DE2700148A1

DE2700148A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2700148A1
Application number: DE19772700148
Authority: DE
Inventors: Albert Metzler
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1977-01-04
Publication date: 1977-07-21
Also published as: US4068273A; JPS5286143A; FR2337930A1; JPS5613968B2; GB1503867A

Description

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Patentanwalt
Dipl.Phys. Leo Thul
Stuttgart

Λ.Metzler 1 ' «

International Standard Electric Corporation, New York

Leis tungsschalter

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrom-Leistungsschalter und betrifft eine Vorrichtung zum Schalten elektrischer Leistung in einem wenigstens einphasigen Leistungskreis.

Eines der wesentlichsten Probleme auf dem Gebiet der elektrischen Leistungsschalter ist die Erosion des Kontaktmaterials infolge einer Lichtbogenbildung beim Öffnen und Schließen des Leistungsschalters. Dieses Problem wird bei rückwirkender Last noch zusätzlich erschwert. Dem Wesen nach fallen alle Wechselstrommaschinen in diese Kategorie, weil sie eine induktive Belastung höherer oder minderer Größe darstellen, ja sie stellen sogar die Mehrzahl aller Wechselstrom-Schaltungen mit wesentlichen Leistungen. Die Erfindung dient ausschließlich der Wechselstrom-Leistungsschaltung in einphasigen oder mehrphasigen Kreisen.

Abgesehen von den bekannten Methoden, wie dem Eintauchen des Wechselstrom-Leistungsschalters in eine inerte Flüssigkeit, dem Raffinieren des Kontaktmaterials, sowie der

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Entwicklung von Lichtbogen-Löschvorrichtungen, von Einrichtungen zur Verhinderung des Schalterprellens und von Vakuumschaltern, hat man in letzter Zeit große Anntrenf^uncen gemacht, elektronische Festkörper-Vorrichtungen genauer zu steuern. Verwendet wurden hierfür Festkörper-Bauelemente wie steuerbare Siliz i urngleichr icliter Steuerbare Si Iiziumgleichrichter mit großer Strombelastbarkeit und angemessenen Spannungscharakter istika sind im Handel erhältlich. Diesen Charakteristika zufolge wird der steuerbare Siliziumgleichrichter entweder· als einziges Schaltelement: in V/echsel Stromkreisen oder¹ auch im Zusammenwirken mit üblichen mechanisch wirkenden Schaltkontakten verwendet.

Beispiele solcher Anordnungen, bei denen eine Festkörpervorrichtung ohne mechanische Scha Ltkontakte das wesentliche Schaltelement darstellt, sind aus US-I¹S 3 881 118, 3 5 51 701, 3 7S3 04 4, 3 4 5b 133, 3 581 114 bekannt.

Beispiele von Anordnungen, bei denen eine Festkörper-Vorrichtung und mechanische Schaltkontakte verwendet sind, sind aus US-I'S 3 812 38?, 3 7 90 8G3, 3 /OG 087 und 3 471 073 bekannt.

In der [Erfindung ist der Schalter in leistungsführenden Stromkreisen zum einen elektromechanisch und zum anderen als Fer.it körper schalter ausgeführt.

Aus dem oben erwähnten Sehr i ft turn ist auch die Anwendung genau steuerbarer Festkörpor-Vorricht.ungen wie Thyristoren oder steuerbare Si 1iζiumgJeichrichter bekannt, mittels

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welcher sich ein Schalteröffnen oder Schalterschließen bei Spannung Null oder Strom Null in der Wellenform der Wechselspannung oder des Wechselstromes bewerkstelligen läßt.

Ein wesentlicher Nachteil in diesen "vollelektronischen" Festkörper-Schaltungsanordnungen ist es aber, daß das Potential der Festkörper-Vorrichtung den Spannungs- und Stromwellen im Schaltkreis zwischen Netz und Last ausgesetzt ist.

Darüber hinaus ist der durch die steuerbaren Siliciumgleichrichter oder andere Festkörper-Vorrichtungen bereitgestellte Strompfad zufälligen Zündungen oder Fehlzündungen unterworfen. Häufig wird daher ein gewöhnlicher mechanischer Schaltkontakt in Reihe zur Festkörper-Vorrichtung eingeschaltet, um diese ungewollten Zündungen zu eliminieren.

