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Einrichtung zum Schalten eines Wechselstromkreises
| Die Erfindung betrifft einen Wechsel- |
| stromschalter, der durch einen Elektromagne- |
| ten eingeschaltet und dadurch in der Ein- |
| schaltlage gehalten und durch Ausschalten |
| des Elektromagneten auch wieder ausgeschal- |
| tet wird. . Ü'm damit verhältnismäßig große |
| Schaltleistunben bewältigen zu können, wird |
| der WechsefAtromkreis beim Nulldurchgang |
| des Stromes"' ausgeschaltet. Schaltanordnun- |
| gen, die di'se, Aufgabe lösen, sind bekannt. |
| Bei einer'. dieser Anordnungen wird zu dem |
| Zweck ei0.';:mecltanisch schwingendes System |
| verwendet@welches Synchronismus zwischen |
| der Frequo:Pz des zu schaltenden Wechsel- |
| stroinkreiees und der Bewegung der Schalt- |
| kontakte ei`zwingt. Die Schaltkontakte wer- |
| den bei dex bekannten Anordnung mit Hilfe |
| eines in Schwingungen versetzten Hammers |
| getrennd. Der Hämmer wird mit der ein- |
| fachen oe@er doppelten Wechselstromfrequenz- |
| erregt un l in resonanzähnliche Schwingungen |
| versetzt. Sobald eine gewisse Amplitude |
| dieser Schwingungen erreicht ist, schlägt der |
| Hammer @ gen einen Verklinkungsmechanis- |
| mus und "leitet dadurch die Trennung der |
| Schaltstücke 'ein. ' |
Die Erfindung löst die gleiche Aufgabe mit einer Schaltanordnung, die sich von dem
bekannten Schalter vor allen Dingen dadurch unterscheidet, daß der bewegliche Schaltkontakt
selbst bzw. eine Feder, an der der Schaltkontakt befestigt ist, unter dem Ein> fiuß
eines Wechselfeldes steht, welches von dem zu schaltenden Wechselstromkreis her
erregt ist. Erfindungsgemäß ist der bewegliche Schaltkontakt des Wechselstromschalters
an einer Feder befestigt, die von dem beim Einschalten an die Wechselspannung angeschlossenen
Elektromagneten in gegenüber der einzuschaltenden Spannung um etwa 9o° in der Phase
verschobene Schwingungen versetzt wird. Die Feder ist dabei gegenüber dem festen
Kontakt derart angeordnet, daß sie durch eine bei der Berührung mit dem festen Kontakt
durch den Strom hervorgerufene Anziehungskraft an dem Kontakt festgehalten wird.
Die Erfindung hat gegenüber der bekannten Schaltanordnung den Vorteil, daß das Prinzip
eines mit dgm Wechselstromkreis im Synchronismus schwingenden mechanischen Systems
nicht nur für den Ausschaltvorgang, sondern auch für den
Einschaltvorgang
nutzbar- gemacht wird. Die Schaltanordnung nach der Erfindung erfüllt,
| wie im einzelnen an Hand des Ausführungs |
| Beispiels noch erläutert werden wird, rfrc |
| nur die Bedingung des Ausschaltens b. |
| Nulldurchgang des Stromes, sondern daru |
| hinaus auch noch die Bedingung des Ei t |
schaltens beim Nulldurchgang der Spannung. Die Erfindung sei an dem in der Zeichnung
dargestellten Schalter näher erläutert. Der feste Kontakt des Schalters besteht
aus dem Kern K eines Elektromagneten, der ;elektrisch leitend an einen Verbraucher
V und über diesen an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Der bewegliche Kontakt
des Schalters besteht aus einer Feder F, die so befestigt und gegenüber dem Magnetkern
K räumlich angeordnet ist, daß sie den Anker dieses Magneten bildet. Auf dem IC-ern
I{ sitzt eine Erregerwicklung H, die über einen Kondensator C und einen Hilfsschalter
D an die Wechselstromquelle angeschlossen ist. Der Kondensator C ist so bemessen,
daß die Wechselstromerregung des Magnetkerns ,K um etwa 9o° gegenüber der Wechselspannung
der speisenden Wechselstromquelle verschoben ist. Die gleiche Wirkung kann auch
durch eine Induktiv ität erreicht werden. Auf dem Kern K sitzt außerdem eine zweite
Erregerwicklung W. Diese liegt mit dem Stromverbraucher V in Reihe, ist also mit
ihrem einen Ende an den Stromverbraucher h und mit dem anderen Ende an den Kern
K angeschlossen. Durch einen Hilfsschalter M kann die Wicklung W kurzgeschlossen
werden.
