DE1092984B - Wechselstromschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung hetrifft elektrische Wechselstromschalter.

Um beim Schalten von Wechselströmen das Auftreten eines Dauerlichtbogens zu vermeiden, ist eine Anordnung mit drei Schaltern bekannt, von denen zwei durch Einweggleichrichter entgegengesetzter Polarität überbrückt sind. Diese drei Schalter sind mechanisch so miteinander verbunden, daß sie gleichzeitig geöffnet werden. Während einer beliebigen Halbwelle des Stromes leitet jeweils nur einer der beiden Gleichrichter so, daß beim öffnen des Schalters ein Strom über den gerade leitenden Gleichrichter und den vom anderen Gleichrichter überbrückten Schalterkontakt fließt und an dem letzteren Schalter ein Lichtbogen beim öffnen entsteht. Der Lichtbogen an diesem Schalterkontakt erlischt, wenn der Strom umgekehrt und der Gleichrichter des anderen Schalters nichtleitend wird. Beim Öffnen des Schalters tritt daher an der einen oder anderen Schaltstelle ein Lichtbogen auf, der erst während der nächsten Halbwelle gelöscht wird.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Schalter anzugeben, bei dem überhaupt keine Lichtbogenbildung auftritt.

Gemäß der Erfindung ist der Wechselstromschalter mit zwei Unterbrechungsstellen, von denen die eine Schaltstelle durch einen Einweggleichrichter überbrückt ist, durch eine solche Steuerung der Stromunterbrechung durch auf den zu unterbrechenden Wechselstrom ansprechende Steuerungsmittel gekennzeichnet, daß die Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter während derjenigen Halbwelle des zu unterbrechenden Stroms geöffnet wird, während welcher der die Trennstelle überbrückende Gleichrichter leitet und die Schaltstelle ohne Gleichrichter während einer Halbwelle des zu unterbrechenden Stroms geöffnet wird, während der der Gleichrichter nicht leitet.

Die Schaltstelle ohne Gleichrichter kann in dem Parallelzweig in Reihe mit dem Gleichrichter liegen, der die andere Schaltstelle überbrückt. Es ist auch möglich, die Schaltstelle ohne Gleichrichter in Reihe mit der Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter anzuordnen.

Vorzugsweise öffnen die Steuerungsmittel die Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter bei dem Beginn der leitenden Halbwelle des Gleichrichters oder kurz danach und öffnen die Schaltstelle ohne Gleichrichter bei Beginn der nichtleitenden Halbwelle des Gleichrichters oder kurz danach.

In Reihe mit dem Gleichrichter kann in dem Parallelzweig des Gleichrichters ein ohmscher induktiver oder kapazitiver Widerstand liegen, der die Schaltstelle überbrückt.

Wechselstromschalter

Anmelder;
The British

Thomson-Housten Company Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reiche!, Patentanwalt,
Fiankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 3. September und 1. November 1954

Albert Roxburgh, London,
ist als Erfinder genannt worden

Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. Fig. 1 stellt eine schematische Schaltung dar, die bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzt wird;

Fig. 2 zeigt die Kurve eines Wechselstroms, auf die bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Anordnung gemäß der Erfindung Bezug genommen wird;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit Einrichtungen zur Synchronisierung der Kontaktbetätigung.

In Fig. 1 sind zwei Leitungen 1 und 2 durch einen Schalter verbunden, der zwei in Reihe liegende Trennstellen aufweist, die in dem dargestellten Beispiel aus beweglichen Kontaktstücken 3 und 5 bestehen, die mit entsprechenden festen Kontakten 4 und 6 zusammenarbeiten. Ein Einweggleichrichter 7 liegt im Nebenschluß zu den Kontakten 3 und 4.

Um das öffnen der Kontakte 3, 4 und 5, 6 mit den Halbwellen des Wechselstroms zu synchronisieren, sind Steuerungsmittel vorgesehen, so daß die erste Schaltstelle 3, 4 geöffnet wird, während der Gleichrichter 7 leitet und danach die zweite Schaltstelle 5, 6 geöffnet wird, während der Gleichrichter 7 nicht leitet. Die Synchronisierung kann z.B. in einer an sich bekannten Art ausgeführt sein, wie sie beim Synchronisieren des Schließens von Schaltern bei der Prüfung benutzt wird.

009 648/321

Wenn die erste Schaltstelle 3, 4 geöffnet wird, während der Gleichrichter 7 leitet, ist diese Schaltstelle durch den Gleichrichter 7 überbrückt, so daß kein Lichtbogen an der Schaltstelle auftreten kann. Wenn die zweite Schaltstelle 5, 6 während der folgenden Halbwelle des Wechselstroms geöffnet wird, wobei der Gleichrichter 7 nicht leitet, dann kann kein Lichtbogen an der zweiten Schaltstelle 5, 6 auftreten.

