DE3626589A1 - Schaltung zur betaetigung eines gleichstrom-schaltungsunterbrechers - Google Patents
Schaltung zur betaetigung eines gleichstrom-schaltungsunterbrechersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers, insbesondere eine Schal
tung zur Betätigung eines Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers,
um die Unterbrechung dann vorzunehmen, wenn ein zum Schaltungs
unterbrecher fließender Strom Null ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaues eines
herkömmlichen Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers, der bei
spielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 41-12 533 angegeben ist. In Fig. 1 bezeichnet das
Bezugszeichen 1 eine Gleichstromquelle, die an eine Reihen
schaltung aus einer Last 2 und einem Schaltungsunterbrecher
3 angeschlossen ist. Ferner ist eine Reihenschaltung aus ei
nem Schalter 4, einer Induktivität 5 und einer Energiequelle
6 mit Kondensator, nachstehend auch kurz als Kondensator-
Energiequelle bezeichnet, parallel zum Schaltungsunterbre
cher 3 geschaltet.
Fig. 2 zeigt eine Stromwellenform eines Stromes, der zum
Schaltungsunterbrecher 3 fließt, wenn ein Unterbrechungs
vorgang bei der herkömmlichen Anordnung gemäß Fig. 1 durch
geführt wird.
Die Wirkungsweise wird nachstehend unter Bezugnahme auf
Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es wird angenommen, daß der
Schaltungsunterbrecher 3 zu einem Zeitpunkt t 1 geöffnet
wird und der Schalter 4 gleichzeitig geschlossen wird. Zu
dieser Zeit wird ein zum Schaltungsunterbrecher 3 fließen
der Strom Null zu einem Zeitpunkt t 2 im Falle einer negati
ven Polarität und zu einem Zeitpunkt t 2′ im Falle einer
positiven Polarität, abhängig von der Polarität der Konden
sator-Energiequelle 6, und in Abhängigkeit davon zu Beginn
unterbrochen. Wenn die Unterbrechung zum Zeitpunkt t 2 oder
t 2′ versagt, wird die anfängliche Unterbrechung beim näch
sten Zyklus wiederholt, wenn der zum Schaltungsunterbrecher
3 fließende Strom Null wird. Die Induktivität 5 ist vor
gesehen, um eine Zeitkonstante zu regulieren, um eine Zeit
zu definieren, bis der zur Induktivität 5 fließende Strom
Null wird, und zwar von dem Zeitpunkt, wo der Schaltungs
unterbrecher 3 geöffnet wird.
Bei einem herkömmlichen Gleichstrom-Schaltungsunterbrecher
mit einem derartigen Aufbau kann sich manchmal ein Bogen
plasma zwischen den Elektroden des Schaltungsunterbrechers
während einer Periode ausbilden, und zwar von dem Zeitpunkt,
wo der Schaltungsunterbrecher geöffnet wird, bis zu dem
Zeitpunkt, wo die Unterbrechung stattfindet. Die Elektro
den des Schaltungsunterbrechers werden durch das
Bogenplasma beschädigt, was ihre Lebensdauer verkürzt. Wenn
das Bogenplasma vorhanden ist, so entsteht auch dann, wenn
der zum Schaltungsunterbrecher fließende Strom Null ist,
das Problem, daß im nächsten Augenblick leicht ein Rück
strom in der entgegengesetzten Richtung fließt und die
Unterbrechung möglicherweise versagt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Betätigung
eines Schaltungsunterbrechers anzugeben, die in der Lage
ist, die Erzeugung eines Bogenplasmas zwischen den Elektro
den des Schaltungsunterbrechers zu verhindern, um die ver
fügbare Periode zu verlängern, die Unterbrechung in wir
kungsvoller Weise in einer kurzen Zeit vorzunehmen und mit
dem Schaltungsunterbrecher kleiner Kapazität einen großen
Strom zu unterbrechen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Schaltung zur
Betätigung eines Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers;
Fig. 2 ein Stromwellenform-Diagramm des Schaltungsunter
brechers gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Schaltbild einer Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ein Stromwellenform-Diagramm des Schaltungsunter
brechers gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ein Schaltbild einer Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ein Stromwellenform-Diagramm des Schaltungsunter
brechers gemäß Fig. 5;
Fig. 7 ein Schaltbild einer Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß einer
dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ein Schaltbild einer Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß einer
vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ein Stromwellenform-Diagramm des Schaltungsunter
brechers gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ein Schaltbild einer Schaltung zur Betätigung eines
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß einer
fünften Ausführungsform der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen glei
che Symbole und Bezugszeichen gleiche oder entsprechende
