Schaltstromrichter Es ist bekannt, die Kontakteinrichtungen von Wechselstromschaltern, insbesondere bei Kontakt umformern, durch Ausschalt-Drossespulen zu ent lasten, die einen Kern aus hochwertigem Eisen mit rechteckiger Hysteresisschleife besitzen und infolge ihrer Entsättigung die Stromkurve in der Nähe des Stromnulldurchganges stufenförmig abflachen. Wäh rend dieser stromschwachen Stufe liegt die treibende Spannung nahezu vollständig an der Wicklung der Schaltdrosselspule, so dass der Kontakt ohne Gefahr einer Bogenentladung geöffnet werden kann.
Ein ähn liches Problem tritt beim Schliessen der Kontakt einrichtungen auf; ein sofortiges Ansteigen des Stro mes nach dem Schliessen führt zu Metallwanderun gen an den Kontaktflächen und muss vermieden wer den. Man hat zur Schonung der Kontaktflächen beim Einschalten besondere Einschaltdrosseln vorgesehen, die eine Einschaltstufe des Stromes hervorrufen. Man kann aber auch der Ausschaltdrosselspule die Funk tion dieser besonderen Einschaltdrosselspule über tragen. In diesem Fall ist es meist unerwünscht, die Schaltdrosselspule beim Einschalten die volle Stufe durchlaufen zu lassen, da während der Stufenzeit die betreffende Phasenspannung zur Gleichspannung nicht beiträgt.
Man hat daher bereits besondere Rückmagnetisie- rungseinrichtungen für die Schaltdrosselspule vor gesehen, die während der Unterbrechungszeit der in Reihe mit der Schaltdrosselspule liegenden Kontakt einrichtung einen Teil der Ummagnetisierung (Rück magnetisierung) vorwegnehmen. Es ist auch bekannt, eine derartige Rückmagnetisierung zum Zweck der Spannungsaussteuerung des Umformers regelbar zu machen.
Nach einem früheren Vorschlag ist ein sol cher Rückmagnetisierungskreis aus der Reihenschal tung einer Hilfswicklung der Schaltdrosselspule, eines möglichst gut sperrenden Ventils und einer mit Gleichstrom vormagnetisierten Hilfsdrosselspule auf gebaut, wobei diese Reihenschaltung mit einer Wech selspannung gespeist ist.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Schalt stromrichter mit in Reihe mit den Unterbrechungs stellen angeordneten Schaltdrosselspulen und mit an eine Hilfswicklung der Schaltdrosselspulen angeschlos senen, die Wicklung einer Hilfsdrosselspule enthalten den Rückmagnetisierungskreisen. Sie besteht darin, dass in den Rückmagnetisierungskreisen die Reihen schaltung aus der Hilfswicklung der Schaltdrossel spule und der Wicklung der Hilfsdrosselspule an einer unsymmetrischen Wechselspannung liegt.
Die Hilfsdrosselspule wird dabei so bemessen, dass der zu ihrer Ummagnetisierung erforderliche Magnetisie- rungsstrom kleiner ist als derMagnetisierungsstrom der Schaltdrosselspule und d'ass sie den symmetrischen An teil der unsymmetrischen Wechselspannung zuzüg lich der in dem Kreis auftretenden Schaltdrosselspan- nungen aufnehmen kann, ohne dass ihr Kern gesättigt wird.
Wird nun erfindungsgemäss an die oben be schriebene Reihenschaltung eine unsymmetrische Wechselspannung gelegt, so tritt die Hilfsdrossel- spule während eines Teils der Periode einseitig in Sättigung, wobei der von der Wicklung geführte Strom sprunghaft von dem kleineren Magnetisie- rungsstrom der Hilfsdrosselspule zu dem sehr viel grösseren Magnetisierungsstrom der Schaltdrossel spule übergeht. Nach einem Ausführungsbeispiel kann die unsymmetrische Wechselspannung den in Reihe geschalteten Quellen einer symmetrischen Wechselspannung und einer Gleichspannung entnom men werden.
Die Steuerleistung einer solchen Anord nung ist um so geringer, je geringer der Ohmsche Widerstand des Rückmagnetisierungskreises ist. Die Unsymmetrie der Wechselspannung kann aber auch nach einem weiteren Beispiel dadurch hergestellt wer- den, dass man in Reihe mit den Wicklungen der Drosselspulen eine unvollkommen sperrende Ventil einrichtung legt und diese Reihenschaltung an eine symmetrische Wechselspannung anschliesst. Das Sperrvermögen dieser Ventileinrichtung muss so be messen sein, dass der Spannungsabfall an der Ventil einrichtung, wenn sie in Sperrichtung den Magneti- sierungsstrom der Hilfsdrossel führt, unterhalb der Amplitude der Wechselspannung bleibt.
