Schaltung für Wechselstromschütze in elektrischen Anlagen Magnetisch hochbelastete Wechselstromkreise wie z. B. die Primärkreise von Schweisstrafos müssen bekanntlich in bestimmten Phasenlagen des Stromes ein- und ausgeschaltet werden, um eine Überlastung der Spannungsquelle durch überstarke Einschaltstromstösse zu verhindern.
Der Idealfall, dass die Ausschaltung bei einem vernachlässigbaren Momentanwert des magnetischen Flusses und die Einschaltung bei Beginn einer Halb welle des Stromes erfolgt, lässt sich zwar durch elek tronische Hilfsmittel verwirklichen, erfordert aber einen erheblichen Aufwand. Gegenstand der Erfin dung ist demgegenüber eine sehr einfache Schaltung, welche das gleiche Ziel mit einer für die meisten praktischen Fälle ausreichenden Annäherung zu er reichen gestattet.
Die Erfindung geht von der Erfahrung aus, dass die Ansprechzeit, innerhalb deren ein moderner Schütz ein- bzw. ausschaltet, meist weniger als eine Halbwelle umfasst, innerhalb deren der Strom in seiner Erregerwicklung fliesst, und dass diese An sprechzeit sich mit einfachen Mitteln in einem ge wünschten Masse verlängern lässt. Die Erfindung be dient sich zum Aus- und Einschalten von magnetisch belasteten Wechselstromkreisen eines Schützes mit wenigstens einer Erregerwicklung und einem Halte kontakt; sie besteht darin, dass der Steuerkontakt und der Haltekontakt des Schützes, über je ein Ventil an Wechselspannung gelegt sind.
Diese Ventile haben entgegengesetzte Durchlassrichtungen, und ihre Stromkreise sind an die magnetische und mecha nische Trägheit des Schützes derart angepasst, dass das Schütz erst dann einschaltet bzw. ausschaltet, wenn die Dauer des Stromflusses durch seine Erreger wicklung bzw. die Dauer der Stromlosigkeit seiner Erregerwicklung angenähert den Betrag der Dauer einer vollen Halbwelle des Stromes erreicht.
Dadurch kann man leicht erreichen, dass die Aus- und Ein schaltung etwa dann erfolgt, wenn der Strom (J) sich in derjenigen Halbwelle, in welcher der Gleich richter des Steuerkreises durchlässig ist, dem Null durchgang nähert; dies entspricht einer Phase der Wechselspannung von etwa 70 bis 90 in bezug auf den vorangegangenen Nulldurchgang der Spannung und bei überwiegend induktivem Verbraucher dem Ende bzw. Anfang einer Halbwelle des geschalteten Stromes.
In der erfindungsgemässen Schaltung des Schützes wartet das Schütz also nach dem Öffnen oder Schliessen seines Steuerkontaktes zunächst, bis der angeführte, ziemlich genau definierte Phasenwinkel von etwa 70 bis 90 in bezug auf den vorangegan genen Nulldurchgang der Spannung erreicht ist; erst dann schaltet es aus oder ein. Der einzige Nachteil gegenüber den eingangs erwähnten elektronischen Schaltungen besteht darin, dass gelegentlich eine längere Wartezeit in Kauf genommen werden muss; sie kann aber im Höchstfall nur knapp drei Halb wellen - das heisst immer nur den Bruchteil einer Sekunde - betragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Von diesen zeigt: Fig. 1 ein Beispiel der erfindungsgemässen Schal tung, Fig.2 das Diagramm eines Ausschaltvorganges, und Fig.3 das Diagramm eines nachfolgenden Ein schaltvorganges.
Gemäss Fig. 1 liegt im Stromkreis der Wechsel spannungsquelle 1 und des Verbrauchers 2 ein Schütz, dessen Erregerwicklung mit 3 und dessen Arbeitskontakt mit 10 bezeichnet ist. Die Erreger wicklung 3 liegt über den Steuerkontakt 4, den Gleichrichter 5 und den Widerstand 6 an Wechsel spannung. Gleichzeitig mit dem Arbeitskontakt 10 wird ein Haltekontakt 7 betätigt, welcher über den Gleichrichter 8 und den Widerstand 9 an der Erreger wicklung 3 liegt.
