NO118231B - - Google Patents

Description

Elektrisk bryteranordning for en veksetatrømkrets.

Foreliggende oppfinnelse angår en

elektrisk bryteranordning for en veksel-strømkrets hvor en bryters kontakter er shuntet med en enveislikeretter som ved åpne bryterkontakter formidler strøm mellom kontaktene i den ene, f. eks. positive, halvperiode av strømmen og hvor den nevnte bryter er forbundet i serie med en ytterligere bryter som ikke er shuntet med en likeretter.

Det er fra tysk patent nr. 638 981 kjent en bryteranordning hvor der for under-trykning av gnistdannelse anvendes minst to enveislikerettere som shunter respektive kontakter idet likeretterne er anordnet med innbyrdes motsatte passeringsretnin-ger dvs. motsatt polaritet og bryterne er således forbundet med hverandre at de åpnes og sluttes samtidig og derfor er to likerettere alltid nødvendige for å undertrykke gnistdannelse.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en bryteranordning av den inn-ledningsvis nevnte art, hvor der bare be-høves en enkelt likeretter.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved

at anordningen er således innrettet at den første shuntede bryter åpnes før den annen, ikke shuntede bryter, slik at likeretteren hindrer, eventuelt undertrykker gnistdannelse i den første bryter under f. eks. den positive halvperiode fordi likeretteren danner liten motstand i shuntveien og vil hindre, eventuelt undertrykke gnistdannelse i den annen bryter ved en etterfølgende f. eks. negativ halvperiode, når likeretteren er ikke-ledende.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere

under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser skjematisk en bryteranordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en vekselstrømkurve som skal benyttes til å forklare bryteranordnin-gens virkemåte. Fig. 3 viser skjematisk en utførelse av oppfinnelsen som omfatter synkronisering av kontaktoperasjonen. Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom en

annen utførelse av oppfinnelsen.

I fig. 1 er to ledninger 1 og 2 forbundet ved hjelp av en bryteranordning som omfatter to brytere med bevegelige kontakter 3 og 5 samvirkende med respektive faste kontakter 4 og 6. En enveis-likeretter 7 er forbundet som en shunt over kontaktene 3 og 4.

Ved drift av bryteranordningen ifølge oppfinnelsen, vil likeretteren kortslutte den første bryter i en halvperiode når bryteren er åpen og strømmen i denne vil enten allerede være null eller vil bli null i løpet av en neste halvperiode i den retning hvori likeretteren tillater strømgjennom-gang. Bryteren vil derfor først bryte kretsen mellom kontaktene i den halvperiode som likeretteren ikke slipper gjennom. Strømmen som flyter gjennom likeretteren og den annen bryter vil bli null på grunn av likeretteren i den neste halvperiode som likeretteren ikke slipper gjennom, slik at den annen bryter er i stand til å bryte strømkretsen fullstendig. Man vil se at hvis den første bryter blir åpnet i løpet av en halvperiode som likeretteren ikke slipper gjennom, vil der bare flyte strøm i en halvperiode før likeretteren igjen vil hindre strømmen fra å flyte. På samme måte vil strømmen når den annen bryter åpnes i en halvperiode da likeretteren slipper strøm gjennom, bare føre strøm i denne halvperiode. Hvis den først nevnte bryter åpnes når likeretteren er ledende vil denne bryter ikke utføre noen strømbrytning, og likeledes hvis den annen bryter åpnes når likeretteren ikke fører strøm, utfører den annen bryter heller ingen strømbrytning. Til en hvilken som helst tid i strømperioden de to brytere betjenes, vil likeretteren derfor tjene til å minske den bryteytelse som kreves av kontaktene, da den energi som er tilstede i en lysbue som dannes i hvilken som helst av bryterne blir begrenset til et maksimum som tilsvarer strømmen i en halvperiode hvis en av bryterne åpnes til tider da disse fører strøm.

Det fremgår at likeretteren normalt vil føre null eller ubetydelig strøm og bli utsatt for null eller ubetydelig spenning når bryterne er sluttet.

