DE1244266B

DE1244266B - Three-phase switch with diodes parallel to the switching contacts and synchronous, staggered switch-off times

Info

Publication number: DE1244266B
Application number: DE1960L0035545
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-03-07
Filing date: 1960-03-07
Publication date: 1967-07-13
Also published as: NL261835A; CH399579A

Description

Drehstromschalter mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und synchronen, gestaffelten Ausschaltzeitpunkten Es ist vorgeschlagen worden, daß sich mit Hilfe von mechanischen Schaltern, zu denen Starkstromdioden parallel geschaltet sind, bei geeigneter synchroner öffnung der Schalter Wechselströme und Drehströme lichtbogenfrei unterbrechen lassen, ohne daß an die Genauigkeit des synchronen Schaltens schwer zu verwirklichende hohe Anforderungen gestellt werden. Der Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, daß jeweils eine Schaltstrecke zu einer Zeit öffnet, in der die parallelgeschaltete Diode für den Strom durchlässig ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Öffnungszeitpunkte der mechanischen Schaltstrecken derart zu wählen, daß sie bei veränderlicher Phasenverschiebung im Drehstromnetz möglichst unverändert bleiben können, ohne daß das lichtbogenfreieSchalten gefährdet wird.Three-phase switch with diodes lying parallel to the switching contacts and synchronous, staggered switch-off times. It has been proposed that with the help of mechanical switches to which high-voltage diodes are connected in parallel are alternating currents and three-phase currents, with suitable synchronous opening of the switches Allow arc-free interruption without affecting the accuracy of the synchronous switching difficult to achieve high demands are made. The basic idea of the The method consists in opening one switching path at a time, in which the diode connected in parallel allows the current to pass through. The task of The present invention is the opening times of the mechanical switching paths to be chosen so that they with a variable phase shift in the three-phase network can remain as unchanged as possible without endangering arc-free switching will.

Es ist bereits bekannt, die Schaltleistungen an Kontakten durch Parallelschalten von Halbleitern zu erhöhen. Eine solche Anordnung mit parallelgeschalteten Kupferoxydgleichrichtern soll jedoch nicht das Entstehen, sondern lediglich das Wiederzünden des verloschenen Schaltlichtbogens verhindern. In einer anderen bekannten Anordnung mit zu den Kontakten parallelgeschalteten Halbleitern wird der zu schaltende Strom in mindestens zwei Teilströme je Phase aufgeteilt.It is already known to increase the switching capacities at contacts by connecting them in parallel of semiconductors to increase. Such an arrangement with copper oxide rectifiers connected in parallel should not, however, arise, but merely re-ignite what has been extinguished Prevent switching arc. In another known arrangement with to the contacts semiconductors connected in parallel, the current to be switched is divided into at least two Partial flows divided per phase.

Es ist auch bekannt, in Drehstromsystemen erst nach Unterbrechung des Stromflusses in einer Phase die übrigen Schaltstellen auszulösen.It is also known that in three-phase systems only after interruption of the current flow in one phase to trigger the other switching points.

Eine weitere bekannte Anordnung benötigt zum lichtbogenarmen Schalten von Wechselströmen absolut einzuhaltende Schaltzeitpunkte, die in Abhängigkeit von »passenden Konstruktionen innerhalb engster Grenzen« erreichbar sein sollen.Another known arrangement is required for low-arc switching of alternating currents absolutely to be observed switching times that depend on »Suitable constructions within the narrowest limits« should be achievable.

