CH320115A - Kontakteinrichtung, insbesondere für mechanische Grossgleichrichter - Google Patents

Kontakteinrichtung, insbesondere für mechanische Grossgleichrichter

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CH320115A
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CH
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contact
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induction
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Jensen Otto
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Fkg Ag
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)

Description


  Kontakteinrichtung, insbesondere für mechanische Grossgleichrichter    Bei elektrischen Kontaktanordnungen, die  vorübergehend oder auch dauernd Ströme von  10 000 A und mehr führen müssen, z. B. bei  t     xrossgleichriehtern,    treten erhebliche dyna  mische Kräfte auf, die eine abhebende Wir  kung auf die Schaltstücke ausüben. Dies hat  als erstes zur Folge, dass der Kontaktwider  stand infolge des abnehmenden     Kontaktdruk-          kes    höher wird; dadurch steigen die Verluste  und insbesondere die so wichtige Kontakt  spannung. Erreicht diese die sogenannte  Schmelzspannung des Kontaktmaterials, bei  Silber zum     Beispiel    0,35 V, so tritt ein Ver  schweissen der Kontakte auf.

   Es kann aber       aueh    vorkommen, dass die Schaltstücke durch  die abhebenden Kräfte geöffnet. werden, wobei  dann ein Lichtbogen entsteht. Durch die ex  plosionsartige Verdampfung von Kontakt  material und     Erhitzung    der Luft zwischen  den Schaltstücken treten zusätzliche abhebende  Kräfte auf, so     da.ss    in solchen Fällen die     Kon-          laktflächen    der Schaltstücke meist vollständig  zerstört werden.  



  Es sind bereits eine Reihe von Vorschlä  gen bekanntgeworden, um die kontaktabheben  den Kräfte zu verringern oder durch     zusätz-          liehe    kontaktanpressende Kräfte zu kompen  sieren. Im, allgemeinen eignen sieh jedoch die  bei     Starkstromsehaltern    angewendeten Mass  nahmen nicht für Schaltpatronen, da ent  weder der Aufbau der Patrone dadurch we  sentlich komplizierter und teurer wird oder,    was noch schwerwiegender ist, sich die Masse  des beweglichen Schaltstückes erhöht.  



  Die vorliegende Erfindung zeigt eine an  dere Lösung dieser Aufgabe. Sie betrifft eine  Kontaktanordnung insbesondere für mecha  nische Grossgleichrichter mit     mindestenseinem     feststehenden und einem beweglichen, z. B.  elektromagnetisch betätigten, Schaltstück und  ist gekennzeichnet erstens durch eine derar  tige Ausbildung der Schaltstücke, dass im ge  schlossenen Zustande je Unterbrechungsstelle  wenigstens zwei Berührungspunkte vorhan  den sind, und zweitens durch einen magne  tischen Kreis, der im beweglichen Schaltstück  quer zur     Stromrichtung    eine magnetische In  duktion hervorruft, so dass     eines    derart hohe  resultierende anpressende Kraft über den  ganzen Strombereich erzeugt wird,

   dass die  Kontaktspannung innerhalb dieses Strom  bereiches immer kleiner als die Schmelzspan  nung des     Kontaktmaterials    mit dem tieferen  Schmelzpunkt ist.  



  Das Wesen der     Erfindung    soll     zunächst     an Hand der     Fig.1    bis 4 erläutert werden.  In     Fig.    1 bedeuten 1 und 2 zwei feststehende       Schaltstüeke    und 3 das bewegliche Schalt  stück, das beispielsweise     wie    beim Kontakt  umformer durch eine synchron angetriebene  Stossstange 4 bewegt und durch eine Feder 5       angepresst    wird.

   Durch die gestrichelte Linie  ist der mittlere Verlauf des Stromes I dar  gestellt; die Berührung an den Kontaktstet-           len        erfolgt    nun niemals über die ganze Flä  che, sondern nur mehr oder weniger     punkt-          förmig.    Im vorliegenden Fall ist angenom  men, dass die eigentliche Berührung an den  Stellen 6 und 7 erfolge.

