DE1160059B

DE1160059B - Arrangement for suppressing arcs

Info

Publication number: DE1160059B
Application number: DEA29132A
Authority: DE
Inventors: William Miller
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1957-04-12
Filing date: 1958-03-26
Publication date: 1963-12-27
Also published as: US2958808A; GB849240A; FR1193942A

Description

Die Erfindung bezieht .sich auf Schaltungen zur Unterdrückung von Lichtbögen.The invention relates .sich to circuits for suppressing arcs.

Beim Öffnen von Schaltern in Gleichstromkreisen erscheinen oft an den getrennten Kontakten Lichtbögen, wenn bestimmte Spannungs- und Stromverhältnisse herrschen und besonders wenn die Belastung in dem Kreis induktiver Art ist. Ebenso tritt ein Lichtbogen auf, wenn die Kontakte beim Schließen eines Schalters mehrmals zurückspringen. Die ideale Lösung der Unterdrückung eines solchen Lichtbogens ist es, die Kontakte des Schalters im Augenblick des Öffnens mit einer Nullimpedanz zu überbrücken, deren Widerstand sehr schnell auf einen unendlich großen Wert anwächst, wenn der Abstand zwischen den Kontakten so groß geworden ist, daß bei einer normalen Gebrauchsspannung ein Lichtbogen nicht mehr auftreten kann. Die Nullimpedanz schließt die Spannung kurz, welche im Augenblick des Öffnens und während der Zeit, in der sich die Kontakte trennen, an den Kontakten entsteht. Der unendlich große Widerstand bewirkt hingegen, daß der Kreis unterbrochen ist, wenn die Kontakte getrennt sind. Eine Form der Lichtbogenunterdrückung besteht in der Parallelschaltung eines Widerstandes von geeigneter Größe. Man kann für alle möglichen Arten der Stromunterbrechung einen Widerstand von passender Größe finden, doch ist bei Schaltungen mit beträchtlicher Stromhöhe der Widerstand, der den Kontakten parallel geschaltet werden muß, so klein, daß nach dem Öffnen des Schalters ein unerwünscht hoher Strom fließt. Wenn andererseits der Parallelwiderstand zu groß ist, erhält man nur geringe oder gar keine Unterdrückung. Die ideale Schaltung zur Lichtbogenunterdrückung wäre, die Kontakte, bevor und unmittelbar nachdem sie sich zu öffnen beginnen, mit einer Nullimpedanz zu überbrücken und, nachdem der Schalter geöffnet ist, den Widerstand ohne die Verwendung von weiteren Kontakten auf einen unendlich großen Wert zu schalten.When switches are opened in DC circuits, arcs often appear on the separated contacts, when certain voltage and current conditions prevail and especially when the load is in the circuit of inductive type. Likewise, an arc occurs if the contacts close when a Switch back several times. The ideal solution for suppressing such an arc is to to bridge the contacts of the switch at the moment of opening with a zero impedance, whose resistance increases very quickly to an infinitely large value when the distance between the contacts has become so large that an arc does not occur at normal operating voltage more can occur. The zero impedance short-circuits the voltage at the moment of opening and during the time the contacts separate, occurs at the contacts. The infinite on the other hand, high resistance causes the circuit to be broken when the contacts are separated. One form of arc suppression is the parallel connection of a resistor of a suitable type Size. One can choose a resistor of suitable for all possible types of power interruption Find size, but in circuits with a considerable amount of current, the resistance that the contacts must be connected in parallel, so small that after opening the switch an undesirably high one Electricity flows. On the other hand, if the parallel resistance is too great, little or no will be obtained Oppression. The ideal arc suppression circuit would be to put the contacts before and immediately after they begin to open, to bridge with a zero sequence impedance and, after the switch is open, the resistance without the use of further contacts to an infinite number great value to switch.

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Lichtbogenunterdrückung weist eine Kapazität parallel zu den Öffnungskontakten eines Schalters sowie eine Diode in Reihe mit dem Kondensator auf, um eine plötzliche Entladung zu verhindern, wenn die Kontakte geschlossen werden und dabei einen Lichtbogen erzeugen. Die Ladung an der Kapazität fließt, wenn der Schalter geschlossen wird, langsam über die Diode in Richtung des hohen Widerstandes, also in Sperrichtung, ab. Die Diode trägt jedoch nicht zur Unterdrückung des Lichtbogens bei, wenn der Schalter geöffnet wird.Another embodiment of an arc suppression device has a capacitance parallel to the opening contacts of a switch and a diode in series with the capacitor, to prevent a sudden discharge when the contacts are closed while causing an electric arc produce. The charge on the capacitance flows slowly over the when the switch is closed Diode in the direction of the high resistance, i.e. in the reverse direction. However, the diode does not contribute Suppression of the arc when the switch is opened.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Anordnung zur Anordnung zur Unterdrückung
von LichtbögenAccording to the invention in an arrangement for the arrangement for suppression
of arcing

