CH228762A - Umformer mit synchron mit bestimmten von dem zu unterbrechenden Strom periodisch angenommenen Werten betätigten Abhebekontakten. - Google Patents

Description

  Umformer mit synchron mit     bestimmten    von dem zu unterbrechenden Strom  periodisch angenommenen Werten betätigten     Abhebekontakten.       Bei der Unterbrechung von     Wechselstrom     kann eine Rückzündung nach einem     Strom-          nulldurchgangdadurc11    mit Sicherheit ver  mieden werden, dass die     Kontakte    zu einem       solchen        Zeitpunkt    vor dem     Stromnulldurch-          gang        auseinanderbewegt    werden,

   dass sie im  Augenblick des     Stro@mnulldurchganges    bereits  die durch die Eigenheit     @d@er        Unterbrechungs-          einriehtung        bestimmte    sogenannte     Lö,s,ch-          distanz    erreicht haben. Bei einer     derartigen          Steuerung    von     Unterbrechungseinrichtungen     wird bei der     Auseinanderbewegung    der Kon  takte     ein.        Liahtbogen    - wenn auch mit ge  ringer     Lichtbogenarbeit    - gezogen.

   Die       Arbeitsbe@dmbaungen    für derartige     Unterbre-          chungsieinrichtungen        werden    um so günstiger,  je mehr es     gelingt,        die        Leistung        bezw.    die  Dauer des     Liehtbogens    zu     verringern.    Da das  Ende der Dauer durch den     Stromnulldurch-          gang        bestimmt    ist,

   ist eine Verringerung der       Lichtbogenarbeit        zum        Beispiel        naell        dadurch       möglich, dass der     Augenblick    der Kontakt  trennung näher an     dem.        Stromnullidurchgang     gelegt wird.

   Dies setzt bei gegebener     Lösch-          .distanz    voraus, -dass     die    Geschwindigkeit, mit  der die     Kontakte    aus     in:anderbewegt    werden,       gesteigert        wird,    da, je grösser die     Geschwin-          digkeit    ist,     die    Trennung der Kontakte um so  später einsetzen kann,     wodurch    also die     Licht-          bogena < rbent    entsprechend     herabgesetzt    wird.

    Von     bestimmten    Grenzen an bietet eine Stei  gerung der     Bewegungsgeschwindigkeit    aber       insofern        Schwierigkeiten,    als     unverhäItnis-          mässig    grosse     Beschleunigungskräfte    für die  Betätigung     der    Kontakte eingesetzt werden       müssen.    Wenn man beispielsweise     annimmt,     dass der     erforderliche    Kontaktabstand ent  sprechend der     Lösch@dzstanz    1 cm ist, und       hierbei    die Aufgabe     stellt,

          cdie    Zeit     zwischen     der     Trennung    der Kontakte und ,der     Errei-          ehung    dieses     Kontaktabstandes    auf 1     Milli-          sekunde    zu     verringern,    so ist bereits die      2000fache     Erdbeschleunigung    erforderlich,  was einen     hohen    Kraftaufwand     bedingt    und  insbesondere hohe     Beanspruchungen    der     Aus-          löse-,

  Verklinkk        und    Kontaktelemente mit sich       bringt.        Die    erwähnten     Schwierigkeiten    sind       besonders        gross    bei Umformern (Gleichrich  tern, Wechselrichtern,     Frequenzformern    usw.)  wegen     der    hierbei     periodisch    durchzuführen  den     Stromunterbrechung.     



  Bei dem     Umformer    mit synchron mit be  stimmten von dem zu     unterbrechenden    Strom       periodvsch    angenommenen Werten betätigten       Abhebekontakten    nach der     vorliegenden    Er  findung ist zur     Vermeidung    dieser     Nachteile     die     Unterbrechungseinrichtung    im Vakuum  angeordnet und der Kontakthub beträgt nur  einen     Bruchteil    eines Millimeters.