In all den bekannten Anwendungsbeispielen müssen die Festkörper-Vorrichtungen für den vollen Laststrom ausgelegt sein. Dies bedingt die ausschließliche Verwendung großer und teuerer Festkörper- Bauelemente mit großer Wärmeableitfähipkeit.

In der Anordnung gemäß der Erfindung ist ein erster Schalter mit Kontakten vorgesehen, von denen jeder an eine der Phasen der Stromquelle geschaltet ist. Daneben ist ein zweiter Schalter mit zwei Kontakten vorgesehen. Mittels der zwei Kontakte des zweiten Schalters können zwei von

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drei Phasenleitern einer Drehstromquelle unterbrochen werden, und damit alle Strompfade zu einer dreiphasigen Last in Dreieck- oder Sternschaltung. Ist bei einer Sternschaltung der Mittelpunktleiter herausgeführt, so ist der zweite Schalter dementsprechend mit drei Kontakten versehen. In einem einphasigen System wird demgemäß der erste Schalter einen Kontakt im Phasenleiter aufweisen. Parallel zu jedem Kontakt des zweiten Schalters sind zwei antiparallel geschaltete Festkörper-Vorrichtungen, vorzugsweise steuerbare Siliziumgleichrichter, angeordnet.

Dann ist eine Schaltverzögerungs- und Verriegelungsanordnung mit der folgend beschriebenen Wirkungsweise vorgesehen :

Zu Beginn sind der erste und der zweite Schalter geöffnet; die Last und alle Stromkreise sind stromlos. Zur Speisung der Last wird der erste Schalter geschlossen. Dann wird der die steuerbaren Siliziumgleichrichter enthaltende Kreis gespeist und kurzzeitig später erfolgt deren Zündung im Nulldurchgang der Spannung. Die steuerbaren Gleichrichter bleiben auch nach dem Schließen des zweiten Schalters, wodurch sie überbrückt sind, gezündet. Der zweite Schalter wird erst nach Ablauf eines bestimmten Zeitverzögerungsintervalls nach dem Schließen des ersten Schalters geschlossen. Dementsprechend wird der erste Schalter erst nach Ablauf eines zweiten Zeitverzögerungsintervalls nach dem Üffnen des zweiten Schalters geöffnet.

Die Schaltfolge kann manuell oder selbsttätig, wie nachfolgend beschrieben, vorgenommen werden:

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Beim Öffnen des Kreises wird der zweite Schalter zuerst geöffnet, dann nehmen die steuerbaren Siliziumgleichrichter selbsttätig während des Zeitverzögerungsintervalls den Laststrom auf, beenden aber ihre Leitfähigkeit im darauf folgenden Nulldurchgang des Stromes der Wechselstromwellenform definiert in jeder Phase. Das zweite Zeitverzögerungsintervall ist unkritisch: es erstreckt sich ähnlich dem ersten auf wenigstens ein paar Halbwellen der Wechselstromwellenform. Danach wird der erste Schalter geöffnet.

Es ist ersichtlich, daß beim Schließen des ersten Schalters nur ein geringer Stromfluß stattfindet, der lediglich die Meßkreise versorgt und der unterbrochen wird, wenn die steuerbaren Siliziumgleichrichter den Laststrom in jeder Phase abgeschaltet haben. Durch den zweiten Schalter wird nur im eingeschwungenen Zustand ein Laststrom in jedem Phasenzweig geschaltet und ein geringerer Strom abgeschaltet, weil die steuerbaren Siliziumgleichrichter bis zur Unterbrechung durch den zweiten Schalter den Strom führen.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die Schaltkontakterosion infolge des Lichtbogens praktisch eliminiert ist. Die einzelnen Kontakte der beiden Schalter müssen nur für den Strom im eingeschwungenen Zustand ausgelegt sein. Dies ist sehr wirtschaftlich. Die Lebensdauer der Schaltkontakte läßt sich erheblich vergrößern. Es muß kein teueres und ausgefallenes Kontaktmaterial verwendet sein.

