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Schaltungsanordnung für Wechselstrom, insbesondere für Umformungszwecke,
mit vormagnetisierter Schaltdrossel Es sind Schaltanordnungen zur Schließung und
Unterbrechung von Stromkreisen, insbesondere für Umformungszwecke, bekannt, bei
denen :in Reihe mit der Schaltstelle eine Schaltdrossel angeordnet ist, deren beim
Nennstromwert hochgesättigter Magnetkern durch seine Entsättigung in der Nähe des
Stromnullwertes eine stromschwache Pause hervorruft. Richtung und Größe ödes Stufenstromes,
d. h. der Strom-,verte während der -stromschwachen Pause, können durch Vormagnetis:ierung
des Schaltdr'osselkernes mit Gleich- oder Wechselstrom verändert werden. Nach einem
früheren Vorschlag ist es bei geeigneter Wahl :der Höhe und Phasenlage eines zur
Vormagnetisierung benutzten Wechselistromes möglich, die für die Änderung ides Magnetflusses
der Drossel während der stromschwachen Pause erforderliche Änderung ihrer Gesamtdurchflutung
im wesentlichen durch eine entsprech:ende Neigung des auf die stromschwache Pause
entfallenden Kurventeiles des Vormagnetisierungsstromes aufzubringen, so daß sich
während der stromschwachen Pause die Augenblickswerte des zu unterbrechenden Stromes
im Verhältnis zu-. einander nur wenig oder garnicht ändern und
damit
der Stufenstrom konstant, und zwar gegebenenfalls auf dem Wert Null gehalten wird.
Damit der Vormagnetisierungsstrom nicht durch die Rückwirkung der sich entsättigenden
Schaltdrossel verzerrt wird, ist es üblich, im Vormagnetis:ierungskreis eine Stabilisierungsdrossel
vorzusehen. Diese starre Festlegung des Vormagnetisierungsstromes macht es notwendig,
bei Veränderung der in dem zu schaltenden Stromkreis während der stromschwachen
Pause wirksamen Spannung den Vormagnetisierungskreis mittels eines besonderen Reglers
zu steuern. Wenn z. B. bei einer Umformungsanordnung der Aussteuerungsgrad durch
Veränderung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte gegenüber der Wechselspannung mittels
eines Reglers geändert wird, so daß sich auch die Lage der stromschwachen Pause
innerhalb der Wechselsnannungsperiode verschiebt, so wird gleichzeitig durch einen
gekuppelten Hilfsregler . die, Phasenlage des Vormagnetisierungsstro,mesmit verändert.
Damit wird aber nicht in jedem Falle ein befriedigendes Ergebnis erzielt, weil sich
infolge der .mit dem Aussteuerungsgrad veränderlichen Höhe der im Kommutierungskreis
während der Ummagnetisierung der Schaltdrossel wirksamen Spannung auch die Größe
der Gesamtduxchflutu:ng der Schaltdrossel während der .stromschwachen Pause ändert.
Dies erklärt sich daraus, daß mit der Höhe der ummagnetisierendien Spannung - auch
- die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit wächst und daß der Verlauf der Magnetis.ierungskennl,inie
eines gegebenen Schaltdrosselkerns für verschiedene Ummagnetisierüngsgesthwindigkeiten
nicht der gleiche ist, sondern bei hohen Ummagnetisierungsgeschwindigkeiten gegenüber
der statisch aufgenommenen Magnetisierungskennlinie 'zunehmende Verbreiterungder
Magnetisierungsschl.eife aufweist. Eine Änderung der Gesamtdurchflutung derDrossel
yvährend der stromschwachen Pause tritt also: beispielsweise auch bei Änderungen
des Effektivwertes der Wechselspannung des Umformers ein, die nicht nur absichtlich
.durch Regelung herbeigeführt werden, sondern auch ungewollt auftreten können. Zur
Erzielung eines -- .gleichbleibenden Wertes des Hauptstromes, der unmittelbar nach
der Schließung oder unmittelbar vor der Unterbrechung des Stromkreises von der Schaltdrossel
durchgelassen wird, wäre infolgedessen eine zusätzliche, verhältnismäßig umständliche,
-empfindliche und daher auch störanfällige Regeleinrichtung erforderlich. Eine weitere
Erschwerung kann ferner durch Oberwellen der Wechselspannung verursacht werden,
die sich je nach dernAtusstenerungsgrä.d in verschiedenem Maße störend auf den Schaltvorgang
auswirken und nur unter verhältnismäßig hohem Aufwand durch eine weitere zusätzliche
Regeleinrichtung unschädlich gemacht werden könnten. -Die Erfindung ermöglicht es,
die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden. Sie beruht auf dem Gedanken, die durch
Stabilisierungsdrosseln bedingte starre Festlegung des Verlaufes ' des Vormagnetisierungsstromes'
aufzugeben; -und besteht in der Hauptsache darin, daß die an der Vormagnetisierungswicklung
wirksame ,Spannung während der stromschwachen Pause in einem festen Abhängigkeitsverhältnis
zu der in dem zu schaltenden Stromkreis wirksamen Spannung steht. Dadurch wird erreicht,
daß sich die Vormagnetisierung den Änderungen der Wechselspannung des Hauptkreises
"in allen Betriebszuständen ohne weiteres. derart anpaßt, daß die Unterschiede der
Werte des Hauptstromes, der unmittelbar nach der Schließung oder unmittelbar vor
der Unterbrechung des StromkreIses auftritt, gegenüber Anordnungen mit stabilisierter
Vormagnetisierung mindestens verringert oder vollständig beseitigt werden.
