DE2915322A1 - COMMUTING DEVICE FOR DC CIRCUITS - Google Patents
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Description
KOMMUTIERUNGSEINRICHTUNG FÜR GLEICHSTROMKREISE COMMUTATION DEVICE FOR DC CIRCUITS
Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung für autonome elektrische Systeme und bezieht sich insbesondere auf eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise. The present invention relates to autonomous electrical equipment Systems and relates in particular to a commutation device for DC circuits.
Die Kommutierunseinrichtung für Gleichstromkreise wird im weeentlichen zur Kommutierung in den Stromkreisen autonomer elektrischer Systeme bei der Elektroenergieübertragung an verschiedenen Verbraucher bei Flugzeugen, Hubschraubern, Traktoren, Kraftfahrzeugen und anderen Objekten der Technik verwendet. The commutation device for DC circuits will be in the weekly for commutation in the circuits of autonomous electrical systems in the transmission of electrical energy to various consumers in airplanes, helicopters, tractors, motor vehicles and other objects of technology.
Zur Zeit werden in den elektrischen Systemen verschiedenart ige, gegen Schaltspannungsabweichungen im im speisenetz empfindliche Elektroenergieverbraucher angewendet. Ein großer Wert der Schaltspannungsabweichungen führt zum Ausfall der genannten Verbraucher oder zur Störung ihres Normalbetriebes. Infolgedessen sinkt auch die Einsatzzuverlässigkeit der Elektroenergieverbraucher und nimmt ihre Lebensdauer ab. At the moment various types of against switching voltage deviations in electrical energy consumers that are sensitive in the supply network applied. A great value which leads to switching voltage deviations to the failure of the named consumers or to the disruption of their normal operation. Consequently The operational reliability of the electrical energy consumers also decreases and decreases their Lifespan.
Die bestehenden Kommutierungseinrichtungen weisen eine geringe Schaltzeit auf. Darüber hinaus fehlt bei diesen Einrichtungen eine automatische Synchronisierung in der Arbeit eines Halbleiterschalters und eines diesen überbrückenden Leistungskontaktes eines elektromechanischen Umschalters. Die geringe Schaltzeit und das Fehlen der Synchonisierung in der Arbeit der Einrichtung führen zur Entstehung großer Schaltspannungsabweichungen und zum Vorgang einer Bogenbildung bei einer Kommutierung in den Gleichstromkreisen. Hierbei fällt auch die eLektrische Verschleißfestigkeit ab, werden die Zuverlässigkeit verringert und die Lebensdauer der Kommutierungseinrichtung verkürzt. Für ein sicheres und normales Arbeiten der Blektroenergieverbraucher wrd des Systems im ganzen ist es notwendig, den Wert der Schaltspannungsabweichungen zu verringern und den Vorgang der Bogenbildung in der Kommutierungseinrichtung zu beseitigen. The existing commutation devices have a short switching time on. In addition, these facilities lack automatic synchronization in the work of a semiconductor switch and a power contact bridging it an electromechanical switch. The short switching time and the lack of Synchronization in the work of the facility leads to large switching voltage deviations and to the process of arcing during commutation in the DC circuits. Here, the electrical wear resistance also drops, and so does the reliability reduced and the service life of the commutation device shortened. For a safe and normal working of the electrical energy consumers is the system as a whole it is necessary to reduce the value of the switching voltage deviation and the process to eliminate arcing in the commutation device.
Es ist eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise (s. beispielsweise W. Spiridonow, J. Ttatschento, M. It is a commutation device for DC circuits (see for example W. Spiridonow, J. Ttatschento, M.
Tschal @@ "Abschaltung eines Nebenschlußventils im System einer Stromkreisunterbrechung ohne Bogenbildung", Sammelband 'tElektrotechnische Industrie", Ausgabe 305, Moskau, 1963, S. 12 bis 13) bekannt, die einen Leistungskontakt einer elektromechanischen Umschalteinrichtung enthält. Im Nebenschluß mit dem Le istungskontakt der elektromechanischen Umschalteinrichtung liegt ein Hauptthyristor. Die Abschaltung des Hauptthyristors erfolgt durch einen Abschaltkreis unter Benutzung eines Kondensators.Tschal @@ "Shutdown of a bypass valve in the system of an open circuit without arching ", anthology 'tElektrotechnische Industrie", issue 305, Moscow, 1963, pp. 12 to 13) known that a power contact of an electromechanical Includes switching device. In the shunt with the Le istungskontakt the electromechanical Switching device is on Main thyristor. The shutdown of the The main thyristor is implemented by a cut-off circuit using a capacitor.
