Der Kontaktumformer

I. Einleitung.- 1. Allgemeines über den Kontaktumformer.- II. Aufbau, Schaltung und Wirkungsweise des Kontaktumformers.- 2. Das Kontaktgerät.- 3. Die Grundschaltung.- 4. Die Bedingungen zur Vermeidung von Stoffwanderung und mechanischer Abnutzung an den Kontakten.- 4.1 Das Öffnen eines Kontaktes („Ausschalten“).- 4.11 Der gezogene Lichtbogen.- 4.12 Die Brückenwanderung.- 4.13 Der nachträgliche Durchschlag.- 4.2 Das Schließen eines Kontaktes („Einschalten“).- 4.21 Der vorzeitige Durchschlag.- 4.22 Vorentladung infolge von Feldemission.- 4.23 Funkenbildung bei metallischer Kontaktberührung.- 4.3 Zusammenfassung der elektrischen Bedingungen.- 4.4. Mechanische Abnutzung.- 5. Die Spannungs- und Stromverhältnisse bei Kontaktumformern und die Schaltprobleme.- 5.1 Vollausgesteuerter Gleichrichter.- 5.2 Teilausgesteuerter Gleichrichter.- 5.3 Auf ein starres Wechselstromnetz arbeitender Wechselrichter.- 6. Die Schaltdrossel.- 6.1 Ohmscher Wechselstromkreis.- 6.2 Induktiver Wechselstromkreis.- 6.3 Stromrichter-Stromkreis.- 7. Die Vormagnetisierung der Schaltdrossel.- 8. Die Wirkungsweise der 3 phasigen Sternpunktschaltung.- 9. Ausschaltsicherheit, Kontaktspannung und Nebenwege.- 10. Belastungsspiel und Stufenlänge, Überlappungsregelung.- 11. Die Einschaltdrossel.- 12. Die 3 phasige Brückenschaltung.- 12.1 Die Sechsdrosselschaltung.- 12.2 Die Dreidrosselschaltung.- 13. Anlassen, Schutz, Gesamtschaltung und Betriebsweise.- 13.1 Das Anlassen.- 13.2 Der Schutz.- 13.3 Die Gesamtschaltung.- 13.4 Die Betriebsweise des Kontaktumformers.- III. Das Schaltdrosseleisen.- 14. Die Eisensorten.- 14.1 Nickeleisen.- 14.2 Siliziumeisen.- 15. Die Kennzeichnung der magnetischen Eigenschaften.- 15.1 Die Hystereseschleife.- 15.2 Die Kommutierungskurve (Spitzenkurve).- 15.3 Die Verlustziffer.- 16. Ummagnetisierungsgeschwindigkeit und Stufenlänge.- 17. Einflüsse auf den Verlauf der Hystereseschleife.- 17.1 Die radiale Breite des Kernquerschnittes.- 17.2 Die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit.- 17.3 Die Windungsisolation des Ringbandkernes.- 17.4 Der Barkhauseneffekt.- 17.5 Die Schlußglühung.- 17.6 Mechanische Spannungen.- 17.61 Radiale Beanspruchungen.- 17.62 Axiale Beanspruchungen.- 17.7 Ungleichmäßigkeiten im Kernwerkstoff.- 17.8 Die Betriebstemperatur.- 18. Magnetische Werte für die Berechnung.- 19. Die spezifischen Eisenverluste.- 19.1 Der Einfluß der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit.- 19.2 Der Einfluß der Frequenz.- 19.3 Der Einfluß des Scheitelwertes der Feldstärke.- IV. Spannungsregelung und Überlappungsanpassung.- 20. Die Arten der Spannungsregelung.- 21. Die Teilaussteuerungsregelung.- 21.1 Teilaussteuerungsregelung durch mechanische Verschiebung der Schaltzeitpunkte in bezug auf die Wechselspannungskurven.- 21.2 Teilaussteuerungsregelung durch magnetische Verzögerung des Einsatzes der Stromwendung mittels einer Einschaltstufe veränderbarer Länge.- 22. Die Wechselspannungsregelung.- V. Der konstruktive Aufbau des Kontaktumformers.- 23. Das Kontaktgerät.- 23.1 Das Getriebe.- 23.2 Der Kontaktschienensatz.- 23.3 Die Kontakte.- 23.4 Die mechanische Überlappungsanpassung.- 23.5 Die elektrische Überlappungsregelung.- 23.6 Der Gesamtaufbau des Kontaktgerätes.- 24. Die Schaltdrosseln.- 24.1 Der Kernaufbau.- 24.2 Die Wicklungen.- 24.3 Der Gesamtaufbau der Schaltdrosseln.- 25. Der Kurzschließer.- VI. Die Kontaktumformerschaltungen.- 26. Die Grundschaltungen für Kontaktumformer.- 26.1 Tabelle der Grundschaltungen.- 26.2 Maßgebende Unterscheidungsmerkmale der Schaltungen.- 26.3 Transformator Schaltungen.- 26.4 Vergleich der Bauleistungen und Gewichte.- 26.5 Schaltungsabwandlungen zur Verminderung des Schaltdrosselgewichtes.