Teile. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Auf
baus einer ersten Ausführungsform, während Fig. 4 ein Strom
wellenform-Diagramm eines derartigen Schaltungsunterbrechers
zeigt.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 7 eine Gleichstrom
versorgung, die über eine Reihenschaltung aus einem Schal
tungsunterbrecher 8 und einer Diode 11 an eine Lastspule
13 angeschlossen ist. Eine Reihenschaltung aus einer Konden
sator-Energiequelle 9 und einem Schalter 10 und einem
Kommutierungswiderstand 12 sind parallel zu der Reihen
schaltung aus dem Schaltungsunterbrecher 8 und der Diode
11 geschaltet. Ein Schalter 14 ist parallel zu der Gleich
stromversorgung 7 geschaltet, und ein Strommeßfühler oder
Stromdetektor 15 ist bezüglich der Reihenschaltung aus
Schaltungsunterbrecher 8 und Diode 11 vorgesehen. Eine
Induktivität 16 ist, falls erforderlich, in die Reihen
schaltung aus der Kondensator-Energiequelle 9 und dem
Schalter 10 eingesetzt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird die Wirkungsweise der in
Fig. 3 dargestellten Ausführungsform gemäß der Erfindung
näher erläutert. Die Gleichstromversorgung 7 wird zuerst
betätigt, um den zur Lastspule 13 fließenden Strom auf
einen konstanten Wert I 1 ansteigen zu lassen. Zu dieser
Zeit sind der zur Lastspule 13 fließende Strom und der zum
Schaltungsunterbrecher 8 fließende Strom einander im wesent
lichen gleich. Sobald eine vorgegebene Energie durch die
sen Strom in der Lastspule 13 gehalten wird, wird der
Schalter 14 geschlossen, und der zur Lastspule 13 fließende
Strom wird vom Schalter 14 umgeleitet, und die Stromversor
gung 7 wird von der Schaltung abgetrennt. Dann wird der
Schalter 10 zu einem Zeitpunkt t 3 geschlossen, und ein Ein
schaltstrom I 2 beginnt von der Kondensator-Energiequelle 9
zum Schaltungsunterbrecher 8 entgegengesetzt zum Strom I 1
zu fließen. Somit wird die Differenz zwischen den Strömen
I 1 und I 2 auf Null gesetzt, und die Stromänderungsrate zu
diesem Zeitpunkt wird auf einen Wert gesetzt, den die Diode
11 aushalten kann, welche in Reihe mit dem Schaltungsunter
brecher 8 geschaltet ist, und die Zeitdifferenz zwischen
den Zeitpunkten t 4 und t 3 ist im allgemeinen extrem kurz.
Die Tatsache, daß der zum Schaltungsunterbrecher 8 flies
sende Strom zu Null wird, wird von dem Stromdetektor 15 zum
Zeitpunkt t 4 festgestellt, und ein Öffnungssteuersignal
wird von einer Steuerschaltung 17 an den Schaltungsunter
brecher 8 angelegt, und der Schaltungsunterbrecher 8 wird
zu einem Zeitpunkt t 5 geöffnet. Da zu diesem Zeitpunkt
kein Strom zum Schaltungsunterbrecher 8 fließt, wird kein
Bogenplasma zwischen den Elektroden erzeugt. Die Entladung
von der Kondensator-Energiequelle 9 ist zu einem Zeitpunkt
t 6 beendet, obwohl eine Spannung in gewissem Grade zwischen
den Elektroden des Schaltungsunterbrechers erzeugt wird;
der Abstand zwischen den Elektroden des Schaltungsunter
brechers 8 nimmt bis zu diesem Zeitpunkt zu, und es ent
steht kein Bogenplasma, so daß eine Unterbrechung in einem
ausreichenden Maße durchgeführt werden kann. Somit kann
der Schaltungsunterbrecher kleiner Kapazität in sicherer
und wirkungsvoller Weise unterbrochen bzw. geöffnet werden,
indem man die Zeitspanne vergrößert, während der der zum
Schaltungsunterbrecher 8 fließende Strom Null ist.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform handelt es sich
um einen Fall, wo eine Lastspule verwendet wird. Die Erfin
dung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungsform
beschränkt. Beispielsweise können die gleichen Vorteile
auch in einem Falle erzielt werden, wo ein Lastwiderstand
verwendet wird. Weiterhin kann eine Induktivität 16 in
Reihe mit der Kondensator-Energiequelle 9 und dem Schal
ter 10 vorgesehen sein, wie es gestrichelt in Fig. 3 dar
gestellt ist, wenn es erforderlich ist, eine Zeitkonstante
bezüglich der Fließzeit des Stromes zu regulieren, der von
der Kondensator-Energiequelle 9 fließt.
In der beschriebenen Weise enthält die Schaltung zur Betä
tigung des Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß die
ser Ausführungsform eine Reihenschaltung aus dem Schaltungs
unterbrecher und der Diode zwischen der Gleichstromversor
gung und der Last, und die Reihenschaltung aus Kondensator-
Energiequelle und dem Schalter ist parallel zu der erst
genannten Reihenschaltung vorgesehen. Wenn somit der Schal
ter geschlossen wird, wird der zum Schaltungsunterbrecher
fließende Strom zu Null durch den von der Kondensator-
Energiequelle fließenden Strom, und die Unterbrechung wird
während der Periode durchgeführt, wo der Strom Null ist.
