiedener Weise betätigt werden. Sie dienen dazu, die Anodenbeläge der Gleichrichter mit der zugehörigen Ka thode zu verbinden, um in bekannter Weise den Gleichrichter zum Verlöschen zu bringen und dadurch den Strom zu unterbrechen.
Die Kontaktvorrichtung 17 ist mit einem Leistungsrelais 20 verbunden, dessen Strom- spule mit 21 und dessen Spannungsspule mit 22 bezeichnet ist. Das Relais spricht an, so bald die Leistung einen Maximalwert über schreitet, oder sobald der Umformer Leistung in das Drehstromnetz zurückgeben sollte. Gleiche Relais sind auch an die übrigen Pha sen bei 28 und 24 angeschlossen, sie sind je doch der Übersicht wegen in der Zeichnung nur angedeutet. Aus dem gleichen Grunde sind die Kontaktverbindungen der Gleich- richter 7 und 8, 11 und 12 nicht gezeichnet.
Die Kontakte 18 und 19 sind mechanisch mit dem Schnellschalter 6 verbunden, so dass dieser Schalter die Kontakte schliesst, wenn er in seine Ausschaltstellung .gekommen ist. Beide Kontakte wirken in gleicher Weise wie Kontakte 17, indem auch sie die Verbindung zwis,chen Kathode und Anodenbel.a,g der Gleichrichter herstellen, also durch Löschen der Gleichrichter den Strom unterbrechen. Kontakt 18 liegt parallel zu dem Kontakt 17 und unterbricht den Drehstrom, wenn der Schnells-chalier 6 auslöst.
Die Kontakte 19 dienen zum Abschalten der Erregung. Damit letztere erst fortgenommen wird, wenn der Anker stromlos geworden ist, erhält Kontakt 18 eine gewisse Voreilung gegen Kontakt 19. Die Unterbrechung der Erregung ist notwen dig, da auch nach Abschalten des Drehstro mes, der infolge des Beha.rrungsvermö.gens noch eine Zeit lang weiterrotierende Umfor mer Strom .auf einen im Bahnnetz aufgetre tenen Kurzschluss, liefern kann, so lange er noch erregt ist. Es können also auch dann noch Kollektorübers@chläge eintreten.
Da nach Schluss der Kontakte 19 der Erreger strom plötzlich unterbrochen wird, sind noch Vorrichtungen notwendig, um die sehr hohe Selbstiniduktionsspannung der Erregerwick- lung unschädlich zu machen. Zu diesem Zweck können Hörnerblitzableiter 25 oder hochohmige Widerstände 26 der Erregerwick lung 16 parallel geschaltet werden.
Die Anordnung gemäss der Erfindung kann 'zweckmässig verwendet werden, um Ge neratoren gegen die schädlichen Wirkungen von Kurzschlüssen und dergleichen zu schüt zen. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 4 darge- stellt. Es ist dort 27 ein Turbogenerator, der aus einer Erregermaschine 28 über einen Umschalter 29 und Schleifringe 30 und 31 erregt wird.
Die Erregung kann mit Hilfe des Umschalters 29 auf einen mehrphasigen Gleichrichter 32 umgelegt werden, sobald der Generator Strom in das Netz schickt. Dieser Gleichrichter 32 wird in üblicher Weise über den Transformator 33 aus dem vom Generator gespeisten Netz 34 mit Strom versorgt. Das Löschen des vom Gleichrichter gelieferten Erregerstromes erfolgt dadurch, da.ss ein Kon takt 35 die Anodenbeläge des Gleichrichters mit dessen Kathode verbindet.
Dieser Kon takt 35 wird bei Kurzschluss dadurch betä.- tigt, dass ein Eisenkern 36, der an einer Feder 37 aufgehängt ist, durch die im Kurzschluss- kreis liegende Spule 38 die beiden Kontakt stellen miteinander verbindet. LTm das plötz liche Unterbrechen des Erregerstromers un schädlich zu machen, ist auch hier wieder ein Schutzwiderstand 39 der Erregeiwieklung parallel geschaltet. Der übliche Regulier widerstand der Erregung ist bei 40 ange geben.
Schaltet man zwei Gleichrichter parallel, die zum Beispiel durch einen Stufentransfor- mator mit verschiedener Spannung versehen werden, so wird nur derjenige Strom hin durchlassen, der an der höheren Spannung liegt, während der andere erlischt. Dagegen wird sich dieser zweite Gleichrichter sofort an der Stromlieferung beteiligen, sobald man den ersten Gleichrichter, der ursprünglich die. höhere Spannung erhielt, stillsetzt.