Es sei bemerkt, daß der Gleichrichter normalerweise den Strom Null oder einen vernachlässigbar kleinen Strom führt und daß er bei geschlossenem Schalter oder Stromunterbrecher nur der Spannung Null oder einer vernachlässigbar kleinen Spannung ausgesetzt ist.

Bei der Ausführung der Erfindung kann der Gleichrichter in geeigneter Weise ausgewählt sein, vorzugsweise wird jedoch ein Germanium- oder Siliziumgleichrichter verwendet. Gleichrichter, welche die halbleitenden Eigenschaften von Silizium verwenden, haben den Vorteil, daß sie bei höheren Temperaturen und mit höheren Rück- oder Sperrspannungen als Germaniumgleichrichter betrieben werden können, so daß die Siliziumgleichrichter kleiner ausgeführt werden können als Germaniumgleichrichter, und daß sie leichter in oder in Verbindung mit dem Schalter oder Stromunterbrecher angeordnet werden können. Siliziumgleichrichter haben bei manchen Anwendungszwecken den Nachteil, daß der Spannungsabfall beim Stromdurchgang in der Durchlaßrichtung des Gleichrichters höher ist als bei anderen Gleichrichtertypen. Dieser höhere Spannungsabfall ist jedoch bei der Anwendung des Siliziumgleichrichters in Verbindung mit Schaltern und Stromunterbrechern gemäß der Erfindung nicht nachteilig.

Bei der Kontaktsteuerung nach der Erfindung enthält die Gleichrichteranordnung im allgemeinen eine Anzahl von Germanium- oder Siliziumgleichrichtereinheiten, die in Reihe zueinander angeordnet sind, um den notwendigen Spannungsbereich zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann auch eine Anzahl von Gleichrichtern oder Gruppen von Gleichrichtern, die geschaltet sind, parallel zueinander angeordnet sein, um die erforderliche Stromaufnahme zu gewährleisten.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung bei elektrischen Schaltern und Stromunterbrechern jeder Art sowie bei jeder Betriebsspannung und -leistung mit oder ohne weitere Steuer- oder Löschvorrichtungen für den Lichtbogen verwendet werden kann, wie sie an sich bekannt sind und entweder in Luft, Gas, öl oder einem anderen Medium arbeiten.

In manchen Fällen kann in bekannter Weise ein Widerstand oder eine andere Impedanz R in Reihe mit dem Gleichrichter geschaltet sein, wie z. B. in Fig. 1, und zwar in dem Nebenschlußweg der ersten Trennstelle. Ein solcher Widerstand oder eine solche Impedanz erniedrigt den Strom in dem Gleichrichter, so daß dessen Größe vermindert werden kann. Die Kontakte der ersten Trennstelle führen dann Strom, wenn sie während der leitenden Halbwellen des Gleichrichters geöffnet werden, wobei jedoch die Belastung der Trennstelle durch den Gleichrichter vermindert wird. Die Belastung der zweiten Trennstelle wird sowohl durch den Widerstand oder die Impedanz als auch durch den Gleichrichter in der oben beschriebenen Weise vermindert.

Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 enthält der Schalter einen beweglichen Kontakt 20, der mit festen Kontakten 21, 22 zusammenarbeitet. Die Kontakte 20 und 21 sind an Leitungen 23 und 24 angeschlossen, die durch den Schalter verbunden werden sollen. Der Kontakt 22 ist an die Leitung 24 über einen Gleichrichter 25 angeschlossen, der vorzugsweise eine Anzahl von Germanium- oder Siliziumgleichrichtereinheiten 26 enthält, die im Innern einer Isolierröhre 27 in Berührung miteinander angeordnet sind, wobei ein Druck auf die Reihe von Gleichrichtereinheiten durch leitende Abschlußglieder 28 und 29 ausgeübt wird, die mit dem Kontakt 22 bzw. der Leitung 24 verbunden sind. Die Zahl der Einheiten 26 ist entsprechend der Nennspannung gewählt. Die Größe der

ίο Gleichrichtereinheiten ist entsprechend dem Nennstrom bemessen, und im Bedarfsfall kann die Anordnung eine Anzahl von Gleichrichterserien der Ausführung 25 enthalten, die in der Weise angeschlossen sind, wie dies in gestrichelten Linien 25 α für einen weiteren Gleichrichter angedeutet ist.