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Weiterhin arbeiten die steuerbaren Siliziumgleichrichter nur in einem kleinen Anschnittsteuerbereich (It Nennwert). Sie können daher bedeutend kleiner sein als die in den bekannten Anordnungen erforderlichen. Dementsprechend ist die Wärmeverlustleistung niedrig, so daß die bei bekannten Leistungsschaltern gebräuchlichen Wärmeableitvorrichtungen nicht erforderlich sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert; es zeigen :

Figur 1 das Blockschaltbild des Leistungsschalters j

Figur 2 das elektrische Schaltbild eines der Meßkreise aus der Figur 1 mit gesteuerten Siliziumgleichrichtern;

Figur 3 das elektrische Schaltbild des 10 kilz-Impulsgenerators aus der Figur 1;

Figur 4 das elektrische Schaltbild einer Schaltverriegelungssteuereinheit gemäß der Figur 1.

Die Beschreibung bezieht sich auf ein Dreileiter-Drehstromnetz in Dreieck- oder Sternschaltung; es können aber auch einphasige oder andere mehrphasige Anordnungen verwendet sein. In der Zeichnung sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Gemäß der Figur 1 ist ein Schalter Sl mit gekuppelten Schaltkontakten Sl(a), SKb) und SKc) vorgesehen, um

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die mittels dreier Phasenleiter 0a, 0b und 0c zugeführte Eingangsleistung der Vorrichtung zu schalten. Die Eingangsleistung wird über die Schaltkontakte des Schalters Sl durch die Leitungen 1, 2 und 3 weitergeführt. Die Leitungen 1 und 2 speisen jeweils thyristorisierte Meßkreise 11 und 12 sowie gleichfalls miteinander gekuppelte Schaltkontakte S2(a) und S2(b). Λη die Ausgänge der Meßkreise 11 und 12 sind jeweils in Serie die Primärwicklungen von Meßtransformatoren CTl und CT2 geschaltet. Die ausgangsseitigen Phasenleiter 0a¹ und 0b' sind entsprechend mit den Schaltkontakten des Schalters S2 und über die Primärwicklungen der Meßtransformatoren mit jeweils einem der Meßkreise verbunden, wie in der Figur 1 dargestellt ist.

Zum vollständigen Abschalten der Versorgungsspannung enthält der Schalter Sl drei gekuppelte Schaltkontakte; der dem Schaltkontakt Sl(c) zugeordnete dritte Kontakt des Schalters S2 kann aber entfallen, wie dies nachfolgend noch erläutert ist.

Zwischen den Leitungen 1 und 3 ist ein Gleichrichter 13 in Drehstrom-Brückenschaltung gestaltet. Der Gleichrichter 13 versorgt einen 10 kHz-Impulsgenerator 14 und jeweils eine UND-NICHT-Schaltung mit gefiltertem Gleichstrom. Die UND-NICHT-Schaltung besteht im wesentlichen aus einem Transistor Q2 und einem Zeitgebermodul TNl bzw. einem Transistor Q3 und einem Zeitgebermodul TN2, sowie zugehörigen Bauelementen, wie dies in der figur 1 dargestellt ist. Die vom Gleichrichter 13 erzeugte Gleichspannung liegt über einer Zenerdiode 19 an, die so gepolt ist, daß Leitungen 20 und 21 entsprechendes positives und negatives Potential führen.

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Leitungen 30 und 31 stellen die magnetische Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung der Impulstransformatoren Tl und T2 dar. Die Primärwicklungen dieser Transformatoren sind Bestandteile des Impulsgenerators m, wohingegen die Sekundärwicklungen entsprechend in die Meßkreise 11 und 12 geschaltet sind. Die Leitungen 30 und 31 sind also keine elektrischen Verbindungsleitungen per se, sondern symbolisieren die magnetische Kopplung. Der Impulsgenerator 14 wird über Leitungen 15 und 16 mit Gleichstrom versorgt. An seinem mit Leitungen 17 und 18 verbundenen Anschluß wird die Zündung der Thyristoren in den Meßkreisen 11 und 12 in Übereinstimmung mit dem Einfluß der vorerwähnten UND-NICHT-Schaltung überwacht.