Hieraus ergibt sich ein Verfahren, Gleich richter dadurch zum Zünden bezw. zum Ver löschen zu bringen, dass, man einen Gleich richter mit höherer Spannung parallel schaltet und diesen in bekannter Weise zum Verlö schen bezw. zum Zünden bringt. Beide Gleichrichter arbeiten dann abwechselnd.
Dieses Verfahren soll dazu verwendet werden, die Spannung von Maschinen funken frei zu regeln.
Das Schaltbild einer Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt, und zwar für die Regu lierung eines Motors mit wechselnder Dreh- richtung. Auf der Zeichnung ist 41 ein Gleichstromnetz und 42 ein Motor, der von Null auf eine gewisse Höchstgeschwindigkeit zu regulieren ist. 43 ist eine Hilfsgleich- strommas,chine, deren Spannung zum Anlas sen der Maschine. 42 der Spannung des Netzes 41. entgegenwirkt, dann allmählich auf Null gebracht und schliesslich zu der Spannung des Netzes 41 hinzugeschaltet werden soll.
Diese Maschine besitzt zwei Erregerwicklungen 44 und 45, von denen die eine für Rechtslauf, die andere für Linkslauf dient, und wird von einem Drehstromas5-nchronmotor 46 angetrie ben, der Stronn aus einem Drehstromnetz 47 erhält. Das Vorhandensein des Netzes 41 ist nicht Bedingung für die Ausführung der Er findung, sondern es kann auch die Maschine 43 den Motor 42 allein mit Strom versorgen, beispielsweise in .-allen Fällen, wo der Motor 42 Drehrichtung und Geschwindigkeit ändern muss, wie bei Fördermaschinen oder Walz werksantrieben.
Der veränderliche Erregerstrom der Ma: sehinE43 wird durch eine Anzahl Gleich richter 48 bis 51 geliefert, die über einen Stufentransformator 52 gespeist werden, der Strom aus dem Netz 47 bezieht. Seine Se- kundärwicklungen sind in der Mitte zu einem Nullpunkt 53 vereinigt.
Die Gleichrichter 48 bis 51 werden durch einen Steuerapparat 54 beeinflusst, der nach Art einer Schaltwalze aus:gefiihrt ist. Die A.nodenbe-lä.ge der Gleich richter 48 und 49 sind zu Kontakten geführt, die durch die bewegliche Kontaktschiene 55 gleichzeitig berührt werden, und die Anoden beläge der Gleichrichter 50 und 51 sind mit andern Kontakten verbünden, welche beim Schalten mit der Kontaktschiene 56 in Be rührung kommen.
In der in der Fig. 5 gezeichneten Lage dieser Kontaktschienen 55 und 56 sind die sekundären Anodenbeläge der Gleichrichter 48 und 49 durch die Schiene 55 mit der Na.- thode verbunden, so dass durch diese Gleich richter kein Strom fliesst. Infolgedessen ist die Erregerwicklung 45 stromlos. Dagegen sind die Anodenbeläge der Gleiehizchter 50 und 51 nicht mit den zugehörigen. Kathoden verbunden, da die Kontaktschiene 56 in der gezeichneten Stellung die entsprechenden Kontakte nicht berührt.
Infolgedessen liefert der Gleichrichter 51 :allein Strom in die Er regerwicklung 44, so dass diese in der ge zeichneten Stellung mit der höchsten Span nung, die vorgesehen ist, erregt wird. Der Gleichrichter 50 liefert keinen Strom, da er an einer niedrigeren Spannung liegt- als Gleichrichter 51.
Werden nun die Kontaktschienen 55 und 56 gleichzeitig und gleichförmig über die Kontakte-geführt, so. werden der Reihe nach die Anodenbeläge zuerst vom Gleichrichter 51, dann vom Gleichrichter 50 mit den Ka thoden in Berührung gebracht, und die ent sprechenden Arme der Gleichrichter lassen keinen Strom mehr hindurch. Die Spannung sinkt in sechs Stufen; bevor der letzte Arm vom Gleichrichter 50 stromlos wird, gibt die Schaltschiene 55 bereits den ersten Kontakt frei, so d ass ein Arm vom Gleichrichter 49 zündet. Die entsprechende Lage der beiden Schaltschienen 55 und 56 ist in der Figur punktiert angegeben.
