DE1209639B

DE1209639B - Synchronous switch

Info

Publication number: DE1209639B
Application number: DEL35900A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Konrad Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-04-13
Filing date: 1960-04-13
Publication date: 1966-01-27

Description

Synchronschalter Synchronschalter (in der Schaltphase gesteuerter Schalter) zum Aus- und Einschalten von Wechsel-oder Drehstromverbrauchern in bestimmten Phasenlagen der Speisespannung oder des Verbraucherstromes haben gegenüber den üblichen Starkstromschaltern und -schützen den Vorteil, daß sie durch parallel zu einzelnen Schaltstrecken liegende Gleichrichter lichtbogenfrei und funkenfrei schalten können und daher, insbesondere bei Einrichtungen mit großer Schalthäufigkeit, zu bedeutend erhöhter Betriebssicherheit und Lebensdauer führen. Durch impulsweise Schaltung kann man z. B. Drehzahl und Stellwege von Antrieben mit Drehstromasynchronmotoren fein steuern, die sich sonst nur mit Gleichstrommotorantrieben befriedigend ausführen lassen.Synchronous switch Synchronous switch (controlled in the switching phase Switch) for switching AC or three-phase current consumers on and off in certain Phase positions of the supply voltage or the consumer current have compared to the usual Power switches and contactors have the advantage that they work in parallel with each other Rectifiers located in the switching path can switch arc-free and spark-free and therefore too important, especially for devices with high switching frequency lead to increased operational safety and service life. By pulsed switching you can z. B. Speed and travel ranges of drives with three-phase asynchronous motors finely controlled, which otherwise only work satisfactorily with DC motor drives permit.

Beim impulsgetasteten Schalten ist es nun aber von großer Bedeutung, daß die Zeitdauer der Einschaltung des Verbrauchers auch genau mit der Zeitdauer der Befehlskontaktgabe übereinstimmt, eine Bedingung, die sich bei normalen Schaltern leichter erfüllen läßt als bei den Synchronschaltern, weil bei diesen durch die zusätzliche Schaltphasenbedingung noch eine Streuung des Zeitabstandes zwischen Befehlskontakt-und Schalterkontaktgabe von mindestens einer Periodendauer des Wechselstromnetzes hinzukommt. Beim erfindungsgemäßen Synchronschalter wird das überhaupt mögliche Minimum der Streuung des Zeitabstandes zwischen Befehlskontakt-und Schaltkontaktgabe erreicht.With pulse-controlled switching, however, it is now of great importance that the duration of the switching on of the consumer also exactly with the duration the command contact, a condition that applies to normal switches Can meet more easily than with the synchronous switches, because with these by the additional switching phase condition still a spread of the time interval between Command contact and switch contact for at least one period of the alternating current network come in addition. With the synchronous switch according to the invention, this is possible at all Minimum of the spread of the time interval between command contact and switching contact achieved.

Die Erfindung unterscheidet sich dadurch vorteilhaft von sonstigen bekannten Synchronschaltern, bei denen der betreffende Zeitabstand je nach Konstruktion oft um ein Vielfaches der Netzperiodendauer schwanken kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Synchronschalters besteht in der besonders schnellen Schaltung. Die Schaltdauer von der Befehlskontaktgabe bis zur neuen Schaltstellung und erreichter Bereitschaft für weitere Schaltaufgaben beträgt nur etwa zwei bis drei Periodendauern, also bei 50-Hz-Netzen 0,04 bis 0,06 Sekunden, während Synchronschalter mit Synchronmotorantrieb mehr als das Sechsfache dieser Schaltdauer benötigen.The invention thereby advantageously differs from others known synchronous switches, in which the relevant time interval depends on the design can often fluctuate by a multiple of the network period. Another advantage of the synchronous switch according to the invention consists in the particularly fast switching. The switching duration from the command contact to the new switch position and reached one Readiness for further switching tasks is only about two to three periods, So for 50 Hz networks 0.04 to 0.06 seconds, while synchronous switches with synchronous motor drive need more than six times this switching time.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter zum lichtbogenfreien Ein- und Ausschalten von Wechselstrom- oder Drehstromverbrauchern, bei dem zum mindesten eine Schaltstrecke in jedem Stromzweig von einer Gleichrichterdiode überbrückt wird und synchron, d. h. in eindeutiger Phasenlage, geöffnet oder geschlossen wird, und bei dem ein von dem abzuschaltenden Strom erregter Elektromagnet vorgesehen ist, welcher einen Hauptschalthebel starten läßt und in eine neue Schaltstellung heranholt. Die Erfindung besteht darin, daß mit Halbwellenstrom erregte und durch Permanentmagnete vormagnetisierte Elektromagnete vorgesehen sind, die den Hauptschalthebel aus einer Ausgangsstellung starten lassen und in eine neue Schaltstellung heranholen, wobei der Hauptschalthebel ohne Erregerstrom in den Elektromagneten in den Endstellungen magnetisch festgehalten und sein Bewegungsablauf durch Feder- und Massenkräfte bestimmt wird. Einer weiteren Ausgestaltung entsprechend wird der den Start durch Schwächung der permanentmagnetischenAnzugskraft des einen Magnetsystems bewirkende Halbwellenstrom über Schaltkontakte je eines Hilfsrelais für beide Schaltrichtungen (Ein und Aus) gespeist, wobei das Relais ebenfalls mit Halbwellenstrom erregt ist, und zwar mit einem Halbwellenstrom solcher Phasenlage gegen den die Hauptschalthebelauslösung bewirkenden Halbwellenstrom, daß die Kontaktgabe des Hilfsrelais in diesem Phasenzeitpunkt erfolgt, in dem der Halbwellenstrom, der die Auslösung bewirkt, eine Stromlücke oder so kleine Momentanwerte hat, daß der Hauptschalthebel durch diesen Stromwert noch nicht starten kann.The invention relates to an arc-free switch Switching AC or three-phase loads on and off, at least for that a switching path in each branch is bridged by a rectifier diode and synchronous, d. H. in a clear phase position, opened or closed, and in which an electromagnet is provided that is excited by the current to be switched off, which can start a main shift lever and bring it into a new switching position. The invention consists in that with half-wave current and excited by permanent magnets pre-magnetized electromagnets are provided, which the main shift lever from a Let the starting position start and move into a new switching position, whereby the main switch lever without excitation current in the electromagnet in the end positions held magnetically and its movement is determined by spring and inertial forces will. According to a further embodiment, the start is made by weakening the permanent magnetic attraction force of the one magnet system causing half-wave current Via switching contacts, one auxiliary relay each for both switching directions (on and off) fed, the relay is also energized with half-wave current, namely with a half-wave current of such a phase position against which the main gear lever release causing half-wave current that the contact of the auxiliary relay in this phase time occurs in which the half-wave current that causes the trip has a current gap or so small instantaneous values that the main shift lever through this current value cannot start yet.