Somit wird kein Bogenplasma zwischen den Elektroden des
Schaltungsunterbrechers erzeugt, die verfügbare Zeitspanne
kann vergrößert werden, um die Unterbrechung in einer kur
zen Zeit wirksam durchzuführen, und mit dem Schaltungs
unterbrecher kleiner Kapazität kann ein großer Strom unter
brochen werden.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Diese Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von
der vorherigen Ausführungsform gemäß Fig. 3 dadurch, daß
ein Widerstand 12 in eine Entladungsschaltung einer Konden
sator-Energiequelle 9 eingesetzt ist und ein Spannungs
detektor 18 und ein Bypass-Schalter 19 parallel zu der
Kondensator-Energiequelle 9 geschaltet sind. Der Spannungs
detektor 18 ist vorgesehen, um das Öffnen oder Schließen
des Bypass-Schalters 19 zu steuern. Die anderen Baugruppen
und Komponenten sind die gleichen wie in Fig. 3, so daß
ihre Beschreibung hier entbehrlich erscheint und auf die
vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird die Wirkungsweise der Aus
führungsform gemäß Fig. 5 näher erläutert. Die Gleichstrom
versorgung 7 wird zuerst an die Lastspule 13 angeschlossen,
um einen Strom zur Lastspule 13 fließen zu lassen und da
durch die Lastspule 13 zu erregen. Wenn die Spannung der
Gleichstromversorgung 7 reduziert wird, sobald der zur
Lastspule 13 fließende Strom einen vorgegebenen konstanten
Wert I 1 erreicht hat, fließt ein konstanter Strom in einem
Bereich der Zeitkonstanten, die durch die Schaltung vor
gegeben ist, welche die Diode 11, den Schaltungsunter
brecher 8, die Last 13 und den Schalter 14 aufweist, und
zwar durch die Betätigung der Umleitungsdiode oder des
Schalters 14, und die Gleichstromversorgung 7 wird von der
Lastspule 13 abgetrennt. Der zur Lastspule 13 fließende
Strom ist gleich dem Strom I 1, der zu dieser Zeit zum
Schaltungsunterbrecher 8 fließt, so daß die Energie in
der Lastspule 13 gespeichert wird.
Dann wird der zweite Schalter 10 durch einen von außen
gegebenen Befehl zu einem Zeitpunkt t 3 geschlossen, wenn
eine Schwierigkeit auftritt, und ein Strom I 2 fließt von
der Kondensator-Energiequelle 9 durch den Widerstand 12
zum Schaltungsunterbrecher 8. Die Richtung des Stromes I 2
ist entgegengesetzt zum Strom I 1, der zum Schaltungsunter
brecher 8 fließt, mit dem Ergebnis, daß alle Schaltungs
unterbrecherströme (I 1-I 2) vom Zeitpunkt t 3 an abzuneh
men beginnen und zu einem Zeitpunkt t 4 zu Null
werden.
In Fig. 6 bezeichnet eine strichpunktierte Linie eine Strom
wellenform, wenn die Diode 11 nicht in Reihe mit dem Schal
tungsunterbrecher 8 eingesetzt ist und der Schaltungsunter
brecher 8 geschlossen bleibt, der Strom einen negativen
Wert vom Zeitpunkt t 4 bis zum Zeitpunkt t 5 annimmt und zum
Zeitpunkt t 5 wieder zu Null wird; wenn aber die Diode 11
eingesetzt ist, ist die Stromwellenform durch eine aus
gezogene Linie angegeben, wobei der Unterbrechungsstrom
nicht invertiert wird wie bei der strichpunktierten Ketten
linie, sondern ein Strom mit dem Wert Null über eine Perio
de (T) bleibt, die durch die Zeitkonstante der Lade/Entlade-
Schaltung der Kondensator-Energiequelle 9 bestimmt ist.
Dieser Stromwert Null wird von dem Stromdetektor 15 ab
getastet, und eine Steuerschaltung 17 gibt den Befehl zum
Öffnen des Schaltungsunterbrechers 8. Da somit kein Strom
zum Schaltungsunterbrecher 8 während dieser Periode T
fließt, wird auch dann, wenn der Schaltungsunterbrecher 8
geöffnet wird, kein Bogenplasma zwischen den Elektroden
des Schaltungsunterbrechers erzeugt. Da das Intervall bzw.
der Abstand zwischen den Elektroden des Schaltungsunter
brechers größer wird, wenn eine Spannung zwischen den
Elektroden des Schaltungsunterbrechers 8 erzeugt wird,
um auf diese Weise eine vollständige Unterbrechung vorzu
nehmen, kann ein Bogenplasma eliminiert werden, und der
Schaltungsunterbrecher 8 kann eine hohe Isolierspannung
haben. Bis hier ist die Wirkungsweise die gleiche wie bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 3.