Anmelder:Applicant:

American Machine & Foundry Company, New York, N. Y. (V. St. A.)American Machine & Foundry Company, New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13Representative: Dr.-Ing. W. Reichel, patent attorney,
Frankfurt / M. 1, Parkstrasse 13th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. April 1957 (Nr. 652 543)Claimed priority:
V. St. v. America April 12, 1957 (No. 652 543)

William Miller, Greenwich, Conn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenWilliam Miller, Greenwich, Conn. (V. St. Α.),
has been named as the inventor

Lichtbogenunterdrückung im Parallelstromkreis zum Schalter eine zusätzliche Stromquelle mit einer Vorspannung in Durchlaßrichtung in Reihe mit dem Element geschaltet, wodurch die Vorspannung den Strom in Durchlaßrichtung durch das Element schickt, wenn der Schalter geschlossen ist, und daß die Spannung der elektrischen Energiequelle so groß ist, daß das Element eine Spannung in Sperrichtung erhält, wenn der Schalter geöffnet ist, wobei sich die Minoritätsträger in dem Element sofort in Sperrichtung bewegen. Solange die Kontakte geschlossen sind, sind die Hilfsspanmmgsquelle und die unsymmetrische Impedanz kurzgeschlossen, und die unsymmetrische Impedanz wird von einem positiv gerichteten Strom durchflossen. Während einer endlichen Zeit unmittelbar nach dem Öffnen der Kontakte ist die Impedanz der Reihenschaltung sehr niedrig, weil die unsymmetrische Impedanz eine gewisse Zeit braucht, bis der Gleichgewichtszustand für die entgegengesetzte Spannung erreicht ist. Der Übergang von dem Zustand der Vorspannung in Durchlaßrichtung zum Gleichgewicht in Sperrichtung vollzieht sich nicht augenblicklich auf Grund der Speicherung von Minderheitsträgern. Nach dem Ablauf der Umkehrzeit liegt an dem unsymmetrischen Widerstand eine hohe Spannung in der negativen oder Sperrichtung, d. h. der Richtung des hohen Widerstandes, da nach dem Öffnen des Schalters die normale Lastspannung direkt an der Reihenschaltung liegt.Arc suppression in the parallel circuit to the switch an additional power source with a bias voltage connected in series with the element in the forward direction, thereby biasing the current sends through the element in the forward direction when the switch is closed and that the voltage the electrical energy source is so large that the element receives a voltage in the reverse direction when the switch is open, with the minority carriers in the element immediately moving in the blocking direction. As long as the contacts are closed, the auxiliary voltage source and the asymmetrical one are Impedance shorted out, and the unbalanced impedance is from a positive going current flowed through. During a finite time immediately after the contacts have opened, the impedance is the series connection is very low, because the unbalanced impedance needs a certain time until the Equilibrium for the opposite voltage is reached. The transition from the state forward bias to reverse equilibrium is not instantaneous due to the storage of minority carriers. After the reversal time has elapsed, there is a the unbalanced resistor has a high voltage in the negative or reverse direction, d. H. the Direction of high resistance, since the normal load voltage directly after opening the switch is due to the series connection.

