DE615623C

DE615623C - Switching device for direct current circuits with arc extinguishing by means of parallel capacitor

Info

Publication number: DE615623C
Application number: DES104236D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Friedlaender; Dipl-Ing Fritz Ulrich; Carl Vogel
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-04-17
Filing date: 1932-04-17
Publication date: 1935-07-09

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

Bun SncL EinendemBun SncL end

. 1935. 1935

AUSGEGEBEN AM
9. JULI 1935ISSUED ON
JULY 9, 1935

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21c GRUPPE 35CLASS 21c GROUP 35

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. April 1932 abPatented in the German Empire on April 17, 1932

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für Gleichstromkreise mit Lichtbogenlöschung· mittels Parallelkondensators. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art liegt der Löschkondensator der Schaltstrecke nicht ständig parallel, sondern wird ihr erst nach kleiner, etwa ¹Z₂ mm betragender öffnung der Schaltkontakte parallel geschaltet. Bei diesen bekannten Anordnungen, die in FIg. 1 dargestellt skid, ist der Löschkondensator 5 mit einer seiner Belegungen mit dem festen Arbeitskontakt 3 des Schalters 2 und zugleich mit dem Verbraucher oder Belastungswiderstand ι verbunden, während die andere Belegung gegebenenfalls über eine - Drosselspule 6 mit dem Ruhekontakt 4 des Schalters ständig verbunden ist. Der Widerstand des abzuschaltenden Verbrauchers kann sowohl induktiver als auch Ohmscher Art sein. Das Gleichstromnetz, dessen beide Pole mit + und — bezeichnet sind, kann beispielsweise von einer Batterie, einer Gleichstrommaschine oder über Gleichrichter von einem Wechselstromnetz gespeist werden. Mit dem negativen Pol des Netzes und dem einen Ende der Drosselspule 6 ist ein hochohmiger Aufladewiderstand 7 verbunden. Das Prinzip dieser bekannten Schaltvorrichtung besteht darin, daß der Entladungsstrom des Kondensators den zu löschenden Lichtbogenstrom entgegengesetzt richtet und ihn auf Null bringt.The invention relates to a switching device for direct current circuits with arc quenching by means of a parallel capacitor. In known devices of this type, the quenching capacitor of the switching path is not always in parallel, but is only switched in parallel to it after the switching contacts have opened up ^{to a small opening of approximately 1} Z _{2 mm.} In these known arrangements, which are shown in FIG. 1 shown skid, the quenching capacitor 5 is connected with one of its assignments to the fixed working contact 3 of the switch 2 and at the same time to the consumer or load resistor ι, while the other assignment is possibly connected via a - choke coil 6 with the normally closed contact 4 of the switch. The resistance of the consumer to be switched off can be inductive as well as ohmic. The direct current network, the two poles of which are denoted by + and -, can be fed, for example, from a battery, a direct current machine or via rectifiers from an alternating current network. A high-resistance charging resistor 7 is connected to the negative pole of the network and to one end of the choke coil 6. The principle of this known switching device is that the discharge current of the capacitor directs the arc current to be extinguished in the opposite direction and brings it to zero.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung, bei welcher der mit einer Belegung ständig mit dem festen Arbeitskontakt des Schalters verbundene Löschkondensator mit seiner anderen Belegung bei Anschlag des Schalters am Ruhekontakt mit dem abzuschaltenden Verbraucher oder Belastungswiderstand verbunden wird.The invention relates to a switching device in which the one with an occupancy quenching capacitor constantly connected to the permanent working contact of the switch with its other assignment when the Switch on the normally closed contact with the consumer or load resistor to be switched off is connected.

Sie besteht darin, daß das eine Ende des Verbrauchers mit dem beweglichen Arbeitskontakt des Schalters verbunden ist und daß zwischen dem anderen Ende des Verbrauchers und dem Ruhekontakt des Schalters ein hochohmiger Aufladewiderstand liegt, so daß der Kondensator in allen Schaltstellungen über einen Aufladewiderstand an den beiden Polen des Gleichstromnetzes liegt.It consists in the fact that one end of the consumer is connected to the movable working contact of the switch and that between the other end of the consumer and the break contact of the switch a high-resistance Charging resistor is so that the capacitor in all switching positions has a charging resistor at the two poles of the direct current network.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt, in der die gewählten Bezugszeichen die gleichen Elemente angeben wie in Fig. 1.An embodiment is shown in Fig. 2, in which the selected reference numerals indicate the same elements as in FIG. 1.

