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Gegenstand des Hauptpatents 1227 537 ist ein Wechselstrom-Leistungsschalter
mit zwei in Reihe liegenden Schaltstrecken, die gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig
geschaltet werden, wobei mindestens zu einer Schaltstrecke ein Nebenweg mit einem
Ventil liegt und in dem Nebenweg mit Hilfe beispielsweise eines gescherten Wandlers
kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes im Schalter eine Spannnung induziert wird,
die mindestens bis zum Nulldurchgang dieses Stromes besteht und die durch das Ventil
einen Strom treibt, der die gleiche Richtung besitzt wie der abnehmende Strom im
Schalter. Wie im Hauptpatent beschrieben, wird durch Einfügung dieser Zusatzspannung
die Wirksamkeit des Ventils im Nebenweg verbessert. Die Zusatzspannung im Nebenweg
kann man auch bei Schaltern anwenden, bei denen die Lichtbogenspannung des Schalters
so klein ist, daß sie allein praktisch keinen Strom über den Nebenweg treiben kann.
Das Ventil wird also bei einem Ausschaltvorgang erst dann belastet, wenn die Zusatzspannung
in :den Nebenweg induziert wird. Man kommt daher mit verhältnismäßig kleinen Ventilen
aus. Auch die Schalter werden sehr einfach, weil durch die Zusatzspannung die Kommutierung
in dem Nebenweg im Bereich des Stromnulldurchganges verbessert wird, so daß man
z. B. mit einfachen Lastschaltern auskommen und trotzdem große Leistungen schalten
kann.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, bei einem Wechselstrom-Leistungsschalter
.der eingangs beschriebenen Art mit Sicherheit eine Überlastung des Ventils im Nebenweg
des Schalters zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Nebenweg
ein Schalter liegt, der erst geschlossen wird, wenn die zugehörige Schaltstrecke
mindestens die sichere Löschdistanz erreicht hat. Dieser im Nebenweg liegende Schalter
wird zweckmäßig spätestens im Augenblick :des Schließens der Schaltstrecken geöffnet.
Das bringt einerseits den Vorteil, daß die Ventile bei geschlossenen Schaltstrecken
durch die Zusatzspannung nicht in jedem Stromnulldurchgang belastet werden. Andererseits
wird dadurch verhindert, daß, wenn die Schaltstrecken nicht gleichzeitig, sondern
um eine gewisse kurze Zeitdifferenz nacheinander ihre Schließstellung erreichen,
über das Ventil ein Strom fließt, was insbesondere dann besonders wertvoll ist,
wenn auf einen Kurzschluß geschaltet wird.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In F i g. 1 ist mit 1 eine Schaltstrecke bezeichnet, zu der in Reihe
eine zweite gleichartige Schaltstrecke 6 liegt, die beide gleichzeitig oder annähernd
gleichzeitig geöffnet bzw. geschlossen werden. In Reihe in der Leitung liegt die
Primärwicklung 3 eines gescherten Wandlers. Im Nebenweg zur Schaltstrecke 1 liegt
die Sekundärwicklung 4 dieses Wandlers in Reihe mit einem Ventil s. Dabei ist unter
einem gescherten Wandler ein Wandler zu verstehen, der einen kleinen Luftspalt besitzt
und bereits bei geringer Amperewindungszahl gesättigt ist. In :der Wicklung 4 wird
also erst kurz vor dem Nulldurchgang des Stromes eine Spannung induziert. Damit
erst von diesem Zeitpunkt an ein Strom über den Nebenweg fließt, wird vorausgesetzt,
daß die Lichtbogenspannung des Schalters 1 so klein ist, daß sie praktisch keinen
Strom über den Nebenweg treiben kann. Wenn dies von selbst nicht :der Fall ist,
so kann man es k B. dadurch erzwingen, daß man noch einen spannungsabhängigen. Widerstand
in Reihe mit dem Ventil schaltet.
