DE3734989C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Unterbrechung von Gleichströmen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-OS 19 33 218 bekannt.

Allgemein wird bei bekannten Unterbrecheranordnungen zur Unterbrechung von Gleichströmen die Ladung eines von der Hauptgleichstromleitung aufgeladenen Kondensators zum Ein­ leiten des Unterbrechungsvorgangs verwendet. Um die Konden­ satorentladung in Gang zu setzen, ist dieser üblicherweise über eine Drosselspule und eine Triggervorrichtung, die z. B. ein Thyristor oder eine Funkenentladungsstrecke sein kann, parallel zur Unterbrechereinheit, die in der stromzuführen­ den Hauptgleichstromleitung liegt, geschaltet. Aufgeladen wird dieser Kommutierungskondensator über einen Ladewider­ stand und die bereits genannte Drosselspule. Es ist auch möglich, den Kommutierungskondensator durch eine separate Ladeeinheit aufzuladen.

Aus der DE-OS 19 33 218 ist ein gattungsgemäßer Hochspan­ nungsgleichstromtrennschalter bekannt, bei dem ein Kommutie­ rungskondensator über einen mit der negativen Sammelleitung verbundenen Ladewiderstand aufladbar ist. Das Ausschalten der Unterbrechereinheit wird durch eine in der Hauptgleich­ stromleitung liegende Rückschlagspule bewirkt. Kommutie­ rungskondensator und Drosselspule bilden einen Schwingkreis, wodurch der Entladestrom ein oszillierender Strom mit einer relativ hohen Frequenz ist, der dem durch die Hauptgleich­ stromleitung fließenden Gleichstrom überlagert wird. Nach der einen durch die anfängliche Kondensatorentladung bewirk­ ten ersten Halbschwingung des Schwingkreises, durch die die Rückschlagspule betätigt wird, wird zunächst die Kondensa­ torentladung unterbrochen und die Laderichtung auf dem Kom­ mutierungskondensator umgekehrt.

Der tatsächliche Unterbrechungsvorgang wird durch die der anfänglichen ersten Entladehalbschwingung entgegengesetzte zweite Halbschwingung dadurch bewirkt, daß dieser entgegen­ gesetzt zur ersten Stromrichtung fließende Entladestrom dem durch die Hauptgleichstromleitung noch fließenden Haupt­ gleichstrom überlagert wird, so daß dann der Hauptgleich­ strom gegen den Nullwert gedrückt wird.

Die bekannte Unterbrecheranordnung benötigt zum zwischen­ zeitlichen Umschalten der Ladepolarität am Kommutierungskon­ densator eine verhältnismäßig komplizierte elektromechani­ sche Einrichtung, bestehend aus einer Vakuumschaltvorrich­ tung mit Triggerentladungsstrecke und zugehöriger Impuls­ quelle.

Auch aus der DE-AS 18 00 205 ist ein Stromunterbrecher für hohe Gleichspannungen bekannt, bei dem die Funktion des aus Kommutierungskondensator und Drosselspule bestehenden Schwingkreises nicht nur zur Unterbrechung des Hauptstroms in der zuvor beschriebenen Weise genützt wird, sondern auch durch eine zweckmäßige Einschaltung mehrerer solcher Trig­ gerbausteine ohne Vergrößerung des Kommutierungskondensators den Maximalwert der Spannung herabsetzt, der durch die Ent­ ladeschwingungen hervorgerufen wird.

Die DE-PS 9 70 945 beschreibt einen Hochspannungsschalter für Kondensatorentladungskreise von Impulsschweißmaschinen, wo­ bei der Hochspannungsschalter als in Luft arbeitender Prell­ schlagschalter ausgebildet ist und seine beweglichen Kontak­ te mit einer dem Schweißtakt entsprechenden Frequenz durch die Wirkung von in einem Hilfsstromkreis erzeugten Strom­ stößen derart schnell gegen die festen Gegenkontakte bewegt werden, daß vor der Kontaktgabe kein Überschlag erfolgt und daß sie durch eine Feder mit vorgegebener Geschwindigkeit zurückgeschnellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Unterbre­ chen von Gleichströmen so zu ermöglichen, daß die Anordnung einen einfachen Aufbau hat und kostengünstig herstellbar ist.

