EP0072566A2

EP0072566A2 - Elektrisches Schaltgerät mit Kontaktbrücke

Info

Publication number: EP0072566A2
Application number: EP82107473A
Authority: EP
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Kölpin
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1983-02-23
Also published as: EP0072566A3; DE3132338A1

Abstract

Es wird ein Schlatgerät, insbesondere ein Schütz beschrieben das wenigstens eine Doppelkontaktstelle (6,7) aufweist, zu der wenigstens ein Halbleiterventil (4) parallel geschaltet ist. Aufgrund des bei dem Öffnen der Doppelkontaktstelle entstehenden Lichtbogens wird das Halbleiterventil (4) angesteuert, so daß der Lichtbogenstrom auf das Halbleiterventil kommutiert und in seinem Nulldurchgang durch die Halbleiterventil gelöscht wird. Zur Zündung des Halbleiterventiles wird der Lichtbogen ausgenutzt; dabei ist der Steueranschluß über eine Litze mit der Kontaktbrücke verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie betrifft insbesondere ein Schütz mit je einer jede Doppelkontaktstelle überbrückenden Kontaktbrücke.
Wechselstrom-Schaltgeräte hoher Schalthäufigkeit weisen insbesondere bei höheren Nennströmen und im Schwerlastbetrieb wegen der auftretenden Schaltlichtbögen einen beträchtlichen Verschleiß am Kontakt- und Löschsystem auf, der ihre Lebensdauer verringert und Wartungskosten verursacht. Für derartige Einsatzgebiete wurden deshalb verschiedentlich Hybridschaltsysteme vorgeschlagen, bei denen der Laststrom nach Öffnen der Hauptkontakte auf einen Nebenweg kommutiert und dort durch eingebaute Halbleiterventile im Nulldurchgang abgeschaltet wird. Eine zusätzliche Trennstelle im Stromkreis kann erforderlichenfalls durch einen weiteren, zum Hybridschaltersystem in Reihe liegenden und stets stromlos öffenenden Kontakt gebildet werden.
Bei der Verwendung von steuerbaren Halbleiterventilen im Nebenweg der mechanischen Schaltstelle besteht das Erfordernis einer Zündung dieser Ventile unmittelbar nach Beginn der Kontaktstück- öffnung, um den Laststrom zu übernehmen und die Auswirkungen der sich ausbildenden Schaltlichtbögen auf ein Mindestmaß zu verringern. In bisher bekannten Anordnungen werden hierfür _Hilfskontaktsysteme oder externe elektronische Ansteuerungsschaltungen verwendet; beide Lösungen erfordern zusätzlichen Aufwand und damit erhöhte Kosten. An die Zuverlässigkeit dieser Hilfsanordnungen sind sehr hohe Ansprüche zu stellen, da der Hybridschalter beim Versagen der Zündung der Ventile wegen des Nichtvorhandenseins weiterer Lichtbogenlöscheinrichtungen den Laststrom nicht erfolgreich abschalten kann.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zündverfahren für in der beschriebenen Weise eingesetzte steuerbare Halbleiterventile aufzuzeigen, die sich durch möglichst geringen apparativen Aufwand und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, sich leicht in Neukonstruktionen von Hybridschaltern integrieren und ggf. bei vorhandenen konventionellen Schaltgeräten nachrüsten lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu jeder Kontaktstelle wenigstens ein steuerbares Halbleiterventil geschaltet ist, und daß der Steueranschluß über einen ohmschen oder induktiven Widerstand zwischen die Kontaktstellen jeder Doppelkontaktstelle angeschlossen ist, so daß der bei einer Trennung der Kontaktstellen entstehende Lichtbogen wenigstens einer Kontaktstelle die Zündung des Halbleiterventiles bewirkt und dabei der Lichtbogenstrom auf das leitend gewordene Halbleiterventil kommutiert.
Bei einer Schalthandlung tritt - wie bekannt - zwischen den Kontaktstücken der Kontaktstelle der Schaltlichtbogen auf. Dieser erzeugt einen Spannungsabfall an den Fußpunkten, der für die Zündung des Halbleiterventiles verwendet werden kann. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bzw. Anwendung ist darin zu sehen, daß insbesondere bei einem die Schütz, das Doppelkontaktstellen aufweist,/mit Kontaktbrücken überbrückt werden, der Steueranschluß an der Kontaktbrücke über eine Litzenleitung angeschlossen ist.
Ein elektrischer Schalter, bei dem der Strom über die Kontakte auf ein Halbleiterventil kommutiert wird, ist aus der DE-_OS 1 909 085 bekanntgeworden. Dort sind jedoch keine zwei Kontaktstellen vorgesehen, sondern lediglich eine, die darüberhinaus noch als Abwälzkontaktfläche ausgebildet ist, dergestalt, daß beim Abwälzen der Kontaktflächen aufeinander der innere Widerstand der Kontaktstelle verändert wird. Dementsprechend ist auch der Steueranschluß der Halbleiterventile an irgendeiner Stelle der beiden Abwälzflächen angeordnet. Für Schütze jedenfalls kann diese Anordnung nicht verwendet werden.
Aus der DE-OS 2 612 437 ist ein elektromagnetisches Schaltgerät bekanntgeworden, bei dem parallel zu einer Einfachkontaktstelle ein steuerbares Halbleiterventil geschaltet ist. Zum Ansteuern dieses Halbleiterventiles allerdings ist eine Hilfskontaktstelle erforderlich, die eine zusätzliche aufwendige Konstruktion nötig macht.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, soll die Erfindung näher-erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt:

