DE1227109B - Mechanisch arbeitender Schalter fuer Mehrphasenwechselstrom - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c -35/07

Nummer: 1227109

Aktenzeichen: L 34946 VIII d/21 c

Anmeldetag: 16. Dezember 1959

Auslegetag: 20. Oktober 1966

In manchen Fällen, in denen mehrphasige Stromkreise sehr häufig geschaltet werden, wie beispielsweise bei Motorsteuerung von Aufzügen, Krananlagen usw., besteht die Schwierigkeit, daß die Lebensdauer der Schalter durch den Lichtbogenabbrand begrenzt ist. Die Erfindung betrifft einen mechanisch arbeitenden Schalter für Mehrphasenwechselstrom, bei dem parallel zur Kontaktstrecke jeder Phase ein elektrisches Ventil mit gegenüber der Betriebsspannung verschwindend kleiner Schwellspannung von etwa größenordnungsmäßig 1 V liegt. Erfindungsgemäß weist die Durchlaßrichtung der Ventile aller Phasen gleiche Richtung, bezogen auf den Verbraucher, auf, wobei die Öffnung der mechanischen Schaltstrecken kurz vor dem Nulldurchgang einer Stromhalbwelle in Durchlaßrichtung der Ventile derart erfolgt, daß auf Grund einer an sich bekannten Steuerung die gesamte Lichtbogenbrenndauer ein Minimum wird. Als Ventile kommen vor allem Einkristall-Halbleiterventile auf Germaniumoder Siliziumbasis in Betracht.

Bei geschlossenem Schalter sind diese Ventile strom- und spannungslos, bei geöffnetem Schalter sind sie stromlos, wenn das Drehstromsystem keinen Nulleiter hat; während des Schaltvorganges führen eine oder mehrere der Ventile kurzzeitig, nämlich höchstens vom öffnen des ersten Schalterpoles bis zum Erlöschen des letzten Schaltlichtbogens, Strom. Es laß sich nachweisen, daß durch eine derartige Parallelschaltung von Ventilen die Lichtbogenzeit am Schalter auch dann wesentlich verringert wird, wenn der mechanische Schalter nicht synchron geschaltet wird. Je nach dem Öffnungszeitpunkt des mechanischen Schalters öffnet mindestens eine Kontaktstrecke lichtbogenfrei, da der Strom je nach dem Schaltaugenblick in einer oder in zwei Phasen in Richtung der parallelgeschalteten Ventile geht und diese Ventile, insbesondere wenn sie aus Germaniumoder Siliziumdioden bestehen, einen kleinen Spannungsabfall in Durchlaßrichtung haben, so daß an der sich öffnenden mechanischen Schaltstrecke kein Bogen zünden kann, sondern der Strom in der parallelliegenden Diode bis zum natürlichen Nulldurchgang weiterfließt. Im Gegensatz zu einem normalen mehrphasigen Schalter ohne parallelgeschaltete Ventile, bei dem beim Öffnen in allen Schaltstrecken Lichtbögen entstehen, entstehen bei dem Schalter nach der Erfindung nur an einem, höchstens an zwei Polen Lichtbögen. Damit ist eine wesentliche Verringerung des Lichtbogenabbrandes gegeben, besonders auch deshalb, weil durch die parallelliegenden Ventile die Löschbedingungen für den Lichtbogen

Mechanisch arbeitender Schalter für
Mehrphasenwechselstrom

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin

an dem einen oder an den beiden lichtbogenzündenden Kontakten verbessert werden. Bei nichtsynchronem Schalter läßt sich die gesamte Lichtbogendauer und damit der Abbrand auf die Hälfte oder auf einen

ao noch geringeren Bruchteil herabsetzen.

Eine weitere entscheidende Verringerung des Lichtbogenabbrandes läßt sich dadurch erzielen, daß die Anordnung nach der Erfindung nicht willkürlich, sondern synchron mit dem Drehstrom zu einem bestimmten günstigsten Zeitpunkt ausgelöst wird. Die geringste Gesamtlichtbogenbrenndauer erhält man, wenn die drei gleichzeitig öffnenden Schaltstrecken in einem Zeitpunkt öffnen, der kurz vor dem Ende der Stromhalbwelle in Durchlaßrichtung der Ventile liegt. In diesem Fall brennt nur an einem der Kontakte reichlich während einer halben Halbwelle ein Lichtbogen.

Es sind bereits Anordnungen zum Ausschalten von Wechselstromkreisen bekannt, bei denen zu den Schaltstrecken parallel ein Halbleiterventil angeordnet ist. Überträgt man derartige Anordnungen jedoch auf Mehrphasensysteme, so ist im Stand der Technik nicht die Lehre enthalten, die Durchlaßrichtung der Ventile aller Phasen in gleicher Richtung bezogen auf den Verbraucher anzuordnen. Eine derartige Maßnahme ist nicht selbstverständlich, wie es bei flüchtiger Betrachtung erscheinen könnte, da mindestens in einer Phase während einer Schaltung infolge der in Sperrichtung beanspruchten Diode an einem mechanischen Kontakt ein Lichtbogen gezogen wird. Doch ergibt sich in dieser Folge ein minimaler Aufwand für die Steuereinrichtung der mechanischen Schaltstrecken. Da des weiteren nach arithmetischer Verteilung sich die Lichtbogenbildung auf die im Beispiel vorgesehenen drei mechanischen Kontakte verteilt, wird die Lebensdauer der Anlage unter diesem Gesichtspunkt verdreifacht.