Es sind bereits Wechselstrom-Synchronschalter bekanntgeworden, bei welchen der Start eines Hauptschalthebels durch das Verschwinden des Wechselstroms in der Erregerwicklung bei Nulldurchgang ausgelöst wird, während der Start des Hauptschalthebels beim Erfindungsgegenstand durch den Stromfiuß eines Halbwellenstromes ausgelöst wird. Durch diese Maßnahme ergibt sich eine erhöhte Betriebssicherheit, der Schalter ist einfacher herzustellen.AC synchronous switches have already become known at which the start of a main shift lever by the disappearance of the alternating current is triggered in the excitation winding at zero crossing, while the main shift lever is starting triggered in the subject of the invention by the current flow of a half-wave current will. This measure results in increased operational reliability, the switch is easier to manufacture.

Es ist auch ein Relais zum Ausschalten von Wechselstrom bekanntgeworden, bei welchem der Ablauf der Schalthebelbewegung durch die dem Erregerstrom entsprechende magnetische Zugkraft ganz wesentlich beeinlußt und verändert wird. Im Gegensatz hierzu hat der erfindungsgemäße Schalthebel einen nur durch feste Massen und vorgespannte Federn festgelegten, bestimmten Bewegungsablauf, der sich über mindestens eine volle Periodendauer des zu schaltenden Wechselstromes erstreckt. Bei einem weiteren bekannten selbsttätigen Ausschalter für Wechselstromkreise wird zwar auch der unter Federvorspannung stehende, durch magnetische Haltekraft in der Ausgangsstellung festgehaltene Hauptschalthebel durch einen Wechselstrom ausgelöst, der ebenso wie beim Erfindungsgegenstand den Gleichfluß schwächt. Es soll hier auch dafür gesorgt werden, daß der abzuschaltende Wechselstromkreis im Augenblick oder im Bereich des Strom-Nulldurchganges geöffnet wird. Es ist aber nach den bekanntgemachten Maßnahmen bestenfalls möglich, das Kontaktöffnungsfeuer ein wenig gegenüber dem eines normalen, selbsttätigen Überstromausschalters herabzumindern. Die Schaltphase dieses bekannten Schalters ist nämlich von der Höhe des Überstroms stark abhängig. In der Praxis hat dieser bekannte Schalter keinen Eingang gefunden.A relay for switching off alternating current has also become known, in which the sequence of the lever movement by the corresponding to the excitation current magnetic tensile force is influenced and changed very significantly. In contrast for this purpose, the shift lever according to the invention has a pretensioned only by fixed masses Springs defined, specific sequence of movements, who is about at least extends a full period of the alternating current to be switched. At a further known automatic switch for AC circuits is also the one under spring tension, due to magnetic holding force in the starting position held main gear lever triggered by an alternating current that as well as weakens the constant flow in the subject matter of the invention. It should also be taken care of here that the AC circuit to be switched off is currently or in the range of the Current zero crossing is opened. But it is according to the announced measures at best possible, the contact opening fire a little compared to that of a normal, automatic overcurrent switch. The switching phase of this well-known The switch is heavily dependent on the level of the overcurrent. In practice this known switch has not found an entrance.

Die Erfindung wird mit weiteren vorteilhaften Ausbildungen an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is illustrated with further advantageous developments an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