Das Kontaktmesser 20 ist bei 30 schwenkbar befestigt, und die Winkelausdehnung der verschiedenen Kontakte ist so bemessen, daß das Messer 20 mit dem Kontakt 22 in Eingriff kommt, bevor es den Kontakt 21 verläßt. In der dargestellten Lage des Messers sind die Leitungen 23 und 24 direkt verbunden. Bei einer Bewegung des Kontaktmessers entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 3 findet eine erste Unterbrechung zwischen dem Messer 20 und dem Kontakt 21 statt, und durch die Bewegung des Messers 20 über den Kontakt 22 wird der Gleichrichter 25 parallel zu der Trennstelle zwischen den festen Kontakten 22 und 21 in der gestrichelt gezeichneten Lage 20' des Messers geschaltet. Eine weitere Unterbrechung des Kreises findet bei der Weiterbewegung des Messers über den Kontakt 22 hinaus statt, wenn es die gestrichelt gezeichnete Stellung 22' einnimmt, wobei diese zweite Unterbrechung zwischen dem Schaltmesser und dem Kontakt 22 stattfindet.

Die Wirkungsweise der Synchronisiereinrichtung und des Gleichrichters bei Abschaltung des Stromes ist ähnlich wie die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene.

Fig. 3 zeigt ein im wesentlichen an sich bekanntes Ausführungsbeispiel, bei dem die zwei Trennstellen in dem Schaltkreis synchron zum Wechselstrom betätigt werden. In dem Beispiel ist an dem Schaltmesser 20 ein isolierter Griff 31 befestigt, durch den das Schaltmesser in die dargestellte Lage zur Schießung des Stromkreises bewegt werden kann. Das Schaltmesser wird durch eine Zugfeder 32 in die offene Stellung 22' gezogen, die zwischen dem Hebel 31 und einem Befestigungspunkt 33 angebracht ist. Die offene Lage des Hebels 31 und des Messers 20 ist durch einen festen Anschlagstift 34 festgelegt.

Der Schalter wird in der dargestellten, geschlossenen Stellung durch eine Sperrklinke 35 gehalten, die am Punkt 36 gelenkig befestigt ist und mit einem Sperrzahn 37 des Hebels 31 in Eingriff kommt. Der Teil 35 ist in der dargestellten Lage durch sein Eigengewicht vorbelastet, wobei diese Stellung durch einen festen Anschlagstift 36 a bestimmt wird. Der Teil 35 besteht aus magnetischem Material und bildet einen beweglichen Anker, der entgegen dem Uhrzeigersinn um den Drehpunkt 36 mit Hilfe eines Magneten 37' mit einer Wicklung 38 betätigt werden kann.

Ein Stromwandler 39, der auf der Leitung 23 angeordnet ist, hat eine Sekundärwicklung, die durch einen Widerstand 40 belastet ist. Die Enden des Wider-Standes sind mit dem Gitter und der Kathode einer Gasentladungsröhre, z. B. einer, die unter dem geschützten Namen Tyrathron bekannt ist, verbunden. Die Wicklung 38 liegt im Anodenkreis des Tyrathrons, wobei als Anodenstromquelle eine Akkumulatorbatterie 42 dient. Eine veränderliche Induktivität 43 liegt

vorzugsweise in Reihe mit dem Anodenkreis für einen weiter unten erläuterten Zweck. Der Gitterkreis enthält eine Vorspannungsquelle, z.B. eine Batterie44, welche das Tyrathron normalerweise nichtleitend macht.

Beim Betrieb erzeugt der Stromwandler 39, der als S ättigungswandler ausgeführt ist, bei Überströmen von einer Größe, die der Schalter unterbrechen soll, während jeder Halbwelle des Wechselstroms eine Stromspitze kurzer Dauer. Diese Stromspitze liegt in Gegenphase zu dem Scheitelpunkt des Hauptstroms, der in Fig. 2 am Punkt A in gestrichelten Linien angedeutet ist, und zwar in der ersten positiven Halbwelle dieser Figur. Da der Widerstand 40 eine ohmsche Belastung darstellt, tritt an ihm ein entsprechender Spannungsimpuls auf, der dem Gitter des Tyrathrons zugeführt wird. Wenn der von dem Überstrom erzeugte Spannungsimpuls dem Gitter während einer positiven Halbwelle des Stroms zugeführt wird, zündet das Tyrathron, und die Spule 38 wird erregt, wobei die Klinke 35 angezogen und von dem Sperrzahn 37 abgehoben wird. Der Hebel 31 wird daher freigegeben, und die Feder 32 bewegt das Messer 20 zum Kontakt 22 hin und von dort in die vollständig geöffnete Stellung 22'.

