DE735779C

DE735779C - Switching device

Info

Publication number: DE735779C
Application number: DES147289D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-10-15
Filing date: 1941-10-15
Publication date: 1943-05-25

Description

Schalteinrichtung Es ist bekannt, die Unterbrechung von Wechselstrom mittels mechanisch bewegter Kontakte dadurch zu erleichtern, daß mit den Kontakten eine Drossel mit beim Nennstrom hochgesättigtem Magnetkern in Reihe geschaltet wird, durch deren Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine stromschwache Pause hervorgerufen wird, in der sich die Kontakte voneinander zu entfernen beginnen. Erfindungsgemäß kann die Schalteinrichtung in der Weise weiter ausgebildet «-erden, daß die Kontakte von einer den Magnetkern der Drossel umschlingenden kurzgeschlossenen Spule gesteuert werden, die sich in einem zusätzlichen Magnetfeld bewegt, derart, daß durch diese Bewegung in .der Spule eine EMK während der stromschwachen Pause induziert wird, die die in der gleichen Zeit vom Magnetkern der Drossel induzierte EMK teilweise kompensiert. In der Zeichnung ist in den Fi.g. i bis 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; Fig. d. zeigt ein beispielhaftes Schaltschema mit Hilfseinrichtungen.Switching device It is known the interruption of alternating current by means of mechanically moved contacts to facilitate that with the contacts a choke with a magnetic core that is highly saturated at the rated current is connected in series, a low-current pause due to their desaturation in the vicinity of the current zero value is caused in which the contacts begin to move away from each other. According to the invention, the switching device can be further developed in such a way that that the contacts are short-circuited by a looping around the magnetic core of the choke Coil, which moves in an additional magnetic field, in such a way, that due to this movement in the coil, an emf during the low-current break which is induced at the same time by the magnetic core of the choke EMF partially compensated. In the drawing is in Fi.g. i to 3 an exemplary embodiment the invention shown; Fig. D. shows an exemplary circuit diagram with auxiliary equipment.

In Fig. i sieht man ein Stück eines ringförmigen Magnetkerns i i einer beim Nennstromwert hochgesättigten Drossel, deren Wicklung nicht mit dargestellt ist. In Fig. 2 ist der Ouerschnitt des Magnetkerns i i erkennbar. Der Magnetkern besteht vorzugsweise aus flach übereinander gewiclelttenEisClibandlagen. Seine Kennlinie soll im ungesättigten Gebiet möglichst wenig zur Flußachse geneigt sein, an den Übergangsstellen in die gesättigten Gebiete scharfe Knicke aufweisen und in den gesättigten Gebieten möglichst parallel zur Erregerachse verlaufen. Die bewegliche Kurzschlußspule 12 besteht hier aus einer einzigen Windung, die den Magnetkern 12 so eng wie möglich umschlingt. Ihr Widerstand soll möglichst gering sein, damit die in ihr erzeugten Verloste gering; sind. Aus dein gleichen Grunde soll die Spule 12 möglichst geringe Masse besitzen und leicht beweglich sein, so daß sie sich in dem zusätzlichen Magnetfeld nahezu träglieitslos bewegt. Zu diesem Zwecke kann die Spule 12 beispielsweise als schwachfedernder Rahmen ausgeführt sein, der an einer Seite mittels eines Blochs 13 eingespanilt ist. Der Block 13 befindet sich an einer nicht dargestellten Grundplatte o. dgl., mit der auch das zusätzliche Magnetsvstem starr verbunden ist. Letzteres besteht beispielsweise aus dein Magneten 1.I finit den geblätterten Polschuhen 15 und 16 und den mit Gleichstrom erregten Spulen 1; und 18. In dem Luftspalt zwischen den Polschuhen 15 und 16 kann sich die obere Querleiste i9 des Rahmens 12 bewegen. Die Querleiste i9 ist T-förinig auf die beiden Längsleisten des Rahmens 12 aufgesetzt und besteht beispielsweise aus Aluminium, während die übrigen Teile des Rahmens beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Die Querleiste i9 trägt den beweglichen Teil der Zontakteinrichtnng. Sie kann beispiels-«-eise selbst als Kontaktbrücke für die ruhenden Kontakte -2o, 21 und 22, 23 ausgebildet sein. Diese Ausfiihrungsforin ist aus Fig. 3 erkennbar, welche eine Draufsicht auf eine Kontakteinrichtung darstellt, bei der zu Umformungszwecken die beiden Wechselstromlialbwellen abwechselnd über die Kontakte 20, 21 und 22, 23 übertragen werden. In die bewegliche Querleiste ,g ist ein kleiner geblätterter Magnetanker 25 eingelassen. Die Polschuhe 15 und 16 besitzen entsprechende Aussparungen, in denen sich der Magnetanker :25 derart bewegen kann, daß in seinen beiden durch die geschlossene Stellung der Kontakteinrichtungen gegebenen Endstellungen noch ein kleiner Luftspalt vorhanden ist.In Fig. I one sees a piece of an annular magnetic core i i one Highly saturated choke at the rated current value, the winding of which is not shown is. In Fig. 2, the cross section of the magnetic core i i can be seen. The magnetic core preferably consists of layers of ice-cream tape wound flat on top of one another. Its characteristic should be inclined as little as possible to the river axis in the unsaturated area Transition points in the saturated areas have sharp kinks and in the saturated areas run parallel to the pathogen axis as far as possible. The movable one Short-circuit coil 12 here consists of a single turn that forms the magnetic core 12 as tightly as possible. you Resistance should be as low as possible be so that the raffles generated in it low; are. For the same reason the coil 12 should have the lowest possible mass and be easily movable, so that it moves almost sluggishly in the additional magnetic field. To this Purposes, the coil 12 can be designed, for example, as a weakly resilient frame, which is paneled in on one side by means of a block 13. The block 13 is located on a base plate (not shown) or the like, with which the additional Magnetsvstem is rigidly connected. The latter consists of your magnet, for example 1.I finite the peeled pole pieces 15 and 16 and the excited with direct current Coils 1; and 18. In the air gap between the pole pieces 15 and 16, the Move the upper cross bar i9 of the frame 12. The cross bar i9 is T-shaped placed the two longitudinal strips of the frame 12 and consists, for example, of Aluminum, while the remaining parts of the frame, for example, made of copper or consist of a copper alloy. The cross bar i9 carries the moving part of the Zontakteinrichtnng. For example, it can act as a contact bridge for those who are at rest Contacts -2o, 21 and 22, 23 may be formed. This embodiment is shown in Fig. 3 can be seen, which shows a plan view of a contact device in which for conversion purposes the two alternating current radial waves alternately across the contacts 20, 21 and 22, 23 are transmitted. In the movable cross bar, g is a small one Leafed magnet armature 25 let in. The pole shoes 15 and 16 have corresponding ones Recesses in which the armature: 25 can move in such a way that in his both end positions given by the closed position of the contact devices there is still a small air gap.

