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Anordnung zum möglichst funkenlosen Absehalten von Induktivitäten.
Es sind Anordnungen zum Abschalten eines induktiven Widerstandes, der in einem Gleichstromkreis angeordnet ist, bekannt, bei denen parallel zum induktiven Widerstand ein Gleichrichter liegt, welcher derart geschaltet ist, dass er nur den beim Abschalten auftretenden Extrastrom hindurchlässt.
Es hat sich nun gezeigt, dass trotz des Parallelschaltens des Gleichrichters ein Lichtbogen an den Kontakten auftritt.
Durch die Erfindung kann dieser Lichtbogen vermieden werden, wenn parallel zum Gleichrichter eine Kapazität geschaltet ist, die so bemessen ist, dass folgende Ungleichung besteht :
EMI1.1
in der I die Induktivität des Stromkreises mit Ausnahme der Induktivität, zu welcher der Gleichrichter parallel liegt, Rg der Widerstand des Gleichrichters in der Sperrichtung, C die zur abzuschaltenden Induk- tivität parallel liegende Kapazität und Q der durch das Verhältnis von Spannungs-zu Stromänderung im Augenblick der Kontakttrennung bestimmte negative Widerstand der Unterbrechungsstelle ist. Aus dieser Ungleichung kann die Mindestgrösse der zu einer möglichst funkenlosen Abschaltung erforderlichen
Kapazität berechnet werden.
Wie aus dieser Bedingung hervorgeht, kann man die parallel geschaltete Kapazität um so kleiner machen, je grösser der Widerstand des Gleichrichters in der Sperrichtung ist. Man wird deshalb zweck- mässig einen Gleichrichter mit hohem Widerstand in der Sperrichtung verwenden, beispielsweise einen
Quecksilberdampf-Argon-Gleichrichter. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es möglich, auf eine besondere Parallelkapazität zu verzichten, wenn man durch geeigneten Aufbau des Gleichrichters diesem eine solche Eigenkapazität gibt, dass die obenerwähnte Ungleichung erfüllt ist. Für diesen Zweck eignet sich insbesondere ein Metalltrockengleichrichter (Kupfer-Kupferoxyd-Gleichrichter), der eine genau bestimmte statische Eigenkapazität besitzt und welchem man durch geeigneten Aufbau die er- forderliche Grösse der Eigenkapazität geben kann.
Es ist ferner zweckmässig, die Charakteristik der Unterbrechungsstelle (Stromspannungscharakte- ristik der Kontakte) so zu beeinflussen, dass die Abnahme des Stromes mit wachsender Spannung an den sich öffnenden Kontakten recht gross wird, das heisst, dass Q einen möglichst grossen negativen Betrag erhält. Hiezu kann man z. B. durch Verwendung eines Blasmagneten die Lichtbogencharakteristik an der Unterbrechungsstelle in der gewünschten Weise beeinflussen. Hiebei ist es aber zweckmässig, die Induktivität des Blasmagneten mit der abzuschaltenden Induktivität unmittelbar in Reihe zu schalten und den Gleichrichter parallel zu dieser Reihenschaltung zu legen, damit nicht die Blasspule den Wert I vergrössert.
Um den Wert Q zu vergrössern, ist es ferner zweckmässig, geeignetes Kontaktmaterial, z. B. Platin, zu verwenden.
Um die lästige Funkenbildung zu vermeiden, kann man auch Mittel vorsehen, um die Kontakte des Schalters so langsam zu öffnen, dass kein Lichtbogen auftreten kann. Es erscheint zunächst un- gewöhnlich, dass durch die langsame Öffnungsbewegung der Kontakte ein Eingreifen des Gleichrichters ermöglicht und damit das Entstehen des Lichtbogens vermieden werden kann. Versuche haben aber
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die Richtigkeit bestätigt, dass durch langsames Abschalten das Entstehen des Lichtbogens vermieden wird. Die Wirkung beruht darauf, dass durch die langsame Kontaktbewegung die Löschspannung an der Kontaktstelle kleiner gemacht werden kann als die Summe aus der Netzspannung und dem abzuschaltenden Strom mal dem Gleichrichterwiderstand in der Sperrichtung.
Eine Bedingung zum funkenlosen Abschalten ist, dass eine gewisse Kapazität parallel zur Induktivität liegt. Diese Kapazität kann ein besonderer Kondensator sein, es kann aber auch in vielen Fällen an Stelle eines besonderen Kondensators die Eigenkapazität des Gleichrichters dienen. Durch eine Untersuchung der Stabilitätsbedingung des Lichtbogens kann man auch zu einer Rechnung kommen über die erforderliche langsame Geschwindigkeit beim Ausschalten. In den meisten Fällen wird sieh aber eine Rechnung erübrigen, und es genügt, durch Versuche die richtige Geschwindigkeit festzustellen.
