DE702051C - Elektrischer Wechselstromschalter - Google Patents

Description

• Elektrischer Wechselstromschalter Die Erfindung bezieht sich-auf einen Wechselstromschalter, bei welchem durch besondere Mittel. bewirkt wird, daß die Kontakttrennung in oder kurz vor dem Stromnulldurchgang des Abschaltstromes erfolgt und der Unterbrechungslichtbogen im Bruchteil einer Halbwelle gelöscht wird. Derartige Synchronschalter zeichnen sich dadurch aus, daß die Schaltarbeit gegenüber den Schaltern mit willkürlicher Kontakttrennung sehr stark verringert wird. Infolgedessen kann die Stromunterbrechungseinrichtung selbst wesentlich vereinfacht werden, und es tritt auch eine @erhebliche Ersparnis an Löschmittelbedarf, z. B. Druckluft oder Schaltflüssigkeit, auf.
• s Die wesentlichen Merkmale der Synchronschalter bestehen darin, daß die Schaltkontakte mit einer hohen Trenngeschwindigkeit geöffnet werden und daß eine Synchronsteuerung vorgesehen ist, die unter Berücksichtigung ihrer Eigenzeit sowie der des Schalters einen Auslöseimpuls so frühzeitig gibt, daß die Kontakttrennung in oder kurz vor dem Stromnulldurchgang des Abschaltstromes erfolgt.
• Die hohe Kontakttrenngeschwindigkeit wird bei den bekannten Schaltern dadurch erzielt, daß entweder die beiden Schaltkontakte sich anfänglich zusammen bewegen und dann plötzlich der eine Schaltkontakt festgehalten wird und sich nur der andere weiterbewegt oder aber eine Kontaktüberschleifung benutzt wird. Zusammen mit dem zur Anwendung gebrachten Löschmittel ergibt die .gewählte Trenngeschwindigkeit dieEigenzeit der Stromunterbrechung, worunter der Zeitraum zu verstehen ist, innerhalb dessen bei .der Stromunterbrechung die Schaltkontakte auf eine solche Trennentfernung gebracht werden, daß eine Rückzündung bei der gewählten Betriebsspannung nicht mehr möglich ist. Diese Eigenzeit ist eine für jeden Schalter konstante Größe. Als Synchronsteuerung wird bei einer bekannten Ausführung eine mit einer Nase versehene, einseitig fest eingespannte Feder verwendet, die von einem vom Abschaltstrom durchflossenen Magneten in Schwingungen versetzt wird und den einen Schaltkontakt; der mit einer Verzahnung versehen ist, beim Vorübergleiten festhalten soll. Die Nase der Schwingfeder kann jedoch bei der Auslösung durch den Magneten auch auf einen Zahnkopf auftreffen und zurückprallen, so daß ein genaues Arbeiten, worauf es bei einer Synchronsteuerung ankommt, bei dieser Ausführung nicht gewährleistet ist. Werden nach einem anderen Vorschlag die sich gemeinsam bewegenden Schaltkontakte durch ein vom Abschaltstrom durchflossenes Solenoid bis zum Stromnulldurchgang zusammengehalten, so lassen sich zunächst derartige Anordnungen nicht für größere Leistungen bauen, andererseits besteht die Gefahr, daß infolge der Hysteresiserscheinungen die Kontakttrennung derart erfolgt, daß der Lichtbogen über eine Halbwelle verlängert wird.
• Man ist daher in neuerer Zeit dazu übergegangen, die Synchronsteuerungseinrichtungen in der Weise auszubilden, daß ein vom Abschaltstrom beeinflußter Stromwandler einen Stromkreis mit einer Funkenstrecke und einem Relais speist. Der Überschlag an der Funkenstrecke setzt dann über Zwischenglieder einen Druckluftantrieb für die Kontakttrennung in Tätigkeit. Eine derartige Synchronsteuerung ist jedoch infolge der Verwendung von Relais nicht nur sehr empfindlich, sondern besitzt auch auf Grund der zahlreichen Zwischenglieder eine erhebliche Eigenzeit. Diese würde unerheblich sein, wenn sie konstant wäre. Das ist jedoch nicht der Fall, denn jedes der verwendeten Zwischenglieder weist unvermeidbare Schwankungen in seiner Wirkungsweise auf. Die Schwankungen der einzelnen Zwischenglieder addieren sich nun und ergeben insgesamt derartig abweichende Eigenzeiten dieser bekannten Synchronsteuerungen mit Funkenstrecke und Relais sowie mit einem durch diese ausgelösten Kontaktantrieb, daß es vorkommen kann, daß die Kontakttrennung verspätet erfolgt und der Schalter, da er für die dann auftretende Schaltarbeit nicht bemessen ist, beschädigt oder gar zerstört wird.