Fig..l zeigt die Reihenschaltung der Kotltaktpaare 2o, :21 und -2:2, 23 der aus zwei parallelen Zweigen bestehenden Drosselwicklung 26. Ferner sind der -Magnetkern i i und die bewegliche Kurzschlußspule 12 erkennbar. Mit den Kontakteinrichtungen -2o, 21 11111 -22, 2 3 können weitere 1solltal;teiliricilttllrgerl 2; und, 28 in Reihe geschaltet werden, deren Üftnung durch Haltespulen 29, 30 stromabhängig gesteuert werden kann. Ihre Schließung kann beispielsweise mit Hilfe der Erregerspulen 31 t tlid 32 in Abhängiglzeit von der Spannung gesteuert werden.Fig..l shows the series connection of Kotltaktpaare 2o,: 21 and -2: 2, 23 of the two parallel branches consisting of inductor winding 26. Furthermore, the magnetic core ii and the movable short-circuit coil 12 can be seen. With the contact devices -2o, 21 11111 -22, 2 3, further 1solltal; teiliricilttllrgerl 2; and, 28 are connected in series, the monitoring of which can be controlled by holding coils 29, 30 as a function of the current. Their closure can be controlled, for example, with the aid of the excitation coils 31 t tlid 32 as a function of the voltage.