Die Kommutierung des Hauptthyristors wird zu entsprechenden Zeitpunkten durch einen Umschalter über einen Anpassungskreis übernommen. Der Hauptthyristor kann nicht in dieser Einrichtung im Schaltbetrieb mit einer regelbaren Schaltzeit arbeiten, weil diese Zeit ein Parameter eines konkreten Thyristorexemplars ist und nicht gewandert werden darf. Darüber hinaus fehlt eine Synchronisation in der Arbeit der Leistungskontakte des elektromechanischen Schalt apparates und des Hauptthyr ist ors wegen keineswegs idealer Eigenschaften des Hauptthyristors. In der bekannten Einrichtung gelingt es daher nicht, den hohen Pegel der Schaltspannungsabweichungen herabzudrücken, den Vorgang der Bogenbildung zu heheben und deren Zuverlässigkeit zu erhöhen.The main thyristor is commutated at appropriate times taken over by a changeover switch via an adaptation circuit. The main thyristor cannot be used in this device in switching mode with an adjustable switching time work because this time is a parameter of a specific thyristor specimen and not allowed to be hiked. In addition, there is no synchronization in the work the power contacts of the electromechanical switchgear and the main thyr is ors because of the by no means ideal properties of the main thyristor. In the well-known The device therefore fails to keep the high level of the switching voltage deviations to depress, to raise the arching process and its reliability to increase.
Es ist auch eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise bekannt, die einen Transistorschalter enthält, mit dessen an einen Gleichstromkreis geschalteten Leistungselektroden ein Leistungskontakt eines elektromechanischen Umschalters mit einer Steuerwicklung im Nebenschluß liegt und dessen Steuerelektrode an eine einen Umsohalter mit einem Schaltkontakt aufweisende Steuereinheit des Transistorschalters angeschlossen ist (s. beispielsweise W.A. Maraktanow. A.D. Piwnenko "Über die Möglichkeit der Schaffung eines nach einem vorgegebenen Kommutierungsgesetz arbeitenden Schalters", Sammelband 1Elektrotechnische Industrie", Folge Niederspannungsapparate", Ausgabe 7, 1971, S. 7 bis 8). A commutation device for direct current circuits is also known, which contains a transistor switch, with its connected to a direct current circuit Power electrodes with a power contact of an electromechanical switch a control winding is shunted and its control electrode to a one So-holder with a switching contact having control unit of the transistor switch is connected (see for example W.A. Maraktanow. A.D. Piwnenko "About the possibility the creation of a switch that works according to a given commutation law ", Anthology 1Elektrotechnische Industrie ", Series Low Voltage Apparatus", edition 7, 1971, pp. 7 to 8).
Darüber hinaus enthält die Steuereinheit Widerstände und einen Kondensator, die im Stromkreis der Steuerelektrode des Transistorschalters liegen, wobei der Kondensator durch einen Umschalter überbrückt ist. Die gegebene Einrichtung besitzt eine geringe Schaltzeit des Transistorschalters. Außerdem fehlt eine automatische Synchronisierung in der Arbeit des Transistorschalters und des elektromechanisohen Umschalters. Die genannten Gründe verursachen die Entstehung großer Schaltspanntingsabwe ichungen und den Vorgang e iner Boganbildung an den Leistungskontakten des elektromechanischen Umschalters. In addition, the control unit contains resistors and a Capacitors that are in the circuit of the control electrode of the transistor switch, the capacitor being bridged by a changeover switch. The given facility has a short switching time of the transistor switch. There is also no automatic Synchronization in the work of the transistor switch and the elektromechanisohen Toggle switch. The reasons mentioned cause large switching voltage deviations and the process of forming a bow on the power contacts of the electromechanical Toggle switch.
Hierbei weist die Einrichtung eine geringe elektrische Verschleißfestigkeit und eine niedrige Zuverlässigkeit auf.The device has a low electrical wear resistance and low reliability.
