Stromrichter für Starkstrom mit mechanisch bewegten Kontakten. Bei einem Stromrichter mit mecharisssli bewegten Kontakten macht die Beherrschung grosser Ströme Schwierigkeiten, weil durch die ständig wiederholt sich bildenden Unter- brechungslichtbögen ein starker Abbrand an denn Kontaktflächen hervorgerufen wird,
duroh den die Kontaktflächen beschädigt werden. Man bevorzugte daher für das perio- dische iSchalten hoher Stro@mstärken mittels mechanisch bewegter Kontakte in Strom- ri"rn auch bei Anwendung verhäItnis- mässg niedriger ,
Spannungen .Schleifkontakte, -weil bei diesen die Möglichkeit besteht, die durch den Abbrand beschädigten Kontakt- flächen sich ,gegenseitig abschleifen zu lassen und auf diese Weise einer dauernden Ver- schlechterung,der Kontaktgabe vorzubeugen. Diese Möglichkeit ist aber nicht :
gegeben bei Anwendung von Abhebekontraäten, weil bei diesen eine schleifende Bewegung während,der -Kontaktgabe nicht stattfindet.
Es ist bekannt, die Kommuterungs- be,dingung,en,einessolchen .Stromrichters .da- durch zu verbessern, dass, die Änderung des Stromes während des Stromnulldurchganges mittels in den Stromkreis eingeführter perio- discher Fremdspannungen .oder mittels perio,
- disch veränderlicher Impedanzen so verrin- gert wird, dass jedesmal eine stromschwache Pause . entsteht, während welcher genügend 7jcit zur Verfügung steht, um die mechani- sehe Kontaättrennung unter erleichterten Be dingungen zu vollziehen. Darüber hinmus ge lingt es,
mit dien im Schweizer Patent Nr. 198525 genannten Mitteln die im !Öff- nungsaugenblick vorhandene Stxomstämke so niedrig zu halten,
dass der Reststrom zum. Beispiel nur noch einen Wert von der Grössenordnung eines Schwachstromes hat und damit die Entstehung von Schaltfeuer überhaupt zu verhindern,obwohl die effek- tive Stromstärke in der Grössenordnung von 104 Ampere liegen mag.
Die Erfindung. bes@tehtl nun bei einem Stromrichter für .Starkstrom mit mechanisch bewegten Kontakten -und mit :
enär -das, Schaltfeuer an diesen Kontakten durch Ver ringerung der Stromänderung während des Stromnulldurchganges verhindernden Ein- richtung darin, dass die sich beim Schalten senkrecht zur Berührungsfläche abhebenden Kontakte von einem exzentrischen Glied einer synchron mit der Frequenz eines an den Stromrichter angeschlossenen Wechselstrom netzes umlaufenden Welle angetrieben wer den.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan- des dargestellt. Fig. 1 zeigt den Aufbau einer einzelnen Kontakteinrichtung nebst ihrer An- triebsvorrichtung,
Fig. 2 die Sohaltungs- anordnung eines mit drei Kontakteinrichtun- gen arbeitenden .Stromrichters. In den Fig. 3 und 4 sind Ausführungen je einer Kontakt einrichtung mit weiteren Verbesserung an gegeben.
In Fi.g. 1 ist der feststehende Kontakt mit 14, der bewegliche mit 1,5 bezeichnet. Derartige Abhebekontakte besitzen gegen über Schleifkontakten Aden Vorteil, dass bei ihnen keine bezw. nur eine .geringe Reibung auftritt. Infolgedessen können grosse Kontakt- drücke angewendet werden,
was wiederum zur Folge hat"dass die Spannungsverluste, an der Stromübergangsstelle sehr klein werden. Letzterer Umstand ist von besonderer Wich tigkeit in Anlagen, die mit niedriger Be triebsspannung arbeiten, wie zum Bespiel in der elektrochemischen Industrie. Während man hier bisher in Gleichrichteranlagen mit Verlusten von bis zu 40% rechnete, können diese durch Anwendung .der Erfindung auf einen wesentlich geringeren Betrag herab gedrückt werden.