Für die Schilderung der Wirkting=.weise werde voll der in Fig. i gezeichneten. Stellung ausgegangen, in der die Kontakte 2o und 21 durch die Querleiste 1g des Kurzschlußrallinells 1-2 geschlossen sind. Der Strom habe annähernd seinen grölten Wert. Durch ei,-sprechende Wahl der Anschlüsse habe er eine solche Richtung, daß die dut-ch ihn im Magnetfeld hervorgerufene Irraft den erforderlichen Kontaktdruck Hervorbringt. Dieser kann noch verstärkt werden, wenn die Anschlußleitungen, z. B. wie in hig. 3 (1111-ch strichpunktierte Linien angedeutet ist. so gefiihrt werden, dar) eine Stromscli12ife gebildet wird, in der die Stromkraft in Schließrichtung der Kontakte wirkt. Eine weitete Verstärkung des Kontaktdrucks kann durch die auf den Anker 25 ausgeübte inaglietische :1nziehungskraft herbeigeführt «-erden. Da jedoch diese Kraft ini Gegensatz zu den beiden anderen nicht von der Stromstärke abhängig ist, so empfiehlt es sich, den Anteil dieser Kraft atn Schließdruck der Kontakte nur gering ztt heniessen, weil diese Anziehun:gshra ft auch in der Nähe des Stroinnull@drircliganges der Korttaktöftnung entgegenwirkt. Diese@ft@iungsbewegung soll aber möglichst trägheitslos einsetzen, sobald der Kern i1 infolge düs Absinkens der Augenblickswerte des Stromes in den ungesättigten Zustand gelangt. Man kann deshalb die auf den 1lagnetanker 25 ausgeübte Anziehungskraft durch die Federkraft cles Rahmens 12 nahezu aufheben. Zu diesem Zweck kann die Federspannung des Rahmens 12 durch Wahl eines Stoffes, z. B. einer Kupferlegiertuig von geeigneter Elastizität; uni durch Wahl der Ei:nspannlänge passend ge-«-ählt bzw. eingestellt werden. Die \ullag@@ des federliden Rahmens fällt bei der g@zcichneten doppelseitigen Ausführungsform mit der Mittelstellung zusammen. Bei einseitiger Ausbildung der Kontakteinrichtung und des Magnetsvstenis wird die Nullstellung des fecleriiden Rahmens so gewählt, daß zwischen (len I#Zontakten eine kleine Trennstrecke in der Größenordnung von i min besteht.For the description of the working method, the one shown in Fig. I will be full. Assumed position in which the contacts 2o and 21 through the crossbar 1g of the Short circuit rallinells 1-2 are closed. The current has almost its roaring Value. By choosing the appropriate connections, he has such a direction that the Irraft caused him in the magnetic field the necessary contact pressure Brings forth. This can be increased if the connecting lines, for. B. as in hig. 3 (1111-ch dash-dotted lines are indicated. dar) a Stromscli12ife is formed, in which the current force in the closing direction the contacts work. A further increase in the contact pressure can be achieved by the Inaglietic pulling force exerted on the armature 25. There However, this force ini, unlike the other two, does not depend on the strength of the current is dependent, so it is advisable to determine the proportion of this force atn the closing pressure Contacts are only marginally beneficial because these attractions are also in the vicinity of the Stroinnull @ drircliganges counteracts the opening of the cortex. This @ ft @ iungsbewegung but should start with as little inertia as possible as soon as the core i1 as a result of the sinking the instantaneous values of the current go into the unsaturated state. One can therefore the force of attraction exerted on the single-layer anchor 25 by the spring force almost cancel the frame 12. For this purpose, the spring tension of the frame 12 by choosing a substance, e.g. B. a copper alloy of suitable elasticity; uni can be appropriately selected or set by selecting the clamping length. the \ ullag @@ of the spring lid frame falls in the g @ drawn double-sided embodiment with the middle position. With one-sided design of the contact device and the magnetic vestibule, the zero position of the fecleroid frame is chosen so that between (len I # Zontakten a small separation distance in the order of magnitude of i min exists.

Wenn sich die Augenblickswerte des Stromes (elll Entsättigungswert der Dross21 nähern, so verschwindet der stromabhängige Anprelldruck der Kontakte. Sobald die Drossel itt den ungesättigten Zustand gelangt, entstellt in 3r Kurzschlußspule eine Spannung, die einen Strom in solcher Richtung hindurchtreibt, daß auf die ini zusätzlichen 'Magnetfeld befindliche Querleiste i9 eine Bewegungskraft in U )ffntingsriclitun- ausgeübt wird. Dicltumnehr einsetzende Bewegung der Spule läßt aber in ihr eine Gegen-E llh entstehen, so daß der Spulenstrorn nicht die GrÜllenorClnung eines Kurzsclilußstromes annehmen kann. Die Differenz der vorn Kraftfluß der Drosselspule erregten J' II11 und der durch die Bewegung itn zusätzlichen Magnetfeld erzeugteil C:regen-.E1IK ist um so kleiner, je schnel-1Lr die Bewegung vor sich geht. Durch eine möglichst trägheitslose Bewegung werden als-) auch der Strom in der Kurzschlußspule und die durch ihn verursachten -#7itioinwärlneverluste klein gehalten, ebenso die-zu ihrer Dekkun:g erforderliche Energie, :die der sich entsättigenden Drossel entzogen wird und deren gewünschte Wirkung verschlechtern könnte.If the instantaneous values of the current (elll desaturation value approach the Dross21, the current-dependent contact pressure of the contacts disappears. As soon as the choke reaches the unsaturated state, it is disfigured in 3r short-circuit coil a voltage that drives a current through it in such a direction that the ini additional 'transverse bar located in the magnetic field i9 a movement force in U) ffntingsriclitun- is exercised. However, the movement of the coil that begins earlier than this leaves a Counter-E llh arise so that the coil current does not have the same standard as a short circuit current can accept. The difference in the front flow of the choke coil excited J 'II11 and the part C: regen-.E1IK that generates an additional magnetic field through the movement is the smaller, the faster the movement goes on. Through a possible Inertia-free movement are as well as the current in the short-circuit coil and the Heat losses caused by him are kept small, as are those to theirs Dekkun: g required energy: which is withdrawn from the desaturating throttle and worsen their desired effect.

