CH261204A - Elektrischer Umformer. - Google Patents

Description

      Elektriseber    Umformer.    Neben den bekannten elektrischen     Umfor-          inern,    bei denen die Ventilwirkung eines       Queeksilber-Vakuumliehtbogens    zusammen mit  einer Gittersteuerung ausgenützt wird, sind  in neuerer Zeit auch sog. Kontaktumformer  gebaut worden. Bei diesen wird mit Hilfe  einer gesättigten Drossel aus Eisen mit hoher       Anlangspermeabilität    eine     stromschwaehe     Stufe erzeugt. Als Schaltorgan werden mecha  nisch von einem Synchronmotor angetriebene  metallische Kontakte verwendet, deren Schliess  moment durch mechanische oder elektrische  Hilfsmittel verstellt werden kann.

   Die     Fun-          kenlösehung    erfolgt mit Hilfe sog. Parallel  pfade. Der Nachteil der Kontaktumformer in  ihrer bisherigen Ausführungsform besteht  darin,     dass    der     Synehronismus    zwischen       Stromnulldurehgang    und Kontakttrennung  insbesondere bei schnellen Belastungsänderun  gen nicht immer gewährleistet ist, da die Be  wegung im wesentlichen von der Spannung,  die zeitliche Lage der Stufe jedoch von der  Stromstärke abhängt. Um Rückzündungen zu  verhüten, benötigt man eine Stufendauer bis  zu<B>1</B> Millisekunde und mehr und zudem noch  besondere Regeleinrichtungen. Beide Massnah  men verteuern derartige     Gleiehrichter    in ho  hem Masse.  



  Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls  ein elektrischer Umformer, bei dem die  Stromumformung mittels magnetischer Schal  ter unter Verwendung von mindestens einer  Schaltdrossel und einem Ventil bewirkt wird.  Erfindungsgemäss sind in Reihe mit der         Sehaltdrossel    und parallel zum Ventil ein  oder mehrere magnetisch betätigte Schalter  angeordnet, wobei die Einschaltung kurz nach  Einsetzen des Vorwärtsstromes in dem par  allelliegenden Ventilkreis, die     Aussehaltung     hingegen innerhalb der durch die Schalt  drossel erzeugten     stromschwaehen    Stufe er  folgt. Zweckmässig beträgt die     Sehaltzeit    der  Schalter höchstens 10-4S.

   Dadurch wird es  möglich, die Schaltdrosseln für eine Stufen  dauer, die in gleicher Grössenordnung wie die  Schaltdauer liegt, vorzusehen.  



  In der bisher beschriebenen Anordnung er  folgt die     Einsehaltung    praktisch in dem  Augenblick, in dem die Spannung der     zuzu-          schaltenden    Phase gleich der Spannung an  der Belastung ist. Das System arbeitet dann  als Gleichrichter mit der Aussteuerung null.  



  Eine derartige Anordnung kann auch für  regelbare Gleichrichter durch Teilaussteue  rung und als Wechsel- und     Umriehter    be  nützt werden, indem in Reihe mit den Venti  len eine regelbare Spannungsquelle einge  schaltet wird, deren innerer Widerstand höch  stens von der Grössenordnung des Ventil  widerstandes in Vorwärtsrichtung ist. Wirkt  diese Spannung der treibenden Spannung ent  gegen, so verspätet sich die     Einsehaltung;    die  Anordnung arbeitet als     Gleiehriehter    mit klei  nerer mittlerer Gleichspannung.

   Wirkt jedoch  diese Spannung in gleichem Sinne wie die  treibende Spannung, so erfolgt die     Einsehal-          tung    verfrüht; das System kann in dieser An  ordnung, insbesondere bei mehrphasiger Aus-           führung,    als netzgesteuerter Wechselrichter  betrieben werden.  



  Eine andere     Steuer-Luigsmöglichkeit    erhält  man dadurch,     dass    die magnetischen Schalter  mit einer zusätzlichen Einschaltspule versehen  werden, welche von Stromimpulsen gespeist  wird, die aber vor Einsetzen der     stromschwa-          ehen    Stufe wieder abgeklungen sein müssen.