Der bewegliche Kontakt 15 wird durch die Nockenwelle 16 mit dem Nocken 17 über den Stössel 18 angetrieben. Besonders vor teilhaft ist es, der Nockenkurve eine solche Form zu geben, dass die Stösselbewegung sinu & förmig verläuft.
Der Stössel ist als be sonderer Teil ausgebildet, stellt also eine Verbindung zwischen dem steuernden Nocken 17 und den gesteuerten beweglichen Kontak ten 15 nur in der,Öffnungsrichtung, also in der Zeichnung nach oben, her und wird durch eine Feder <B>19</B> gegen die Nockenscheibe ge drückt.
Für den beweglichen Kontakt ist eine besondere Feder 21) vorgesehen, die an einem am .Stössel mittels einer Mutter 2-2 befestigten Widerlager 21 abgestützt ist.
Der Stössel 18 selbst besteht aus drei Teilen, einem Gleit- rohr 2i3, dem eigentlichen Stossstück 24, ,das aus Isolierstoff hergestellt ist, und dem Bol zen 2:5, welcher den beweglichen Kontakt 15 durchsetzt.
Die drei Teile sind durch Ge winde miteinander verbunden. Für ,die Me tallteile wird vorteilhaft Leichtmetall ver wendet, um die Masse gering zu halten; .dem gleichen Zweck dient die Ausführung dies Teils 2,3 als Rohr. Dieses gleitet in dem. fest stehenden Lagerkörper 26.
Die Feder 19 ist gegen diesen über ein Kugellager 2,8 ab gestützt, so @dass der Stössel auch eine Dreh bewegung ausführen kann, welche beispiels weise durch exzentrisches Angreifen des Nockens 17 infolge paralleler Verschiebung oder Noekenscheibe auf der Welle 16 her vorgerufen wird und dazu dient, die Ab nutzung der Kontaktflächen überall rundum gleiehmä,ssi;g eintreten zu lassen.
Die Feder 19 und das Lager 28 .sind in ein angeschraubtes Gehäuse 2=9 eingeschlossen, =dessen in der Nockenebene geschlitzter innerer Abschluss- bund 30 den Begrenzungsanschlag für .den Stössel 18 bildet. Der Labgerkörper 2<B>,</B>6 ist mit der Grundplatte 3'1 fest verbunden.
Die Grundplatte 3,1 kann gleichzeitig ein Teil ,eines die Unterbrechungsstelle umgebenden Gehäuses sein, welches etwa die Anwendung eines strömenden Löschmittels ermöglichen soll. Aussen auf dem Lagerkörper 26 ist der Träger V'2 für .den festere Kontakt 14 gela gert. Der Träger 32 wird vorteilhaft aus Iso lierstoff hergestellt, damit die Spannung nicht auf die Nockenwelle bezw. das Ge häuse übertragen wird.
Er gleitet mit etwas Reihung auf dem Lagerkörper 2:6. An der Aussenseite :des Kontaktträgers 3;2 befindet sich ein kräftiges Vierkantgewinde, das Ge- gengewinde dazu in der Mutter 3:
13, welche über einen Zwischenring 34 auf dem Lager- körper abgestützt ist. Der feste Kontakt 14 ist an dem Kontäätträger 32 mittels Schrau ben 3,5 'befestigt und besitzt ein besonderes leicht ausweohs,elbares Einsatzstück<B>217,</B> das den eigentlichen kontaktgebenden Teil bildet. Es ist in eine Ringnut -eingesetzt und wird mit Hilfe eines Ringes 36 und Schrauben 317.
gehalten.
Die Kontakteinrichtung arbeitet folgen- dermassen: Die Steuerwellle <B>16</B> wird syn- cUron mit der Frequenz des Wechselstrom-es angetrieben. Der Nocken 17 hebt den Stössel 18 an, und eUeser lüftet den beweglichen Kontakt 15.
Der feste Kontakt 14 bleibt in folge der Reibung zwischen dem Lager- körper 2,6 und dem Kontaktträger 32:
an seinem Platze, die Kontakte 14 und 15 Öffnen sich also und schliessen sich wieicler, wenn der Nocken 17 die Bodenfläche des Stössels 1,8 wieder verlässt. Durch Drehender Gewindemutter 3i3 kann die Stellung des festen Kontaktes 14 während des Betriebes verändert werden.