   Es hat     sieh     gezeigt,     dass        in    gutem Vakuum sogar bei;  einem     Kontaktweg    der     kleiner    ist als 0,1 mm       Spannungen    von vielen Tausend Volt     ein-          wand,frei        unterbrochen    werden können. Ein  so kleiner     Kontaktweg    kann in     einer        Milli-          sekunde    mit 20facher     Erdbeschleunigung    er  reicht werden.

   Da aber auch noch .grössere  Kräfte     zugelassen    werden können,     lä-sst    sich  die Zeit zwischen Kontakttrennung und       Stromnulldurchgang    noch     weiter    verringern.

    Die     Kontaktbewegung    kann in Abhängigkeit  von Grösse und Verlauf des zu     unterbrechen-          ,den    Stromes     eingeleitet        bezw.    durchgeführt  werden.     Vorteilhaft    kann hierbei der Umfor  mer noch mit     Einrichtungen    versehen sein,  durch     die        :die        stromschwache    Pause im.

   Bereich       .des        Stromnulldurohganges    künstlich     verlän-          gert    wird, um ,den     Unterbrechungsvorgang    zu       erleichtern.    Mit Vorteil kann hierbei ausser  dem die     Unterbrechungseinrichtung    mit sol  chen     Abhebekontakten        ausgeführt        werden,          .deren        Steuerung    etwa entgegen der Wirkung  einer     geeigneten    Gegenkraft, Federn oder der  gleichen,

   mit     Hilfe    von     elektromagnetischen     oder     elektrodynamischen        Einrichtungen    er  folgt,     die        ihmersets        in    Abhängigkeit von dem       Belastungsstrom    erregt werden, wobei die       Kontakbe        (Kontaktbrücke:

  )    gegebenenfalls  auch noch     unter    dem     Einfluss    von     periodisch          angetriebenen    mechanischen Einrichtungen       stehen        können..            Als        Vakiiumbebälter    für die Unterbrin  gung der     Unterbreeliungsein@richtung    kann  eine     Glocke        aus    hochwertigem Porzellan ver  wendet     werden,    die durch eine     vakuumdicht          angelötete    Membran angeschlossen ist,

   die       ihrerseits    die als     Abhebekontakt        wirkende          Kontaktbrücl,:e    trägt. Mit     besonderem    Vorteil       werden    die     Kontakte        innerba-lb    dieser Glocke       von        Konta,litträgern    getragen,

   die als     verhä.lt-          nis.mässig    kurze     Stöcke    mit     grosser    Wärmeleit  fähigkeit     ausgebildet    sind und durch     entspre-          chende        Öffnungen        in.        der        Porzellanglocke     - zum Beispiel eingeschliffen, ein  geschmolzen oder eingelötet -     hindtireh,)@e-          füh        ,rt        sind,    derart,

   dass die in den     Kontakten     entwickelte Wärme auf     kürzestem   <I>Weg</I> aus  der     Vakuumglocke        hera-usgefüliit    wird und  dort durch die benachbarte Luft oder durch  besondere Kühlmittel     abgeführt        werden    kann.

    In     Hiinbliek    auf die grosse     Spannungsfestig-          keit    einer     Trennstreehe    in Vakuum     wird    es  hierbei     ermöglicht,    mit     sehr    kurzen     strom-          schwachen    Pausen zu     arbeiten,    so     da.ss    der  Aufwand für hierfür     erforderliche        Drosseln     verhältnismässig     gering    gehalten werden kann.  



  Um die Spannungsfestigkeit innerhalb der  Glocke voll     ausnützen    zu     können,        wird    die  Glocke vorteilhaft mit Einrichtungen zur  Verlängerung des     Kriechweges        bezw.        Über-          schlagwebes,        zwnsehen.den        spannungführenden     Teilen     ausserhalb    der Glocke     ausgerüstet.     Hierzu können     beispielsweise    Rippen verwen  det werden,

