DE1019376B

DE1019376B - High current quick switch

Info

Publication number: DE1019376B
Application number: DES50840A
Authority: DE
Inventors: Henry Burmester
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-10-11
Filing date: 1956-10-11
Publication date: 1957-11-14

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung von Hochstrom-Schnellschaltern zur Unterbrechung von Strömen in der Nähe eines Nulldurchganges, insbesondere für Rückstromsperren von Gleichstromanlagen, mit zwei festen, im Einschaltzustand überbrückten Kontaktstücken. Rückstromsperren werden insbesondere bei Schaltgleichrichteranlagen benötigt; sie haben die Aufgabe, bei Speisung von Verbrauchern mit Gegenspannung oder bei Verwendung mehrerer parallel arbeitender Gleichrichtereinheiten das Auftreten eines Rückstromes im Störungsfalle durch rechtzeitige Unterbrechung der Gleichstromleitungen zu verhindern. Die Schalter, mit denen sich die Erfindung befaßt, müssen in der Lage sein, in geschlossenem Zustand sehr hohe Ströme in der Größenordnung von 1000 bis 10000 A zu tragen; die zu unterbrechenden Ströme sind dagegen sehr klein. Bei Rückstromsperren ist es beispielsweise bekannt, den Schalter in Reihe mit einer Schaltdrosselspule zu schalten; der Schalter braucht dann nur den Magnetisierungsstrom der Schaltdrossel, der etwa in der Größenordnung von 1 A liegt, zu unterbrechen.The invention relates to the formation of high-current high-speed switches for interrupting Currents in the vicinity of a zero crossing, especially for non-return valves in direct current systems, with two fixed contact pieces bridged when switched on. Non-return valves are in particular required for switching rectifier systems; they have the task of feeding consumers with counter voltage or when using several rectifier units working in parallel a return current in the event of a fault by interrupting the direct current lines in good time to prevent. The switches with which the invention is concerned must be able to operate in closed State of carrying very high currents in the order of magnitude of 1000 to 10000 A; those to be interrupted On the other hand, currents are very small. In the case of non-return valves, for example, it is known to switch the switch in To connect series with a switching inductor; the switch then only needs the magnetizing current the switching throttle, which is approximately in the order of 1 A, to interrupt.

Der erfindungsgemäße Hochstrom-Schnellschalter ist derart ausgebildet, daß seine festen Kontaktstücke in mehrere ineinandergreifende Kontaktzungen aufgeteilt sind und daß jeweils zwei benachbarte Zungen beider Kontaktstücke durch eine Schaltbrücke verbunden sind, die zwei durch eine Aussparung voneinander getrennt, je einer Kontaktzunge zugeordnete Auflageflächen besitzt und derart abgefedert ist, daß im Einschaltzustand des Schalters jede Auflagefläche Lageänderungen der zugeordneten Kontaktzunge folgt. Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Schalter im geschlossenen Zustand eine Vielzahl von Stromübergangsflächen (Kontaktflächen) aufweist, so daß sein Übergangswiderstand sehr klein ist; infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schaltbrücken und ihrer Abfederung kann auch dann keine unbeabsichtigte Auftrennung einzelner Kontaktstellen erfolgen, wenn die Kontaktzungen unter dem Einfluß der Stromwärme ihre Lage ändern, was nicht ganz zu vermeiden ist. Gemäß der weiteren Erfindung können die Schaltbrücken über Blattfedern an dem Anker eines Schaltmagneten befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine ausreichende Beweglichkeit der Schaltbrücken durch die Verwendungsfähigkeit der Blattfedern gegeben. Man kann aber auch im Rahmen der Erfindung die Schaltbrücken an den Federn über Gelenke befestigen, so daß sie sich Lageänderungen der Kontaktzungen durch eine kräftefreie Verdrehung anpassen können. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken können die Kontaktzungen bei Verwendung eines Schaltmagneten mit ringförmigem Anker kreisförmig angeordnet sein. DieThe high-current high-speed switch according to the invention is designed in such a way that its fixed contact pieces are divided into several interlocking contact tongues and that two adjacent tongues of both contact pieces are connected by a switching bridge, which has two contact surfaces, each assigned to a contact tongue, and is cushioned in this way is that when the switch is switched on, each contact surface follows changes in position of the associated contact tongue. The invention achieves the advantage that the switch has a large number of current transfer areas (contact areas) in the closed state, so that its transfer resistance is very small; As a result of the inventive design of the switching bridges and their cushioning, no unintentional separation of individual contact points can occur if the contact tongues change their position under the influence of the heat of the current, which cannot be entirely avoided. According to the further invention, the switching bridges can be attached to the armature of a switching magnet via leaf springs. In this embodiment of the invention, sufficient mobility of the switching bridges is given by the usability of the leaf springs. However, within the scope of the invention, the switching bridges can also be attached to the springs via joints, so that they can adapt to changes in the position of the contact tongues by means of a force-free rotation. According to a further idea of the invention, the contact tongues can be arranged in a circle when using a switching magnet with an annular armature. the

