DE1765293A1 - Wechselstromschalter - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Geielhchaft mbH

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Böblingen. 25. April 1968 at-·«

Asm elder ins

Amtl*

Aktenseichen der Anmelderitt:

International Bmlwn M Corporation« Armonk* N.T.' 10S04

Neaanmeldang

Docket RO 96? 015

Wechselstromschalter

Die vorliegende Erfindung betrifft «inen Wechselstrom »chatter» de» dl« Erzeugung von StOrspanmmgen beim Schalten von vorwiegend induktiv belasteten Stromkreisen verhindert.

Die Praxis hat geseigt» das» beim Schalten von vorwiegend induktiver Last im Wechselatromnets ftoaserst <mang<mrhme StOrspannmge» auftreten ktanen. Bei der Verwendung von empfindlichen Gersten, «1« beispielsweise solchen der Datenverarbeitung, kBanta vom Nets

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her eindringende Störspannungsepitzen erhebliche Schwierigkeiten ' verursachen. Das Ausmerzen auftretender StÖrimpulse oder noch besser Massnahmen, die deren Erzeugung verhindern, lohnen zweifellos den notwendigen zusätzlichen Aufwand, wenn dadurch ernsthafte Fehlanzeigen ausgeschlossen werden können.

Sehr häufig treten die gefürchteten Störspannungsspitzen beim Schalten von Elektromotoren auf. Der Schaltvorgang selbst wird in der heute angewandten Technik nur noch selten direkt ausgeführt. Meist übernehmen hochbelastbare Relais, deren Kontakte mit der Motorwicklung in Reihe liegen, diese Aufgabe. Für viele Anwendungen werden aber neuerdings Relais durch steuerbare Schalter in Festkörpertechnik verdrängt. Es sind beispielsweise Motorschaltkreise bekannt geworden, welche eine Brückenschaltung in Reihe mit der Last umfassen und so an das Wechselstromnetz '

angeschlossen sind.

Der Wechselstromschalter nach der Erfindung verhindert nun die Erzeugung von Störspannungen beim Schalten. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass ein steuerbarer Schalter mit der Belastung in Reihe geschaltet und mit einer Steuerschaltung verbunden ist, welche den Verlauf der Speise wechselspannung abtastet und den I; .·:'" genannten Schalter jeweils erst'beim Nulldurchgang der Spannung \ betätigt.

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Nachstehend sei die Eründung an swei Aueiahrungebeispielen von Motorschaltern und mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben.

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Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm einen Motor, einen

Motors ehalte r und die Steuerschaltung für den · Motor schalter,

Fig. 2 zeigt in einem schematischen Schaltbild ein Ausfüh-

rungsbeispiel eines störfreien Motor schalters,

Fig. 3 zeigt ein anderes Aueführungebeispiel eines solchen Motorschalters und Fig. 4 mehrere Wellenformen, nämlich die Netzspannung (a),

den gewöhnlichen Stromverlaüf einee Motors (b), die Störspannungscharakteristik (c) und den Motorstrom mit einem stör freien Motors ehalte r (d).

In Fig. 1 ist die Erfindung in einem Beispiel mit einem Motor 25 gezeigt, der mit der einen Seite an die Netzspannung, und mit der anderen an den Motorschalter 40 angeschlossen ist. Der Motorsehalter 40 ist aueeerdem mit der anderen Seite des Netzes verbunden. Eine Steuerschaltung 5 für den Motorschalter ist mit ihren

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Eingingen an die Netsspannung und mit den Autgingen aa den Motorschalter 40 angeschlossen. Di« erate ta Fig. 2 dargestellt· Ausführung umfasst einen Transformator 10 mit einer Primi*· spule 11« die an die Leiter 3 und 4 angeschlossen 1st» die ihrerseits Verbindung mit den Netselnglngen 1 b«w. 2 haben. Die Sekondlrspule 12 des Transformators liegt fiber titter Diagonalen der Diodenbrücke 13. die durch die Dioden Dl, D2, DS und D4 gebildet wird. Der Transformator 10 erleichtert das Abtasten des Netaspannungsverlaufs und die Brücke 13 richtet diese Spannung gleich, wie es bei der Zweiweggleichrichtung allgemein bekannt ist.

Die gleichgerichtete Spannung wird über Widerstlnde Rl» R2a und R2b auf die Toranschlüsse der steuerbaren Silicon-Gleichrichter (Thyristoren) SCRl. SCR2a bzw. SCR2b gegeben. Der Widerstand Rl liegt in Reihe mit dem Ruhekontakt la des Relate R A der seinerseits in Reihe mit dem Steueranschluss von SCRl liegt. Die Widerstlnde R2a und R2b liegen in Reihe mit den In Reihe geschalteten Dioden D5, D6 und D7 bcw. D9» DlO und DIl. SCRl hat Steuerfunktion und schliesst die Steuer spannung von SCR2a und SCR2b kurs, wenn der Relaiskontakt la geschlossen ist. Der Widerstand Rl lieferte, einen Steuerstrom an SCRl der ausreicht* um diesen Gleichrichter wesentlich vor SCR2a oder SCR2b einzuschalten. Die Dioden D12 und D13 im Anodenkreis von SCRl dienen als Rückschaltsperren. Die

