DE974697C - Contactor for switching AC motors - Google Patents
Contactor for switching AC motorsInfo
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Description
Schütze werden vorzugsweise zum Schalten von Motoren verwendet. Motore, insbesondere Käfigläufermotore stellen hohe Anforderungen an die Schaltleistung, vor allem an das Einschaltvermögen des Schalters, denn beim Einschalten treten kurzzeitig Ausgleichströme auf, die den I2fachen Betrag des Motornennstromes erreichen. Der Ausgleichstrom klingt sehr schnell ab, so daß er sich zwar auf Erwärmungsvorgänge beim Schalter nicht auswirkt, wohl aber auf den Einschaltabbrand und die Einschaltfestigkeit (Schweißsicherheit).Contactors are preferably used to switch motors. Motors, in particular squirrel cage motors place high demands on the switching capacity, especially the making capacity of the Switch, because when switching on, equalizing currents occur briefly that are I2 times the amount of the Rated motor current. The equalizing current dies away very quickly, so that it does indeed focus on warming processes does not have any effect on the switch, but does affect the switch-on consumption and switch-on strength (Welding safety).
Es bereitet Schwierigkeiten einem Schütz gleichzeitig hohe Einschaltfestigkeit, große Abschaltleistung und ausreichende Lebensdauer zu verleihen. In seinen Grundzügen ist die Konstruktion eines Schützes mit hoher Schaltstücklebensdauer durch die Verwendung von Edelmetall als Abbrandmaterial vorgegeben. Edelmetall, z. B. Silber, hat sich in Luft als sehr vorteilhaftes Abbrandmaterial erwiesen. Um diesen Vorteil jedoch voll ausnutzen zu können, muß jeglicher mechanischer Verschleiß der Schaltstücke vermieden werden. Dies ist nur bei für Tastkontaktgabe ausgebildeten Schaltstücken gewährleistet, die jedoch den Nachteil haben, daß sie stark zu Prellschlägen neigen. Der Prellschlag wirkt sich auf die Einschaltfestigkeit und den Einschaltverschleiß sehr ungünstig aus. Zur Prellschlagreduzierung ist es unter anderem notwendig, die Einschaltgeschwindigkeit in gewissen Grenzen zu halten. Der Schaltmagnet ist sparsam zu dimensionieren, und Magnethub, Kontaktdurchhub sowie Kontaktdruckkräfte sind so aufeinander abzustimmen, daß während des Leerhubes des Magneten der Kräfteüberschuß so klein wie möglich wird.It is difficult for a contactor to have high switch-on strength and high breaking capacity at the same time and to give it sufficient service life. In its main features is the construction of a contactor with high contact life due to the use of noble metal as consumable material. Precious metal, e.g. B. silver has proven to be a very beneficial burn-up material in air. To this one However, everyone must be able to take full advantage of this mechanical wear of the contact pieces can be avoided. This is only for those trained for tactile contact Switching pieces guaranteed, but they have the disadvantage that they have a strong tendency to bounce. The bounce has a very unfavorable effect on the switch-on resistance and switch-on wear. To the To reduce the impact of bouncing, it is necessary, among other things, to reduce the switch-on speed to a certain degree To keep boundaries. The switching magnet is to be dimensioned sparingly, and magnet travel, contact through travel as well as contact pressure forces are to be coordinated so that during the idle stroke of the magnet the excess force is as small as possible.
Für die Einschaltfestigkeit eines Gerätes sind im wesentlichen die Kontaktdruckkräfte und das Prellverhalten der Schaltstücke von entscheidendem Ein-The contact pressure forces and the bounce behavior are essential for the switch-on resistance of a device of the contact pieces of decisive
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fluß. Größere Kontaktdruckkräfte erfordern aber einen kräftigeren Schaltmagneten, der naturgemäß während des Leerhubes auch über einen größeren Kraftüberschuß verfügt, das Prellverhalten verschlechtert und damit den Gewinn an Einschaltfestigkeit in Frage stellt.flow. But larger contact pressure forces require one more powerful switching magnet, which naturally has a larger excess of force during the idle stroke disposes, the bouncing behavior worsens and thus the gain in switch-on strength in question represents.