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesells chaf t,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Henry Burmester, Berlin-Mariendorf,
ist als Erfinder genannt wordenHenry Burmester, Berlin-Mariendorf,
has been named as the inventor

Erfindung ermöglicht in dieser bevorzugten Ausführungsform eine besonders gedrängte Bauweise des Schalters bei geringer Masse der bewegten Teile. Da die Blattfedern keinen Strom führen, ist die elektrische Leitfähigkeit ihres Materials ohne Belang; sie können daher mit Vorteil aus Federstahl bestehen.
Die Fig. 1 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.In this preferred embodiment, the invention enables a particularly compact design of the switch with a low mass of the moving parts. Since the leaf springs do not carry any current, the electrical conductivity of their material is irrelevant; they can therefore advantageously consist of spring steel.
FIGS. 1 to 7 show exemplary embodiments of the invention.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Ansicht ein Teilausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der als Schaltmagnet ein Haltemagnet mit geradlinigem Luftspalt verwendet ist. Die Pole des Haltemagneten sind mit 21 und 22 bezeichnet; zwischen ihnen befindet sich ein Luftspalt 23, der durch den Schaltanker 24 überbrückt ist. Beiderseits des Ankers ist eine Mehrzahl von Kontaktzungen angeordnet, und zwar derart, daß jeweils eine negative Kontaktzunge 26 zwischen zwei positiven Kontaktzungen 25 liegt. Je ein Paar positiver und negativer Kontaktzungen 25 bzw. 26 wird durch eine Schaltbrücke 27 verbunden. Die Schaltbrücken 27 sind über Blattfedern 28 aus Federstahl am Anker 24 befestigt; jedie Schaltbrücke besitzt zwei leicht abgerundete Kontaktflächen 29 und 30, die durch eine Ausnehmung 31 voneinander getrennt sind. Bei offenem Schalter liegen die Blattfedern 28 auf den Randteilen 32 des Ankers mit Vorspannung auf. Im Einschaltzustand des Schalters, der in der Figur dargestellt ist, haben die Blattfedern 28 einen kleinen Abstand von den Randteilen 32; die Schaltbrücken 27 werden dann infolge der Vorspannung der Blattfedern 28 auf die Kontaktzungen 25 und 26 gedrückt. Der Anker 24In Fig. 1 is a perspective view of a partial section from an arrangement according to the invention shown, in which a holding magnet with a straight air gap is used as the switching magnet. The poles of the holding magnets are denoted by 21 and 22; between them there is an air gap 23, the is bridged by the switch armature 24. A plurality of contact tongues are arranged on both sides of the armature, in such a way that in each case a negative contact tongue 26 between two positive contact tongues 25 lies. A pair of positive and negative contact tongues 25 and 26 are connected by a switching bridge 27 connected. The switching bridges 27 are attached to the armature 24 via leaf springs 28 made of spring steel; jedie switching bridge has two slightly rounded contact surfaces 29 and 30, which through a recess 31 are separated from each other. When the switch is open, the leaf springs 28 are on the edge parts 32 of the Anchor with bias. In the switched-on state of the switch, which is shown in the figure, have the leaf springs 28 a small distance from the edge parts 32; the jumpers 27 are then as a result the bias of the leaf springs 28 pressed onto the contact tongues 25 and 26. The anchor 24