   Für die abhebende       Kraft    .P", bezogen auf beide Kontaktstellen 6  und 7, ergibt sich dann in     Näherung    nach  stehende Beziehung:  
EMI0002.0007     
    Die Grösse     Ca,    hängt zwar noch von dein  Kontaktdruck, der Härte und dem spezifi  schen Widerstand des Kontaktmaterials ab,  liegt jedoch für Silberkontakte bei     Anpress-          drücken    von 10<B>...</B> 20 kg in der Grösse von  etwa 5     kg/A2    je Doppelkontakt. n bedeutet  die Zahl der Berührungspunkte je Unterbre  chungsstelle.

   Infolge der nach aussen gebo  genen Stromschleife ergibt sich im allgemei  nen noch eine Zusatzkraft, da sich die     Induk-          tivität    dieser Schleife vergrössern möchte. Sie  kann jedoch durch geschickte Anordnung  klein gegenüber der abhebenden Kraft durch  die Stromengen gemacht werden. Sowie die  abhebenden Kräfte grösser werden als die  Federkraft K, tritt eine     Kontakttrennilng    mit  den eingangs geschilderten Auswirkungen auf.

    Es kann jedoch bereits viel früher zu einer  Schädigung der Kontaktanordnung kommen,  nämlich dann, wenn der Kontaktdruck so  weit herabgesetzt     wird,    dass an den Stellen 6  und 7 die     Schmelzspannung    des Kontakt  materials erreicht wird, da dann die Schalt  stücke an den     Berührungsstellen    verschwei  ssen.  



  Man könnte nun daran denken, eine an  pressende Kontaktkraft F, in an sich bekann  ter Weise durch Ausbildung der Stromschleife  gemäss     Fig.    2 zu erzeugen. Unter entsprechen  den Annahmen, wie sie bei     Fig.1    gemacht  wurden, ergibt sich die Schliessungskraft     F5     gemäss nachstehender Beziehung:  
EMI0002.0021     
    wobei     C,.    bei Schaltpatronen kaum grösser als  0,5     kg/A2    gemacht werden kann. Die ab-    hebende Kraft ist praktisch von gleicher  Grösse wie in     Fig.1.    Man erkennt. daher, dass  bei nur einem Berührungspunkt je Unterbre  chungsstelle die abhebenden Kräfte rund  zehnmal grösser sind als die anpressenden.

   Die  Massnahme gemäss     Fig.    2 bedeutet somit keine  wesentliche Verbesserung. blau könnte nun  die Zahl der     Berührungspunkte    n je Unter  brechungsstelle so weit erhöhen, dass wenig  stens die abhebenden Kräfte nicht grösser wer  den als die anpressenden. Im vorliegenden  Fall müsste man auf jeder Seite zehn fest  stehende, jedoch etwas nachgiebige Kontakt  finger anordnen und zudem noch die Ab  kröpfung der Zuleitungsschienen, wie in       Fig.2    angedeutet, in Kauf     nehmen.    Beide  Massnahmen lassen sich jedoch bei Schalt  patronen praktisch nicht     verwirklichen.     



  Wesentlich günstiger liegen nun die Ver  hältnisse, wenn man, wie in     Fig.    3 angedeutet  ist, in dem beweglichen     Sehaltstüek    selbst eine  magnetische Querinduktion     B    hervorruft.  Dies kann entweder durch Fremderregung,  zweckmässig jedoch mit. Hilfe des durch die  Patrone fliessenden Stromes selbst oder eines  Teils davon, bewirkt werden.

   Nimmt man     all,     dass es insbesondere bei Kurzschluss infolge  der dann vorhandenen grossen treibenden Am  perewindungen möglich ist, eine Querinduk  tion von etwa 12 000 Gauss zu erzeugen, so  ergibt sich unter den gleichen Annahmen wie  bisher ein Kraftgesetz von nachstehendem  Aufbau  
EMI0002.0034     
    das heisst bei I =     7.0    000 A entstellt ein zu  sätzlicher     A.npr        essdriiek    von etwa. 10 kg.  