Wenn andererseits die Unterbrechung durch den Unterbre
chungsbefehl von der Steuerschaltung 17 gestartet wird,
hat die Kondensator-Energiequelle 9 die Tendenz, in um
gekehrter Richtung geladen zu werden, und zwar durch den
Widerstand 12, die Last 13, den Schalter 14 und den zwei
ten Schalter 10 und, falls erforderlich, die Induktivität
16; eine vollständige Unterbrechung kann aber durchgeführt
werden, indem man die Spannung Null oder die umgekehrte
Spannung der Kondensator-Energiequelle 9 über den Span
nungsdetektor 18 mißt, den Umleitungsschalter 19 durch
Anlegen des Steuersignals an den Umleitungsschalter 19
schließt, bevor eine große umgekehrte Spannung erzeugt wird,
die Kondensator-Energiequelle 9 kurzschließt, um ihre ent
gegengesetzte Aufladung zu vermeiden, und den Strom durch
den Unterbrechungswiderstand 12 dämpft.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform handelt es sich
um einen Fall, wo eine Spule als Last verwendet wird. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungs
form beschränkt. Beispielsweise können die gleichen Vor
teile auch erzielt werden, wenn ein Lastwiderstand verwen
det wird. In diesem Falle ist jedoch dann der Widerstand
12 nicht erforderlich. Ferner kann die Induktivität 16 ent
fallen, um die Zeitkonstante zu regulieren.
Da der Schaltungsunterbrecher 8 im allgemeinen eine mecha
nische Bewegung der Elektroden vornimmt, so kann dann, wenn
es eine vorgegebene Zeit dauert, bis von der Eingabe eines
Öffnungssignals der Öffnungszustand erreicht wird, ein
Öffnungssignal separat von der Stromabtastung vorher ein
gegeben werden. Mit anderen Worten, das Öffnungssignal wird
zuerst an den Schaltungsunterbrecher 8 in Abhängigkeit von
dem Auftreten einer Schwierigkeit angelegt, und der zweite
Schalter 10 kann früher geöffnet werden, und zwar um eine
Zeit, die der Periode vom Zeitpunkt t 3 bis zum Zeitpunkt
t 4 beim oben beschriebenen Zeitablauf entspricht. In die
sem Falle ist der Strommeßfühler 15 nicht erforderlich.
Der zweite Schalter 10 erhält außerdem den Befehl, früh zu
arbeiten, wenn der zweite Schalter 10 für eine vorgegebene
Verzögerungsoperation erforderlich ist.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die Unterschiede zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 beste
hen darin, daß ein Umkehrspannungs-Detektor 18 parallel zu
einer Kondensator-Energiequelle 9 geschaltet ist und eine
Reihenschaltung aus einem Entladungsstartschalter 19 und
einem Entladungswiderstand 20 daran angeschlossen ist. Der
Detektor 18 stellt fest, wenn die Kondensator-Energiequelle 9
mit einer entgegengesetzten Spannung oder Umkehrspannung
übermäßig geladen wird und legt ein Entladungssteuersignal
an den Schalter 19 an, um den Schalter 19 zu öffnen oder
zu schließen. Die anderen Baugruppen und Komponenten sind
die gleichen wie bei der Ausführungsform in Fig. 3, so daß
ihre Beschreibung entbehrlich erscheint und auf die vor
stehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird nachstehend
erläutert. Da das Wellenformdiagramm der Ausführungsform
gemäß Fig. 7 im wesentlichen das gleiche ist wie in Fig. 6
wird auf diese Fig. 6 Bezug genommen.
Die Gleichstromversorgung 7 wird zuerst an die Lastspule
13 angeschlossen, um einen Strom zu der Lastspule 13 flies
sen zu lassen, so daß die Lastspule 13 erregt wird. Wenn
die Spannung der Stromversorgung 7 abnimmt, sobald der zur
Lastspule 13 fließende Strom einen vorgegebenen konstanten
Strom I 1 erreicht hat, fließt ein konstanter Strom in dem
Bereich der Zeitkonstanten, die durch die Schaltung vor
gegeben ist, welche die Diode 11, den Schaltungsunterbre
cher 8, die Last 13 und den Schalter 14 aufweist, und zwar
durch die Betätigung der Umleitungsdiode oder des Schal
ters 14, und die Stromversorgung 7 wird von der Lastspule
13 abgetrennt. Der zur Lastspule 13 fließende Strom ist
gleich dem Strom I 1, der zu dieser Zeit zum Schaltungs
unterbrecher 8 fließt, so daß dadurch Energie in der Last
spule 13 gespeichert wird.
Dann wird der zweite Schalter 10 durch einen Steuerbefehl
von außen zu einem Zeitpunkt t 3 geschlossen, wenn irgend
eine Schwierigkeit auftritt, und es fließt ein Strom I 2
von der Kondensator-Energiequelle 9 zum Schaltungsunter
brecher 8. Die Richtung des Strom I 2 ist entgegengesetzt
zum Strom I 1, der zum Schaltungsunterbrecher 8 fließt, mit
dem Ergebnis, daß sämtliche Schaltungsunterbrecherströme
(I 1-I 2) vom Zeitpunkt t 3 an abzunehmen beginnen und zu
einem Zeitpunkt t 4 zu Null werden.