   die quer zur     tberschlagsrichtung          verlaufen    und als     Ionenbarrteren    ausgebildet  sein können. Die Glocke samt den Zuführun  gen kann innerhalb eines Mediums erhöhter  Spannungsfestigkeit, insbesondere eines     sol-          chen    guter     Z@        ärmeableitfähigkeit,    unterge  bracht -werden. So     kann    beispielsweise die       Anordnung    innerhalb     eines        C>lbehälters    ange  ordnet sein.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    der Erfindung  ist in der     @eichnuna        .dargestellt.    Mit 1 und 2  sind die beiden     feststehenden        Kontakte    eines  Umformers     bezeichnet,    die mit einer     Kontakt-          brücke    3     zusammenarbeiten.    Die Kontakte  ,sind innerhalb einer vakuumdichten Glocke 4  angeordnet, wobei die Stromzuführungen, die      mit den     Kontaktträgern    11 und 12 aus einem  Stück bestehen, durch die Glocke     gleichfalls          vakuumdicht    hindurchgeführt sind.

   Die Kon  taktbrücke sitzt auf einer Membran 5, die an  der     Glocke,    die     ihrerseits    zum     Beispiel    aus  Porzellan besteht,     vakuumdicht    angelötet ist.  Die Glocke     kann    durch     einen        abschm:elzbaren     Stutzen 6 hindurch auf Hochvakuum ausge  pumpt werden, worauf dieser Stutzen dicht       abgeschmolzen    wird.. Sie kann aber auch       dauernd    mit     einer    Vakuumpumpe verbunden  bleiben.

   Im Innern der     Vakuumglocke    kann  bei     seihr        ,geringem    Hub der Kontaktbrücke  eine sehr     grosse    Spannung     unterbrochen    wer  den,     sofern    die     Stromstärke    während der Kon  takttrennung     unterhalb    der -     ven,dür    Art der       Kontaktausbildung    abhängigen - kritischen       Werte,    .z.

   B. 10-100     Amp.,    gehalten wird,  so     dass    die     Durchschlagsfestigkeit    des Va  kuums nicht durch     Metallda.mpfbildung        ver-          ,sehleohtert        wird.    Werden die     Kontakte    so  gesteuert,     dass        sichieina.zuverläsisige        SyncIlroni-          sierung    der     Küntaktbeweggungen    mit den von  dem zu     unterbrechenden        Strom    periodisch an  genommenen     Werten    ergibt,

   kann die maxi  male     Stromamplitude        erheblich    höher liegen.  Es ist auf diese Weise möglich, mit     eineue     Hub     in,der    Grösse von     Bruchteilen    :eines     Milli-          meters    Spannungen von 50 000 Volt und mehr  zu     @schalten.    Um     Überschläge    zwischen den       Zuführungen    ausserhalb der     Glocke    zu ver  hindern,     isst    die     Unterb:

  rechungsicinrichtung     so     gestaltet,        Üass    auch an dieser Stelle die       Spannungsfestigkeit    möglichst hoch wird.  Hierzu     wird    die Glocke 4 zum Beispiel mit als       Innenbarrieren        wirkenden    Rippen 7 versehen,  die die     Schlagweite    (den     Bindfadenabstand)

       zwischen den äussern     Kontakten    vergrössern  und dadurch die     Spannungsfestigkeit    der     Un-          terbrechungseinrichtungerhöhen.    Die Glocke  8 kann     ihrerseits    in einem Behälter unterge  bracht werden, der mit einem Medium erhöh  ter     Spannungs.fesfigkeit    erfüllt ist, wie bei  spielsweise 01,     geschlorrte        Kohlenwassierstoffe,          wie    z.

   B.     Cl.ophen,    Druckluft, Druckgas,     Fri-          gen,    usw., wobei bei der     Verwendung    von       Fl:üssigkeiten,dafür        .Sarge    getragen wird,     4@ass     in den an ,die Membran     anschliessenden    Raum    keinerlei     Flüssigkeit        gelangt,    da     ,

  sonst    die  Bewegungsfreiheit der Membran     beeinträch-          tgt        würde.    Hierzu kann die Glocke     beispiels-          weise        unterhalb        des    Antriebes angeordnet sein  und in einen.

   entsprechenden Behälter     hinein-          ra"        n.    Auf     diesle    Weise     wird    auch     eine        gute          Zugä.ngkchkeit        der        Antriebsanordnung        bei     verhältnismässig .geringen Baumassen erreicht.  