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Mit der Erfindung können die beim Schließen und -Unterbrechen eines
Stromkreises unter verschiedenen Betriebsbedingungen auftretenden Beanspruchungen
noch weiter, als es bisher möglich war, herabgesetzt werden. Die Erfindung ist wegen
des geringen Aufwandes sowohl für Schalteinrichtungen mit mechanisch bewegten Kontakten
als auch z. B. für Trockenventile und Entladungsstrecken, insbesondere für Kontaktumformer
und Stromrichter, beispielsweise gittergesteuerte Quecksilberdampfstromrichter,
mit Vorteil verwendbar.
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Im Zusammenhang mit der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise
in der Anwendung auf mehrphasige Drehstrom-Gleichstrom-Kontaktumformer näher erläutert
werden.
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In den. Fig.-i und q. bis 6 sind verschiedene Umformungsanordnungen
mit weiteren Verbesserungen nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Fig. 2 a bis 2 d und 3 zeigen Diagramme elektrischer und magnetischer
Größen, die in den betrachteten Anordnungen auftreten, und dienen zur Erläuterung
der im folgenden beschriebenen Vorgänge.
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Allen in der Zeichnung dargestellten Umformungsanordnungen gemeinsam
ist ein Drehstromtransformator Tr, an :dessen Klemmen UVW über Schaltdrosseln SDr
mit den Hauptwicklungen w1 und ringförmig aus flach übereinandergewickelten Bandlagen
hergestellten Kernen eines Kontaktumformers KU mit sechs Kontakteinrichtungen K1
bis K, -in Brückenschaltung angeschlossen ist. Der Kontaktumformer arbeitet auf
einen als Rechteck angedeuteten Gleichstromverbraucher. Durch an sich bekannte Glättungseinrichtungen,
die in der Zeichnung der besseren übersicht wegen weggelassen sind, werde der Gleichstrom
praktisch vollkommen :geglättet. Indem gestrichelt gezeichneten Teil der Hauptstromleitungen
können Schalter, Anlasser und Schutzeinrichtungen vorgesehen sein.
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An die periodisch betätigte Schalteinrichtung des. Kontaktumformers
wird unter anderem die Anforderung, gestellt, daß etwaige Schaltzeitverän.derungen
in bestimmten Grenzen gehalten werden, die durch die Länge der stromschwachen Pause
bedingt tsind. Schaltzeitveränderungenkönnen bei Druckkontakten mit genau begrenztem
verhältnismäßig geringem Hub durch Veränderungen der Kontaktoberflächen entstehen,
die teils durch
mechanische, teils durch elektrische - Beanspruchungen
beim Schaltvorgang verursacht werden. Die letzteren können auch dann ein unerträgliches
Maß annehmen, wenn mit bekannten oder früher vorgeschlagenen Mitteln die Entstehung
eines Entladungslichtbogens bei .den betriebsmäßigen Abschaltvorgängen vollkommen
verhindert wird. Es können nämlich trotzdem Entladungen stattfinden, die zwar nicht
die Form eines stabilen Lichtbogens haben, jedoch ebenfalls, wenn auch in wesentlich
geringerem Maße, Materialwanderung (Feinwanderung) an den Kontakten hervorrufen
können. Die Veränderungen der Kontaktoberflächen, die dadurch im Laufe einer mehr
oder weniger langen Betriebsdauer hervorgerufen werden, sind von der Größe der Schaltleistung
abhängig.
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Der derzeitige Entwicklungsstand des Schaltdrosselei-sens sowie die
bisher verwendeten Hilfsmittel zur Kompensation des Magnetisierungsstromes gestatten,
insbesondere bei hohen Regelanforderungen mit wirtschaftlich erträglichem Aufwand,
noch keine so weitgehende Begrenzung der Schaltleistung, daß die Materialwanderung
in ausreichendem Maße unterbunden wird.