Keine der bekannten Anordnungen läßt die schaltsteuerfreie Beherrschung sowohl ohmscher als auch induktiver oder gemischter Lastströme ohne Korrektur der Schaltzeitpunkte erkennen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschalten von Drehstrom unterscheidet sich von bekannten Anordnungen in vorteilhafter Weise dadurch, daß lediglich leicht einzuhaltende Zeiträume zur lichtbogenfreien Abschaltung gefordert werden.None of the known arrangements allows control without shift control both resistive and inductive or mixed load currents without correction of the Recognize switching times. The inventive method for switching off three-phase current differs from known arrangements in an advantageous manner in that only easy-to-maintain periods for arc-free shutdown are required will.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur lichtbogenfreien Unterbrechung eines Drehstromkreises sowohl bei induktiver als auch bei ohmscher Last mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und gestaffelten mechanischen Ausschaltzeitpunkten in den einzelnen Phasen ohne Nachregulierung der von der Spannung des Stromkreises gesteuerten mechanischen Schaltzeitpunkte und ist dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Schaltzeitpunkte der drei Drehstromphasen während der nachstehend bezeichneten Zeiträume gewählt werden, wobei als Bezugspunkt der Augenblick des Spannungsmaximums der zuerst zu unterbrechenden Phase gilt: a) Phase 1 zwischen 0 und 90° e1.The invention relates to a method for arc-free Interruption of a three-phase circuit, both inductive and ohmic Load with diodes parallel to the switch contacts and staggered mechanical ones Switch-off times in the individual phases without readjustment of the voltage of the circuit controlled mechanical switching times and is characterized by that the mechanical switching times of the three three-phase phases during the following designated periods of time, with the point of reference being the moment of Maximum voltage of the phase to be interrupted first applies: a) Phase 1 between 0 and 90 ° e1.

b) Phase 2 zwischen 120 und 1$0° e1. c) Phase 3 zwischen 270 und 300° e1.b) Phase 2 between 120 and 1 $ 0 ° e1. c) Phase 3 between 270 and 300 ° e1.

In F i g. 1 der Zeichnung sind die Ströme beim Abschaltvorgang eines Drehstromschalters mit Paralleldioden maßstäblich gezeichnet. Die Ströme der Phasen u, v und w sind um je 120° gegeneinander versetzt bis zum Zeitpunkt t4. Von diesem Zeitpunkt an bleibt der Strom der Phase u Null, wenn vorher, d. h. im Zeitintervall zwischen t1 und t4, der Kontakt dieser Phase geöffnet wurde, wobei der Rest der positiven Halbwelle von der Diode übernommen wird. Vom Zeitpunkt t4 an knicken die Ströme der Phasen v und w wie gezeichnet ab; sie bilden Hin-und Rückleitung eines einphasigen Wechselstromes und werden gleichzeitig im Zeitpunkt t. Null, wobei t6 eine halbe Halbwelle später als t4 liegt.In Fig. 1 of the drawing are the currents when switching off a Three-phase switch with parallel diodes drawn to scale. The currents of the phases u, v and w are each offset from one another by 120 ° up to time t4. Of this Time on, the current of phase u remains zero if before, i. H. in the time interval between t1 and t4, the contact of this phase has been opened, the rest of the positive half-wave is taken over by the diode. From time t4 on, the buckle Currents of phases v and w from as shown; they form a back and forth one single-phase alternating current and are simultaneously at time t. Zero, where t6 half a half-wave later than t4.