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Dioden D5, D6 und D7 z.B. ergeben in Kombination mit dem Widerstand R2a einen Strompfad dessen Impedanz zusammen mit der Steuer impedanz von SCR2a grosser ist als die Impedanz von Anode zu Kathode von SCRl, wenn SCRl leitend ist. Daselbe gilt für die Kombination der Dioden D9, DlO, DIl und des Widerstandes Rab mit der Steuerimpedanz von SCRZb gegenüber der Impedanz Anode zu Kathode von SCRl₁ wenn dieser Gleichrichter leitend ist. Die ■ Dioden D5 und D9 bezwecken die Kompensation der Impedanzeffekte der Rückschaltungsdioden DlZ und D13. Aueserdem ist zu beachten, dass wegen der Herstellungstoleranzen die für das Einschalten von SCR2a und SCR2b erforderlichen Steuerströme unterschiedlich sein können. Darin liegt der Grund für die Existenz der zwei parallelen Pfade, die eine Nebenschluss wirkung sowohl von SCR2a als auch von SCR2b verhindern, Bei Auftreten eines, solchen Nebenschlusses könnten jeweils nicht beide Gleichrichter, eingeschaltet werden.

SCRZa und SCR2b bilden mit den Dioden D14 und D15 eine Brückenschaltung. Die Kathoden von SCRZa und SCRZb sind miteinander verbunden und gemeinsam an die Anoden der Dioden D14 und D15 angeschlossen. Ein Leiter ZO verbindet die Anoden von D14 und D15 sowie die Kathoden von SCRl, SCRZa und SCR2b mit den Anoden der Dioden Dl und D2 der Brücke 13. Ausserdem ist die Anode von SCRZa und die Kathode der Diode D14 mit dem Eingangeleiter 2

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verbunden. Re Anode von SCR2b and die Kathode der Diode Dl 5 •iod mit einer Seite der Belastung» d.h. mit dem Motor 25 verbanden, dessen ander· Seite mit dem Elngangaleiter 1 verbunden ist.

Da· Relai· Rlwird Ober die Ein-Aos-Schaltstufe 30 erregt. DU EIa-Aua*Schattstoie 30 kann einfach ein Schalter oder eine Kombination von logischen Schaltelementen, nur Liefereng einet Erregungstmpul-•e· bei Erfüllung bestimmter w^M^gfftBgefft seift· Dies· Bedlngungesi können s. B. die Betriebsbereitschaft der vom Motor 25 sa treibenden Maschine und der geschlossene Startschalter sein. Wean das Relais Rlunter Strom steht· öfmet sich natürlich sein Kontakt la.

Wenn da· Relais Rl stromlos und der Kontakt la daher geschlossen ist· üieett kein Anlaufstrom durch den Motor 25, da SCRl leitet· wenn die Wechselspannung eine Spitse erreicht* und somit da· Einschalten von SCR2a und SCR2b verhindert· Wenn SCRl leitet· schliefst er Strom von den Steueranschlfies·» von SCR2a «ad SCR2b im Nebenschluss kors und halt dies· GleichrichUr Im nichtleitenden Zustand. Dl· Schaltung 1st natürlich eo ausgelegt· dass SCRl als erster leitend wird. Wenn das Relais Rl«ing·* schaltet 1st, öffnet sich der Kontakt la. SCRl bleibt Jedoch weiter

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leitend, bis sein Haltestrom auf null zurückgeht, was beim Durchlaufen des Nullpunktes der Netzspannung am Ende der ersten Halbperiode der Fall ist. Dann wird während der nächsten Halbperiode Steuerstrom auf SCR2a und SCR2b gegeben. Je nach der Polarität der Eingangs spannung zu diesem Zeitpunkt zündet ent- -weder SCR2a oder SCR2b. Wenn einer dieser beiden Gleichrichter leitet,' flieset ein Anlaufstrom durch den Motor 25, der dann auf Touren kommt. Der Motor 25 läuft weiter, bis das Relais KA wieder stromlos wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung gleicht der in Fig. 2 wiedergegebenen und dieselben Bauteile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die Kombination von SCR2a, SCR2b und den Dioden D14 und D15 der Fig. 2 wurde durch SCR2 und die Brückenschaltung 19 mit den Dioden D14, D15, D17 und D18 ersetzt. Wenn das Relais Ri abgeschaltet ist, leitet SCRl wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben. SCR2 wird leitend, nachdem der Kontakt la sich ' %

geöffnet und SCRl zu leiten aufgehört hat und wenn die Netzspannung .wieder zu einer Spitze aufsteigt. Durch den Motor 25 flieset ein Anlaufstrom, wenn SCR2 leitet. SCR2 leitet und der Motor 25 läuft genausolange, als das Relais Ri erregt bleibt.