Die Erfindung macht sich die erzielten Fortschritte bei der Beherrschung des Prellschlages zunutze und hat den Zweck, den an sich während einer Schaltstückdurchfederung zwangläufig anfallenden Kraftüberschuß durch Betätigung von ein oder zwei weiteren parallel arbeitenden Schaltstücken für eine Verbesserung des Einschaltvermögens von Schützen zum Schalten von Wechselstrommotoren zu erschließen. The invention makes use of the progress made in mastering the impact blow and has the purpose of the inevitably occurring excess force during a switching piece deflection by actuating one or two further contact pieces working in parallel for one To improve the making capacity of contactors for switching AC motors.
Anordnungen mit Parallelschaltstücken sind an sich bereits bekannt. Diese bekannten Anordnungen arbeiten entweder gleichzeitig oder in gestaffelten Durchhüben. Sie dienen bisher jedoch ausschließlich der Beherrschung von höheren Strömen im Dauerbetrieb oder dem Schutz der für die Dauerstromführung vorgesehenen Kontaktstellen vor Lichtbogenbeanspruchung oder auch einer gewissen Steuerung des Ausschalt Vorgangs. Anordnungen mit Parallelschaltstücken, die in gestaffelten Durchhüben arbeiten, sollen dabei vorzugsweise durch Variation des Kontaktwerkstoffes jedem Schaltstück eine besondere Aufgabe zuordnen, z. B. Kupfer oder Silber als Stromkontaktstellen und Kohle oder Wolfram als Abbrennstücke. Wegen des unedlen Kontaktwerkstoffes ist dabei mindestens eines der Schaltstücke als Reibkontakt ausgebildet. Die bekannten Anordnungen arbeiten mit Durchhubstaffelungen von 3 bis 7 mm Unterschied, die Schaltstücke besitzen stark unterschiedliche Kontaktdruckkräfte und weisen Prellzeiten von mehr als 10 Millisekunden auf, so daß bei diesen eine gegenseitige Entlastung und eine anteilmäßige Strombelastung frühestens 10 bis 20 Millisekunden nach der ersten Kontaktgabe wirksam werden kann.Arrangements with parallel contact pieces are already known per se. These known arrangements work either simultaneously or in staggered strokes. So far, however, they have only been used the control of higher currents in continuous operation or the protection of the continuous current supply provided contact points before arcing stress or a certain control of the switch-off process. Arrangements with parallel contact pieces that work in staggered through-strokes, should preferably give each contact piece a special one by varying the contact material Assign task, e.g. B. copper or silver as power contact points and carbon or tungsten as burners. Because of the base contact material, at least one of the contact pieces is a frictional contact educated. The known arrangements work with stroke gradations of 3 to 7 mm Difference, the contact pieces have very different contact pressure forces and have bounce times of more than 10 milliseconds, so that with these a mutual relief and a proportional Current load does not take effect until 10 to 20 milliseconds after the first contact is made can be.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß unter Ausnutzung der durch einen Kniehebel gegebenen Antriebscharakteristik und unter Verwendung prellarmer Schaltstücke mit Edelmetallauflage für die Durchhubstaffelung eine die Einschaltfestigkeit verbessernde zeitliche Bindung an das Motoranlaufdiagramm vorgesehen ist, die sich durch geeignete Wahl der Arbeitspunkte für die Einzelschaltstücke entsprechend den durch die Antriebscharaktenstik während des Schaltweges vorgegebenen Kräfte- und Geschwindigkeitsverhältnissen in einfacher Weise verwirklichen läßt.In contrast, the invention consists in that taking advantage of the given by a toggle lever Drive characteristics and using low-impact contact pieces with precious metal coating for the staggering of the through-stroke is a time connection to the motor start-up diagram that improves the switch-on resistance is provided, which can be determined by suitable choice of the operating points for the individual contact pieces the forces and forces specified by the drive characteristics during the switching path Can realize speed ratios in a simple manner.