    Wirken diese Stromimpulse der magnetisie  renden Wirkung, hervorgerufen durch den       Vorwärtsstrom    der Ventile, entgegen, so ver  spätet sieh die Einschaltung; im umgekehrten       Fall        gleichheit        tritt        sie        ein,        vor        so        dem        dass        Moment        die        Anordnung        der        Spannungs-        ebenfalls     wieder als Wechselrichter verwendet werden  kann.  



  Die einfachste Art, die Ausschaltung wäh  rend der Dauer der stromschwachen Stufe zu  bewirken, besteht darin,     dass    man auf der  Schaltdrossel eine zusätzliche Spule anbringt  und diese unmittelbar mit der     Aussehaltspule     des     magfietischen    Schalters verbindet. In die  ser zusätzlichen     Transformatorspule    wird vom  Augenblick der     Ummagnetisierung    der Dros  sel an eine Spannung     erzeLigt,    die über die  ganze Stufe anhält. Diese Spannung ruft dann  in der Ausschaltspule einen Strom hervor, wo  durch die     Aussehalt-Lmg    bewirkt wird.  



  Selbstverständlich kann man auch diese  Spannung auf ein schnelles Relais wirken las  sen,     durcli    das dann eine     Hilfsstromquelle    an  die     Aussehaltwicklung    gelegt wird.  



  Es ist auch möglich, ein schnellwirkendes       -Nullstromrelais    vorzusehen, das bei Ein  setzen der Stufe anspricht und dadurch eine       Hilfsstromquelle    an die     Aussehaltspule    des  magnetischen Schalters legt.  



  Alle Ausschaltimpulse, die irgendwie vom  dem Vorhandensein der     stromsehwachen    Stufe  abgeleitet werden, verschwinden mit Ablauf  der Stufe. Damit der Schalter dann nicht vor  zeitig einschaltet, ist es zweckmässig, eine zu  sätzliche Ausschaltkraft, z. B. in Form einer  Feder, vorzusehen. Man wird aber meist diese  Kraft gegenüber der magnetischen Zugkraft  der     Ausschaltspule    klein halten, beispielsweise  in der Grössenordnung von etwa<B>10</B>     7o,    damit    die Einschaltung hierdurch nicht nennenswert  erschwert wird.  



  Um die Bildung der     stromschwaehen    Stufe  nicht zu beeinträchtigen, darf die Schalt  drossel nur mit. kleinen Leistungen zusätzlich  belastet werden. Es empfiehlt sieh daher, durch  Wahl möglichst kleiner Luftspalte und Schalt  wege des magnetischen Schalters in der Grö  ssenordnung von Zehntel bis Hundertstel  Millimeter den     Ampere-Windungsbedarf    für  die Ein- und vor allem die     Aussehaltung    so  klein wie möglich zu machen, insbesondere  aber kleiner als etwa<B>50-100</B>     Ampere-Win-          dungen.     



  Als Ventile können an sich     Gleiehrichter     beliebiger Art Verwendung finden, z. B. mit  besonderem Vorteil Trockengleichrichter we  gen ihres kleinen Spannungsabfalles. Für  höhere Spannungen kann es zweckmässig sein,  Ventile nach Art der sog. Nadelgleichrichter  zu benützen.  



       Um    den     Stufenstrom    im Augenblick der  Kontakttrennung möglichst klein zu machen,  ist es zweckmässig, die Schaltdrosseln in an  sich bekannter Weise mit Gleich- oder Wech  selstrom vorzumagnetisieren,     und    zwar derart,       dass    im Augenblick der Kontakttrennung     der          Stufenstroin    kleiner als die Minimalstrom  stärke, bei der noch ein Lichtbogen entstehen  kann, ist.

   Diese Minimalstromstärken liegen  Tür die     übliehen    metallischen     Kontaktwerli:-          stoffe    bei etwa<B>0,5-1 A.</B> Da auch bei die  ser Stromstärke unter Umständen noch ge  ringe Funkenbildung auftreten kann, ist es  zweckmässig, parallel zu den Kontakten des  magnetischen Schalters an sich bekannte     ka-          pazitive    Parallelpfade vorzusehen.  