Zu diesem Zweck kann als unvollkommen sperrende Ventil einrichtung ein Trockengleichrichter verwendet wer den, dessen Fläche so gross gewählt ist, dass die oben genannte Bedingung für den Sperrspannungsabfall erfüllt ist: Besonders zweckmässig sind jedoch Ven tileinrichtungen, bei denen das Sperrvermögen eines an sich gut sperrenden Ventils durch besondere Schaltelemente vermindert ist. So kann man in Reihe mit den Wicklungen der Drosselspule ein durch einen Ohmschen Widerstand überbrücktes Ventil legen und diese Reihenschaltung an eine symmetrische Wechsel spannung anschliessen. Zu dem gleichen Zweck kann man auch in Reihe mit den Wicklungen der Drossel spule ein in Durchlassrichtung mit Gleichstrom vor belastetes Ventil legen.
Will man nun zum Zweck der Spannungsaussteue rung des Umformers die Länge der Einschaltstufe be einflussen, so kann man nach einem weiteren Beispiel den Grad der Unsymmetrie der unsymmetrischen Wechselspannung regelbar machen. Wenn die un symmetrische Wechselspannung den in Reihe ge schalteten Quellen einer symmetrischen Wechselspan nung und einer Gleichspannung entnommen wird, kann man die Gleichspannung regelbar machen. Mit Vorteil kann man insbesondere den Gleichspannungs- anteil einem Gleichrichter entnehmen, der an einer regelbaren Wechselspannung liegt.
Bei den oben genannten Ausführungsformen der Erfindung mit un vollkommen sperrender Ventileinrichtung kann man zu dem gleichen Zweck den Überbrückungswider stand bzw. den Vorbelastungsstrom regelbar machen.
Die Fig. 1 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Wirkungsweise.
Die Fig. 1 stellt in schematischer Formeinen drei phasigen Schaltstromrichter dar, der über einen Transformator mit den Phasen R, S, T eines Dreh spannungsnetzes verbunden ist. Die Sekundärwick lungen 1 des Transformators .sind über die Haupt stromwicklungen 2 der Schaltdrosseln 3 und die Kontakteinrichtungen 4mit einer Gleichstromschiene 5 verbunden. Der Gleichstromkreis ist über eine Glät- tungsdrossel 6 und die Last 7 geschlossen. Die An triebsvorrichtungen der Kontakteinrichtungen 4 sind der besseren Übersicht halber weggelassen.
Die Schaltdrosselspulen 3 können in an sich bekannter und nicht dargestellter Weise so vormagnetisiert sein, dass der Stufenstrom einen geringen positiven Wert hat bzw. praktisch Null ist. Eventuell ausserdem vor handene Streckkreise der Schaltdrosseln sind eben falls nicht dargestellt.
Die Schaltdrosselspulen 3 sind je mit einem Rückmagnetisierungskreis 8 versehen, von denen nur einer für die Phase R dargestellt ist. Die Rückmagne- tisierungskreise für die Phasen<I>S</I> und<I>T</I> sind in glei cher Weise ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel be steht der Rückmagnetisierungskreis 8 aus der Reihen schaltung einer Hilfswicklung 9 der Schaltdrossel spule 3, einer Wicklung 10 der Hilfsdrosselspule 11 und einem Ohmschen Widerstand 12, der aber auch mit dem ohnehin vorhandenen Ohmschen Wider stand der Leitungen und Wicklungen identisch sein kann.
Die beschriebene Reihenschaltung liegt nun an der Reihenschaltung einer Wechselspannungsquelle 13 (Spannung UJ und einer Gleichspannungsquelle 14 (Spannung U,.). Die von der Gleichspannungsquelle 14 abgegebene Spannung ist regelbar. Die Spannung U", hat entweder die gleiche Phasenlage wie die ver kettete Spannung der Phasen T und R des Speise netzes oder sie eilt ihr um einen geringen Bruchteil der Periode voraus; entsprechendes gilt für die trei benden Wechselspannungen der beiden andern Rück magnetisierungskreise.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist in den Fig. 2 bis 7 näher erläutert. Die Fig.2, 4 und 6 stel len den Spannungsablauf UH an der Wicklung 10 der Hilfsdrossel 11 bei verschiedenen Graden der Un- symmetrie der Rückmagnetisierungsspannungen dar;
in den Fig. 3, 5 und 7 sind in der Magnetisierungs- kurve des Hilfsdrosselkerns (BH als Funktion des Wickelstromes i) die Magnetisierungszustände ein getragen, die der Hilfsdrosselkern unter dem Einfluss der in verschiedenem Grade unsymmetrischen Rück magnetisierungsspannungen durchläuft.
