DE2255220B2 - Kontaktloser ueberlastschalter - Google Patents

Description

6. Kontaktloser Überlastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überstromdetektor (41) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Überschreiten eines vorbestimmten Überstromes den Hilfs-Thyristor (&4)einschaltet.

7. Kcntaktloser Überlastschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorgegebene Phasen eines Mehrphasen-Wechselstromnetzes mit Brückenschaltungen (U bis 13) ausgestattet sind und daß die Haupt-Thyristoren (Si, S2) der Brückenschaltungen jeweils mit der Reihenschaltung aus Umschaltkondensator (23) und Hilfs-Thyristor (SA) verbunden und durch diese absperrbar sind.

Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Überlastialter mit mindestens einer einer Phase eines Wechselstromanschlusses zugeordneten Brückenschaltung, bei der zwei Zweige aus Haupt-Thyristoren und die anderen beiden aus Haupt-Dioden bestehen, welche so geschaltet sind, daß einer der Thyristoren und eine der Dioden die positive Halbwälle und der andere Thyristor und die andere Diode die negative Halbwelle einer Wechselspannung durchlassen, und mit einem Steuerschaltkreis zur Zuführung eines Steuersignals an die Steuerelektroden der Haupt-Thyristoren. Derartige

ίο Überlaster dienen z. B. der Regelung von Elektroöfen oder Elektromotoren sowie zum Abschalten im Falle eines Kurzschlusses oder bei Überbelastung des Verbrauchers.

Es ist bereits bekannt, daß Thyristoren als kontaktlose Schalter zur Steuerung und Ausschaltung von Lasten Verwendung finden. Die bisher bekannten Schaltungen, die als kontaktlose Schaltelemente in Überlastschaltern arbeiten, haben mindestens einen Thyristor, durch den nach Vollwellengleichrichtung der zu unterbrechende Belastungsstrom geführt worden ist Aus den »Silicon Controlled Rectifier Manual«, 3. Ausgabe, General Electric, 1964, S. 104 und 105, sind weiterhin die oben angegebene Gattung bestimmende Brückengleichrichter bekannt, bei denen die Steuerelektroden der Thyristoren mit einem Gleichstromsignal geregelt werden. Es gibt aber verschiedene Arten von Verbrauchern, für die ein der Spannung nacheilender Strom mit einer stärkeren Amplitude erforderlich ist. Da bei diesen Verbrauchern jede gleichgerichtete Halbwelle des Stromes an ihrem Ende nicht exakt gleich Null wird, ist es unmöglich, den Verbraucher-Wechselstrom durch Abschaltung der Steuerelektroden der Thyristoren ganz zu unterbrechen, wenn die Amplitude des Stromes am Ende einer jeden Halbwelle größer ist als die Stärke des Haltestromes.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen kontaktlosen Überlastschalter zu schaffen, welcher zum einen eine Regelung jeglicher Art von nachgeschalteten Lasten ermöglicht und zum anderen ein Trennen derselben von der Netzspannung bei Auftreten eines Überlast- oder Kurzschlußstromes zu jeder Zeit, d. h. auch mitten in der Phase, sofort ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem in Reihenschaltung ein Umschaltkondensator, der durch eine Hilfsgleichstromquelle aufgeladen ist, sowie ein Hilfs-Thyristor vorgesehen sind und indem der Hilfs-Thyristor, durch ein Steuersignal eines Steuerschaltkreises leitfähig gemacht, den Umschaltkondensator entlädt und die Haupt-Thyristoren invers derart vorspannt, daß sie in den Sperrzustand übergehen. Hierbei erweist sich als vorteilhaft, daß der zu schaltende Hilfs-Thyristor nicht mit dem Laststrom beaufschlagt wird.

Als vorteilhaft wurde erkannt, die Netzzuleitungen der Brückenschaltungen über Dioden mit der Reihenschaltung aus Umschaltkondensator und Hilfs-Thyristor zu verbinden. Eine Abschaltung in beiden Phasen wird ermöglicht, wenn die lastseitigen Leitungen der Brückenschaltung vermittels Dioden an die Reihenschaltung angeschlossen sind. Der Schaltstromkreis wird geschlossen, indem die gemeinsamen Gleichstromanschlüsse der Haupt-Thyristoren der Brückenschaltungen mit Dioden an die Reihenschaltung geschaltet sind. Es ist zweckmäßig, die Dioden den gegenüberliegenden Seiten aufzuschalten. Zur Steuerung des Hilfs-Thyristors ist es zweckmäßig, einen Überstromdetektor vorzusehen, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Überschreiten eines vorbestimmten Überstromes

den Hilfs-Thyristor einschaltet. Die Anzahl der Bauelemente kann reduziert werden, indem vorgegebene Phasen eines Mehrphasen-Wechselstromnetzes mit 3rückenschaltungen ausgestattet sind, und indem die Haupt-Thyristoren der Brückenschaltungen jeweils mit der Reihenschaltung verbunden und durch diese sperrbar sind.

Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 ein Schaltbild für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines als Kontaktloses Schaltelement ausgeführten Überlastschalters dieser Erfindung,

in Fig.2 ein ähnliches Schaltbild betreffend ein anderes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung,

in Fig.3 ein Schaltbild für eine wiederum andere Ausführung des Erfindungsgegenstandes dieser Erfindung und in

F i g. 4 ein Schaltbild für eine weitere Ausführung des Erfindungsgegenstandes dieser Erfindung.

In der Zeichnung sind einander identische und einander entsprechende Teile in den verschiedenen Darstellungen auch mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, sind bei der mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichneten bevorzugten Ausführung eines kontaktlosen Überlastschalters dieser Erfindung drei Brückenschaltungen 11, 12 und 13 mit einer jeden Phase der Drehstromleitungen in Reihe geschaltet

Die auf der linken Seite dargestellten Leitungen 14,15 und 16 können mit einem (hier nicht dargestellten) Dreiphasen-Wechselstromnetz verbunden werden, wohingegen die auf der rechten Seite dargestellten Leitungen 17, 18 und 19 mit Verbraucher verbunden werden können, beispielsweise mit Elektroöfen und mit Elektromotoren.

Von den vier Armen der Brückenschaltung 11 weisen jeweils zwei Arme einen Haupt-Thyristor Si bzw. S₂ auf, während den beiden anderen Gleichrichterannen jeweils eine Hauptdiode D\ oder Di zugeordnet ist

Die Durchlaßpolarität der Thyristoren Sl, S₂ ist wie folgt festgelegt:

Der Haupt-Thyristor Si und die Hauptdiode Di werden die leitend während der positiven Halbwelle des Verbraucher-Wechselstromes, wohingegen der Haupt-Thyristor S₂ und die Hauptdiode D₂ während der negativen Halbwellen des gleichen Verbraucherstromes leitend werden. Zwischen die Gleichstrom-Ausgangsklemmen der Brückenschaltung U ist eine Drossel L geschaltet.

Die Brückenschaltungen 12 und 13 sind mit den gleichen Schaltungselementen ausgestattet, wie dies bei der Brückenschaltung 11 der Fall ist

Die Steuerung und Regelung der Haupt-Thyristoren Si und S₂ erfolgt durch einen Steuerschaltkreis 20 über einen Schaltkreis 21, der die elektrischen Signale des Steuerschaltkreises 20 schalte L Bei dem Steuerschaltkreis 20 handelt es sich um eine konventionelle Ausführung, die von einer zusätzlichen Wechselspan- eo nungsquelle 22 aus gespeist wird.

Um nun den elektrischen Stromkreis unterbrechen zu können, ist eine Reihenschaltung aus einem Umschaltkondensator 23 und einem Hilfs-Thyristor A4 vorgesehen. Laut Darstellung ist die Kathode des Thyristors SA b^r> jeweils über die Dioden 24, 25 und 26 bei den Brückenschaltungen 11, 12 und 13 auf einen Verbindungspunkt zwischen den Thyristoren Si und S₂ geführt Die zusätzlichen Dioden 27, 23 und 29 sind S, und S₂ geführt. Die zusätzlichen Dioden 27, 28 und 29 sind in der angegebenen Polarität jeweils zwischen die Leitungen 17, 18 und 19 und dem linken Anschluß des Umschaltkondensators 23 geschaltet. In ähnlicher Weise sind die zusätzlichen Dioden 30, 31 und 32 in der dargestellten Polarität jeweils zwischen den Anschlußleitungen 14,15 und 16 und dem gleichen Anschluß des Umschaltkondensators 23 angeordnet. Dieser Kondensator 23 wird von einer Hilfs-Gleichspannungsstromquelle 33 her aufgeladen. Zu dieser Gleichstromquelle 33 gehören: ein Zusatztransformator 34 mit einer von einer zusätzlichen Wechselstromquelle gespeisten Primärwicklung 35 und einer Sekundärwicklung 36; eine Diode 37, die zu einer der Anschlußklemmen der Sekundärwicklung 36 in Reihe geschaltet ist und den vom Transformator kommenden Wechselstrom gleichzurichten hat, damit Umschaltkondensator 23 in einer vorbestimmten Polarität aufgeladen werden kann.