steht unter der Wirkung einer nicht dargestellten Feder, die ihn bei Entregung des Haltemagneten von den Polen 21 und 22 abreißt. Die Summe der von der Abreißfeder und von den Blattfedern 28 ausgeübten Kräfte muß um einen bestimmten Sicherheitsbetragis under the action of a spring, not shown, which when de-energizing the holding magnet of the poles 21 and 22 tear off. The sum of those exerted by the tear-off spring and the leaf springs 28 Forces must be a certain amount of security

709 7S0/240709 7S0 / 240

kleiner sein als die von dem Magneten ausgeübte Haltekraft.be smaller than the holding force exerted by the magnet.

Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand von Fig. 3 erläutert. In dieser Figur sind vier Kontaktzungen 25 bzw. 26 mit den zugehörigen drei Schaltbrücken 27a, 27b und 27c im Schnitt dargestellt. Die Kontaktzungen liegen normalerweise auf gleicher Höhe nebeneinander, wie das für das linke Zungen paar der Fig. 3 dargestellt ist. Die zugeordnete Schaltbrücke 27a liegt dann horizontal. Es kann jedoch vorkommen, daß die Zungen unter dem Einfluß der Stromwärme ihre Lage ändern, so daß also beispielsweise entsprechend der Darstellung nach Fig. 3 die dritte Zunge von links tiefer liegt als die beiden benachbarten. Die zugeordneten Schaltbrücken 275 und 27 c können dann infolge ihrer erfindungsgemäßen Ausbildung und Abfederung der Lageänderung der Schienen folgen; sie nehmen dann eine schiefe Lage ein, vermitteln jedoch, da die Auflageflächen abgerundet sind, weiterhin einen guten Kontakt zwischen den Zungen. Dementsprechend sind die Blattfedern so zu bemessen, daß sie sowohl einen ausreichenden Kontaktdruck übertragen können als auch unter dem Einfluß dieses Kontaktdruckes ausreichend verwindungsfähig sind.The mode of operation of the invention will be explained with reference to FIG. 3. In this figure, four contact tongues 25 and 26 with the associated three switching bridges 27a, 27b and 27c are shown in section. The contact tongues are usually at the same height next to one another, as shown for the left tongue pair of FIG. 3. The associated switching bridge 27a is then horizontal. However, it can happen that the tongues change their position under the influence of the heat of the current, so that, for example, as shown in FIG. 3, the third tongue from the left is lower than the two adjacent ones. The associated switching bridges 275 and 27c can then follow the change in position of the rails as a result of their inventive design and cushioning; they then assume an inclined position, but continue to provide good contact between the tongues since the contact surfaces are rounded. Accordingly, the leaf springs are to be dimensioned in such a way that they can both transmit sufficient contact pressure and are sufficiently twistable under the influence of this contact pressure.

Wie bereits erwähnt, kann man die Kontaktbrücke auch über ein Gelenk an einer Feder befestigen. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kontaktbrücke 27 ist bei dieser Anordnung durchbohrt und über ein U-förmiges Lagerteil 33 mit der Blattfeder 28 derart verbunden, daß sie sich innerhalb eines beschränkten Winkelbereiches um die Achse 33 α drehen kann.As already mentioned, the contact bridge can also be attached to a spring via a hinge. One such an embodiment of the invention is shown in FIG. The contact bridge 27 is in this The arrangement is pierced and connected to the leaf spring 28 via a U-shaped bearing part 33 in such a way that that it can rotate within a limited angular range about the axis 33 α.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters, bei der die Kontaktzungen kreisförmig angeordnet und die Schaltbrücken über Blattfedern an dem ringförmigen Anker eines Schaltmagneten befestigt sind.4 to 7 show an embodiment of the switch according to the invention, in which the contact tongues arranged in a circle and the switching bridges via leaf springs on the ring-shaped armature of a Shift magnets are attached.