309 770/398309 770/398

Die Leitfähigkeit gewisser unsymmetrischer Impedanzen besonders von Germanium- und Siliziumhalbleitern beruht auf zwei Arten von elektrischen Ladungsträgern, Fehlstellen und Elektronen. In einem solchen Material sind beide Arten von Ladungsträgem vorhanden, eine von ihnen überwiegt jedoch. Man nennt die überwiegende Art von Ladungsträgern die Mehrheitsladungsträger, die in der Minderzahl vorhandene Art die Minderheitsladungsträger. In einem mit »N« bezeichneten Material sind die Elektronen die Mehrheitsladungsträger und die Fehlstellen die Minderheitsladungsträger; in dem mit »P« bezeichneten Material sind Fehlstellen die Mehrheitsladungsträger und Elektronen die Minderheitsladungsträger. Man hat gefunden, daß mit dem Strom von Mehrheitsladungsträgern in einer unsymmetrischen Impedanz ein entgegengesetzt gerichteter Strom von Minderheitsladungsträgern verknüpft ist. Die Minderheitsladungsträger haben die Neigung, sich mit den Mehrheitsladungsträgern zu vereinigen; die Wahrscheinlichkeit der Vereinigung je Zeiteinheit hängt mit der »Lebensdauer der Minderheitsladungsträger« zusammen. Beim Strom in der positiven Richtung besteht ein Gleichgewicht zwischen der Anzahl der in der Zeiteinheit in ein gegebenes Gebiet hineingepumpten Minderheitsladungsträgern und der Anzahl der in der Zeiteinheit stattfindenden Rekombinationen.The conductivity of certain asymmetrical impedances, especially of germanium and silicon semiconductors is based on two types of electrical charge carriers, voids and electrons. In one Both types of charge carriers are present in such material, but one of them predominates. The predominant type of load carriers is called the majority load carrier, the minority existing type the minority carriers. In a material labeled "N" are the electrons the majority load carriers and the imperfections the minority load carriers; in the one marked with "P" Material are defects, the majority charge carriers and electrons, the minority charge carriers. It has been found that with the flow of majority charge carriers in an unsymmetrical Impedance is an oppositely directed current of minority charge carriers linked. The minority carriers have a tendency to unite with the majority carriers; the probability the unification per unit of time depends on the "service life of the minority load carriers" together. With the current in the positive direction, there is a balance between the number of in the unit of time pumped into a given area and the number of in recombinations taking place in the unit of time.

Wenn demnach an einer unsymmetrischen Impedanz in der positiven Richtung eine Spannung anliegt Die Hilfsspannungsquelle braucht nicht dauernd mit der Impedanz verbunden zu sein, wenn der Schalter geschlossen ist, die elektrische Energiequelle muß auch nicht ständig in Verbindung mit der Impedanz stehen, wenn der Schalter vollständig geöffnet ist. Diese Verbindungen müssen vielmehr nur unmittelbar vor und während des Öffnens des Schalters hergestellt werden. Dabei dient die unsymmetrische Impedanz als vorübergehender Kurzschlußkreis, der den Lichtbogen in etwa einer Mikrosekunde unterdrückt und im Anschluß daran einen sehr hohen Widerstandswert annimmt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dann für eine weitere Lichtbogenunterdrückung bereit, wenn der Schalter innerhalb von 4 Mikrosekunden geschlossen wird. Bereits bekannte Einrichtungen zur Lichtbogenunterdrückung, die eine Kapazität verwenden, würden unter diesen Bedingungen nicht wirksam werden, da der Kondensator während der Zeit, in der der Schalter geschlossen war, nicht entladen werden konnte.Accordingly, if a voltage is applied to an unbalanced impedance in the positive direction The auxiliary voltage source does not have to be permanently connected to the impedance when the switch is closed, the electrical energy source does not have to be constantly connected to the impedance when the switch is fully open. Rather, these connections only have to be immediate before and during the opening of the switch. The asymmetrical impedance is used here as a temporary short circuit that suppresses the arc in about a microsecond and subsequently assumes a very high resistance value. The inventive arrangement is then ready for further arc suppression if the switch is within 4 microseconds is closed. Prior Art Arc Suppression Devices Using Capacitance would not be effective under these conditions, since the capacitor during the Time in which the switch was closed, could not be discharged.

Zu der ZeichnungTo the drawing

Fig. 1 ist das bekannte Schema einer Schaltung, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist;Fig. 1 is the known schematic of a circuit which is designed according to the invention;

Fig. 2 ist das Schaltbild einer Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Ausführung;Fig. 2 is a circuit diagram of a modification of the embodiment shown in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine andere Ausführung für den Gebrauch in Wechselstromkreisen;Fig. 3 is an alternate embodiment for use in AC circuits;

Fig. 4 ist ein teilweise in Form eines Blockdiagramms ausgeführtes Schaltbild einer weiteren Ab-Fig. 4 is a circuit diagram, partially in block diagram form, of another embodiment

bzw. sie in dieser Richtung, d. h. in der Richtung des 30 Wandlung der in Fig. 1 gezeigten Ausführung;
Stromes der Mehrheitsladungsträger leitend ist, und Fig. 5 ist das Schaltbild einer Abwandlung der inor they in this direction, ie in the direction of the conversion of the embodiment shown in FIG. 1;
Current of the majority charge carrier is conductive, and FIG. 5 is the circuit diagram of a modification of the in

