DE2253975A1 - Elektrischer schalter - Google Patents

Elektrischer schalter

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DE2253975A1
DE2253975A1 DE19722253975 DE2253975A DE2253975A1 DE 2253975 A1 DE2253975 A1 DE 2253975A1 DE 19722253975 DE19722253975 DE 19722253975 DE 2253975 A DE2253975 A DE 2253975A DE 2253975 A1 DE2253975 A1 DE 2253975A1
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switch
circuit arrangement
contacts
controllable semiconductor
arrangement according
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DE19722253975
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English (en)
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Hamish Bayne Wedderspoon
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Otter Controls Ltd
Original Assignee
Otter Controls Ltd
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/72Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K17/725Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for ac voltages or currents
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/275Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing element expanding, contracting, or fusing in response to changes of temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/54Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
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Description

  • Elektrischer Schalter Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Beistungsabgabe einer Wechselstromquelle an einen Verbraucher, mit einem Schaltkontakte aufweisenden Hauptschalter, der in Serie mit dem Verbraucher an die Wechselstromquelle angeschlossen ist.
  • Durch diese Schaltungsanordnung soll inbesondere ein Lichtbogen beim Schließen und Öffnen der Schaltkontakte verhindert werden. Es wird allgemein anerkannt, daß ein Lichtbogen die Schaltkontakte übermäßig abnützt, was die Schalteigenschaften verschlechtert, die Lebensdauer des Schalters verringert und Interferenzstörungen hervorruft.
  • Um diese Probleme zu umgehen, hat die Erfindung die Aufgabe, den an den Schaltkontakten der eingangs näher erläute-rten Schaltanordnung auftretenden Lichtbogen zu unterdrücken.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen steuerbaren Halbleiterschalter mit einem Steueranschluß und zwei parallel an die Schaltkontakte des Hauptschalters angeschlossenen Leitungsanschlüssen, durch einen an den Steueranschluß angeschlossenen Auslöseschaltkreis, der einen mit dem Verbraucher verbindbaren Anschluß aufweist, und durch einen Hilfsschalter, der abhängig vom Hauptschalter so betreibbar ist, daß er vor bzw. nach dem Schließen und Öffnen der Schaltkontakte des Hauptschalters aus einem oder in einen festgelegten Schaltzustand schaltet, wobei die Schaltungsanordnung so ausgeführt ist, daß im festgelegten Schaltzustand des Hilfsschalters keine Steuervorspannung am Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters anliegt und dieser damit nicht leitet und daß im anderen Schaltzustand des Hilfsschalters der Auslöseschaltkreis eine Steuervorspannung an den Steueranschluß abgibt und damit den steuerbaren Halbleiterschalter wenigstens während einer Öffnungs- oder Schließbewegung der Schaltkontakte des Hauptschalters leitend schaltet und dadurch eine Lichtbogenbildung zwischen den Schaltkontakten unterdrückt. Durch die oben erläuterte Schaltungsanordnung wird erreicht, daß der steuerbare Halbleiterschalter zusätzlich sowohl beim Öffnen als auch beim Schlieren der Schaltkontakte des Hauptschalters zeitweise elektrisch leitend geschaltet wird, und die Schaltkontakte des Huptschalters kurzschließt, die damit im wesentlichen lastfrei schalten. Der steuerbare Halbleiterschalter leitet nur zeitweise und wird durch Betätigung des Hilfsschalters eigentlich schon nach dem Schalten der Schaltkontakte des Hauptschalters, entsprechend der Abschaltcharakteristik des Halbleiterschalters abgeschaltet. Es können damit billige steuerbare Halbleiterschalter verwendet werden, da diese Ströme führen können, die beträchtlich über den jeweiligen Nennströmen liegen. Die Lichtbogenbildung zwischen den Schaltkontakten des Hauptschalters wird tollständig unterdrückt.