Das Magnetsystem des Schalters ist in Fig. 4 im Schnitt dargestellt. Es handelt sich um ein Sperrmagnetensystem, das symmetrisch zur Achse 1 ausgebildet ist. Es umfaßt zwölf Weicheisenpakete 2, in deren Zwischenräume Dauermagneten 3 eingelagert sind, die die Form stampfer Keile haben. Die Dauermagneten 3 sind in Umfangsrichtung des Systems derart magnetisiert, daß die Magnetisierungsrichtun gen benachbarter Magneten jeweils einander entgegengesetzt sind. Die Polflächen der einzelnen radial angeordneten Eisenblechpakete sind mit 2a bezeichnet; infolge der geschilderten Anordnung der Dauermagneten 3 bilden die Polflächen 2 a jeweils abwechselnd einen Nord- und einen Südpol. Auf sämtlichen Polflächen 2 α liegt ein gemeinsamer Anker 24. Zwischen dem Anker 24 und den Polflächen 2 α befindet sich ein Luftspalt von wenigen hundertstel Millimetern Dicke, der durch entsprechende Erhebungen auf der Ankerfläche hergestellt ist.The magnet system of the switch is shown in section in FIG. It is a blocking magnet system that is symmetrical to axis 1. It comprises twelve soft iron stacks 2, in the interstices of which permanent magnets 3 are embedded, which have the shape of tamper wedges. The permanent magnets 3 are magnetized in the circumferential direction of the system such that the magnetization directions of adjacent magnets are opposite to each other. The pole faces of the individual radially arranged sheet iron stacks are denoted by 2a; As a result of the described arrangement of the permanent magnets 3, the pole faces 2 a each alternately form a north and a south pole. A common armature 24 is located on all of the pole faces 2 α. Between the armature 24 and the pole faces 2 α there is an air gap of a few hundredths of a millimeter thick, which is produced by corresponding elevations on the armature surface.

Der Zentralteil des Magnetsystems wird durch einen nichtmagnetischen Körper 5 gebildet. Auf den unteren Teil des Zentralkörpers 5 sind Ringscheiben 6 aus Weicheisenblech aufgesteckt, die magnetische Nebenwege zwischen benachbarten Blechpaketen 2 bilden. Die Eisenringe 6 sind von den Paketen 2 durch einen nichtmagnetischen Zwischenraum 7 getrennt, der beispielsweise durch eine Papiersehicht ausgefüllt sein kann.The central part of the magnet system is formed by a non-magnetic body 5. On the the lower part of the central body 5 are ring disks 6 made of soft iron sheet, the magnetic Form secondary paths between adjacent laminated cores 2. The iron rings 6 are from the packages 2 through a non-magnetic space 7 separated, which is filled for example by a paper layer can be.

Sämtliche Teile des Magnetsystems befinden sich in einem becherförmigen Gehäuse, das aus dem Mantel 8 und dem Boden 9 besteht. Der Boden 9 besteht aus Weicheisen und ist von den Blechpaketen 2 durch einen nichtmagnetischen Zwischenraum 10 getrennt. Er bildet also ebenfalls einen magnetischen Nebenweg zwischen den einzelnen Blechpaketen 2.All parts of the magnet system are located in a cup-shaped housing that consists of the jacket 8 and the bottom 9 consists. The bottom 9 consists of soft iron and is from the sheet metal stacks 2 through a non-magnetic space 10 separated. So it also forms a magnetic byway between the individual laminations 2.