B i 1 d 1 zeigt die Ausbildung eines Drehstrom-Synchronschalters nach der Erfindung. Der Hauptschalthebel 1 ist ebenso wie die Hilfsschalthebel 2, 3, 4 und 5 um eine gemeinsame Achse a drehbar angeordnet. Die Hilfshebel 2 und 3 federn in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung nach rechts. Der Hebel 3 kommt gegen den festen Kontaktanschlag 9 zur Anlage und der Hebel 2 gegen den Kontaktanschlag 8, wenn der Hauptschalthebel 1 von dem Elektromagneten 10 freigegeben wird. Auch bei ausgeschaltetem Erregerstrom in der Wicklung 10 des Elektromagneten wird der Anker 12 festgehalten durch den Dauermagneten m, dieses Elektromagneten. Wird aber die Wicklung 10 mit Halbwellenstrom solchen Vorzeichens erregt, daß die . Luftspaltinduktion am Anker herabgesetzt wird, so wird der Schalthebel 1 unter der Wirkung der Federkraft der Hilfshebel 2 und 3 bei einer bestimmten Phasenlage des Erregerstromes nach rechts bewegt, der Anker 12 entfernt sich so schnell von dem Elektromagneten 10, daß er nach der auslösenden Stromhalbwelle durch die Kraftwirkung des permanentmagnetischen Flusses von m, nicht wieder zurückgeholt werden kann. Der Anker 12 wird vielmehr von der Federspannung der Hilfsbebel 2 und 3 so lange beschleunigt, bis der Hebel 3 auf dem Kontakt 9 aufliegt. Von diesem Augenblick an beschleunigt nur noch der Hilfshebel 2 den Hauptschalthebel 1. Die Kontaktabgabe von 3 und 9 stellt die erste phasenrichtige Kontaktgabe des Synchronschalters dar. Der Anker 1 hat unter der Wirkung der bis zu diesem Zeitpunkt an ihn abgegebenen Federarbeit eine ganz bestimmte Geschwindigkeit, die während des weiteres Schaltweges des Hebels 2 bis zu dessen Anschlag auf dem Kontakt 8 noch (wenig) zunimmt. Die Flugzeit zwischen den Kontaktgaben bei 9 und 8 wird auf die gewünschte Schaltphasendifferenz von z. B. 90°, also auf 5 ms Zeitdifferenz eingestellt. Gleichzeitig mit der Kontaktgabe zwischen 2 und 8 öffnet der Anschlagkontakt zwischen 2 und 1, und der Hauptschalthebel 1 fliegt nun mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Auftreffen auf den Hilfshebel 4, der bis dahin im Anschlag auf dem Kontakt 7 lag. Wurden im Falle der Stromabschaltung bisher die Kontaktöffnungen 3 und 2 bzw. 2 und 1 benutzt, so kann beim Auftreffen von Hauptschalthebel 1 auf Hilfshebel 4 die Kontaktöffnung 4 und 7 für die nächste Synchroneinschaltung verwendet werden. Von nun an wird der Schalthebel 1 verzögert, zunächst nur unter der in Pfeilrichtung nach links wirkenden Federvorspannung des Hebels 4, danach, wenn auch Hilfshebel 5 von seinem Anschlagkontakt 6 abgehoben wird, unter der Federwirkung von beiden Hebeln 4 und 5 in verstärktem Maße. Der gleichfalls mit dem Hauptschalthebel 1 fest verbundene Anker 13 würde trotz der Verzögerung bei symmetrischem mechanischem Schalteraufbau bis an den zweiten Elektromagneten 11 herankommen, wenn er nicht die kinetischen Energien der bewegten Hilfshebel verloren hätte. Deshalb wird der Elektromagnet 11 mit Halbwellenstrom solchen Vorzeichens und solcher Phasenlage beschickt, daß seine Anzugskraft über diejenige der permanentmagnetischen Zugkraft von ml hinausgesteigert wird und der Hauptschalthebel 1 mit Sicherheit bis zum Anschlag des Ankers 13 an den Magneten 11 herangeholt wird. Die Wicklungen 10 und 11 können auch in Reihe geschaltet werden, oder der Schalter kann so konstruiert werden, daß eine einzige Wicklung sowohl die Schwächung der Ankerzugkraft auf der einen Ankerseite und gleichzeitig die Verstärkung auf der anderen bewirkt wie bei manchen polarisierten Relais. Es kann auch die Anordnung so getroffen werden, daß z. B. der Dauermagnetkern auf dem Hauptschalthebel 1 befestigt wird. Eine Übererregung der Wicklungen 10 oder 11 des Schalters hat dann keine Wiederanziehung des Ankers auf der Startseite, sondern sogar eine zusätzliche magnetische Abstoßung zur Folge.B i 1 d 1 shows the design of a three-phase synchronous switch according to the invention. The main shift lever 1 , like the auxiliary shift levers 2, 3, 4 and 5, is arranged to be rotatable about a common axis a. The auxiliary levers 2 and 3 spring in the direction indicated by the arrows to the right. The lever 3 comes to rest against the fixed contact stop 9 and the lever 2 against the contact stop 8 when the main switching lever 1 is released by the electromagnet 10. Even when the excitation current in the winding 10 of the electromagnet is switched off, the armature 12 is held in place by the permanent magnet m, this electromagnet. But if the winding 10 is excited with half-wave current of such a sign that the. Air gap induction at the armature is reduced, the switching lever 1 is moved to the right under the action of the spring force of the auxiliary levers 2 and 3 at a certain phase position of the excitation current, the armature 12 moves away from the electromagnet 10 so quickly that it passes through after the triggering current half-wave the force of the permanent magnetic flux of m, cannot be brought back again. Rather, the armature 12 is accelerated by the spring tension of the auxiliary fog 2 and 3 until the lever 3 rests on the contact 9. From this moment on, only the auxiliary lever 2 accelerates the main shift lever 1. The contact of 3 and 9 represents the first phase-correct contact of the synchronous switch. The armature 1 has a very specific speed under the action of the spring work delivered to it up to this point in time, which increases (little) during the further switching path of the lever 2 up to its stop on the contact 8. The flight time between the contacts at 9 and 8 is set to the desired switching phase difference of z. B. 90 °, so set to 5 ms time difference. Simultaneously with the contact between 2 and 8, the stop contact between 2 and 1 opens, and the main shift lever 1 now flies at a constant speed until it hits the auxiliary lever 4, which until then was in the stop on contact 7. If the contact openings 3 and 2 or 2 and 1 were previously used in the case of power cut-off, contact openings 4 and 7 can be used for the next synchronous switch-on when the main shift lever 1 hits the auxiliary lever 4. From now on, the shift lever 1 is delayed, initially only under the spring bias of the lever 4 acting to the left in the direction of the arrow, then, when the auxiliary lever 5 is also lifted from its stop contact 6, under the spring action of both levers 4 and 5 to an increased extent. The armature 13, which is also firmly connected to the main shift lever 1, would come up to the second electromagnet 11 despite the delay in the case of a symmetrical mechanical switch structure if it had not lost the kinetic energies of the auxiliary levers that were moved. Therefore, the electromagnet 11 is charged with half-wave current of such a sign and phase position that its attraction force is increased beyond that of the permanent magnetic tensile force of ml and the main shift lever 1 is certainly brought up to the stop of the armature 13 on the magnet 11. The windings 10 and 11 can also be connected in series, or the switch can be constructed so that a single winding has the effect of both weakening the armature pull on one armature side and reinforcing it on the other, as in some polarized relays. It can also be arranged so that, for. B. the permanent magnet core is attached to the main shift lever 1. Overexcitation of the windings 10 or 11 of the switch then does not cause the armature to be attracted again on the home page, but rather even results in additional magnetic repulsion.