Die Fig. 2 und 3 geben den Spannungsverlauf an der Wicklung 10 und die Magnetisierungszustände des Kerns 11 für den Fall fehlender Rückmagnetisie- rung wieder.
Die Spannung U@ der Gleichspannungs- quelle 14 ist gleich Null; die Grundkurve der Fig.2 entspricht also der symmetrischen Wechselspan nung U,4,. An der Wicklung 10 der Hilfsdrossel spule 11 treten die zusätzlichen Spannungsflächen, d. h. die zeitlichen Spannungsintegrale E" und A auf, die von.der Einschaltstufe und von der Ausschalt stufe der Schaltdrossel 3 herrühren. Die Spannungs flächen oberhalb und unterhalb der Zeitachse sind gleich, d. h. N" (negative Fläche der Grundkurve) + E" = Po (positive Fläche der Grundkurve) + A.
Die Wechselspannung U". einschliesslich der zusätz-. lichen Ein- und Ausschaltspannungen ist so bemessen, dass die Kennlinie der Hilfsdrosselspule (Fig.3) nur in ihren ungesättigten Teilen durchlaufen wird. So fern der Hilfsdrosselkern sich einmal im obern Sätti gungszustand befunden hat, was im Betrieb immer der Fall gewesen sein wird, befindet er sich nach Fig. 3 zu Beginn der Rückmagnetisierungsperiode im Zu stand a und durchläuft dann nacheinander beispiels weise die Zustände<I>b, c, d</I> und zurück zu a.
Diesen Zuständen entsprechen die gleichbezeichneten Punkte auf der Spannungskurve nach Fig. 2.
Die Fig.4 und 5 stellen den Spannungsverlauf an der Wicklung 10 bzw. die Magnetisierungszustände des Kerns von 11 für den Fall dar, dass die Schalt drosselspule vollständig zurückmagnetisiert wird, d. h. keine Einschaltstufe mehr auftritt. Die Grundkurve des Spannungsverlaufes nach Fig. 4 enthält jetzt ausser der symmetrischen Wechselspannung U@" einen Gleichspannungsanteil U6, der nach einer im folgen den abgeleiteten Bedingung bemessen sein muss.
Der Kern der Hilfsdrosselspule 11 wird durch die Span nungsfläche N1 in negativer Richtung bis zu dem Punkt f magnetisiert, der wesentlich höher liegt als der Punkt b in Fig. 3. Er durchläuft nach dem Richtungs wechsel der Spannung die Zustände g und h; sobald <I>A +</I> P1 <I>=</I> N1 geworden ist, tritt er bei<I>h</I> in die Sätti gung.
Während die Wicklung 10 bisher nur den im wesentlichen konstanten Magnetisierungsstrom iss der Hilfsdrossel 11 geführt hat, lässt sie nunmehr nach Sättigung des Kerns sprunghaft den viel grösseren Magnetisierungsstrom is der Schaltdrosselspule 3 durch, d. h. sie erreicht den Zustand k ihrer Magne- tisierungskurve. Damit beginnt die Rückmagnetisie- rung der Schaltdrosselspule 3.
Für die Rückmagneti- sierung steht die Spannungsfläche R1 nach Fig. 4 zur Verfügung; die schraffierte Spannungsfläche V1 geht für die Deckung der Ohmschen Verluste im Rück magnetisierungskreis verloren. Solange der wesent lich kleinere Magnetisierungsstrom der Hilfsdrossel 1H fliesst, spielen die Ohmschen Verluste keine Rolle.
Wenn nun, wie im Beispiel nach Fig. 4, die Rück magnetisierungsfläche R1 gleich der Ausschaltstufen fläche A ist, kann keine Einschaltstufe mehr auftre ten. Diese Bedingung lässt sich durch die Wahl eines entsprechenden Gleichspannungsanteils U, stets er füllen.
Die Fig. 6 und 7 erläutern die Verhältnisse bei einem Fall einer mittleren Rückmagnetisierung, d. h. also auch mittlerer Einschaltstufe. Der Kern der Hilfs drossel 11 wird durch die Summe der Flächen E2 und N2 vom Punkt in bis auf den Punkt n nach Fig. 7 in negativer Richtung ummagnetisiert, wobei der Punkt<I>n</I> zwischen den Punkten<I>b</I> und f (Fig. 3 bzw. 5) liegt.