Die nachfolgend beschriebene und an Hand der Abb. 1 und 2 in ihrem Prinzip erläuterte Erfindung betrifft somit ein Schütz zum Schalten von Wechselstrommotoren mit Mehrfachunterbrechung sowie mit in gestaffelten Durchhüben parallel arbeitenden, für Tastkontaktgabe ausgebildeten, mittels Kniehebels betätigten prellarm einschaltenden Schaltstücken mit Edelmetallauflage, bei welchem erfindungsgemäß der während der Durchfederung des ersten Schaltstückes anfallende Kraftüberschuß für die Einschaltfestigkeit des Gerätes nutzbar gemacht ist durch Betätigung von einem oder zwei weiteren parallel arbeitenden Schaltstücken, deren Durchhübe entsprechend der Antriebscharaktenstik derart auf die Schaltbrückengeschwindigkeit abgestimmt sind, daß die gegenseitige Entlastung und anteilmäßige Strombelastung der Einzelschaltstücke vor Erreichen des Maximums der beim Motoranlauf auftretenden kurzzeitigen und einmaligen Ausgleichstromspitze wirksam wird.The following described and on the basis of Fig. 1 and FIG. 2, the principle of the invention, thus relates to a contactor for switching AC motors with multiple interruptions as well as with staggered strokes working in parallel, for Tactile contact formed, actuated by means of a toggle lever with low-impact switching pieces with Noble metal coating, in which, according to the invention, the during the deflection of the first contact piece Any excess force for the switch-on resistance of the device is made usable by actuation of one or two further contact pieces working in parallel, the strokes of which correspond to the Drive characteristics are matched to the jumper speed in such a way that the mutual Relief and proportional current load of the individual contact pieces before the maximum is reached Short-term and one-time equalizing current peak that occurs when the motor is started becomes effective.
Die Zeitwerte für die erfindungsgemäße Zuordnung zwischen Schaltstückstaffelung und Schaitgeschwindigkeit ergeben sich aus dem Motoranlauf diagramm. Dem Stromverlauf des sinusförmigen Wechselstromes selbst können diese Werte nicht entnommen werden, weil die Stromanstieggeschwindigkeit z. B. bei einem Leistungsfaktor nahe cos a = χ bereits so steil ist, daß je nach Einschaltaugenblick der Scheitelwert bereits innerhalb von 0,001 Sekunden erreicht sein kann, also auch bei praktisch prellarm schaltendem Kontaktapparat in die Prellzeit fällt. Beim Schalten von Wechselstrommotoren beginnt dagegen der Stromanstieg stets mit Null und mit sinusförmigem Verlauf. Darüber hinaus erreichen die dabei auftretenden Ausgleichstromspitzen ihr Maximum erst etwa 0,007 bis 0,008 Sekunden nach dem Einschalten, also nach einer Zeit, die erheblich größer ist als die Prellzeit moderner Geräte. Abb. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf der Einschwingströme beim Einschalten eines Käfigläufermotors sowie deren Hüllkurve. Nach einer Zeit ty, die kleiner ist als die Zeit bis zum Auftreten der Ausgleichstromspitze, hat der Strom im ungünstigen Fall einen Wert J1 erreicht. Dieser Wert J1 möge dem Grenzstrom entsprechen, den das Schaltstück bei einer gewissen Kontaktdruckkraft ohne Verschweißung zu schalten vermag. Die Kontaktdruckkraft ist vorgegeben durch die im Augenblick der ersten Schaltstückberührung verfügbare Zugkraft des Schaltmagneten. Da sich während der Zeit I1 der Luftspalt des Magneten verkleinert und die Zugkraft entsprechend wächst, ist es möglich, mit demselben Schaltmagneten unter Ausnutzung des während des Durchhubes auftretenden Kraftüberschusses ein weiteres, parallel zu dem ersten arbeitendes Schaltstück zu betätigen. Kommt zur Zeit tx ein zweites parallel geschaltetes Schaltstück mit der gleichen Kontaktdruckkraft wie das erste zum Eingriff, dann werden beide Schaltstücke