Die Widerstände 6 und 9 sind so auf die magnetische und mechanische Trägheit des Schützes abgestimmt, dass das Schütz erst dann aus- bzw. einschaltet, wenn der Strom in seiner Erreger wicklung während einer bestimmten, etwa die Dauer einer Halbwelle umfassenden Zeitspanne unterbro chen bzw. eingeschaltet gewesen ist. Die Wirkungs weise ist dann folgende: Das Ventil 5 lässt nur die positiven Halbwellen Js, das Ventil 8 nur die negativen Halbwellen JH durch.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Abschalt- vorgang sind Steuerkontakt 4 und Haltekontakt 7 zunächst geschlossen. Es möge nun der Steuer kontakt 4 im Zeitpunkt t,1 geöffnet werden. Da dieser Zeitpunkt um weniger als eine Halbwelle vor dem nächsten Nulldurchgang des im Steuerkreis 4 bis 6 fliessenden Stromes Ja liegt, kommt es im Zeitintervall der betreffenden Halbwelle noch nicht zur Abschal tung; der Haltekontakt 7 bleibt daher geschlossen und die nächste (negative) Halbwelle, welche der Erregerwicklung 3 über diesen Haltekontakt 7 und das Ventil 8 zufliesst, hält daher das Schütz ein geschaltet.
Die dritte Halbwelle nach dem Zeitpunkt t" müsste wieder über den Steuerkontakt 4 und das Ventil 5 kommen; sie fällt völlig aus, weil der Steuer kontakt 4 geöffnet ist. Gegen Ende dieser Halbwelle - das heisst unmittelbar vor dem Nulldurchgang des Stromes J, - kommt es dann zur Abschaltung A. Da hierbei auch der Haltekontakt 7 geöffnet wird, bleibt das Schütz dann offen.
Umgekehrt verlaufen die Vorgänge beim Ein schalten nach Fig. 3. Wird .er Steuerkontakt 4 bei spielsweise im Zeitpunkt t, geschlossen, so bleibt dies zunächst ohne Wirkung, weil die Phasendiffe renz von t, bis zum nächsten Stromnulldurchgang nur etwa 120 beträgt. Das Schütz bleibt also offen; da dann auch der Haltekontakt 7 offen bleibt, erhält die Erregerwicklung in der nächsten Halbwelle kei nen Strom.
In der dritten Halbwelle nach dem Zeit punkt t, hingegen fliesst durch die Erregerwicklung 3 vom Anfang an der Steuerstrom Js, so dass das Schütz am Ende dieser Halbwelle im Punkt E einschaltet. Hierbei wird gleichzeitig der Haltekontakt 7 ge schlossen, so dass das Schütz nun so lange ge schlossen bleibt, bis man den Steuerkontakt 4 wie der unterbricht und hierdurch erneut die in Fig. 2 dargestellten Vorgänge einleitet.
Wie man erkennt, .erfolgen Aus- und Einschal tung stets unmittelbar vor dem Nulldurchgang des Steuerstromes am Ende einer derjenigen Halbwellen, in denen das Ventil 5 des Steuerkreises 4 bis 6 durchlässig ist. Damit ist die Phase der Aus- und Einschaltung angenähert auf den gleichen Wert fixiert, so dass die Belastung des Verbrauchers 2 praktisch unter der gleichen Phase wieder einsetzt, unter der sie unterbrochen worden war. Hat der Verbraucher annähernd denselben Leistungsfaktor wie das Schütz, so wird er - ebenfalls ungefähr in einem Nulldurchgang des Stromes aus- bzw. ein geschaltet. Stossweise erfolgende Ummagnetisierungs- vorgänge werden hierdurch offenbar vermieden.
Statt einer einzigen Erregerwicklung (3) kann man natürlich auch getrennte Wicklungen für den Steuer- und Haltestromkreis am Schütz vorsehen; hierbei kann man den Eigenwiderstand dieser Wick lungen so wählen, dass die Widerstände 6 und 9 über flüssig werden. Ferner kann man in vielen Fällen durch Kondensatoren, welche man parallel zu den Widerständen 6 und 9 bzw. zur Erregerwicklung 3 (oder in Reihe mit dieser) schaltet, die Phasenver schiebung zwischen dem Belastungs- und dem Steuer strom und dadurch die Phasenlage, in welcher der Belastungsstrom aus- und eingeschaltet wird, günstig beeinflussen.
Circuit for AC contactors in electrical systems Magnetically highly loaded AC circuits such as B. the primary circuits of welding transformers must be known to be switched on and off in certain phase positions of the current in order to prevent overloading of the voltage source by excessive inrush currents.
The ideal case that the switch-off takes place at a negligible instantaneous value of the magnetic flux and the switch-on takes place at the beginning of a half-wave of the current, can indeed be achieved by electronic aids, but requires considerable effort. The subject of the inven tion, on the other hand, is a very simple circuit which allows the same goal to be reached with a sufficient approximation for most practical cases.
