Verfahren zur Schaltung von Drehstrom Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schaltung von Drehstrom, bei dem die Schalt strecken der einzelnen Phasen durch Ventile mit für alle Phasen gleicher Durchlassrichtung überbrückt sind.
Eine Erfindung wird darin gesehen, dass die Schaltstrecken von zwei Phasen in dem Zeitintervall geöffnet werden, in dem ihre beiden Ströme die Richtung der Durchlässigkeit der parallel geschalteten Ventile haben.
Ausführungsbeispiele der Erfihd'ung werden an hand einer Zeichnung erläutert.
Wie aus, Fig. 1 zu erkennen ist, reicht dieses Zeitintervall, von ti bis t2, also über 60 . Im Laufe einer Periode wiederholt sich ein derartiges Intervall noch zweimal. Öffnet man beispielsweise die Phase 1 und 2 in Fig. 1 innerhalb des Zeitintervalls zwi schen ti und t2,
beispielsweise gerade in der Mitte t3, so entsteht an den Schaltstrecken Si und S2 der Phasen 1 und 2 beim Öffnen kein Lichtbogen, weil der Strom durch die parallel geschalteten Ventile V1 und V2, für die man zweckmässigerweise Germanium- oder Siliziumstarkstromdiod\en verwendet,
praktisch ohne Spannungsabfall weiterflie-ssen kann.
Vom Zeitpunkt t2 an, in dem der Strom Il seinen Nulldurchgang erreicht, aber in der entgegengesetzten Richtung infolge der Sperrwirkung des Ventils der Phase 1 nicht fliessen kann, nehmen die Ströme der Phasen 2 und 3 den in Fig. 1 gestrichelten Verlauf 12' und 13 , d. h. sie werden nach etwa einer Halb- welle im Zeitpunkt t4 beide gleichzeitig Null.
Nach dem Zeitpunkt t4 kann sich der Strom I2 zunächst nicht in der negativen Halbwelle fortsetzen, da das ''Ventil dieser Phase negative Ströme nicht durch lässt. Infolgedessen muss auch der Strom 13 zu nächst Null bleiben.
Wenn also die Trennstrecke der Phase 3 eine gewisse Zeit nach dem Zeitpunkt t4 öffnet, ,so öffnet sie stromlos, d. h. lichtbogenfrei. Damit ist der Strom in allen drei Phasen unter brochen.
Wie man sieht, ist es zur hchtbogenfreien Abschaltung nach der Erfindung nicht erforderlich, d'ass die Schaltzeitpunkte t3 und t5 genau eingehalten werden, vielmehr kann der Zeitpunkt t3 um 30 , der Zeitpunkt t5 noch mehr schwanken.
Dies hat zur Folge, d'ass an den synchronen Auslösemechanismus des Schalters sehr viel geringere Anforderungen ge stellt werden können, als wenn ohne parallel ge- schaltete Ventile oder mit den bekannten Schalt drosseln gearbeitet werden würde. Zur .synchronen Auslösung können daher verhältnismässig einfache Anordnungen verwendet werden.
BOspielsweise kann man die Schalterauslösung statt synchron mit dem Strom synchron mit der Spannung vornehmen, wenn man dabei berücksichtigt, d'ass die Phasen verschiebung zwischen Strom und Spannjung je nach dem Verbraucher verschiedene Werte, praktisch gewöhnlich zwischen 20 und, 60 , aufweist.
Es ist auch nicht erforderlich, Spezialschalter mit genau definierter kleiner Eigenzeit, beispielsweise 1(1-3 oder gar 10-4 s, zu verwenden, sondern man kann normale Schalter mit Eigenzeiten von der Grössen ordnung 10 bis 20 Halbwellen verwenden, wenn nur die Streuung dieser Eigenzeit einigermassen ge ring ist, beispielsweise nur einige Millisekunden beträgt.
Es ist dann nur erforderlich, das Auslöse- kommando um die mittlere Eigenzeit der Schalter früher zu geben, als die, Öffnung gewünscht wird.
Bei manchen normalen Drehstromschaltern lässt es sich durch Einstellen der Kontakte erreichen, dass einer der Kontakte eine halbe bis eine ganze Halb welle später öffnet als die beiden anderen. In diesem Fall kann, die lichtbogenfreie Abschaltung des Dreh- stromes mit einem einzigen normalen Schalter er folgen.
In anderen Fällen muss die- letzte Phase mit einem gesonderten Schalter abgeschaltet werden. Bei spielsweise kann man zur dritten Phase einen ge trennten Schalter parallel schalten und diesen eine halbe bis eine Halbwelle später öffnen.