Der Transformator 10, Brücke 13 und SCRl mit den-zugehörigen

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Dioden können für die Schaltungen in den Fig. 2 und 3 als Steuerschaltung 5 für den Betrieb dee Motorechaltere 40 betrachtet werden, d'or aus SCRZa₁ SCR2b sowie den Dioden D14 und D15 in Fig. 2 und durch SCR2 und die Brücke 19 in Fig. 3 gebildet wird. SCR2a und SCR2b in Fig. 2 sind je nur während 50% eines Arbeitszyklus belastet, wogegen die Dauer des Arbeitszyklus von SCR2 in Fig. 3 100% beträgt. Somit können die zahlreicheren Bauteile in Fig. 2 trotzdem billiger sein als die Bauteile der Schaltung in Fig. 3. Natürlich können die besonderen Arbeitsbedingungen, wozu auch die Notwendigkeit der Wärmeableitung gehört, zur Bevorzugung einer Schaltung gegenüber der anderen führen.

₍ Die in Fig. 4 dargestellte Wellenform ä) zeigt die Netzspannung. Der Punkt A auf der Netzspannung stellt den Punkt dar, bei welchem der Motor 25 anlaufen kann, wenn er durch herkömmliche Schalter eingeschalten wird. Startet der Motor an diesem Punkt, wird ein sehr grosses elektrisches Störsignal erzeugt. Die Wellenform b) zeigt den Motor- oder Laststrom unter gewöhnlichen Startbedingungen. Der Punkt B zeigt die grosse Störspannungsspitze, die auftritt, wenn die Spitzennetzspannung an die Motorwicklungen und deren verteilte Kapazität gelegt wird. Die einzelnen Teile dieser Spitzenstörspannung sind in der Wellenform c) gezeigt, die einen grösseren Zeitmasstab hat. Die'Wellenform d) stellt den

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Motorstrom dar, wenn der Motor durch die in Fig. 2 oder Fig. gezeigten. Schaltungen gesteuert wird. Daraus ist zu ersehen, dass das Startsignal für den Motor am Punkt D gegeben ist, SCRl bleibt jedoch weiter leitend, bis die Netzspannung null durchläuft. Mit Ausnahme der Wellenform c) halben alle anderen Wellenforznen denselben Zeitmas stab. -

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Claims (1)

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   PUentanlprach« " -'^aearten werden ,

   1» Wechselstromschalter» der die Erzeugung von StOrspannungen beim Schalten von vorwiegend induktiv belasteten Stromkreisen verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass ein steuerbarer Schalter (40) mit der Belastung (25) in Reihe geschaltet und mit einer Steuerschal· tang (5) verbunden ist, welche den Verlauf der Speisewechselspannung abtastet und den genannten Schalter (40) jeweils erst beim Nulldurchgang der Spannung betätigt.

   2· Wechselstromschalter nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschalng (5) einen «weiten Schalter (R/) mit «wei Schaltstellungen· S<chaltmittel (SCRl), welche abhängig vom der Schalt stellung des «weiten Schalters und von der Speisewechselspannung gesteuert werden« und eine Ein-Aue-Schattstufe (30) sur Betätigung des sw«it*a Schalters (R-C) umfasst.

   3» Wechselstromschalter nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss der genannten Schaltmittel (SCRl) bei der einen Schattstellung des «weiten Schalter» (R/) mit einem Zweiweggleichrichter (13) für Speisewechselspaanung verbunden 1st «ad das· bei der anderen Schaustellung dies« Verbindung unterbrochen ist,

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   derart* das· itn ersten Fall die fSyfrfit^ittfrl leitend sind* sie den erstgenannten steuerbaren Schalter (40) in seiner "Aus"· Stellung festhalten, und izn zweiten Fall nichtleitend» sodas s der steuerbare Schalter (40) in seine ⁿEin^M»Stellung gelangt* sobald die Netzspannung Null durchläuft.

   4. Wechselstromschalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn· zeichnet* dass der steuerbare Schalter (40) aus einer Diodenbrücke (19) besteht, (Fig. 3) deren eine Dlagonalc^nit dem Netzanschluss und der zu schaltenden Last (25) in Reihe geschaltet ist und deren andere Diagonale eine steuerbare Schaltdiode (SCR2) einschliefet» die zur Ausübung der eigentlichen Funktion des steuerbaren Schal· ters (40) mit der Steuerschaltung (5) verbunden ist.

   5. Wechselstromschalter nach Anspruch i oder 3« dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter (40) zwei gegeneinander geschaltete, steuerbare Schaltdioden (SCR2a, SCR2b) umfasst» welchen je eine Diode (D 14, Dl5) in umgekehrter Polung parallel geschaltet ist. und dass die Steueranschlüsse der Schaltdioden to» wie der gemeinsame Anschluss aller vier Dioden mit der Steuerschal tung (5) verbunden sind.

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   6. Y/echselstromschalter nach einem der Ansprüche 1 bi· 4, dadurch gekennzeichnet, da·· da· Schaltmittel (SCRl) la der Steuerschaltung (5) eine steuerbare Schaltdiode 1st, deren Anode fiber ein Impedanz« netswerk (R2, R2a/R2b, D5-D7, D9-D13) sowohl mit dem Zweiweggleichrichter (13) al· auch mit dem oder den Steuereinglngen de· steuerbaren Schalter· (40) verbunden Ist.

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