Öffnet man den Kontakt der Phase -v im Zeitintervall zwischen t3 und t6 und den Kontakt der Phase w im Zeitintervall von t6 bis t8, so ist der Drehstromkreis lichtbogenfrei unterbrochen. Denn nach dem Öffnen der Schalter der Phasen u und v kann ein Strom durch die noch geschlossene Phase w erst vom Zeitpunkt t$ an wieder fließen (t$ ist der Zeitpunkt, in dem die verkettete Spannung zwischen den Phasen u und w gerade wieder positiv wird und einen Strom über die Diode der Phase u und die noch geschlossene Schaltstrecke der Phase w treiben würde). Die ausgezogenen Stromkurven mögen sich auf ohmsche Belastung, d. h. cos (p = 1, beziehen. Dann liegen bei rein induktiver Belastung, d. h. cos 9p = 0, die drei Phasenströme vor dem Schalten um 90° später, wie es die gestrichelten Kurvenzüge in F i g. 1 angeben. Bis zum Zeitpunkt t7 verschieben sich gegenüber dem Fall der ohmschen Last alle Vorgänge um 90° zu späteren Zeiten. Dagegen bleiben die Zeitpunkte t8 und t9 des Wiedereinsetzens der drei Ströme für den Fall, daß die Schaltstrecken der Phasen u und v geöffnet sind, die der Phase w jedoch noch geschlossen ist, unabhängig von der Phasenlage unveränderlich. Dies läßt sich leicht einsehen, wenn man überlegt, daß vor dem Zeitpunkt t8 sämtliche drei Strecken Null sind. Das Wieder-in-Gang-Kommen der Ströme im Zeitpunkt t8 kann also nicht von der Phasenverschiebung des Stromes abhängen, sondern wird allein durch die Phasenlage der treibenden Spannung bedingt. Dagegen hängt die Steilheit des Stromanstieges in den Zeitpunkten t8 und t. durchaus von der Phasenverschiebung im Laststromkreis ab, wie es in F i g. 1 angedeutet ist. Nach der Erfindung werden beispielsweise in einer Schaltung nach der F i g. 2, in der jede Phase eine Hauptunterbrechungsstelle zu der Last AM aufweist, die durch eine Diode D in Reihe mit einer Sicherung S überbrückt ist, die Ausschaltzeitpunkte der Schaltstrecken A', B' und C so gewählt, wie in F i g. 1 eingetragen ist. Durch winkelmäßig entsprechenden Versatz der Kontaktausiöseglieder, beispielsweise der Schaltnocken auf einer Schaltwelle, die über ein Vorgelege V von einem Synchronmotor SM angetrieben wird, ist die Einhaltung der erfindungsgemäßen Schaltzeiträume sichergestellt. Dann öffnen, wie man sich an Hand der F i g. 1 leicht überzeugt, sämtliche drei Phasen sowohl bei cos cp = 1 als auch bei cos (p = 0 lichtbogenfrei. Denn in der Phase u besteht für lichtbogenfreie Öffnung der Spielraum zwischen t2 und t4. In diesem Zeitintervall ist sowohl bei cos p = 1 als auch bei cos (p = 0 der Strom positiv, also für die Paralleldiode durchlässig. Das gleiche gilt für die Phase v im Zeitintervall von t5 bis t.. Für die Phase w steht das Zeitintervall von t7 bis t8 zur Verfügung. Man kann die Ausschaltzeitpunkte A, B und C auf die Mitten der genannten Zeitintervalle legen. In vielen praktischen Fällen wird es aber vorteilhafter sein, sie früher zu wählen, denn einmal bedeutet zu frühe Öffnung nur geringe Lichtbogenbildung an den Kontakten, zu späte Öffnung jedoch Zündung einer vollen neuen Halbwelle. Außerdem tritt aber in der Praxis der Fall cos 9p = 0 nicht auf, sondern im allgemeinen höchstens cos (p > 0,2, während der Fall cos p = 1 durchaus auftreten kann. Beispielsweise ändert sich bei einem normalen Asynchronmotor der cos p zwischen Last und Leerlauf etwa von cos cp = 0,9 bis cos 99 = 0,2.If the contact of phase -v is opened in the time interval between t3 and t6 and the contact of phase w in the time interval from t6 to t8, the three-phase circuit is interrupted without an arc. Because after opening the switches of phases u and v, a current through the still closed phase w can only flow again from time t $ on (t $ is the time at which the linked voltage between phases u and w just becomes positive again and would drive a current through the diode of phase u and the still closed switching path of phase w). The drawn out current curves may relate to ohmic load, ie cos (p = 1. Then with a purely inductive load, ie cos 9p = 0, the three phase currents are 90 ° later before switching, as indicated by the dashed curves in F i g. 1. Up to time t7, all processes are shifted by 90 ° to later times compared to the case of the ohmic load are open, which is still closed in phase w, irrespective of the phase position.This can easily be seen if one considers that all three paths are zero before time t8 Point in time t8 cannot therefore depend on the phase shift of the current, but is determined solely by the phase position of the driving voltage on the phase shift in the load circuit, as