Til utførelse av oppfinnelsen kan likeretteren være av hvilken som helst egnet type, men fortrinnsvis omfatte germanium-eller silikon-likeretterelementer. Likerettere som omfatter halvledende elementer av silikon har den fordel at den kan arbeide ved høyere temperaturer og ved høyere sperrespenning enn germanium-likeretterelementer, slik at silikon-likerettere kan gjøres mindre i størrelse enn germanium-likeretterne, og kan derfor lettere tilpasses i en bryter eller bryteranordning. Silikon-likeretterne har den ulempe ved alminnelig bruk at spenningsfallet ved strømgjennom-gang er større en for noen annen type likeretter. Dette høye spenningsfall vil ikke gjøre noe ved bruk av en silikon likeretter i en bryteranordning ifølge oppfinnelsen.

Til bruk ved utførelse av oppfinnelsen vil likeretteren i alminnelighet omfatte et antall germanium- eller silikonlikeretter-elementer forbundet i serie med hverandre for å oppnå den nødvendige sperrespenning. På samme måte kan et antall likeretterelementer eller en gruppe av serie-forbundne likeretterelementer bli parallell-koplet med hverandre for å tilveiebringe den ønskede strømgjennomgang.

Som ovenfor anført vil en bryteranordning ifølge oppfinnelsen tilveiebringe effektiv strømbrytning selv om en eller begge brytere betjenes mens deres kontakter fører strøm. Den mest fordelaktige tilstand oppnås slik som antydet ovenfor, når den første bryter åpnes mens likeretteren fører strøm og den annen bryter åpnes når likeretteren ikke fører strøm. Ved utfør-else av oppfinnelsen må man derfor sørge for en innretning som synkroniserer åpningen av bryterne med vekselstrømmens perioder. Én slik innretning kan være av en hvilken som helst vanlig konstruksjon. For eksempel kan synkroniseringsinnretningen for åpning av kontaktene i bryteranordningen ifølge oppfinnelsen være av en hvilken som helst vanlig brukt eller kjent type for synkronisering av slutningen av brytere under prøvning. Når der anvendes en syn-kroniseringsinnretning ved utførelse av oppfinnelsen, må denne fortrinnsvis inn-stilles slik at den betjener den første bryter, nemlig den som er shuntet med likeretter, at denne åpnes ved eller kort etter begynnelsen av en halvperiode som likeretteren slipper gjennom, mens den annen bryter åpnes ved eller kort etter begynnelsen av en derpå følgende halvperiode da likeretteren ikke fører strøm. Denne tidsinnstil-ling av kontaktene er ønskelig idet en tid tilsvarende omtrent en halvperiode står til rådighet for bevegelse av kontaktene for oppnåelse av nødvendig avstand mot til-bakeslag i gapet når likeretteren sperrer eller leder slik som tilfelle blir for den før-ste og annen bryter, når spenningen igjen opptrer over bryterne. Det har vist seg i praksis at en betydelig toleranse i tidsinn-stillingen for betjening av bryterne i forhold til vekselstrømmen kan tillates.

Det er ikke nødvendig at den annen bryter skal åpnes umiddelbart etter den første bryter, men hvor slik betjening ikke

er ønsket vil likeretteren bli nødt til å føre den strøm som skal brytes i flere halvperioder.

Åpning av en annen bryter ved den første halvperiode som likeretteren ikke slipper gjennom, tillater derfor bruken av en minst mulig likeretter for en gitt bryter-ytelse.

Det er klart at oppfinnelsen kan anvendes på elektrisk bryteranordning av alle typer og for alle spenninger og strømmer med eller uten andre innretninger for lys-bueundertrykkelse, slik som det er vel kjent, og kan arbeide i luft, gass, olje eller hvilket som helst annet medium.

Som ovenfor nevnt er det ikke nød-vendig at den bryter som er shuntet med likeretteren skal åpnes før den annen bryter. Hvis den annen bryter åpner før den som er shuntet med likeretteren, så vil den først åpnede bryter bli utsatt for en lysbue i løpet av en eller flere halvperioder, idet lysbuen slukkes når likeretteren ikke fører strøm, og etterat den shuntede bryter er åpnet vil man oppnå den virkning som er beskrevet ovenfor. Hvis den ushuntede bryter åpnes i løpet av en halvperiode da likeretteren ikke er ledende vil der ikke kreves noen strømbrytning av denne bryter. Den shuntede bryter vil da ikke utføre noen strømbrytning men er nødvendig i den hensikt å kortslutte likeretteren ved normal sluttet tilstand av bryteranordnin-een.