Gemäß der Figur 2 sind die Meßkreise 11 und 12 im Einzelnen dargestellt. Die Meßkreise 11 und 12 können identisch ausgebildet sein. Jeder der Meßkreise umfaßt ein Paar antiparallel geschalteter Thyristoren SCRl und SCR 2. Die Kathode des Thyristors SCRl und die Anode des Thyristors SCR2 sind an die Eingangsklemmen 32 (oder 34 beim Meßkreis 12) geschaltet; die Anode des Thyristors SCRl und die Kathode des Thyristors SCR2 sind zusammengeschaltet und mit der Leitung (Meßkreis 11) bzw. 35 (Meßkreis 12) verbunden. Die einzige weitere Außenverbindung innerhalb der Meßkreise 11 und 12 ist die Kopplung der Transformatoren Tl und T2 des Impulsgenerators 14 (30, 31 in der Figur 1).

Die Figur 3 zeigt den Impulsgenerator 14 gemäß der Figur 1. Der Impulsgenerator 14 besteht im wesentlichen aus einem 10 kHz-Oszillator. Dieser Oszillator ist als integrierter

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Gchaltkreismodul dargestellt; hierfür kann ein marktüblicher Modul, beispielsweise Typ ME 555 der Firma Signetics Corp., verwendet sein. Die Widerstände R2, R3 und der Kondensator C2 sind so dimensioniert, daß der Oszillator ein entsprechendes Versorgungspotential zwischen den Leitungen 16 und 15 erhält und in etwa bei 10 kHz arbeitet. Die 10 kHz Frequenz muß nicht exakt eingenalten werden, d.h. geringfügige Abweichungen der Spannungen, Frequenzen, Schwellenwerte und andere beeinträchtigen die Wirkungsweise der Anordnung nicht.

Ein Drehstromsystem mit 220/240 Volt pro Phase oder 440/480 Volt pro Phase, wie sie in den USA auftreten können, und die spezifischen Parameter können auf jede der einzelnen Betriebsspannungen optimal angepaßt werden. Eine beträchtliche Spannungsabweichung kann mit denselben Widerstand- und Kondensatorwerten aufgenommen werden, beispielsweise kann ein Hrehstromsystem mit 220/240 Volt Nennspannung mit einer 120/208 Volt Quelle in Drehstromsternschaltung mit herausgeführtem Mittelpunkt versehen sein.

Der Ausgang des 10 kHz-Oszillatormoduls ist an zwei Dioden CR8 und CR9 gelegt, die nur für negative Impulse durchlässig sind. Die Dioden CR8 und CRO sind durch die Widerstände RS und R4 vorgespannt, und die Leitungen 18 undl7 speisen die UND-NICHT-Schaltung. Falls ein Sperren durch andere Schaltkreismittel erfolgt, werden die Impulse nicht über die Kondensatoren C4 bzw. CS auf die Primärwicklungen der Transformatoren Tl bzw. T2 geleitet und erreichen daher auch nicht die Meßkreise 11 und 12.

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Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende:

Zu Beginn sind die gekuppelten Schalter Sl und S2 beide geöffnet. Dann wird der Schalter Sl manuell, durch bekannte mechanische Mittel oder durcli einen in Verbindung mit der Figur 4 noch zu beschreibenden elektrischen Verriegelungskreis geschlossen. Der Schalter S2 bleibt eine Zeitlang geöffnet. Die drei Phasenleiter 0a, 0b, 0c werden an die Meßeingänge 32, 33 der Meßkreise 11 und 12 und direkt an den ausgangsseitigen Phasenleiter 0c¹ gelegt. Die Thyristoren SCRl und SCR2 in jedem Meßkreis werden nicht unverzüglich gezündet, und der Schalter S2 ist nach wie vor geöffnet, so daß keine Leistung an die Last gelangt.