Der rrindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise zu schaffen, deren schaltungstechnische Lösung es gestattet, den Vorgang einer Bogenbildung bei einer Kommutierung zu beseitigen, die Schaltspannungsabweichungen im Speisenetz zu erniedrigen und die Zuverlässigkeit sowie die elektrische Versohleißfestigkeit zu erhöhen. The purpose of the rrigation is to create a commutation device for DC circuits whose circuit solution allows to eliminate the process of arcing during commutation, the switching voltage deviations in the supply network and the reliability as well as the electrical wear resistance to increase.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise, die einen fransistorschalter enthält, mit dessen an einen Gleichstromkreis geschalteten Leistungselektroden ein Leistungskontakt eines elektromechanischen Umschalters mit einer Steuerwicklung im Nebenschluß liegt und dessen Steuerelektrode an eine einen Umschalter mit einem Schaltkontakt aufweisende Steuereinheit des Transistorschalters angeschlossen ist, gemäß der Erfindung sie einen zweiten Umschalter enthält, dessen Schaltkontakt mit dem Schaltkontakt des Umschalters der Steuereinheit starr verbunden und an eine der Leistungselektroden des Transistorschalters ansowie geschlossen ist,çein Schwellwertglied enthält, dessen Ausgang an die Steuerwicklung des elektromechanischen Umschalters und dessen Eingang an einen festen Kontakt des zweiten Umschalters angeschlossen ist. The problem posed is achieved in that in the commutation device for DC circuits, which contains a fransistor switch, with its to one DC circuit connected power electrodes a power contact of an electromechanical Changeover switch is shunted with a control winding and its control electrode to a control unit of the transistor switch having a changeover switch with a switching contact is connected, according to the invention it contains a second switch, its Switching contact rigidly connected to the switching contact of the changeover switch of the control unit and to one of the power electrodes of the transistor switch and is closed, ç contains a threshold value element, the output of which is sent to the control winding of the electromechanical switch and its input to a fixed contact of the second switch is connected.
Das Vorhandensein eines Schwellwertgliedes in der vorliegenden Erfindung, dessen Eingang über einen Umschalter die Spannung von den Leistungselektroden des Transistorschalters zugeführt wird, erlaubt es, die Arbeit des Transistorschalters und des elektromechanischen Umachalters zu synchronisieren. The presence of a threshold value element in the present invention, the input of which uses a switch to control the voltage from the power electrodes of the Transistor switch, allows the transistor switch to work and to synchronize the electromechanical Umachalters.
Diese Synchronisation gestattet es, den Vorgang einer Bogenbildung zu beseitigen, die Schaltspannungsabweichungen zu verringern, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und die elektrische Verschleißfestigkeit des elektromechanischen Umschalters zu vergrößernF Die Erfindung soll nachfolgend an Hand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden, die eine elektrische Schaltung der vorliegenden Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise zeigt.This synchronization allows the process of arching to eliminate, to reduce the switching voltage deviations, to reduce the reliability to increase and the electrical wear resistance of the electromechanical switch to enlargeF The invention is intended below on the basis of an exemplary embodiment will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, the one electrical circuit of the present commutation device for DC circuits shows.
Die Kommutierungseinrichtung für Gleichstromkreise enthält einen Transistorsohalter I, an dessen Leistungselektroden 2,3 ein Leistungskontakt 4 eines eine Steuerwicklung 5 aufweisenden elektromechanischen Umschalters angeschlossen ist. The commutation device for DC circuits contains a Transistor holder I, on whose power electrodes 2,3 a power contact 4 of a an electromechanical switch having a control winding 5 is connected is.
Die Steuerelektrode 6 des Transistorschalters I ist an eine Steuereinheit 7 mit einem Umschalter 8 gekoppelt.The control electrode 6 of the transistor switch I is connected to a control unit 7 coupled to a changeover switch 8.
Die Einrichtung enthalt einen zweiten Umschalter 9, dessen Schaltkontakt 10 mit einem Schaltkontakt 11 des Umschalters 8 starr verbunden und an die Leistungselektrode 2 des Transistorschalters I angeschlossen ist. Bs gibt auch ein Schwellwertglied 12, dessen Ausgang an die Steuerwicklung 5 aes elektromechanischen Umschalters angeschlossen ist. Der Eingang 13 des Schwellwertgliedes 12 ist an einen resten Kontakt 14 des Umschalters 9 gekoppelt. The device contains a second switch 9, whose Switch contact 10 rigidly connected to a switching contact 11 of the switch 8 and to the power electrode 2 of the transistor switch I is connected. Bs is also a threshold element 12, the output of which is connected to the control winding 5 of an electromechanical switch is. The input 13 of the threshold value element 12 is connected to a remaining contact 14 of the Changeover switch 9 coupled.