  Der     beschriebene    Umformer     kann    auch für  Spannungen     verwendet    werden, deren Betrag  höher ist     alsderjenige    ,des     Spannungswertes     der     Unterbrechereinrichtung.    Es     genügt,     mehrere solche     hintereinander        zuschalten.     Die     Kontaktsteuereinrichtungen    ,sind aber     -der-          art    einzustellen,     dasssämtliche    in     Reihe    ge  schalteten Kontakte gleichzeitig arbeiten,  d. h.

       untereinander    genau synchronisiert wer  den. Die Anzahl der     hintereinander    zu     schal-          tendlen        Unterbrechungsstellen    wird     ums@o    nie  driger, je höher die Spannung ist, die -diese  zu unterbrechen     gestatten.     



  Bei der Gestaltung der Kontakte soll dar  auf Rücksicht     genommen,    werden, dass diese       die        entwickelte        Stromwärme    nach .aussen ab  führen, wobei     durch    an     den    Kontaktträgern  angesetzte Kühlfahnen eine     bgonte    Wärmeab  fuhr     6ichergestellt    werden     kann.    Es     ist    hierbei  von     Vorteil,

          dass    trotz     !der        hohen    Betriebs  spannungen infolge des unverhältnismässig       kleinen        Spannungsiabfalls    die     Wärmeentwick-          lung    in     verhältnismässig        niedrigen    Grenzen  bleibt.

   Unter     Umständen    kann     es    auch zweck  mässig     ;sein,        innerhalb    der     feststehenden    Kon  takte     bezw.    deren Träger     besondere,    von     einem          Kühlmittel        durchströmte    Kühlkanäle vorzu  sehen,     um.    die     Wärmeabfuhr    zu verbessern,  wobei     jedoch,        besondere        Rück,s.icht    auf die Va  kuumdichtigkeit der     Kontakte    .genommen  werden muss.

   Es     kannzweckmässig    sein, an  Stelle der     Doppelunterbrechung        innerhalb    der       Vakuumglocke    eine     Mehrfachunterbxiechung          vorzusehen.     



  Die     Steuerung    der Membran erfolgt bei  .diesem     Ausführungsbeispiel    mit Hilfe     eines     an dieser angesetzten     Magnetkerns    8, der von  einem     Magneten    9 etwa entgegen der Wir  kung     ihrer        Eigenfederung    angezogen wird.      Die Erregung des     Magneten    kann mit Hilfe  einer Röhre 10     in    dem erforderlichen Takt       gesteuert    werden.  



  Die     Bewegung    der     Kontaktbrücke    kann  auch auf     beliebige    andere Weise erfolgen, bei  spielsweise durch zwei zusammenarbeitende       Maggetsysteme    oder auch mit Hilfe von me  chanisch angetriebenen Stösseln, die von um  laufendien     Einrichtungen    bewegt werden kön  nen.

   In Anbetracht des geringen Hubes ist es  auch möglich,     :die    Bewegung der Kontakt  brücke durch     Magnetostriktion,    das ist durch  die durch     Erre"c-ang        biezw.        Entregung    beding  ten     Längenünderungen    eines Eisenkörpers, zu  bewirken.     Bes-anders        vorteilhaft    ist es, bei der       Verwendung    von Drosseln mit scharfem       Knick        in    .der     Maggnetisie.run:

  gskurve,        deren        Sät-          tgung    bereits bei einem Stromwert erreicht  ist, der klein ist im Verhältnis zu dem     Be-          triebsstromwert,    die     Steuerung    von dem       Spannungsabfall    an :der Drossel     abzuleiten.     