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Es wird nun eine Schaltanordnung angegeben, mit der bei entsprechender
Bemessung der einzelnen Schaltungsteile eine beliebige Begrenzung Ader Schaltleistung
der Kontakte erzielt werden. kann. Der neuen Anordnung liegen folgende Überlegungen
zugrunde: Legt man an eine Vormagnet.isierungswicklung w2 der Schaltdrossel SDr
.eine Spannung, die in der Wicklung w1 vermöge der transformatorischen Verkettung
eine Spannung induziert, die in jedem Augenblick der für den beabsichtigten Schaltvorgang
zur Verfügung stehenden Zeitspanne der im Hauptstromkreis. (Kommutieru:ngskreis)
wirksamen treibenden Spannung das Gleichgewicht hält, so kann während der Ummagnetisierung
der Schaltdrossel über den Kontakt kein Strom fließen. Da dann am Kontakt auch keine
Spannung liegt, ist die Schaltleistung desselben, falls ob:enstehende Bedingung
erfüllt ist und während der Um:magnetisie.rung geschaltet wird, gleich Null.
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Die an die Vormagnetisierungswicklung gelegte Spannung müßte also
zu diesem Zweck der Rommutierungsspannung genau phasengleich sein. Die Spannungsabfälle
i@m Vormagnetisierungskreis, hervorgerufen durch die Induktivität L2 und den Wirkwiderstand
dieses Kreises, vermehrt um einen zur Strombegrenzung notwendigen Ohmschen Widerstand
r2, müssen durch einen Überschuß der im Vormagnetisierungskreis wirksamen Spannung
gegenüber der im Hauptkreis wirksamen kompensiert werden. Dieser Spannungsüberschuß
kann beispieltsweise durch eine zusätzliche in den Vormagnetisierungskreis eingeführte
Spannung UZ hervorgebracht werden.
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Die Höhe des gesamten Spannungsabfalls im Vormagnetisierungskreis
ändert sich unter anderem in Abhängigkeit vom Aussteuerungsgrad des Umformers wegen
der obenerwähnten verschiedenen Breite de4 Magnetisierun.gsschleifebei verschiedener
Höhe,der Kommutierungsspannu.ng. Stelltmanunter Zugrundelegung der Magnetisierun.gskennlinien
des Schaltdrosseleisens in Abhängigkeit von der Kommutierun.gsspannung .die Gesetzmäßigkeit
der Änderung .des Spannungsabfalles in Abhängigkeit vom Einschaltwinkel o, (s. Fig.
2a) auf, so zeigt sich, daß es praktisch nicht möglich ist, die Zusatz-Spannung
UZ dieser Funktion des Spannungsabfalles. vollkommen genau anzupassen. Es kann aber
als Zusatzspannung UZ für jeden Wert von -r.. eine Sinusspannung von geeigneter
Größe und Phasenlage gefunden werden, die mit der genannten Funktion praktisch genügend
genau übereinstimmt.
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In Fig. 3 ist das Spannungsdiagramm des Vormagn.etisierungäkreises
unterVoraussetzunggleicher Windungszahlen der Wicklungen w1 und w2 dargestellt.
UT isst die Transformatorspannung, z. B. zwischen den Klemmen UT' (Fing. i), an
die der betrachtete Vormagnetisierungsstromkreis der Schaltdrossel der Phase U galvanisch
angeschlossen ist. Zu ihr addiert sich geometrisch die Zusatzspannung UZ, so daß
als resultierende Gesamtspannung des Vormagnetiisierungskreises die Spannung U"orm
entsteht. Von dieser Gesamtspannung wird nach Abzug der Spannungsabfälle im Vormagnetisierungakreis,
die der Zusatzspannung Uz entgegengesetzt. gleich sind, auf die Wicklung w1 eine
Restspannung übertragen, die der Transformatorspannung UT genau gleich ist, aber
die entgegengesetzte Richtung hat, so daß während der Umsättigung der Schaltdrossel
SDr überhaupt kein Strom in dem Kreise fließt, zu dem die Wicklung w1 gehört.
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Infolge .der bei der praktischen Ausführung schwerlich für alle Betriebszustände
vermeidlichen Unvollkommenheit der Abgleichung von Uz verbleibt eine Differenzspannung
am Kontakt, die jedoch so klein gehalten werden kann,.daß sie beim Abschalten auch,
in längerem Dauerbetrieb keine Materialwanderung mehr hervorruft, die die Schaltzeiten
merklich verändert. Es können daher auch die bisher notwendigen Nebenwege zttT Unterbrechungsstelle
(Kondensatoren) weggelassen werden.