Als. parallel geschalteter Schalter kann wieder ein normaler Dreh- stromschalter verwendet werden, wobei die Strom- tragfähigkeit dieses Schalters durch Paralellschalten seiner Phasen so stark erhöht werden kann, dass die Verwendung einer kleineren Type möglich wird.
Da durch die parallel geschalteten Zellen die Schalt strecken stets eine Halbwelle spannungslos .sind, steht für die Löschung eines eventuell vorangegangenen Lichtbogens eine Zeit von der Grössenordnung einer Halbwelle zur Verfügung.
Man kann daher, selbst wenn man berücksichtigt, d'ass bei gelegentlichem Versagen der synchronen Auslösung mehr oder weniger grosse Schaltentladungen auftreten, Schalter verwenden, die keinen oder nur geringen Aufwand für die Lichtbogenlöschung, beispielsweise Lösch- kammern, haben, wodurch die, Schalter vor allen Dingen bei grossen Leistungen, vereinfacht,
ver kleinert und verbilligt werden. Man kann auch Brückenkontakte mit Doppelunterbrechung oder auch mehrere in Reihe geschaltete Brückenkontakte in jeder Phase vorsehen, um die Löschwirkung von Schaltentladungen, die bei Störungen der synchronen Ausschaltung auftreten, zu erhöhen.
Die Erfindung lässt sich auch mit Spezialschaltern verwirklichen, beispielsweise mit den bekannten Syn- chrontrennern mit Sp.errmagnetauslösung. In diesen' Fall;
werden diese Geräte wegen der geringen An- forderung an die Genauigkeit der Synchronabschal tung vereinfacht und verbilligt. Eine andere Möglich keit, die Synchronauslösung zu verwirklichen, be steht darin, dass man die Auslösung der Schalter von einem,
bei eingeschaltetem Schalter .stets laufen den Synchronmotor her bewirkt. Dabei kann dieser Synchronmotor in seiner Phasenlage vom Strom gesteuert werden, beispielsweise dadurch, d'ass man ihn allein oder zusätzlich von den drei Phasenströmen direkt oder über Wandler erregt.
Man kann den Synchronmotor auch von der Drehspannung er regen und die Phasenverschiebung zwischen Span nung und Strom bei der Einstellung dies. Auslöse- kommandos berücksichtigen. Die: Synchronauslösung lässt sich auch mit Hilfe von Sättigungsdrosseln, Transistoren und ähnlichen modernen Hilfsmitteln bewerkstelligen.
Nicht nur beim Ausschalten, sondern auch beim Einschalten treten Schaltentladungen auf, besonders wenn die Kontakte beim Einschalten prellen. Es lässt sich auch das Einschalten lichtbogenfres machen. In Fig. 2 ist der Verlauf der drei an dien offenen Schalterstrecken auftretenden Spannungen ange deutet, wenn zu jeder Schaltstrecke ein Ventil parallel liegt.
Man sieht, dass in jeder der Phasen eine spannungslose Zeit von 60 je Periode auftritt, in der Phase 1 beispielsweise von to bis t7. Schliesst man die Schaltstrecke der Phase 1 in dem Zeitintervall zwischen to und t7, so schaltet sie spannungsfrei und damit nur mit verschwindendem Stromanstieg, so dass keine Schaltentladungen an ihr auftreten.
Nach dem Schliessen der ersten Phase ändern sich die Spannungsverläufe in den beiden anderen Phasen. Je nach der Phasenverschiebung treten an diesen beiden Phasen spannungsfreie Zeiten von der Grössen ordnung einer Halbwelle auf, die sich zeitlich um etwa eine halbe Halbwelle überdecken.
Schliesst man die beiden letzten ;Phasen, in. Fig. 2 die Phasen 2 und'. 3, zu einem. späteren Zeitpunkt, in dem sich die spannungslosen Zeiten der Phasen 2 und 3 über decken, so, sind sämtliche drei Phasen spannungslos geschlossen worden, und damit sind auch die Schalt- entladuigen beim Einschalten beseitigt.
Zweck- mässigerweise verwendet man beim. Einschalten als zuerst schliessende Phase diejenige, die beim Aus schalten als letzte geöffnet hat.
Die Erfindung lässt sich sinngemäss auch bei höherphasigen Wechselströmen, beispielsweise sechs phasigen, zwölfphasigen usw., anwenden. Bei ein phasigem Wechselstrom muss jede der beiden Schalt strecken in einem Zeitintervall öffnen, in dem die parallele Diode gerade durchlässig ist.