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Wenn der Stromkreis des Verbrauchers Y' über die Wechselstromquelle
geschlossen werden soll, so wird der Hilfsschalter D im Stromkreis der Erregerwicklung
H eingeschaltet. Die Feder F gerät durch den in der Wicklung H fließenden Strom
in Schwingungen, deren Amplitude nach dem Einschalten des Hilfsschalters D allmählich
zunimmt. Da der Erregerstrom der Wicklung H wegen des in den Stromkreis eingeschalteten
Kondensators C um etwa 9o° in der Phase gegenüber der Wechselspannung U verschoben
ist, erreicht die von dem Magnetkern K auf die Feder F ausgeübte Anziehungskraft
ihr Maximum in dem Augenblick, in dem die Spannung U Null ist. Die Feder F wird
also, wenn die Schwingungen groß. genug geworden sind, den Magnetkern K in dem Augenblick
berühren, in dem die Netzspannung U durch Null geht. Es wird demnach selbsttätig
durch die Erfindung eine spannungslose Einschaltung erzielt. Sobald sich die Feder
F und der Magnetkern K berühren, fließt ein Strom- in dem Verbraucherstromkreis
und damit auch in der zweiten Erreger-Wicklung W'des Magneten K. Dieser Ström erzeugt
ein Magnetfeld, durch das die den Kern K berührende Feder F an dem Kern Stestgehalten
wird. Die Feder bleibt somit a.ndem Kern haften, und damit ist die Einsch altung
des Wechselstromkreises beendet.
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er Hilfsschalter D im Erregerkreis der Wicklung H kann jetzt ausgeschaltet
werden. Die Feder F und der Magnetkern l werden an der Kontaktberührungsstelle zweckmäßig
mit einer dünnen Schicht aus gut leitendem Material überzogen, indem die beiden
Teile beispielsweise verkupfert oder versilbert werden.
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Der Stromkreis des Verbrauchers h wird dadurch ausgeschaltet, daß
die in den Stromkreis geschaltete Erregerwicklung W durch den Hilfsschalter ä,1
kurzgeschlossen wird: Das Erregerfeld, welches die Feder F bis dahin an dem Kern
festhielt, klingt dann allmählich ab, wobei es jedoch synchron mit dem in dem Stromkreis
fließenden Wechselstrom sich ändert. Die Feder F wird sich infolge ihrer mechanischen
Spannung von dein Kontakt in dem Augenblick loslösen, in dem das Feld der Wicklung
W die Feder F nicht mehr festhalten kann. Die Feder wird sich dabei in dem Augenblick
von dein Kontakt K lösen, in dem der Erregerstrom der Wicklung W und damit der Strom
in dem Verbraucher V durch Null geht. Die Abschaltung des Wechselstromkreises erfolgt
somit in dem Augenblick, in dem der Strom gleich Null ist. Auch beim Abschalten
wird daher selbsttätig bei dem Schalter nach der Erfindung der günstigste Zeitpunkt
erreicht.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Feder F verhältnismäßig schwach
dimensioniert werden kann, weil Schaltfunken sowohl beim Einschalten als auch beim
Ausschalten vermieden sind. Die Feder kann sogar so schwach bemessen sein, daß sie
gleichzeitig als Schmelzsicherung dient. Der Querschnitt der Feder ist dann so zu
wählen, daß die Feder abschmilzt, sobald der Strom ein bestimmtes Maß, beispielsweise
das zehnfache des Nennstromes, während einer bestimmten Mindestzeit überschritten
hat. Die Schwingungsweite der Feder kann auf mehrere Zentimeter gesteigert werden,
so daß der Schalter auch für Spannungen von mehreren hundert Volt verwendet werden
kann.