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Gemäß der Erfindung liegt im Nebenweg ein Schalter 7, der erst dann
geschlossen wird, wenn beim Ausschaltvorgang die zugehörige Schaltstrecke 1 mindestens
die Löschdistanz erreicht hat. Dadurch wird ein Wiederzünden des gelöschten Schalterbogens
verhindert. Versuche haben gezeigt, :daß eine Wiederzündung zu einer starken Überlastung
des Ventils führen kann.
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Es sei angenommen, daß der Strom von oben nach unten fließt. Ein solcher
Strom wird als Strom positiver Richtung bezeichnet. Nach dem Nulldurchgang des Stromes
liegt an den beiden Schaltstrecken 1 und 6 die wiederkehrende Spannung. Da aber
die Schaltstrecke 1, wie im Hauptpatent beschrieben, bei geschlossenem Schalter
7 wegen des Nebenweges eine gewisse Zeit zum Entionisieren hatte, wird sie nicht
wieder zünden, wenn sie die Löschdistanz erreicht hatte. Da der Gleichrichter 5
Rückstrom nicht zuläßt, hat die Schaltstrecke 6 nunmehr Zeit zu entionisieren, so
daß, wenn wieder ein positiver Strom fließen möchte, keine Neuzündung eintritt und
der Ausschaltvorgang beendet ist.
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Wenn aber der Schalter 1 im Nulldurchgang des positiven Stromes die
Löschdistanz noch nicht erreicht hat, so kann der Fall eintreten, daß der Schalter
1 und dann auch der Schalter 6 wieder zünden. Dies würde in der folgenden negativen
Stromhalbwelle für den Nebenweg nicht schädlich sein. In der folgenden positiven
Stromhalbwelle aber besteht die Gefahr, daß :der Schalter 1 nicht wieder zündet,
weil wegen des Nebenweges am Schalter 1 eine so geringe Spannung liegt, .daß sie
zum Zünden des Lichtbogens nicht reicht, während der Schalter 2, der keinen Nebenweg
besitzt, erneut zündet. Dadurch würde das Ventil eine volle Halbwelle mit .dem Strom,
z. B. dem Kurzschlußstrom, belastet.
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Schließt man dagegen beim Ausschaltvorgang den Schalter 7 erst dann,
wenn der Schalter 1 die sichere Löschdistanz mindestens erreicht hat, so sind diese
Schwierigkeiten vermieden, und der Vorgang spielt sich so ab, wie zuerst beschrieben.
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Es ist zweckmäßig, beim Schließen der Schaltstrecken 1 und 6 den Schalter
7 im Augenblick des Schließens zu öffnen. Da bedeutet, daß nach dem Schließen zwar
durch den Wandler 3 in dem Nebenweg eine Spannung erzeugt wird, daß diese aber keinen
Strom zur Folge hat, wodurch das Ventil entlastet wird. Zweckmäßig wird man jedoch
den Schalter 7 noch vor Beendigung des Schließvorganges öffnen, was den weiteren
Vorteil bringt, daß bei dem unvermeidlichen, nicht genau gleichzeitigen Schließen
der beiden Schaltstrecken eine Belastung des Ventils verhindert werden kann, denn
würde der Schalter 6 seine Schließstellung früher erreichen als der Schalter 1,
so könnte bei entsprechender Stromrichtung ein Strom über das Ventil so lange fließen,
bis auch der Schalter 1 geschlossen ist. Beim Einschalten auf einen Kurzschluß führt
das zu einer erheblichen Belastung des Ventils.
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Das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 arbeitet nur in einer Stromrichtung.
Will man in beiden Stromrichtungen arbeiten, so kann man, wie im Hauptpatent beschrieben,
zwei in Reihe geschaltete Schaltstrecken vorsehen und zu jeder einen derartigen
Nebenweg
parallel legen, und zwar so, daß der eine in der einen und der andere in der anderen
Stromrichtung wirksam wird. Eine solche Schaltung ist beispielsweise in F i g. 2
dargestellt. Soweit die Teile mit denen der F i g. 1 übereinstimmen, sind die gleichen
Bezugszeichen gewählt. Der gescherte Wandler 2 besitzt hier zwei Sekundärwicklungen
4 und 4', und es ist noch eine weitere Schaltstelle 1' vorgesehen, zu der die Sekundärwicklung
4' des Wandlers in Reihe mit dem Ventil s' parallel liegt. In jedem der Nebenwege
liegt ein Schalter 7 bzw. 7'.