Das gleiche kann auch bei Konstruktionen des Schalters erreicht werden, bei denen die Anordnung der Dauermagnetkerne und der Elektromagnete denen an sich bekannter polarisierter Relais entspricht.The same can be achieved with constructions of the switch, where the arrangement of the permanent magnet cores and the electromagnets are in themselves known polarized relay.

B i 1 d 2 zeigt ein Schaltungsbeispiel. Die Spulen 10' und 11' der Elektromagnete 10, 11 werden mit den Drucktasten »Ein« und »Aus« geschaltet, und zwar wird Spule 10' über das Relais 14 geschaltet, dessen Erregerstrom über den Gleichrichter 15 gespeist wird. Der Kontakt 16 des Relais 14 schließt, wenn das Relais 14 anspricht. Wegen der Polung des Gleichrichters 17 beginnt erst in der darauffolgenden Halbwelle des erregenden Wechselstromes ein Strom in 10' zu fließen, und zwar von solchem Vorzeichen, daß die Zugkraft des Haltemagneten 10 in B i 1 d 1 geschwächt wird. Der Hauptschalthebel 1 beginnt dann in der oben beschriebenen Weise seinen Arbeitshub durchzuführen, bis sein Anker 13 in den Anziehungsbereich des Magneten 11 gerät. Dieser Magnet wurde durch die Ausschalttaste »Aus« über den Gleichrichter 18 ebenfalls erregt, und zwar mit solchem Vorzeichen, daß seine magnetische Zugkraft über diejenige des Permanentmagneten ml (B i 1 d 1) hinaus erhöht wird. Der Magnet 11 bringt daher den Anker 13 des Hauptschalthebels 1 zum Anschlag und hält ihn dann mit Hilfe seines Permanentmagneten ml auch noch fest, wenn der Ausschalttaster »Aus« (B i 1 d 2) wieder in seine Ruhestellung zurückgebracht wird. Durch die bei der Beschreibung von B i 1 d 1 genannten Kontaktgaben bzw. Kontaktöffnungen bei diesem Ausschalthub, nämlich erstens Öffnung von Kontakt 2 und 3, zweitens Öffnung von Kontakt 1 und 2, drittens Öffnung von Kontakt 4 und 7 und viertens von 5 und 6, werden die in B i 1 d 2 dargestellten Hauptschaltstrecken 19, 20, 21 und 22 in der aufgezählten Reihenfolge geöffnet, und zwar die Schaltstrecken 19 und 20 in den Halbwellen, in denen die parallelgeschalteten Gleichrichter 23 und 24 Strom führten und die davorgeschalteten Trennstrecken 21 und 22 in den darauffolgenden Halbwellen, in denen die Gleichrichter 23 und 24 in Sperrichtung beansprucht werden. Auf diese Weise sind alle vier Hauptstrecken ohne Schaltfeuer betätigt worden. Beim Einschalten wird die Taste »Ein« betätigt. Dabei laufen die mechanischen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge wieder ab. Die »Ein«-Taste schließt einen Kontakt, welcher ein Relais 25 über einen Gleichrichter 26 an die Phase R legt. Erst eine Halbwelle später wird der Gleichrichter 28 stromführend zu einem Zeitpunkt, in dem das Relais 25 mit Sicherheit schon voll angesprochen hat. Der schwächere Stromimpuls in der Spule 11' läßt daher den Anker 1 in genau definierter Schaltphase starten, die obengenannten Schaltvorgänge an den Hauptschaltkontakten laufen nun in umgekehrter Reihenfolge 22, 21, 20, 19 als Schließungskontakte ab, und der Anker 1 wird auf der linken Seite (B i 1 d 1) von dem Magneten 10 mit der Spule 10' aufgefangen, die durch den direkten Kontakt des »Ein«-Tasters über den Gleichrichter 29 einen die permanentmagnetislhe Zugkraft erhöhenden Strom erhalten hat.B i 1 d 2 shows a circuit example. The coils 10 'and 11' of the electromagnets 10, 11 are switched with the pushbuttons “On” and “Off”; The contact 16 of the relay 14 closes when the relay 14 responds. Because of the polarity of the rectifier 17, a current does not begin to flow in 10 'until the next half-wave of the exciting alternating current, namely of such a sign that the tensile force of the holding magnet 10 in B i 1 d 1 is weakened. The main shift lever 1 then begins to perform its working stroke in the manner described above until its armature 13 comes into the area of attraction of the magnet 11. This magnet was also excited by the "Off" button via the rectifier 18, with such a sign that its magnetic pulling force is increased beyond that of the permanent magnet ml (B i 1 d 1). The magnet 11 therefore brings the armature 13 of the main shift lever 1 to the stop and then holds it in place with the help of its permanent magnet ml when the switch "Off" (B i 1 d 2) is returned to its rest position. Through the contact openings or contact openings mentioned in the description of B i 1 d 1 during this switch-off stroke, namely firstly opening of contacts 2 and 3, secondly opening of contacts 1 and 2, thirdly opening of contacts 4 and 7 and fourthly of 5 and 6 , the main switching paths 19, 20, 21 and 22 shown in B i 1 d 2 are opened in the order listed, namely the switching paths 19 and 20 in the half-waves in which the rectifiers 23 and 24 connected in parallel carried current and the isolating paths 21 connected upstream and 22 in the subsequent half-waves, in which the rectifiers 23 and 24 are loaded in the reverse direction. In this way, all four main lines were operated without switching lights. When switching on, the »On« button is pressed. The mechanical processes take place in the reverse order. The “on” button closes a contact which applies a relay 25 to phase R via a rectifier 26. Only a half-wave later does the rectifier 28 become live at a point in time at which the relay 25 has certainly already responded fully. The weaker current pulse in the coil 11 ' therefore causes the armature 1 to start in a precisely defined switching phase, the above-mentioned switching operations on the main switching contacts now run in reverse order 22, 21, 20, 19 as closing contacts, and the armature 1 is on the left (B i 1 d 1) caught by the magnet 10 with the coil 10 ', which through the direct contact of the "on" button via the rectifier 29 has received a current which increases the permanent magnetic tensile force.