  • Als steuerbarer Halbleiterschalter wird vorzugsweise ein Triac verwendet, der zusätzlich den Vorteil hat, daß er nur bei Nullspamung des Wechselstromverlaufs abschaltet, d.h., daß die Leistung beim Öffnen der Schaltkontakte des HauptschaIaGers unabhängig von der tatsächlichen Spannung des Wechselstromnetzes im Augenblick des Öffnen der Schaltkontakte solange weiter über den Triac dem Ver7uraucher zugeführt wird, bis der jeweilige Halbzyklus des Wechselstromnetzes beendet ist und der Triac abschaltet. Die Leistung wird damit bei Nullspannungsbedingungen vom Verbraucher abgeschaltet, was, Stromstöße beim Abschalten verhindert. Obwohl Stromstöße beim Einschalten auftreten können, da der Triac, sobald die- Spannung ausreicht, in jedem Punkt des Wechselstromverlaufs gezündet werden kann, verringern die fehlenden Stromstöße beim Absc7=lzalten doch die Gesamtzahl auftretender Stromstöße.
  • Obwohl der Hilfsschalter z.B. als Halbleiterschalter ausgebildet sein kann, der in der festgelegten Beziehung zum Hauptschalter ausgelöst wird, ist er zweckmäßigerweise Teil eines mechanischen Schalters, der auch die Schaltkontakte des Haupt-Schalters aufweist. Der llilfsschalter wird am einfachsten durch die Umschaltkontakte etwa eines Umschalters gebildet, wobei in diesem Fall die zum Umschalten erforderlIche Zeit zum Schalten des steuerbaren Halbleiterschalters verwendet wird.
  • Der Auslöseschaltkreis kann entweder so ausgebildet sein, daß er, unabhängig vorn Schaltzustand des Hauptschalters, ständig eine zum Leitendschalten des steuerbaren Halbleiterschalters ausreichende Steuervorspannung abgibt, oder aber so ausgebildet sein, daß er nur auf Einschwingstöße beim Schalten der-Schaltkontakte des Hauptschalters anspricht. In beiden Fällen übernimmt der,Hilfsschalter eine Gesamtsteuerfunktion. Im ersten Pall weist der Auslöseschaltkreis lediglich einen Widerstand auf, der eine der Anschlußklemmen der Wechselstromquelle mit dem Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters verbindet und im zweiten Fall weist der Auslöseschaltkreis lediglich einen vorzugsweise mit einem strombegrenzenden Widerstand versehenen Kondensator auf1 der einen geeigneten Schaltungspunkt in der Beschaltung des Haupt schalters mit dem Steuereingang des steuerbaren Halbleiterschalters verbindet.
  • Der Hilfsschalter kann in zwei alternativen Ausführungsformen ausgebildet sein. Er kann entweder normalerweise geschlossen sein und öffnen, bevor die Schaltkontakte des Hauptschalters schließen, oder er kann normalerweise geöffnet sein und schließen, bevor die Schaltkontakte des Hauptschalters schließen.
  • Die beiden Ausführungsformen erfordern leicht abgewandelte Auslöseschaltkreise, um den steuerbaren Halbleiterschalter auslösen zu können. Im ersten Fall, bei dem der Hilfaschalter normalerweise geschlossen ist und öffnet, bevor die Schaltkontakte des Hauptschalters schließen, was etwa bei einem Umschalter der Fall ist, kann der Hilfsschalter und der Auslöseschaltkreis in Serie geschaltet parallel an die Wechselstromquelle angeschlossen sein, wobei der Verbindungspunkt des ilfsschalters und des Auslöseschaltkreises unmittelbar an den Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters angeschlossen ist. Solange der Hilfsschalter geschlossen ist, wird siede Steuervorspannung kurzgeschlossen und der steuerbare Halbleiterschalter leitet nicht. Im anderen Fall, bei dem der Hilfsschalter normalerweise geöffnet ist und schließt, bevor die Schaltkontakte des Hauptschalters schließen, können der Hilfsschalter und der Auslöseschaltkreis in Serie geschaltet und zwischen der Spannungsseite der Wechselstromquelle und der Steuerelektrode des steuerbaren Halbleiterschalters angeschlossen werden. In dieser Ausführungsform liegt die den steuerbaren Halbleiterschalter leitend schaltende Steuervorspannung nur bei geschlossenem Hilfsschalter an.