  In der Zeichnung ist eine Ausführungs  form der Erfindung in einphasiger Anord  nung schematisch dargestellt. Es bedeuten<B>1</B>  die     We'chselstromquelle,    2 das Magnetsystem  der     Schaltdrosseln    mit der     Hauptstroinwick--          lung   <B>3,</B> der     Vormagnetisier        tingswieklung    4 und  der zusätzlichen Wicklung<B>5. 6</B> ist eine Stabi  lisierungsdrossel für die     Vormagnetisierungs-          drossel.   <B>7</B> stellt die     Sehaltbrüeke    dar.

       Auf    sie  wirkt die     Aussehaltspule   <B>8</B> sowie die schwache  Ausschaltfeder<B>9,</B> ferner die vom Hauptstrom           durehflosseiie    Einschaltspule<B>10</B> und die Ein  schaltspule<B>11,</B> die lediglich vom Ventilstrom  durchflossen wird und deren     Induktivität     durch einen Kondensator 12 kompensiert ist.  <B>13</B> ist das Ventil, 14 eine damit in Reihe lie  gende regelbare     Spannungsquelle    mit im Ver  gleich zu den Ventilen höchstens gleichem in  nerem Widerstand,<B>15</B> ein aus Kapazität und  Widerstand bestehender Parallelpfad und<B>16</B>  die Belastung.  



  Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun  folgende: Von dein Augenblick an, da die  Spannung der Stromquelle<B>1</B> grösser wird als  die Gegenspannung der Belastung     einsehliess-          lieh    der Spannung, die von der Batterie 14 er  zeugt wird, beginnt ein Strom zu fliessen, und  zwar von<B>1</B> über die     Hauptstromwicklung   <B>3</B>  der Schaltdrossel;

   von hier über die     Haupt-          stromspule    des     Magnetsehalters   <B>1-0,</B> dann die  Spule<B>11,</B> das Ventil<B>13,</B> die eingeschalteten  Zellen der Batterie 14, von da zur Belastung  <B>16</B> und     zurüek    zur Stromquelle<B>1.</B> Erreicht die  magnetische Zugkraft, hervorgerufen durch  die Erregung der Spulen<B>10</B> und<B>11,</B> die Kraft  der Feder<B>9,</B> so schliesst sich der Schalter<B>7</B>  und bleibt infolge der sich nun verstärkenden  Zugkraft, hervorgerufen durch die Erregung  der Spule<B>10,</B> geschlossen. Der Spannungs  abfall an der     Sehaltdrossel    ist infolge ihrer  Sättigung nur gering.

   Im Augenblick, in dem  die     Ummagnetisierung    der     Sehaltdrossel    ein  setzt, was voraussetzungsgemäss erst kurz vor  dem     Stromnulldureligang    beginnt, wird in der  Spule<B>5</B> eine Spannung induziert und es fliesst  in dem Stromkreis, gebildet aus der Spule<B>5</B>  und der Ausschaltspule<B>8,</B> ein Strom. Durch  die Erregung der Spule<B>8</B> entsteht eine     Ans-          schaltkraft.    Gleichzeitig ist der Strom in der  Spule<B>10</B> infolge des     Eintretens    der Stufe an  nähernd null geworden.

   Es überwiegt daher  die     Aussebaltkraft    und der Schalter öffnet  sich und bleibt auch nach Ablauf der Stufe  infolge der Zugkraft der Feder<B>9</B> geöffnet.  Eine     Funkenbil.dung    wird beim Öffnen einer  seits durch das parallelliegende Ventil<B>13</B>     zu-          gammen    mit dem Kondensator 12, anderseits  durch den Parallelpfad<B>15</B> vermieden, um so  mehr als durch passende Wahl des Stromes    in der     Vorniaglietisierungswicklung    4 der  Schaltdrossel der     Augenbliekswert    des Stufen  stromes im Moment der Kontakttrennung  praktisch     gleieh    Null     geniaeht    werden kann.  