nur noch mit je x/2 · J1 belastet. Der Grenzstrom, den eine solche Kombination theoretisch ohne Verschweißen zu schalten vermag, beträgt nunmehr Z-J1= J2. Da mit Prellungen der Schaltstücke zu rechnen ist, muß das zweite Schaltstück ;weckmäßig bereits um seine Prellzeit At eher, also zur Zeit I1 — At zum Eingriff kommen.The time values for the assignment according to the invention between the contact staggering and switching speed result from the motor start-up diagram. These values cannot be taken from the current curve of the sinusoidal alternating current itself, because the rate of increase in current z. B. at a power factor close to cos a = χ is already so steep that, depending on the moment of switch-on, the peak value can be reached within 0.001 seconds, so even with practically low-bounce switching contact apparatus falls within the bounce time. When switching AC motors, on the other hand, the current increase always begins with zero and with a sinusoidal curve. In addition, the equalizing current peaks that occur do not reach their maximum until about 0.007 to 0.008 seconds after switching on, i.e. after a time that is considerably longer than the bounce time of modern devices. Fig. 1 shows the course of the transient currents over time when a squirrel cage motor is switched on, as well as their envelope curve. After a time ty, which is less than the time until the equalizing current peak occurs , the current has reached a value J 1 in the worst case. This value J 1 may correspond to the limit current that the contact piece can switch with a certain contact pressure force without welding. The contact pressure force is determined by the pulling force of the switching magnet available at the moment of the first contact. Since the air gap of the magnet is reduced during the time I 1 and the tensile force increases accordingly, it is possible to actuate another switching element that works parallel to the first with the same switching magnet using the excess force occurring during the through-stroke. If at time t x a second contact piece connected in parallel comes into engagement with the same contact pressure force as the first, then both contact pieces are only loaded with x / 2 · J 1 each. The limit current that such a combination can theoretically switch without welding is now ZJ 1 = J 2 . Since bouncing of the contact pieces is to be expected, the second contact piece must already come into action at its bounce time At earlier, i.e. at time I 1 - At .
Voraussetzung für das erfindungsgemäße Schütz ist daher ein Kontaktapparat mit Prellzeiten At kleiner als ty sowie ein Kraftantrieb mit einer Charakteristik, die im Durchhubbereich des Kontaktapparates so steil ist, daß ein weiteres Schaltstück mit ausreichender Kontaktkraft durch den während der Durchfederung zu der Zeit ty — At bereits angefallenen Kraftüberschuß betätigt werden kann.A prerequisite for the contactor according to the invention is a contact device with bounce times At less than ty as well as a power drive with a characteristic that is so steep in the through-stroke range of the contact device that a further contact piece with sufficient contact force through the during deflection at time ty - At any excess force can be actuated.
Diese Voraussetzung erfüllt der an sich bekannte Kniehebel, durch den bei entsprechender Wahl der Hebelverhältnisse die notwendige Geschwindigkeits-This requirement is met by the toggle lever, known per se, through which, with the appropriate choice, the Leverage the necessary speed
reduzierung für ein prellarmes Einschalten und eine hinreichende steile Antriebscharakteristik erzielt werden können.Reduction for low-bounce switch-on and a sufficiently steep drive characteristic can be achieved can.