  • Die Erfindung läßt sich nicht nur zur Steuerung der Leistungsaufnahme des Verbrauchers aus einer Einphasen-Wechselstromquelle verwenden, sondern eignet sich auch zur Steuerung der Leistungsaufnahme aus einer Mehrphasen-( üblicherweise Dreiphasen-)-Wechselstromquelle. Bei dieser Anwendung ist für jede der Phasen der Wechselstromquelle eine eigene Schaltungsanordnung der oben beschriebenen Art vorgesehen, wobei der Verbraucher (bei drei Phasen) in Stern- oder Dreieckschaltung betrieben wird und Schutzeinrichtungen vorgesehen werden, die die Beeinflussung der Schaltungsanordnung der einzelnen Phasen untereinander verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere vorteilhaft bei Temperatursteuerungen und hier bei thermostatgesteuerten elektrischen Zimmerheizungen verwendet werden. Es wird weitgehend anerkannt, daß eine genaue langfristige als auch kurzfristige Temperatursteuerung mit Hilfe elektrischer Thermostatschalter, die von einem Bimetallelement betätigt werden, beträchtliche Schwierigkeiten verursacht. Um die JJachteile, die sich aus einem zwischen langsam bewegten Kontakten entstehenden Lichtbogen ergeben, zu vermindern, wurden zur Betätigung des Schalters Bimetallsprungkontaktelemente verwendet. Aufgrund des dem Schaltverhalten eines Bimetallelements mit einem'vorgespannten Sprungkontakt eigenen Temperaturdiffertials, das heißt, der Differenz zwischen der Einschalt- und der Ausschalttemperatur, war der erreichbaren Güte der Temperatursteuerung eine Grenze gesetzt. Um die Auswirkungen des dem Schalten eines Sprungkontaktbimetallelements anhaftenden Temperaturdifferentials zu vermindern, wurden Beschleunigungsheizer vorgesehen, die in gewissem Maß als selbsttätiger Energieregler in die Wirkungsweise des Bimetallelements eingriffen, wodurch sich der Schaltzyklus beschleunigte und die Temperaturgrenzen gegenüber vorher enger zusammenlagen. Dies verbesserte jedoch im wesentlichen die Kurzzeiteigenschaften des Bimetallelements bei der Steuerung der Temperatur, während die Langzeiteigenschaften ungenügend blieben. Zur Verringerung dieser Schwierigkeit wurde versucht, zusätzlich zum Beschleunigungsheizer einen Kompensationsheizer vorzusehen, der eingeschaltet wurde, während der Beschleunigungsheizer abgeschaltet war und umgekehrt.
  • Durch diese Einrichtung war es nun mich, sowohl Kurzzeitals auch Langzeitterilperatursteuerung innerhalb ausreichend enger Grenzen durchzuführen. Es blieb jedoch ein weiteres Problem zurück. In den oben stehenden Erörterungen bezeichnet der Ausdruck "Kurzzeit" eine Zeitdauer in der Größenordnung einiger Tage im Gegensatz zur Langzeitdauer, die etwa von Mitte Sommer bis Mitte Winter reicht und in diesem Zusammenhang ist selbst die Langzeitdauer verglichen mit der erforderlichen Lebensdauer eines Bimetallelements unerheblich. Es wurde herausgefunden, daß sich die Schalteigenschäften eines Sprirngkontakt-betätigten Bimetallelements in einem Thermostaten im Verlauf der Lebensdauer des Elements beträchtlich ändern, wobei sich diese Änderung in erster Linie als Ausweitung des dem Schaltbetrieb des Elements innewohnenden Temperaturdifferentials auswirkt und sich demzufolge die Güte der Thermostatsteuerung verschlechtert. Werden zur Beschleunigung des Schaltzyklus des Bimetallelements Beschleunigungs- und Kompensationsheizer vorgesehen, dtedie Genauigkeit der Steuerung verbessern, so steht dies im Gegensatz zur Porderung, daß sich die Schalteigenschaften des Bimetallelements nicht verschlechtern sollen, da der beschleunigte Schaltzyklus des Elements dessen Lebensdauer verkürzt und dessen Schalteigenschaften beschleunigt verschlechtert. Zur Uberwindung dieses Problems mußte notwendigerweise ein Kompromiß zwischen der Regelgenauigkeit und der Lebensdauer des Thermostaten geschlossen werden, was zu einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen dem Schaltdifferential des Bimetallelements, der Wärmeabgabe des Beschleunigungsheizers und der Wärmeabgabe des Kompensationsheizers führte, wobei der letztere im allgemeinen vorgespannt wurde, um dem Altern des Thermostats Rechnung zu tragen.