man plötzlich eine Spannung in negativer Richtung anlegt, dann wird das Einfließen von Minderheitsladungsträgern gesperrt. Unmittelbar nach dem Anlegen der negativ gerichteten Spannung ist jedoch noch eine große Anzahl von überzähligen Minoritätsträgern vorhanden, die, während der Strom in Durchlaßrichtung floß, injiziert wurden und auf der den hohen Widerstand aufweisenden Seite der unsymmetrischen Impedanz gespeichert wurden. Diese im Überschuß vorhandenen Minoritätsträger ermöglichen es, daß ein großer negativ gerichteter Strom durch die Impedanz und die positiv gerichtete Hilfsspannungsquelle fließt, und zwar während einer Zeit, die unmittelbar von der Lebensdauer der Minoritätsträger abhängt, d. h. von der Zeit, die erforderlich ist, damit die Minoritätsträger bei Umkehr der Vorspannung zurückdiffundieren können. Die Anzahl der Minoritätsträger fällt schließlich auf den Gleichgewichtswertif a voltage is suddenly applied in the negative direction, the inflow of minority charge carriers is blocked. Immediately after donning However, the negative-going voltage still has a large number of superfluous minority carriers present, which, while the current is in the forward direction flowed, injected and on the high resistance side of the unbalanced Impedance have been saved. Make these minority carriers possible in excess it that a large negative-going current through the impedance and the positive-going auxiliary voltage source flows during a time immediately dependent on the lifetime of the minority carrier depends, d. H. of the time it takes for the minority carriers to reverse the bias can diffuse back. The number of minority carriers eventually falls to the equilibrium value

45 Fig. 3 gezeigten Ausführung. 45 Fig. 3 shown embodiment.

Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Spannungsquelle 10, etwa eine Batterie oder eine sonstige Spannungsquelle, die in Reihe mit zwei Schalterkontakten 12 und einem Belastungswiderstand 14 geschaltet ist. Der Belastungswiderstand 14 kann aus irgendeiner Art von elektrischer Belastung bestehen und kann rein Ohmscher, induktiver oder kapazitiver Art sein. Die Kontakte 12 können zu einem von Hand betätigten Schalter oder einem elektrisch betriebenen Relais oder irgendeiner sonst üblichen stromkreisunterbrechenden Vorrichtung gehören.1 shows an electrical voltage source 10, for example a battery or some other voltage source, which is connected in series with two switch contacts 12 and a load resistor 14 is connected. The load resistor 14 can be any of Type of electrical load and can be purely ohmic, inductive or capacitive. The contacts 12 can be either a manually operated switch or an electrically operated one Relays or any other conventional circuit breaking device.

Parallel zu den Kontakten 12 liegt eine Schaltung, bei der in an sich bekannter Weise eine unsymmetrische Impedanz 16 erfindungsgemäß in Reihe mit einer Hilfsspannungsquelle 18 liegt, die für die Vorspannung sorgt und hier zur Veranschaulichung als Batterie gezeichnet ist. Die Höhe des Potentials derIn parallel with the contacts 12 there is a circuit in which, in a manner known per se, an asymmetrical circuit According to the invention, impedance 16 is in series with an auxiliary voltage source 18, which is responsible for the bias voltage and is drawn here as a battery for illustration purposes. The level of the potential of the

ab, der um viele Größenordnungen kleiner ist als die 50 Batterie 18 ist so gewählt, daß sie einen so großenwhich is many orders of magnitude smaller than the 50 battery 18 is chosen to be so large

Anzahl der bei positiv gerichtetem Strom vorhandenen Minoritätsträger. Wenn der Gleichgewichtszustand erreicht ist, ist der Strom in Sperrichtung von der Größenordnung Mikroampere und kleiner, je nach dem für die unsymmetrische Impedanz verwendeten Material. Der Widerstand der unsymmetrischen Impedanz in Sperrichtung wächst damit in wenigen Mikrosekunden von der Größenordnung Ohm auf die Größenordnung Megohm. Demgemäß kann die Stromleitung einer unsymmetrischen Impe- ^6o rn danz in Sperrichtung als Parallelwiderstand für Schalterkontakte verwendet werden, der beim Öffnen des Schalters niedrig ist und sehr rasch auf einen Strom in der Durchlaßrichtung durch die unsymmetrische Impedanz hervorruft, daß der Widerstand der Vorrichtung 16 klein ist im Vergleich zu dem Belastungswiderstand. Jedoch beträgt die von der Hilfsspannungsquelle 18 gelieferte Spannung im allgemeinen nur einen Bruchteil der von der Spannungsquelle 10 gelieferten. Number of minority carriers present with positively directed current. When equilibrium is reached, the reverse current will be on the order of microamps and less depending on the material used for the unbalanced impedance. The resistance of the asymmetrical impedance in the reverse direction thus increases in a few microseconds from the order of magnitude of ohms to the order of magnitude of megohms. Accordingly, the current line of an unbalanced impedance ^6o rnance in the reverse direction can be used as a parallel resistance for switch contacts, which is low when the switch is opened and very quickly to a current in the forward direction through the unbalanced impedance causes the resistance of the device 16 to be small compared to the load resistance. However, the voltage supplied by the auxiliary voltage source 18 is generally only a fraction of that supplied by the voltage source 10.