• Ausgehend von der Erkenntnis, daß bei einer großen Eigenzeit der Synchronsteuerung, gerechnet von der Impulsgabe bis zur Kontakttrennung, auch große Schwankungen unvermeidbar sind, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, eine praktisch konstante Eigenzeit der Synchronsteuerung dadurch zu erzielen, daß die Teileigenzeiten der einzelnen Glieder der Synchronsteuerung derart kurz bemessen sind, daß die Gesamteigenzeit der Synchronsteuerung kleiner als 5/1.0o Sekunden ist. Eine derartige praktisch schwankungsfrei arbeitende Synchronsteuerung besteht beispielsweise darin, daß bei einem .Schalter, dessen Schaltkontakte sich zur Stromunterbrechung zunächst gemeinsam bewegen und von denen der eine durch eine Synchronsteuerung festgehalten wird, die Synchronsteuerung aus einem vom Abschaltstrom beeinflußten "Haltemagneten besteht, der ein schlagartig wirkendes Organ steuert, welches mit einem am festzuhaltenden Schaltkontakt vorgesehenen, in der Kontaktstellung eingriffsbereiten Gegenorgan zusammenwirkt.
• Ein derartiges Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im nachstehenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• In Abb. i ist mit i der eine stiftförmige, bewegliche Schaltkontakt bezeichnet, der mit dem anderen Schaltkontakt 2 zusammenwirkt, der beim Ausführungsbeispiel als Düsenkontakt eines Druckgasschalters ausgebildet ist und durch die Synchronsteuerung ,in oder kurz vor dem Stromnulldurchgang festgehalten wird. Der Kontakt 2 steht unter Einwirkung einer oder mehrerer Federn 3, durch die er zur Stromunterbrechung zunächst gemeinsam mit dem beweglichen Kontakt i bewegt wird, bis die erforderliche Kontakttrenngeschwin.digkeit, welche sich vorteilhaft in der Größenordnung von 3 bis 4. m/Sek. bewegt, erreicht ist. Die Feder 3 wird beim Einschaltvorgang gespannt.
• Um den beweglichen Kontakt i bzw. den diesen umschließenden Isolator ist ein Stromwandler 4. gelegt, der die Spulen des Elektromagneten 5 speist. Der letztere ist derart ausgeführt, daß er eine große Haltekraft, jedoch eine geringe Fernwirkung aufweist. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß die' Pole des Magneten nur durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt sind, so daß nach dem Abheben des Ankers der größte Teil der Kraftlinien durch den Spalt hindurchtritt. Der Anker 7 des Haltemagneten steuert einen Schlagbolzen B. Dieser weist nur geringe Maße auf und besteht aus einem dünnen Stahlstift, der mit einem Stoßkopf aus vorzugsweise gehärtetem Stahl mit vorteilhaft rechteckigem Querschnitt versehen ist. Der Schlagbolzen 8 steht unter der Wirkung einer kräftigen, in einem Gehäuse 9 untergebrachten Kraftspeicherfeder io und besitzt außer der Führung durch das Federgehäuse 9 noch eine besondere Führung i i für den Stoßkopf. Die - Kraftspeicherfeder io beschleunigt bei ihrer Freigabe durch den Anker 7 des Haltemagneten den Bolzen 8, der die Trennung der Schaltkontakte einleitet, auf kleinem Hub derart, daß seine Geschwindigkeit gleich oder größer als die Kontaktgeschwindigkeit ist. Der Elektromagnet 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel federnd auf seiner Unterlage befestigt, um ein sicheres Aufliegen des Ankers 7 an den Magnetpolen in jedem Falle zu gewährleisten. Das Federgehäuse 9 -dagegen ist feststehend angeordnet.
• Der Schlagbolzen 8 dringt bei seiner Auslösung.durch den Haltemagneten in oder kurz vor dem Stromnulldurchgang in eine HemmvorrichtungH ein, die zweckmäßig nicht unmittelbar mit dem festzuhaltenden Kontakt 2 verbunden ist, sondern sich auf einem endlosen Band befindet, das nach Art einer Bandbremse über eine oder mehrere Bremsrollen 15 läuft, bevor es mit dem Kontakt :2 verbunden ist. Hierdurch erreicht man, daß trotz der hohen Bremskräfte, die zu dem fast momentanen Festhalten des nacheilenden Kontaktes erforderlich sind, die Beanspruchung der Hemmorgane durch die hohe Kraftübersetzung der Bremse verhältnismäßig gering ist. Die Spannung des Bandes erfolgt über die Spannrolle 16.