Die Zuordnung der Kontakte in B i 1 d 1 und 2 ist im einzelnen nicht aufgeführt, da sie nach Bedarf gewählt werden kann. Es sei nur noch darauf hingewiesen, daß die zu B i 1 d 1 beschriebenen Kontaktöffnungen 2 und 3 sowie darauffolgend 2 und 1 im Bedarfsfall auch galvanisch getrennt ausgeführt werden können, indem der Hilfshebel 2 an seinen beiden Kontaktstellen 3 und 1 zwei gegeneinander mit getrennten Stromzuführungen versehene Kontakte 2 und 2x erhält. Ferner kann man den Anschlag zwischen den Hebeln 1 und 4 sowie 4 und 5 isolieren und alle Hebel 1 bis 5 gegeneinander isoliert lagern, so daß die Kontaktpaare 3 mit 2 den Schalter 19 in B i 1 d 2 bilden, 2x mit 1 den Schalter20, 4 mit 7 den Schalter 21 und 5 mit 6 den Schalter 22.The assignment of the contacts in B i 1 d 1 and 2 is not listed in detail because it can be selected as required. It should only be pointed out that the contact openings 2 and 3 described for B i 1 d 1 and subsequently 2 and 1 can, if necessary, also be made galvanically separated by the auxiliary lever 2 at its two contact points 3 and 1 having two mutually separate power supplies provided contacts 2 and 2x receives. Furthermore, you can isolate the stop between levers 1 and 4 as well as 4 and 5 and store all levers 1 to 5 isolated from each other, so that the contact pairs 3 with 2 form the switch 19 in B i 1 d 2, 2x with 1 the switch 20, 4 with 7 the switch 21 and 5 with 6 the switch 22.

In B i 1 d 2 wurde angenommen, daß die Hilfsrelais 14 und 25 neutral sind und bei geöffnetem Stromkreis wieder in die Ruhestellung gehen. Bei Erregung mit Halbwellenstrom pflegen solche Relais zum Klappern zu neigen, weil der Anker bereits in der stromlosen Halbwelle zurückzufallen beginnt. Glättungskondensatoren oder Kurzschluß-Dämpferwicklungen sind für die vorliegende Aufgabe ungeeignet, darum sind nach B i 1 d 2 für beide Relais weitere Arbeitskontakte 30 und 31 vorgesehen, mit denen die vorgeschalteten Gleichrichter kurzgeschlossen werden.In B i 1 d 2 it was assumed that the auxiliary relays 14 and 25 are neutral and return to the rest position when the circuit is open. When excited with half-wave current, such relays tend to rattle because of the armature already begins to fall back in the de-energized half-wave. Smoothing capacitors or short-circuit damper windings are unsuitable for the task at hand, so further working contacts 30 and 31 are provided for both relays according to B i 1 d 2, with which the upstream rectifiers are short-circuited.

Die in B i 1 d 2 dargestellte entgegengesetzte Polarität der Gleichrichter 15 und 17 bzw. 26 und 28 ist die richtige, wenn bei einem 50-Hz-Netz die Ansprechzeiten vom Beginn der Stromführung bis zur Kontaktgabe der Relaiskontakte unterhalb von etwa 60° elektrisch entsprechend 3,3 ms liegen. Verwendet man billigere und trägere Relais mit Ansprechzeiten zwischen 7 und 13 ms, so müssen die Polaritäten der Gleichrichter 15 und 17 ebenso wie die von 26 und 28 einander gleichgemacht werden, damit die Kontaktgabe von 16 und 27 jeweils in einem Phasenpunkt erfolgt, in dem die Gleichrichter 17 und 28 sperren. In diesem Falle kann auch für die Gleichrichter 15 und 17 bzw. 26 und 28 jeweils ein einzelner Gleichrichter verwendet werden, wodurch sich die Schaltung vereinfacht und die Gesamtschaltzeit sich nur um eine halbe Periodendauer des Netzes verlängert. Da die Streubreite der Gesamtschaltzeit bei einem derartigen Synchronschalter ohnehin eine Periodendauer beträgt, ist diese Verlängerung der Schaltzeit um im Mittel 1/2 Periodendauer im allgemeinen unschädlich, die genannte Schaltungsvereinfachung daher von Vorteil.The opposite polarity of rectifiers 15 and 17 or 26 and 28 shown in B i 1 d 2 is correct if, in a 50 Hz network, the response times from the start of current conduction to contact of the relay contacts are below approximately 60 ° electrically 3.3 msec. If you use cheaper and slower relays with response times between 7 and 13 ms, the polarities of the rectifiers 15 and 17 as well as those of 26 and 28 must be made the same so that the contact between 16 and 27 takes place in a phase point in which the Block rectifiers 17 and 28. In this case, a single rectifier can also be used for each of the rectifiers 15 and 17 or 26 and 28, which simplifies the circuit and extends the total switching time by only half a period of the network. Since the spread of the total switching time in such a synchronous switch is a period anyway, this extension of the switching time by an average of 1/2 period is generally harmless, and the circuit simplification mentioned is therefore advantageous.