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker indicated the following as the inventors:

Dr.-Ing- Erich Friedländer, Dipl.-Ing. Fritz Ulrich in Berlin-Siemensstadt und Carl J ogel in Berlin-Schöneberg. Dr.-Ing- Erich Friedländer, Dipl.-Ing. Fritz Ulrich in Berlin-Siemensstadt and Carl J ogel in Berlin-Schöneberg.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, überbrückt der aus dem Löschkondensator 5, der Drosselspule 6 und dem hochohmigen Aufladewiderstand 7 bestehende Zweig der Schaltanordnung im Gegensatz zur Fig. 1 nicht nur den Verbraucher i, sondern auch den Schalter 2. Infolgedessen liegt -der Löschkondensator in allen Schaltstellungen über den Aufladewiderstand 7 an beiden Polen des Gleichstromnetzes. Die Drosselspule 6, die aus wenigen Windungen einer scinvachen Hilfsspule bestehen kann, trägt zur leichteren Löschung des Lichtbogens bei.As can be seen from FIG. 2, the one from the quenching capacitor 5 bridges the choke coil 6 and the high-resistance charging resistor 7 existing branch of the switching arrangement, in contrast to FIG. 1, not only the consumer i, but also switch 2. As a result, the quenching capacitor is in all switching positions via the charging resistor 7 at both poles of the direct current network. The choke coil 6, which consist of a few turns of a scinvache auxiliary coil can contribute to easier extinguishing of the arc.

Fig. 2 läßt auch das Prinzip der Wirkungsweise der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung erkennen, das darin besteht, daß der erste Stromstoß des Kondensators dem Betriebsstrom im Schalterlichtbogen gleichgerichtet ist. Versuche haben gezeigt, daß mit dieser neuen Anordnung die mit Sicherheit zu bewältigende Schaltleistung auf das Doppelte oder auf einen noch höheren Betrag gegenüber der mit der Anordnung nach Fig. 1 zu bewältigenden Leistung erhöht werden kann. Diese Erhöhung' der Schaltleistung hängt vermutlich damit zusammen, daß der Stromverlauf, der in Fig. 3 für beide Anordnungen nach Fig. 1 und 2 über der Zeit t aufgetragen ist, bei der Schaltung nach Fig. 1 zwar sehr schnell einen Xulldurchgang des Stromes zeigen wird, daß jedoch die Schaltung nach -Fig. 2 während längerer Zeit nach dem Ablauf der ersten Stromamplitude des sich notwendig einstellenden Schwingungs-Vorganges einen relativ kleinen Strom am Kontakt zur Folge hat, so daß der Lichtbogen in dieser Zeit, die in Fig. 3 mit T bezeichnet ist. leicht verlischt.Fig. 2 also reveals the principle of the operation of the switching device according to the invention, which consists in the fact that the first current surge of the capacitor is rectified to the operating current in the switch arc. Tests have shown that with this new arrangement, the switching capacity to be handled with certainty can be increased to double or an even higher amount compared to the capacity to be handled with the arrangement according to FIG. 1. This increase in the switching capacity is presumably related to the fact that the current curve, which is plotted against time t in FIG. 3 for both arrangements according to FIGS. 1 and 2, in the circuit according to FIG. 1 shows a zero crossing of the current very quickly becomes that, however, the circuit according to -Fig. 2 results in a relatively small current at the contact for a long time after the first current amplitude of the necessary oscillation process has elapsed, so that the arc occurs during this time, which is denoted by T in FIG. easily goes out.

Es sind zwar schon Schaltvorrichtungen bekannt, bei denen der erste Stromstoß des Kondensators dem Betriebsstrom im Schalterlichtbogen gleichgerichtet ist. Zu diesem Zweck wird bei der bekannten Anordnung ein Kondensator vorgesehen, der mit der einen Belegung mit dem festen Arbeitskontakt des Schalters, mit der anderen Belegung mit dem Ruhekontakt des Schalters verbunden ist. Diese bekannte Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie nur dann, wenn der Isolationswiderstand des Kondensators unendlich groß ist, wirksam ist. Praktisch ist also eine solche Anordnung nicht brauchbar, da jeder Kondensator einen gewissen Verlustwiderstand besitzt.There are already switching devices known in which the first surge of the Capacitor is rectified to the operating current in the switch arc. To this Purpose is provided in the known arrangement, a capacitor with the one Assignment with the fixed working contact of the switch, with the other assignment with the Normally closed contact of the switch is connected. This known arrangement has the disadvantage that it only works when the insulation resistance of the capacitor is infinitely large, is effective. In practice, then, such an arrangement is not useful because every capacitor has a certain loss resistance.