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Im folgenden sollen die Vorgänge beim Abschalten an Hand der Fig.
2 a bis :2d näher erläutert werden. Fig. 2 a stellt den zeitlichen Verlauf
der Spannungen in den drei Phasen UVW dar Fig. ;2b enthält die Magnetisierungsschleife
de:s verwendeten Schaltdrosselkernes (Induktion in Abhängigkeit von der Amperewindungszahl,
z. B. TUwi i2W2) für die während der Ummagnetisierung wirksame Spannung, deren zeitliches
Integral in Fig. 2a durch die Fläche FD gegeben ist. In Fig. 2,c sind die trapezförmi:gen
Kurven der Anodenströme TU und Jv in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt,
dazu die Kurve der resultierenden Schaltdrosseldurchflutung T"" und .des Vorrnagnetisierungsstromes
i2. Maßstäblich entsprechen die eingezeichneten Bela)s:tungsströme im Vergleich
zum Vormagnetisierungs;strom etwa der durch eine Grundlast bei abgeschalteter Hauptlast
bedingten Mindestbelastung der Umformungsanordnung in Höhe von etwa i % der Nennlast.
Hier ist ferner
der Verlauf der verketteten Transförmatorspannung
UT gestrichelt eingetragen. In Fvg: a d ist der zeitliche Verlauf der Sperrspannung
USp an den sich öffnenden Kontakten dargestellt.
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Betrachtet werden die Verhältnisse für die Schaltdrossel und die Kontakte
der Phase U. Die Drosselwicklung w1 führt während des Hauptteils der Stromübertragungszeit
den. nn Fig. 2,c dargestellten Strom JU,dessen Richtung gemäß dem in Fig. i eingetragenen
Pfeilsinne positivangenommen sei. Die Korntakte K2 und K5 ,sind geschlossen. Der
Aussteuerungsgrad der Umformungsanordnung sei so gewählt, daß die Zuschaltung der
Folgephase um den in Fig. 2 a eingetragenen Zeitwinkel a gegenüber dem Zeitpunkt
der Spannungsgleichheit aufeinanderfolgender Phasen nacheilt: Der Augenblick, in
dem der Kontakt K4 geschlossen wird, entspricht somit dem Punkt A auf der
Stromkurve Tu
und dem Punkt a auf der Kurve des, Vornnagnetisierungsistromes
is. Letztere verläuft wegen des überwiegend OhmschenCharakters des- Vormagnetisierungakreises
bei :gesättigtem Zustand der iSchaltdros-sel praktisch in Phase mit der treibenden
Spannung in diesem Kreise, :die der Transformatorspannung UT gemäß Fig. 3 um einen
kleinen Winkel voreilt. Im Punkt A beginnt unter der Wirkung der in Fig. 2 a eingetragenen
Kommutierungsspannung UK, deren Zeitintegral der Fläche FK entspricht, die
Übergabe der Stromführung vom Kontakt KZ auf den Kontakt K4. Hierbei verhält sich
der Schaltdrosselkern infolge der resultierenden Magnetisierung vom Kommutierungs-
und Vormagnetisierungskreis gemäß Fig.2b wie folgt: Vom' oberen Umkehrpunkt, der
der maximalen Magnetisierung bei der gegebenen Belastung ent. spricht und in Fig.2b
nicht besonders bezeichnet ist, läuft der B:etriebspu nkt p in Richtung des eingezeichneten
Pfeiles auf dem Süttigungsteil der Schleife nach A. Hier tritt infolge des Zuschaltens
des Kontaktes-K4 eine plötzliche Änderung der Stromänderungsgeschwimdigkeit ein,
so daß der folgende Teil A-B der Schleife sehr .schnell durchlaufen wird. In
A' bzw. ä ist jener Punkt erreicht, wo sich die beiden Magnetisierungen von
Haupt-und Vormagneti@sierungsstrom das Gleichgewicht halten. A" #bzw. ä'
entsprechen jenem Punkt, .an dem die Vormagnetisierung -gegenüber der Hauptmagnetisierung
so stark überwiegt, daß der negative Stufenstrom der Drossel erreicht wird und entsprechend
der großen Steilheit der Magnetisierungskurve eine hohe Spannung an der Drossel
auftritt. Die Spannung hat an der @Vicklung w, eine solche Richtung, .daß sie das
Absinken :des Vormagnetisierungs.stromesentsprechend dem Kurrvenstück a-"-b in Fig.