Der Kondensator Cl in der Figur 1 wirkt zum einen als Glättungskondensator für die vom Gleichrichter 13 gelieferte Gleichspannung. Darüber hinaus verzögert er aber auch den Start des Impulsgenerators 14 um etwa 4 ms, um ein willkürliches Schalten der Thyristoren SCRl und SCR2 in den Meßkreisen 11 und 12 in der Anfangshalbwelle der Netzspannung nach dem Schließen des Schalters Sl zu vermeiden. An dieser Stelle sei erwähnt, daß die genannten Zeitverzögerungen sich auf eine Netzfrequenz von 60 Hz

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beziehen. Es können aber auch niedrige/oder höhere Netzfrequenzen verwendet sein, die sich einfach anpassen lassen.

Sobald der Impulsgenerator 14 nach Ablauf der 4 ms arbeitet, treten Impulse an der Sekundärwicklung der Transformatoren Tl und T2 auf (Figur 2). Diese Impulse liegen dann an einem aus einem Widerstand R8 und einer Diode CR4 gebildeten

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Netzwerk an, wenn sie nicht durch die Wirkung eines Transistors Ql gesperrt sind. Ein solches Sperren wird bewirkt, wenn der Transistor Ql leitend ist, es sei denn, die Netzspannung durchläuft gerade den Nulldurchgang mit einer Toleranz von ca. - 10 Volt; in der Zeit wird der Transistor Ql nicht in seinen leitenden Zustand gebracht. Wenn die Augenblickwerte der Netzspannung ungefähr den Wert von 10 Volt (Spitzenspannung) übersteigen, der durch den Strompfad RIO, CRl, CRU, R6, CR6 und R12 festgesetzt ist, liefert dieses Netzwerk einen Teil der Netzspannung zur Basis des Transistors Ql. Der Widerstand R7 dient dem Transistor Ql, der Widerstand R9 einem Thyristor SCR3 als Ableitsicherung. Der durch die Zusammenschaltung der Diode CRU, dem Widerstand R8 und dem Kollektor des Transistors Ql gebildete Schaltpunkt kann entsprechend als geklammert angesehen werden und verhindert den Durchgang der Impulse von der Sekundärwicklung der Transformatoren Tl und T2, um die Steuerelektroden der Thyristoren SCRl und SCR2 zu zünden; dies geschieht jedoch nicht in der Nähe des Nulldurchgangs der Netzspannung. Der aus RIO, CRl, CRU, SCR3 und R12 gebildete Strompfad liefert genügend Strom, um die Diode CR7 während der einen Netzhalbwelle und die Diode CR6 während der anderen Netzhalbwelle in Vorwärtsrichtung zu betreiben. Es fließt dann ein Strom in dieser Vorwärtsrichtung durch die entsprechenden Dioden CR6 und CR7 zum Steuergitter der Thyristoren SCRl und SCR2 im oder in der Nähe des Spannungsnulldurchganges in jedem der Meßkreise 11 und 12. Die Thyristoren SCRl und SCR2 geben den Kontakt in der positiven und der negativen Netzspannungsrichtung.

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Die Dioden CR2, CR3, CR5, CR6 bilden eine Brückenschaltung, um in beiden Stromhalbwellen einen Strompfad für den Thyristor SCR3 bereitzustellen.

Das Zünden der Thyristoren SCRl und SCR2 wird abgefragt durch den Stromtransformator CTl in der Phasenleitung A und CT2 in der Phasenleitung B, wie in der Figur 1 dargestellt. Hierdurch wird ein Ansteuerungsstrom bereitgestellt, durch welchen der Transistor Q2 in der UND-NICHT-Schaltung zusammen mit dem Meßkreis 11 (oder der Transistor Q^ in der UND-NICHT-Schaltung, die dem Meßkreis zugeordnet ist) während der wechselnden Halbwellen der Netzspannung infolge des Widerstandes R21 (R30) durchgeschaltet wird. Der Widerstand R22 (R31) stellt eine Ableitsicherung für denTransistor Q2 (Q3) dar. Unter Ableitsicherung wird verstanden, daß ein Widerstand mit einem wesentlich niedrigeren Wert als der wirksame Emitter-Kollektor-Widerstand des Transistors Q2 oder Q3 im nicht leitenden Zustand bereitgestellt ist.