- 27. Die Vervielfachung der Phasenzahl der Gesamtschaltung.- 27.1 Die grundsätzliche Methode.- 27.2 Mittel zur Phasen Versetzung.- 27.3 Netzströme in Schaltungen mit vervielfachter Phasenzahl.- 27.4 Saugdrosselspulen.- 27.41 Der Strom in der Wicklung.- 27.42 Die Spannung an der Wicklung.- 27.43 Die Bauleistung von Saugdrosselspulen.- 28. Glättungsdrosselspulen.- VII. Die Berechnungsgrundlagen des Kontaktumformers.- 29. Grundsätzliches über die Stromwendung.- 29.1 Die Wendespannungsfläche.- 29.2 Die beiden Formen des Induktionsgesetzes.- 29.3 Die Spannungsfläche einer Schaltdrossel.- 29.4 Die bezogenen Werte der Reaktanzspannungen im Wendekreise.- 29.5 Die Grundgleichung der Stromwendung.- 29.6 Der Überlappungswinkel beim starren Kontaktumformer.- 30. Der Gleichspannungsabfall und die Gleichspannung bei Last.- 30.1 Der induktive Gleichspannungsabfall.- 30.2 Der ohmsche Gleichspannungsabfall.- 30.3 Die abgegebene Gleichspannung.- 30.4 Die äußere Spannungskennlinie.- 31. Die Grundgleichungen für die Ausschaltstufenlänge.- 31.1 Die Stufenlänge bei mechanischer Überlappungsanpassung.- 31.11 Allgemeine Gleichung, gültig für jede Schaltung.- 31.12 Die 60°-Bedingung bei der 3phasigen Dreidrossel-Brückenschaltung.- 31.2 Die Stufenlänge bei elektrischer Überlappungsregelung.- 31.3 Die Stufenlänge bei magnetischer Spannungsregelung.- 31.31 Die für die Regelung erforderliche Mindeststufenlänge. 267..- 31.32 Die Stufenlänge bei festen Schaltzeitpunkten.- 31.4 Die Grenzstromkennlinie.- 32. Abwandlungen der Stufenlängengleichungen bei Sonderbedingungen.- 32.1 Der Einfluß parallel gespeister Kontaktumformer oder Gleichrichter.- 32.2 Der Einfluß von Netzspannungsschwankungen.- 32.3 Transformatoranzapfungen.- 32.4 Betrieb mit veränderlicher Frequenz.- 32.5 Abschließende Bemerkungen zu den Stufenlängengleichungen.- 33. Der Entwurf der Schaltdrossel.- 34. Die Luftinduktivität der Schaltdrosselspule.- 34.1 Vereinfachte Formel.- 34.2 Genauere Formel’.- 34.3 Strenge Formel für Wicklungen mit gleichmäßiger Wicklungsdicke.- 35. Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor.- 35.1 Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor ohne Berücksichtigung des Transformator-Magnetisierungsstromes.- 35.2 Der Leistungsfaktor bei Gleichspannungsregelung.- 35.3 Leistungsfaktor mit Berücksichtigung des Transformator-Magnetisierungsstromes.- 36. Spezielle Berechnungen bei mechanischer Überlappungsanpassung.- 36.1 Mechanische Teilaussteuerungsregelung ohne Wechselspannungsregelung.- 36.11 Überlappung und Kontaktzeit als Funktion des mechanischen Steuerwinkels.- 36.12 Überlappung und Kontaktzeit als Funktion des Motorwinkels.- 36.13 Die Grenzen des Spannungsregelbereiches.- 36.14 Der Kurvenscheibenhub.- 36.2 Mechanische Teilaussteuerungsregelung mit zusätzlicher Wechselspannungsregelung durch Transformatoranzapfungen.- 37. Die Berechnung der elektrischen Winkelgrößen.- 37.1 Der elektrische Steuerwinkel.- 37.2 Der Winkel des Beginns der Ausschaltstufe.- 37.3 Der elektrische Überlappungswinkel.- VIII. Die Hilfsmagnetisierungsstromkreise.- 38. Die Streckkreise.- 38.1 Der einfache RC-Streckkreis.- 38.2 Der Verbundstreckkreis.- 39. Arten und Formen der Vormagnetisierung.- 39.1 Die Grundarten der Vormagnetisierung.- 39.2 Die Formen des Vormagnetisierungsstromes.- 39.21 Die Vormagnetisierung mit Gleichstrom.- 39.22 Die Vormagnetisierung mit sinusförmigem Wechselstrom.- 39.23 Rechteckförmige Vormagnetisierungsströme und Impulse.- 39.24 Steil ansteigende Vormagnetisierungsströme.- 39.25 Die Kombination verschiedener Vormagnetisierungsarten.- 39.26 Die Haupt strom vormagnetisierung. 324..- 40. Die Vormagnetisierung des Ausschaltkernes.- 40.1 Die starre Ausschalt-Vormagnetisierung mit Sinusstrom.