• _ Zum Spannen und Arretieren .der Kraftspeicherfeder bis kurz vor der Auslösung dient ein Steg 13, der mit der Hemmvorrichtung H starr verbunden ist. Dieser Steg drückt den Anker -für die Dauer der Anfahrperiode an die Haftfläche !des Magneten und überläßt das Festhalten des Ankers erst der Anziehungskraft des Wechselstrommagneten, nachdem die Schaltkontakte den Anfahrweg zurückgelegt haben. Damit der Anker während dieser Zeit gut am Magneten anliegt, ist dieser, wie bereits vorstehend erwähnt, federnd an seiner Grundplatte befestigt.
• Die Hemmvorrichtung besteht nach Abb. 2 aus einem vorn und hinten aufgeschlitzten kastenartigen Gehäuse, in dem zahlreiche gleiche Stahlplättchen 2i übereinanderliegen. Die Plättchen 21 sind in der Bewegungsrichtung des Schlagbolzens verschiebbar, so daß der Bolzen an jeder Stelle wie in eine Zahnstange eindringen kann, ohne jedoch durch Zahnköpfe behindert zu werden. Die nicht vom Schlagbolzen zurückgeschlagenen "Plättchen bleiben durch ihr Beharrungsvermögen in ihrer anfänglichen Lage, werden aber zur erhöhten S icherheit@bis kurz vor der Einschlagstelle durch einen Führungssteg a2, der im rückseitigen Schlitz des Kastens läuft, in der Anfangslage festgehalten.
• Beim Einschaltendes Schalters fährt nach Abb. i und 2 der Plattenkasten nach unten. Der eingedrungene -Schlagbolzen 8 (Abb. 2), der entgegen dieser Bewegungsrichtung abgerundet ist und daher nicht festhalten kann, schiebt die ihm im Wege stehenden Platten 21 zurück und wird schließlich über eine schiefe Ebene auf den Anlaufsteg 13 .und damit in seine Anfangslage gehoben. Währenddessen hat der Führungssteg 22, über den der herabsinkende Plattenkasten hinweggleitet, die Plättchen 21 wieder in den anderen Teil des Kastens geschoben.
• Um das Anfahren des Schalters beim Abschältvorgang zu erleichtern, das wegen der hohen Kraftübersetzung durch Reihungs- und Massewiderstände des Plattenkastens erschwert werden kann, ist es zweckmäßig, den Plattenkasten zu Beginn des Anfahrens durch. eine Feder 26 zu beschleunigen.
• Der Auslösemagnet 5 wird unmittelbar vom Strom der abzuschaltenden Phase über einen Strom-,vandler erregt. Er läßt im Nulldurch-gang des Stromes den Anker los und kann ihn wegen seiner geringen Fernwirkung nicht wieder zurückholen. Die Zeit vom Stromnulldurchgang bis zur Trennung .der Schalterkontakte nach erfolgter Blockierung der Bremse ist sehr kurz und beträgt annähernd 2/100o Sekunden bei einer Toleranz von nur etwa 'Z 1/s000 Sekunde. Diese kurze Zeit erreicht man durch sehr leichte Ausbildung des Schlagbolzens bei starker Druckfeder und kurzem Weg. Der leichte Schlagbolzen wird wiederum durch die hohe, z. B. etwa i : 5 betragende Kraftübersetzung der Bandbremse möglich.
• Da man die Kontakttrennung in den Nulldurchgang legen will, ist es erforderlich, dem. Erregerstrom des Magneten eine Voreilung gegenüber dem Primärstrom zu geben. Man erreicht diese Phasenlage durch einen Wandler mit hohem Magnetisierungsstrom. Es ist daher zweckmäßig, den Stromwandler als Durchführungswandler init mehreren vorteilhaft regelbaren Luftspalten auszuführen. Außerdem kann die Phasenlage des Erregerstromes durch parallel und in Reihe zum Magneten geschaltete Widerstände beliebig geändert werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Wechselstromschalter, dessen Lichtbogen im Bruchteil einer Halbwelle gelöscht wird, mit einer Synchronsteuerungseinrichtung, welche bewirkt, daß die Kontakttrennung in oder kurz vor dem Nulldurchgang des Abschaltvorganges erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teileigenzeiten der" einzelnen ' Glieder der Synchronsteuerung derart kurz bemessen sind, daß die Gesamteisenzeit der Synchronsteuerung kleiner als etwa 5/1000 Sekunden ist.
2. 2. Wechselstromschalter, insbesondere nach Anspruch i, bei dem die Schaltkontakte sich zur Stromunterbrechung -zunächst zusammen relativ zu einer Festhaltevorrichtung bewegen und bei dem der eine Schaltkontakt durch die Festhalte--orrichtung im oder kurz vor dem Stromnulldurchgang festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalteorgan der Vorrichtung nach Art eines Schlagbolzens ausgebildet ist, dessen Arretierung vom Abschaltstrom gesteuert wird und der mit einem in jeder Kontaktstellung eingriffsbereiten Gegenorgan zusammenwirkt.