Die Kraft der Feder 32 mit Bezug auf das Trägheitsmoment des Schaltmessers 20 und des Hebels 31 sowie der damit sich bewegenden Teile sowie die Winkelausdehnung des Kontaktes 21 sind so ausgeführt, daß das Messer 20 den Kontakt 21 in einem Zeitpunkt zu verlassen beginnt, der um Dreiviertel einer Periodendauer nach der Erzeugung des Spannungsimpulses an dem Belastungswiderstand 40 liegt. Die erste Unterbrechung in dem Kreis zwischen den Leitern 23 und 24 beginnt daher am Punkt B in Fig. 2. Die veränderliche Induktivität 43, die eine veränderliche Zeitverzögerung des Stromanstieges in der Spule 38 hervorruft, nachdem das Tyrathron gezündet hat, ermöglicht es, die Zeiteinstellung für das öffnen der Kontakte 20 und 21 vorzunehmen, damit der Kontakt 21 genau am Punkt B geöffnet wird.

Die weitere Öffnungsbewegung zwischen den Kontakten 20 und 21 findet daher während der positiven Halbwelle statt, während der Gleichrichter 25 leitend ist, so daß die Kontakte ohne Stromfluß geöffnet werden.

Die Lage der linken Spitze des Kontaktes 22 ist so gewählt, daß das Schaltmesser 20 von der linken Spitze des Kontaktes 21 sich bis zur linken Spitze des Kontaktes 22 in der Zeit einer Halbperiode bewegt, so daß die zweite Unterbrechung des Kreises, nämlich zwischen dem Schaltmesser 20 und dem Kontakt 22, an dem Punkt C in Fig. 2 oder in der Nähe desselben stattfindet. Diese zweite Unterbrechung öffnet daher den Kreis während der folgenden nichtleitenden Halbperiode des Gleichrichters 25, so daß die zweite Trennstelle auch stromlos geöffnet wird.

Im Bedarfsfall kann eine geeignete Schaltung zur Phasenverschiebung zwischen den Klemmen des Belastungswiderstandes 40 und dem Gitterkreis des Tyrathrons angeordnet sein, so daß der Spannungsimpuls, welcher das Tyrathron zündet, an einem vorbestimmten Punkt der Wechselstromperiode liegt, der von dem Punkt A der Fig. 2 abweicht.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, kann ein Widerstand oder eine Impedanz R in Reihe mit dem Gleichrichter angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 in gestrichelten Linien dargestellt ist.

Es ist ferner klar, daß entweder die eine oder beide Trennstellen so ausgebildet sein können, daß sie eine Mehrfachunterbrechung an Stelle einer Einzelunterbrechung hervorrufen, so daß die Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt ist.

Bei einer Abänderung der beschriebenen Anordnung nach Fig. 1 sind die Kontakte 5 und 6 nicht mit dem Hauptkreis verbunden, der durch die Kontakte 3 und 4 geöffnet wird, sondern liegen in Reihe mit dem Gleichrichter, nämlich in dem Nebenschlußweg zu den Kontakten 3 und 4.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Wechselstromschalter mit zwei Unterbrechungsstellen, von denen die eine Schaltstelle durch einen Einweggleichrichter überbrückt ist, gekennzeichnet durch eine solche Steuerung der Stromunterbrechung durch auf den zu unterbrechenden Wechselstrom ansprechende Steuerungsmittel, daß die Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter während derjenigen Halbwelle des zu unterbrechenden Stroms geöffnet wird, während welcher der die Trennstelle überbrückende Gleichrichter leitet, und die Schaltstelle ohne Gleichrichter während einer Halbwelle des zu unterbrechenden Stroms geöffnet wird, während der Gleichrichter nicht leitet.

2. Wechselstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle ohne Gleichrichter in dem Parallelzweig in Reihe mit dem Gleichrichter liegt, der die andere Schaltstelle überbrückt.

3. Wechselstromschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle ohne Gleichrichter in Reihe mit der Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter liegt.

4. Wechselstromschalter nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel die Schaltstelle mit dem parallelliegenden Gleichrichter beim Beginn der leitenden Halbwelle des Gleichrichters oder kurz danach öffnen und die Schaltstelle ohne Gleichrichter bei Beginn der nichtleitenden Halbwelle des Gleichrichters oder kurz danach öffnen.

5. Wechselstromschalter nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand oder eine andere Impedanz in Reihe mit dem Gleichrichter in dem Parallelzweig des Gleichrichters liegt, der die Schaltstelle überbrückt.

6. Wechselstromschalter nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter aus einem Silizium- oder Germaniumgleichrichter oder aus einer Anzahl derartiger in Reihe oder parallel zueinander angeordneter Gleichrichter besteht, die einen Einweggleichrichter der erforderlichen Strom- und Spannungsbelastbarkeit bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 638 981, 825 569;
französische Patentschrift Nr. 759 031;
belgische Patentschrift Nr. 505 790.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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