2.c bis annähernd auf den Wert des Stufenstromes bewirkt. In .dieser Figur sind
auf der Kurve des Hauptstromes Tu die @entsprechenden Punkte mit den: gleichen
Buchstaben wie in Fig. Z1. bezeichnet. Die Magnetisierungsanteile .des Haupt- und
Vorma:gnetisierungskreises ergeben zusammen den resultierenden Magnetisierungsstrom
T"" dessen Kurve in Fig. 2 c. gestrichelt eingetragen .ist. Das Verhältnis der Magneti,snerungsanteile
bzw. die Stromverteilung im -Haupt- und Vormagnetisierungskreis während des Einlaufens
der Drossel in die Stufe ist außer von dem Verhältnis der treibenden Spannung UT
und U"o"" (Fig. 3) auch von dem Verhältnis der Widerstände der beiden Kreise abhängig.
Da, wie erwähnt, ein genauer Abgleich :des Hauptstromes bis auf den Nullwert praktisch
sowieso nicht in jedem Betriebszustand erreichbar ist, so wählt man Uz vorteilhaft
so, daß durch die unvermeidlichen Abweichungen innerhalb eines vorgegebenen Regelbereiches
in den äußersten Grenzfällen ebenso große positive wie negative Werte des, Kontaktstromes
verursacht werden. Es werde z. B. angenommen, dieser verlaufe bei positiver Abweichung
in dem durch Fig. a c wiedergegebenen Betriebs zustand vom Punkt B aus, wo er :schon
einen sehr kleinen Wert erreicht hat, während der stromschwachen Pause stets im
Positiven und faule langsam auf den Wert Null im Punkt C ab. Der Kontakt K2 wird
so gesteuert, daß seine Öffnung in der Zeit zwischen B und C beginnt. In der Figur
ist dieser Punkt daran erkenntlich; daß der Hauptstrom plötzlich um einen winzig
kleinen Betrag auf den Nullwert -springt. Der abzuschaltende Strom ist so klein,
daß Nebenwege, wie erwähnt, nicht mehr nötig sind. Da außerdem die Ummagnetisierung
der Drossel dem Grundgedanken entsprechend mit einer derartigen Spannung erfolgt,
daß die von der Wicklung w2 in w1 induzierte Spannung der Kommutierungsspannung
bis auf einen vernachlässigbar kleinen Abgleichfehler genau das Gleich= gewicht
hält, so- kann nach der Öffnung des. Kontaktes an diesem während der restlichen
Dauer der stromschwachen Pause nur die positive oder negative Fehlerspannung der
Ab:gleichung liegen. Wie Fig. Z d zeigt, ändert sich daher auch die an -dem sich
öffnenden Kontakt liegende Sperrspannung USp, bis zum Punkte C sehr langsam, so
daß während dieser Zeit keine Gefahr besteht, daß Rückzündungen eintreten. Erst
nach der erneuten Sättigung der Schaltdrossel im Zeitpunkt C- steigt die wiederkehrende
Spannung am Kontakt gegebenenfalls wie hier nach Durchschreiten des Nullwertes auf
den vollen Wert :der. Sperrspannung an, der etwa im Punkt D' erreicht ist. Gleichzeitig
erreicht der Vormagnetisierungsstrom i2 von c aus rasch ansteigend in d' die der
Sinuskurve entsprechende Höhe. Die von ihm in der Folgezeit verursachten Verluste
im Wirkwiderstand des Vormagnetisierungskreises können sehr klein, in der Größenordnung
von einigen Tausendsteln der Nennleistung gehalten und gegebenenfalls durch periodische
'Unterbrechung des Vorm agneti sierungskreises gänzlich vermieden werden. Von dem
kurz darauffolgenden Punkt D aus, in dem der Kontakt K1 geschlossen wird, steigt
dann der Strom JU in entgegengesetzter Richtung wieder an, wobei der Zustandspunkt
P auf der Magnetisierungsschleife dem negativen Umkehrpunkt zustrebt, -der in der
Zeichnung nicht dargestellt ist. Während der Überlappungszeit der Kontakte K; und
K, spielen sich an der Schaltdrossel der Phase W die gleichen Vorgänge
ab,
wie oben beschrieben. Für die Phasen W und h ist der Vormagnetisierungskreis der
Schaltdrosseln der Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch
nach dem Vorbild des für die Phase U eingezeichneten Vormagnetisierungskreises leicht
zu ergänzen.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß sich,die beschriebenen Vorgänge
in der gleichen Weise auch bei beliebigen anderen Werten des Steuerwinkels a abspielen,
so daß die zu unterbrechenden Werte des Hauptstromes in jedem Regelzustand nur dem
Abgleichfehler der Zusatzspannung Uz entsprechen. 1-',ei einmaliger richtiger Auslegung
der zum Vormagnetisierungskreis gehörenden Schaltungselemente ist also eine besondere
Steuereinrichtung zur Anpassung der V ormagnetisierung an die veränderliche Aussteuerung
nicht mehr erforderlich. Darin ist der wesentliche Vorteil der Schaltanordnung nach
der Erfindung :gegenüber den bekannten Schaltungen mit Stabilisierungsdrosseln im
Vormagnetisierungskreis zu erblicken, bei denen beispielsweise die Phasenlage einer
Hilfsspannung geändert werden muß oder Hilfskreise zu- oder abzuschalten sind.
