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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Trenner mit einer durchgehenden
Stromschiene, zwei räumlich
dazu parallel verlaufende Stromschienen und einen bewegbaren Kontakt.
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Bei
einer Umrichteranordnung mit wenigstens zwei lastseitigen Stromrichtern,
denen jeweils gleichspannungsseitig wenigstens ein Kondensator zugeordnet
sind, die gleichspannungsseitig mittels eines Gleichspannungs-Zwischenkreises
miteinander elektrisch leitend verbunden sind, ist es wünschenswert,
diese Verbindung trennbar auszuführen, damit
im Fehlerfall eines lastseitigen Stromrichters dieser abgetrennt
werden kann. Damit das Stromschienenpaar des verbindenden Gleichspannungs-Zwischenkreises aufgetrennt
werden kann, wird ein Trenner benötigt, der in diesem Stromschienenpaar
zu integrieren ist. An einen solchen Trenner werden folgende Anforderungen
gestellt:
- – niederinduktiv,
da sonst Schwingungen zwischen den Teilzwischenkreisen auftreten,
- – hohe
Stoßstromfestigkeit,
da bei einem Kurzschluss in einem Teilzwischenkreis die anderen Teilzwischenkreise
einen kaum begrenzten Strom einspeisen,
- – kein
Abschaltvermögen
gefordert, da ein mechanischer Schalter zu langsam ist.
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Bisher
wurde bei einer solchen Umrichteranordnung im Gleichspannungs-Zwischenkreis
ein mechanischer Schalter mit einer relativ großen Verbindungsinduktivität geschaltet.
Durch diese große
Verbindungsinduktivität
wird ein auftretender Kurzschlussstrom begrenzt, es treten jedoch
Oszillationen im aus Kondensatoren und Verbindungsinduktivität gebildeten
Schwingkreis auf. Diese Oszillationen führen dabei jedoch zu erhöhten Effektivstrombelastungen
von mechanischem Schalter und Kondensatoren. Diese Oszillationen
können
mittels zusätzli cher
Widerstände
gedämpft
werden, sind jedoch aus Verlustleistungsgründen unattraktiv. Die im Handel
erhältlichen
Trenner sind nicht niederinduktiv ausgeführt und sind nur begrenzt hochstromtauglich.
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Die
begrenzte Tauglichkeit für
kurze hohe Strompulse ergibt sich daraus, dass der bewegbare Kontakt
durch die magnetischen Stromkräfte
von den Kontaktflächen
weg oder auf den Kontaktflächen
verschoben werden, so dass ein sicherer elektrischer Kontakt nicht
gewährleistet
ist. Die Folge sind Zerstörungen
der Kontaktflächen
durch Lichtbögen.
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Aus
der
DE 1 101 573 C ist
ein gattungsgemäßer Trennschalter
bekannt, der für
Ströme
großer Stärke und
hoher Frequenz vorgesehen ist. Bei diesem Trennschalter dienen die
Stromzu- und -ableitungsschienen als feste Kontaktteile, wobei bewegliche
Kontakte auf die Schmalseiten dieser Stromschienen gedrückt werden.
Diese festen Kontaktteile werden dadurch gebildet, dass eine Stromzuleitungsschiene
an einer Stelle, an welcher der Schalter angeordnet werden soll,
unterbrochen wird und ihre Enden ein Stück weit nebeneinander geführt werden. Dadurch
verlaufen im Bereich der Kontaktvorrichtung die Stromschienen isoliert
voneinander in geringem Abstand mit einander zugekehrten Breitseiten.
