DE1072712B

DE1072712B - DC high-speed switch with holding magnet

Info

Publication number: DE1072712B
Application number: DENDAT1072712D
Authority: DE
Inventors: Neumünster Heinz Fehliinig und Siegbert Wittkowski
Original assignee: LICE'NTIA Patent-Verwaltungs-G.mjb.H., Frankfurt/M
Publication date: 1960-01-07

Description

Es sind Gleichstromschnellschalter bekannt, die in ihrer üblichen Ausführung Haupt- und Abreißkontakte besitzen, wobei die Abreißkontakte beim öffnen des Schalters gegenüber den Hauptkontakten einen fest vorgegebenen Vorlauf besitzen. Die Abreißkontakte übernehmen somit immer erst nach einer endlichen Zeit nach dem Abheben der Kontakte die Stromführung und damit die Zündung und Fortleitung des Lichtbogens. Es ist in derartigen Anordnungen immer mit einer gewissen, nicht unterschreitbaren Zeitverzögerung für die öffnung des Schalters durch den Folge- oder Abreißkontakt zu rechnen.DC high-speed switches are known which, in their usual design, have main and tear-off contacts own, the tear-off contacts when opening the switch opposite the main contacts have a fixed lead time. The tear-off contacts therefore always only take over after one a finite time after the contacts have been lifted, the current conduction and thus the ignition and transmission of the arc. In such arrangements there is always a certain amount that cannot be exceeded Time delay for the opening of the switch due to the follow-up or tear-off contact must be expected.

Bei Gleichstromschnellschaltern, die einen starken Energiespeicher für die Bewegung der beweglichen Massen besitzen, läßt sich zwar die Nacheilung des Folgekontaktes auf ein Mindestmaß verringern, jedoch nicht gänzlich beseitigen. Die Nacheilung des Folgekontaktes darf vor allem bei Schnellschaltern nicht zu gering bemessen werden, die eine weite räumliche Trennung von Haupt- und Folgekontakt besitzen und bei denen nur der Folgekontakt in einer für die Lichtbogenlöschung geeigneten Löschkammer untergebracht ist. Wird bei mehrmaligem Schalten die Abbrandreserve des Folgekontaktes sehr gering, so kann der zumeist mit Edelmetall belegte Hauptkontakt einen Lichtbogen führen, der nicht mehr gelöscht wird und somit zur Zerstörung des Schalters führt.With direct current high-speed switches, which have a strong energy store for the movement of the moving Having masses, the lag of the subsequent contact can be reduced to a minimum, but do not eliminate completely. The lag of the follow-up contact is allowed, especially in the case of high-speed switches should not be dimensioned too small, which have a wide spatial separation of main and subsequent contact and where only the subsequent contact is in an arcing chamber suitable for arc quenching is housed. If the erosion reserve of the subsequent contact is very low after switching several times, the main contact, which is mostly coated with precious metal, can lead an arc that is no longer extinguished and thus leads to the destruction of the switch.

Es wurde deshalb bereits eine Kombination von Sicherung und Schalter vorgeschlagen, bei der die Sicherung im normalen Betriebszustand von dem am Schalter befindlichen Hauptkontakt überbrückt wird. Erst beim Auftreten von Kurzschluß strömen öffnet der Hauptkontakt, wobei der weiterbestehende Kurzschlußstrom auf die Sicherung kommutiert. Die Sicherung soll nunmehr die Abschaltung des Kurzschlusses übernehmen. Es wurde hierbei daran gedacht, die Sicherung mit dem üblichen Füllmittel für die Lichtbogenlöschung auszurüsten. Der Nachteil eines derartigen Aufbaues besteht darin, daß die Kurzschlußleistung einer Sicherung begrenzt ist und die Sicherung selbst nach jeder Abschaltung wieder ausgewechselt werden muß. Selbst die Vornahme einer selbsttätigen Nachladung durch Trommelantrieb od. dgl. ist durch eine mit Füllmittel ausgerüstete 4-5 Niederspannungs - Hochleistungssicherung unbequem und unwirtschaftlich.A combination of fuse and switch has therefore already been proposed in which the Fuse is bridged in normal operating condition by the main contact on the switch. Only when a short-circuit occurs does the main contact open, whereby the short-circuit current that still exists commutates to the fuse. The fuse should now shut down the short circuit take over. It was thought of using the usual filler for the fuse to equip the arc extinguishing system. The disadvantage of such a structure is that the Short-circuit power of a fuse is limited and the fuse itself again after each shutdown must be replaced. Even the automatic reloading by means of a drum drive or the like is inconvenient due to a 4-5 low-voltage high-performance fuse equipped with a filler and uneconomical.