The invention is based on the experience that the response time within which a modern contactor switches on or off usually comprises less than a half-wave within which the current flows in its field winding, and that this response time can be combined with simple means the desired mass can be extended. The invention be used for switching off and on magnetically loaded alternating current circuits of a contactor with at least one excitation winding and a holding contact; it consists in the fact that the control contact and the holding contact of the contactor are each connected to AC voltage via a valve.
These valves have opposite flow directions, and their circuits are adapted to the magnetic and mechanical inertia of the contactor in such a way that the contactor only switches on or off when the duration of the current flow through its exciter winding or the duration of the currentlessness of its exciter winding approximates reaches the amount of the duration of a full half-wave of the current.
This makes it easy to achieve that the switching off and on takes place when the current (J) approaches the zero crossing in that half-wave in which the rectifier of the control circuit is permeable; this corresponds to a phase of the alternating voltage of about 70 to 90 in relation to the previous zero crossing of the voltage and, in the case of a predominantly inductive consumer, the end or beginning of a half-wave of the switched current.
In the inventive circuit of the contactor, the contactor waits after opening or closing its control contact until the specified, fairly precisely defined phase angle of about 70 to 90 with respect to the previous zero crossing of the voltage is reached; only then does it switch off or on. The only disadvantage compared to the electronic circuits mentioned at the beginning is that occasionally a longer waiting time has to be accepted; At the most, however, it can only amount to just under three half-waves - that is, only a fraction of a second.
An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Of these: FIG. 1 shows an example of the inventive circuit, FIG. 2 shows the diagram of a switch-off process, and FIG. 3 shows the diagram of a subsequent switch-on process.
According to Fig. 1 is in the circuit of the alternating voltage source 1 and the load 2 is a contactor whose excitation winding is denoted by 3 and whose normally open contact is 10. The exciter winding 3 is on the control contact 4, the rectifier 5 and the resistor 6 to AC voltage. Simultaneously with the normally open contact 10, a holding contact 7 is actuated, which is via the rectifier 8 and the resistor 9 on the exciter 3 winding.
The resistors 6 and 9 are matched to the magnetic and mechanical inertia of the contactor so that the contactor only switches on or off when the current in its exciter winding is interrupted or interrupted for a certain period of time, approximately the duration of a half-wave. has been switched on. The mode of action is then as follows: The valve 5 only allows the positive half-waves Js, the valve 8 only the negative half-waves JH.
In the shutdown process shown in FIG. 2, the control contact 4 and the holding contact 7 are initially closed. The control contact 4 may now be opened at time t, 1. Since this point in time is less than a half-wave before the next zero crossing of the current Yes flowing in the control circuit 4 to 6, there is no disconnection in the time interval of the relevant half-wave; the holding contact 7 therefore remains closed and the next (negative) half-wave, which flows to the excitation winding 3 via this holding contact 7 and the valve 8, therefore keeps the contactor switched on.
The third half-wave after the point in time t "would have to come again via the control contact 4 and the valve 5; it fails completely because the control contact 4 is open. Towards the end of this half-wave - that is, immediately before the zero crossing of the current J - comes it then switches off A. Since this also opens the holding contact 7, the contactor then remains open.
The reverse is the case when switching on according to FIG. 3. If the control contact 4 is closed at time t, for example, this initially has no effect because the phase difference from t to the next current zero is only about 120. The contactor remains open; since the holding contact 7 then remains open, the field winding receives no current in the next half-wave.
In the third half-wave after the time point t, however, the control current Js flows through the excitation winding 3 from the beginning, so that the contactor switches on at the end of this half-wave at point E. Here, the holding contact 7 is closed at the same time, so that the contactor remains closed until the control contact 4 is interrupted and the processes shown in FIG. 2 are initiated again.
As can be seen, switching off and on is always carried out immediately before the zero crossing of the control current at the end of one of those half-waves in which the valve 5 of the control circuit 4 to 6 is permeable. The phase of switching on and off is thus fixed approximately at the same value, so that the load on the consumer 2 starts again practically under the same phase under which it was interrupted. If the consumer has approximately the same power factor as the contactor, it is switched off or on - also approximately in a zero crossing of the current. Intermittent magnetic reversal processes are apparently avoided in this way.
Instead of a single excitation winding (3), you can of course also provide separate windings for the control and holding circuit on the contactor; here you can choose the intrinsic resistance of these windings so that the resistors 6 and 9 are superfluous. Furthermore, you can in many cases by capacitors, which are connected in parallel to the resistors 6 and 9 or to the field winding 3 (or in series with this), the phase shift between the load and the control current and thereby the phase position in which the load current is switched off and on favorably.