An Stelle der beiden neutralen Hilfsrelais 14 und 25 kann auch ein einzelnes polarisiertes Hilfsrelais verwendet werden, das dann keine zusätzlichen Arbeitskontakte zur Überbrückung des vorgeschalteten Gleichrichters benötigt.Instead of the two neutral auxiliary relays 14 and 25, a single polarized auxiliary relay can be used, which then no additional Working contacts are required to bypass the upstream rectifier.

Es kann auch insbesondere bei kleineren Schaltleistungen oder bei Einphasensynchronschaltern auf die Unterstützung des Heranholens des Ankers des Hauptschalthebels 1 in B i 1 d 1 an der Ankunftseite durch einen die permanentmagnetische Zugkraft unterstützenden Halbwellenstrom in manchen Fällen verzichtet werden.It can also be used in particular with smaller switching capacities or with Single-phase synchronous switches on the support of the approach of the armature of the Main shift lever 1 in B i 1 d 1 on the arrival side by a permanent magnet Half-wave current supporting traction force can be dispensed with in some cases.

B i 1 d 3 zeigt die einfache Schaltung, wie sie sich mit den zuletzt genannten Abänderungen der Schaltung nach B i 1 d 2 ergibt.B i 1 d 3 shows the simple circuit as it relates to the last mentioned modifications of the circuit according to B i 1 d 2 results.

Der ganze Schalter nach B i 1 d 1 wird über in ein polarisiertes Relais 101 in B i 1 d 3 gesteuert, dessen in einem zeitlichen Abstand von etwa einer halben Periodendauer ansprechende Schaltkontakte 108 und 109 den Verbraucher V phasenrichtig ein- oder ausschalten sollen. Das ebenfalls polarisierte Vorrelais 102 kann mit der »Ein«- bzw. »Aus«-Taste über die Gleichrichter 103 und 104 mit Halbwellenstrom des einen oder anderen Vorzeichens erregt werden. Dieses Vorrelais schaltet mit einer Schaltverzögerung von 7 bis 13 ms nach der Überschreitung eines kritischen Momentanwertes des eingeschalteten Halbwellenstromes um (oder bleibt in der jeweiligen Stellung, wenn die gleiche Taste betätigt wird, wie beim vorherigen Schaltvorgang). Beide polarisierte Relais 101 und 102 sind so justiert, daß sie nach der Abschaltung des Erregerstromes in der jeweiligen Stellung permanentmagnetisch festgehalten werden. Im Augenblick der neuen Kontaktgabe am Umschaltekontakt 105 des Relais 102 ist der Momentanwert des Halbwellenstromes bereits wieder zu Null oder so klein geworden, daß das Hauptrelais 101 nicht mehr zum Umschalten kommt. Mit der nächstfolgenden Stromhalbwelle kommt es dann aber in einer vom Phasenzeitpunkt der »Ein«- oder »Aus«-Taste völlig unbeeinflußten gleichmäßigen Phasenlage zum Schalten, weil die betreffende auslösende Stromhalbwelle vollständig zur Wirkung kommt. Weitere Schaltkontakte 106 und 107 sind erforderlich, von denen 106 als Vorkontakt der »Ein«-Taste und 107 als ein solcher der »Aus«-Taste betätigt wird, weil verhindert werden muß, daß z. B. beim Betätigen der »Ein«-Taste ein Strom in 101 bereits zustande kommt, bevor der Kontakt 105 umgeschaltet hat.The whole switch after B i 1 d 1 is turned into a polarized relay 101 in B i 1 d 3 controlled, which at a time interval of about half a Period duration responsive switching contacts 108 and 109 the consumer V in the correct phase should switch on or off. The also polarized pre-relay 102 can with the “on” or “off” button via the rectifiers 103 and 104 with half-wave current of one sign or another are excited. This pre-relay switches with a switching delay of 7 to 13 ms after a critical one is exceeded Instantaneous value of the switched on half-wave current by (or remains in the respective Position if the same button is pressed as in the previous switching process). Both polarized relays 101 and 102 are adjusted so that they are switched off after switching off of the excitation current are held permanently magnetically in the respective position. At the moment of the new contact at the changeover contact 105 of the relay 102 is the The instantaneous value of the half-wave current has already returned to zero or so small, that the main relay 101 no longer comes to switch. With the next one The current half-wave then occurs at one of the phase times when the "On" or "Off" button is pressed completely unaffected uniform phase position for switching because the relevant tripping current half-wave comes into effect completely. Further switching contacts 106 and 107 are required, of which 106 as a pre-contact of the "On" button and 107 as such the "off" key is pressed because it must be prevented that z. B. when you press the "On" key, a current in 101 is already established before the contact 105 has switched.

