DE1244266B - Drehstromschalter mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und synchronen, gestaffelten Ausschaltzeitpunkten - Google Patents

Description

• Drehstromschalter mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und synchronen, gestaffelten Ausschaltzeitpunkten Es ist vorgeschlagen worden, daß sich mit Hilfe von mechanischen Schaltern, zu denen Starkstromdioden parallel geschaltet sind, bei geeigneter synchroner öffnung der Schalter Wechselströme und Drehströme lichtbogenfrei unterbrechen lassen, ohne daß an die Genauigkeit des synchronen Schaltens schwer zu verwirklichende hohe Anforderungen gestellt werden. Der Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, daß jeweils eine Schaltstrecke zu einer Zeit öffnet, in der die parallelgeschaltete Diode für den Strom durchlässig ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Öffnungszeitpunkte der mechanischen Schaltstrecken derart zu wählen, daß sie bei veränderlicher Phasenverschiebung im Drehstromnetz möglichst unverändert bleiben können, ohne daß das lichtbogenfreieSchalten gefährdet wird.
• Es ist bereits bekannt, die Schaltleistungen an Kontakten durch Parallelschalten von Halbleitern zu erhöhen. Eine solche Anordnung mit parallelgeschalteten Kupferoxydgleichrichtern soll jedoch nicht das Entstehen, sondern lediglich das Wiederzünden des verloschenen Schaltlichtbogens verhindern. In einer anderen bekannten Anordnung mit zu den Kontakten parallelgeschalteten Halbleitern wird der zu schaltende Strom in mindestens zwei Teilströme je Phase aufgeteilt.
• Es ist auch bekannt, in Drehstromsystemen erst nach Unterbrechung des Stromflusses in einer Phase die übrigen Schaltstellen auszulösen.
• Eine weitere bekannte Anordnung benötigt zum lichtbogenarmen Schalten von Wechselströmen absolut einzuhaltende Schaltzeitpunkte, die in Abhängigkeit von »passenden Konstruktionen innerhalb engster Grenzen« erreichbar sein sollen.
• Keine der bekannten Anordnungen läßt die schaltsteuerfreie Beherrschung sowohl ohmscher als auch induktiver oder gemischter Lastströme ohne Korrektur der Schaltzeitpunkte erkennen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abschalten von Drehstrom unterscheidet sich von bekannten Anordnungen in vorteilhafter Weise dadurch, daß lediglich leicht einzuhaltende Zeiträume zur lichtbogenfreien Abschaltung gefordert werden.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur lichtbogenfreien Unterbrechung eines Drehstromkreises sowohl bei induktiver als auch bei ohmscher Last mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und gestaffelten mechanischen Ausschaltzeitpunkten in den einzelnen Phasen ohne Nachregulierung der von der Spannung des Stromkreises gesteuerten mechanischen Schaltzeitpunkte und ist dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Schaltzeitpunkte der drei Drehstromphasen während der nachstehend bezeichneten Zeiträume gewählt werden, wobei als Bezugspunkt der Augenblick des Spannungsmaximums der zuerst zu unterbrechenden Phase gilt: a) Phase 1 zwischen 0 und 90° e1.
• b) Phase 2 zwischen 120 und 1$0° e1. c) Phase 3 zwischen 270 und 300° e1.
• In F i g. 1 der Zeichnung sind die Ströme beim Abschaltvorgang eines Drehstromschalters mit Paralleldioden maßstäblich gezeichnet. Die Ströme der Phasen u, v und w sind um je 120° gegeneinander versetzt bis zum Zeitpunkt t4. Von diesem Zeitpunkt an bleibt der Strom der Phase u Null, wenn vorher, d. h. im Zeitintervall zwischen t1 und t4, der Kontakt dieser Phase geöffnet wurde, wobei der Rest der positiven Halbwelle von der Diode übernommen wird. Vom Zeitpunkt t4 an knicken die Ströme der Phasen v und w wie gezeichnet ab; sie bilden Hin-und Rückleitung eines einphasigen Wechselstromes und werden gleichzeitig im Zeitpunkt t. Null, wobei t6 eine halbe Halbwelle später als t4 liegt.