  • Die vorliegende Erfindung vermindert die oben stehend erwähnten Probleme bei der Alterung des elektrischen Thermostatschalters durch Verringerung der Kontaktabnützung im Thermostaten, indem der beim Öffnen und Schließen der Schaltkontakte entstehende Lichtbogen unterdrückt wird. Es wurden Schnellabnutzungsversuche mit identischen Thermostaten durchgeführt, die jeweils Sprungkontakt-betätigte Bimetallschaltelemente enthielten wobei beim einen auftretende Bichtbögen erfindungsgemäß unterdrückt wurden und beim anderen nicht. Beide Thermostaten wurden 150 000 Schaltzyklen unterworfen, wobei sich die Kontaktabnutzung im thermostat mit Lichtbogenunterdrückung gegenüber demjenigen ohne Lichtbogenunterdrückung beträchtlich verringerte (0,05 mm verglichen mit 0,20 mm) und wobei das Schaltdifferential des Thermostats ohne Lichtbogenunterdrückung (3, 30°C) beträchtlich, das Schaltdifferential des Thermostaten mit liichtbogenunterdrückung (0,7000) relativ unbedeutend zunahme Dadurch daß keine Itichtbögen zwischen den Schaltkontakten des Thermostaten mehr auf traten, konnte außerdem die Strombelastbarkeit des Thermostaten beträchtlich verbessert werden, was darauf hinausläuft, daß ein einziger mit einer Binrichtung zur Unterdrückung des lichtbogens versehener Thermostat die Abgabe elektrischer leistung, an eine Anzahl Heizgeräte steuern kann, für die früher jeweils eigene Thermostaten vorgesehen werden mußten.
  • Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der ein Auslöseschaltkreis einen an die spannungsführende Seite eines Wechselstromnetzes angeschlossenen Widerstand aufweist; Fig. 2 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsfprm, die sich in der gegenseitigen Abhängigkeit des Hauptschalters und des Hilfsschalters von der Ausführungsform nach Fig. 1 unterscheidet; Fig. 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der der Auslöseschaltkreis einen mit der spannungsführenden Seite des Wechselstromnetzes verbundenen Kondensator aufweist; Fig. 4 das an Dreiphasenbetrieb angepaßte Schaltbild aus Fig. 1; Fig. 5 das an Dreiphasenbetrieb angepaßte Schaltbild aus Fig. 2; Fig. 6 eine erfindungsgemäße Dreiphasenschaltungsanordnung mit Umschaltern und mit einem Verbraucher in Sternschaltung; Fig. 7 eine erfindungsgemäße Dreiphasenschaltungsanordnung mit Umschaltern und mit einem Verbraucher in Dreieckschaltung; und Fig. 8 eine den Schaltungsanordnungen aus den Fig. 6 und 7 entsprechende Schaltungsanordnung, bei der der Verbraucher weggelassen ist.
  • Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, die einen Verbraucher 1 aufweist, der aus einem Wechselstromnetz über Hauptkontakte 2 eines Schalters (etwa eines Umschalters) gespeist wird, wobei der Schalter llilfskontakte 3 aufweist, die normalerweise eeschlossen sind und unterbrechen, bevor die Hauptkontakte 2 schließen und beim Auslösen nach dem Öffnen der Hauptkontakte 2 schließen. Parallel zu den Hauptkontakten 2 des Schalters ist wie dargestellt ein Triac 4 angeschlossen, wobei seine Steuerelektrode (Ga4te-Elektrode) wie dargestellt angeschlossen ist und aus der unter Spannung stehenden Seite des Wechselstromnetzes abhängig vom Schaltzustand der Hilfskontakte 3 über einen Widerstand 5 eine Vorspannung aufnimmt. Der an die Steuerelektrode angeschlossene Widerstand 5-ist so gewählt, daß er einen zum Zünden des Triacs 4 ausreichenden Steuerstrom liefert, seine Leistungsaufnahme jedoch möglichst gering ist, da ein kontinuierlicher Leistungsverbrauch des Widerstands 5 vorzuziehen ist.