Dioden CRlO (CRIl) bewirken den vollen Wechselstromfluß in der Sekundärwicklung des Meßtransformators CTl (CT2). Infolge der Leitfähigkeit des Transistors Q2 (Q3) werden die Impulse über den Kondensator C7 (C9) an den Triggereingang des Zeitnetzwerkes von TNl (TN2) gekoppelt. Das Zeitnetzwerk enthält die Widerstände RlH (R23), R15 (R2U), R16 (R25), R18 (R27), R17 (R26), den Kondensator C6 (C8) und einen Zweifach-Zeitgeber-Modul, dessen eine Hälfte bei TNl und dessen andere Hälfte bei TN2 dargestellt ist. TNl und TN2 sind handelsübliche integrierte Schaltkreise, welche

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"einklinken" und dabei eine fortwährende elektrische Masseverbindung an ihrer Anschlußklemme 3 abgeben. Die Rückstellung von TNl und TN2 wird nur nach dem Öffnen des gekuppelten Schalters Sl bewerkstelligt, wobei der Gleichrichter stromlos wird und die Spannung zwischen den Leitungen 20 und 21 auf Null zurückfällt. Mit der "Einklink"-Stellung von TNl und TN2 werden die Impulse des Impulsgenerators IU gesperrt und die Sperrleitungen 17 und 18 wirksam an Masse gelegt. Die Aus-Zeit der Zeitgeber TNl und TN2 erscheint immer dann, wenn das augenblickliche Potential des Anschlusses 6 des Zeitgebers TNl oder TN2 ungefähr 60 % der durch die Zenerdiode 19 geregelten maximalen Versorgungsspannung erreicht. Infolge der Widerstände R16 (R25) und R18 (R27)wird der Kondensator C6 (C8) auf 30 % dieser Versorgungsspannung innerhalb von ca. 50 ms aufgeladen. Die vom aus den Widerständen R19 und R20 (R28 und R2 9) gebildeten Spannungsteiler über den Kondensator C7 (C9) gekoppelte Impuls amplitude beläuft sich auf ca. HO % des Wertes der Versorgungsspannung, z.B. der Spannung zwischen den Leitungen 15 und 16. Die Summe dieser beiden Spannungen überschreitet sofort 60 % der über der Zenerdiode 19 anliegenden Versorgungsspannung und verhindert das Zünden des Thyristors SCR3 (Figur 3), so daß Leistung aus der Last ca. 50 ms lang nach dem Bereitstellen zurückfließen würde, wenn nicht die Schaltkontakte des Schalters S2 manuell oder anderweitig innerhalb dieser Zeit geschlossen werden. Dies kann für jede passende Folgesteuerung in geeigneter Weise durch die Schließzeit des Schalters S2 angepaßt sein, wie sie infolge anderer Schaltmittel

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vorgeschrieben ist. Damit wird ein Überhitzen der Hauptthyristoren SCRl und SCR2 auch dann vermieden, wenn der Schalter S2 nicht rechtzeitig schließt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es eine der wichtigsten Eigenschaften der Erfindung im Hinblick auf die bekannten Festkörper-Leistungsschalter ist, daß der Nutzungsfaktor des Thyristors SCRl niedrig ist, und deshalb Thyristoren mit beispielsweise sehr viel geringerer Wärmeabsenkung verwendet werden können.

Während des normalen Betriebes ist der Schalter S2 geschlossen, ehe die Spannung am Kondensator C6 (C8) 20 % der über der Zenerdiode 19 anstehenden Spannung erreicht. Bei geschlossenem Schalter S2 wird der Laststrom von den Thyristoren von der Leitung 1 über die Leitung 4 umgeleitet, weil die Schaltkontakte des Schalters S2 parallel zu den Thyristoren geschaltet sind. Beim Schließen des Schalters S2 ist der Stromfluß durch die Primärwicklung der Meßtransformatoren CTl und CT2 unterbrochen. Dann befinden sich die Transistoren Q2 (Q3) in ihrem gesperrten Zustand, und es werden keine Impulse mehr über den Kondensator C7 (C9) geführt, so lange, bis der beschriebene Vorgang wieder von neuem beginnt. Es wird ein gleichmäßiger und stabiler Zustand erreicht, bei welchem die Gchaltkontakte der Schalter Sl und S2 den Laststrom führen; dazu ist weder das Schliessen mittels eines plötzlichen Spannungsstoßes noch eine Unterbrechung mittels einer höheren Wechselspannung oder mittels eines höheren Stromflusses erforderlich. Der Kondensator C6 (C8) wird auf 30 % der über der Zenerdiode anliegenden Spannung geladen; dementsprechend befindet sich der Anschluß 3 der Zeitgeber im Aus-Zustand (nicht am elektrischen Massepotential).