Bei einseitiger Ausbildung. der Kontakteinrichtung und des Nfagnetsystems schwingt die Spule über die Nullage der Federkraft hinaus; sie wird dann durch die nunmehr entgegengesetzt wirkende Federkraft zurückgeführt, da die vom '@iagn:etfeld der Drossel erzeugte F_JIK inzwischen infolge der Unterbrechung es Stromes verschwunden ist. Der Anker 25 gerät dadurch wieder in den Bereich erhöhter Anziehungskraft, so daß die Kontakte 2o, 21 wieder geschlossen werden. Bevor dies eintritt, können sich :die in Reihe daniit liegenden Kontakte 2; öffnen, so daß der Stromkreis auch nach der erneuten Überbrükkungder Kontakte 20, 21 geöffnet bleibt. Die Arbeitsweise der Kontakte 2; ist hierbei folgen@de: Die in der Erregerspule 2g wirkende Haltekraft :des Stromes unterschreitet bereits bei einem oberhalb des Entsättigungswertes der Drossel liegenden Augenblickswert des Stromes denj enigen Wert, der erforderlich ist, tim die Kontakte 27 geschlossen zu halten. Ihre öffnung beginnt jedoch infolge ihrer Trägheit erst, nachdem die Überbrückung der Kontakte 2o, z1 aufgehoben ist.In the case of one-sided training. the contact device and the magnet system the coil swings beyond the zero position of the spring force; it is then through the now counteracting spring force returned, since the '@iagn: etfeld the throttle generated F_JIK meanwhile disappeared as a result of the interruption of the current is. As a result, the armature 25 comes back into the area of increased attraction, so that the contacts 2o, 21 are closed again. Before this happens, you can itself: the contacts 2 lying in series; open so the circuit too remains open after the contacts 20, 21 are bridged again. The way of working of contacts 2; is here follow @ de: The holding force acting in the excitation coil 2g : of the current falls below the already at one above the desaturation value The instantaneous value of the current lying in the throttle has the value that is required is to keep the contacts 27 closed tim. Their opening, however, begins as a result their inertia only after the bridging of the contacts 2o, z1 is canceled.

Statt federnder Ausbildung des Spulenrahmens 12 selbst kann auch eine anderweitige bewegliche Lagerung der Spule mit besonderen Blattfedern oder abwechselnd als Zug-und Druckfedern wirkenden Schraubenfedern z-orgesehen sein. Statt einer Federkraft kann zur Kontaktschließung auch eine andere Hilf shiaft angewendet werden, die erst nach der Kontaktöffnung wirksam wird, beispielsweise eine el@eltrodynamische oder elektrom:a.gnetische Hilfskraft. Diese kann z. B. dadurch bereitgestellt werden, daß mit Hilfe er an ,der Drossel bei ihrer Entsättigung entstehenden und etwa mittels einer Hilfswicklung abgenommenen Spannung ein Hilfskondensator geladen wird. Dieser Hilfskondensator . auf wird nach der Unterbrechung des Stromes unter Verwendung von, Ventilen oder Hilfskontakteinrichtungen über die bewegliche Spule derart entladen, daß der Entladestrom in dem im zusätzlichen Magnetfeld bewegten Spulenteil eine Rückführkraft ausübt.Instead of a resilient design of the coil frame 12 itself, another movable mounting of the coil with special leaf springs or helical springs acting alternately as tension and compression springs can also be provided. Instead of a spring force, another auxiliary shiaft can be used to close the contacts, which only becomes effective after the contact has been opened, for example an electrodynamic or electro-magnetic auxiliary force. This can e.g. B. can be provided in that with the help of it, the throttle resulting from its desaturation and approximately by means of an auxiliary winding removed voltage, an auxiliary capacitor is charged. This auxiliary capacitor . on is discharged after the interruption of the current using valves or auxiliary contact devices via the movable coil in such a way that the discharge current exerts a return force in the coil part moved in the additional magnetic field.