  • Beim Betrieb der Schaltungsanordnung bestimmt der Schaltzustand der Hilfskontakte 3 die Vorspannung der Steuerelektrode des Triacs 4 und somit den Leitungsaustand des Triacs 4. Wenn die Hilfskontakte 3 geschlossen sind, ist die Steuerelektrode des Triacs 4 mit einem rJull-Leiter des Wechselstromnetzes kurzgeschlossen, sobald jedoch die Hilfskontakte 3 geöffnet sind, liegt an der Steueselektrodedes Triacs 4 eine Vorspannung an, die den Triac 4 einschaltet. Der ieitungszustand des Triacs 4 wird außerdem durch den Schaltzustand der Hauptkontakte 2 bestimmt, da die geschlossenen Haupt kontakte 2 den Triac 4 kurzschließen und dieser keinen nennenswerten Strom führt. Der Betrieb der Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Lichtbogens beim Schließen und Öffnen der Hauptkontakte 2 ergibt sich aus der Tatsache, daß die Hilfskontakte 3 öffnen, bevor die Hauptkontakte 2 schließen und der Triac 4 eingeschaltet wird (um am Ende des entsprechenden Halbzyklus des Wechselstromnetzes, sobald die Hauptkontakte 2 schließen, abgeschaltet zu werden) und beim Öffnen der Hauptkontakte 2, wodurch der Kurzschluß des Triacs 4 aufgehoben wird, wird der Triac 4 sofort leitfähig geschaltet. Der Triac 4 übernimmt damit wähtrend des Schließens und Öffnens der Hauptkontakte 2 zeitweise wirksamen Strom zum Verbraucher 1, so daß die Hauptkontakte 2 nicht unter Lastbedingungen schalten. Der Triac 4 führt den Verbraucherstrom nur während der Umschaltdauer des Schalters, die etwa für Haushaltsthermostatschalter typisch in der Groenordnung einiger IIillisekunden liegt und kann, aufgrund seiner geringen l3inschaltdauer, beträchtlich über seinen Nennwerten liegende Ströme führen, weshalb billige Bauelemente verwendet werden können. Aus dem gleichen Grund müssen die Hauptkontakte 2 nicht so hoch bemessen werden, als wenn sie alleine schalten wurden.
  • Wie oben erwähnt, können die Hauptkontakte 2 und die Hilfækontakte 3 durch einen Umschalter gebildet werden, wie er etwa als Thermostatschalter in der britischen Patentanmeldung 774 911 beschrieben ist, wobei hier insbesondere auf seine in Fig. 4 der britischen Patentanmeldung 774 911 gezeigte Ausführungsform als Bimetall-betätigter Schalter sowie auf die Einstelleinrichtung des Thermostatschalters hingewiesen werden soll, mit der er justiert werden kann.
  • Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind die Hilfskontakte 3 normalerweise geöffnet und schließen, bevor die Hauptkontakte 2 schließen, bzw. öffnen nach dem Auslösen, nachdem die Hauptkontakte 2 geöffnet haben. Um diesen Unterschied in der Betriebsweise der ililfskontakte 3 zu bewerkstelligen, sind diese in Serie zum Widerstand 5 angeordnet und unmittelbar mit der Steuerelektrode des Triacs 4 verbunden, weshalb die steuernde Vorspannung nur solange am Triac 4 anliegt, als die Hilfskontakte 3 geschlossen sind. Vorteilhaft beim Betreb dieser Schaltungsanordnung ist, daß der Widerstand 5 nur dann Leistung verbraucht, wenn die Hilfskontakte 3 geschlossen sind. Abgesehen von diesem Unterschied, arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 beim Unterdrücken des Lichtbogens beim Schließen und Öffnen der Iiauptkontakte 2 wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
  • Wie vorstehend erwähnt, schaltet der Triac 4 in den oben angegebenen Schaltungsanordnungen unabhängig vom tatsächlichen Augenblick des Wechselstromverlaufs nur unter Nullspannung.sbedingungen des zugeführten Wechselstroms ab, wenn seine Steuervorspannung nicht mehr anliegt. Dies ist vorteilhaft, da weniger Schaltspannungsstöße auftreten.
  • Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemcße Schaltungsanordnung, bei der der Triac 4 als Schalteinrichtung zur Unterdrückung des Lichtbogens beim Schließen und Öffnen der Hauptkontukte 2 durch kapazitiv aus der spannungsführenden Seite des Wechselstromnetzes auf die Steuerelektrode des Triacs 4 eingekoppelte hochfrequente Einschaltstöße ausgelöst wird, wobei die hochfrequenten Einschaltstöße beim Öffnen der Hilfskontakte 3 bzw.
  • beim Öffnen der Hauptkontakte 2 angeregt werden. Die Ähnlichkeit dieser Schaltungsanordnung mit der aus Fig. 1 soll hervorgehoben werden und es soll weiterhin hervorgehoben werden, daß die Schaltungsanordnung aus Fig. 2 durch Hinzufügen eines Kondensators in Serie zum Widerstand 5 entsprechend abgeändert werden kann. In dieser Schaltungsanordnung dient der Widerstand 5 zur Strombegrenzung. Der Kondensator 10 ist so bemessen, daß er bei den Frequenzen der Hochfrequenzeinschaltstöße eine niedrige Impedanz und bei der Frequenz des Wechselstromnetzes eine hohe Impedanz hat. Der Betrieb dieser Schaltungsanordnung entspricht dem derjenigen aus Fig. 1 außer, daß die den Triac 4 leitend haltende Steuervorspannung nicht wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 solange anliegt, wie die Hilfskontakte 3 geöffnet sind, sondern nur solange, wie die durch das Öffnen der Hauptkontakte 2 und der Hilfskontakte 3 erzeugten HF-Einschaltstöße andauern. Die Schaltungsanordnung nach Fig 3. vermeidet die in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 im. Widerstand 5 auftretenden relativ hohen Verluste, da der Kondensator 10 gegenüber der Frequenz des Wechselstromnetzes eine hohe Impedanz hat.
  • Der Kondensator 10 kann vorteilhaft mit der anderen als der in Fig. 3 gezeigten Seite des -Verbrauchers 1 verbunden werden, wobei sich eine Zweipolschaltungsanorclmlng ergibt, die passend an einem vorhandenen Verbraucher 1 angeschlossen werden kann.
  • ie Polarität, mit der die Zweipolschaltungsanordnung an den vorhandenen Verbraucher 1 angeschlossen wird, ist, wie hervorgehoben werden soll, gleichgültig. Die Hilfslrontakte 3 können ebenso zwischen dem Verbindungapunkt des Kondensators 10 mit dem RVriderstand 5 und dem Null-Leiter des Wechselstromnetzes angeschlossen werden, was den Unterschied der Schaltungsbedingungen beim Öffnen der Hilfskontakte 3 vergrößert und zu einem den Triac 4 leitend schaltenden größeren Hochfrequenzeinschaltstoß führt.