I enkelte tilfeller kan en motstand eller en annen impedans være forbundet i serie med likeretteren, vist ved R i fig. 1, i shunten over den først nevnte bryter. En slik motstand eller impedans vil redusere strøm-men som flyter i likeretteren slik at stør-relsen av denne kan minskes. Kontaktene for den førstnevnte bryter vil da føre strøm når denne åpnes i løpet av en halvperiode da likeretteren fører strøm, men bryterens ytelse vil igjen være minsket av likeretteren. Ytelsen av den annen bryter vil minskes både av nevnte motstand eller impedans og av likeretteren på den måte som er beskrevet ovenfor.

I den utførelse av oppfinnelsen som er vist i fig. 3, omfatter bryteranordningen en bevegelig kontaktarm 20 som samarbeider med faste kontakter 21 og 22. Kontaktene 20 og 21 er forbundet med hver sin av ledningene 23 og 24 som skal forbindes ved hjelp av bryteranordningen. Kontakten 22 er forbundet med ledningen 24 ved hjelp av likeretteren 25 som fortrinnsvis består av et antall germanium eller silikon likeretterelementer 26 ordnet i kontakt med hverandre i et isolerende rør 27 idet et trykk påføres rekken av likeretterelementer ved hjelp av endetilkoplingsstykkene 28 og 29 som er forbundet med henholdsvis kontakten 22 og ledningen 24. Antallet av en-heter 26 velges i overensstemmelse med den nødvendige sperrespenning. Størrelsen av likeretterelementene er valgt i samsvar med den nødvendige strømgjennomgang og hvis ønskelig kan der anordnes et antall likerettere av liknende type som 25 parallelt med den første likeretter, slik som vist streket med 25a.

Kontaktarmen 20 er lagret ved 30 og den periferiske utstrekning av de forskjel-lige kontakter er slik at armen 20 berører kontakten 22 før den forlater kontakten 21. I den viste stilling av kontaktarmen er ledningene 23 og 24 forbundet med hverandre direkte, men ved bevegelse av armen mot urviseren i fig. 3, vil det første bruddsted oppstå mellom kontaktarmen 20 og kontakten 21 og en bevegelse av armen til kontakten 22 vil forbinde likeretteren 25 parallelt med gapet mellom de faste kontakter 22 og 21, slik at i den stilling som er vist ved den strekede arm 20' mens et ytterligere bruddsted vil innføres i kretsen ved fortsatt bevegelse av armen 20 ut over kontakten. 22 slik som vist i den stilling av armen som er vist streket med 22', idet det annet bruddsted er mellom armen 20 og 22.

Likeretterens strømbegrensende virkning er den samme som beskrevet under henvisning til fig. 1.

Fig. 3 viser et eksempel blant mange på hvorledes innføring av to brytere i en krets er synkronisert med vekselstrømmen. I det viste eksempel er kontaktarmen 20 forbundet med en isolert arm 31 ved hvis hjelp kontaktarmen er innrettet til å bli beveget til den viste stilling for slutning av kretsen. Armen trekkes til den åpne stilling 22' ved hjelp av en fjær 32 som er forbunet mellom armen 31 og et fast for-ankringspunkt 33. Den åpne stilling av armen 31 og kontaktarmen 20 bestemmes av en faststående stoppepinne 34.

Bryterarmen holdes i den viste slut-tede stilling ved hjelp av et låseorgan 35 som er lagret ved 36 og som står i inngrep med en hake 37 på armen 31. Organet 35 holdes i den på tegningen viste stilling ved hjelp av sin egen vekt og bestemmes av en fast stoppepinne 36a. Organet 35 er av magnetisk materiale og danner et bevegelig anker som påvirkes i en retning mot urviseren om lageret 36 ved hjelp av en magnet 37a som en vikling 38.

En strømtransformator 39 i forbindelse med ledningen 23 har en sekundærvikling forbundet med en ohmsk belastning 40 hvis ender er forbundet henholdsvis med gitteret og katoden i et gassutladningsrør som f. eks. en tyratron 41. Spolen 38 er forbundet med anodekretsen i denne tyratron og anodestrømkilden er et batteri 42. En variabel induktans 43 er lagt inn i serie med viklingen 38 i anodekretsen av en grunn som skal forklares senere. Gitter-kretsen inneholder en forspenningskilde f. eks. et batteri 44 som vanligvis forspenner tyratronen til en ikke ledende tilstand.