Die Erfindung ist von Bedeutung bei kleinen und grossen Leistungen, bei kleinen Leistungen besonders dann, wenn sehr grosse Schalthäufigkeiten verlangt werden. Bei grossen Leistungen, beispielsweise bei Walzwerkantrieben, verwendet man heute vornehm lich Gleichstrommotoren, die über Stromrichter ge speist werden.
Statt dessen kann man auch grosse Drehstrommotoren verwenden und diese nach der Lehre der Erfindung lichtbogenfrei ein- und aus- @chalten. Mit Hilfe der Einschaltdauer lässt sich dabei auch die mittlere Drehzahl des Drehstrom motors regeln, insbesondere wenn dabei die Erfindung auch zur .ichtbogenfreien Polumschaltung verwendet wird. Nach diesem Vorschlag werden ausser dem Schalter Ventile,
insbesondere Germanium- und Sili- ziumdioden, gebraucht, aber, wie man leicht erkennt, werden diese Ventile nur während des Schaltvor ganges kurzzeitig mit Strom beansprucht;
sowohl bei geöffnetem als auch bei geschlossenem Schalter sind sie stromlos. Man kommt daher mit kleinen Ventilen aus. Verwendet man nicht Halbleiterdioden, sondern Gasentladungsgefässe, beispielsweise Quecks'dber- dampfentlad'ungsstrecken, so ist es zur lichtbogen- freien Abschaltung erforderlich,
ihre Brennspannung so weit zu kompensieren, d'ass die Differenzspannung kleiner als etwa 10 bis. 20 V je Trennstrecke wird. Bekanntlich sind die modernen Halbleiterstarkstrom dioden kurzzeitig, d. h. etwa eine Halbwelle lang, mit dem Mehrfachen ihres Nennstromes belastbar.
Beispielsweise können Siliziumdioden Stromhalb wellen von 1000 A Scheitelwert und Sperrspannun- gen von 1000 V ertragen, so dass mit wenigen Zellen bereits. beträchtliche Leistungen beherrscht werden. Durch Parallel- und Reihenschaltung von Zellen lässt sich diese Leistung steigern.
Von besonderem Interesse ist die Erfindung auch für den sogenannten Tippbetrieb,> von Drehstrom- motoren, da bei dieser Betriebsart häufig kurz- scblussartige Ströme geschaltet werden müssen. Bei Ein- bzw. Zweiphasenstrom kann die Erfindung mit Erfolg angewendet werden für die Schaltaufgaben bei Wechselstrombahnen.
Method for switching three-phase current The invention relates to a method for switching three-phase current, in which the switching stretches of the individual phases are bridged by valves with the same flow direction for all phases.
One invention is seen in the fact that the switching paths of two phases are opened in the time interval in which their two currents have the direction of permeability of the valves connected in parallel.
Exemplary embodiments of the invention are explained using a drawing.
As can be seen from FIG. 1, this time interval extends from ti to t2, that is to say over 60. Such an interval is repeated twice over the course of a period. For example, if you open phase 1 and 2 in Fig. 1 within the time interval between ti and t2,
For example, just in the middle t3, there is no arcing at the switching paths Si and S2 of phases 1 and 2 when opening, because the current through the parallel-connected valves V1 and V2, for which germanium or silicon high-current diodes are best used,
can continue to flow practically without a voltage drop.
From the point in time t2, at which the current II reaches its zero crossing but cannot flow in the opposite direction due to the blocking action of the valve of phase 1, the currents of phases 2 and 3 take the course 12 'and 13 shown in broken lines in FIG , d. H. they both become zero at the same time after about one half-wave at time t4.
After the point in time t4, the current I2 cannot initially continue in the negative half-wave, since the valve in this phase does not allow negative currents through. As a result, the current 13 must initially remain zero.
So if the isolating distance of phase 3 opens a certain time after time t4, it opens without current, i. H. arc free. This means that the current is interrupted in all three phases.
As you can see, it is not necessary for the invention to shutdown without arc faults that the switching times t3 and t5 are precisely adhered to, rather the time t3 can fluctuate by 30, the time t5 even more.
This has the consequence that the synchronous release mechanism of the switch can be subject to much lower demands than if work were carried out without valves connected in parallel or with the known switching throttles. Relatively simple arrangements can therefore be used for synchronous triggering.
For example, the switch can be triggered synchronously with the voltage instead of synchronously with the current, if one takes into account that the phase shift between current and voltage varies depending on the consumer, usually between 20 and .60.
It is also not necessary to use special switches with a precisely defined short operating time, for example 1 (1-3 or even 10-4 s, but you can use normal switches with operating times of the order of magnitude of 10 to 20 half-waves if only the scatter this proper time is somewhat low, for example only a few milliseconds.