  • Fig. 4 zeigt die an einen Dreiphasenbetrieb angepaßte Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Zur Bezeichnung gleicher Teile wie in Fig. 1 werden in Fig. 4 die gleichen Bezugsziffern verwendet, wobei jedoch zur Kennzeichnung der Komponenten und ihrer Phasen Indexzahlen hinzugefügt wurden. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Verbraucher 1 sternförmig geschaltet und jeder seiner Teilverbraucher 11, 12 oder 13 ist mit Hàuptkontakten 21 22 oder 2 zusammengeschaltet, die jeweils von Triacs 41, 42 oder 43 überbrückt sind. Die nur einfach vorhandenen Hilfskontakte 3 sind so ausgeführt, daß sie öffnen bevor die Hauptkontakte 21 zu 22 und 23 schließen und daß sie schließen, nachdem die Hauptkontakte 2i, 22 und 23 geöffnet haben. Die Hilfskontakte 3 verbinden die Steuerelektroden der drei Triacs 41, 42 und 43 mit dem Null-Leiter. Die Schaltungsanordnung jeder der Phasen ist damit im wesentlichen mit der aus Fig. 1 identisch; der Unterschied liegt in der Vorspannungserzeugung der Steuerelektroden der Triacs 41, 42 und 4 Wie auch dargestellt, ist jeder der steuernden Widerstände 511 52' 53 der einzelnen Phasen in Serie zu einer Diode 61« 62, 63 geschaltet (die Polarität der Dioden 61, 62, 63 kann auch umgekehrt sein). Außerdem ist je ein Ausgleichswiderstand 71, 72, 73 zwischen der eteuerelektrode jedes Triacs 41, 42, 43 und einer Nullsteuerleitung zum Hilfskontakt 3 vor7e seJien. Aufgrund dieser Schaltungsanordnung werden die Triacs 41 42 43 durch Dreiphasengleichrichtung mit IIilfe der Dioden 619 62 und 63 gesteuert, wobei vorgesehen ist" daß zu jedem Zeitpunkt stets nur ein Widerstand 51 52 oder 53 bzw. eine Diode 61, 62 oder 63 Strom führt und die Steuerelektroden-aller drei Triacs 41 42 43 und 43 versorgt. Die Ausgleichswiderstände 71 und 73 stellen hierbei sicher, daß der als erster elektrisch leitend werdende Triac nicht als Klemmschaltung bezüglich der Nullsteuerleitung wirkt und das Beitendwerden der anderen Triacs verhindert. Die Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen aus Fig. 1.
  • Fig. 5 zeigt die an einen Dreiphasenbetrieb angepaßte Schaltungsanordnung nach Fig. 2, wobei die Anpassung an den Dreiphasenbetrieb auf ähnliche Weise erfolgt, wie die Anpassung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 und ihre Betriebsweise, die im wesentlichen mit derjenigen der Schaltungsanordnung aus Fig. 2 übereinstimmt, ergibt sich aus der oben stehenden Beschreibung und soll deshalb nicht nochmals erläutert werden. Die Hauptkontakte und Hilfskontakte der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 haben den gleichen betriebsmäßigen Zusammenhang wie diejenigen aus Fig. 2.
  • In den Fig. 6 und 7 sind erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen dargestellt, die an einen Dreiphasenbetrieb angepaßt sind und die Hauptkontakte und Hilfskontakte-eines Umschalters verwenden, wobei durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 die Leistungszufuhr zu einem Verbraucher in Sternschaltung und durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 die Leistungszufuhr zu einem Verbraucher in Dreieckschaltung gesteuert wird. Jede dieser Schaltungsanordnungen benutzt im wesentlichen für jede einzelne Phase die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Der vorspannungserzeugende Widerstand 5 der Triacs 4 kann in Fig. 7 auch alternativ anstatt wie dargestellt mit dem Nullpunkt, auch mit dem Dreieckspunkt der nächsten Phase verbunden sein, wodurch in diesem Fall die Steuervorspannungen gegenüber den entsprechenden Leiterspannungen um 30° verschoben sind. Die Betriebs^.eisen der Schaltungsanordnungen nach den Fig. 6 und 7 ergAben sich aus den Erläuterungen zu Fig. 1.
  • Fig. 8 zeigt die Schaltungsanordnungen der Fig. 6 und 7.
  • Sie zeigt den Schalterschaltkreis, der sowohl zur Steuerung der Leistungsabgabe an einen Verbraucher in Sternschaltung als auch an einen Verbraucher in Dreieckschaltung geeignet ist, wobei der Verbraucher an die in Fig. 8 rechter Hand dargestellten Klemmen angeschlossen wird. Bei Verwendung eines Verbrauchers in Dreieckschaltung müssen die Widerstände 51 ' 52 und 53 nicht mit einem Null-Leiter des Wechselstromnetzes verbunden sein, d.h. daß kein Null-Leitereingang erforderlich ist. Sind die Hauptkontakte 21 22 und 2 offen, so ist der Verbraucher iiber den Widerstand der Triacs 41, 42 und 43 in ihrem nicht-leitenden Zustand isoliert. In einigen Anwendungsfällen kann die Zuverlässigkeit, mit der das Halbleiterbauelement isoliert in Anbetracht von Spannungspitzen, die in der Wellenform des Wechselstromnetzes auftreten können und die Durchbruchsspannung der Triacs überschreiten können, nicht ausreichen, wobei in diesem Fall in der Schaltung ein weiterer Isolationsschalter vorgesehen werden kann. Der weitere Isolationsschalter wird abhängig von der Betätigung der Hauptkontakte und Hilfskontakte vor dem Öffnen der Hilfskontakte beim Schließen der Hauptkontakte und nach dem Schließen der Hilfskontakte beim Öffnen der Hauptkontakte betätigt. Der weitere Isolationsschalter unterstützt damit die Betriebsweise der Hauptkontakte und wird stets im unbelasteten Zustand (,eschaltet.