Wenn die Schalterkontakte 12 geöffnet werden, um den elektrischen Belastungskreis und damit den Strom der Last 14 zu unterbrechen, dann stellt die Reihenschaltung mit der unsymmetrischen Impedanz 16 und der Vorspannungsbatterie 18 einen niedrigen Widerstand an den Kontakten 12 dar, so lange, bis die Minderheitsladungsträger in dem unsymmetrischenWhen the switch contacts 12 are opened, the electrical load circuit and thus the current to interrupt the load 14, then establishes the series circuit with the unbalanced impedance 16 and the bias battery 18 represent a low resistance at the contacts 12 until the minority carriers in the asymmetrical one

hohen Wert anwächst, indem die Minderheitsladungs- gg yhigh value increases as the minority charge gg y

träger rekombinieren. Auf diese Weise geschieht das 65 Widerstand 16 ein Gleichgewicht mit den Mehrheits-recombine carriers. In this way the 65 resistance 16 happens to be in equilibrium with the majority

Abschalten eines großen Laststromes in dem unsym- ladungsträgern erreicht haben. Darauf wächst derSwitch off a large load current in the unsym- matic charge carriers. The grows on it

metrischen Widerstand des den Schalter überbrücken- Widerstand der Reihenschaltung auf einen extremmetric resistance of the switch bridging resistance of the series connection to an extreme

den Parallelzweiges anstatt durch den Schalter selbst. hohen Wert an, so daß der Stromkreis an den Schal-the parallel branch instead of through the switch itself. high value, so that the circuit is

terkontakten 12 praktisch unterbrochen ist. Die Vorrichtung 16 kann aus irgendeiner geeigneten unsymmetrischen Impedanz bestehen, welche eine Speicherung von Minderheitsladungsträgern aufweist. Die Wahl der unsymmetrischen Impedanz hängt von dem Potential der Spannungsquelle 10, der Art der Belastung 14 und der Schnelligkeit ab, mit der die unsymmetrische Impedanz 16 von dem Gleichgewichtszustand in positiver Richtung auf den Gleichgewichtszustand in negativer Richtung umgeschaltet werden soll. Typische unsymmetrische Impedanzen, wie sie hierbei verwendet werden können, sind halbleitende Spitzendioden oder P-N-Flächendioden, die gewöhnlich aus Silizium oder Germanium als dem hauptsächlichen Halbleitermaterial bestehen.terkontakten 12 is practically interrupted. The device 16 can be any suitable single-ended Impedance exist, which has a storage of minority charge carriers. the The choice of the asymmetrical impedance depends on the potential of the voltage source 10 and the type of load 14 and the speed with which the unbalanced impedance 16 from the equilibrium state can be switched in the positive direction to the equilibrium state in the negative direction target. Typical asymmetrical impedances, as they can be used here, are semiconducting Tip diodes or P-N junction diodes, usually made of silicon or germanium as the main ones Semiconductor material exist.

In Schaltungen, bei denen der durch die Vorrichtung 16 fließende Belastungsstrom ein Mehrfaches des Stromes ist, den die gewählte Vorrichtung normalerweise aufnehmen kann, können mehrere solche Vorrichtungen nebeneinander geschaltet werden. Wenn weiterhin die Spannung, die im geöffneten Zustand an den Kontakten 12 liegt, die Spannung übersteigt, welche die unsymmetrische Impedanz in negativer Richtung aushält, können mehrere solche Vorrichtungen in Reihe hintereinander geschaltet werden, um den Anforderungen an die Rückspannung gerecht zu werden.In circuits in which the load current flowing through the device 16 is a multiple of the Current that the selected device can normally accept, several such devices can be used can be switched side by side. If the voltage continues in the open state is on the contacts 12, the voltage exceeds which the unbalanced impedance in negative Direction, several such devices can be connected in series in order to to meet the requirements for the back tension.