I bruk vil transformatoren 39 som er en metningstranformator, i løpet av hver halvperiode frembringe en strømpuls av kort varighet med høyere strøm enn bryteren er beregnet på å bryte. Denne strøm-puls vil være i motsatt fase med strøm-buken av strømmen i ledningen 23 som vist ved den strekede linje ved punkt A i fig. 2 for den første positive halvperiode. Den ohmske belastningsmotstand 40 bevirker frembringelse av en tilsvarende spennings-puls som tilføres tyratronens gitter. Når spenningspulsen på grunn av overstrømmen tilføres gitteret i løpet av en positiv halvperiode, tennes tyratronen og spolen 38 energiseres, slik at ankeret 35 tiltrekkes og fjerner dette fra haken 37. Armen 31 ut-løses så og fjæren trekker kontaktarmen 20 over kontakten 22 til den åpne ende-stilling 22'.

Spenningen i fjæren 32 er i forhold til treghetsmomentet for kontaktarmen 20 og armen 31 og de deler som står i forbindelse med disse og den periodiske utstrekning av kontakten 21, gjort således at armen 20 vil forlate kontakten 21 en tid som tilsvarer tre fjerdedeler av en periode etter frem-bringelsen av spenningspulsen i belastningen 40. Det første brytested i kretsen mellom ledningene 23 og 24 vil derfor opptre i et punkt B i fig. 2. Den variable induktans 43 muligjør en variabel tidsforsinkelse av strømmen i spolen 38 og således av tyratronens tenning for en justering av tids-punktet for åpningen av bryterstedet mellom kontaktene 20 og 21, slik at dette brudd oppstår nøyaktig ved punktet B.

Den fortsatte åpningsbevegelse mellom kontaktene 20 og 21 inntreffer i den positive halvbølge da likeretteren 25 slipper strømmen gjennom slik at kontakten åpnes uten strøm i disse.

Stillingen av den venstre ende av kontakten 22 er således anordnet at kontaktarmen 20 vil bevege seg fra den venstre ende av kontakten 21 til den venstre ende av kontakten 22 i et tidsrom på en halv periode, slik at det annet avbrudd i kretsen nemlig mellom kontaktarmen 20 og kontakten 22 vil gjennomføres for åpning ved eller omtrent i punktet C i fig. 2. Dette annet avbrudd åpnes derfor i løpet av den følgende halvperiode da likeretteren 25 ikke slipper strøm gjenonm slik at den annen bryter også åpnes uten at der er strøm i kontaktene.

Hvis ønskelig kan et passende fasefor-skyvningsnettverk koples inn mellom kontaktene for belastningen 40 og tyratronens gitterkrets, for å frembringe en spennings-puls som tenner tyratronen på et valgt tidspunkt i perioden forskjellig fra punktet A i fig. 2.

Som nevnt i forbindelse med fig. 1 kan en motstand eller impedans R koples inn i serie med likeretteren slik som vist streket i fig. 3.

Fig. 4 viser også som et eksempel an-vendelsen av oppfinnelsen i forbindelse med en luftbryter. Bryteren i fig. 4 er av

kjent type som har bevegelige dysekontakter som bæres av rørformede organer 52 og 53 som glir i sylindre 54 og 55 som er

festet til ledende deler 56 og 57 som danner bryterens tilkoplinger. De bevegelige kontakter står i forbindelse med respektive faststående dysekontakter 58 og 59 ved hjelp av trykkfjærer 60 og 61 som virker mellom de ringformede ansatser 62 og 63 i sylinderne 54 og 55 og stempeldelene 64 og 65 som er forarbeidet på de rørformede

deler 52 og 53. De faste kontakter 58 og 59 bæres av et utblåsningskammer av metall 66 som har et antall av utblåsningsåpninger

som 67. Kammeret 66 bæres av en del 57 ved hjelp av et rørformet isolasjonslegeme 69 mens delen 56 bæres av utblåsningsdelen 67 ved hjelp av en rørformet isolasjonsdel 70. Sylinderen 55 står i forbindelse med en

eller flere utstrømningsåpninger slik som den som er vist ved 71, idet luften fra rør-delen 53 er at skilt fra luftinntaksåpningen 72 ved hjelp av en innvendig vegg 73 anordnet i delen 57.

Ifølge oppfinnelsen er en enveis-likeretter 74 f. eks. en germanium- eller silikon-likeretter slik som vist i fig. 3, eller to eller flere slike likerettere i parallell festet mellom delene 75 og 76 som igjen er festet respektivt til delene 66 og 57, idet delene 75 og 76 er ledende og altså tjener til å forbinde likeretterne med delene 57 og 67. Likeretteren eller likeretterne shunter på denne måte kontaktene 51 og 59 mens kontaktene 50 og 58 er forbundet i serie med de først nevnte kontakter og likeretteren.