Gemäß Anspruch 1 ist eine Anordnung zum Unterbrechen von Gleichströmen mit einer in einer Hauptgleichstromleitung eingefügten Unterbrechereinheit, deren Öffnen durch eine magnetische Rückschlagspule einleitbar ist, einem parallel zur Unterbrechereinheit geschalteten Schwingkreis, bestehend aus einer Reihenschaltung eines mit der Hauptgleichstromlei­ tung verbundenen Kommutierungskondensators, einer Drossel­ spule und einer ersten Schalteinrichtung, wobei ein Ende des Kommutierungskondensators mit dem speiseseitigen Anschluß der Hauptgleichstromleitung und das andere Ende des Kommu­ tierungskondensators über einen Ladewiderstand mit einer negativen Sammelleitung der Hauptgleichstromleitung verbun­ den ist und die Anordnung so getroffen ist, daß die erste Halbschwingung des Resonanzstromes in der Rückschlagspule eine magnetische Rückschlagkraft erzeugt und die zweite gegenpolige Halbschwingung des Resonanzstromes einen Gegen­ strom in der Unterbrechereinheit erzeugt, die die obige Aufgabe löst, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus der magnetischen Rückschlagspule und einer zweiten Schalteinrichtung unmittelbar parallel zum Kommutierungskondensator geschaltet ist, wobei die zweite Schalteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie den Resonanz­ strom durch den Schwingkreis nach einer Halbschwingung des Resonanzstromes blockiert.

Die Patentansprüche 2 bis 7 kennzeichnen jeweils eine vor­ teilhafte Ausbildung davon.

Die anspruchsgemäß vorgeschlagene Unterbrecheranordnung er­ möglicht eine kostengünstige Lösung, die vorteilhafterweise einfach aufgebaut ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines vorgeschlagenen Aus­ führungsbeispiels eines Gleichstromunter­ brechers; und

Fig. 2 und 3 Schaltbilder weiterer vorteilhafter Aus­ führungsbeispiele.

In der ein erstes Ausführungsbeispiel der Gleichstromunter­ brecheranordnung darstellenden Fig. 1 liegt eine Unterbre­ chereinheit 2 in Reihe zu einer Hauptgleichstromleitung 1, und parallel zur Unterbrechereinheit 2 eine Reihenschaltung aus einem Kommutierkondensator 3, einer Drosselspule 4 und einem ersten Schalter 5, der einen Thyristor oder eine Triggerfunkenstrecke aufweisen kann.

1 a bezeichnet einen speiseseitigen Anschluß der Hauptgleich­ stromleitung 1 und 1 b einen lastseitigen Anschluß der Haupt­ gleichstromleitung 1. 7 a bezeichnet einen speiseseitigen Anschluß und 7 b einen lastseitigen Anschluß einer negativen Sammelleitung 7. Außerdem ist zwischen den lastseitigen Anschlüssen 1 b und 7 b eine Last 8 geschaltet. Zwischen den speiseseitigen Anschlüssen 1 a und 7 a ist eine Gleichstrom­ speisequelle V eingeschaltet.

Der Kommutierungskondensator 3 liegt mit einem Ende direkt am speiseseitigen Anschluß 1 a einer Hauptgleichstromleitung 1 und ist mit seinem anderen Ende über einen Ladewiderstand 9 und eine Diode 10 mit einer negativen Sammelleitung 7 der Hauptgleichstromleitung 1 verbunden. Außerdem ist der Kommu­ tierungskondensator 3 parallel zu einer eine magnetische Rückschlagspule 11 und einen weiteren Thyristorschalter 12, der einen zweiten Schalter bildet, aufweisende Reihenschal­ tung geschaltet.

Nun werden die Umschaltvorgänge des Gleichstromunterbrechers gemäß der Erfindung anhand der Fig. 1 näher erläutert.

• I. Der Kommutierungskondensator 3 wird normalerweise direkt von der Gleichstromspeisequelle V der Hauptgleichstromlei­ tung 1 durch den Ladewiderstand 9 und die Diode 10 geladen, wie das Symbol + am Kommutierungskondensator zeigt (Lade­ strom ).
• II. Dann wird der zweite Thyristorschalter 12 eingeschaltet, mit dem Ergebnis, daß der Kommutierungskondensator 3 durch eine Stromschwingung über die magnetische Rückschlagspule 11 und den zweiten Thyristorschalter 12 entladen wird. Wenn die Stromschwingung durch die magnetische Rückschlagspule 11 fließt, wird eine magnetische Gegenkraft erzeugt, die die Öffnung der Unterbrechereinheit 2 startet. Die Stromschwin­ gung wird zum Zeitpunkt des Nulldurch­ gangs der Halbschwingung des Stroms durch den zweiten Thyristor­ schalter 12 blockiert, wodurch die Laderichtung des Kommutierungs­ kondensators 3 umgekehrt wird, wie das Symbol (+) darstellt.
• III. Wenn der erste Thyristorschalter 5 mit dem Öffnen der Leitungsunterbrechereinheit 2 einschaltet, fließt ein Entladestrom entgegengesetzt zum Hauptstrom in der Unterbrechereinheit 2 vom Kommutierungskondensator 3 durch die Drosselspule 4 und den ersten Thyristorschalter 5, so daß der in der Unterbrechereinheit 2 fließende Strom zu Null wird, mit dem Ergebnis, daß der Bogen der Unter­ brechereinheit 2 gelöscht wird.
• IV. Sobald der Bogen der Unterbrechereinheit 2 vollständig gelöscht und der Stromkreis unterbrochen ist, fließt der Kommutierungsstrom durch die Gleichstromspeisequelle V, den Kommutierungskondensator 3, die Drosselspule 4, den ersten Thyristorschalter 5, die Last 8 und die negative Sammel­ leitung 7 in dieser Reihenfolge.

