Drehstrom- oder mehrphasiger Wechselstromschalter, bei dem zur Verminderung
des Schaltfeuers parallel zu den Kontakten Starkstromdioden liegen Es ist bekannt,
bei Drehstromschaltern die Kontakte in Abhängigkeit von der Phasenlage zu steuern
bzw. zu unterbrechen. Auch sind dem Stand der Technik bereits Hinweise auf eine
zeitliche Staffelung der Phasenunterbrechungen zu entnehmen. Weiterhin-ist es bereits
bekannt, den Kontakten eines Schalters ein Stromdiode parallel zu schalten. Ohne
eine Parallelschaltung von Starkstromdioden zu den Schaltkontakten von Mehrphasenschaltern
würden, um eine lichtbogenfreie Abschaltung zu erzielen, so hohe Anforderungen an
die Genauigkeit des Synchronschaltens gestellt werden, daß ein derartiges Verfahren
praktisch unmöglich wäre. Durch Parallelschaltung der Starkstromdioden wird für
die Genauigkeit des Synchronschalters ein Spielraum geschaffen, der von der Größenordnung
einer Halbwelle ist und der im übrigen davon abhängt, auf welche Weise die Kontakte
der unterbrochenen Phasen, z. B. eines dreiphasigen Drehstromsystems, gegeneinander
zeitlich versetzt werden und auf welche Weise die Unterbrechung des Stromkreises
überhaupt vorgenommen wird. Diese Unterbrechung kann doch bei Drehstrom entweder
so erfolgen, daß alle drei Phasen unterbrochen werden, oder aber so, daß nur zwei
Phasen geöffnet werden und zusätzlich zwei zu diesen Phasen parallel liegende Dioden
abgeschaltet werden.Three-phase or multi-phase alternating current switch, in which to reduce
of the switching light are parallel to the contacts Power diodes It is known
in three-phase switches to control the contacts depending on the phase position
or to interrupt. Also, the prior art are already indications of a
The time graduation of the phase interruptions can be found. Furthermore-it already is
known to connect a current diode in parallel to the contacts of a switch. Without
a parallel connection of high-voltage diodes to the switching contacts of multi-phase switches
In order to achieve an arc-free shutdown, so high demands would be placed on
the accuracy of synchronous switching can be made that such a method
would be practically impossible. By connecting the heavy current diodes in parallel,
the accuracy of the synchronous switch created a margin of the order of magnitude
of a half-wave and which also depends on the way in which the contacts
the interrupted phases, e.g. B. a three-phase three-phase system, against each other
staggered in time and in what way the interruption of the circuit
is made at all. This interruption can either with three-phase current
take place in such a way that all three phases are interrupted, or in such a way that only two
Phases are opened and in addition two diodes lying parallel to these phases
be switched off.
Die Erfindung hat die Aufgabe, das Abschaltverfahren und die Staffelung
der Schaltzeitpunkte so zu wählen, daß möglichst große Abweichungen der Schaltzeitpunkte
von den Sollwerten möglich sind, ohne daß eine lichtbogenfreie Unterbrechung beeinträchtigt
wird. Die im folgenden angestellten überlegungen beziehen sich auf Drehstrom. Sie
können sinngemäß auch auf Wechselströme anderer Phasenzahl übertragen werden.The invention has the task of the shutdown method and the staggering
the switching times should be selected so that the largest possible deviations in the switching times
of the setpoints are possible without impairing an arc-free interruption
will. The following considerations relate to three-phase current. she
can also be transferred to alternating currents with a different number of phases.
Die Erfindung betrifft einen Drehstrom- oder mehrphasigen Wechselstromschalter,
bei dem zur Verminderung des Schaltfeuers parallel zu den Kontakten Starkstromdioden
liegen, die vorübergehend den ganzen Laststrom zu führen vermögen, wobei die Schaltzeitpunkte
der Kontakte der einzelnen Phasen synchron zuni Strom bzw. zur Spannung liegen.