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Die vorzugsweise sinwsförmige Zusatzspannung Uz für .den Vormagnetisierungskreis
kann, in einfacher Weise z. B. aus dem Transformator Tr entnommen werden, woben
die richtige Phasenlage mit Hilfe eines Drehtransformators oder eines zusätzlichen
Hilfstransformators mit gemischten Phasenwicklungen ein für allemal eingestellt
bzw. festgelegt wird.
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Da es von besonderer Wichtigkeit sein kann, @daß der Oberwellengehalt
der Vormagnetisie rungsspannung Uvorm bzw. der Zusatzspannung UZ der gleiche ist
wie .derjenige der Hauptspannung UT, so ist der Zwischentransformator vorteilhaft
mit möglichst kleiner Streuung auszuführen. Aus dem gleichen Grunde ist zur Erzielung
eines möglichst vollkommenen Ausgleichs der Spannungen im Kommutierungskreis die
in Fig. r dargestellte galvanische Kopplung des Vormagnetisierungskreises mit dem
Kommutierungskreis einer an sich möglichen induktiven Kopplung über einen weiteren
Hilfstransformator, in dem auch die Zusatzspannung gleich mit erzeugt werden könnte,
vorzuziehen. Eine besonders günstige Ausführungsform besteht darin, daß bei galvanischer
Kopplung die Zusatzspannung Uz mittels Anzapfungen oder zusätzlicher Windungen des
Haupttransformators erzeugt wird. Dabei kann die Phasenverschiebung der Zusatzspannung
UZ bzw. der resultierenden Spannung U"". durch geeignete Phasenkombination
(verschiedene Lage der Anzapfpunkte) bei entsprechender Wahl des Windungs:verhältnisses
der Wicklungen w1 und w2 erzielt werden. Der in der Zeichnung dargestellte Hilfstransformator
für die Zusatzspannung UZ kann dadurch fortfallen.
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In Fig. q. ist eine vereinfachte Schaltung dargestellt, bei der die
Hauptwicklung w1 gleichzeitig zur Vormagnetisierung der Schaltdrossel benutzt wird,
so daß eine besondere Vormagnetisierung:swicklung w2 entbehrlich ist. Fig. 5 zeigt
eine Schaltung, bei der der Vormagnetisierungsstrom der Hauptdrossel HDr auch für
die Vormagnetisierung einer Einschaltdrassel TDr verwendet wird, die mit der Hauptdrossel
HDr eine gemeinsame Hauptwicklung w, hat und außerdem mit einer Vormagnetisierungswicklung
w3 versehen ist. Die Einschaltdrossel befindet sich bei der Kontaktschließung in
ungesättigtem Zustand und begrenzt dadurch den Strom, der unmittelbar nach der Schließung
des Kontaktes über diesen fließt. Aus Fig. 2c ist ersichtlich, daß die Kurve des
Vormagnetisierungsstromes i2 im EinschaltaugenblickD bzw. d annähernd ihrenScheitelwert
durchläuft. Bei Änderung des. Aussch.altwinkel.s a zwischen o und 9o° beträgt also
der Unterschied der im Einschaltaugenblick vorhandenen Werte des Vormagnetisierungsstromes
i2 höchstens 130/0. Mit einer solchen Vormagnetisierung,die in grober Annäherung
als konstant bezeichnet werden kann, werden bei der Einschaltdrossel naturgemäß
nicht dieselben günstigen Bedingungen erzielt wie bei der Hauptschadtdrossel mit
dem oben beschriebenen, für jeden Betriebszustand nahezu vollkommenen Ausgleich
des Magneti@s.ierungsstromes beim Ausschalten. Praktische Versuche haben jedoch
gezeigt, daß mit der Schaltung nach Fig.4 auch bei Umformern für mehrere zooo Amp.
ein befriedigendes Ergebnis erzielt werden kann. Die Höhe der Vormagnetisierung
kann durch geeignete Wahl des Windungsverhältnisses der Wicklung w3 zu der Wicklung
w1 nach Bedarf festgelegt werden.