3. 3. Wechselstronischalter nach Allspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schlagartig wirkende Festlialteorgan durch einen vom Absclialtstroln beeinflußten Haltemagneten gesteuert wird, der eine große Haltekraft, aber geringe Fernwirkung besitzt. d.. Wechselstromschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, claß die mit dein das schlagartig wirkende Organ steuernden Anker zusammenwirkenden Pole des Haltemagneten einen geringen Luftabstand aufweisen. 5. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schlagartig wirkende Organ ein unter Federkraft stehender Schlagbolzen mit geringer Masse ist. 6. Wechselstromschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen aus einem Stahlstift besteht, an dessen einem Ende der Anker des Haltemagneten sitzt und an dessen anderem Ende ein Stoßkopf aus gehärtetem Stahl vorgesehen ist. ;. j@'ecliselstrolnsclialter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen in einem die Kraftspeicherfeder aufnehmenden feststehenden Gehäuse gelagert ist, während der Halteinagnet auf seiner Grundplatte federnd befestigt ist. S. Wechselstronischalter nach Allspruch 5. dadurch gel;eniizeiclinet, daß die Kraftspeicherfeder des Schlagbolzens beim Einschalten des Schalters durch besondere Mittel, vorzugsweise eine Auflauffläche, gespannt und beim Abschalten bis kurz vor der Kontakttrennung gesperrt gehalten wird. 9. Wechselstromschalter nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem schlagartig wirkenden'Organ zusammenarbeitende, mit dein festzuhaltenden Schaltkontakt verbundene Gegenorgan ein mit einem Durchtrittsschlitz für den Stoßkopf des Schlagbolzens versehener Kasten ist, in welchem senkrecht zur Stoßrichtung des Schlagbolzens aufeinandergeschichtete Plättchen derart angeordnet sind, daß sie in der Stoßrichtung des Bolzens eine begrenzte Bewegungsfreiheit aufweisen. io. Wechselstromschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkasten mit einer Vorrichtung, vorzugsweise einer relativ zu ihm bei der Ausschaltung bewegten Führungsleiste, derart zusammenwirkt, daß die Plättchen beim Einschaltvorgang an die dem Schlagbolzen zugekehrte Seite des Plattenkastens gedrängt werden und erst kurz vor dem Auslösen des Schlagbolzens ihre begrenzte Bewegungsfreiheit in Richtung des Bolzenstoßes erhalten. i i. Wechselstronischalter nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßkopf des Schlagbolzens derart ausgebildet ist, daß er nach dem Einfallen in die Plattenkammer ein Weiterbewegen derselben in der Ausschaltrichtung verhindert, dagegen eine Rückstellung in die Einschaltlage zuläßt. 12. Wechselstroinschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen an dem dem Schlagbolzen abgekehrten Ende in der Laufrichtung der Führungsleiste nach oben abgeschrägt sind. 13. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die bei dem Festhalten des einen Schaltkontaktes bei der Impulsgabe durch den Synchronauslöser auftretenden großen mechanischen Beanspruchungen abgefangen werden. 14. Wechselstromschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Abfangen des Festhaltestoßes nach Art einer Bandbremse ausgebildet ist. 15. Wechselstromschalter nach Anspruch 13 und 1:I, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkasten und der festzuhaltende Schaltkontakt mit einem endlosen Bremsband verbunden sind, durch welches beim Abschaltvorgang der Plattenkasten an dem Stoßkopf des Schlagbolzens vorbeigeführt wird. 16. Wechselstromschalter nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfallgeschwindigkeit des Schlagbolzenkopfes in den Plattenkasten gleich oder größer ist als die Bewegungsgeschwindigkeit des Plattenkastens bzw. des Bremsbandes. 17. Wechselstromschalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbandgeschwindigkeit und damit die Kontaktgeschwindigkeit im Augenblick der Kontakttrennung 3 bis q. m/Sek. beträgt. 18. Wechselstromschalter nach Anspruch. 1q., dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsband zu Beginn der Ausschaltbewegung vorzugsweise durch eine Feder gelüftet bzw. beschleunigt wird. i9. Wechselstromschalter nach Anspruch 13 und 1q., dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse eine Kraftübersetzung von etwa i : 5 und darüber aufweist. 2o. Wechselstromschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltemagnet von einem durch den Abschaltstrom erregten=Stromwandler derart --gespeist wird, daß insbesondere infolge der Bemessung des Magnetisierungsstromes der Sekundärstrom dem Primärstrom um idie Eigenzeit der Festhaltevorrichtung voreilt. 2i. Wechselstromschalter nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlerkern einen oder mehrere gegebenenfalls regelbare Luftspalte aufweist. 22. Wechselstromschalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage des Sekundärstromes durch in Reihe oder parallel mit dem Haltemagneten liegende Widerstände beeinflußt wird.