Erfindungsgemäß sind die Schaltzeitpunkte der Kontakte der einzelnen Phasen derart
gestaffelt, daß der Spielraum, innerhalb dessen sie streuen können, ohne daß ein
lichtbogenfreies Schalten beeinträchtigt wird, gleich oder größer als etwa ein Zehntel
einer Halbwelle ist.The invention relates to a three-phase or multi-phase alternating current switch,
in the case of which to reduce the switching fire parallel to the contacts high-current diodes
that are able to temporarily carry the entire load current, with the switching times
the contacts of the individual phases are synchronized with the current or voltage.
According to the invention, the switching times of the contacts of the individual phases are of this type
staggered that the scope within which they can scatter without a
Arc-free switching is impaired equal to or greater than about one tenth
a half-wave.
Durch das erfinderische Verfahren wird für die Schalthandlung zur
Unterbrechung eines Mehrphasensystems nicht mehr nur ein Zeitpunkt vorgegeben, sondern
es steht nunmehr dafür ein Zeitraum zur Verfügung. Damit werden die Anforderungen
an die Durchführung der synchronen Schaltweise hinsichtlich der Genauigkeit verkleinert.
In dieser Folge werden die dazu benutzten Apparaturen billiger. Es ist somit eine
aufwandgeringe Anordnung zur lichtbogenfreien Unterbrechung von Mehrphasen-Wech-.
selstromnetzen gefunden worden.The inventive method is used for the switching action
Interruption of a multi-phase system is no longer just a given point in time, but rather
a period is now available for this. This will meet the requirements
reduced to the implementation of the synchronous switching method in terms of accuracy.
As a result, the equipment used for this purpose becomes cheaper. So it is one
Low-cost arrangement for arc-free interruption of multi-phase alternation.
self-powered networks have been found.
F i g. 1 der Zeichnung zeigt im rechten Teil die zugrunde. gelegte
Schaltung, nämlich einen Drehstromverbraucher 10 (mit der Phasenverschiebung icy),
welcher, abgesehen von einem eventuell eingebauten Sicherheitsschalter oder Sicherungen
11, nur in zwei Phasen, nämlich in den Phasen 1 und 3, durch die Schalter 4 und
5 abgetrennt wird. Parallel zu den Schaltern 4 und 5 liegen über Sicherungen und
zwei weiteren Hilfsschaltern 6 und 7 die Starkstromdioden 8 und 9. Wenn außer den
Schaltern 4 und 5 auch die Hilfsschalter 6 und 7 geöffnet sind, sind der Verbraucher
10 und die Dioden 8 und 9 gänzlich Strom- und spannungslos. Der in F i g. 1 auf
der linken Seite dargestellte Verlauf der drei Ströme entspricht dem Fall, daß die
Schaltstrecken 4 und 5 geöffnet werden, die Schalter 6 und 7 dagegen geschlossen
bleiben. Es entstehen dann vor dem Schalten von 4 und 5 die Ströme
h, 4 1. und nach dem Schalten die Ströme I,", 12' und 1s'. Die letztgenannten
Ströme enthalten Gleichstromglieder, da ja die beiden Dioden der Phasen 1 und 3
wie ein zweiphasiger Gleichrichter mit Anodenwiderständen auf den Widerstand der
Phase 2 arbeiten. Der Kontakt 4 möge im Zeitpunkt t4, d. h. im positiven Scheitelwert
des Stromes 1s, geöffnet werden. Wenn die Dioden für die positive Stromrichtung
durchlässig sind, so entsteht am Schalter 4 kein Lichtbogen, vielmehr fließt die
zweite Hälfte der Stromhalbwelle I., die in F i g. 1 schraffiert ist, durch die
Diode B. Im Zeitpunkt
t. erreicht der Strom 13 seinen Nulldurchgang.