Claims (11)

  1. Fatentanspruche
    Schaltungsanordnung zur Steuerung der Leistungsabgabe einer liZechselstro.acuelle an einen Verbraucher, mit einem Schaltkontakte aufweisenden Hauptschalter, der in Serie mit dem Verbraucher an die Wechselstromquelle angeschlossen ist, gekennzeichnet durch einen steuerbaren Halbleiterschalter (4) mit einem Steueranschluß und zwei parallel an die Schaltkontakte des Hauptschalters (2) angeschlossenell Leistungsanschlüssen, durch einen an den Steueranschluß angeschlossenen Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7; 5, 10), der einen mit dem Verbraucher (1) verbindbaren Anschluß aufweist, und durch einen Hilfsschalter (3), der abhängig vom Hauptschalter (2) so betreibbar ist, daß er vor bzw. nach dem Schließen und Öffnen der Schallkontakte des Hauptschalters (2) aus einem oder in einen festgelegten Schaltzustand schaltet, wobei die Schaltungsanordnung so ausgeführt ist, daß im festgelegten Schaltzustand des Hilfsschalters (3) keine Steuervorspannung am Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters (4) anliegt und dieser damit nicht leitet und daß im anderen SchalOtzusand des Hilfsschalters (3) der Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7; 5, 10) eine Steuervorspannung an den Steueranschluß abgibt und damit den steuerbaren Halbleiterschalter (4) wenigstens während einer Öffnungs- oder einer Schließbewegung der Schaltkontakte des Hauptschalters (2) leitend schaltet und dadurch eine Lichtbogenbildung zwischen den Schaltkontakten unterdrückt.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 der Hilfsschalter (3) zwischen dem Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters (4) und dessen/ Leistungsanschluß angeschlossen.ist und im festgelegten Schaltzustand die vom Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7; 5, 10) abgegebene Steuervorspamlung zu diesem Lvistungsanschluß hin kurzschließt.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschalter (3) zwischen dem Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7; 5, 10) und dem Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters (4) angeschlossen ist und im festgelegten Schalt zustand die Verbindung zwischen dem Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7; 5, io) und dem Steueranschluß unterbricht.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7) die den steuerbaren Halbleiterschalter (4) leitend schaltende Steuervorspannung unabhängig vom Schaltzustand des steuerbaren Halbleiterschalters (4) ständig abgibt.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (5; 5, 6, 7) einen Widerstand (5) aufweist, über den der Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters (4) mit einem Anschluß (L; R, Y, B) der Wechselstromquelle (L, N; R, Y, B, N) verbindbar ist.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (5,in) nur auf Einschwingstöße beim Schalten des Hauptschalters (2) hin die den steuerbaren Halbleiterschalter (4) leitend schaltende Steuervorspannung erzeugt.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (5, 10) einen Kondensator (10) aufweist, über den der Steueranschluß des steuerbaren Halbleiterschalters (4) mit einem geeigneten Schaltungsp {t in der Beschaltung des Hauptschalters (2) verbindbar ist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (5, i0) einen den Strom durch den Kondensator (io) begrenzenden Widerstand (5) aufweist.
  9. 9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden 1nsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Halbleiterschälter (4) ein Triac ist.
  10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrphasenbetrieb für jede Phase (R, Y, B) der Wechselstromquelle (R, Y, R, N) eine eigene den Lichtbogen unterdrückende Schaltungsanordnung vorgesehen ist.
  11. 11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ai1-sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschalter (2) und der Hilfsschalter (3) als entsprechende Kontakte eines Thermostatschalters ausgebildet sind.
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