An Hand der in Abb. 2 schematisch dargestellten Anordnung für das Beispiel eines Schalterpols mit vier Unterbrechungsstellen sei das erfindungsgemäße Schütz näher erläutert. Durch den Anker ι des Schaltmagneten 2, 3 wird über den Kniehebel 4 die Schaltbrücke 5 betätigt, welche die mit den Trennstellen 6 und 7 bzw. 8 und 9 zusammenwirkenden, für Tastkontaktgabe ausgebildeten beweglichen Schaltstücke 10 und 11 trägt. Die Schaltstücke 10 und 11, deren Kontaktdruckfedern nicht dargestellt sind, arbeiten parallel und unterteilen die Strombahn R in zwei Parallelstrompfade A und B. Die Strombahn R kann auch durch drei Parallelschaltstücke in drei Parallelstrompfade unterteilt sein. Die Schaltstückdurchhübe, also die Arbeitspunkte, bezogen auf die Antriebscharakteristik, sind erfindungsgemäß so gewählt, daß bei der durch den Magnet und die Kniehebelübersetzung im Durchhubbereich vorgegebenen Schaltbrückengeschwindigkeit der Schaltverzug, d. h. die Zeit, die von der ersten Kontaktgabe im Strompfad A bis zur ersten Kontaktgabe im Strompfad B verstreicht, wesentlich kleiner ist als die Zeit, nach der das Maximum des Ausgleichstromes auftritt, so daß die gegenseitige Entlastung und anteilmäßige Strombelastung der Schaltstücke 10 und 11 vor Erreichen dieser Anlaufstromspitze wirksam wird. Aus dem Motoranlaufdiagramm Abb. 1 ergeben sich als zulässige Verzugszeiten für zwei Parallelschaltstücke etwa 0,002 Sekunden, für drei Parallelschaltstücke etwa 0,015 bzw. 0,03 Sekunden nach Kontaktgabe der zuerst schließenden Schaltstücke 10. Unter Berücksichtigung der obengenannten Voraussetzungen entspricht das einer Staffelung der einzelnen Durchhubstufen von etwa 0,5 bis 1,5 mm.The contactor according to the invention will be explained in more detail using the arrangement shown schematically in FIG. 2 for the example of a switch pole with four interruption points. Through the armature ι of the switching magnet 2, 3, the switching bridge 5 is actuated via the toggle lever 4, which carries the movable switching pieces 10 and 11 which cooperate with the separating points 6 and 7 or 8 and 9 and are designed for tactile contact. The contact pieces 10 and 11, whose contact compression springs are not shown, work in parallel and divide the current path R into two parallel current paths A and B. The current path R can also be divided into three parallel current paths by three parallel contact pieces. The switching piece through-strokes, i.e. the operating points based on the drive characteristics, are selected according to the invention so that the switching delay, i.e. the time from the first contact in current path A to the first contact in the Current path B elapses, is significantly smaller than the time after which the maximum of the equalizing current occurs, so that the mutual relief and proportional current load of the contact pieces 10 and 11 becomes effective before this starting current peak is reached. The motor start-up diagram in Fig. 1 shows the permissible delay times for two parallel contact pieces about 0.002 seconds, for three parallel contact pieces about 0.015 or 0.03 seconds after the contact of the first closing contact pieces 10 about 0.5 to 1.5 mm.
Zur Bewältigung einer großen Ausschaltleistung ist jede Strombahn mit vier Unterbrechungsstellen 6, 7, 8 und 9 versehen. Dadurch wird die Gefahr einer Wiederzündung nach dem Nulldurchgang des Stromes weitgehend vermieden, so daß die Lichtbogenzeit während des Ausschaltvorganges meist auf eine Halbwelle beschränkt bleibt. Außerdem wird durch die Vierfachunterbrechung die Gesamtlänge des Ausschaltbogens mit vierfacher Geschwindigkeit gegenüber der einfachen Unterbrechung vergrößert. Entsprechend wächst der induktionsfreie Widerstand des zu schaltenden Kreises, wodurch die Abschaltbedingungen verbessert werden. Beide Momente tragen zur Verringerung des Ausschaltverschleißes bei.To cope with a large breaking capacity, each current path is provided with four interruption points 6, 7, 8 and 9 provided. This increases the risk of reignition after the current has passed zero largely avoided, so that the arc time during the switch-off process mostly on a Half-wave remains limited. In addition, the quadruple interruption increases the total length of the opening arc enlarged at four times the speed compared to the simple interruption. Corresponding the induction-free resistance of the circuit to be switched increases, which results in the switch-off conditions be improved. Both moments contribute to reducing the switch-off wear.
