Wechselstromeinschalteinrichtung Es ist vorgeschlagen worden, mit
Hilfe von Schaltstrecken, die durch Starkstromdioden überbrückt sind, Wechsel- und
Drehstromkreise lichtbogenfrei zu unterbrechen und zu schließen. Gegenstand der
Erfindung ist eine Wechselstromeinschalteinrichtung, die ebenfalls lichtbogenfrei
schaltet. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß die mechanischen Schaltstrecken
jeweils in den Zeitabschnitten geschlossen werden, in denen die parallel liegende
Diode stromdurchlässig ist. Verwendet man Halbleiterdioden, wie Germanium- oder
Siliziumdioden, so beträgt deren Durchlaßspannung nur etwa 1 V je Diode, so daß
die mechanische Schaltstrecke nur diese Spannung einzuschalten hat und infolgedessen
beim Einschalten keine Entladungen auftreten können, welche, besonders wenn die
Schaltstrecken prellen, Kontaktabbrand und Zusammenschweißen der Schaltstrecken
zur Folge haben können.AC switch-on device has been proposed with
With the help of switching paths that are bridged by high-voltage diodes, alternating and
Interrupt and close three-phase circuits without arcing. Subject of
Invention is an alternating current switch-on device that is also arc-free
switches. The basic idea of the invention is that the mechanical switching paths
are closed in the time periods in which the parallel
Diode is current-permeable. If you use semiconductor diodes, such as germanium or
Silicon diodes, their forward voltage is only about 1 V per diode, so that
the mechanical switching path only has to switch on this voltage and consequently
no discharges can occur when switching on, which, especially if the
Switching sections bounce, contact erosion and welding together of the switching sections
may result.
Bei Anordnungen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, hat
der Spannungsverlauf an den Schaltstrecken vor ihrem Schließen den in den Figuren
gezeichneten Verlauf, d. h. die Spannung an den Schaltstrecken ist jeweils während
einer Zeit von einer drittel Periode Null. Dabei sind diese Nullzeiten in den drei
Phasen des Drehstromsystems um je 120° gegeneinander versetzt. Die Spannungen U1,
U2, U2 an den Schaltstrecken entsprechen dem Sperrspannungsverlauf eines dreiphasigen
Gleichrichters in Sternschaltung. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei nichtsynchronem
Einschalten jeweils eine der drei Schaltstrecken spannungslos einschaltet. Steuert
man dagegen den Einschaltzeitpunkt der drei Schaltstrecken 4, 5, 6 genau auf den
Zeitpunkt t., in dem gerade zwei Schaltstrecken spannungslos sind, so gewinnt man
gegenüber normalen Drehstromanordnungen, bei denen alle drei Phasen unter Spannung
einschalten, den Vorteil, daß nur eine der drei Phasen Spannung einzuschalten hat.
Steuert man die Einschaltzeitpunkte der drei Schaltstrecken derart, daß sie im Sinne
des Drehstromsystems je um 120° gegeneinander versetzt schalten, und wählt man die
Phase der Schaltzeitpunkte entsprechend, so läßt sich erreichen, daß alle drei Phasen
spannungslos einschalten. In den Fig. 1 und 2 ist der Verlauf der drei Ströme h,
12 und 13 nach dem Einschalten eingezeichnet. Schließt man die Phase 3 im Zeitpunkt
t1, wo die Spannung U3 Null ist, so muß die Phase 1 120° später, d. h. etwa im Zeitpunkt
t2, einschalten. Die Phase 2 sollte dann erfindungsgemäß wiederum um 120'° später
geschlossen werden, d. h. zu einem ; Zeitpunkt, der in Fig. 1 zwischen t3 und t4
liegt. In diesem Zeitpunkt ist der Strom der Phase 2 noch positiv, d. h. für die
Paralleldiode durchlässig, so daß die Spannung U2 noch Null ist. Fig. 1 bezieht
sich auf induktive Phasenverschiebung. Im Fall der Fig. 2, das sich auf einen ohmschen
Stromkreis bezieht, wird die erste Halbwelle des Stromes Il verkürzt, die erste
Halbwelle des Stromes 13 dementsprechend verlängert. Im Fall der Fig. 1, d. h. bei
induktivem Verbraucher, tritt ein den Wechselströmen überlagertes Gleichstromglied
auf. Dieses Gleichstromglied läßt sich bei dem lichtbogenfreien Einschalten nach
der Erfindung nicht vermeiden, da jeweils zu Zeiten eingeschaltet wird, in denen
die Spannung Null ist.In arrangements as shown in FIGS. 1 and 2, has
the voltage curve at the switching paths before they close in the figures
drawn course, d. H. the voltage at the switching paths is during
a time of a third period zero. These are no-stop times in the three
Phases of the three-phase system offset from one another by 120 °. The voltages U1,
U2, U2 at the switching paths correspond to the reverse voltage curve of a three-phase
Rectifier in star connection. It can be seen without further ado that in the case of non-synchronous
Switching on, one of the three switching paths is switched on in a de-energized state. Controls
on the other hand, the switch-on time of the three switching paths 4, 5, 6 exactly to the
Time t., At which two switching sections are de-energized, you win
compared to normal three-phase arrangements in which all three phases are live
switch on, the advantage that only one of the three phases has to switch on voltage.