Wird er zum Beispiel nach unten verstellt, so wird die E.ingriffs,dauer verkürzt, bei Verstellung nach oben verlän gert. Die Verkürzung kann so weit gehen; dass,die Kontakte schliesslich überhaupt nicht mehr miteinander in Berührung kommen.
Das ist der Fall, wenn bei der gezeichneten Stellung des Nockens 17 ,die Kontalktfläehe des Einsatzstückes 2,7 bereits unterhalb ,des obern Randes des,Stossstückes 24 steht. Der feste Kontakt ist dann völlig ausgerückt,
!der Stromrichter somit -dauernd ausigesichaRet. Vdrteilhaft wird für dis schnelle Ausrücken eine besondere Ausrückvorrichtüng ange- bracht, die aber in der Zeichnung nicht ,dar gestellt ist.
Die Verstellung des festen Kon taktes nach oben kann so weit gehen; dass der obere Stösselraüd auch in angehobenem Zustand den 'beweglichen Kontakt 1,5 nicht mehr erreicht. Die Kontakte 14, 15 @sintd., dann dauernd geschlossen. Zwischen. den beiden extremen Stellungen sind:
alle Zwischen- stellungen; stufenlos einstellbar. Dadurch ist eine Möglichkeit zur Regelung d er Energie- abgabe gegeben,. Normalerweise arbeitet der Stromrichter in einer Zwischenstellung. Hier- bei ist der Hub des :
Kontaktes 15 kleiner als der Hub ,dies .Stössels 18 bezw. des Nockens 17. Infolgedessen befindet sich der Stössel 18 be reits in Bewegung in dem Augenblick, in welchem er den beweglichen Kontakt 15 be- rührt und mitnimmt.
Die Kontaktöffnung' geschieht infolgedessen praktisch mit end lich grosses Geschwindigkeit und unter Mit wirkung .der bereits beschleunigten, Mässe ,des Stössels. Ebenso g ht das Schliessen. mit end- lie,her Geschwindigkeit vor sich, nicht etwa durch allmähliches,Sinken:
der Creschwindig- keit bis auf den Wert Null. Die Masse des beweglichen Kontaktes 15 hat infolgedessen im Augenblick -des Kontaktsühlusses noch eine beträchtliche lebendige Kraft.
Diese er höht :den Kontaktdruck Bim ersten Augenblick und bewirkt dadurch denn Ausgleich von etwa eingetretenen Unebenheiten durch enrt- sprechende Verformung hervorstehendem Teil- cUen.
Wird statt einer Nockensteuerungeine Exzenterateuerung verwendet, bei welcher der -Hub der Exzenterstangedurch die Exzentrizität :
gegeben und daher unveränder- liah ist, so ist einer der Kontakte an. seinem Träger nicht staTr, sondern nachgiebig zu befestigen und seine Bewegung in Kontäkt- richtung,durch einen Anschlag zu begrenzen. Wird dieser Anschlag in:
,gleicher Weise ver- atellbax gemacht wie i: dem oben beschrie- benen;
Beispiel der Kontaktträger 3.2, so wird der verfolgte Zweck, die zeitliche Lage des Schliessungsaugenblickes bezw. die Strom- schlussd@auer innerhalb jeder Periode verän dern zu können, ebenfalls erreicht.
Das kann zum Beispiel in der Weise geschehen, dass die Exzenterstange vexlängerbar und verkürzbar gemacht wird.