  In     Fig.    4 ist der Verlauf der     verschiedenen     Kräfte F",     F5,        F'6    und der     ma-netisehen    Zug  kraft     F",    aufgetragen, so wie er sich für eine       2000-A-Sclialtpatrone    etwa ergibt. Dabei  wurde angenommen, dass die Zahl der Be  rührungspunkte je Unterbrechungsstelle n = 3  sei.

   Die abhebende Kraft     F"    entsprechend       Fig.l    und 2 nimmt quadratisch mit dem  Strom zu und erreicht bei etwa 27     kA    bereits  die magnetische Zugkraft     F,".    Bei grösserem      Strom.     würde    somit bei einer Anordnung nach       Fig.1.    eine Kontakttrennung auftreten.

   Die  Schliessungskraft     F5    entsprechend der Anord  nung nach     Fig.2    nimmt ebenfalls quadra  tisch zu, ist. aber kleiner als     F".    Die Differenz  zwischen den Kurven     F"    und F, verringert  somit die magnetische Zugkraft, so dass die  resultierende Kraft F', bei 45     kA    praktisch  gleich 0 ist. Längst vorher tritt jedoch be  reits eine schädigende Wirkung auf die       Selialtstüeke    auf.  



  Demgegenüber ist der Verlauf der Schlie  ssungskraft F', wesentlich günstiger. Sie steigt  annähernd linear an, wobei angenommen wer  den kann, dass bei sehr grossem Strom die  Konstante     C',    noch etwas zunimmt., da bei       ,geeigneter    Formgebung des magnetischen  Kreises Induktionen von über 12 000 Gauss  erzeugt. werden können. Schon bei mässigem  Leberstrom tritt eine Erhöhung des Kontakt  druckes über den Wert F", auf, der dann sehr  bald rund den doppelten Wert von F", er  reicht.

   Damit ist, aber die Gewähr gegeben,  dass die Kontaktanordnung bis zum vollen       Kurzschlussstrom    von 50     kA    einwandfrei ar  beitet.     -Man    erkennt, dass dieses Ziel nur durch  die Kombination der beiden erfinderischen       Massnahmen,    nämlich Schaffung von wenig  stens zwei Berührungspunkten je Unterbre  chungsstelle und Erzeugung eines magneti  schen Querfeldes in dem beweglichen Schalt  stück ermöglicht wird.  



  In den     Fig.    5 und 6 ist eine beispielsweise       Ausführungsform    der Erfindung dargestellt,  wobei die     Fig.    5 einen Längsschnitt, die     Fig.    6       einen    Querschnitt nach der Linie     VI-VI    der       Fi(r.5    darstellt.

   Mund 12 sind die Strom  zuführungssehienen mit je drei elastisch nach  giebigen Kontaktfingern 1.1' bzw. 12', die je  Unterbrechungsstelle drei Berührungspunkte  ergeben. 13 ist. das bewegliche     Sehaltstüek,     1.4 der damit fest verbundene Anker, 15 das  Magnetjoch, das an dem     Isolierstück    16 be  festigt ist und zugleich die Stromzuführungen  11 und 12 trägt. 17 und 18 sind Federn, die  an ihren Enden an den     Isolierstücken    19, 20       befestigt    und in ihrer Mitte mit dem Anker  14     vernietet    sind.

   21 und 22 sind Zusatzwiek-         lungen,    beispielsweise für     Vormagnetisierung     und     Impulserregung    der Schaltpatrone.  



  Bei normalem Betrieb schliesst sich der  magnetische Fluss über den Anker 14 (strich  punktierte Linie,     Fig.6),    wobei durch die  magnetische Zugkraft das bewegliche Schalt  stück 13 gegen die Kontaktfinger 11' und 12'  gepresst wird (Kraft     F",    in     Fig.    4).