Bei den bekannten Schaltern ist der bewegliche Kontakt lose über die sogenannte Andruckfeder mit dem Magnetanker gekuppelt, an dem wiederum eine Feder angreift, die das System Anker—Kontakt in eine Ruhelage, nämlich die Ausschaltstellung, zu ziehen sucht.In the known switches, the movable contact is loose with the so-called pressure spring coupled to the magnet armature, which in turn engages a spring that turns the armature-contact system into a rest position, namely the switch-off position, seeks to pull.

Bei eingeschaltetem Stromkreis und vom Magnet Gleichstromschnellschalter
mit HaltemagnetWith the circuit on and the magnet direct current high-speed switch
with holding magnet

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H._f Frankfurt/M., Theodor - Stern - Kai 1LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. mb H. _f Frankfurt / M., Theodor - Stern - Kai 1

Heinz Fehling und Siegbert Wittkowski,Heinz Fehling and Siegbert Wittkowski,

Neumünster,
sind als Erfinder genannt wordenNeumünster,
have been named as inventors

festgehaltenem Anker sind also· die Ankerrückzugfeder und die Kontaktandruckfeder — und zwar gegenläufig — gespannt.The armature retraction spring and the contact pressure spring are thus · the armature return spring - namely opposite - tense.

Löst der Magnet aus, so ergibt sich bei der Abfallbewegung des Ankers in bezug auf den Kontakt zunächst eine gewisse Anlaufbewegung, bis die Spannung der Kontaktandruckfeder nachgelassen hat; erst dann erfolgt die Mitnahme des Kontaktes und damit die Kontaktöffnung. Das ist, wenn extrem kurze Eigenzeiten erwünscht sind, ungünstig.If the magnet triggers, the armature starts to fall off with respect to the contact a certain starting movement until the tension of the contact pressure spring has decreased; first then the contact is carried along and thus the contact is opened. That's when extremely brief Own times are desirable, unfavorable.

Eine wesentliche Verbesserung des Gleichstromschnellschalters mit Haupt- und Folgekontakt und extrem kurzer Eigenzeit läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß der Hauptkontakt unter der Wirkung einer unmittelbar an ihm in öffnendem Sinne angreifenden Federkraft und einer an ihm mittelbar über den Haltemagnet angreifenden gegenläufigen Federkraft derart steht, daß bei Entregung des Haltemagnets und Freigabe des Magnetankers allein die Kraft der unmittelbar angreifenden Feder den Hauptkontakt öffnet, während der auszuschaltende Strom auf einen Schmelzdraht übergeht, dem ein magnetisches Blasjoch zugeordnet ist.A significant improvement of the DC high-speed switch with main and subsequent contact and extremely short proper time can be achieved according to the invention that the main contact under the Effect of a spring force acting directly on him in an opening sense and one on him indirectly acting on the holding magnet opposing spring force is such that when de-energized of the holding magnet and release of the armature, the force of the directly acting spring alone the main contact opens, while the current to be switched off passes to a fuse wire, the a magnetic blowing yoke is assigned.

Der erfmdungsgemäß angegebene Gleichstromschnellschalter besitzt in Verbindung mit einem Haltemagnet ein Kraftspeichersystem, z. B. Federn, die so angeordnet sind, daß nach der Entregung des Magnets der Anker unmittelbar freigegeben wird. Der mit dem Anker starr gekoppelte Brückenkontakt wird im gleichen Moment in Bewegung gesetzt, so daß der sonst übliche Vorlaufweg für die Kontaktdruckfeder entfällt. Dies geschieht dadurch, daß der Kontaktdruck durch eine Federvorspannung erzielt wird, die auf das gesamte Haltemagnetsystem des Gleichstromschnellschalters wirkt. Gleichzeitig wird während dieser Vorspannung und bis zur Auflage desThe DC high-speed switch specified according to the invention has an energy storage system in conjunction with a holding magnet, e.g. B. springs, which are arranged so that the armature is released immediately after de-energizing the magnet. The bridge contact, which is rigidly coupled to the anchor, is set in motion at the same time, so that the otherwise usual pre-travel for the contact pressure spring is no longer necessary. This is done by the contact pressure is achieved by a spring preload that acts on the entire holding magnet system of the direct current high-speed switch works. At the same time, during this preload and until the