shown in FIG. 1 is indicated. According to the invention, for example, in a circuit according to FIG. 2, in which each phase has a main interruption point to the load AM , which is bridged by a diode D in series with a fuse S, the switch-off times of the switching paths A ', B' and C are selected as shown in FIG. 1 is registered. Adherence to the switching periods according to the invention is ensured by the angularly corresponding offset of the contact release members, for example the switching cams on a switching shaft which is driven by a synchronous motor SM via a back gear V. Then open how to look at the Fig. 1 easily convinced, all three phases both at cos cp = 1 and at cos (p = 0 arc-free. Because in phase u there is a margin between t2 and t4 for arc-free opening. In this time interval, both cos p = 1 and even with cos (p = 0 the current is positive, i.e. permeable for the parallel diode. The same applies to phase v in the time interval from t5 to t .. The time interval from t7 to t8 is available for phase w Place A, B and C in the middle of the specified time intervals, but in many practical cases it will be more advantageous to select them earlier, because opening too early means only slight arcing at the contacts, opening too late, however, triggering a full new half-wave In addition, however, the case cos 9p = 0 does not occur in practice, but generally at most cos (p> 0.2, while the case cos p = 1 can certainly occur. For example, with a normal Asy The synchronous motor has cos p between load and idle running from about cos cp = 0.9 to cos 99 = 0.2.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich in entsprechender Weise auch bei höherphasigem Wechselstrom verwenden. Es interessiert beispielsweise praktisch für den Tippbetrieb oder Tastbetrieb mittlerer und großer Drehstrommotoren, insbesondere Induktionsmotoren. Es kann aber mit Erfolg auch benutzt werden für Schweißstromkreise, Wechselstrombahnen, Lastregler von Umspannern, Zweipunktwärmereglern, Sterndreieckumschaltung, Polumschaltung von Asynchronmotoren, Selbstanlaßschaltungen von Schleifringläufern, Anlaßumspanner, Netzumschalter, periodische Umschalter, beispielsweise für Waschmaschinen, Gerbfässer, oder im Wendebetrieb, ferner für die Steuerung von Wechselstrom- bzw. Drehstrommotoren bei Kränen, Aufzügen, Werkzeugmaschinen, Schiffsantrieben, Windkanälen, Bewässerungsanlagen, Förderanlagen oder Walzenzugmaschinen. In diesen Fällen bekommt man durch das sichere lichtbogenfreie Schalten nach der Erfindung unabhängig von Phasenverschiebungen des Verbrauchers zusätzliche Lebensdauer der Schaltgeräte und zusätzliche Möglichkeiten zu bedeutend größeren Schalthäufigkeiten.The method according to the invention can be carried out in a corresponding manner also use with higher-phase alternating current. It is of practical interest, for example for inching or touching operation of medium-sized and large three-phase motors, in particular Induction motors. However, it can also be used successfully for welding circuits, AC railways, load regulators of transformers, two-point heat regulators, star-delta switching, Pole changing of asynchronous motors, self-starting circuits of slip ring rotors, Starter transformer, transfer switch, periodic switch, e.g. for washing machines, Tanning barrels, or in turning operation, furthermore for the control of alternating current resp. Three-phase motors in cranes, elevators, machine tools, ship drives, wind tunnels, Irrigation systems, conveyor systems or single drum rollers. In these cases it gets you by the safe arc-free switching according to the invention regardless of Phase shifts of the consumer additional service life of the switching devices and additional options for significantly greater switching frequencies.

Claims

Claim: Method for arc-free interruption of a Three-phase circuit both with inductive and with ohmic load with parallel to the switching contacts and staggered mechanical switch-off times in the individual phases without readjustment of the voltage of the circuit controlled mechanical switching times, thus not shown, that the mechanical switching times of the three three-phase phases during the following designated periods of time, with the point of reference being the moment of Maximum voltage of the phase to be interrupted first applies: a) Phase 1 between 0 and 90 ° e1. b) Phase 2 between 120 and 180 ° e1. c) Phase 3 between 270 and 300 ° e1. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 212 303, 638 981, 765 697; German interpretative document No. 1005 590.