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Weiterhin bekannte Einrichtungen zum funkenlosen Öffnen oder Schließen von Wechselstromkreisen, z. B. mit einer symmetrischen Anordnung zweier Löschkreise parallel zur Unterbrechungsstelle oder ähnliche Formen, erfordern einen gegenüber dem Anmeldungsgegenstand erhöhten Aufwand. So sind z. B. Schalteinrichtungen für periodisches Schalten ausgeführt, bei denen parallel zur Schaltstrecke eine Parallelschaltung aus einem Ventil und einem Kondensator vorgesehen ist, die jedoch auch unter dem vorstehend erwähnten Nachteil zu betrachten sind.

Die synchrone Schaltung von Mehrphasenwechselströmen ist bereits bekannt, jedoch stellt sie im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen der Erfindung eine vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dar.

In Fig. 1 der Zeichnung bedeuten 1, 2, 3 die Drehstromzuleitungen zum Verbraucher 4. 5, 6, 7 sind die drei Pole eines Schalters, zu denen widerstands- und induktivitätsarm parallel geschaltet die elektrischen Ventile 8, 9, 10 liegen. Die Ventile müssen alle drei die gleiche Durchlaßrichtung, beispielsweise zum Verbraucher hin oder vom Verbraucher weg, aufweisen.

Eine weitere Verringerung des Lichtbogenabbrandes läßt sich dadurch erzielen, daß die Anordnung nach der Erfindung nicht willkürlich, sondern synchron mit dem Drehstrom zu einem bestimmten günstigen Zeitpunkt ausgelöst wird, und zwar erhält man die geringste Gesamtlichtbogenbrenndauer, wenn die drei gleichzeitig öffnenden Schaltstrecken 5, 6, 7 in einem Zeitpunkt öffnen, der kurz vor dem Ende einer Stromhalbwelle in Durchlaßrichtung der Ventile liegt. In diesem Fall brennt nur an einem der Kontakte reichlich während einer halben Halbwelle ein Lichtbogen. Die synchrone Auslösung kann dadurch geschehen, daß ein Auslöser 11, der den Nulldurchgang des Stromes der Phase 3 erfaßt, beispielsweise eine Sättigungsdrossel oder ein Stromwandler mit einem Gleichrichter, auf den Auslösemechanismus 12 des Schalters einwirkt. Wenn beispielsweise der Auslöseimpuls von 11 beim Übergang des Stromes der Phase 3 von der negativen in die positive vom Ventil 6 durchgelassene Stromrichtung erfolgt und wenn die mechanische Eigenzeit des Schalters etwas kleiner ist als eine Halbwelle, so öffnen die Kontakte 5, 6, 7 kurz vor dem Nullwerden der positiven Halbwelle in der Phase 3.

In F i g. 2 ist angedeutet, wie die Erfindung in dem Fall angewendet werden kann, daß ein Motor 4' mit Drehzahlumkehr durch Vertauschen der Phasenfolge betrieben wird. In diesem Fall schaltet man in bekannter Weise zwei Drehstromschalter 13 und 14 mit zwei vertauschbaren Phasen parallel. In Reihe mit diesen als Trennschalter lichtbogenfrei schaltenden Drehstromschaltern liegen die Leistungsschalter nach der Erfindung. Wenn man die beiden Schalter 15 und nicht mechanisch miteinander koppelt, sondern ihren Auslöseeinrichtungen 17 und 18 über die Auslöser 19 und 20 synchrone Kommandos gibt, so läßt sich erreichen, daß der Motor vollkommen lichtbogenfrei geschaltet werden kann, was besonders für den sogenannten »Tipp-Betrieb«, d. h. für sehr häufiges kurzzeitiges Ein- und Ausschalten von Vorteil ist. Die Parallelschaltung von Ventilen zu den Leistungsschaltern erleichtert die Löschbedingungen für den Lichtbogen so sehr, daß die Löschkammern und sonstigen Lichtbogenlöscheinrichtungen verkleinert oder ganz eingespart werden können. Bei hohen Spannungen wird man mehrere Ventile in Reihe schalten, bei hohen Strömen kann man mehrere Ventile in Parallelschaltung benutzen.

Wenn das Mehrphasensystem einen Nulleiter hat, so kann man auch in die Nulleitung einen mechanischen Schalter legen und diesen mit einem Ventil, das

ao in gleicher Richtung, beispielsweise zum Verbraucher hin, durchlässig ist wie die Ventile, die parallel zu den Phasenschaltern liegen, überbrücken.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mechanisch arbeitender Schalter für Mehrphasenwechselstrom, bei dem parallel zur Kontaktstrecke jeder Phase ein elektrisches Ventil mit gegenüber der Betriebsspannung verschwindend kleiner Schwellspannung von etwa größenordnungsmäßig IV liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßrichtung der Ventile aller Phasen gleiche Richtung, bezogen auf den Verbraucher, aufweist und die Öffnung der mechanischen Schaltstrecken kurz vor dem NuIldurchgang einer Stromhalbwelle in Durchlaßrichtung der Ventile erfolgt, so daß auf Grund einer an sich bekannten synchronen Steuerung die gesamte Lichtbogenbrenndauer ein Minimum wird.

2. Mechanisch arbeitender Schalter für Mehrphasenwechselstrom zur Speisung von Motoren wechselnder Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem einen mechanisch arbeitenden Schalter nach Anspruch 1 eine bekannte Anordnung zur Umkehrung der Phasenfolge liegt, wobei die Schalter dieser Anordnung stets oder in der Regel als Trennschalter arbeiten, während die Stromunterbrechung mit dem Schalter mit parallelen Ventilen nach Anspruch 1 er-

folgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 638 981, 690145, 569;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1001372,1005 594; schweizerische Patentschrift Nr. 319 034;
britische Patentschriften Nr. 509 675, 551443.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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