Die Blechpakete 2 besitzen Durchtrittsöffnungen 2 b, in die die Steuerwicklung (Sperrwicklung) 11 eingefädelt ist. Die Leiter der Steuerwicklung verlaufen in Umfangsrichtung des Systems, in dem in Fig. 4 dargestellten Querschnitt also senkrecht zur Zeichenebene. Die Anschlüsse der Steuerwicklung 11 sind mit 11a bezeichnet.The laminated cores 2 have passage openings 2 b into which the control winding (blocking winding) 11 is threaded. The conductors of the control winding run in the circumferential direction of the system, that is to say perpendicular to the plane of the drawing in the cross section shown in FIG. 4. The connections of the control winding 11 are denoted by 11a.

Der Zentralteil 5 weist einen Hohlraum 12 auf, in dem eine bewegliche, hohlzylindrische Hülse 13 angeordnet ist. Die Hülse 13 steht unter der Wirkung einer Druckfeder 14; sie hat die Aufgabe, den losgelassenen Anker zu beschleunigen. Die freien Räume innerhalb des Magnetsystems sind mit einem Gießharz 15 ausgegossen. The central part 5 has a cavity 12 in which a movable, hollow cylindrical sleeve 13 is arranged is. The sleeve 13 is under the action of a compression spring 14; it has the task of the let loose Speeding anchor. The free spaces within the magnet system are filled with a casting resin 15.

An dem Anker 24 sind über radial verlaufende Blattfedern28 die Kontaktbrücken27 in kreisförmiger Anordnung befestigt. Jede Schaltbrücke 27 wirkt mit zwei feststehenden Kontaktzungen 25 bzw. 26 zusammen. On the armature 24, the contact bridges 27 are in a circular shape via radially extending leaf springs 28 Arrangement attached. Each switching bridge 27 interacts with two stationary contact tongues 25 and 26, respectively.

In Fig. 5 ist das Sperrmagnetsystem nach Fig. 4 in Aufsicht (ohne Anker) dargestellt. Die Polflächen 2a der einzelnen Blechpakete 2 sind stark umrandet gezeichnet. In Fig. 5, the blocking magnet system of Fig. 4 is shown in plan view (without armature). The pole faces 2a the individual laminations 2 are drawn with a strong border.

In Fig. 6 ist der Anker 24 mit den daran befestig ten Blattfedern 28 in Aufsicht dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind sämtliche Blattfedern 28 aus einem einzigen Federblatt ausgestanzt und gemeinsam durch fünf Niete 34 an dem ringförmigen Anker 24 befestigt. Es können jedoch auch einzelne oder gruppenweise zusammenhängende Blattfedern verwendet werden.In Fig. 6, the armature 24 is shown with the attached leaf springs 28 th thereon in a plan view. How out As can be seen in the figure, all leaf springs 28 are punched out of a single spring leaf and are common attached to the annular anchor 24 by five rivets 34. However, it can also be individual or leaf springs connected in groups can be used.

Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung die festen Teile des Schalters, d. h. die ineinandergreifenden Kontaktzungen und die Oberfläche des Schaltmagneten bei weggenommenem Anker. Die Anschlußstücke des Schalters sind mit 35 bzw. 36 bezeichnet. Die Kontaktzungen 25 sind dem Anschluß stück 35, die Kontaktzungen 26 dem Anschlußstück 36 zugeordnet. Die Polflächen des Magneten sind auch in dieser Figur mit 2 a bezeichnet.Fig. 7 shows in perspective the fixed parts of the switch, i.e. H. the interlocking Contact tongues and the surface of the switching magnet with the armature removed. The connectors of the switch are denoted by 35 and 36, respectively. The contact tongues 25 are the connecting piece 35, the contact tongues 26 are assigned to the connecting piece 36. The pole faces of the magnet are also in this one Figure designated by 2 a.