Fig. 2, zeigt die Gesamtanordnung eines dreiphasigen .Stromrichters riebst Zubehör in schematischer Darstellung. 81 bezeichnet die Primär-, 812 die in Stern:
geschaltete Sekun- därwicklung eines Transformators. An diesen sind ,die- Schaltdrosseln <B>03</B> angeschlossen,
derenRTI ID="0003.0247" WI="9" HE="4" LX="1111" LY="2087"> Kern- 94 während des .grössten Teils jeder Stromübertragungsperode gesättigt ist und - sich jedesmal bei Unterschreitung eines bestimmtea sehr kleiner;
Stremwerte@ iü der Nähe des Stromnulldurchgang es entsättigt, wodurch die Induktzvität der Schaltdrossel plötzlich auf ein Vielfaches der in gesättig tem Zustand vorhandenen steigt und so eine stromschwache Pause entsteht,
indem die Än- derung der Augenblickswerte des Stromres verringert und,die Kurve des Stromverlaufes abgeflacht wird. In Reihe mit den Schalt -drosseln liegen die festen Kontaktstücke $4,
denen die periodisch bewegten Kontaktstücke 85 gegenüberstehen. Letztere werden durch eine gemeinsame Welle 86 mit Nocken 87 entgegen der Kraft der Feder 89 abweoh- selnd mit .den festen Gegenkontakten 84 in Berührung gebracht. Die Nocken haben in Achsrichtung keilförmige Gestalt, die Nok- kenwelle 86 ist in gleicher Richtung ver schiebbar.
Die Verstellung bewirkt die Ver änderung der Berührungsdauer der Kontakte und geschieht während des Betriebes selbst tätig, unter Benutzung :des Energiespeichers 9,8.
Die Magneteinrichtung 97 wird je nach dem in einem bestimmten Falle gegebenen Bedarf in Abhängigkeit von der Höhe der zu übertragenden Leistung, der Spannung, der Art der angeschlossenen Stromkreise bezw. Stromquellen oder Stromverbraucher ge steuert.
Die Welle 86 wird über eine Kupp lung 99, welche eine axiale Verstellung der Welle 86 zulässt, durch einen Mottir 90 syn- chrnn angetrieben, der über einen Dreh- tran:sformator 91 ebenfalls an die Sekundär- seite 8 & 2 des Transformators angeschlossen ist.
so @dass die Kontakte synchron mit dem Ver lauf ,des Drehstromes beschaltet werden. Mit: Hilfe des Dtehtransformators 91 kann die Lage der Schaltzeitpunkte gegenüber dem Verlauf des zu schaltenden Stromes verän- 'dert -werden.
Der Gleichstromkreis führt von den be weglichen Kontakten 85 über eine Glättungs- drossel 92: und die Last 93 zum Sternpunkt; der T .ransformatorwicklung 8,2. Zweck Ver besserung der Kommuti.erungsbedinggungen sind die Eisenkerne 94 :durch Erregerwick- lungen 9,5 die für -die drei Phasen. in Reihe geschaltet und über einen.
Regulierwiderstand 96 an eine Gleichstrom- quelle angeschlossen sind. Die Veränderung dieser Votmagnetisierung bietet eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Energieabgabe des Stromrichters. Mit ihr wird vorteilhaft die .oben beschriebene Einrichtung zur Re- gelung der Berührungsdauer der Kontakte derart gekuppelt,
dass die Kontaktöffnung stets in der von der Schaltdrossel hervor gerufenen stromschwachen Pause stattfindet.
Es ist weiter vorteilhaft, vom Belastungs- strom abhängige Haltekräfte auf die in ge schlossener Stellung befindlichen Kontakte wirken zu lassen, welche eine Trennung der Kontakte erst zulassen, wenn der Strom unter einen bestimmten Wert gesunken ist, Führt man diesen Vorschlag aus, so erhält man grössere Freiheit in der Regelung des Ein- schaltze.itpunktes,
da die Öffnung der Kon takte selbsttätig im richtigen Augenblick er folgt. Man braucht dann die Schliessung der Kontakte mit dem verstellbaren Antrieb nur einzuleiten und kann .danach die Kontakte sich selbst überlassen, weil ja. eine vorzeitige Kontaktöffnung nicht stattfinden kann. Eine solche Einrichtung ist in, Fig. 8 dargestellt.
54 ist der feste Kontakt, 58 der bewegliche, welcher an einem in Führungsstücken 52! ge führten Stempel befestigt ist. Dieser hat einen Bund 51 und steht unter einer Feder kraft 50, welche -die Kontakte 53 und 54 zu trennen sucht-. Entgegen dieser Feder wirkt ein kurzer Nocken 46, der auf der Nocken welle 4,5 sitzt. Durch den Nocken wird die Kontaktgabe eingeleitet.