Vorschlagsgemäß ist eine die magnetische Rückschlagspule 11 und den Thyristorschalter 12 aufweisende Reihenschaltung parallel zum Kommutierungskondensator 3 ge­ schaltet, und letzterer ist über den Ladewiderstand 9 und die Diode 10 mit der negativen Sammelleitung 7 und der Speiseseite der Leitung 1 verbunden. Auf diese Weise wird der Kommutierungskondensator 3 auf seiner linken Seite in Fig. 1 von der Gleichstromleitung 1 positiv durch den Ladewiderstand 9 und die Diode 10 unabhängig von dem offenen oder geschlossenen Zustand der Unterbrechereinheit 2 aufge­ laden. Nach Ausgabe eines Unterbrecherbefehls für die Unterbrechereinheit 2 wird der zweite Thyristorschalter 12 eingeschaltet, und der Kommutierungskondensator 3 durch Resonanz durch die magnetische Rückschlagspule 11 und den zweiten Thyristorschalter 12 entladen. Wenn die Strom­ schwingung durch die magnetische Rückschlagspule 11 fließt, wird dadurch eine magnetische Rückschlagkraft erzeugt, die das Öffnen der Unterbrechereinheit 2 startet. Diese Stromschwingung wird durch den zweiten Thyristorschalter 12 beim Nulldurchgang des Stroms nach der ersten Halbwelle blockiert, und die Laderichtung des Kommutierungs­ kondensators 3 dreht sich um, wobei dann die in Fig. 1 rechts dargestellte Seite des Kommutierungskondensators positiv wird. Wenn die Unterbrechereinheit 2 ganz geöffnet ist, schaltet der erste Thyristorschalter 5 ein, so daß der Kommutierungskon­ densator 3 über die Drosselspule 4, den ersten Thyristor­ schalter und die Unterbrechereinheit 2 durch den Resonanz­ vorgang des Schwingkreises entladen wird. Als Ergebnis wird der Unterbrecherein­ heit 2 ein Strom zugeführt, der in umgekehrter Richtung zum Hauptstrom fließt, der somit einen Punkt mit der Stromstärke Null erreicht. Die Unterbrechereinheit 2 wird deshalb gelöscht, und der Leitungsstrom kommutiert zum Kommutierungskondensator 3, wodurch der Unterbrechungsvorgang beendet ist.

Allgemein hat das Ausgangssignal der zum Umkehren der Laderichtung des Kommutierungskondensators 3 dienenden magnetischen Rückschlagspule 11 einen mit der Erhöhung des Abstandes von dem entgegengesetzt dazu angeordneten leitenden Kurzschlußring scharf abfallenden Verlauf, und der Hauptteil des wirksamen Ausgangssignals der magnetischen Rückschlagspule 11 wird während der Halbschwingung des Stroms erzeugt. Deshalb verringert sich das Ausgangssignal nicht wesentlich, falls der Resonanz­ strom der magnetischen Rückschlagspule 11 in der Halbschwingung blockiert ist. Durch dieses Blockieren des Stroms in der Halbschwingung läßt sich somit die Energie, die sonst von dem Wirk- Widerstand der folgenden Schaltungsteile verbraucht würde, als Kommutierungsenergie verwenden. Dadurch ist die Verringerung der Gesamtladeenergie für den Kommutierungskondensator möglich.

Fig. 2 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Unterbrecher­ anordnung dar, bei der die Drosselspule 4 von Fig. 1 an anderer Stelle angeordnet ist. Genauer kann in Fig. 2 die Drosselspule 4 an jeder der eingezeichneten Stellen 4 a oder 4 b angeordnet sein und hat trotzdem dieselbe Wirkung wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiel.

Weiterhin kann die Drosselspule 4 auch durch die Reaktanz L des Drahts gebildet sein.