In dieser Lage fliessen durch die Erregerwicklung 44 und die Erre gerwicklung 45 gleiche, aber entgegengesetzte Ströme. Die Steuermaschine 43 ist daher spannungslos. Bei weiterer Bewegung der Kontaktschienen 55 und 56 wird die Wick lung 44 stromlos, während der Strom in der Wicklung 45 durch W.eiterschalten allmäh lich bis zur höchsten @Spannung ansteigt.
Um die besamte Erregung plötzlich fort nehmen zu können, ist die Steuerwalze so aus gebildet, dass bei einer weiteren Bewegung der' Kontakte 55 und 56 die Anodenbeläge sämtlicher Gleichrichter 48 bis 51 mit den Kathoden verbunden werden.
Da, es möglich ist, in ausserordentlich kur zer Zeit einen Gleichrichter mit dem Lösoh- b,and zu öffnen, so ist :damit eine Einrichtung gewonnen, die an Stelle des Regelwiderstan des im Erregerkreis treten kann, indem un mittelbar durch das Zitterrelais des Schnell reglers der Gleichrichter ,besteuert wird. Eine Ausführungsform der Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt. Es ist 5$ ein Drehstromgenerator, der das Drehstromnetz 59 speist.
Die Erregung die- ' ser Maschine wird denn Netz über den Trans formator 60 entnommen, der in zwei Span nungsstufen 61 und 62 über zwei Gleichrich ter 63 und 64 den Erregerstrom liefert. Der Strom wird einmal über die niedrigere Span nungsstufe 61 und Gleichrichter 63, das an dere Mal mit der höheren Spannung 62 über Gleichrichter 64 der Erregerwicklung der Maschine 58 zugeführt, indem jeweilig die Anodenbeläge desjenigen Gleichrichters, wel cher keinen Strom durchlassen soll, mit der Kathode in Berührung gebracht werden. Dies geschieht durch die Kontakte 65 und 66.
Eine leitende Platte 67, die beweglich ist, kann durch ein Relais 68 zum Anliegen an Kon takt 65 oder Kontakt 66 gebracht werden, wodurch entweder der Gleichrichter 63 oder 64 erlischt. Im Relais 68 wirken die Kräfte einer Feder 69 und einer Spule 70, die im Erregerstromkreis liegt, einander entgegen und' bestimmen den Takt der Regelung. 71 und 72 sind die Schleifringe, welche in der Maschine 58 zur Erregung führen.
Liegt die Kontaktscheibe 67 weder bei 66 noch bei 65 an, so geht der Strom über Gleich richter 64 zur Erregung. Der Gleichrichter 63 kann ,jetzt keinen Strom liefern, da er an einer niedrigeren Spannung liegt als Gleich richter 64. Der von letztemem gelieferte Strom zieht mittelst der Spule, 70 den Eisenkern 68 an, so dass. sich Kontakte 66 und 67 berühren. Hierdurch wird der Gleichrichter 64 strom los. Der Strom geht nunmehr durch den Gleichrichter 63 und sinkt entsprechend der Zeitkonstante der Erregerwicklung auf einen niedrigeren Wert herab.
Dadurch überwiegt die Zugkraft der Feder 69 gegenüber der der Spule 70, so d.ass nach einiger Zeit 65 und 67 sich berühren. Hierdurch verlöscht der Gleichrichter 63. Der Gleichrichter 64 liefert wieder Strom, und das Spiel beginnt von neuem. Die Kontakte 65 und 66 schalten fun- kenfrei, wie überhaupt alle Schaltvorgänge, ob es sich nun um ein Einregulieren oder um ein Abschalten von Spannung handelt, ohne eine schädliche Funkenbildung erfolgen.
Der Vorteil der Vorrichtung nach der Er findung liegt darin, dass die liontal@tflächen <B>0,</B> S' <B>,</B> P-hont werden, die Lebensdauer der Schalt apparate verlängert wird.
Die Erfindung bewährt sich überall, zvo es sich darum handelt, die Erregerkreise elek trischer Maschinen oder Apparate zu steuern oder gegen Beschädig ngen durch elektrische Einflüsse zu schützen. Selbst dort, w o es sich, um ein plötzliches Abschalten grosser Ener- giemengen handelt, erfolgt die Stromunter brechung ohne gefährliche Funkenbildung.