Es wurde gefunden, daß die Umschalt- oder Erholungszeit der Vorrichtung 16 und damit die Zeit, während der der Widerstand nach dem Öffnen der Kontakte. 12 im wesentlichen Null ist, beliebig geändert werden kann, indem man die Höhe der Vorspannung der Hilfsspannungsquelle 18 variiert. Bei den meisten Anwendungen ist der positiv gerichtete Strom durch die unsymmetrische Impedanz 16 sehr klein, so daß der Verbrauch an der Vorspannungsquelle 18 vernachlässigbar ist. Bei Anwendungen jedoch, die schweren Belastungen ausgesetzt sind, insbesondere bei mehreren nebeneinandergeschalteten Vorrichtungen 16, kann der in Durchlaßrichtung fließende Strom so groß werden, daß ein merklicher Verbrauch an der Hilfsspannungsquelle 18 eintritt. Man kann daher gemäß einer in Fig. 2 gezeigten Abwandlung ein weiteres Paar von Kontakten 20 in Reihe mit der unsymmetrischen Impedanz 16 und der Hilfsspannungsquelle 18 schalten, dessen Betätigung mit der Betätigung des Schalters 12 gekoppelt ist. Die Kontakte des Schalters 20 schließen vorzugsweise kurz, bevor sich die Kontakte des Schalters 12 öffnen, damit die positiv gerichtete Vorspannung der Hilfs-Spannungsquelle 18 einen kurzen Augenblick vor dem Öffnen des Schalters 12 an die unsymmetrische Impedanz 16 gelegt wird. Der Schalter 20 kann so ausgeführt sein, daß er geschlossen bleibt, solange der Schalter 12 sich öffnet, und wieder geöffnet wird, wenn der Schalter 12 so weit offen ist, daß eine Lichtbogenunterdrückung nicht mehr nötig ist. In diesem Falle würde kein Sperrstrom, nicht einmal von wenigen Mikroampere, in dem Kreis fließen.It has been found that the switching or recovery time of the device 16 and thus the time during which the resistance after opening the contacts. 12 is essentially zero, changed arbitrarily by varying the level of the bias voltage of the auxiliary voltage source 18. at Most of the applications the positive going current through the unbalanced impedance 16 is very good small, so that the consumption of the bias voltage source 18 is negligible. However, for applications that are exposed to heavy loads, especially when several are connected next to each other Devices 16, the current flowing in the forward direction can be so great that a noticeable Consumption at the auxiliary voltage source 18 occurs. One can therefore according to a modification shown in FIG another pair of contacts 20 in series with the unbalanced impedance 16 and the Switch auxiliary voltage source 18, the actuation of which is coupled with actuation of switch 12. the Contacts of switch 20 preferably short-circuit before the contacts of switch 12 open, thus the positive bias of the auxiliary voltage source 18 a short moment before opening the switch 12 to the unbalanced impedance 16 is laid. The switch 20 can be designed so that it remains closed as long as the Switch 12 opens and re-opens when switch 12 is open enough to provide arc suppression is no longer necessary. In this case, no reverse current, not even a few microamps, would flow in the circuit.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der Schaltung zur Unterdrückung von Lichtbögen, welche es ermöglicht, eine Last 24 von einer Wechselspannungsquelle 22 zu trennen.Fig. 3 shows another embodiment of the circuit for suppressing arcs, which it enables a load 24 to be disconnected from an AC voltage source 22.