In Fig. 6 bezeichnet eine strichpunktierte Kettenlinie eine
Stromwellenform, wenn die Diode 11 nicht in Reihe mit dem
Schaltungsunterbrecher 8 eingesetzt ist und der Schaltungs
unterbrecher 8 geschlossen bleibt; der Strom nimmt einen
negativen Wert vom Zeitpunkt t 4 bis zu einem Zeitpunkt t 5
an und wird wieder zu Null zum Zeitpunkt t 5. Wenn aber die
Diode 11 eingesetzt ist, wird der Unterbrechungsstrom nicht
invertiert, wie es mit der strichpunktierten Kettenlinie
angedeutet ist, sondern bleibt ein Strom mit dem Wert Null
über eine Periode (T), die durch die Zeitkonstante der
Lade/Entlade-Schaltung der Kondensator-Energiequelle 9
bestimmt ist. Dieser Strom mit dem Wert Null wird von dem
Strommeßfühler 15 gemessen, und eine Steuerschaltung 17
gibt dem Schaltungsunterbrecher 8 den Befehl zum Öffnen.
Da somit kein Strom während dieser Periode T zum Schaltungs
unterbrecher 8 fließt, wird auch dann, wenn der Schaltungs
unterbrecher 8 geöffnet wird, kein Bogenplasma zwischen den
Elektroden des Schaltungsunterbrechers erzeugt. Da der Ab
stand zwischen den Elektroden des Schaltungsunterbrechers
zunimmt, wenn eine Spannung zwischen den Elektroden des
Schaltungsunterbrechers 8 erzeugt wird, indem man auf diese
Weise eine vollständige Unterbrechung vornimmt, kann ein
Bogenplasma eliminiert werden, und der Schaltungsunter
brecher 8 kann eine hohe Isolierstehspannung haben. Die
Wirkungsweise ist bisher die gleiche wie bei der Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 3.
Wenn andererseits die Unterbrechung durch einen Unterbre
chungsbefehl von der Steuerschaltung 17 gestartet wird,
wird die Kondensator-Energiequelle 9 in entgegengesetzter
Richtung geladen, und zwar durch den Widerstand 12, die
Last 13, den Schalter 14, den zweiten Schalter 10 und die
Induktivität 16; wenn aber die entgegengesetzte Spannung
der Kondensator-Energiequelle 9 über einen vorgegebenen
Wert hinaus zu groß wird, kann eine vollständige Unter
brechung durchgeführt werden, indem man die entgegengesetzte
Spannung der Kondensator-Energiequelle 9 mit dem
Umkehrspannungs-Detektor 18 mißt, den Entladungsschalter 19
durch Weiterleitung des Entladungssteuersignals an den
Entladungsschalter 19 schließt, bevor eine große Umkehr
spannung erzeugt wird, den Entladungswiderstand 20 paral
lel zur Kondensator-Energiequelle 9 schaltet, um eine Ent
ladungsstrecke zu bilden, so daß die Kondensator-Energie
quelle 9 nicht übermäßig in entgegengesetzter Richtung
geladen wird, und den Strom durch den Unterbrechungswider
stand 12 schwächt.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform handelt es sich
um einen Fall, wo eine Spule als Last verwendet wird. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungs
form beschränkt. Beispielsweise können die gleichen Vor
teile auch erzielt werden, wenn ein Lastwiderstand verwen
det wird. In diesem Falle wird jedoch der Widerstand 12
überflüssig. Weiterhin kann die Induktivität 16 weggelas
sen werden, um die Zeitkonstante zu regulieren, da die
Floating-Induktivität normalerweise vorhanden ist.
Da beim Schaltungsunterbrecher 8 im allgemeinen eine mecha
nische Bewegung der Elektroden erfolgt, kann dann, wenn es
eine vorgegebene Zeit erfordert, bis von der Eingabe eines
Öffnungssignals der Öffnungszustand erreicht wird, ein
Öffnungssignal vorher separat von der Stromabtastung an
gelegt werden. Mit anderen Worten, das Öffnungssignal wird
zuerst an den Schaltungsunterbrecher 8 in Abhängigkeit von
dem Auftreten einer Schwierigkeit angelegt, und der Schal
ter 10 kann früher geöffnet werden, und zwar um eine Zeit,
die der Periode vom Zeitpunkt t 3 bis zum Zeitpunkt t 4 der
erwähnten vorgegebenen Zeit entspricht. In diesem Falle ist
der Strommeßfühler 15 nicht erforderlich. Der Schalter 10
kann außerdem so beaufschlagt werden, daß er früh arbeitet,
wenn der Schalter 10 für eine vorgegebene Verzögerungs
operation erforderlich ist.