Die Diode 8 verhindert, daß von diesem Zeitpunkt an in der Phase 3 negativer Strom
entsteht. Dies hat zur Folge, daß aus den Strömen Il und 1, von diesem Zeitpunkt
an einander entgegengesetzte Ströme Il' und 1,' werden, und zwar beginnen die Ströme
11" und 1z stets im Scheitelwert ihrer Halbwelle, ihre Amplitude beträgt das 0,866fache
der ursprünglichen Stromamplitude. Die Folge davon ist, daß im Zeitpunkt
t"' = t4 + 90° die beiden Ströme 1i und 1,' Null werden. Öffnet man den Kontakt
5 im Zeitpunkt t5, so fließt von diesem Augenblick an der Strom der Phase 1 durch
die Diode 9, wie es die gestrichelte halbe Halbwelle von Il' andeutet. Die Diode
9 der Phase 1 verhindert, daß der Strom Il' vom Zeitpunkt t"' an ins Negative schwingt,
vielmehr bleibt von diesem Zeitpunkt an h' = 0. Infolgedessen muß auch von diesem
Zeitpunkt an 1,' = 0 sein, da die Phase 3 bereits unterbrochen ist, also die Phase
2 die allein mögliche Rückleitung der Phase 1 bildet. Würde man den Stromkreis in
diesem Zustand belassen, d. h. die Schalter 4 und 5 offen halten, die Schalter
6 und 7 dagegen geschlossen, so würden die in F i g. 1 gestrichelt gezeichneten
Ströme h", 1;3" und 1," entstehen. Und zwar läßt sich errechnen, daß der Strom l:3"
im Zeitpunkt t""
wieder einsetzt, wobei t"" = t5 = 210° - ,p ist; dabei ist
ry die Phasenverschiebung des Verbrauchers 10, d. h., bei ohmscher Last (yp = 0)
ist die stromlose Zeit der Phase 3 2l0°, bei rein induktiver Last l20°. Ebenso groß
ist die stromlose Zeit der Phase 1. Die stromlose Zeit der Phase 2 ist dagegen um
90° kleiner, also 120° - W, also je nach der Phasenverschiebung 120 bis 30°.F i g. 1 of the drawing shows in the right part the basis. connected circuit, namely a three-phase load 10 (with phase shift icy), which, apart from a possibly built-in safety switch or fuses 11, is only separated in two phases, namely in phases 1 and 3, by switches 4 and 5. Power diodes 8 and 9 are located parallel to switches 4 and 5 via fuses and two additional auxiliary switches 6 and 7. When auxiliary switches 6 and 7 are open in addition to switches 4 and 5, consumer 10 and diodes 8 and 9 are completely open No current or voltage. The in F i g. 1 on the left-hand side of the course of the three currents corresponds to the case in which the switching paths 4 and 5 are opened, while the switches 6 and 7, on the other hand, remain closed. Then, before switching 4 and 5, the currents h, 4 1. and after switching the currents I, ", 12 'and 1s'. The latter currents contain direct current elements, since the two diodes of phases 1 and 3 are like a two-phase rectifier with anode resistors work on the resistance of phase 2. Let contact 4 be opened at time t4, ie at the positive peak value of current 1s. Rather, the second half of the current half-wave I., which is hatched in FIG. 1, flows through the diode B. At the time t., the current 13 reaches its zero crossing As a result, currents I1 and I1 become opposite currents I1 'and I,' from this point in time, and currents I1 "and Iz always begin their amplitude at the peak value of their half-wave ude is 0.866 times the original current amplitude. The consequence of this is that at time t "'= t4 + 90 ° the two currents 1i and 1,' become zero. If contact 5 is opened at time t5, the current of phase 1 flows through the diode from this moment on 9, as indicated by the dashed half half-wave of Il '. The diode 9 of phase 1 prevents the current Il' from swinging into the negative from time t "'onwards; from this point in time 1, '= 0, since phase 3 has already been interrupted, i.e. phase 2 forms the only possible return line for phase 1. If one were to leave the circuit in this state, that is to say keep switches 4 and 5 open, while switches 6 and 7, on the other hand, were closed, the in FIG. 1, currents h ", 1; 3" and 1, "are generated. It can be calculated that the current 1: 3" starts again at time t "" , where t "" = t5 = 210 ° -, p is; where ry is the phase shift of the consumer 10, that is, with an ohmic load (yp = 0) the currentless time of phase 3 is 210 °, with a purely inductive load 120 °. The currentless time of phase 1 is just as great. The currentless time of phase 2, on the other hand, is 90 ° smaller, ie 120 ° - W, ie 120 to 30 ° depending on the phase shift.