Eine Brückengleichrichterschaltung bewirkt, daß der Schalter 12 einen in einer einzigen Richtung fließenden Strom gemäß der Erfindung unterbricht. Diodengleichrichter 26 sind in Brückenform angeordnet und liegen in Reihe mit einer Wechselstromquelle für die Last 24, während der den Stromkreis unterbrechende Schalter 12 an die Ausgangsklemmen der Brücke angeschlossen ist. Parallel zu dem Schalter 12 liegen hintereinandergeschaltet eine unsymmetrische Impedanz 16 und eine Hilfsspannungsquelle 18. Wenn der Schalter 12 geschlossen ist, kann der Wechselstrom in beiden Richtungen durch den Stromkreis fließen. Wenn der Schalter 12 geöffnet ist, wird das Fließen eines Stromes durch die entgegengesetzte Polarität der Gleichrichter für jede Halbperiode des Wechselstroms verhindert. Da der Schalter 12 einen Strom unterbricht, der immer in derselben Richtung fließt, wird der durch die Unterbrechung entstehende Lichtbogen in derselben Weise unterdrückt, wie es oben beschrieben wurde. Die unsymmetrische Impedanz 16 wird in der oben beschriebenen Weise von der Hilfsspannungsquelle 18 mit einer Vorspannung in Durchlaßrichtung versehen. Die Diodengleichrichter 26 sind von der üblichen Art und haben die für die Besonderheiten der Anwendung der Schaltung geeigneten Charakteristiken sowie passende Belastungseigenschaften. A bridge rectifier circuit causes switch 12 to operate in a single direction interrupts flowing current according to the invention. Diode rectifiers 26 are arranged in a bridge shape and are in series with an AC power source for load 24 during which the circuit is breaking Switch 12 is connected to the output terminals of the bridge. In parallel with switch 12 are connected in series an asymmetrical impedance 16 and an auxiliary voltage source 18. If the switch 12 is closed, the alternating current can in both directions through the circuit flow. When the switch 12 is open, a current will flow through the opposite Polarity of the rectifiers prevented for each half cycle of the alternating current. Since the switch 12 has a Interrupts current, which always flows in the same direction, becomes the one created by the interruption Arc suppressed in the same way as described above. The unbalanced impedance 16 is in the manner described above from the auxiliary voltage source 18 with a bias provided in the forward direction. The diode rectifiers 26 are of the usual type and have the characteristics suitable for the particularities of the application of the circuit as well as suitable load properties.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Erfindung, bei der für den der Lichtbogenunterdrückung dienenden Teil der Schaltung nur passive Teile benutzt sind. Diese Anordnung ist dann besonders geeignet, wenn eine lange unbeaufsichtigte Tätigkeit der Anordnung gewünscht wird, ohne daß man die Hilfsspannungsquelle 18 ersetzen muß, was gelegentlich bei der Verwendung von elektrolytischen Elementen als Hilfsspannungsquelle 18 notwendig werden kann.FIG. 4 shows a modification of the invention in which the arc suppression function is used Part of the circuit only passive parts are used. This arrangement is particularly suitable when a long unattended operation of the arrangement is desired without having to use the auxiliary voltage source 18 must replace what occasionally when using electrolytic elements as an auxiliary voltage source 18 may become necessary.

Ein Widerstand 28 ist in den Hauptbelastungskreis eingefügt und hat einen Ohmschen Widerstand von geeigneter Größe, um eine Spannung für einen Wechselrichter 30 zu liefern. Der Wechselrichter kann von der zur Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom gebräuchlichen Art sein, wie z. B. ein elektronischer Röhrenoszillator, ein Transistorschwingkreis oder ein mechanischer Vibrator.A resistor 28 is inserted in the main load circuit and has an ohmic resistance of of a suitable size to supply a voltage for an inverter 30. The inverter can be of the type commonly used for converting direct current to alternating current, e.g. B. an electronic Tube oscillator, a transistor resonant circuit or a mechanical vibrator.

Die Ausgangswechselspannung des Oszillators oder Vibrators 30 wird durch einen Koppeltransformator 32 auf einen gewöhnlichen GleichrichterfUter 34 übertragen, der die Ausgangswechselspannung des Transformators 32 gleichrichtet und filtert und dadurch eine Gleichspannung liefert, die so bemessen ist, daß sie die unsymmetrische Impedanz 16 mit einer geeigneten Vorspannung in Durchlaßrichtung versieht. Der Transformator 32 isoliert die unsymmetrische Impedanz 16 von dem Widerstand 28 und dem Hauptbelastungskreis, wenn der Schalter 12 geöffnet ist, und verhindert dadurch, daß sich ein Nebenschlußkreis um die unsymmetrische Impedanz herum bildet und damit der Last 14 wieder Energie zugeführt wird. Da nur passive Elemente für die positiv gerichtete Vorspannungsquelle verwendet wurden, ist die ganze Schaltung abgeschaltet, wenn der Schalter 12 geöffnet ist.The output AC voltage of the oscillator or vibrator 30 is through a coupling transformer 32 is transferred to an ordinary rectifier feed 34, which supplies the AC output voltage of the transformer 32 rectifies and filters and thereby supplies a DC voltage which is dimensioned so that it provides the unbalanced impedance 16 with a suitable forward bias. Of the Transformer 32 isolates the unbalanced impedance 16 from resistor 28 and the main load circuit, when switch 12 is open, thereby preventing a bypass circuit forms around the asymmetrical impedance and thus the load 14 is again supplied with energy. There only passive elements were used for the positive bias source is the whole Circuit switched off when switch 12 is open.