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Um höheren Ansprüchen hinsichtlich günstiger Einschaltbedingungen
zu entsprechen, kann .das gleiche Vormagnetisierungsprinzip, wie es oben für die
Hauptschaltdrossel beschrieben ist, grundsätzlich stattdessen oder daneben auch
auf die Einschaltdrossel angewendet werden, indem dieser eine Spannung aufgezwungen
wird, die an ihrer Hauptwicklung eine Spannung hervorruft, .die der treibenden Spannung
des Kommutierungskreiises während .der stromschwachen Pause der Einschaltdrossel
in jedem Augenblick das Gleichgewicht hält. Es verbrietet sich jedoch, die zur Hauptspannung
in einem festen Abhängigkeitsverhältnis stehende VoTmagnetisierungsspannung dauernd
auf die Einschaltdrossel wirken zu lassen, weil dann deren Ummagnetisi.erung unabhängig
vom Einschaltzeitpunkt des Kontaktes stets kurz nach dem Nulldurchgang der Vormagnetisierungsspannung
einsetzen würde. Die beabsichtigte Begrenzung,des Einschaltstromes würde dann nur
in einem kleinen Regelbereich, z. B. in der Nähe des höchsten Aussteuerungsgrades,
erzielt werden. Bei geringeren Aussteuerungsgraden wäre die Umm.agnetisierung der
Einschaltdrossel bereits beendet und somit die Einschaltdrossel in der Richtung
des zu übernehmenden Stromes bereits gesättigt, bevor der Kontakt geschlossen wird,
so daß der Strom unmittelbar nach der Kontaktschließung sofort steil ansteigen würde
und somit im Schließungsaugenblick die Gefahr von Funkenbildung oder wenigstens
von schädlicher Materialwanderung gegeben wäre.
Dieser Nachteil
kann -dadurch vermieden werden, daß im. Vormagnetisierungskreis ein Steuerorgan
vorgesehen wird, das diesen Kreis kurz vor der Zuschältung der die vormagnetisierte
Einschaltdrosisel enthaltenden Phase schließt. In Fig. 6 ist eine derartige Schaltanordnung
schematisch dargestellt, wobei wiederum nur einer der :drei Vormagnetisierungskreise
gezeichnet ist; während die beiden anderen entsprechend zu ergänzen sind. Da gemäß
Fig. 2 c der Kommutierungskreis, in dem die Spannung zwischen den Klemmen
U und V wirksam ist, durch Schließung der Phase V gebildet wird, ,so ist
diese Spannung, ergänzt durch die Zusatzspannung U,z, gemäß Fig. 6 für die Vormagnetisierung
der Einschaltdrossel der Phase V zu verwenden. Dieser Vormagnetisierungskreiis
umfaßt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich auch noch die Hauptschaltdrossel
der Phase U. Dementsprechend umfaßt ein zweiter Vormagnetisierurngskreis - die Hauptdrossel
der Phase V und die Einschaltdrossel der Phase W und der dritte Vormagnetisierungskreis
die Hauptdrossel sder Phase W und die Einschaltdrosisel der Phase
U.
Das Steuerorgan StO kann an beliebiger Stelle jedes Vormagnetisierungskreises
.angeordnet sein und ist seinerseits, wie erwähnt, synchron mit den Einschaltzeiten
der Kontakte K1 bis K6-zusteuern. Da die Änderung des Au.ssteuerungagrades .und
damit der Einschaltzeitpunkte stets willkürlich erfolgt, so kann für die gemeinsame
Regelung des Aussteuerungsgrades und der Steuerorgane StO
für die Vormagnetiisierungskreise
ein gemeinsamer Regler vorgesehen sein.
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Während die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele den Erfindungsgegenstand
bereits in weitgehender Vervollkommnung zeigen, -so daß er sehr hohen praktischen
Anforderungen genügt, wie sie etwa bei Umformungsanordnungen für mehrere iooo Amp.