  Die Spule<B>11</B>     und    der Kondensator 12 kön  nen auch weggelassen werden. Dies hat den  Vorteil wesentlich besserer     Funkenlösehung.     Es     muss    dann aber im allgemeinen die     Win-          dungszahl    der     Hauptstromspule    vergrössert  werden, wodurch der Raumbedarf des magne  tischen Schalters ebenfalls grösser wird.  



  Es können auch mehrere Schalter, parallel       und!oder    in Serie geschaltet.,     nur    einer Schalt  drossel zugeordnet sein. Ausserdem ist es     mög-          lieh,        dass    mehreren     serie-    oder parallel geschal  teten Schaltern nur ein Ventil parallel ge  schaltet ist.  



  Durch geeignete Kombination derartiger  einphasiger Schaltungen können Gleich-,  Wechsel- und     Umrichtersehaltungen    erstellt  werden.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH:</B> Elektrischer Umformer, bei dem die Strom umformung mittels magnetiseher Schalter unter Verwendung von mindestens einer Schaltdrossel und einem Ventil bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit der Sehaltdrossel und parallel zum Ventil ein oder mehrere magnetiseh betätigte Schalter ange ordnet sind, wobei die Einschaltung kurz nach Einsetzen des Vorwärtsstromes in den parallel liegenden Ventilkreis, die Aussehaltung hin gegen innerhalb der dureh die Sehaltdrossel erzeugten stromsehwaehen Stufe erfolgt.

   UNTERANSPRüCHE: <B>1.</B> Umformer nach Patentanspruch, da- dureh,gelzeiinzeiehiiet, dass die Sehaltzeit der in.a.-netisehen Schalter und die Stufendauer der Sehaltdrosseln 10--4S nicht übersteicen. 2.

   Umformer nach Patentanspriteh, da- dureh gekennzeichnet dass in Reihe init den Ventilen eine regelbare Spannungsquelle mit im Vergleich zu den Ventilen höchstens glei- ehein innerem Widerstand liegt. <B>3.</B> Umformer nach Patentanspriieh, da durch gekennzeichnet, dass der magnetische Schalter eine zusätzliche Einsehaltwiekliing aufweist, die mit regelbaren Stromimpulsen gespeist wird, derart, dass bei Eintreten der stromschwachen Stufe diese Impulse wieder abgeklungen sind. 4.

   Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Ausschaltspule, unmittelbar an eine zusätzliche Spule der Schaltdrossel angeschlossen ist, in der bei der Unmagnetisierung der Schaltdrosseln eine Spannung erzeugt wird. <B>5.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die in der Zusatz wicklung der Schaltdrossel ind-Lizierte Span nung auf ein schnell wirkendes Relais wirkt, durch das seinerseits die Einschaltspule an eine Hilfsstromquelle gelegt wird.

   <B>6.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ein schnellwirken des Nallstromrelais, welches bei Eintreten der stromschwaehen Stufe anspricht, die Ein schaltspule an eine Hilfsstromquelle legt. <B>7.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der magnetische Schalter nach Ablauf der Stufe durch eine zu sätzliche, Kraft in der Ausschaltstellung ge halten wird.

   <B>8.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass durch Wahl klei- ner Luftspalte, Schaltwege und geringe Streuung des Magnetsystems des magnetischen Schalters der Ampere-Windungsbedarf für die Ein- und Ausschaltung unter<B>100</B> Ampere- Windungen liegt. <B>9.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Ventile Trok- kengleichrichter verwendet werden. <B>10.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Ventile nach Art der sog. Nadelgleichrichter verwendet werden.

   <B>11.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Sehaltdrosseln vormagnetisiert werden, derart, dass der Stu fenstrom zur Zeit der Kontakttrennung für alle Belastungen kleiner ist als die Minimal stromstärke, bei der noch ein Lichtbogen be stehen kann. 12. Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Stufenstrom zur Zeit der Kontakttrennung kleiner als <B>0,5 A</B> ist. <B>13.</B> Umformer nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Funken- löschung zusätzlich Parallelpfade vorgesehen sind.