Wenn einer der bekannten Transistorschwingkreise als Stromumwandler verwendet wird, brauchen nur wenige Volt durch den Spannungsabfall am Widerstand 28 erzeugt zu werden. Sein Ohmscher Widerstand und die Einschaltwirkung auf den Hauptbelastungskreis können minimal gehalten werden. Wenn weiterhin ein Transistorschwingkreis und kleinste Bauteile für den Transformator 32 und den Gleichrichterfilter 34 verwendet werden, dann können die Elemente der Hilfsspannungsanlage auf minimalem Raum untergebracht werden.If one of the known transistor resonant circuits is used as a current converter, only need a few volts to be generated by the voltage drop across resistor 28. Its ohmic resistance and the switch-on effect on the main load circuit can be kept to a minimum. If a transistor resonant circuit and the smallest components for the transformer 32 and the Rectifier filter 34 are used, then the elements of the auxiliary voltage system can be reduced to a minimum Space.

Die in Fig. 4 gezeigte Abwandlung der Erfindung kann nach Fig. 5 weiter abgewandelt werden, wenn die aus passiven Elementen bestehende Hilfsspannungsanlage im Zusammenhang mit einer Wechselspannungsquelle 22 verwendet werden soll. Der Wechselrichter 30 ist weggelassen und der Transformator 32 liegt in Reihe mit der Last. Der mit dem Transformator 32 verbundene Gleichrichterfilter 34 liefert die positiv gerichtete Vorspannung für die unsymmetrische Impedanz 16. Der Rest der Schalrung ist der in Fig. 3 gezeigten und oben beschriebenen gleich.The modification of the invention shown in FIG. 4 can be modified further according to FIG. 5 if the auxiliary voltage system consisting of passive elements in connection with an alternating voltage source 22 should be used. The inverter 30 and the transformer are omitted 32 is in line with the load. The rectifier filter 34 connected to the transformer 32 provides the positive bias for the unbalanced impedance 16. The rest of the circuit is the same as that shown in Fig. 3 and described above.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. An arrangement for suppressing arcs caused by direct current on a switch in a circuit which has an asymmetrical impedance and separates an electrical power source from a load, characterized in that an additional power source (18) with a bias in the forward direction in the parallel circuit to the switch is connected in series with the element (16), whereby the bias voltage sends the current in the forward direction through the element (16) when the switch is closed, and that the voltage of the electrical energy source (14) is so great that the element ( 16) receives a reverse voltage when the switch is open, with the minority carriers in the element immediately moving in the reverse direction.

2. Arrangement for arc suppression according to claim 1, characterized by between the power switch and the load inserted rectifier (26), which cause that on the Switch, when it is opened, only has DC voltage.

3. Arrangement for arc suppression according to claim 2, characterized in that the rectifier (26) consists of a bridge rectifier circuit in which one pair of connection points of diagonally opposite arms between voltage source and Last, the other pair of connection points of diagonally opposite arms on each side of the power switch is switched.

4. Arrangement for arc suppression according to claims 1 to 3, characterized in that that the auxiliary voltage source for the pre-voltage potential consists of a circuit, which is responsive to the current flowing through the load and a DC voltage of the appropriate Magnitude and direction generated to bias the unbalanced impedance to be provided in the forward direction.

5. An arrangement for arc suppression according to claim 4, characterized in that the auxiliary voltage source for the bias potential contains a transformer whose The input and output windings are connected between the AC power source and the load, furthermore from a rectifier system which is connected to the output winding and which Converts AC voltage into DC voltage, and from connections between the rectifier system and the unbalanced impedance, with the help of which the unbalanced impedance a forward bias is applied.

6. An arrangement for arc suppression according to claim 4, characterized in that the auxiliary voltage source for the bias potential contains an inverter, furthermore a resistor in series with the voltage source and the load on which to operate the Inverter a certain voltage is taken, and devices, which the Remove and filter the output of the inverter and thus the desired bias voltage deliver.

7. An arrangement for arc suppression according to claim 6, characterized in that the inverter consists of an electrical vibration generator.

8. An arrangement for arc suppression according to claims 1 to 3, characterized by a normally closed switch (20), which is connected to the auxiliary voltage source for the Bias potential and the unbalanced impedance is in series and the through the Closing the power switch is operated in such a way that the auxiliary voltage source from the unbalanced impedance is separated.

Considered publications:
German Patent No. 825 569;
German Auslegeschrift No. 1 001372;
British Patent No. 663,898;
French patent specification No. 759 031.

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