In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es bedeutet 1 die abzusehaltende Induktivität, 2 den zu dieser parallel liegenden Gleichrichter, 3 die Parallelkapazität und 4 den Schalter.
Der Schalter ist mit einer Verzögerungseinrichtung J an sich bekannter Art versehen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf alle die Fälle, wo bisher die Mittel zum langsamen Öffnen der Kontakte als notwendiges Übel aufgefasst wurden, beispielsweise für Relais oder Messgeräte mit schleichende Kontaktgabe, z. B. Kontaktvoltmeter, Kontaktwattmeter usw. Die Verwendung derartiger Geräte zur Steuerung elektrischer Apparate ist bisher ausserordentlich beschränkt gewesen, da die schleichende Kontaktgabe oder Unterbrechung die Kontakte ausserordentlich gefährdete und ihre Lebensdauer verringerte. Bei Anwendung der Erfindung wird die schleichende Kontaktunterbrechung zum Vorteil. Sie wirkt dahin, dass der Lichtbogen überhaupt nicht mehr entstehen kann.
Eine derartige Steuerung mit schleichende Kontaktgabe kommt beispielsweise auch bei Fernmesssendern nach dem Impulsfrequenzverfahren bei kleineren Messgrössen vor.
Um einen Wiederanstieg der Spannung besonders stark zu verzögern, kann man in Serie mit dem Gleichrichter einen Apparat mit negativer Widerstandscharakteristik einfügen. Hiezu eignet sich z. B. eine mit konstanter Drehzahl angetriebene Reihenschlussmaschine. Wird deren Charakteristik so gewählt, dass ihr scheinbarer negativer Widerstand nur wenig kleiner als der ohmsche Widerstand der Induktivität einschliesslich des Gleichrichters in der Durchlassrichtung ist, so klingt das Feld der Induktivität nur ganz langsam ab, während die Spannung am Schalter erst allmählich wiederkehrt, sobald man ihn geöffnet hat.
Die Parallelschaltung eines Gleichrichters und gegebenenfalls eines Kondensators eignet sich insbesondere zum Abschalten von Relais. Bei derartigen Einrichtungen kann man durch Versuche oder Rechnung leicht diejenigen Verhältnisse feststellen, bei denen die Gleichrichterwirkung so gross wird, dass der Abfall des Relais stark verzögert wird. Der Gleichrichter ist also dann ein Ersatz für die vielfach gebräuchlichen Kurzschlusswicklungen für Verzögerungsrelais.
Die durch Parallelschalten eines Gleichrichters zur Erregerwicklung eines Relais auftretende Abschaltverzögerung kann man auch für die verzögerte Abschaltung von Einschaltschützen von Schaltern verwenden, wobei das Einschaltschütz durch einen Ruhekontakt auf dem zu schaltenden Schalter selbst abgeschaltet wird. Man erreicht durch eine solche Anordnung gegenüber einer Anordnung, bei welcher das Einschaltschütz durch einen Arbeitskontakt am Schalter abgeschaltet wird, den Vorteil, dass ein Ausschalten der Schützspule und damit der Einschaltspule des Schalters auch dann erfolgt, wenn der Schalter etwa auf halbem Wege hängen bleiben sollte. Um eine möglichst hohe Verzögerungszeit zu erhalten, kann zweckmässig dem Einschaltschütz noch eine Drosselspule vorgeschaltet werden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 11 ist das Einschaltschütz, dessen Erregerwicklung über eine Drosselspule 14 und die Ruhekontakte 12 eines Schalters 15 mit der Gleichstromquelle verbunden ist. Zum Einschalten des Schützes dient ein Handschalter 16. Parallel zum Schütz und der Drosselspule liegt der Gleichrichter 17. Wird das Schütz eingeschaltet, so schliesst es seinen Kontakt 18 und erregt damit die Einschaltspule 13 des Schalters 15. Der Schalter wird eingeschaltet und unterbricht bereits im Beginn seiner Schaltbewegung den Ruhekontakt 12, so dass der Stromkreis für das Schütz unterbrochen wird.
Durch den parallel liegenden Gleichrichter wird erreicht, dass die Unterbrechung funkenlos erfolgt und gleichzeitig der Abfall des Einschaltschützes so lange verzögert wird, bis der Schalter mit Sicherheit eingelegt worden ist. Nach einer gewissen Zeit öffnet dann das Schütz seinen Kontakt 18 und unterbricht damit die Einschaltspule 13 des Schalters.