Fig. 1 bis Fig. 7 unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltgerätes.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Das Schaltgerät, das nicht weiter dargestellt ist, das aber als Schütz ausgebildet sein kann, besitzt eine in bekannter Weise betätigbare Kontaktbrücke 1, die zwei Kontaktstellen 6 und 7 eines mit Anschlußklemmen 5 und 8 versehenen Hauptstrompfades in dem Schaltgerät überbrückt. Die Figur 1 zeigt den Schalter mit geöffneten Kontaktstellen 6 und 7, die Figur 2 zeigt den Schalter mit geschlossenen Kontaktstellen 6 und 7, wobei ein strichliert dargestellter Strom I von der Anschlußklemme 5 zur Anschlußklemme 8 fließt,und die Figur 3 zeigt die Kontaktstellen 6 und 7 in geöffnetem Zustand, wobei zwischen den Kontaktstücken 6a und 7a an der Kontaktbrücke 1 (bewegliche Kontaktstücke 6a und 7a) und den Festkontaktstücken 6b und 7b jeweils ein Lichtbogen 10 und 11 gezogen wird. Parallel zu den Kontaktstellen 6 und 7 ist ein als Triac ausgebildetes steuerbares Halbleiterventil 4 vorgesehen, dessen Steueranschluß 3 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 2 an der Kontaktbrücke 1 zwischen den beiden Kontaktstellen 6 und 7
angeschlossen ist. Bei der Ausgestaltung der Figuren 1 bis 3 wird also ein Doppelunterbrechungssystem als Hybridschaltsystem benutzt und wie oben erwähnt, fließt der Laststrom von der Anschlußklemme 5 über die Kontaktstelle 6, die Kontaktbrücke 1 7 und die Kontaktstelle 7 zur Anschlußstelle 8. Der Spannungsabfall an der geschlossenen Kontaktstelle 7 ist so gering, daß sich kein wirksamer Steuerstrom vom Steueranschluß 3 zum Bezugsanschluß 9 des Triacs 4 ausbildet. Damit bleibt der Triac 4 stromlos. Wenn die bewegliche Kontaktbrücke mit den Kontaktstücken 6a und 7a mechanisch von den festen Kontaktstücken 6b und 7b in an sich bekannter Weise-getrennt wird, werden, wie oben erwähnt, die Lichtbögen 10 und 11 gezogen, die zu Beginn der Schalthandlung nur eine geringe Brennspannung (in der Größenordnung von 20 Volt) besitzen. Damit weist die Kontaktbrücke 1 gegenüber der Anschlußklemme 8 eine Potentialdifferenz auf, die einen Steuerstrom über den Widerstand 2 und den Steueranschluß 3 des Triacs 4 zum Bezugsanschluß 9 treibt. Dadurch zündet der Triac und übernimmt den Laststrom vom mechanischen Kontaktsystem. Hierdurch verlöschen die Lichtbögen 10 und 11, so daß die Kontaktbrücke 1 nicht mehr mit dem Hauptstromkreis verbunden ist. Eine neuerliche Zündung des _Triacs durch einen Steuerstrom kann damit nicht erfolgen und nach-dem der Laststrom im Nulldurchgang unterbrochen ist, wird eine Rückzündung vermieden.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Anordnung, bei der anstatt eines Triacs zwei antiparallel geschaltete rückwärtssperrende Thyristoren 12 und 13 vorgesehen werden. Die Wirkungsweise ist dann die gleiche; die Steueranschlüsse der Thyristoren 12 und 13 sind über zusätzliche Dioden 14 und 15 zusammengeschaltet, die die Funktion in an sich bekannter Weise sicherstellen, und über den gemeinsam verwendeten-Widerstand 2 mit der Kontaktbrücke verbunden.
In der Figur 5 wird die elektrische Wirkung des Lichtbogens dadurch ausgenutzt, daß im Neben- bzw. Parallelkreis zwei in _Antiserie geschaltete, rückwärtsleitende Thyristoren 16 und 17 angeordnet sind. Die Steueranschlüsse 18 und 19 dieser beiden Thyristoren sind direkt miteinander und über den gemeinsamen Widerstand 2 mit der Kontaktbrücke verbunden.