- 40.2 Die elastische Ausschalt-Vormagnetisierung bei mechanischer Teilaussteuerungsregelung.- 40.3 Die selbsttätig sich anpassende Ausschalt-Vormagnetisierung.- 40.31 Schaltungsmöglichkeiten bei Ausnutzung der Schaltdrossel in nur einer einzigen Stromrichtung.- 40.32 Schaltungsmöglichkeiten bei Ausnutzung der Schaltdrossel in beiden Stromrichtungen.- 40.33 Die Berechnung der selbsttätig sich anpassenden Ausschalt-Vormagnetisierung.- 41. Die Vormagnetisierung des Einschaltkernes.- 41.1 Die starre Einschalt-Vormagnetisierung mit Sinusstrom.- 41.2 Die Einschaltvormagnetisierung mittels des Stromes der elastischen Ausschaltvormagnetisierung.- 41.3 Die Verbund-Einschaltvormagnetisierung.- 41.4 Besondere Maßnahmen zur Verbesserung des Einschaltens.- 41.41 Technologische Maßnahmen am Kernwerkstoff.- 41.42 Sprunghaft ansteigende Vormagnetisierungsströme.- 41.43 Annäherung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeiten vor und nach der Kontaktschließung.- 41.5 Die selbsttätig sich anpassende Einschaltvormagnetisierung.- 42. Die Rückmagnetisierung.- 42.1 Die Rückmagnetisierung durch den Nebenwegkondensator.- 42.2 Die Rückmagnetisierung durch einen Wechselstromhilfskreis nach Art der Wechselstromvormagnetisierungskreise.- 42.3 Die Rückmagnetisierung durch Impulse.- 42.31 Rückmagnetisierung durch Anodenströme von Trockengleichrichterschaltungen.- 42.32 Rückmagnetisierung durch einen Transduktor.- 42.33 Die Berechnung der einfachen Rückmagnetisierungs-drosselschaltung.- IX. Nebenwege und Grundlast.- 43. Die Nebenwege.- 43.1 Kapazitive Nebenwege mit Widerstand.- 43.2 Schwingungen des Ausschaltstufenstromes.- 43.3 Nebenwege mit ungesteuerten Ventilen.- 43.4 Nebenwege mit gesteuerten Ventilen.- 43.5 Begrenzt stromdurchlässige Nebenwege.- 44. Die Grundlast.- 44.1 Die Grundlast bei starrer Vormagnetisierung.- 44.2 Die Grundlast bei elastischer Vormagnetisierung.- 44.3 Die Grundlast bei der selbsttätig sich anpassenden Vormagnetisierung.- X. Kurzschlußstrom und Schutz.- 45. Der Kurzschlußstrom.- 45.1 Der Dauerkurzschlußstrom bei Einphasenstrom.- 45.2 Der Dauerkurzschlußstrom bei Drehstrom.- 45.21 Einpoliger Kurzschluß.- 45.22 Zweipoliger Kurzschluß.- 45.23 Dreipoliger Kurzschluß.- 45.3 Bemerkungen zur Anwendung der Rechnungsergebnisse.- 46. Die Schutzschaltungen.- 46.1 Die Kurzschließer-Auslöseschaltungen.- 46.11 Die Differential-Schutzschaltung.- 46.12 Die Rückstromwandler-Schutzschaltung.- 46.13 Die direkte Lichtbogenauslösung.- 46.2 Die Berechnung der Rückstromwandler-Schutzschaltung.- XI. Verluste und Wirkungsgrad.- 47. Die Einzelverluste.- 47.1 Die Transformator- und Saugdrosselverluste.- 47.2 Die Schaltdrosselverluste.- 47.3 Die Verluste im Kontaktgerät.- 47.4 Die Verluste in den Hilfsbetrieben.- 48. Der Wirkungsgrad.- XII. Die Prüfung und Inbetriebsetzung des Kontaktumformers.- 49. Die Eisenmessungen.- 49.1 Der Magnetisierungskreis.- 49.2 Die Grundlagen der Messung der Kennlinien und der Eisenverluste.- 49.21 Die Hystereseschleife.- 49.22 Die Kommutierungskurve (Spitzenkurve).- 49.23 Die Eisenverluste.- 49.3 Die Röhren-Meßeinrichtung.- 49.4 Meßeinrichtungen nach dem Ferrometerprinzip.- 49.5 Die Kennliniendarstellung im Kathodenstrahloszillographen.- 50. Die Prüfung des Kontaktumformers.- 50.1 Das Kontaktgerät.- 50.2 Die Schaltdrosseln.- 50.3 Der Kurzschließer.- 51. Die Inbetriebsetzung.- XIII. Kontaktumformeranlagen.- 52. Gesamtschaltung, Grundformen ausgeführter Anlagen.- XIV. Beispiele für die Vorausberechnung.- 53. Kleinkontaktumformer mit mechanischer Überlappungsanpassung.- 54. Großkontaktumformer mit selbsttätiger elektrischer Überlappungsregelung.- Schrifttumsverzeichnis.- Erklärung der Abkürzungen und Formelzeichen.- Namen- und Sachverzeichnis.