Zum Überlastschalter 10 gehören noch die Stromwandler 38, 39 und 40. Diese Stromwandler sprechen auf den Verbraucherstrom an, der durch die Leitungen 14 bis 19 fließt und schalten ein entsprechendes Stromsignal auf einen Überstromdetektor 41.

Dieser Überstromdetektor 41 kann in der Form irgendeiner geeigneten Signalmeßschaltung ausgeführt sein. Diese Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal, durch das der Thyristor SA eingeschaltet wird, durch das der Steuerschaltkreis 21 ausgeschaltet wird, wenn ein zu starker Strom durch die Netzleitungen fließt, was wiederum zur Folge hat, daß die Gleichrichterbrücken abgeschaltet werden.

Nun kann der elektrische Überlastschalter als Stromsteuerung betrieben werden, die ihrerseits wiederum während des Normalbetriebes der Schaltung über die Zündwinkel an den Steuerelektroden der zu den Gleichrichterbrücken 11, 12 und 13 gehörenden Thyristoren S\ und S₂ gesteuert und geregelt wird, und zwar durch das Ausgangssignal, das während des normalen Betriebes von dem Steuerschaltkreis 20 aus aufgeschaltet wird.

Wenn aber ein Fehler beispielsweise ein Kurzschluß im elektrischen Verbraucher aufkommt, wird der Überlastungszustand vom Überstromdetektor 41 gemessen und ein Ausgangssignal dem Thyristor SA aufgeschaltet, das den Thyristor SA leitend macht und das Ausgangssignal aus dem Schaltkreis 21 stoppt. Damit aber wird der Kondensator 23 entladen, und zwar über die positive Klemme des Umschaltkondensators

23, über den Thyristor SA, über die Diode 24, über den Thyristor Si und über die Diode 32 zur negativen Klemme des Kondensators, wenn sich Si im Durchlaßzustand befindet Befindet sich der Thyristor S₂ im Durchlaßzustand, dann wird der Umschaltkondensator 23 über eine Reihenschaltung aus Thyristor SA₁ Diode

24, Thyristor S₂ und Diode 27 entladen. Das hat zur Folge, daß entweder der Thyristor Si oder der Thyristor S₂ durch den durch ihn fließenden Rückstrom in den Sperrzustand gebracht wird, daß von der Briickenschaltung U der aus der Leitung 14 in die Leitung 17 fließende Verbraucherstrom unterbrochen wird.

Zu erkennen ist auch, daß die vorerwähnte Kondensatorentladung auch den anderen Brückenschaltungen 12 und 13 aufgeschaltet wird, damit der Verbraucherstromkreis von der Wechselspannungszuführung getrennt werden kann.

Auch dann, wenn der elektrische Stromkreis normal arbeitet, kann der Überlastschalter 10 von Hand

dadurch geschaltet werden, daß ein Auslösesignal auf den Thyristor SA und den Steuerschaltkreis 21 geschaltet wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sind die mit F i g. 1 wiedergegebenen Dioden 27, 28 und 29 nicht mehr vorhanden. Wenn die Abschaltung des Thyristors Si der Brückenschaltungen 11, 12 und 13 in einer der F i g. 1 ähnlichen Weise erfolgt, so liegt der Unterschied jedoch in der Abschaltung des Thyristors S₂, der jeweils den Brückenschaltungen 11,12 und 13 zugeordnet ist. Es sei non angenommen, der Thyristor S₂ sei leitend. Wird nun das Ausgangssignal des Überlastdetektors 41 dem Thyristor SA aufgeschaltet, was zur Folge hat, daß auch der Thyristor SA leitend wird, wird das Ausgangssignal auch auf den Steuerschaltkreis 21 geführt, um die Steuerelektrodensignale für die Thyristoren S\ und S₂ zu stoppen, dann wird die elektrische Aufladung des Umschaltkondensators 23 über eine Reihenschaltung aus Thyristor SA, Diode 24, Thyristor S₂, Leitung 17, über den Verbraucher, aus der Leitung 18 oder der Leitung 19, aus den Dioden D₂, D\ der Brückenschaltungen 12 oder 13 sowie über die Dioden 31 oder 30 entladen. Damit aber wird der Thyristor Si durch den Rückstrom, der durch diesen Thyristor der Brückenschaltung 11 fließt abgeschaltet und in den Sperrzustand gebracht.

Die anderen Thyristoren Si der Gleichrichterbrücken 12 und 13 können ebenfalls in der zuvor beschriebenen Weise abgeschaltet werden.

Wegen des Wegfallens der Dioden 27,28 und 29 läßt sich der elektrische Überlastschalter 10 nach F i g. 2 billiger und kostengünstiger herstellen als der mit 1 dargestellte Überlastschalter.