An Stelle der Doppelkontakte in der »Ein«- und »Aus«-Taste kann auch ein Relais 202 mit zwei Wicklungen vorgesehen werden, wie es B i 1 d 4 zeigt, oder es können getrennte Gleichrichter 303a, 303b, 304a und 304b verwendet werden, wie in B i 1 d 5 dargestellt. Bei offener »Ein«- und »Aus«-Taste ist der Halbwellenstrom in beiden Relah abgeschaltet. Die Wicklungen der Relais können daher bei Impulstastung der Ein- und Ausschaltungen dem Schaltzeitverhältnis der Impulstastung entsprechend höher belastet werden. Es sei der Vorteil der Kaskadenschaltung zweier Relais etwa gegenüber der einfachen Verwendung eines einzelnen mit Halbwellenstrom des einen oder anderen Vorzeichens ein- bzw. ausgeschalteten polarisierten Relais noch besonders hervorgehoben. Ein solches einfaches Relais wird nur dann phasenrein schalten, wenn die Schalttaste zu einem Phasenzeitpunkt geschlossen wird, in dem der eingeschaltete Halbwellenstrom gesperrt ist oder noch so klein ist, daß er den Anker des Relais noch nicht in Bewegung zu setzen vermag. Genau genommen muß man fordern, daß auch noch zu demjenigen späteren Phasenzeitpunkt, in dem die durch die Schalttaste ausgelösten Ausgleichvorgänge abgeklungen sind, der Strom noch so klein sein muß, daß er den Anker des Relais noch nicht in Bewegung zu setzen vermag. Wählt man den ohmschen Vorwiderstand des Erregerstromkreises hinreichend groß, so kann man zwar die für das Abklingen der Ausgieichvorgänge benötigte Zeit auf wenige Winkelgrade beschränken, es ist aber nicht möglich (zumal, wenn mit Netzspannungsschwankungen der den Erregerstrom des Reliefs liefernden Stromquelle zu rechnen ist) dafür zu sorgen, daß der Phasenwinkelbereich, in dem der Halbwellenstrom größer ist als der Schwellwert, bei dem sich der Anker in Bewegung setzt, klein gegenüber der Periodendauer ist. In einer betriebssicher und phasengenau arbeitenden Schaltung wird man vielmehr den Beginn der Ankerbewegung möglichst in den steilsten Teil der mit dem Erregerstrom ansteigenden mechanischen Ankerkraft verlegen. Das führt zu Phasenwinkelbereichen von 60 bis 120°, in denen der Momentanwert des Erregerstromes den Anker in Bewegung zu setzen vermag. Wird daher die Taste in diesem Phasenwinkelbereich betätigt, was in einem Drittel bis einem Sechstel aller zufallsmäßigen Schaltungen der Fall sein wird, so kann eine solche einfache Relaisschaltung nicht phasenrein ansprechen.Instead of the double contacts in the »On« and »Off« buttons, a relay 202 with two windings can be provided, as B i 1 d 4 shows, or separate rectifiers 303a, 303b, 304a and 304b can be used, such as shown in B i 1 d 5. When the "On" and "Off" buttons are open, the current is half-wave switched off in both Relah. The windings of the relays can therefore be pulsed the switching on and off according to the switching time ratio of the pulse sampling are more heavily burdened. It is the advantage of cascading two relays, for example versus simply using a single with half-wave current of polarized relay switched on or off with one or the other sign particularly highlighted. Such a simple relay will only switch in phase, if the switch button is closed at a phase in which the switched on Half-wave current is blocked or is still so small that it is the armature of the relay not yet able to set in motion. Strictly speaking, one must demand that too at that later phase point in time in which the triggered by the switch button Compensation processes have subsided, the current still has to be so small that it does Armature of the relay is not yet able to move. If you choose the ohmic one The series resistance of the excitation circuit is sufficiently large, so you can use the for the decay of the equalization processes limit the time required to a few angular degrees, but it is not possible (especially if the excitation current is affected by mains voltage fluctuations of the current source delivering the relief is to be expected) it must be ensured that the phase angle range, in which the half-wave current is greater than the threshold value at which the armature is sets in motion, is small compared to the period. In an operationally safe and phase-accurate circuit, you will rather start the armature movement if possible in the steepest part of the mechanical that increases with the excitation current Lay anchor force. This leads to phase angle ranges of 60 to 120 ° in which the instantaneous value of the excitation current is able to set the armature in motion. Will therefore the key is actuated in this phase angle range, which is up in a third one sixth of all random switchings will be the case, one can such a simple relay circuit does not respond in a single phase.