   Tritt nun  ein Überstrom, insbesondere ein     Kurzschluss-          strom,    auf, so wird der Anker 14, der meist  schon bei Nennstrom annähernd gesättigt ist,  vollkommen übersättigt, und der Fluss schliesst  sich nun im wesentlichen längs der ausgezo  genen Linie     (Fig.6)    quer durch das beweg  liche Schaltstück 13, wobei eine zusätzliche  Zugkraft     F'5    entsteht, die das Schaltstück 13  gegen die Kontaktfinger 11' und     12'        anpresst.     Infolge der     Sättigungserscheinungen    der     Pol-          sehuhe    des Joches 15 kann angenommen wer  den,

   dass die Induktion über die ganze Höhe  des Schaltstückes 13 einigermassen konstant  ist und im Mittel mindestens einen Wert von  12000<B>...</B> 15 000. Gauss aufweist, sofern der  Querschnitt des     Joches    15 unmittelbar hinter  den Polschuhen ein Vielfaches des von der  Querinduktion durchsetzten Querschnittes des  beweglichen Schaltstückes ist. Voraussetzungs  gemäss soll die resultierende anpressende  Kraft über den ganzen Strombereich so gross  sein, dass die Kontaktspannung innerhalb die  ses Strombereiches immer kleiner ist als die  Schmelzspannung des Kontaktmaterials mit  dem tieferen Schmelzpunkt. So muss beispiels  weise bei einer Kontaktanordnung mit Silber  und     Molybdän    als Kontaktmaterialien die  Kontaktspannung unterhalb der Schmelzspan  nung von Silber (0,36 V) bleiben.

   Dies lässt  sich mit den getroffenen Massnahmen ohne  weiteres erreichen.  



  Selbstverständlich können die Schalt  stücke und der magnetische Kreis auch noch  auf andere Art angeordnet und erregt wer  den. So ist es zum Beispiel möglich, die Spule  21 an einem vom Hauptstrom oder von einem  Teil des Hauptstromes durchflossenen Strom  wandlers anzuschliessen oder mit einer     Hilfs-          stromquelle    zu verbinden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Kontakteinrichtung für mechanische (lross- gleichrichter mit mindestens einem festste henden und einem beweglichen Schaltstück, gekennzeichnet erstens durch eine derartige Ausbildung der Schaltstücke, dass im geschlos senen Zustande je Unterbrechungsstelle we nigstens zwei Berührungspunkte vorhanden sind, und zweitens durch einen magnetischen Kreis, der im beweglichen Schaltstück quer zur Stromrichtung eine magnetische Induk tion hervorruft, so dass eine derart hohe resul tierende anpressende Kraft. über den ganzen Strombereich erzeugt wird, dass die Kontakt spannung innerhalb dieses Strombereiches immer kleiner als die Schmelzspannung des Kontaktmaterials mit dem tieferen Schmelz punkt ist.
    UNTERANSPRÜCHE l.. Kontakteinrichtung nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch einen vom züi schaltenden Strom unabhängigen magneti schen Kreis zur Erzeugung der Querinduk tion im beweglichen Sehaltstüek. 2. Kontakteinrichtung nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der ma gnetische Kreis zur Erzeugung der Quer induktion durch den zu schaltenden Strom bzw. einen Teil desselben erregt. wird. 3.
    Kontakteinrichtung nach Unteran spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Betätigung des beweglichen Sehaltstüekes dienende magnetische Kreis zugleich auch zur Erzeugung der Querinduktion dient. Kontakteinrichtung nach Patentan spruch, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung des magnetischen Kreises zur Er zeugung der Querinduktion, dass sein Quer schnitt unmittelbar hinter den Polschuhen ein Vielfaches des von der Querinduktion durch setzten Querschnittes des beweglichen Schalt stückes ist.
CH320115D 1954-01-26 1954-01-26 Kontakteinrichtung, insbesondere für mechanische Grossgleichrichter CH320115A (de)

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