Fig. 8 zeigt eine modifizierte Ausführungsform gemäß der
Erfindung. In Fig. 8 sind die Unterschiede zur
Ausführungsform gemäß Fig. 3 die, daß eine sättigbare Dros
sel 21 in Reihe mit der Reihenschaltung aus dem Schaltungs
unterbrecher 8 und der Diode 11 eingesetzt ist. Die anderen
Baugruppen und Komponenten sind die gleichen wie bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 3, so daß ihre Beschreibung hier
entbehrlich erscheint und auf obige Ausführungen Bezug
genommen wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird die Ausführungsform gemäß
Fig. 8 näher erläutert. Zunächst wird die Gleichstromver
sorgung 7 an die Lastspule 13 angeschlossen, um einen Strom
zu der Lastspule 13 fließen zu lassen, so daß die Lastspule
13 erregt wird. Wenn die Spannung der Stromversorgung 7 ab
fällt, sobald der zur Lastspule 13 fließende Strom einen
vorgegebenen konstanten Wert I 1 erreicht, fließt ein kon
stanter Strom in einem Bereich der Zeitkonstante, die durch
den Kreis vorgegeben ist, welcher die Diode 11, den Schal
tungsunterbrecher 8, die Last 13 und den Schalter 14 ent
hält, und zwar durch die Betätigung der Umleitungsdiode
oder des Schalters 14, und die Stromversorgung 7 wird von
der Lastspule 13 abgetrennt. Der zur Lastspule 13 fließende
Strom ist gleich dem Strom I 1, der zu dieser Zeit zum Schal
tungsunterbrecher 8 fließt, so daß die Energie in der Last
spule 13 gespeichert wird.
Dann wird der zweite Schalter 10 durch einen Steuerbefehl
von außen zu einem Zeitpunkt t 3 geschlossen, wenn ein Prob
lem auftritt, und ein Strom I 2 fließt von der Kondensator-
Energiequelle 9 zum Schaltungsunterbrecher 8. Die Richtung
des Stromes I 2 ist entgegengesetzt zum Strom I 1, der zum
Schaltungsunterbrecher 8 fließt, mit dem Ergebnis, daß
sämtliche Schaltungsunterbrecherströme (I 1-I 2) beginnen,
vom Zeitpunkt t 3 an abzunehmen und zu einem Zeitpunkt t 4
zu Null werden; wenn man aber einen Zeitpunkt erreicht, wo
der Strom des Schaltungsunterbrechers ungefähr Null wird,
das heißt, zu einem Zeitpunkt t 4, wenn die sättigbare
Drossel 21 ihren Sättigungszustand verläßt, nimmt die
Induktivität der Drossel 21 zu. Somit nimmt die
Stromänderungsrate ab, und die Differenz zwischen den Strö
men I 1 und I 2 wird zu einem Zeitpunkt t 5 zu Null. Ferner
ist die Entladung von der Kondensator-Energiequelle 9 been
det, und es wird eine Spannung in gewissem Grade zwischen
den Elektroden des Schaltungsunterbrechers 8 erzeugt.
Wie sich aus Fig. 9 entnehmen läßt, wird die Periode oder
der Zeitraum vom Zeitpunkt t 4 bis zum Zeitpunkt t 6, in
welchem der Schaltungsunterbrecherstrom als Null betrach
tet wird, sehr wesentlich vergrößert, wenn man es mit dem
Zeitraum von dem Zeitpunkt t 5 an vergleicht, wenn der
Schaltungsunterbrecherstrom zu Null wird, bis zu dem Zeit
punkt der Entladungsbeendigung t 6 der Kondensator-Energie
quelle 9.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Schal
tungsunterbrecherstrom von dem Strommeßfühler 15 während
des Zeitraumes abgetastet, während dessen der Schaltungs
unterbrecherstrom Null ist oder im wesentlichen als Null
betrachtet wird; der Schaltungsunterbrecher 8 wird mit
einem Steuersignal von der Steuerschaltung 17 geöffnet,
und es wird kein Bogenplasma erzeugt oder zumindest wird
dann, wenn es dennoch auftreten sollte, die Unterbrechung
in einem Zustand durchgeführt, wo das Bogenplasma noch
sehr klein ist.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 10 ist zusätzlich zu der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 8 ein Spannungsdetektor 18 parallel zu der Kondensa
tor-Energiequelle 9 geschaltet und liegt außerdem parallel
zu einem Entladungsstartschalter 19 sowie einem Entladungs
widerstand 20. Der Spannungsdetektor 18 mißt übermäßige
Umkehrspannungen über einen vorgegebenen Wert der Konden
sator-Energiequelle 9 und erzeugt ein Entladungssteuersig
nal zur Beaufschlagung des Schalters 19, um diesen in Ab
hängigkeit von dem Umstand zu schließen, daß die Umkehr
spannung einen vorgegebenen Extremwert erreicht.
Die Wirkungsweise der Schaltung zur Betätigung des Gleich
strom-Schaltungsunterbrechers gemäß Fig. 10 wird nachste
hend erläutert. Der Übergangsstrom I 2 von der Kondensator-
Energiequelle 9 fließt durch die Induktivität 16, den Kommu
tierungswiderstand 12, die Lastspule 13 und den Umleitungs
schalter 14 auch nachdem der Schaltungsunterbrecher arbeitet.