Es erscheint zweckmäßig, die Öffnungszeitpunkte der Schalter 6 und
7 so zu wählen, daß sie etwa in der Mitte der stromlosen Zeiten der Phasen
1 und 3 liegen, d. h. bei t7 und t.. Beginnt man mit der Zeitzählung im Augenblick
t4 = 0, so erhält man für die vier Öffnungszeitpunkte der Schalter 4, 5, 6 und 7:
später legen, als in F i g. 1 angegeben ist. Im Extremfall kann man t4 und t6 in
die Nähe von t5 legen, t5 und t7 in die Nähe von t"', d. h. 90° später. Praktisch
wird man von diesen Grenzwerten stets einen gewissen Respektabstand halten.It appears expedient to select the opening times of the switches 6 and 7 so that they are approximately in the middle of the currentless times of phases 1 and 3, ie at t7 and t .. If you start with the time counting at the moment t4 = 0, so you get for the four opening times of switches 4, 5, 6 and 7: later than in FIG. 1 is specified. In the extreme case t4 and t6 can be placed in the vicinity of t5, t5 and t7 in the vicinity of t "', ie 90 ° later. In practice, one will always keep a certain respectful distance from these limit values.
Zur Verwirklichung der im vorstehenden als vorteilhaft erkannten gegenseitigen
Lage der Schaltzeitpunkte zueinander und zur Phase des Wechselstromes bzw. der Wechselspannung
kann man beispielsweise die in F i g. 2 dargestellte Anordnung verwenden. An ein
Drehstromnetz 1, 2, 3 ist ein Verbraucher 12 angeschlossen, beispielsweise eine
Drehstromschweißmaschine oder ein Asynehronmotor, die in einem gewissen Rhythmus
geschaltet werden sollen. Die Phase 2 ist fest mit dem Verbraucher verbunden (es
sei denn, daß der in F i g. 1 angedeutete lichtbogenfreie Trennschalter
11 vorgesehen ist). Die Phasen 1 und 3 sind wie in F i g. 1 über mechanische
Schaltstrecken 4 und 5 an den Verbraucher gelegt. Parallel zu den Schaltstrecken
4 und 5 liegen über Sicherungen die Dioden 8 und 9, jedoch, wie in F i g. 1, über
die Hilfsschalter 6 und 7. Die Schalter 4, 5, 6 und 7 werden von Nocken
13, 14, 15 und 16 betätigt, die in der richtigen, in der Figur nicht angedeuteten
Versetzung auf einer Welle 17 angeordnet sind. Die Welle 17 wird zum Schalten in
Synchronumdrehung versetzt, beispielsweise durch einen Synchronmotor 18, welcher
mit Hilfe eines Drehstromschalters 19 an das Drehstromnetz 1, 2, 3
gelegt wird. Zwischen dem Synchronmotor 18 und der Welle 17 kann ein Vorgelege
vorgesehen sein derart, daß die Welle 17 sich mit geringerer Umdrehungszahl bewegt
als der Synchronmotor 18. Die Nocken sind derart angeordnet, daß sie die
Kontakte 4, 5, 6
und 7 nur betätigen, nachdem der Synchronmotor
18
seine endgültige, zum Netz 1, 2, 3 synchrone Phasenlage angenommen
hat. Auf der Welle des Motors sind - ebenfalls über ein Vorgelege - zwei Hilfsnocken
20 und 21 angebracht, welche Hilfsschalter 22 und 23 betätigen. Diese
Hilfsschalter sind in Stromkreisen 24 und 25 angeordnet und letztere derart mit