Die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung besitzt noch den weiteren Vorteil, daß der Aufladewiderstand 7 von dem Augenblick an, wo der Ruhekontakt 4 geschlossen ist, gleichzeitig die Funktion eines Schutzwiderßo Standes parallel zum Verbraucher 1 übernimmt, so daß Überspannungen selbst bei großen Werten der Induktivität des Verbrauchers stark herabgemindert werden. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt noch darin, daß bei. ihr der Aufladewiderstand 7 bei geöffnetem Schalter über den Löschkondensator 5 am Xetz liegt, wodurch im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. 1 ein Stromfluß durch den Aufladewiderstand verhindert wird.The switching device according to the invention has the further advantage that the charging resistor 7 from the moment when the normally closed contact 4 is closed, at the same time takes over the function of a protective resistance level parallel to consumer 1, so that overvoltages even with large values of the inductance of the consumer be greatly reduced. Another advantage of the device according to Invention is still in that with. her the charging resistor 7 when the switch is open is connected to the Xetz via the quenching capacitor 5, which is in contrast to the arrangement According to Fig. 1, a current flow through the charging resistor is prevented.

Bei sehr hohen Induktivitäten im Verbaucherkreis müßte der Aufladewiderstand 7, um als Schutzwiderstand wirken zu können, so klein gemacht werden, daß der über den Lichtbogen zusätzlich fließende Strom dieses '5 Schutzwiderstandes die Löschfähigkeit des Kondensators beeinträchtigen würde. Man ist also mit der Wahl des Widerstandes 7 nicht völlig frei, sondern wird im allgemeinen ein Vielfaches des Widerstandes des Verbrauchers 1 innehalten müssen. Bei sehr großen Induktivitäten im Verbraucherkreis würde damit jedoch ein Vielfaches der Betriebsspannung als Überspannung an der Induktivität des Verbrauchers auftreten S5 können.In the case of very high inductances in the consumer circuit, the charging resistor would have to be 7, in order to act as a protective resistor can be made so small that the over the Arc additional current flowing this' 5 protective resistor the extinguishing ability of the Capacitor would affect. One is so with the choice of resistance 7 is not completely free, but in general becomes a Multiples of the resistance of the consumer 1 must pause. With very Large inductances in the consumer circuit would, however, be a multiple of the operating voltage occur as overvoltage at the inductance of the consumer S5 can.

Gemäß der weiteren .Ausbildung der Erfindung wird deshalb ein Gleichrichter in der Weise angewendet, wie die Fig. 4 der Zeichnung darstellt. Es ist an sich bereits bekannt, einen Gleichrichter parallel zum Verbraucher ■ oder insbesondere parallel zu der Induktivität im Verbraucherkreis zu schalten. Demgegenüber wird der Gleichrichter erfindungsgemäß nicht parallel zum Verbraucher, sondern parallel zum Aufladewiderstand geschaltet. Daraus ergibt sich ein technischer Vorteil in der Dimensionierungsbedingung für den Gleichrichter 8. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, deren Bezeichnungen mit denen ioo von Fig. ι und 2 übereinstimmen, liegt der Gleichrichter. 8 nämlich weder im eingeschalteten noch im ausgeschalteten Zustand des Schalters dauernd an Spannung. Infolgedessen reicht es aus, den Gleichrichter 8 für die gerade bei stoßweiser Momentanbelastung zulässige Spannung zu dimensionieren. Man spart dadurch besonders bei der Verwendung von Kupferoxydgleichrichtern erheblich an der erforderlichen Zellenzahl. Gleichzeitig geht damit bei gleicher Plattengröße der Durchlaßwiderstand des verwendeten Gleichrichters und damit auch die Höhe der auftretenden Überspannung herunter.According to the further. Training of the invention, a rectifier is therefore in the Applied manner, as shown in Fig. 4 of the drawing. It is already known in itself a rectifier parallel to the consumer ■ or in particular parallel to the To switch inductance in the consumer circuit. In contrast, the rectifier is according to the invention not connected in parallel to the consumer, but in parallel to the charging resistor. This results in a technical advantage in the dimensioning condition for the rectifier 8. As can be seen from FIG. 4 can be seen, the names of which with the ioo of Fig. ι and 2 match, the rectifier is. 8 namely neither when switched on still on when the switch is switched off. Consequently it is sufficient to use the rectifier 8 for the momentary intermittent load allowable voltage to be dimensioned. This saves you money, especially when you use it of copper oxide rectifiers significantly in terms of the number of cells required. Simultaneously the forward resistance of the rectifier used is therefore the same for the same plate size and thus also the level of the overvoltage that occurs.