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Um einen verfrühten Überschlag zu verhindern, kann erfindungsgemäß
zwischen der Feder F und dein Kontakt K eine verschiebbare Plätte aus Isoliermaterial,
beispielsweise eine Pertinaxplatte P, angeordnet werden. Diese wird entweder von
Hand oder durch einen Steuermnotor beiseitegeschoben sobald die Feder F zu schwingen
begonnen hat. Der Steuermotor für die Bewegung der
Isolierplatte
P kann gleichzeitig mit dem Erregerstromkreis der Wicklung H durch den Hilfsschalter
D eingeschaltet werden.
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Beim Einschalten von Hand wird zunächst der Hilfsschalter D eingeschaltet,
nach etwa einer Sekunde wird die Platte P weggeschoben und dann der Schalter D wieder
ausgeschaltet. Inzwischen sind die Schwingungen der Feder F so groß geworden, daß
,Feder und Magnetkern einander berühren. Beim Abschalten wird die Wicklung W durch
den Schalter 11I kurzgeschlossen und dann die Platte P zwischen Feder und Magnetkern
geschoben. Durch bekannte Steuerungsmittel, wie Abhängigkeitskontakte u. dgl., kann
erreicht werden, daß die vorstehend genannten Schalthandlungen sich selbsttätig
abwickeln.
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Es sei noch erwähnt, daß die Feder F zweckmäßig so bemessen wird,
daß ,sie. bei der gegebenen Frequenz der Wechselspannung U in Resonanz schwingt.
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Wenn der Wechselstromschalter nach der Erfindung als Mehrphasenschalter
verwendet werden soll, so wird in- jeder Phase eine Schalteinrichtung verwendet,
wie sie in der Zeichnung für eine Phase dargestellt ist. Ein solcher Mehrphasenschalter
hat den Vorteil, daß die einzelnen Phasen nicht gleichzeitig wie bei anderen mechanischen
Schaltern ein-oder ausgeschaltet werden, sondern daß die Einschaltung oder Ausschaltung
nacheinander erfolgt. Jede Phase wird in dem für sie günstigen Zeitpunkt des Spannungs-
oder Stromnulldurchganges ein- oder ausgeschaltet.
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Der Wechselstromschalter nach der Erfiil-Jung kann für hohe Spannungen
dadurch geeignet gemacht werden, daß die Schaltkontakte im Vakuum angeordnet werden.
Jede Wechselstromphase erhält ein Vakuumgefäß mit zwei Elektroden. Die Stromzuführungselektrode
endet in eine Schaltzunge, wie sie bei den bekannten Vakuumschaltern verwendet .wird.
Die Stromableitungselektröde besteht aus einem Eisenkern, der die Funktion des in
der Zeichnung mit K bezeichneten Magnetkerns übernimmt. Dieser Kern ragt in das
Innere der Vakuumröhre hinein. Außen trägt der Kern- die beiden Wicklungen H und
W nach dem Schema der Zeichnung.
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Bei einer Anordnung der Haltekontakte im Vakuum kann man sehr große
Schwingungsweiten erreichen, bis etwa io cm. Eine zusätzliche Schirmplatte zwischen
der schwingenden Feder und dem als* Festkontakt dienenden Magnetkern ist bei der
_ Anordnung der Kontakte im Vakuum nicht notwendig. Der Vakuumschalter ist somit
noch einfacher als ein Schalter, der in atmosphärischer Luft arbeitet.