Nachdem die Entladung beendet ist, beginnt somit die Konden
sator-Energiequelle 9 sich in entgegengesetzter Richtung
aufzuladen, und wenn der Schaltungsunterbrecher betätigt
ist, beginnt die entgegengesetzte Ladung. Dann stellt der
Detektor 18 den vorgegebenen Extremwert fest, um einen
Schließsteuerbefehl abzugeben und den Entladungswiderstand
20 parallel zu der Kondensator-Energiequelle 9 anzuschlies
sen. Somit wird eine vollständige Unterbrechung zusammen
mit dem Widerstand 12 durchgeführt und verhindert, daß eine
nicht erforderliche übermäßige Spannung in entgegengesetz
ter Richtung angelegt wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform handelt es sich
um einen Fall, wo eine Spule als Last verwendet wird. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausführungs
form beschränkt. Beispielsweise können die gleichen Vor
teile auch dann erzielt werden, wenn ein Lastwiderstand
verwendet wird. In diesem Falle wird jedoch der Widerstand
12 überflüssig. Weiterhin kann die Induktivität 16 weg
gelassen werden, um die Zeitkonstante zu regulieren, da
die Floating-Induktivität normalerweise vorhanden ist.
Da weiterhin der Schaltungsunterbrecher 8 im allgemeinen
mit einer mechanischen Bewegung der Elektroden arbeitet,
kann dann, wenn es eine vorgegebene Zeit erfordert, bis
vom Anlegen eines Öffnungssignals der Öffnungszustand er
reicht wird, ein Öffnungssignal vorher unabhängig von der
Stromabtastung angelegt werden. Mit anderen Worten, das
Öffnungssignal wird zuerst an den Schaltungsunterbrecher 8
in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Problems angelegt,
und der zweite Schalter 10 kann um einen Zeitraum früher
geöffnet werden, der dem Zeitraum von dem Zeitpunkt t 3 bis
zum Zeitpunkt t 4 der beschriebenen vorgegebenen Zeit ent
spricht. In diesem Falle ist der Strommeßfühler 15 nicht
erforderlich. Der zweite Schalter 10 kann auch so beauf
schlagt werden, daß er früh arbeitet, wenn der zweite Schal
ter 10 für eine vorgegebene Verzögerungsoperation erforder
lich ist.
Wie oben erwähnt, enthält die Schaltung zur Betätigung des
Gleichstrom-Schaltungsunterbrechers gemäß der Ausführungs
form nach Fig. 8 eine sättigbare Drossel, die in die Reihen
schaltung aus dem Schaltungsunterbrecher und der Diode zwi
schen die Gleichstromversorgung und die Last eingesetzt ist.
Somit wird die Stromänderungsrate klein in der Nähe des
Null-Wertes des Stromes durch die sättigbare Drossel, was
die Periode des Stromes mit Wert Null wesentlich verlängert.
Wenn somit die Unterbrechung während dieses Zeitraumes
durchgeführt wird, kann die Unterbrechung in wirkungsvol
ler Weise in einer kurzen Zeit erfolgen, und es kann ein
großer Strom mit dem Schaltungsunterbrecher kleiner Kapa
zität unterbrochen werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 beginnt nach der
Betätigung des Schaltungsunterbrechers eine umgekehrte
Aufladung der Kondensator-Energiequelle, wobei dann eine
übermäßig große Umkehrspannung abgetastet wird, um den
Entladungsstartschalter zu schließen. Da somit eine Ent
ladungsstrecke parallel zu der Kondensator-Energiequelle
vorgesehen ist, kann sie verhindern, daß die Kondensator-
Energiequelle übermäßig geladen wird, so daß eine Beschä
digung der Kondensator-Energiequelle verhindert und der
Unterbrechungsbetrieb unterstützt werden.
Claims (10)
1. Schaltung zur Betätigung eines Gleichstrom-Schaltungsunter
brechers, gekennzeichnet durch
- - einen Gleichstrom-Schaltungsunterbrecher (8), der zwischen einer Gleichstromversorgung (7) und einer Last (13) vor gesehen ist,
- - eine Diode (11), die in Reihe mit dem Schaltungsunter brecher (8) geschaltet ist, und
- - eine Reihenschaltung aus einer Kondensator-Energie quelle (9) und einem Schalter (10), die parallel mit einer Reihenschaltung aus dem Schaltungsunterbrecher (8) und der Diode (11) geschaltet ist,
- - wobei ein zum Gleichstrom-Schaltungsunterbrecher (8) fließender Strom auf Null gesetzt wird durch einen Strom, der von der Kondensator-Energiequelle (9) fließt, wenn der Schalter (10) geschlossen wird, und der Gleichstrom-Schaltungsunterbrecher (8) so betätigt wird, daß er innerhalb eines Zeitraumes, wo dieser Strom Null ist, unterbrochen wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- - eine Einrichtung (17) zur Erzeugung eines Öffnungs befehls für den Schaltungsunterbrecher (8) durch Mes sung des Umstandes, daß ein zum Gleichstrom-Schaltungs unterbrecher (8) fließender Strom Null wird, und
- - eine Einrichtung (15, 18, 19) zum Kurzschließen der Kondensator-Energiequelle (9) durch Messen der Umkehr spannung der Kondensator-Energiequelle (9).
3. Schaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (17) zur Erzeugung des Öffnungs
befehls einen Strommeßfühler (15) zur Messung des Schal
tungsunterbrecherstromes sowie eine Steuerschaltung (17)
aufweist, um ein Öffnungssteuersignal an den Schaltungs
unterbrecher (8) abzugeben, wenn der Meßfühler (15) ei
nen Schaltungsunterbrecherstrom mit Wert Null mißt.
4. Schaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurzschlußeinrichtung (18, 19) parallel zur Kon
densator-Energiequelle (9) geschaltet ist, und einen
Spannungsdetektor (18) zur Erzeugung eines Kurzschluß
steuersignals für die Kondensator-Energiequelle (9),
wenn die Umkehrspannung festgestellt wird, sowie einen
Umleitungsschalter (19) aufweist, der parallel zu der
Kondensator-Energiequelle (9) geschaltet ist und von dem
Kurzschlußsteuersignal geschlossen wird.
5. Schaltung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
- - eine Einrichtung (15, 17) zur Erzeugung eines Öffnungs befehls für den Schaltungsunterbrecher (8) durch Mes sung des Umstandes, daß ein zum Gleichstrom-Schaltungs unterbrecher (8) fließender Strom Null wird, und
- - eine Einrichtung (18, 19) zur Bildung einer Entladungs strecke für die Kondensator-Energiequelle (9) durch Messung einer übermäßig großen Umkehrspannung über ei nen vorgegebenen Wert der Kondensator-Energiequelle (9).
6. Schaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (15, 17) zur Erzeugung des Öffnungs
befehls einen Strommeßfühler (15) zur Messung des Schal
tungsunterbrecherstromes sowie eine Steuerschaltung (17)
aufweist, um ein Öffnungsbefehlssignal an den Schaltungs
unterbrecher (8) abzugeben, wenn der Meßfühler (15) ei
nen Schaltungsunterbrecherstrom mit Wert Null mißt.
7. Schaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (18, 19) zur Bildung einer Entladungs strecke parallel zur Kondensator-Energiequelle (9) geschal tet ist und folgende Baugruppen aufweist:
einen Umkehrspannungsdetektor (18) zur Erzeugung eines Entladungssteuersignals für die Kondensator-Energie quelle (9), wenn eine übermäßig große Umkehrspannung gemessen wird, und eine Reihenschaltung aus einem Ent ladungsstartschalter (19) und einem Entladungswider stand (20), die parallel zur Kondensator-Energiequelle (9) geschaltet sind, wobei der Entladungsstartschalter (19) durch das Entladungssteuersignal geschlossen wird.
daß die Einrichtung (18, 19) zur Bildung einer Entladungs strecke parallel zur Kondensator-Energiequelle (9) geschal tet ist und folgende Baugruppen aufweist:
einen Umkehrspannungsdetektor (18) zur Erzeugung eines Entladungssteuersignals für die Kondensator-Energie quelle (9), wenn eine übermäßig große Umkehrspannung gemessen wird, und eine Reihenschaltung aus einem Ent ladungsstartschalter (19) und einem Entladungswider stand (20), die parallel zur Kondensator-Energiequelle (9) geschaltet sind, wobei der Entladungsstartschalter (19) durch das Entladungssteuersignal geschlossen wird.
8. Schaltung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
- - eine Einrichtung (15, 17) zur Abgabe eines Befehls zum Öffnen des Schaltungsunterbrechers (8) durch Mes sen des Umstandes, daß ein zum Schaltungsunterbrecher (8) fließender Strom im wesentlichen Null wird.
9. Schaltung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (15, 17) zur Abgabe des Steuer
befehls einen Strommeßfühler (15) zum Messen des Schal
tungsunterbrecherstromes sowie eine Steuerschaltung
(17) aufweist, um ein Öffnungssteuersignal für den
Schaltungsunterbrecher (8) abzugeben, wenn der Meß
fühler (15) einen Schaltungsunterbrecherstrom mit Wert
Null mißt.
10. Schaltung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
- - einen Gleichrichter (11) und eine sättigbare Drossel (21), die in Reihe mit dem Gleichstrom-Schaltungs unterbrecher (8) geschaltet sind,
- - eine Reihenschaltung aus zumindest einer Kondensator- Energiequelle (9) und einem Schalter (10), die paral lel zu der Reihenschaltung aus dem Schaltungsunter brecher (8) und dem Gleichrichter (11) geschaltet sind,
- - eine Einrichtung (15, 17) zur Erzeugung eines Öffnungs befehls für den Schaltungsunterbrecher (8) durch Mes sung des Umstandes, daß ein zum Gleichstrom-Schaltungs unterbrecher (8) fließender Strom zu Null wird, und
- - eine Einrichtung (18) zur Erzeugung einer Entladungs strecke für die Kondensator-Energiequelle (9) durch Messen einer übermäßig großen Umkehrladespannung über einen vorgegebenen Wert der Kondensator-Energiequelle (9) hinaus.
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