Es fliesst alsdann ein Strom durch die Kontakte; dieser wird durch die Spulen 48 einer elektromagnetischen Haltevorrichtung geleitet, deren Kerne :die Klemmbacken 49 fest an den Stempel 47 pressen und @dadurch verhindern, dass sich die Kontakte trennen, wenn;
der Nocken 46 sich in Pfeilrichtung weitergedreht hat. Erst wenn der Strom auf einen für die funken- freie Unterbrechung unschädlichen Betrag gesunken ist, lässt der Druck der Klemm backen 49 nach, so dass die Kontakte durch den Druck der Feder 50 geöffnet werden.
Verändert man nun die .Stellung des Nockens 46 relativ zur Phase -der Wechselspannung, b,eisspelsweisedurch Antrieb der welle 45 mittels eines in der Phase regelbaren, Syn- chronmotors,
so erzielt man um so niedTi- geren Strom bezw. um .so niedrigere ,Span- nung, je später man die Kontaktgabe -durch den Nocken 46 einleiten lässt:
In. Fig. 4 ist eine weitere Ausführungs form einer Kontakteinrichtung dargestellt, an ,der eine Sperrvorrichtung angebracht ist, die von einer bestimmten,
Stellung des- be wegten Kontaktes an zum Eingriff kommt und die weitere Kontaktbetätigung verhin- dert. 724 und 725 sind die \beiden feststehen- den Schaltstücke einer Unterbrechungsstrecke, denen.
derStrom ürbem bewegliche B'änd,er 726 und<B>727</B> zugeführt wird. Der Stromschluss wird durch die bewegliche Kontaktbrücke 7218 hergestellt.
Diese ist zwecks Führung an einen Hebelarm. 7219 angelenkt, der seiner seits an -dem nicht besonders,dargestellten Ge stell gelagert ist. Gegen dieses Gestell legt sich auch. ,die rceder 730, welche die Strom- brücke <B>728</B> gegen ,
die festen Schaltstücke 724 und 7215 zu drucken sucht. Ein von der syn- chronen ,Steuereinrichtung auf- und ab bewegter .Stössel 7-31 mit verstellbarer Länge oAer Hubhöhe hebt währenddes Betriebes die Kontaktbrücke 728 in dem gewünschten Takt von den festen <RTI
ID="0005.0093"> Schaltstücken 7214 und 725 ab und lässt sie sich wieder aufsetzen,. Vor ,der Inbetriebsetzung ist die Schliessung der Kon takte jedoch verhindert @durch ,den bewegli- ch:
en Anschlag 7.32, der unter ,der Krafteiner Feder 733 zwischen das Ende des Hebel- armes 72.9 und ein. besonderes Auflager 713,4 geschoben ist. Der Feder 7,33, wirkt ein von .der Spule 7.36 erregter Magnet 73,5 entgegen.
Die Magnetkraft ist jedoch so bemessen,,dass@ sie zum Überwindung der Federkraft nicht ausreicht. @Sie wind ,deshalb mit Ihlfa einer zweiten Erregerspule 7.317 verstärkt. Auch dann reicht sie nicht aus, den Ans;
ehlag zu- rüekzuziehen, solange ,der Arm 729 auf hm ruht. Erst wenn der synchron gesteuerte Stössel 73i1 ;
die (Strombrücke 72i8 beispie91swaise bis zu der,gestrichelten Linie anhebt, wird der Anschlag 7r32 freigegeben und durch den Magneten 73.5 zurückgezogen. Zum Stillagen des Schaltumformers wind @die .Spule <RTI
ID="0005.0166"> 73:'7 stromlos :gemacht bezw. in entgegengesetztem Sinn mit Strom beschickt. Dann fällt der Anschlag 732 ein, ,sobald ,die Strombrücke 72,8 .durch den ,
Stössiel <B>7311</B> .genügend hoch an gehoben ist. Dis Inbetriebsetzungeines mehr- phasgen Stromrichters geht nun so vor sich, dass -zunächst ,die Antriebsvorriehtwng für den Stössel 731 in Ganggesetzt und bis- zum synchronen Lauf .gebracht wird, dann wer den sämtliche Kontakte ,
gleichzeitig anSpan- nung gelegt. Sie werden, jedoch durch die Anschläge 7,32 zunächst offen gehalten, es ist also kein Kurzschlussistromkreis vorhanden. Wird nun der Magnet 7.35 durch die beiden Spulen 736 und 737 in .gleichem B:
inneerregt, so werden ,die Anschläge 732 synchron mit den Wechselströmender verschiedenen Phasen nacheinander freigegeben,
und zurückgezogen. Somit werden auch die einzelnen Pole nach- einander in -der füT .den Betrieb richtigen Reihenfolge synchron eingeschaltet. Das An- spannunglegen sämtlicher Kontaktgruppen 7214, 725 und ,
das Einschalten der Erregung sämtlicher Magnete 735 kann :durch ein ein ziges Befehlsorgan gleichzeitig veranlasst werden.