If you control the switch-on times of the three switching paths in such a way that they in the sense
of the three-phase system offset from each other by 120 °, and you select the
In accordance with the phase of the switching times, it can be achieved that all three phases
Switch on without voltage. In Figs. 1 and 2, the course of the three currents h,
12 and 13 drawn in after switching on. If you close phase 3 at the time
t1, where voltage U3 is zero, phase 1 must be 120 ° later, i.e. H. around the time
t2, switch on. According to the invention, phase 2 should then again be 120 ° later
be closed, d. H. to a ; Time, which in Fig. 1 between t3 and t4
lies. At this point in time the phase 2 current is still positive; H. for the
Parallel diode permeable, so that the voltage U2 is still zero. Fig. 1 relates
focus on inductive phase shift. In the case of FIG. 2, which is based on an ohmic
Referring to the circuit, the first half-wave of the current II is shortened, the first
Half-wave of the current 13 is extended accordingly. In the case of FIG. H. at
inductive consumer, a direct current element superimposed on the alternating currents occurs
on. This direct current element can be reduced when the arc-free switch-on
not avoid the invention, since it is switched on at times in which
the voltage is zero.
Bekanntlich neigen mechanische Schaltstrecken dazu, nach dem ersten
Einschalten zu prellen. Wenn während des Prellens schon Ströme fließen, so besteht
die Gefahr, daß die Kontakte durch den beim Prellen entstehenden Lichtbogen abbrennen
oder zusammenschweißen. Aus diesem Grunde wird nach der weiteren Erfindung das Schaltverfahren
mit Schaltstrecken verwirklicht, deren Prellzeit kleiner ist als etwa eine oder
eine halbe Halbwelle des Arbeitsstromes. Es ist zwar schwierig, das Prellen bei
mechanischen Schaltstrecken ganz zu unterdrücken, es ist aber verhältnismäßig leicht,
es bei technischem Wechselstrom von 50 Hz auf die Zeit von etwa einer oder einer
halben Halbwelle oder auch noch weiter zu beschränken.As is well known, mechanical switching paths tend to after the first
Switch on to bounce. If currents are already flowing during the bouncing, then there is
the risk that the contacts will burn off due to the arcing caused by the bouncing
or weld them together. For this reason, according to the further invention, the switching method
realized with switching paths whose bounce time is less than about one or
half a half cycle of the working current. Although it is difficult to prevent the bouncing
to suppress mechanical switching paths completely, but it is relatively easy to
it with technical alternating current of 50 Hz to the time of about one or one
half a half-wave or even further.
Damit während des Prellens möglichst noch kein Strom in den Schaltstrecken
fließt, müssen die Einschaltzeitpunkte innerhalb der spannungslosen Zeitabschnitte
möglichst frühzeitig gewählt werden. Beispielsweise kann in den Fig. 1 und 2 der
Zeitpunkt t1 kurz nach dem Nullwerden der Spannung U3 liegen, so daß bis zum Einsetzen
des Stromes 1s noch eine Zeit zur Verfügung steht, die größer ist als die Prellzeit.