dem Stromkreis 26, der den Motorschalter 19 betätigt, verriegelt, daß der Synchronmotor
18 nach Betätigung der Schalter 4, 5, 6 und 7 jeweils selbsttätig
den Schalter 19 öffnet, so daß die Kontakte 4, 5, 6 und 7 endgültig im geschlossenen
oder im geöffneten Zeitpunkt verharren. Die beschriebene Anordnung bezieht sich
auf das Ausschalten des Laststromes. Man kann auf der Welle 17 vier weitere
Nocken vorsehen, welche derart in ihrer Phasenlage versetzt angeordnet sind, daß
beim Einschalten der Kontakte 4, 5, 6 und 7 ähnliche optimale Verhältnisse geschaffen
werden, wie es im vorstehenden für das Ausschalten beschrieben wurde.In order to realize the mutual position of the switching times to one another and to the phase of the alternating current or alternating voltage, which has been recognized as advantageous above, one can use, for example, the one shown in FIG. Use the arrangement shown in FIG. A load 12 is connected to a three-phase network 1, 2, 3, for example a three-phase welding machine or an asynchronous motor, which are to be switched in a certain rhythm. Phase 2 is permanently connected to the consumer (unless the arc-free disconnector 11 indicated in FIG. 1 is provided). Phases 1 and 3 are as in FIG. 1 applied to the consumer via mechanical switching paths 4 and 5. In parallel to the switching paths 4 and 5, the diodes 8 and 9 are connected via fuses, however, as in FIG. 1, via the auxiliary switches 6 and 7. The switches 4, 5, 6 and 7 are actuated by cams 13, 14, 15 and 16 which are arranged on a shaft 17 in the correct offset, not indicated in the figure. The shaft 17 is set in synchronous rotation for switching, for example by a synchronous motor 18 which is connected to the three-phase network 1, 2, 3 with the aid of a three-phase switch 19 . Between the synchronous motor 18 and the shaft 17 , a back gear can be provided such that the shaft 17 moves at a lower speed than the synchronous motor 18. The cams are arranged in such a way that they actuate the contacts 4, 5, 6 and 7 only after the synchronous motor 18 has assumed its final phase position, which is synchronous with the network 1, 2, 3. Two auxiliary cams 20 and 21 , which operate auxiliary switches 22 and 23, are attached to the shaft of the motor - also via a back gear. These auxiliary switches are arranged in circuits 24 and 25 and the latter with the circuit 26, which actuates the motor switch 19, interlocked that the synchronous motor 18 automatically opens the switch 19 after actuation of the switches 4, 5, 6 and 7, so that the Contacts 4, 5, 6 and 7 finally remain in the closed or open time. The arrangement described relates to switching off the load current. One can provide four further cams on the shaft 17 , which are arranged offset in their phase position that when the contacts 4, 5, 6 and 7 are switched on, similar optimal conditions are created as described above for switching off.