Die Kontaktteile werden im eingeschalteten Zustand mittels Federn,
die sich gegen feste Konstruktionsteile des Trennschalters abstützen, angedrückt. Betätigt werden
diese Kontaktteile mittels einer schmalen Nockenscheibe, die zwischen
den nebeneinander geführten
Stromschienenenden angeordnet ist. Dadurch vergrößert sich der Abstand zweier
räumlich parallel
angeordneter Stromschienen. Außerdem müssen die
Federn der beweglichen Kontakte für einen durch diesen Trennschalter
fließenden
Strom ausgelegt sein, damit diese einen den Stromkräften entgegen
gerichtete mechanische Kraft ausüben können.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Trenner anzugeben,
der in eine niederinduktive Verschienung integriert werden kann
und der seine Andruckkraft erhöht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass die freien Enden zweier zu einer durchgehenden Stromschiene
räumlich
parallel verlaufenden Teilstromschienen jeweils als bewegbarer Kontaktfinger
ausgebildet sind, und dass diese von einer U-förmig ausgebildeten beweglichen
Kontaktbrücke
umspannt werden, erhöht
im geschlossenen Zustand des Trenners durch die bei Stromfluss erzeugten
magnetischen Stromkräfte
seine Andruckkraft auf den jeweiligen Schenkel der bewegbaren Kontaktbrücke. Dadurch
ist dieser Trenner hochstromtauglich. Durch diese U-förmige Ausgestaltung der
bewegbaren Kontaktbrücke
kann diese die beiden beweglichen Kontaktfinger umschließen, wobei ein
ausreichender Kontaktbereich vorhanden ist bei gleichzeitigem kompakten
Aufbau des Trenners. Da der Trenner räumlich parallel verlaufende
Stromschienen aufweist, ist dieser niederinduktiv ausgeführt. Je
dichter diese Stromschienen zueinander verlaufen, umso niederinduktiver
ist dieser Trenner.
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Damit
die magnetischen Stromkräfte
für eine Erhöhung der
Andruckkraft unterstützt
werden können,
schließen
die beweglichen Kontaktfinger jeweils mit einer korrespondierenden
Teilstromschiene einen Winkel von wenigstens kleiner 90° ein. Dadurch
werden die durch den Betrieb entstehenden magnetischen Stromkräfte durch
die vorgespannten beweglichen Kontaktfinger mechanisch unterstützt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Trenner weist ein der bewegbaren Kontaktbrücke zugewandtes Teil eines
jeden freien Endes einer Teilstromschiene eine gebrochene Kante
auf. Dadurch kann diese bewegbare Kontaktbrücke mit weniger Kraftaufwand über die
beiden aufgebogenen bewegbaren Kontaktfinger gestülpt werden.
Die Reduzierung dieser Kraft hängt
vom Winkel dieser gebrochenen Kante ab. Je kleiner ein von der gebrochenen Kante
und einer gegenüberliegenden
Seite eingeschlossener Winkel ist, umso reibungsloser schlüpfen diese
bewegbaren Kontaktfinger in den bewegbaren Kontakt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Trenners weisen die räumlich
parallel verlaufenden Stromschienen ein Verhältnis von Breite zu Abstand auf,
das größer fünf ist.
Dadurch wird dieser Trenner besonders niederinduktiv.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
des Trenners sind den Unteransprüchen
4 bis 7 zu entnehmen.
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Da
der erfindungsgemäße Trenner
räumlich parallel
verlaufende Stromschienen aufweist, insbesondere ein großes Verhältnis von
Breite zu Abstand aufweist, kann dieser ohne großen Aufwand in einem Stromschienenpaar
eines Gleichspannungs-Zwischenkreises einer Umrichteranordnung mit
wenigstens zwei lastseitigen Stromrichtern, denen jeweils gleichspannungsseitig
wenigstens ein Kondensator zugeordnet sind, integriert werden, mit
dem diese Kondensatoren elektrisch leitend verbunden werden. Durch
die niederinduktive Ausführung
des Trenners wird dieser Gleichspannungs-Zwischenkreis dieser Umrich teranordnung
nur unwesentlich induktiver, wodurch keine Schwingungen zwischen
den Teilzwischenkreisen mehr auftreten.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Trenners schematisch
veranschaulicht ist.
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1 zeigt
eine Umrichteranordnung mit einem bekannten Trenner, in der
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2 ist
ein niederinduktiver Aufbau eines Trenners dargestellt und in der
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3 ist
eine Ausführungsform
des Trenners nach der Erfindung im geöffneten Zustand dargestellt,
wobei die
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4 diesen
im geschlossenen Zustand zeigt.