Die Erfindung lässt sich auch vorteilhaft verwenden für die Auslösespulen von Schaltern. Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich, die Schalter durch hochempfindliche Steuerrelais unmittelbar zu steuern, da die Kontakte dieser Relais nicht mehr gefährdet sind. Bisher hat man Auslösespulen von Schaltern durch hochempfindliche Relais über Zwischenrelais gesteuert, da es vorkommen kann, dass noch vor dem Auslösen des Schalters das Relais den Stromkreis wieder öffnet. Durch die Erfindung wird gegenüber den bekannten Anordnungen der Vorteil erzielt, dass eine unmittelbare Steuerung der Auslösespule von den hochempfindlichen Relais möglich ist, so dass das Zwischenrelais erspart wird und gleichzeitig die Zeit zwischen Kommandogabe und Ausschaltung des Schalters verkürzt wird.
Die Anordnung gemäss der Erfindung eignet sich auch für Relais, welche von einem Wechselstromnetz über Gleichrichter (Einfach-, Doppelweg oder Mehrphasengleichrichter) gespeist werden,
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da ein Erregerstrom in derjenigen Richtung, in welcher die Schutzwirkung des Gleichrichters versagen würde, gar nicht zustande kommt.
Um die Anordnung zum funkenfreien Abschalten zu vereinfachen, ist es zweckmässig, den Gleichrichter mit einem der übrigen Geräte zusammenzubauen. Man kann beispielsweise den Gleichrichter, insbesondere einen Metalltroekengleiehriehter, mittels einer Schraub-, Steck-oder Klemmvorrichtung auf einer Grundplatte befestigen, auf welche das Schütz, zu dessen Erregerwicklung der Gleichrichter parallel liegt, befestigt ist. Man erreicht dadurch den Vorteil, dass man den Gleichrichter leicht auswechseln kann. Vorteilhaft schützt man die Gleichrichter und Relais bei dieser Anordnung durch eine gemeinsame Haube.
Man kann aber auch den Gleichrichter mit dem Schalter zu einer Einheit vereinigen. Für diesen Zweck eignen sich insbesondere Schalter, die aus denselben Elementen aufgebaut sind wie die Gleichrichter, beispielsweise Quecksilberdampfschalter und Hochvakuumschalter. Wird in diesem Falle der Gleichrichter mit dem Schalter vereinigt, so spart man die Unterhaltung einer besonderen Dauererregung für den Gleichrichter allein bzw. eine besondere Zuschaltvorrichtung, welche den Gleichrichter vor dem Abschalten erst betriebsbereit macht.
Die Vereinigung von Quecksilberdampfschalter und-gleichrichter bzw. Glühkathodenschalter und-gleichrichtern kann beispielsweise dadurch vorgenommen werden, dass für beide ein gemeinsames, zweckmässigerweise U-förmig gestaltetes Gefäss verwendet wird, in dessen einem Arm die Anode für den Schalter und dessen Steuergitter untergebracht ist und in dessen anderm Arm sich die Anode für den Gleichrichter befindet. Die Kathode für beide ist gemeinsam. An der Anode für den Gleichrichter ist der negative Pol der Batterie, an der Anode für den Schalter der positive Pol der Batterie angeschlossen.
Zwischen Anode des Gleichrichters und Kathode liegt die abzuschaltende Drosselspule. Im normalen Betriebe bzw. kurz vor der Stromunterbrechung brennt z. B. nur ein Lichtbogen in dem Sehalterarm, da infolge der Schaltung die Anode des Gleichrichters gegenüber der Kathode nur eine ganz geringe Spannung besitzt. Wird aber der Schalter unterbrochen, beispielsweise dadurch, dass man das Steuergitter negativ aufladet, dann springt der Lichtbogen auf den andern Arm um und der Gleichrichter zündet, so dass sieh die Induktivität des Stromkreises über den Gleichrichter entladen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum möglichst funkenlosen Abschalten von Induktivitäten, beispielsweise von Auslösespulen von Schaltern, die von empfindlichen Relais unmittelbar gesteuert werden, mit Hilfe von parallel zur Induktivität geschalteten Gleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Gleichrichter eine Kapazität geschaltet ist, die so bemessen ist, dass folgende Ungleichung besteht :
EMI3.1
in der t die Induktivität des Stromkreises mit Ausnahme der Induktivität, zu weicher der (jleichnchter parallel liegt, Rg der Widerstand des Gleichrichters in der Sperrichtung, C die zur abzuschaltenden Induktivität parallel liegende Kapazität und Q der durch das Verhältnis von Spannungs-zu Strom- änderung im Augenblick der Kontakttrennung bestimmte negative Widerstand der Unterbrechungstelle ist.