Mit Hilfe der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich mit schwachen Kontakten, z. B. mit Kontaktdurchmessern von bis S mm, Schaltleistungen von vielen Kilo- · watt mit Sicherheit bewältigen. Die Löschung der entstehenden Lichtbogen geht dann aiiiWith the help of the switching device according to the invention can be with weak contacts, z. B. with contact diameters of up to S mm, switching capacities of many kilos watt with confidence. The extinguishing of the arcing is then aiii

besten vor sich, wenn der Kondensator bereits nach sehr kleiner öffnung der Schaltkontakte parallel geschaltet wird. Versuche haben ergeben, daß ein Optimum bei etwa ι mm Kontaktweg liegt. Um nun zu erreichen, daß selbst beim Versagen der Kondensatorlöschwirkung trotz optimaler Einstellung der Kontaktöftnung auf ι mm der Lichtbogen noch mit Sicherheit zum Abreißen kommt, werden auf die Kontakte Funkenhörner aufgesetzt. Im allgemeinen werden diese ausschließlich als Sicherheitsorgane wirkenden Hörner nicht gebraucht, jedoch ist ihre Wirkung um so sicherer, je weiter derbest in front of you when the capacitor opens after a very small opening of the switch contacts is connected in parallel. Tests have shown that an optimum is around ι mm contact path. In order to achieve now that even if the capacitor extinguishing effect fails, despite the optimum setting of the contact opening to ι mm If the arc is sure to break off, spark horns will appear on the contacts put on. In general, these horns, which act exclusively as safety organs, are not used, but they are its effect the more certain, the further the

ίο Kontakt geöffnet wird. Um die Forderungen nach möglichst kleinem Kontaktweg zum Zwecke der Parallelschaltung des Kondensators und nach verhältnismäßig großem Schaltweg zwecks Erhöhung der Löschwirkung der Funkenhörner zu vereinigen, kann der Ruhekontakt für die Parallelschaltung des Kondensators federnd angeordnet werden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt. Der Arbeitskontakt 9 ist als Bügel ausgebildet, der in ein Horn ausläuft: ihm steht der bewegliche Kontakt 10 gegenüber, der in gleicher Weise wie der Arbeitskontakt 9 ausgebildet ist und mittels eines Hebels 11 betätigt wird. Der mit 12 bezeichnete Ruhekontakt sitzt auf einer Feder 13, die ihn bei geschlossenem Schalter, d. h. also wenn die Kontakte 9 und 10 aufeinanderliegen, bis auf einen Abstand von ι mm an ein entsprechend ausgebildetes Gegenstück 14 des beweglichen Kontaktes 10 herandrückt. Die Bügel der Kontakte 9 und 10 sind so gebogen, daß der Fußpunkt des Lichtbogens, d. h. also die gegenseitige Berührungsstelle der Bügel, oberhalb der Stromzuführungsachse der Kontakte 9 und 10 liegt. Ferner ist für einen glatten übergang vom Lichtbogenfußpunkt zu den auslaufenden Hörnern zu sorgen. Die \^rerwendung von Reinsilber für die Hauptkontakte 9 und 10 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da bei Verwendung von Reinsilber die erzielte Löschwirkung am größten ist.ίο contact is opened. In order to combine the requirements for the smallest possible contact path for the purpose of parallel connection of the capacitor and for a relatively large switching path for the purpose of increasing the extinguishing effect of the spark horns, the normally closed contact for the parallel connection of the capacitor can be arranged resiliently. An embodiment of this type is shown in Fig. 5 of the drawing. The normally open contact 9 is designed as a bracket which ends in a horn: it faces the movable contact 10, which is constructed in the same way as the normally open contact 9 and is actuated by means of a lever 11. The normally closed contact designated by 12 sits on a spring 13 which, when the switch is closed, ie when the contacts 9 and 10 lie on top of one another, presses it against a correspondingly designed counterpart 14 of the movable contact 10 to a distance of ι mm. The brackets of the contacts 9 and 10 are bent in such a way that the base point of the arc, ie the mutual contact point of the brackets, lies above the power supply axis of the contacts 9 and 10. A smooth transition from the base of the arc to the tapering horns must also be ensured. The \ ^r Before Using pure silver for the main contacts 9 and 10 has been found to be particularly advantageous as the extinguishing effect achieved when using pure silver is greatest.