Bei :der in der Zeichnung dargestellten doppelseitigen Ausbildung der Kontakteinrichtung und des zusätzlichen Magil,etsystems wird auf :den Anker 25 nach Überschreittiug seiner Mittelstellung die Anziehungskraft :auf der gegenüberliegenden Seite der Polschi:thaussparung wirksam, so daß,die ntterleiste ig in diejenige Stellung gebracht wird, in der sie die Kontakte 22, 23 überbrückt. Die zusätzlichen Kontakteinrichtungen 2; und 28 haben ungvonRückzündungen hier ederGesamtunterbrechungsstrecke lediglich. den Zweck, erforderliche die zurVerm za schaffen, Lä ng eid s@i) daß die Trennstrecken an den hontalzteii 2o bis 23 und damit die Bew egungsbaliii der Querleiste ig sehr kurz gehalten sein können.In: the double-sided training shown in the drawing the contact device and the additional Magil, etsystem is on: the anchor 25 after its middle position has been exceeded, the force of attraction: on the opposite Side of the Polschi: th recess effective, so that the ntterträger ig in that position is brought, in which it bridges the contacts 22, 23. The additional contact facilities 2; and 28 only have, irrespective of re-ignition, the entire interruption path. the purpose, necessary to create the necessary for the Verver za, length eid s @ i) that the separating distances at the hontalzteii 2o to 23 and thus the movement balance of the transverse bar ig very much can be kept short.

Zur Verzögerung des Anstiegs der wiederkehrenden Spannung können die Unterbrechungsstrecken in bekannter Weise durch vorzugsweise kapazitiv e Parallelpfade überbrückt sein, die in Fi.g. q. beispielsweise durch Kondensatoren 33, 3.1 und Dämpfungstviderstäncle 35, 36 verkörpert sind.To delay the rise in the return voltage, the Interruption sections in a known manner by preferably capacitive parallel paths be bridged, the in Fi.g. q. for example by capacitors 33, 3.1 and Dampfstviderstäncle 35, 36 are embodied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Switching device for interrupting alternating current by means of mechanically moved contacts with which a choke with the rated current value high @ saturated a magnetic core is switched in line, by desaturation near the stroninull value: a stronisclnvache pause is evoked, in which the contacts begin to move away from each other., characterized by, that the contacts are full of one! Maglret core wrapped around the choke short-circuited Coil (i2) controlled, which moves in an additional magnetic field (14), such,. that by: this movement in the coil during the low-current pause an E11I is induced, which in the -! calibrated time from the magnetic core of the choke induced EAIK partially competed.

2. Schalteinrichttin: g according to claim i, characterized in that the short-circuit coil is ordered from a single turn.

3. Schalteinrich-ttlng according to 'Insprtlcll2, characterized in that the Kurzschl.ußspule designed as a weakly resilient ralimeil and attached to the additional magnetic field opposite side is clamped. d .. Sch.alte: device according to claim i, characterized in that the contacts are effective only after they have been opened; future assistant will be closed again. 5. Switching device according to claim @ i and 4, characterized, the coil (12) with an im @ lagnetfel @ 1 was valid f i_1) .Magnetic armature (25) moved with it is provided, which is when the contacts are closed the Maglietfeld strengthened as a result of the appropriate training of the Polscht.lie. 6. Slialticlit il: g according to claim 5, characterized in that a spring force alternating direction in particular the self-resilience of the Spu.lenrahmens, see above set is that it is first in the sense of the contact opening and with an increasing opening path works in the opposite sense. ;. Switching device nazli claim t, characterized characterized in that with the contact device controlled by the movable short-circuit coil another current-controlled interruption device is in series, which later opens without current due to its greater freedom. Scha: lteinrichtting according to claim r .zu Umforinungszwecl #: en, characterized in that the alternately in each of the two alternating current half-wave current-transmitting Kontalaz and the Pole shoes of the additional magnet device symmetrical to the movable part # - arleor, 1-net are.