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Gemäß der Darstellung
nach 1 sind von der Umrichteranordnung wegen der Übersichtlichkeit nur
zwei lastseitige Stromrichter 2 und 4 dargestellt. Jedem
dieser lastseitigen Stromrichter 2 und 4 ist gleichspannungsseitig
ein Kondensator C1 bzw. C2 zugeordnet. Diese beiden lastseitigen
Stromrichter 2 und 4 werden an einem gemeinsamen
Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 der
Umrichteranordnung betrieben. Werden mehrere lastseitige Stromrichter 2, 4 an
einem gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 betrieben,
ist es wünschenswert,
wenn die Verbindung dieser mehreren lastseitigen Stromrichter 2, 4 trennbar
ausgeführt
ist, um im Fehlerfall eines lastseitigen Stromrichters 2 bzw. 4 diesen
elektrisch vom gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 trennen
zu können.
Dazu ist im gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis 6 jeweils zwischen
zwei lastseitigen Stromrichtern 2 und 4 ein Trenner 8 angeordnet.
Von diesem Trenner 8 ist einerseits der Schalter 10 an
sich und andererseits die Trennerinduktivität L dargestellt. Diese Trennerinduktivität L bildet
zusammen mit den Kondensatoren C1 und C2 einen Schwingkreis, der
Schwingungen verursacht. Diese Schwingungen führen zu erhöhten Effektivstrombelastungen
von Trenner 8 und Kondensatoren C1, C2. Eine Bedämpfung mittels
zusätzlicher
Widerstände
ist aus Verlustleistungsgründen nicht
akzeptabel.
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Dieser
bekannte Trenner 8 weist gemäß 2 eine durchgehende
Stromschiene 12, zwei räumlich
dazu parallel verlaufende Teilstromschienen 14 und 16 und
einen bewegbaren Kontakt 18 auf. Die beiden Teilstromschienen 14 und 16 weisen
im Bereich der bewegbaren Kontaktbrücke 18 Kontaktflächen auf,
die hier nicht explizit dargestellt. Wenn dieser Trenner 8 geschlossen
ist, wird die bewegbare Kontaktbrücke 18 auf den Kontaktflächen der
beiden Teilstromschienen 14 und 16 gedrückt. Der
Strom fließt
durch diese durchgehende Stromschiene 12 und die beiden
Teilstromschienen 14 und 16 in entgegengesetzter
Richtung. Dadurch entstehen magnetische Stromkräfte, die derart einander entgegengesetzt
sind, dass diese die Teilstromschienen 14 und 16 von
der durchgehenden Stromschiene 12 abheben wollen. Dies
gilt ebenso für
die bewegbare Kontaktbrücke 18.
Um dies zu verhindern, muss auf der bewegbaren Kontaktbrücke 18 eine
entsprechende Gegenkraft ausgeübt
werden. Bei hohen Strompulsen kommt es dennoch vor, dass die bewegbare Kontaktbrücke 18 von
den Kontaktflächen
der Teilstromschienen 14 und 16 abhebt bzw. auf
diesen Kontaktflächen
der Teilstromschienen 14 und 16 verschoben wird.
Dadurch ist ein sicherer elektrischer Kontakt nicht mehr gewährleistet.
Durch das Anheben bzw. das Bewegen der bewegbaren Kontaktbrücke 18 von
bzw. auf den Kontaktflächen
der Teilstromschienen 14 und 16 entstehen Lichtbögen, die die
Kontakte der Teilstromschienen 14 und 16 und der
bewegbaren Kontaktbrücke 18 zerstören. Deshalb
ist dieser bekannte Trenner nur begrenzt tauglich für hohe Strompulse.
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In
der 3 ist eine Ausführungsform eines Trenners 20 nach
der Erfindung schematisch veranschaulicht. Dieser erfindungsgemäße Trenner 20 unterscheidet
sich vom bekannten Trenner 8 dadurch, dass die freien Enden
der Teilstromschienen 14 und 16 jeweils einen
bewegbaren Kontaktfinger 22 bilden. Außerdem ist die bewegbare Kontaktbrücke 18 derart
ausgebildet, dass diese diese beiden aufgebogenen bewegbaren Kontaktfinger 22 umschließt. Im einfachsten
Fall ist diese bewegbare Kontaktbrücke 18 topfförmig ausgebildet.