Bei der mit Fig.3 wiedergegebenen weiteren Ausführung des Erfindungsgegenstandes fällt auch die mit F i g. 1 wiedergegebene Gleichrichterbrücke 11 weg. Somit läßt sich gegenüber der Ausführung nach F i g. 2 der mit F i g. 3 dargestellte Überlastschalter 10 billiger und kostengünstiger herstellen, ein in der Leitung 17 aufkommender Erdschluß läßt sich jedoch nichl rückgängig machen. Entsprechend den im Zusammenhang mit F i g. 2 gegebenen Erläuterungen können auch bei der Schaltung nach F i g. 3 die Dioden 28 und 29 wegfallen.

Wie aus Fig.4 hervorgeht, kann diese Erfindung auch zur Stromunterbrechung und zur Stromsteuerung

ίο in einem Einphasen-Wechselstromkreis herangezogen werden.

Der zum Verbraucher fließende elektrische Strom kann mittels einer konventionellen Ansteuerung der Steuerelektroden der Thyristoren Si und S₂ gesteuert und geregelt werden, weil der Thyristor Si die positiven Halbwellen des Verbraucherstromes durchläßt, der Thyristor Si aber die negativen Halbwellen dieses Stromes. Darüber hinaus läßt sich der Wechselstromkreis dadurch unterbrechen, daß der Umschaltkondensator 23 dann über den Hilfs-Thyristor SA entladen wird, wenn ein Fehler aufgekommen ist oder eine normale Abschaltung des Verbrauchers gewünscht wird. Der Entladungsstrom aus dem Umschaltkondensator 23 nießt nicht durch die Drossel L, sondern durch den Hauptthyristor S\ oder S₂ in Gegenrichtung, welcher Thyristor auch immer sich gerade im Durchlaßzustand befindet. Gleichzeitig wird die in der Drossel L erzeugte Gegen-EMK zum Abschalten der Thyristoren Si und Si als negative Vorspannung aufgeschaltet

Was die Mehrphasen-Überlastschalter nach F i g. 1 bis F i g. 3 betrifft, so ist für mehrere Gleichrichterbrükken und für die gleichzeitige Abschaltung der zu diesen Gleichrichterbrücken gehörenden Thyristoren nur ein Umschaltkondensator 23 erforderlich, der von einer zusätzlichen Hilfs-Gleichstromquelle 33 aufgeladen wird

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kontaktloser Überlastschalter mit mindestens einer einer Phase eines Wechselstromanschlusses zugeordneten Brückenschaltung, bei der zwei Zweige aus Haupt-Thyristoren und die anderen beiden aus Haupt-Dioden bestehen, welche so geschaltet sind, daß einer der Thyristoren und eine der Dioden die positive Halbwelle und der andere Thyristor und die andere Diode die negative Halbwelle einer Wechselspannung durchlassen, und mit einem Steuerschaltkreis zur Zuführung eines Steuersignals an die Steuerelektroden der Hauptthyristoren, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung ein Umschaltkondensator (23), der durch eine Hilfsgleichstromquelle (33) aufgeladen ist, sowie ein Hilfs-Thyristor (SA) vorgesehen sind und daß der Hilfs-Thyristor, durch ein Steuersignal eines Steuerschaltkreises leitfähig gemacht, den Umschaltkondensator (23) entlädt und die Haupt-Thyristoren (Si, 52) invers derart vorspannt, daß sie in den Sperrzustand übergehen.

2. Kontaktloser Überlastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzzuleitungen (14 bis 16) der Brückenschaltungen (11 bis 13) über Dioden (30 bis 32) mit der Reihenschaltung aus Umschaltkondensator (23) und Hilfs-Thyristor (SA) verbunden sind.

3. Kontaktloser Überlastschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lastseitigen Leitungen (17 bis 19) der Brückenschaltungen (11 bis 13) vermittels Dioden (27 bis 29) an die Reihenschaltung aus Umschaltkondensator (23) und Hilfs-Thyristor (SA) angeschlossen sind.

4. Kontaktloser Überlastschp.lter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsamen Gleichstromanschlüsse der Haupt-Thyristoren (Si, S2) der Brückenschaltungen mit Dioden (24 bis 26) an die Reihenschaltung aus Umschaltkondensator (23) und Hilfs-Thyristor (SA) geschaltet sind.

5. Kontaktloser Überlastschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (24 bis 26) der der Dioden (27 bis 32) gegenüberliegenden Seite der Reihenschaltung aus Umschaltkondensator (23) und Hilfs-Thyristor (SA) aufgeschaltet sind.