Delen 66 skiller rommet i delene 70 og 69 og i utførelse ifølge oppfinnelsen er

rommene forbundet med hverandre ved hjelp av en ledningsforbindelse 77.

For åpning av bryteren åpnes den van-lige styreventil (ikke vist) for å forbinde kilden med komprimert luft med åpningen 72 hvorved trykket øker inne i sylinderen

69 og påvrker stemplet 65 slik at kontaktene 51 og 59 skilles. På samme tid vil komprimert luft strømme gjennom forbindel-sesledningen 77 og øke trykket i delen 70

og også her påvirke stemplet 64 slik at kontaktene 50 og 58 skilles. Lengden av for-bindelsesledningen 77 er gjort slik at der innføres en ønsket forsinkning i oppbyg-ning av trykket i delen 70 etter delen 69, slik at kontaktene 50 og 58 vil åpnes en halv periode eller omtrent en halv periode senere enn kontaktene 51 og 59.

Det er klart at hvis det er ønskelig kan ventilen som styrer lufttilførselen synkro-niseres med vekselstrømmen, f. eks. kan ventilen styres på samme måte som den

innretning som er beskrevet i fig. 3.

Det er også klart at enten den ene eller

begge av de to brytere som er beskrevet

ovenfor kan være multippel-brytere i stedet for enkle brytere slik som her beskrevet, og påstandene må forstås overensstem-mende hermed.

I en modifikasjon av anordningen beskrevet ovenfor kan kontaktene f. eks.

kontaktene 5 og 6 i fig. 1 i stedet for å være

forbundet med hovedkretsen ved hjelp av

kontaktene 3 og 4, være direkte forbundet i

serie med likeretteren, nemlig i shunten

over kontaktene 3 og 4. En slik anordning

vil gi samme virkning som den som oppnås

i anordningen ifølge fig. 1 ved at ved slut-tede kontakter 4 og 5 vil åpningen av kontaktene 3 og 4 skje uten strøm i den halvperiode da likeretteren er ledende. Kontaktene 5 og 6 bør også her selv om det ikke er

nødvendig, åpnes etter kontaktene 3 og 4.

Når kontaktene 5 og 6 er åpne, vil likeretteren 7 hindre at strømmen flyter i den

halvperiode da likeretteren ikke fører

strøm slik at kontaktene 5 og 6 igjen ikke

behøver å bryte en strøm som flyter i den

derpå følgende halvperiode.

Claims (5)

1. Elektrisk bryteranordning for en

vekselstrømkrets hvor en bryters kontakter er shuntet med en enveislikeretter som ved åpne bryterkontakter formidler strøm mellom kontaktene i den ene, f. eks. positive, halvperiode av strømmen og hvor den nevnte bryter er forbundet i serie med en ytterligere bryter som ikke er shuntet med en likeretter, karakterisert ved at anord- ningen er således innrettet at den første shuntede bryter åpnes før den annen, ikke shuntede bryter, slik at likeretteren hindrer, eventuelt undertrykker gnistdannelse i den første bryter under f. eks. den positive halvperiode fordi likeretteren danner liten motstand i shuntveien og vil hindre, eventuelt undertrykke gnistdannelse i den annen bryter ved en etterfølgende f. eks. negativ halvperiode, når likeretteren er ikke-ledende.

2. Anordning ifølge påstand 1, karakterisert ved at den annen, ikke shuntede bryter ligger i shuntveien over den første bryter og danner en ledende vei sammen med likeretteren ved åpning av den første bryter og deretter bryter denne vei.

3. Anordning ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at åpningen av bryteren er således synkronisert med strømmen at den første bryter åpnes ved eller kort etter begynnelsen av en ledende halvperiode av likeretteren og at den annen bryter åpnes ved eller kort etter begynnelsen av en ikke-ledende halvperiode av likeretteren.

4. Anordning ifølge hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at en motstand eller annen impedans er forbundet i serie med likeretteren i shuntveien over den første, shuntede bryter.

5. Anordning ifølge hvilken som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at enveislikeretteren består av en eller flere i og for seg kjente germanium- eller siUsiumlikerettere parallelt og/eller i serie for tilpasning til nødvendig strøm og/eller spenning.