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Brückenkontaktes auf den festen Gegenkontakten ein auf den Anker und Brückenkontakt in Abzugsrichtung wirkendes Federsystem vorgespannt. Im Augenblick der Ankerentregung setzen sich nunmehr Anker und Kontakt unmittelbar in Bewegung, da die Rückzugfeder bei der Kontaktöffnung nicht mehr die Kraft der Kontaktandruckfeder zu überwinden braucht und der bei den bekannten Schaltern übliche Vorlauf fortfällt. Mit dieser Anordnung und unter Berücksichtigung kleiner Massen von Anker und Kontakt werden Auslösezeiten von 2 · bis 3 ■ 10~⁴ Sekunden erzielt. Sie liegen mithin um eine ganze Größenordnung niedriger als die Auslösezeiten bekannter Gleichstromschnellschalter, die mit einem elektromagnetischen Auslösesystem arbeiten.Bridge contact on the fixed mating contacts a spring system acting on the armature and bridge contact in the withdrawal direction is prestressed. At the moment the armature is de-energized, the armature and contact start moving immediately, since the return spring no longer needs to overcome the force of the contact pressure spring when the contact is opened and the advance that is common with known switches is no longer required. With this arrangement and taking into account the small masses of armature and contact, tripping times of 2 · to 3 · 10 ~ ⁴ seconds are achieved. They are therefore a whole order of magnitude lower than the tripping times of known direct current high-speed switches that work with an electromagnetic tripping system.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines derart wirkenden Schnellschaltersystems dargestellt. Der Haltemagnet 1 ist mit dem Auslösejoch 2 versehen, das zur Entregung des Ankers 3 dient und das von einer zum Hauptstromkreis / parallel liegenden Auslösewindung 4 umschlossen wird. Die Auslösewindung 4 wird so angeordnet, daß sie während einer Stromänderung, die z. B. im Kurzschlußfall auftritt, einen höheren Strom führt als während der stationären Strombelastung. Das wird bekanntlich dadurch erreicht, daß der Auslösespule mit der Induktivität L^₁ eine Spule mit größerer Induktivität L_N2 parallel geschaltet ist.In Fig. 1, the structure of such an acting quick switch system is shown. The holding magnet 1 is provided with the release yoke 2, which is used to de-excite the armature 3 and which is enclosed by a release coil 4 lying parallel to the main circuit /. The tripping coil 4 is arranged so that it during a current change which z. B. occurs in the event of a short circuit, carries a higher current than during the stationary current load. As is known, this is achieved in that the trip _{coil with inductance L ^ 1} is connected in parallel with a coil with greater inductance L _N2.

In Fig. 1 ist auch ein zweiter Auslösekreis dargestellt, der durch eine Impulsspule 5, die über dem Joch 2 angeordnet wird, gekennzeichnet ist. Das Feld der durch einen Kondensator 6 nach Ansprechen des Relais 7 stromdurchflossenen Spule 5 schwächt den Haltefluß des Magnets und bewirkt die Freigabe des Ankers 3. Der Haltemagnet 1 wird durch die Stangen 8 geführt und unter gleichzeitiger Vorspannung der Feder 9 in die verklinkte Endstellung gebracht. Die Klinke 10 hält das System im Einschaltzustand. Der Brückenkontakt 11 liegt auf den Gegenkontakten 12 und ist über eine Verbindungsstange 13 mit dem Anker 3 fest verbunden. Die Abzugsfedern 14 sind ebenfalls vorgespannt und veranlassen nach der Entregung des Ankers 3 die sofortige Öffnung des Brückenkontaktes 11. Für die zur Auslösung des Schalters notwendige Eigenzeit liefern lediglich die magnetische Entregungszeit und die Massen der beweglichen Teile einen Beitrag. Da die Massen jedoch sehr klein gehalten werden können, lassen sich sehr kurze Auslösezeiten erzielen.In Fig. 1, a second trip circuit is also shown, by a pulse coil 5, which is above the Yoke 2 is arranged, is marked. The field of the capacitor 6 after the response Relay 7 current-carrying coil 5 weakens the holding flux of the magnet and causes the release of the Armature 3. The holding magnet 1 is guided through the rods 8 and under simultaneous bias the spring 9 brought into the latched end position. The pawl 10 keeps the system in the switched-on state. The bridge contact 11 lies on the mating contacts 12 and is via a connecting rod 13 with the Armature 3 firmly connected. The trigger springs 14 are also pretensioned and cause them to be de-energized of the armature 3 the immediate opening of the bridge contact 11. For the triggering of the Switch's necessary proper time only contribute to the magnetic de-excitation time and the masses of the moving parts. As the crowds, however can be kept very small, very short tripping times can be achieved.