Den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 3, 4 und 5 ist gemeinsam, daß neben der beschriebenen Wirkung beim Ausschalten auch beim Einschalten die Bildung von 'Prellichtbögen vermieden wird, da beim Auftreten einer durch das Kontaktprellen bedingten Potentialdifferenz zwischen der Kontaktbrücke und dem jeweiligen Bezugsanschluß des jeweils wirkenden steuerbaren Halbleiterventiles der Zündvorgang in der oben beschriebenen Weise aus^geiöst wird und damit die Prellichtbögen gelöscht werden. Abhängig von der Lage der Einschaltpunkte der Kontaktstellen 6 und 7 zueinander, kann auch der gesamte Einschaltstrom von dem oder den steuerbaren Halbleiterventilen übernommen werden.. Dabei ist der Widerstand 2 so auszulegen, daß er bei Anliegen der vollen Lastkreisspannung den Steuerstrom für die Ventile auf den maximal zulässigen Wert begrenzt. Diese Schaltungsanordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, kann bei jedem konventionellen Schaltgerät mit Doppelunterbrechungssystem (beispielsweise bei jedem Schütz, Motorschutzschalter und dergl.) zur Anwendung kommen, da lediglich ein flexibler Anschluß geringen Querschnitts zwischen der Kontaktbrücke 1 und dem Widerstand 2 vorgesehen sein muß, mit dem der Steuerstrom für die Steueranschlüsse abgenommen wird.
Das beschriebene Verfahren kann auch dann benutzt werden, wenn Schaltlichtbögen elektromagnetischer Relais kleiner Leistung löschen sind.Eine derartige Schaltungsanordnung zeigt die Figur. 6. In die Hauptleitung zwischen den Anschlußklemmen 5 und 8 sind zwei Schließerkontakte 20a und 20b eingeschaltet, die über eine Verbindungsleitung 20 in Reihe geschaltet sind. Diese Verbindunsleitung 20 entspricht in ihrer elektrischen Bedeutung der Kontaktbrücke 1 der Figuren 1 bis 5. Die Schließerkontaktstücke 20a und 20b werden von einem elektromagnetischen Relais 20c betätigt. Die Zündung des Triacs 4, der den beiden Schliesserkontakten 20 a und 20 b parallelgeschaltet ist (man kann auch sagen daß er zwischen den Anschlüssen 5 und 8 liegt) erfolgt in der Weise, wie sie für die Anordnung gem. der Figur 3 beschrieben ist. Der Lichtbogen zwischen einem der beiden Kontaktstellen 20a oder 20b erzeugt einen Spannungsabfall, wodurch eine Potentialdifferenz zwischen dem Steueranschluß und dem in der Figur 6 nicht näher bezeichneten Bezugsanschluß des Tnacs 4 bewirkt, wodurch der Tnae 4 gezündet wird.
In Figur 7 ist die Anordnung gem. Figur 6 insoweit modifiziert, als von dem Ralais 20c zusätzlich noch ein Schließerkontakt 21 betätigt wird, der so ausgebildet ist, daß er bei der Kontakt- öffnungen der beiden Kontaktstellen 20a und 20b nacheilt. Für eine einphasige, netzfrequente Anwendung, darf der Kontakt 21 für stromloses Schalten frühestens 10 Millisekunden nach dem Hybridsystem aus den Kontaktstellen 20a, 20b und dem Triac 4 öffnen. Durch diese Anordnung wird die Schaltleistung des Relais für Wechselstrom wesentlich erhöht.
Der Vorteil, der mit dem erfindungsgemäßen Schaltgerät, das in den Figuren 1 bis 7 verwirklicht ist, erzielt wird, : besteht in der Hauptsache darin, daß die Schaltkontakte bei dem Hybridschalter geschont werden, wobei die Schaltungsanordnungen für die Schaltgeräte als solche sehr einfach sind. Am besten kann die Anordnung eingesetzt werden bei Wechselstromschaltgeräten, wobei gegebenenfalls zwei antiparallel geschaltete Halbleiterventil oder auch, wie oben beschrieben, ein Triac verwendet werden können.

Claims

1. Elektrisches Schaltgerät mit wenigstens einer Doppelkontaktstelle (6,7; 20a, 20b) mit jeweils zwei festen Kontaktstücken (6b, 7b) und zwei mit den festen Kontaktstücken zusamsammenwirkenden bewegbaren Kontaktstücken (6a, 7a), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu jeder Doppelkontaktstelle (6,7;20a,20b) wenigstens ein steuerbares Halbleiterventil (4; 12,13; 26,17) geschaltet ist, und daß der Steueranschluß (3; 12,13; 18,19) über einen ohmschen oder induktiven Widerstand zwischen die Kontaktstellen jeder Doppelkontaktstelle angeschlossen ist, - so daß der bei einer Trennung der Kontaktstellen entstehende Lichtbogen wenigstens einer Kontaktstelle die Zündung des Halbleiterventiles bewirkt und dabei der Lichtbogenstrom auf das leitend gewordene Halbleiterventil kommutiert.

2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, insbesondere Schütz, mit je einer jede Doppelkontaktstelle (6,7) überbrückenden Kontaktbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß (3) an der Kontaktbrücke (1) über eine Litzenleitung angeschlossen ist.