Bei der beschriebenen Ausführungsform gelangt als Transistorschalter I ein Bipolartransistor zum Einsatz. Es kommt auch ein Unipolartransistor in Frage. Die Steuereinheit 7 formiert ein lineares oder exponentiales Einschalt- und Ausschaltsignal des Transistorschalters. Als Schwellwertglied ist in der beschriebenen Ausführungsform ein Schmitt-Trigger eingeset£. In the embodiment described, arrives as a transistor switch I used a bipolar transistor. A unipolar transistor can also be used. The control unit 7 forms a linear or exponential switch-on and switch-off signal of the transistor switch. As a threshold value element is in the embodiment described a Schmitt trigger used £.
Der Gleichstromkreis enthält eine an die Leistungselektrode 2 des Transistorschalters angeschlossene Belastung 15. Die Belastung 15 liegt im Stromkreis einer Speieequelle 16, deren Ersatzschaltung eine Quelle 17 einer elektromotorischen Kraft und einen Innenwiderstand 18 enthalt. The DC circuit contains one connected to the power electrode 2 of the Transistor switch connected load 15. The load 15 is in the circuit a Speieequelle 16, whose equivalent circuit is a source 17 of an electromotive Force and an internal resistance 18 contains.
Die Kommutierungseinrichtung fur einen Gleichstromkreis arbeitet folgenderweise. The commutation device for a direct current circuit works as follows.
Im Ausgangszustand " aus" befinden sich die Umsohalter 8 und 9 im offenen Zustand. Hierbei erzeugt die Steuereinheit 7 eine den Transistorschalter I sperrende Spannung. Die Spannung am Ausgang des Schwellwertgliedes 12 ist gleich Null, die Steuerwicklung 5 des elektromechanischen Umschalters ist stromlos, und sein Leistungskontakt 4 ist geöffnet. In the initial state "off" the all-rounders 8 and 9 are in open state. In this case, the control unit 7 generates a transistor switch I blocking voltage. The voltage at the output of the threshold value element 12 is the same Zero, the control winding 5 of the electromechanical switch is de-energized, and its power contact 4 is open.
Bei der Umlegung der Umschalter 8 und 9 in die Stellung "ein" formiert die bteuereinheit 7 ein linear oder exponential ansteigendes Signal, das den Transistorsohalter I öffnet. Der über den Elektroenergieverbraucher 15 fließende Strom ändert sich nach einem linearen bzw. exponentialen Gesetz. Die Spannung an den Leistungselektroden 2,3 des Transistorschalters I wird über die geschlossenen Kontakte des Umschalters 9 dem Eingang 13 des Schwellwertgliedes 12 zugeführt. When the changeover switches 8 and 9 are switched to the "on" position, they are formed the control unit 7 is linear or exponential rising signal, which opens the transistor holder I. The flowing through the electrical energy consumer 15 Current changes according to a linear or exponential law. The tension on the power electrodes 2,3 of the transistor switch I is closed via the Contacts of the changeover switch 9 are fed to the input 13 of the threshold value element 12.
Bei einer Abnahme dieser Spannung auf einen Wert UI, wo U1 die Schaltspannung des Schwellertgliedes 12 ist, schaltet das Schwellwertglied 12 um und auf die Wicklung 5 des elektromechanischen Umschalters wird eine Einschaltspannung eingespeist. Dies führt zur Umschaltung des elektromechanischen Umschalters und zum Schließen seines Leistungskontaktes 4. When this voltage decreases to a value UI, where U1 is the switching voltage of the threshold element 12, the threshold element 12 switches over and onto the winding 5 of the electromechanical switch, a switch-on voltage is fed in. this leads to switching of the electromechanical switch and closing of his Power contact 4.
Die Schaltspannung UI des Schwellwertgliedes 12 wird unter der Annahme UI > U2 eingestellt, worin U2 die Sättigungsspannung des Transistorschalters I bedeutet. The switching voltage UI of the threshold value element 12 is assumed UI> U2 set, where U2 is the saturation voltage of the transistor switch I means.
Da in der Einrichtung eine automatische Synchronisierung der Arbeit des Transistorschalters I und des elektromechanischen Umschalters stattfindet, und die Einschaltung des elektromechanischen Umschalters bei einer geringen Spannung am Leistungskontakt 4 erfolgt, sind die f3chaltspannungsabwe ichungen sehr gering. Because in the facility an automatic synchronization of work of the transistor switch I and the electromechanical switch takes place, and the activation of the electromechanical switch at low voltage occurs at power contact 4, the switching voltage deviations are very small.