  Es ist jedoch nicht unbedingt     erforderlich,     dass Drosseln oder ähnliche Mittel zur Er  zielung     bezw.        Verlängerung    einer strom  schwachen Pause im Bereich des     Stromnull-          durchgange@s    angewendet werden;

   deren Ver  wendung     bietet    jedoch erhebliche Vorteile,       zumal    in Anbetracht der Charakteristik der  Unterbrechung unter Vakuum es genügt, in  nerhai der     stromschwachen    Pause den Strom  unter verhältnismässig hoch liegenden Werten,       wie    z.     B.    10,     evtl.    auch 50 Ampere, zu halten,  so     d#ä-ss    der Aufwand für ,die Drossel sehr     Ole-          ring        wird,    um so mehr, als dank der hohen  Geschwindigkeit, mit der der erforderliche  Kontaktabstand erreicht wird, auch die Dauer  einer solchen ,stromschwachen Pause klein be  messen sein kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Umformer mit synchron mit bestimmten von dem zu unterbrechenden Strom periodisch angenommenren Wertehe betätigten Abhebe kontakten, 4a-durch, gekennzeichnet, dass die Stromunterbrechungseinrichtung im Vakuum angeordnet ist, und dass der Kontakthub nur einen Millimeterbruchteil beträgt. U N TER AN SPRt C'HE 1. Umformer nach Patentanspruch, da -durch gekennzeichnet, dass der Kontakthub kleiner als 0,1 mm ist.

   \?. Umformer nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch Mittel zum Steuern der Kontaktbewegungen in Abhängigkeit von dem umzuformenden Strom. '3'. Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kont@aktbe@wegungen mit Hilfe von Magnet systemen erfolg.. 4. Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet dass Mittel zur Ver längerung der stromschwachen Pause bei einem Stromnulldurchgang vorgesehen sind. 5.

   Umformer nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass in dem Stromkreis eine Drossel, mit scharfem Knick der Magne- isierungskurve verwendet ist, deren Sätti\- gung bereits bei einem Stromwert erreicht ist, .der klein ist im -#'erliältni@s zu dem Betriebs stromwert. 6. Umformer nach Patentanspruch, ge kennzeichnet durch eine bewegliche Kontakt brücke, die mit feststehenden Kontakten zu- sammenarbeitet. 7.

   Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da,ss die Unterbre- chungseinrichtun,g innerhalb einer Glocke aus keramischem Werkstoff angeordnet ist, die durch eine vakuumdicht angelötete Membran geschlossen ist. B. Umformer nach Unteranspnich 7. da durch gekennzeichnet, dass die Membran eine als Abhebekontakt wirkende Kontaktbürste trägt.. 9.

   Umformer nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet dass die Gegenkontakte auf durch; Öffnungen der Glocke vakuumdicht hindurchgeführten Trägern aufgebracht sind, die aus einem zvärmelieitenden Stoff bestehen. 10. Umformer nach PaIent.ansprich, da. durch gekennzeichnet, dass die Kontaktträger mit Mitteln. zur Erhöhung der '\Värmeabfuhr versehen sind.

   11. Umformer nach Unteranspruch 7, ge kennzeichnet durch Mittel zum Verlängern des Kriech, bezw. Überschlagsweges zwisclhen de.n spannungführenden Teilen ausserhalb der Glocke. l1. Umformer nach Unteranspruch 11, da durch gekennzeichnet, dass die Glocke aus einem Porzellankörper besteht,

   an. den quer zur Überschlag srichtung verlaufende Rippen angesetzt sind. 13. Umformer nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Glocke samt Zuführungen innerhalb eines Mediums erhöh ter SpannungsLestigkeit untergebracht ist.

   14. Umformer nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass die Membran auch einen Anker trägt, der von den -steuernden Magnetsystemen beeinflusst wird. 15.

   Umformer nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass -die Glocke in einer Isolierflüssigkeit derart angeordnet ist, dass die durch die Wandungen der Glocke hin- .durchgeführten Zuleitungen des umzuformen den Stromes unterhalb und die Membran ober halb dez Flüssägkeitsspiegele lieben. 16.

   Umformer nach Patentanspruch, da durch ,gekennzeichnet, dass als Betätigungs- organ für den bewegten Kontaktteil ein Ma gnetkörper vorgesehen. ist, der infolge der Änderung seiner Magnetisierung mittels :eines ihn erregenden veränderlichen Steuerstromes ,seine Länge ändert.