Die Wirkungsweise des Schalters nach den Fig. 4 bis 7 ist folgende: Bei unerregter Sperrwicklung 11 verläuft der von den Dauermagneten 3 erzeugte Fluß durch die Blechpakete 2 zum größten Teil über den Anker 24, da der magnetische Widerstand der Nebenwege 6 und 9 einschließlich der Luftspalte 7 und 10 größer ist als der magnetische Widerstand des Ankerweges. Bei entsprechender Erregung der Sperrwickwicklung 11 durch ein Ausschaltkommando wird das Eisen der Blechpakete 2 in der Umgebung der Durchtrittsöffnungen 2b gesättigt; der von den Dauermagneten 3 erzeugte Fluß kann durch die Eisenstege beiderseits der öffnungen 2 b nicht mehr hindurchtreten, so daß er in die Nebenwege 6 bzw. 9 abgedrängt wird. Der den Anker durchsetzende Fluß nimmt demnach bei Erregung der Sperrwicklung 11 ab; der Anker wird abgerissen, sobald die magnetische Haltekraft die Gegenkraft der Federn 14 und 28 unterschreitet. Das Ausschaltkommando kann bei einer Rückstromsperre beispielsweise von der Wicklungsspannung der zugeordneten Schaltdrosselspule abgeleitet sein. Der Anker wird bei der Ausschaltbewegung in geeigneter Weise verdrehungssicher geführt.The operation of the switch according to FIGS. 4 to 7 is as follows: When the blocking winding 11 is not excited, the flux generated by the permanent magnets 3 runs through the laminated cores 2 for the most part via the armature 24, since the magnetic resistance of the secondary paths 6 and 9 including the air gaps 7 and 10 is greater than the magnetic resistance of the armature travel. When the blocking winding 11 is appropriately excited by a switch-off command, the iron in the laminated cores 2 in the vicinity of the passage openings 2b is saturated; the flux generated by the permanent magnets 3 can no longer pass through the iron webs on both sides of the openings 2 b , so that it is pushed into the bypasses 6 and 9, respectively. The flux passing through the armature therefore decreases when the blocking winding 11 is energized; the armature is torn off as soon as the magnetic holding force falls below the counterforce of springs 14 and 28. In the case of a non-return valve, the switch-off command can be derived, for example, from the winding voltage of the associated switching inductor. The armature is guided in a suitable manner so that it cannot rotate during the disconnection movement.

Das Schließen des Schalters wird bei abgeschalteter Spannung vorgenommen. Der Anker wird dabei durch an sich beliebige mechanische Hilfsmittel, beispiels-The switch is closed when the voltage is switched off. The anchor is thereby through any mechanical aids per se, for example

weise durch Druckluft, gegen die Kraft der Federn und 28 auf die Polflächen 2 a gedrückt.wise by compressed air, pressed against the force of the springs and 28 on the pole faces 2 a.

Als Anhaltspunkt für die Abmessungen des Schalters sei der Durchmesser des Polflächenringes 2 α angegeben; er beträgt bei einem 6000-A-Schalter etwa cm.As a reference point for the dimensions of the switch, the diameter of the pole face ring 2 α is given; with a 6000 A switch it is about cm.

Claims

Patent claims:

1.High-current high-speed switch with fixed contact pieces that are bridged when switched on, characterized in that the two fixed contact pieces in several interlocking Contact tongues are divided and that two adjacent tongues of both contact pieces are connected by a switching bridge, the two separated by a recess, each has contact surfaces assigned to a contact tongue and is cushioned in such a way that in the switched-on state of the switch, each contact surface follows changes in position of the associated contact tongue.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching bridges via leaf springs are attached to the armature of a solenoid.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the switching bridges on the Springs are attached via joints.

4. Arrangement according to claim 2, characterized in that the contact tongues are circular are arranged and that the anchor has a ring shape.

1 sheet of drawings