Ebenso können die Zeitpunkte t2 und ts gewählt
werden. Man sieht
aus den Fig. 1 und 2, in denen die aufgenommenen Oszillogramme mit induktiver und
ohmscher Last nachgezeichnet sind, daß man zu besonders vorteilhaften Ergebnissen
kommt, wenn man die erste Phase, d. h. die Phase 3, im Zeitpunkt t1 kurz nach dem
Nullwerden der Spannung U3 einschaltet, die beiden anderen Phasen dagegen gleichzeitig
im Zeitpunkt t3, etwa eine Halbwelle später als t1. Man sieht, daß dann im Fall
induktiver Last in der Phase 1 noch die Zeit von t3 bis t4 zur Verfügung steht,
während der die Schaltstrecke der Phase 2 prellen kann, ohne daß die Schaltstrecke
Strom führt, da bis zum Zeitpunkt t4 die Diode 7 der Phase 1 stromdurchlässig ist.
Im Fall ohmscher Belastung ist die erste Halbwelle des Stromes Il verkürzt, so daß
nur eine Zeit von t3 bis t4, die kleiner ist als eine halbe Halbwelle, zur Verfügung
steht. Aus diesem Grunde würde es noch vorteilhafter sein, den Einschaltzeitpunkt
der Phase 1 von t3 nach t2 vorzurücken, so daß also alle drei Phasen kurz nach dem
Nullwerden der Spannungen Ui, U2, U3 einschalten. Dabei liegt dann t2 etwa 120'°
hinter t1, t. dagegen weniger als 120°, nämlich etwa 90°, hinter t2, da der Spannungsverlauf
U2 nach dem Einschalten von t1 und t2 im Sinne einer Vorverlegung des Nulldurchganges
der Spannung U, verzerrt wird. In Fig. 2 ist t' der Zeitpunkt, in dem der Strom
der Phase 2 einsetzt. In diesem Zeitpunkt weisen die Ströme 1i und 1.., den aus
der Figur erkennbaren Knick auf, der die Halbwelle verkürzt bzw. verlängert. Bei
einphasigem Wechselstrom mit zwei in Reihe liegenden Schaltstrecken, die gegensinnig
durch Dioden überbrückt sind, übernimmt bei offenen Schaltstrecken abwechselnd die
eine und die andere Diode die Spannung, so daß jede Schaltstrecke etwa eine Halbwelle
lang spannungslos ist. Das Einschalten nach der Erfindung erfolgt dann für jede
Schaltstrecke innerhalb der spannungslosen Halbwelle, beispielsweise in der Mitte
der Halbwelle oder - um eine größere Sicherheit bezüglich Prellen zu erzielen -
bereits nach Ablauf von
der spannungslosen Halbwelle, so daß die Prellzeit der Schaltstrecken so groß wie
der Rest der Halbwelle, d. h.
Bruchteile einer Halbwelle, sein kann.So that no current flows as far as possible in the switching paths during the bouncing, the switch-on times within the de-energized time segments must be selected as early as possible. For example, the time t1 in FIGS. 1 and 2 can be shortly after the voltage U3 becomes zero, so that a time is still available before the onset of the current 1s which is greater than the bounce time. The times t2 and ts can also be selected. It can be seen from FIGS. 1 and 2, in which the recorded oscillograms with inductive and ohmic load are traced, that one arrives at particularly advantageous results if the first phase, ie phase 3, is taken at time t1 shortly after the zero point Voltage U3 switches on, the other two phases, on the other hand, at the same time at time t3, about a half-cycle later than t1. It can be seen that in the case of an inductive load in phase 1, the time from t3 to t4 is still available during which the switching path of phase 2 can bounce without the switching path carrying current, since the diode 7 of the Phase 1 is current-permeable. In the case of an ohmic load, the first half-cycle of the current II is shortened, so that only a time from t3 to t4, which is less than half a half-cycle, is available. For this reason, it would be even more advantageous to advance the switch-on time of phase 1 from t3 to t2, so that all three phases switch on shortly after the voltages Ui, U2, U3 become zero. Then t2 is about 120 ° behind t1, t. on the other hand, less than 120 °, namely about 90 °, behind t2, since the voltage profile U2 is distorted after switching on t1 and t2 in the sense of bringing the zero crossing of the voltage U forward. In FIG. 2, t 'is the point in time at which the phase 2 current begins. At this point in time, the currents 1i and 1 .. show the kink that can be seen in the figure, which shortens or lengthened the half-wave. In the case of single-phase alternating current with two switching paths in series, which are bridged in opposite directions by diodes, one and the other diode alternately takes over the voltage when the switching paths are open, so that each switching path is de-energized for about a half-wave. Switching on according to the invention then takes place for each switching path within the voltage-free half-wave, for example in the middle of the half-wave or - in order to achieve greater security with regard to bouncing - already after expiry of the de-energized half-wave, so that the bounce time of the switching paths is as great as the rest of the half-wave, ie Fractions of a half-wave.