It is then only necessary to give the trip command by the mean operating time of the switch earlier than the opening is desired.
With some normal three-phase switches, by setting the contacts, one of the contacts opens a half to a full half-wave later than the other two. In this case, the arc-free disconnection of the three-phase current can take place with a single normal switch.
In other cases, the last phase must be switched off with a separate switch. For example, you can connect a separate switch in parallel to the third phase and open it a half to a half wave later.
When. A normal three-phase switch can be used again with a switch connected in parallel, whereby the current-carrying capacity of this switch can be increased so much by connecting its phases in parallel that a smaller type can be used.
Since the switching lines are always de-energized for a half-wave due to the cells connected in parallel, a time of the order of magnitude of a half-wave is available for quenching any preceding arc.
One can therefore, even if one takes into account that more or less large switching discharges occur with occasional failure of the synchronous tripping, use switches that have little or no effort for arc extinguishing, for example arcing chambers, whereby the, switch before all things with great achievements, simplified,
can be made smaller and cheaper. Bridge contacts with double interruption or several bridge contacts connected in series can also be provided in each phase in order to increase the extinguishing effect of switching discharges that occur in the event of faults in the synchronous switch-off.
The invention can also be implemented with special switches, for example with the known synchronous separators with magnetic lock release. In this case;
these devices are simplified and made cheaper because of the low demands on the accuracy of the synchronous disconnection. Another way of realizing synchronous tripping is to have the switches tripped by a
when the switch is switched on, the synchronous motor will always run. The phase position of this synchronous motor can be controlled by the current, for example by being excited either alone or in addition by the three phase currents, either directly or via a converter.
You can also excite the synchronous motor from the three-phase voltage and the phase shift between voltage and current when setting this. Take trip commands into account. The: Synchronous release can also be achieved with the help of saturation chokes, transistors and similar modern aids.
Switching discharges occur not only when switching off, but also when switching on, especially if the contacts bounce when switching on. Switching on can also be made without arcing. In Fig. 2, the course of the three voltages occurring on the open switch sections is indicated when a valve is parallel to each switching section.
It can be seen that in each of the phases there is a dead time of 60 per period, in phase 1, for example, from to to t7. If the switching path of phase 1 is closed in the time interval between to and t7, it switches to zero voltage and therefore only with a negligible current increase, so that no switching discharges occur on it.
After closing the first phase, the voltage curves change in the other two phases. Depending on the phase shift, stress-free times of the order of magnitude of a half-wave occur in these two phases, which overlap in time by about half a half-wave.
If the last two phases are closed, phases 2 and 2 in FIG. 2. 3, to one. at a later point in time at which the dead times of phases 2 and 3 overlap, see above, all three phases have been closed without voltage, and the switching discharges when switching on are eliminated.
It is best to use the. Switching on as the first closing phase is the one that opened last when switching off.
The invention can also be used analogously with higher-phase alternating currents, for example six-phase, twelve-phase, etc. With a phase alternating current, each of the two switching routes must open in a time interval in which the parallel diode is just permeable.
The invention is important in the case of small and large powers, in the case of small powers especially when very high switching frequencies are required. In the case of high outputs, for example in rolling mill drives, today mainly DC motors are used, which are fed via converters.
Instead, you can also use large three-phase motors and switch them on and off without arcing according to the teaching of the invention. With the help of the duty cycle, the average speed of the three-phase motor can also be regulated, especially if the invention is also used for arc-free pole switching. According to this proposal, in addition to the switch, valves,
in particular germanium and silicon diodes, used, but, as you can easily see, these valves are only briefly subjected to current during the switching process;
They are de-energized both when the switch is open and when the switch is closed. You can therefore get by with small valves. If one does not use semiconductor diodes, but gas discharge vessels, for example mercury vapor discharge paths, it is necessary for arc-free disconnection,
to compensate their operating voltage so far that the differential voltage is less than about 10 to. 20 V per isolating distance. As is known, the modern semiconductor power diodes are short-term, d. H. about a half-wave long, can be loaded with a multiple of its rated current.
For example, silicon diodes can withstand current half-waves of 1000 A peak value and blocking voltages of 1000 V, so that with just a few cells. considerable achievements can be mastered. This performance can be increased by connecting cells in parallel and in series.
The invention is also of particular interest for the so-called inching operation of three-phase motors, since short-circuit currents often have to be switched in this operating mode. In the case of single-phase or two-phase current, the invention can be used successfully for switching tasks in AC railways.