Unmittelbar nach der Öffnung des Brückenkontaktes 11 kommutiert der Strom / auf den Schmelzdraht 15. Die Stromübernahme durch den Schmelzdraht erfolgt um so besser, je geringer die Induktivität zwischen dem Brückenhauptkontakt 11 und dem Schmelzdraht 15 ist. Bei dem angegebenen Gleichstromschnellschalter wird für die magnetische Blasung ein Blasjoch 16 aus geschichtetem Eisen vorgesehen, so daß im Augenblick der Hauptkontaktöffnung praktisch nur ein ohmscher Widerstand eingeschaltet bleibt. Der Kurzschluß strom bringt den Draht 15 zum Schmelzen und Verdampfen. Der entstehende Lichtbogen wird durch das magnetische Feld in die Lichtbogenlöschkammer 17 getrieben und dort gelöscht.Immediately after the opening of the bridge contact 11, the current / commutates on the fuse wire 15. The current transfer through the fuse wire is better, the lower the inductance between the bridge main contact 11 and the fuse wire 15 is. At the specified DC high-speed switch a blow yoke 16 made of layered iron is provided for the magnetic blowing, so that at the moment of the main contact opening practically only an ohmic resistor remains switched on. Of the Short-circuit current brings the wire 15 to melt and evaporate. The resulting arc will driven by the magnetic field into the arc extinguishing chamber 17 and extinguished there.

Für die Wiedereinschaltung des angegebenen Gleichstromschnellschalters kann ein automatischer Nachtransport' von Schmelzdrähten, wie in Fig. 1 a und Ib angegeben, vorgesehen werden.An automatic Subsequent transport 'of fusible wires, as indicated in Fig. 1 a and Ib, are provided.

Besondere Vorteile bietet der Gleichstromschnellschalter für den selektiven Schutz von parallel arbeitenden Gleichrichtereinheiten in Großanlagen. Wegen der in der beschriebenen Anordnung sehr kurzen Eigenzeit kann die Auslösung des Schnellschalters in bekannter Weise bereits kurz vor dem Stromnulldurchgang bei einer gestörten Gleichrichtereinheit erfolgen.The DC high-speed switch offers particular advantages for the selective protection of those working in parallel Rectifier units in large systems. Because of the very short in the described arrangement The high-speed switch can be triggered in a known manner shortly before the current crosses zero in the event of a faulty rectifier unit.

In Fig. 2 ist die Auslösung schematisch dargestellt. Der Brückenkontakt öffnet vor dem Stromnulldurchgang, während der Schmelzdraht bei einem relativ niedrigen Rückstromwert verdampft. Er begrenzt somit den Rückstrom auf den Wert I_Nd. Eine andere Auslöseart ist in Fig. 2 a dargestellt. Der Brückenkontakt öffnet in einer nahezu stromlosen Pause, die von einer sogenannten Stufendrossel erzeugt wird. Anschließend übernimmt der Schmelzdraht die frühzeitige Unterbrechung des auflaufenden Rückstromes.In Fig. 2, the release is shown schematically. The bridge contact opens before the current crosses zero, while the fuse wire evaporates at a relatively low reverse current value. It thus limits the reverse current to the value I _Nd . Another type of release is shown in Fig. 2a. The bridge contact opens in an almost currentless pause, which is generated by a so-called step choke. The fuse wire then takes over the early interruption of the backflow.

Claims

Patent claims:

1. DC high-speed switch with a holding magnet, in which, by de-energizing the holding magnet, the one coupled to the main contact Magnetic armature is torn off by spring force, one connected in parallel to the main contact Follow-up contact and extinction of the arc that occurs at the follow-up contact by means of magnetic blowing, characterized in that the main contact under the action of an immediately spring force attacking him in an opening sense

(14) and an opposing spring force acting on it indirectly via the holding magnet (1) (9) stands in such a way that when the holding magnet (1) is de-excited and the magnet armature (3) is released only the force of the directly acting spring (14) opens the main contact, during the current to be switched off passes to a fuse wire to which a magnetic blower yoke is assigned.

2. DC high-speed switch according to claim 1, characterized in that for the fuse wire

(15) an automatic replenishment is provided, either as a drum or as a translation magazine is trained.

Considered publications: German patent specifications No. 727 028, 613 976, 597,335, 285,505;

U.S. Patent No. 1,923,323; ETZA, Vol. 76, H. 21, 1.11. 1955, pp. 765 to 769 (Special print by Calor-Emag AG); AEG ListSgNllOa, February 1951, pp. 12, 13.

1 sheet of drawings