In den Schaltbildern der Fig. 1 und 2 sind außer den Schaltstrecken
4, 5 und 6 und den Dioden 7, 8 und 9 noch weitere Schaltstrecken 10, 11 und 12 gezeichnet,
welche in Reihe mit den Dioden liegen. Diese Schaltstrecken haben den Vorteil, daß
mit ihrer Hilfe die Dioden 7, 8 und 9 im offenen Zustand des Stromkreises spannungslos
gemacht werden können. Wenn der Stromkreis mit dem Verbraucher 13' bzw. 13" eingeschaltet
werden soll, müssen in einem bestimmten Rhythmus die sechs Schaltstrecken 4, 5,
6 und 10, 11, 12 geschlossen werden, und zwar jeweils derart, daß zuerst 10, 11,
12 in denjenigen Zeitabschnitten schließen, in denen die zugehörigen Dioden sperren,
denn dann liegt keine Spannung an den Schaltstrecken 10, 11, 12. Im Gegensatz dazu
werden, wie vorstehend geschildert, die Schaltstrecken 4, 5, 6 jeweils zu Zeiten
geschlossen, während derer die Paralleldioden 7, 8, 9 durchlässig sind, denn dann
schließen die parallelen Schaltstrecken 4, 5, 6 spannungslos. Es ist bekannt, daß
man bei Verwendung von Reihenschaltstrecken 11 und 12 in einer der Drehstromphasen
die Paralleldiode, beispielsweise 7, beim Ausschalten einsparen kann. Das gleiche
gilt für das Einschalten, indem lediglich die Schaltstrecken 11 und 12 und die Schaltstrecken
5 und 6 derart in ihren gegeneinander versetzten Schaltzeitpunkten gewählt werden,
daß jede von ihnen spannungslos einschaltet.In the circuit diagrams of FIGS. 1 and 2, except for the switching paths
4, 5 and 6 and the diodes 7, 8 and 9 still further switching paths 10, 11 and 12 are drawn,
which are in series with the diodes. These switching paths have the advantage that
with their help, the diodes 7, 8 and 9 are de-energized in the open state of the circuit
can be made. When the circuit with the consumer 13 'or 13 "is switched on
the six switching sections 4, 5,
6 and 10, 11, 12 are closed, in each case in such a way that first 10, 11,
12 close in those periods of time in which the associated diodes block,
because then there is no voltage on the switching paths 10, 11, 12. In contrast to this
are, as described above, the switching paths 4, 5, 6 each at times
closed, during which the parallel diodes 7, 8, 9 are permeable, because then
the parallel switching paths 4, 5, 6 close without voltage. It is known that
when using series connection sections 11 and 12 in one of the three-phase phases
the parallel diode, for example 7, can save when switching off. The same
applies to switching on by only switching paths 11 and 12 and the switching paths
5 and 6 are selected in their mutually offset switching times in such a way that
that each of them switches on without voltage.