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Es sei zunächst angenommen, daß die Schaltstrecken 1 und 1' geschlossen
sind und ein Strom von oben nach unten fließt und daß seine Richtung als positiv
bezeichnet wird. Sobald sich der Strom seinem Nullwert nähert, wird in der Sekundärwicklung
4 eine Spannung induziert, die über das Ventil 5 einen Strom treibt und die Kommutierung
des Stromes vom Schalter 1 auf den Nebenweg bewirkt. Wenn im Nulldurchgang des Stromes
der Schalter 1 seine Löschdistanz erreicht hat, dann wird er nicht wieder zünden,
da er Zeit zum Entionisieren hatte. Es kann aber auch der Schalter 1', dessen Nebenweg
in diesem Nulldurchgang nicht wirksam war, dann nicht wieder zünden, weil das Ventil
s eine negative Stromhalbwelle sperrt.
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Es kann jedoch vorkommen, daß der Schalter 1 bei ungenügendem Öffnungsweg
nach dem Nulldurchgang der positiven Stromhalbwelle wieder zündet, da an ihm praktisch
die volle wiederkehrende Spannung liegt. Wenn dann der Schalter 1' auch wieder zündet,
ist der Löschvorgang bloß um eine Halbwelle verschoben. Es kann aber sein, daß der
Schalter 1' nicht wieder zündet, weil z. B. seine Löschspitze niedriger ist als
die Schwellspannung des Ventils. Das würde zur Folge haben, daß der Gleichrichter
5' in der negativen Halbwelle voll belastet wird.
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Legt man jedoch in jeden der beiden Nebenwege einen Schalter 7 bzw.
7', die erst geschlossen werden, wenn die jeweils zugehörige Schaltstrecke die sichere
Löschdistanz erreicht hat, so kann dies nicht auftreten, und es vollzieht sich der
Ausschaltvorgang, wie zuerst beschrieben. Auch hier ist es wie bei der Anordnung
nach F i g. 1 zweckmäßig, die Schalter 7 und 7' im Augenblick des Schließens der
Schaltstrecken oder noch besser vorher zu öffnen. Es ist darüber hinaus zweckmäßig,
sie sofort nach dem Ausschaltvorgang zu öffnen, damit nicht die volle Wechselspannung
an der Reihenschaltung der Ventile liegt.
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In F i g. 3 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die beiden Nebenwege
einen gemeinsamen Strompfad mit einem Schalter 7 besitzen. Soweit die Teile mit
denen der vorhergehenden Figuren übereinstimmen, sind die gleichen Bezugszeichen
gewählt. Wie man aus F i g. 3 sieht, liegt in dem gemeinsamen Strompfad die Sekundärwicklung
4 des gescherten Wandlers 2, dessen Primärwicklung 3 im Zuge der Hauptleitung liegt.
In Reihe mit der Sekundärwicklung 4 liegt der Schalter 7, der also in beiden Nebenwegen
liegt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung ist die gleiche wie die der F i g.
2, nur mit dem Unterschied, daß, um die Ventile bei geöffneten Schaltstrecken 1
und 1' vor der Netzspannung zu schützen, ein weiterer Schalter, der ein Trennschalter
sein kann, vorzusehen ist.
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Wie im Hauptpatent beschrieben, sind auch andere Schaltungsanordnungen
möglich. Auch kann die Zusatzspannung, die im Nebenweg induziert wird, in anderer
Weise erzeugt werden, was auch in einem Beispiel im Hauptpatent beschrieben ist.
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Als Ventil wird vorzugsweise ein Halbleitergleichrichter, beispielsweise
ein Siliziumgleichrichter, verwendet.