Gegenüber den bekannten Anordnungen mit in gestaffelten Durchhüben arbeitenden Parallelschaltstücken hat die erfindungsgemäße Anordnung wegen der zeitgebundenen Staffelung prellarmer Schaltstücke mit Edelmetallauflage den Vorteil, daß die Stromverteilung schon erheblich vor dem Auftreten der Anlaufstromspitze des Motors wirksam wird. Die dadurch erzielte Verbesserung der Einschaltfestigkeit bleibt dabei über den Neuzustand hinaus erhalten, weil ein Abbrand der voreilenden Schaltstücke den Schaltverzug der Staffelung lediglich verkleinert und weil die Stromverteilung wegen des edlen Schaltstückmaterials nicht durch Fremdschichten gestört wird.Compared to the known arrangements with parallel contact pieces working in staggered through-strokes, the arrangement according to the invention has because of the time-bound graduation of low-bounce contact pieces with precious metal coating the advantage that the current distribution takes effect well before the motor's starting current peak occurs. the The resulting improvement in the switch-on resistance is retained beyond the new condition, because a burn-off of the leading contact pieces only reduces the switching delay of the graduation and because the current distribution is not disturbed by foreign layers due to the noble contact piece material.
Bei vorgegebenem Magnetantrieb hat die erfindungsgemäße Anordnung gegenüber bekannten Anordnungen mit gleichzeitig arbeitenden Parallelschaltstücken den Vorteil eines größeren Abbrandvolumens. Ein um ι mm voreilendes Schaltstück mit einer Kontaktfläche von 70 mm2 hat beispielsweise ein zusätzliches Abbrandvolumen von 0,7 g Silber. Bei einem spezifischen Abbrand von etwa 0,15 ... 0,25 mg/1000 S, was einer Ausschaltbeanspruchung mit etwa 40 A entspricht, ergibt das eine zusätzliche Schaltstücklebensdauer von 2,8 ... 4,7 · io° Schaltspielen, also eine Größen-Ordnung, die für sich allein schon als Schaltstücklebensdauer genügen kann.With a given magnetic drive, the arrangement according to the invention has the advantage of a larger burn-up volume compared to known arrangements with parallel contact pieces operating at the same time. A contact piece leading by ι mm with a contact area of 70 mm 2 has, for example, an additional burn volume of 0.7 g of silver. With a specific burn-up of approx. 0.15 ... 0.25 mg / 1000 S, which corresponds to a breaking load of approx. 40 A, this results in an additional contact life of 2.8 ... 4.7 · 10 ° switching cycles, that is an order of magnitude that in itself can suffice as a contact piece life.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß dank der neuartigen Kombination von Kniehebelbetätigung, Staffelung der Schaltstücke und Zeitbindung dieser Staffelung an das Motoranlaufdiagramm auch Schaltstücke mit Durchhüben in der Größenordnung von 0,5 mm, die bisher für den eigentlichen Schaltvorgang ungenutzt geblieben sind, zu einer beachtlichen Steigerung der Einschaltfestigkeit herangezogen werden können, und zwar unter optimaler Ausnutzung von ohnehin vorhandenen Überschußkräften des Magnetantriebes. Ein Schütz gemäß der Erfindung kann demzufolge mit einem kleineren Magnetantrieb ausgerüstet werden und hat eine höhere Magnetlebensdauer als die bisher bekannten herkömmlichen Konstruktionen.Another advantage of the arrangement according to the invention is that thanks to the novel Combination of toggle lever actuation, graduation of the contact pieces and time binding of this graduation to the Motor start-up diagram also contact pieces with through-strokes in the order of magnitude of 0.5 mm, which were previously available remained unused for the actual switching process, leading to a considerable increase in Inrush resistance can be used, with optimal utilization of already existing ones Excess forces of the magnetic drive. A contactor according to the invention can therefore with equipped with a smaller magnetic drive and has a longer magnet service life than before known conventional constructions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEP51560A DE974697C (en) | 1949-08-10 | 1949-08-10 | Contactor for switching AC motors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEP51560A DE974697C (en) | 1949-08-10 | 1949-08-10 | Contactor for switching AC motors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE974697C true DE974697C (en) | 1961-04-06 |
Family
ID=7385171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEP51560A Expired DE974697C (en) | 1949-08-10 | 1949-08-10 | Contactor for switching AC motors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE974697C (en) |
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1949
- 1949-08-10 DE DEP51560A patent/DE974697C/en not_active Expired
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