Der Schalter nach Fig. 5 arbeitet in der Weise, daß sich bei seiner Öffnung zunächst die Bügel 9 und 10 voneinander trennen und bei einer gegenseitigen Entfernung von etwa ι mm der Ruhekontakt 12 von dem Gegenstück 14 berührt wird, wodurch die Parallelschaltung des Löschkondensators bewirkt wird. Der Hebel kann infolge ZurückfedernsThe switch of Fig. 5 operates in such a way that when it is opened, first the brackets 9 and 10 separate from each other and at a mutual distance of about ι mm of the normally closed contact 12 from the counterpart 14 is touched, causing the parallel connection of the quenching capacitor will. The lever can spring back as a result

. der Feder 13 ohne Trennung der Kontakte 12 und 14 weiterbewegt werden, so daß gegebenenfalls die Hörner der Kontakte 9 und 10 ansprechen und der Lichtbogen durch Herausblasen gelöscht wird, wenn es nicht schon vorher durch die Löschwirkung des Kondensators geschehen ist.. the spring 13 can be moved further without separating the contacts 12 and 14, so that if necessary the horns of contacts 9 and 10 respond and the arc through Blowing out is deleted if it has not already been deleted by the extinguishing effect of the Capacitor has happened.

Bei sehr hoch beanspruchten · Konfakten kann es darauf ankommen, unabhängig von erheblichem Materialverbrauch an den Hauptkontakten 9 und 10 einen Schaltweg von ι mm bis zum Zuschalten des Kondensators (durch Auf treffen des Kontaktes 14 auf den Kontakt 12) innezuhalten. Diesem Ziel dient die in Fig. 6 der Zeichnung dargestellte An-Ordnung. Die Lage des Kontaktstückes 12 wird in der Einschaltstellung der Kontakte 9 und 10 unabhängig von deren Abbrand durch ein auf den Hebel 11 aufgesetztes Distanzstück 15 sichergestellt. Außerdem wird mit der Feder 14 eine Verzögerungsvorrichtung iü verbunden, die im einfachsten Falle aus einer großen Masse oder einer Bremsvorrichtung bestehen kann. Diese Vorrichtung 16 dient dem Zweck, daß der Kontakt 12 bei sehr schnellen Bewegungen des Hebels 11 nicht momentan unter dem Einfluß der Kraft der Feder 13 zurückfedern kann, wodurch der sonst ι mm betragende Schaltweg bis zum Zuschalten des Löschkondensators in unerwünschter Weise vergrößert würde. Mit der angegebenen Vorrichtung wird dagegen der· zurückzulegende Schaltweg von 1 mm bis zum Schließen des Ruhekontaktes unabhängig von der Lage des Kontaktes 9 bzw. go dem Abbrand in den Kontakten 9 und 10 gesichert. For very heavily used contacts it can depend on the substantial consumption of material on the main contacts 9 and 10 a switching path of ι mm up to the connection of the capacitor (by meeting the contact 14 on the Contact 12) to pause. The arrangement shown in FIG. 6 of the drawing serves this purpose. The position of the contact piece 12 is in the switched-on position of the contacts 9 and 10 regardless of their burn-up by a spacer placed on the lever 11 15 ensured. In addition, the spring 14 becomes a delay device iü connected, which in the simplest case consists of a large mass or a braking device. This device 16 serves the purpose that the contact 12 does not occur with very rapid movements of the lever 11 momentarily can spring back under the influence of the force of the spring 13, whereby the otherwise ι mm amount of switching travel up to the connection of the quenching capacitor in undesirable Way would be enlarged. With the specified device, however, the switching path to be covered is 1 mm until the normally closed contact is closed, regardless of the position of contact 9 or go the burn in the contacts 9 and 10 secured.

Claims

Patent claims:

1. Switching device for DC circuits with arc quenching by means of a parallel capacitor, one of which is permanently connected to the permanent working contact of a switch and its other assignment with the moving working contact only when it stops is connected to a break contact of the switch, characterized in that one end of the consumer is connected to the movable working contact of the switch and that between the other end of the consumer and the break contact of the switch is a high-resistance charging resistor. no

2. Switching device "according to claim 1 for switching off inductive loads, characterized in that a rectifier, in particular a dry rectifier, in parallel with the high resistance is switched.

3. Switching device according to claim 1, characterized in that there is a choke coil in series with the quenching capacitor.

4- switching device according to claim i, characterized in that the break contact of the switch is resiliently arranged.

5. Switching device according to claim 4, characterized by the arrangement a spacer holding the normally closed contact at a certain distance from the movable normally open contact.

6. Switching device according to claim 4, characterized by one on the resilient Arrangement of the normally closed contact acting delay device.

1 sheet of drawings