• Öffnet man den Kontakt der Phase -v im Zeitintervall zwischen t3 und t6 und den Kontakt der Phase w im Zeitintervall von t6 bis t8, so ist der Drehstromkreis lichtbogenfrei unterbrochen. Denn nach dem Öffnen der Schalter der Phasen u und v kann ein Strom durch die noch geschlossene Phase w erst vom Zeitpunkt t$ an wieder fließen (t$ ist der Zeitpunkt, in dem die verkettete Spannung zwischen den Phasen u und w gerade wieder positiv wird und einen Strom über die Diode der Phase u und die noch geschlossene Schaltstrecke der Phase w treiben würde). Die ausgezogenen Stromkurven mögen sich auf ohmsche Belastung, d. h. cos (p = 1, beziehen. Dann liegen bei rein induktiver Belastung, d. h. cos 9p = 0, die drei Phasenströme vor dem Schalten um 90° später, wie es die gestrichelten Kurvenzüge in F i g. 1 angeben. Bis zum Zeitpunkt t7 verschieben sich gegenüber dem Fall der ohmschen Last alle Vorgänge um 90° zu späteren Zeiten. Dagegen bleiben die Zeitpunkte t8 und t9 des Wiedereinsetzens der drei Ströme für den Fall, daß die Schaltstrecken der Phasen u und v geöffnet sind, die der Phase w jedoch noch geschlossen ist, unabhängig von der Phasenlage unveränderlich. Dies läßt sich leicht einsehen, wenn man überlegt, daß vor dem Zeitpunkt t8 sämtliche drei Strecken Null sind. Das Wieder-in-Gang-Kommen der Ströme im Zeitpunkt t8 kann also nicht von der Phasenverschiebung des Stromes abhängen, sondern wird allein durch die Phasenlage der treibenden Spannung bedingt. Dagegen hängt die Steilheit des Stromanstieges in den Zeitpunkten t8 und t. durchaus von der Phasenverschiebung im Laststromkreis ab, wie es in F i g. 1 angedeutet ist. Nach der Erfindung werden beispielsweise in einer Schaltung nach der F i g. 2, in der jede Phase eine Hauptunterbrechungsstelle zu der Last AM aufweist, die durch eine Diode D in Reihe mit einer Sicherung S überbrückt ist, die Ausschaltzeitpunkte der Schaltstrecken A', B' und C so gewählt, wie in F i g. 1 eingetragen ist. Durch winkelmäßig entsprechenden Versatz der Kontaktausiöseglieder, beispielsweise der Schaltnocken auf einer Schaltwelle, die über ein Vorgelege V von einem Synchronmotor SM angetrieben wird, ist die Einhaltung der erfindungsgemäßen Schaltzeiträume sichergestellt. Dann öffnen, wie man sich an Hand der F i g. 1 leicht überzeugt, sämtliche drei Phasen sowohl bei cos cp = 1 als auch bei cos (p = 0 lichtbogenfrei. Denn in der Phase u besteht für lichtbogenfreie Öffnung der Spielraum zwischen t2 und t4. In diesem Zeitintervall ist sowohl bei cos p = 1 als auch bei cos (p = 0 der Strom positiv, also für die Paralleldiode durchlässig. Das gleiche gilt für die Phase v im Zeitintervall von t5 bis t.. Für die Phase w steht das Zeitintervall von t7 bis t8 zur Verfügung. Man kann die Ausschaltzeitpunkte A, B und C auf die Mitten der genannten Zeitintervalle legen. In vielen praktischen Fällen wird es aber vorteilhafter sein, sie früher zu wählen, denn einmal bedeutet zu frühe Öffnung nur geringe Lichtbogenbildung an den Kontakten, zu späte Öffnung jedoch Zündung einer vollen neuen Halbwelle. Außerdem tritt aber in der Praxis der Fall cos 9p = 0 nicht auf, sondern im allgemeinen höchstens cos (p > 0,2, während der Fall cos p = 1 durchaus auftreten kann. Beispielsweise ändert sich bei einem normalen Asynchronmotor der cos p zwischen Last und Leerlauf etwa von cos cp = 0,9 bis cos 99 = 0,2.
• Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich in entsprechender Weise auch bei höherphasigem Wechselstrom verwenden. Es interessiert beispielsweise praktisch für den Tippbetrieb oder Tastbetrieb mittlerer und großer Drehstrommotoren, insbesondere Induktionsmotoren. Es kann aber mit Erfolg auch benutzt werden für Schweißstromkreise, Wechselstrombahnen, Lastregler von Umspannern, Zweipunktwärmereglern, Sterndreieckumschaltung, Polumschaltung von Asynchronmotoren, Selbstanlaßschaltungen von Schleifringläufern, Anlaßumspanner, Netzumschalter, periodische Umschalter, beispielsweise für Waschmaschinen, Gerbfässer, oder im Wendebetrieb, ferner für die Steuerung von Wechselstrom- bzw. Drehstrommotoren bei Kränen, Aufzügen, Werkzeugmaschinen, Schiffsantrieben, Windkanälen, Bewässerungsanlagen, Förderanlagen oder Walzenzugmaschinen. In diesen Fällen bekommt man durch das sichere lichtbogenfreie Schalten nach der Erfindung unabhängig von Phasenverschiebungen des Verbrauchers zusätzliche Lebensdauer der Schaltgeräte und zusätzliche Möglichkeiten zu bedeutend größeren Schalthäufigkeiten.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zur lichtbogenfreien Unterbrechung eines Drehstromkreises sowohl bei induktiver als auch bei ohmscher Last mit parallel zu den Schaltkontakten liegenden Dioden und gestaffelten mechanischen Ausschaltzeitpunkten in den einzelnen Phasen ohne Nachregulierung der von der Spannung des Stromkreises gesteuerten mechanischen Schaltzeitpunkte, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die mechanischen Schaltzeitpunkte der drei Drehstromphasen während der nachstehend bezeichneten Zeiträume gewählt werden, wobei als Bezugspunkt der Augenblick des Spannungsmaximums der zuerst zu unterbrechenden Phase gilt: a) Phase 1 zwischen 0 und 90° e1. b) Phase 2 zwischen 120 und 180° e1. c) Phase 3 zwischen 270 und 300° e1. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 212 303, 638 981, 765 697; deutsche Auslegeschrift Nr. 1005 590.