Man kann die beschriebenen Verfahren natürlich auch in der Weise ausführen,
daß man auch die Phase 2 mit einem Schalter öffnet, welcher durch eine Diode überbrückt
sein kann. In diesem Fall könnte man die Hilfsschalter 6 und 7 entbehren, man müßte
jedoch den Schalter in der Phase 2 in der stromlosen Zeit der Phase 2, d. h. zwischen
den Zeitpunkten t"' und t"" öffnen. Diese Zeit kann bei induktiven
Verbrauchern fast so klein wie 30° werden, was ungünstig ist. Die Vermeidung der
Hilfsschalter 6 und 7 hätte noch den weiteren Nachteil, daß die Dioden 8 und 9 im
geöffneten Zustand des Stromkreises nicht spannungslos wären. Man kann auch die
vier Schalter 4, 5, 6 und 7 beibehalten und zu-Wenn man diese gegenseitige Versetzung
der vier Schaltzeitpunkte einhält, so ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß diese vier
Schaltzeitpunkte insgesamt gegenüber der Phase des Drehstromes um ± 60°, d. h. bei
50 Hz um ± 3,3 ms, vor- oder zurückrücken können, ohne daß die lichtbogenfreie Unterbrechung
beeinträchtigt wird. Verspäten sich die vier Schaltzeitpunkte, so werden die gestrichelten
Stromflächen, die durch die Dioden 8 und 9 fließen, kleiner (bis auf Null), verfrühen
sich die vier Schaltzeitpunkte, so werden sie größer (bis zu einer Halbwelle).The described method can of course also be carried out in such a way that phase 2 is also opened with a switch which can be bridged by a diode. In this case the auxiliary switches 6 and 7 could be dispensed with, but the switch in phase 2 would have to be opened during the de-energized time of phase 2, ie between times t "' and t"" as small as 30 °, which is unfavorable. Avoiding the auxiliary switches 6 and 7 would have the further disadvantage that the diodes 8 and 9 would not be de-energized when the circuit is open. The four switches 4, 5, 6 and If this mutual offset of the four switching times is observed, it can be seen from FIG , can move forward or backward without the arc-free interruption being impaired switching times, they become larger (up to a half-wave).
Da es für den Abschaltvorgang gefährlicher ist, wenn die Schaltzeitpunkte
t. und t7 zu spät liegen, als wenn sie zu früh liegen, kann man diese Schaltzeitpunkte
statt auf die Mitte der stromlosen Zeiten der Phasen 1 und 3 auch etwas früher legen.
Um das Stromintegral durch die Dioden 8 und 9 zu verringern, kann
man die Schaltzeitpunkte t4 und t5 auch
sätzlich in der Phase 2
einen Hauptschalter und einen Nebenschalter in Reihe mit der Diode der Phase 2 anordnen
und die beiden letztgenannten Schalter gleichzeitig etwa in der Mitte des Zeitintervalls
t"" - t"', d. h. je nach der Phasenverschiebung ihr, um eine Zeit von
später schalten als den Schalter 4. In diesem Fall werden alle drei Phasen symmetrisch
geschaltet, und man hat auch beim Versagen des synchronen Schaltmechanismus geringstmögliche
Lichtbogenbildung an den Kontakten. Die Schalter 4 und 5 müssen - unter Berücksichtigung
der Einschaltdauer - für den vollen Laststrom des Verbrauchers bemessen sein. Die
Hilfsschalter 6 und 7 brauchen, ebenso wie die Dioden 8 und 9, nur die in F i g.
1 schraffierten Teile einer Halbwelle bei jedem Ausschaltvorgang zu führen.Since it is more dangerous for the shutdown process if the switching times t. and t7 are too late than if they are too early, these switching times can be set a little earlier instead of in the middle of the de-energized times of phases 1 and 3. In order to reduce the current integral through the diodes 8 and 9 , the switching times t4 and t5 can also be arranged in phase 2 with a main switch and a secondary switch in series with the diode in phase 2 and the two last-mentioned switches at the same time approximately in the middle of the Time interval t "" - t "', ie depending on the phase shift you, by a time of switch later than switch 4. In this case, all three phases are switched symmetrically, and even if the synchronous switching mechanism fails, the least possible arcing occurs at the contacts. The switches 4 and 5 must be dimensioned for the full load current of the consumer, taking into account the duty cycle. The auxiliary switches 6 and 7, like the diodes 8 and 9, only need those in FIG. 1 hatched parts of a half-wave to lead with each switch-off process.