Bei der Umlegung der Umschalter 8 und 9 in die Stellung "aus" schaltet das Schwellwertglied 12 um, was eine Ausschaltung des elektromechanischen Umschalters und eine Orfnung seines Leistungskontaktes 4 zur Folge hat. In dem Augenblick der Öffnung des Leistungskontaktes 4 des elektromechanischen Umschalters befindet sich der Transistorschalter I im Sättigungszustand, da die Steuereinheit 7 dazu nicht kommt, diesen in den linearen Bereich auszusteuern. Aus diesem Grunde ist die Spannung an den Leistungselektroden 2 und 3 des Transistorschalters I bei der Offnung des Leistungskontaktes 4 gering und gleich der Spannung U2, was zu einer Verminderung der Schaltspannungsabweichungen der Elektroenergiequelle 16 beiträgt. When switching the switch 8 and 9 switches to the "off" position the threshold value element 12, which turns off the electromechanical switch and an opening of its power contact 4 results. At the moment of The power contact 4 of the electromechanical switch is open the transistor switch I in the saturation state, since the control unit 7 does not comes to control this in the linear range. This is why the Voltage at the power electrodes 2 and 3 of the transistor switch I when it opens of the power contact 4 low and equal to the voltage U2, which leads to a reduction the switching voltage deviations of the electrical power source 16 contributes.
Die Steuereinheit 7 formiert eine sich linear oder exponential ändernde Sperrspannung, die zu einer linearen oder exponentialen Abnahme eines über die Leistungselektroden 2 und 3 des Transistorschalters I und des Elektroenergieverbrauchers 15 fließenden Stroms führt. Bei Erreichen durch die Spannung an der Steuerelektrode 6 des Transistorschalters I eines zum Sperren des Transistorschalters 1 erforderlichen Wertes kommt die Einrichtung in den Ausgangszustand. The control unit 7 forms a linearly or exponentially changing one Reverse voltage resulting in a linear or exponential decrease in a voltage across the power electrodes 2 and 3 of the transistor switch I and the electrical energy consumer 15 flowing Stroms leads. When reached by the voltage on the control electrode 6 of the transistor switch I a value required to disable the transistor switch 1 comes the device in the initial state.
KOMMUTIERUNGSEINRICHTUNBG FÜR GLEICHSTROMKREISE Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung autonomer elektrischer Systeme. COMMUTATION DEVICE FOR DC CIRCUITS Summary The The present invention relates to equipping autonomous electrical systems.
Die Kommutierungseinrichtung enthält einen Transistorschalter ( I ), mit dessen Leistungselektroden (2,3) ein Leistungskontakt ( 4 ) eines elektromechanischen Umschalters ( 4 ) im Nebenschluß liegt. Die Steuerwicklung ( 5 ) des letzteren ist an den Ausgang eines Schwellwertgliedes ( 12 ) angeschlosaen. Die Steuerelektrode ( 6 ) des Transistorschalters ( I ) ist an eine einen Umsohalter ( 8 ) aufweisende Steuereinheit ( 7 ) geschaltet. Es gibt einen zweiten Umschalter ( 9 ), dessen Schaltkontakt ( IO ) mit dem Schaltkontakt ( II ) der Steuereinheit ( 7 ) starr verbunden und an die Leisbungselektrode ( 2 ) des Transistorschalters ( I ) angeschlossen ist. The commutation device contains a transistor switch (I. ), with its power electrodes (2,3) a power contact (4) of an electromechanical Changeover switch (4) is shunted. The control winding (5) of the latter is connected to the output of a threshold value element (12). The control electrode (6) of the transistor switch (I) is connected to a holder (8) Control unit (7) switched. There is a second switch (9), its switching contact (IO) rigidly connected to the switching contact (II) of the control unit (7) and is connected to the power electrode (2) of the transistor switch (I).
Die Erfindung wird hauptsächlich zur Kommutierung in den Stromkreisen autonomer elektrischer Systeme bei der Blektroenergieübertragung an Verbraucher in Flugzeugen, Kraftfahrzeugen benutzt. The invention is mainly used for commutation in the circuits autonomous electrical systems in the transmission of electrical energy to consumers used in airplanes, automobiles.
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