Besondere Bedeutung hat die Erfindung für das Einschalten von kapazitiven
Stromkreisen, da hierbei normalerweise hohe Einschaltstromspitzen auftreten. Wählt
man die Schaltzeitpunkte nach der Erfindung so, daß jeweils während der spannungslosen
Zeitabschnitte eingeschaltet wird, so kann man die Schaltstrecken von den hohen
Stromspitzen der Kondensatoren vollständig entlasten, wenn man dafür Sorge trägt,
daß die Prellzeit der Schaltstrecken nicht größer ist als die Durchlaßzeit der zu
den Schaltstrecken parallel liegenden Dioden.The invention is of particular importance for switching on capacitive
Circuits, since this usually results in high inrush current peaks. Chooses
one the switching times according to the invention so that in each case during the dead
Periods of time is switched on, so you can see the switching distances from the high
Completely relieve the current peaks of the capacitors, if you take care,
that the bounce time of the switching distances is not greater than the passage time of the to
diodes lying parallel to the switching paths.
Die Erfindung eignet sich auch zum Einschalten höherer Spannungen,
bei denen mehrere Dioden in Reihe geschaltet werden müssen. Erst wenn die Zahl der
Germanium- oder Siliziumdioden größer wird als etwa zehn, kommt die Durchlaßspannung
an ihnen in Reihenschaltung in die Größenordnung von 10 bis 20 V, so daß in den
Schaltstrecken auch bei günstiger Wahl der Einschaltzeitpunkte kleine Entladungen
auftreten können. Man kann dies dadurch verhindern, daß man mehrere Schaltstrecken
in Reihe benutzt und in bekannter Weise die Potentialverteilung über die Parallelschaltung
mit Widerständen oder dergleichen steuert.The invention is also suitable for switching on higher voltages,
where several diodes have to be connected in series. Only when the number of
Germanium or silicon diodes is larger than about ten, the forward voltage comes
connected to them in series in the order of 10 to 20 V, so that in the
Switching paths small discharges even with a favorable selection of the switch-on times
may occur. You can prevent this by having several switching paths
used in series and in a known manner the potential distribution over the parallel connection
controls with resistors or the like.
Das bei induktiven Stromkreisen auftretende Gleichstromglied, das
sich bei Anwendung der Erfindung nicht vermeiden läßt, würde sich unterdrücken lassen,
wenn man statt der Dioden parallel zu den Schaltstrecken Trioden anwenden -würde,
deren Durchlaßzeit mit einem Steuergitter derart gewählt werden könnte, daß kein
Gleichstromglied auftritt. Diese Möglichkeit scheitert aber praktisch daran, daß
bis heute keine für Starkstromzwecke geeignete Trioden zur Verfügung stehen.The direct current element occurring in inductive circuits, the
cannot be avoided when applying the invention, it would be possible to suppress
if, instead of the diodes, triodes were used in parallel to the switching paths,
whose transmission time could be selected with a control grid such that no
DC link occurs. However, this possibility practically fails because
to date no triodes suitable for high voltage purposes are available.
In dem praktisch häufig vorliegenden Fall, daß der Verbraucher ein
Asynchronmotor ist, kann das Gleichstromglied, das ja auch bei normalem, nichtsynchronem
Schalten in statistisch verteilter Größe auftritt, ohne schwerwiegende Nachteile
in Kauf genommen werden.In the case that is practically often present that the consumer a
Is an asynchronous motor, the direct current element can do that even with normal, non-synchronous
Switching in a statistically distributed size occurs without serious disadvantages
be accepted.
Die im vorstehenden geforderte synchrone Betätigung der Schaltstrecken
und ihre zeitliche Staffelung läßt sich praktisch z. B. mit synchron angetriebenen
Schrittschaltwerken verwirklichen. Dabei kann entweder der Antrieb; z. B. in bekannter
Weise ein Synehronmotor, schnell anlaufend sein, oder man kann eine Kupplung zwischen
Schrittschaltwerk und Antriebsorgan verwenden, wobei diese Kupplung nicht synchron
betätigt wird, aber phasengerechte Verbindung des Antriebs mit dem Schrittschaltwerk
sicherstellt und sich jeweils nach dem Schaltvorgang selbsttätig wieder löst.The synchronous actuation of the switching sections required above
and their staggering can be practically z. B. with synchronously driven
Realize stepping mechanisms. Either the drive; z. B. in known
Way be a synehron motor, fast starting, or you can have a clutch between
Use indexing mechanism and drive unit, this coupling not being synchronous
is actuated, but the correct phase connection of the drive with the stepping mechanism
and releases automatically after each switching process.