Die freien Enden der beiden Teilstromschienen 14 und 16 sind
derart aufgebogen, dass diese jeweils mit der zugehörigen Teilstromschiene 14 und 16 einen
Winkel einschließt,
der kleiner 90° ist.
Damit jeder Kontaktfinger 22 der Teilstromschienen 14 und 16 bewegt
werden kann, weist ein Verformungsbereich 24 einer Teilstromschiene 14 bzw. 16 ein
Material mit einer höheren
Elastizität
auf als das Material dieser Teilstromschiene 14 bzw. 16. Diese
Funktionalität
der Kontaktfinger 22 ist in dieser Darstellung durch ein
Gelenk symbolisch dargestellt. Idealerweise sind diese bewegbaren
Kontaktfinger 22 angephast. Das heißt, dass ein der bewegbaren Kontaktbrücke 18 zugewandter
Teil eines jeden freien Endes einer Teilstromschiene 14 bzw. 16 eine
gebrochene Kante 26 aufweist. Dadurch kann die topfförmig ausgebildete
bewegbare Kontaktbrücke 18 einfach über diese
beiden gespreizten Kontaktfinger 22 gestülpt werden.
Durch den vom Kontaktfinger 22 und zugehöriger Teilstromschiene 14 bzw. 16 eingeschlossenen
Winkel kleiner 90° wirkt
jeweils auf der zugehörigen
Innenwand der topfförmig
ausgebildeten bewegbaren Kontaktbrücke 18 eine Andruckkraft.
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In
der 4 ist dieser erfindungsgemäße Trenner 20 im geschlossenen
Zustand dargestellt. Fließt
in diesen Trenner 20 ein Strom, beispielsweise in den Teilstromschienen 14 und 16 von
links nach rechts und in der durchgehenden Stromschiene 12 von
rechts nach links, so entstehen magnetische Stromkräfte, gekennzeichnet
durch Pfeile in den Stromschienen 12, 14 und 16,
die entgegengesetzt sind. Durch die aufgebogenen Enden der Teilstromschienen 14 und 16 wirken
nun diese magnetischen Stromkräfte
nicht mehr gegen die durchgehende Stromschiene 12, sondern
gegen die Innenwände der
topfförmig
ausgebildeten bewegbaren Kontaktbrücke 18. Dadurch wird
die vorhandene Andruckkraft zusätzlich
verstärkt.
Das heißt,
treten hohe Strompulse auf, so treten zusätzliche magnetische Stromkräfte auf,
die derart gerichtet sind, dass diese den elektrischen Kontakt verbessern.
Somit ist dieser erfindungsgemäß ausgebildete
Trenner 20 für
einen hohen Strom, insbesondere für hohe Strompulse, tauglich.
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Damit
der erfindungsgemäß ausgeführte Trenner
neben Hochstromtauglichkeit auch niederinduktiv ist, wird das Verhältnis von
Breite b der verwendeten Stromschienen 12, 14 und 16 zu
Abstand d der Teilstromschienen 14 und 16 zur
durchgehenden Stromschiene 12 so gewählt, dass dieses Verhältnis b/d > 5 ist. Mit diesem
Verhältnis
b/d wird der Trenner 20 nicht nur niederinduktiv, sondern
kann auch ohne großen
Aufwand in die niederinduktive Verschienung des Gleichspannungs-Zwischenkreises 6 der
Umrichteranordnung gemäß 1 integriert
werden. Durch diese niederinduktive Ausführung des Trenners 20 ist
der Schwingkreis aus den Kondensatoren C1 und C2 und der parasitären Induktivität des Trenners 20 wesentlich
weniger schwingungsanfällig,
wodurch die Effektivstrombelastung von Trenner 20 und Kondensatoren
C1 und C2 wesentlich vermindert ist.