Bei der Kaskadenschaltung zweier Relais dagegen ist die Schaltphase des ersten Relais zwar mit der gekennzeichneten Häufigkeit mit Schaltwinkelverzögerungen von (je nach Ausführung) 0 bis 120° behaftet. Für das zweite Relais aber liegt dieser Einschaltwinkelstreubereich noch innerhalb der gekennzeichneten Grenzen, die eingehalten werden müssen, um die volle ungestörte nächste Stromhalbwelle zu gewährleisten. Die verbleibende Schaltwinkelstreuung ist dann nur noch durch Netzspannungsschwankungen bedingt, die um so weniger Schaltphasenfehler bewirken, je kleiner der kritische Stromwert I° für beginnende Ankerbewegung zum Scheitelwert IS des Erregerstromes ist. Beim polarisierten Relais setzt wegen der hier linearen Strom-Kraft-Beziehung die Ankerbewegung um den Phasenwinkel verzögert nach Beginn der Stromhalbwelle ein. Die Streuung des Bewegungseinsatzes bei Netzspannungsschwankungen von X°/° ist daher nur also z. B. bei ± 100/a Netzspannungsschwankung und nur 1°. Einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend kann man Drehstrom-Synchronschaltungen statt mit der in B i 1 d 1 dargestellten Vielkontakteinrichtung auch mit zwei (oder drei) Einphasenschaltungen z. B. nach B i 1 d 4 getrennt durchführen. Das hat den Vorteil, daß diejenige Phase zuerst geschaltet wird, die nach der zufälligen Befehlskontaktphase als erste eine Stromhalbwelle des zugehörigen Halbwellenstromes führt. Die statistische Streuung der Einschaltverzögerung von der Schalttastenkontaktgabe bis zur ausgeführten Drehstromschaltung ist somit nicht mehr 360°, wie bei jeder Einphasen-Synchronschaltung, sondern nur noch 120°, ist also auf ein Drittel zurückgegangen. Das kann bei impulsgetasteten Antrieben ein so wichtiger Vorteil sein, daß der schaltungstechnische Mehraufwand einer solchen mehrfachen Einphasensteuerung gegenüber dem phasengesteuerten Drehstromschalter nach B i 1 d 1 und 2 ausschlaggebend ist. Sämtliche »Ein«- und »Aus«-Schaltkontakte werden jeweils gleichzeitig getastet, wobei es darauf ankommt, daß die verbleibenden Schaltzeitdifferenzen der Ein- oder Auskontaktgaben kleiner als 3 bis 5 ms bleiben. Zweckmäßig werden daher diese Kontakte über weitere neutrale Relais geschaltet. Die Wicklungen der Relais werden zweckmäßig über Vorwiderstände schnell erregt.With the cascade connection of two relays, however, the switching phase of the first relay is subject to the marked frequency with switching angle delays of (depending on the version) 0 to 120 °. For the second relay, however, this switch-on angle scatter range is still within the marked limits that must be adhered to in order to guarantee the full, undisturbed next current half-wave. The remaining switching angle spread is then only caused by mains voltage fluctuations, which cause fewer switching phase errors the smaller the critical current value I ° for the beginning of the armature movement to the peak value IS of the excitation current. In the case of polarized relays, the armature movement is set around the phase angle because of the linear current-force relationship delayed after the start of the current half-wave. The spread of the movement use with mains voltage fluctuations of X ° / ° is therefore only so z. B. at ± 100 / a mains voltage fluctuation and only 1 °. According to a further idea of the invention, three-phase synchronous circuits can also be used with two (or three) single-phase circuits, e.g. B. perform separately according to B i 1 d 4. This has the advantage that that phase is switched first which, after the random command contact phase, is the first to carry a current half-wave of the associated half-wave current. The statistical spread of the switch-on delay from the switch button contact to the executed three-phase switching is no longer 360 °, as with every single-phase synchronous switching, but only 120 °, so it has decreased to a third. In the case of pulse-controlled drives, this can be such an important advantage that the additional circuit complexity of such a multiple single-phase control compared to the phase-controlled three-phase switch according to B i 1 d 1 and 2 is decisive. All "on" and "off" switching contacts are pressed simultaneously, whereby it is important that the remaining switching time differences between the on and off contact inputs remain less than 3 to 5 ms. It is therefore advisable to switch these contacts via additional neutral relays. The windings of the relays are expediently excited quickly via series resistors.

Claims

Claims: 1. Switch for arc-free switching on and off of AC or three-phase consumers, with at least one switching path is bridged by a rectifier diode in each branch and synchronously, d. H. in a clear phase position, is opened or closed and in which one of the current to be switched off excited electromagnet is provided, which has a main shift lever starts and moves it to a new switch position, indicated by that with half-wave current excited and pre-magnetized by permanent magnets electromagnets are provided that can start the main shift lever from an initial position and bring it to a new switch position, with the main switch lever without excitation current held magnetically in the electromagnet in the end positions and its sequence of movements is determined by spring and mass forces.

2. Synchronous switch according to claim 1, characterized in that the start by weakening the permanent magnetic The attraction force of the half-wave current that causes a magnet system via switching contacts one auxiliary relay each for both switching directions (on and off) is fed, the is also excited with half-wave current, namely with half-wave current of such phase position against the half-wave current causing the main shift lever release, that the contact is made of the auxiliary relay takes place in a phase in which the half-wave current, the tripping causes a current gap or such small instantaneous values that the Main switch lever cannot yet start due to this current value.

3. Synchronous switch according to claim 1, characterized in that the main switching lever is actuated by the spring preload the auxiliary lever is set in motion.

4. Synchronous switch after Claim 1 to 3, characterized in that the auxiliary relays in addition to the electromagnets controlling contacts have further working contacts with which to educate of the feeding half-wave current in series with the auxiliary relay windings switched rectifier are bridged.

5. Synchronous switch according to claim 1 to 4, characterized in that the auxiliary relay has a response time of one Third to two thirds of the period of the alternating or three-phase current to be switched have and that the half-wave currents for the auxiliary relay and the starting magnet of the Main switch are selected in phase.

6. Synchronous switch according to claim 1 to 4, characterized in that the auxiliary relay has a response time of less than a sixth of a period and that the half-wave currents for auxiliary relays and Starting magnets are selected in phase opposition.

7. Synchronous switch according to claim 1 to 6, characterized in that a single polarized relay operated with half-wave current is used in place of two auxiliary relays. B. synchronous switch according to claim 1 to 6, characterized in that a polarized relay occurs in place of the main switch and its two pre-magnetized electromagnets, which is permanently magnetically held in both switching positions without excitation current. Considered publications: German Patent Nos. 294729, 492262, 655179, 694 934; German explanatory documents No. 1011959, 1055 082.