Der Hilfsdrosselkern durchläuft nach dem Rich tungswechsel der Spannung die Zustände<I>p</I> und<I>q.</I> Bei q wird er gesättigt, erreicht den Zustand r, der dem Magnetisierungsstrom i" der Schaltdrossel ent spricht, und kehrt im weiteren Verlauf der Span nungskurve über die Punkte<I>q</I> und<I>m</I> nach<I>n</I> zurück.
Die Sättigung des Kerns 1.1 der Hilfsdrosselspule tritt ein, sobald<I>A + P.></I> gleich E2 <I>+</I> N2 geworden ist; für die Rückmagnetisierung steht demnach die Fläche R2 zur Verfügung, die in Fig. 6 wesentlich kleiner ist als in Fig.4. Die Einschaltstufenfläche E2 ist gleich der Differenz der Flächen A und R.. Diese Flächenbezie hungen stellen sich beim Einschalten oder Ändern der Rückmagnetisierungsspannung nach wenigen Pe rioden als Gleichgewichtszustand ein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Rück magnetisierung für die drei Schaltdrosselspulen des Schaltstromrichters nach Fig. 1, bei der wie oben die unsymmetrische Wechselspannung den in Reihe ge schalteten Quellen einer symmetrischen Wechsel- spannung und einer regelbaren Gleichspannung ent nommen wird, stellt die Fig. 8 dar. Gleiche Bezeich nungen beziehen sich in beiden Figuren auf gleiche Schaltelemente. Der Wechselspannungsanteil der Rück magnetisierungsspannung wird von einem Transfor mator 15 geliefert, der mit den Phasen R', S' und T' eines Drehstromnetzes verbunden ist. Das Drehspan nungsnetz R', S',<I>T'</I> kann mit dem Netz.
R, S,<I>T</I> nach Fig. 1 identisch sein, oder es kann ihm in der Phasen lage um einen geringen Bruchteil der Periode vor eilen; jedenfalls muss die Rückmagnetisierung vor dem Einschalten der Kontakte beendet sein. Der Gleichspannungsanteil der treibenden Spannung der Rückmagnetisierungskreise wird durch eine Gleich richteranordnung 16 erzeugt, die aus einem beliebi gen Drehstromnetz 17 über einen Drehtransforma tor 19 gespeist wird, der als regelbarer Spannungs wandler geschaltet ist.
Der Widerstand 18 dient dazu, dem negativen Magnetisierungsstrom der Hilfsdrossel spulen einen Parallelweg zu den in dieser Richtung sperrenden Gleichrichtern 16 zu bieten.
In gleicher Weise wie die bisher beschriebenen Anordnungen wirken auch die Rückmagnetisierungs- kreise nach den Fig.9 und 10, bei denen die trei bende Spannung eine symmetrische Wechselspannung ist und in Reihe mit den Wicklungen der Drossel spulen eine Ventileinrichtung geschaltet ist, deren Sperrvermögen regelbar ist. Die Ventileinrichtung be steht in Fig. 9 aus dem an sich gut sperrenden Ven til 21 und einem Regelwiderstand 22, der parallel zum Ventil liegt.
Diese Ventileinrichtung nimmt in der einen Stromrichtung, und zwar wenn das Ventil 21 in Sperrichtung belastet ist, eine höhere Spannung auf als im andern Fall, wenn es in Durchlassrichtung belastet ist. Die an den Wicklungen 9 und 10 der Drosselspule liegende Wechselspannung wird daher unsymmetrisch. Der Grad der Unsymmetrie lässt sich durch Verstellen des Regelwiderstandes 22 regeln.
Bei der Anordnung nach Fig. 10 besteht die Ven tileinrichtung aus einem ebenfalls gut sperrenden Ventil 24, das in Durchlassrichtung mit Gleichstrom vorbelastet ist. Ist der Vorbelastungsgleichstrom ge nügend gross, so hat das Ventil in beiden Richtungen nahezu den gleichen Widerstand; mit Verkleinerung der Vorbelastung wird der Unterschied der Wider stände grösser.
Auch bei diesem Rückmagnetisierungs- kreis wird die in den Wicklungen 9 und 10 liegende Wechselspannung demnach unsymmetrisch, und zwar in einem durch Verstellen des Vorwiderstandes 23 wählbaren Grad.
Die beschriebenen Rückmagnetisierungsanord- nungen können, falls etwa besondere Einschaltdros selspulen vorhanden sind, auch bei diesen zur Ver kürzung bzw. Steuerung der Einschaltstufe mit Vor teil verwendet werden.