Fig. 3 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar. Hierbei wird anstatt der den ersten und zweiten Schalter in Fig. 1 bildenden Thyristoren eine Trigger­ funkenstrecke eingesetzt, die dieselbe Wirkung wie die Thyristorschalter 5 und 12 beim ersten Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 1 hat.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Kommutierungskondensator 3 direkt von der Speiseseite der Hauptgleichstromleitung 1 geladen werden, und deshalb läßt sich eine vorgegebene Ladespannung und Richtung unabhängig vom offenen oder geschlossenen Zustand der Unterbrechereinheit 2 erreichen, wodurch eine eigene Ladeeinheit entfallen kann. Die Zuver­ lässigkeit der Gleichstromleitung 1 wird somit verbessert und gleichzeitig eine kostengünstige Gleichstromunter­ brechereinheit ermöglicht. Außerdem wird die im Kommutierungskon­ densator 3 gespeicherte Energie wirksam eingesetzt, wodurch dessen Kapazität verringerbar ist.

Die Unterbrechereinheit 2 kann als Vakuumunterbrecher, Gasunterbrecher oder Luftunterbrecher ausgebildet sein, wobei der Vakuumunterbrecher angesichts der Tatsache, daß er eine überragende Hochfrequenzstrom­ unterbrechereigenschaft besitzt, am besten geeignet ist, indem die Entlade­ stromschwingung der aus Kommutierungskondensator 3 und Drosselspule 4 gebildeten Kommutierschaltung mit hoher Frequenz zugeführt werden kann, um die Kapazität des Kommutierungskondensators 3 zu verringern und indem ein kleiner Öffnungshub eine ge­ nügende Löschfunktion für eine geeignete Anwendung bei sehr schnellen Unterbrechern ermöglicht.

Statt der magnetischen Rückschlagspule 11, die zur Umkehrung der Laderichtung des Kommutierungs­ kondensators 3 dient, kann auch jede zum Antrieb des Öffnungsvorgangs der Unterbrechereinheit 2 geeignete Spule mit der gleichen Wirkung verwendet werden.

Claims (8)

1. Anordnung zum Unterbrechen von Gleichströmen mit

• - einer in eine Hauptgleichstromleitung (1) eingefügten Unterbrechereinheit (2), deren Öffnen durch eine magne­ tische Rückschlagspule (4) einleitbar ist,
• - einem parallel zur Unterbrechereinheit (2) geschalteten Schwingkreis, bestehend aus einer Reihenschaltung eines mit der Hauptgleichstromleitung verbundenen Kommutie­ rungskondensators (3), einer Drosselspule (4; 4 a, 4 b) und einer ersten Schalteinrichtung (5), wobei ein Ende des Kommutierungskondensators (3) mit dem speiseseitigen Anschluß (1 a) der Hauptgleichstrom­ leitung (1) und das andere Ende des Kommutierungskon­ densators (3) über einen Ladewiderstand (9) mit einer negativen Sammelleitung (7) der Hauptgleichstromleitung verbunden ist und die Anordnung so getroffen ist, daß die erste Halbschwingung des Resonanzstromes in der Rückschlag­ spule (11) eine magnetische Rückschlagkraft erzeugt und die zweite gegenpolige Halbschwingung des Resonanzstro­ mes einen Gegenstrom in der Unterbrechereinheit er­ zeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus der magnetischen Rückschlag­ spule (11) und einer zweiten Schalteinrichtung (12) un­ mittelbar parallel zum Kommutierungskondensator geschal­ tet ist, wobei die zweite Schalteinrichtung (12) so aus­ gebildet ist, daß sie den Resonanzstrom durch den Schwing­ kreis nach einer Halbschwingung des Resonanzstromes blockiert.

2. Unterbrecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselspule (4) zwischen dem Verbin­ dungspunkt des Kommutierungskondensators (3) mit dem Ladewiderstand (9) und der ersten Schalteinrichtung (5) eingeschaltet ist (Fig. 1, 3).

3. Unterbrecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselspule (4 a) zwischen dem Verbin­ dungspunkt des Kommutierungskondensators (3) mit der zwei­ ten Schalteinrichtung (12) und dem speiseseitigen Anschluß (1 a) der Hauptgleichstromleitung (1) eingeschaltet ist.

4. Unterbrecheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselspule (4 b) zwischen der ersten Schalteinrichtung (5) und dem lastseitigen Anschluß (1 b) der Hauptgleichstromleitung (1) eingeschaltet ist.

5. Unterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schalteinrichtung (5, 12) Thyristoren aufweisen.

6. Unterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schalt­ einrichtung (5, 12) Triggerfunkenstrecken aufweisen.

7. Unterbrecheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinheit (2) ein Vakuumunterbrecher ist.