Beieiner Schalteinrichtung mit periodisch bewegten Kontakten winken sieh im Gegen satz zu andern ,
Stromrichtern starke Un- symmetrien des DTehstromnetzes oder Erd- schlüsse oder plötzliche Belastungsschwan kungen auf der Gleichstromseite oder mecha- nisehe -Störungen amRTI ID="0005.0255" WI="24" HE="4" LX="1372" LY="1573"> Kontaktsystem dahin aus,, -dass, -die Kontakte durch entstehende Lichtbögen beschädigt werden.
Vorteilhaft wird daher ein sohnellwirkender Schutz vor- gesehen in Gestalt einer Einrichtung zum Abschalten von bei Störungen sich zwischen. -den Unterbrechungskontakten. bildenden Ent ladungen.
Dazu kann die in Fig. 4 angegebene Sperrvorriohtung verwendet werden, indem sie mit einer von dem zu unterbrechenden Strom abhängigen,Steuereinrichtung versehen wind. Zu, diesem Zwecke ist auf dem Stener- m:
agneten <B>735</B> eine weitere Spule -<B>788</B> an gebracht. Diese ist zweckmässig zur Unter- breehungsstrecke selbst parallel geschaltet, wobei zur Verhinderung von Rückstrom eine zweite sich im ;gleichen, Takt öffnende und schliessende Unterbrechungs:
streeke mit der ersten in Reihe geschaltet ist, wie es bei der gezeichneten Anordnung von zwei festen Kontakten und einer beweglichen Brücke ohne weiteres der Fall ist. Die Spule<B>738</B> wird :
erregt, sofern beim Öffnen der Unter- brechungsstrecke der zu unterbrechende Strom etwa infolge einer Störung so ,gross ist, dass die Gefahr einer Liohtbogenbildung be steht.
Der Wicklungssinn der Spule 77,8 ist so gewählt, dass sieden durch die Spule 7316 er regten Mabgnetfluss: schwächt, so ,dass@der Spe:rr- anker 732 abfällt und den Kontakt in seiner angehobenen Lage festhält.
Damit der entste hende Lichtbogen unterbrochen bezw. an seiner vollkommenen Ausbildung verhindert wird, äst eine hochempfindliche Feinsicherung 740 in den die :Spule 7a8 enthaltenden Parallelpfad eingeschaltet. Diese Feinsicherung spricht auf den Störstrom fast trägheitslos an und unterbricht ihn, bevor ein Lichtbogen ernst hafte Brandschäden verursachen kann.
So lange sich die Kontakte ordnungsgemäss ,je- desma.1 innerhalb :der stro:msehwachen Pause öffnen, fliesst durch die Spule 738 und die Sicherung 740 kein Strom, da ja :dann die Kontakte jedasmal während der Stremüiber- trabwngsperiode geschlossen sind.
Bei mehrphasigen Einrichtungen kann ein für alle Phasen gemeinsamer HilfstranGfor- mator vorgesehen sein, auf welchem um einen gemeinsamen Kern, für jede Phase eine durch den Parallelpfad :gespeiste Primärspule und ebenso für jede Phase eine Selz:
undärspule an- geordnet ist, welche die zugehörige Steuer spule 738 speist. Dadurch werden im Falle einer Störung in einer Phase die Sperrvor- richtungen sämtlicher Kontakteinrichtungen ausgelöst; der :Steuerstrom kann erforderli chenfalls durch Zwischenverstärker an sich bekannter Art verstärkt werden.