mit sehr weitem Regelbereich des Aussteuerungsgrades gestellt werden, können unter
Umständen auch durch eine weniger vollkommene Anpassung der Vormagnetisierung schon
wesentliche Vorteile gegenüber dem- Bekannten erzielt werden. -So ,st es z. B. möglich;
statt einer phasenvenschobenen Zusatzspannung -eine mit der Speisespannung des Vornzagnetisierung-skreises
phasengleiche Zusatzispannung anzuwenden. Diese kann in einfacher Weise dadurch
bereitgestellt werden, d.aß die an dem Umfarmer angeschlossene Wicklung des Haupttransformators
Tr mit Anzapfungen bzw, einer oder einigen Zusatzwindungen versehen und die Vormagnetisierungsspannung
an den Anzapfungen bzw. an :den Enden der Zusatzwindungen abgenommen wird. Auch
dadurch kann, der Spannungsabfall des Stromes im. Vormagnetisierungskreis mindestens
teilweise ausgeglichen und damit der Unterschied ider an der Schaltdrosselwicklung
w1 durch die Vormagnetisierung während der stromschwachen Pause erregten Spannung
gegenüber der Spannung -des. Hauptstromkreises auch schon wesentlich verringert
werden. Er kann damit mindestens für einen bestimmten Regelzustand sogar vollständig
beseitigt werden. Statt mit einer erhöhten Vormagnetisierungsspannung kann dieselbe
Wirkung bei gleicher Ausgangsspannung auch durch Wahl einer Vormagnetisierungswicklung
mit kleinerer Windungszahl als die Hauptwicklung der Schaltdrossel erzielt werden:
Die letztgenannte Maßnahme kann auch gleichzeitig mit einer phasengleichen oder
phas,enerschobenen Zusatzspannung angewendet werden.
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'Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß zur Speisung des Vormagnet,sierungskreise.s
in an sich bekannter Weise ein besonderer Hilfsgenerator verwendet wird. Während
es aber bisher bei Anwendung einer Stabilisierungsdrossel erforderlich war, die
Phasenlage der vom Hilfsgenerator erzeugten Spannung bei Änderungen des Austeuerungsgrades
in gleichem Maße zu ändern, wird bei Wegfall der Stabilisierungsdrossel die Abhängigkeit
von der Spannung des Hauptstromkreises dadurch erzielt, daß die Phasenlage der Vorma:gneti-,sierungsspannung
überhaupt nicht oder wenigstens nur in beschränktem Maße verändert wird, wobei eine
solche beschränkte Änderung beispielsweise lediglich zur Korrektur von Abweichungen
zweiter Ordnung dient. Die Phasenlage der Vormagnetisierungsspannung kann vorteilhaft
so eingestellt werden, daß die Phasenverschiebung der von der Vormagnetisierung
an der Schaltdrossel während der stromschwachen Pause hervorgerufenen Span= nung
gegenüber der treibenden Spannung "des Hauptstromkreises verringert oder beseitigt
und damit die Differenz dieser beiden. Spannungen verringert wird. Die. Verringerung
dieser Differenz kann statt dessen oder zusätzlich ,durch geeignete Wahl der Höhe
der Spannung des Vor m:agnetisierungskreises erzielt werden. Auch in diesem Falle
ist es natürlich gleichbedeutend mit der Wahl einer höheren Vormagnetisierungsspannung,
wenn statt dessen eine Vormagneti.sierungswicklung mit kleinerer Wi.ndungszahl als
die Hauptwicklung der Schaltdrossel ausgeführt wird. Auf dise Weise kann also ebenfalls
an der Schaltdrossel- während der stromschwachen Pause .eine Spannung erzeugt werden,
die der Spannung des Hauptstromkreises in jedem Augenblick mindestens. annähernd-das
Gleichgewicht hält. Allerdings werden hierbei etwa vorhandene Spannungsoberwellen
nicht ohne weiteres erfaßt. Diese können jedoch als Abweichungen zweiter Ordnung
häufig praktisch außer Acht gelassen oder durch eine zusätzliche Korrektur, z: B.
die obenerwähnte beschränkte Veränderung der Phasenlage, berücksichtigt werden.
Dagegen bietet die Verwendung eines besonderen Hilfsgenerators den Vorteil, daß
der Verlauf seiner Spannungskurve abweichend von der Sinusform der für UZ verlangten
Funktion (s. oben.) besser angepaßt werden kann.
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Bei Schalteinrichtungen für Einzelschaltung kann die`Erfindun@g mit
besonderem Vorteil dann angewendet werden, wenn die Impedanzen in dem zu schaltenden
Stromkreis im wesentlichen konstant sind oder sich nach einer bekannten und verhältnismäßig
einfachen
Gesetzmäßigkeit ändern, so daß die Spannung bzw. Zusatzspannung für den Vormagnetisierungskrei:s
ein für allemal festgelegt oder im Bedarfsfalle leicht nachgestellt werden kann.
Anwendungsbeispiele hierfür sind u. a. Schütze für Walzwerke, Fördermaschinen und
andere, vorzugsweise in aussetzendem Betrieb arbeitendeAntriebsvorrichtungen mit
großerLeistung, d;ie gegebenenfalls von einem besonderen Generator gespeist werden.