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Um die Leistung von der Last abzuschalten, wird zuert der Schalter S2 geöffnet. Dies kann bei jedem willkürlichen Außenblickswert der Netzwechselspannung, bei jedem Spannungswert nach Plus oder Minus, geschehen. Die Meßkreise 11 und 12 nehmen sofort den Laststrom auf. Ein Teil des Netzstroms wird beim Öffnen des Schalters S2 über den Widerstand RIO abgeleitet. Die Dioden CRl und CR4 und der Widerstand R12 führen diesen Strom. Dies führt dazu, daß sofort die Steuerelektroden der Thyristoren SCRl und SCR2 angesteuert werden. Mittels des Kondensators C5 und des Widerstandes R6 tritt eine genügend große Zeitverzögerung auf, in welcher der Transistor Ql leitend wird und mehrere Impulse an die Sekundärwicklung des Impulstransformators Tl (im Meßkreis 12 an die Sekundärwicklung des Impulstransformators T2) gelangen. Damit wird der relativ kleine Thyristor S_%CR3 gezündet, um sicherzustellen, daß der Netzstrom sofort von den Thyristoren SCRl und SCR2 entsprechend der augenblicklichen Polarität der Halbwellen beim Öffnen der Schaltkontakte des Schalters S2 aufgenommen wird.

In der Zeit, in der die beiden Schalter Sl und S2 geschlossen sind, arbeiten der Gleichrichter 13 und der Impulsgenerator 14. Daher tritt keine der vorbeschriebenen Zeitverzögerung beim Einsatz des Schalters Sl vergleichbare Verzögerung auf.

Im Zusammenhang damit fließt dann der Netzstrom durch die Primärwicklung/der Meßtransformatoren CTl und CT2; die Transistoren Q2 und Q3 werden in der ersten auftreffenden

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positiven Elalbwelle leitend. Dadurch gelangt ein Impuls, der gleich ist UO % der Versorgungsspannung, über der Zenerdiode 19, über den Kondensator C7 (C9) auf den Anschluß 6 des Zeitgebermoduls TNl (TN2). Infolge der additiven Überlagerung eines 40 %-igen Impulses mit einer 30 %-igen Spannung am Anschluß 6 des Zeitgebermoduls TNl (TN2) wird dieser getriggert und dabei der Anschluß 3 mit dem elektrischen Massepotential verbunden; dabei werden die Impulse zur Steuerelektrode des Thyristors SCR3 gesperrt. Wenn der Netzstrom durch Null geht, wird der relativ kleine Thyristor SCR3 nichtleitend. Damit werden die Thyristoren gleichfalls nichtleitend und unterbrechen die Stromversorgung. Dann muß nur noch der Schalter Sl wieder geöffnet werden, was zu einer späteren Zeit erfolgen kann. Um jedoch einen unerwünschten Einsatz der Festkörper-Meßkreise zu verhindern, sollte der Schalter Sl kurz darauf geöffnet werden.

Sobald einmal der Schalter Sl geöffnet ist, werden der Gleichrichter 13 und der Impulsgenerator 14 nicht mehr versorgt, und die Zeitgebermodule Till und TN2 arbeiten nicht mehr. Die Zeitgebermodule TNl und TN2 löschen selbsttätig beim nächsten Einschalten des Schalters Sl, um die im Zusammenhang mit dem Einschalten dieses Schalters vorbeschriebene Reihenfolge wiederablaufen zu lassen.

Gemäß der Figur 4 ist eine Schaltsteuerung beschrieben, die ähnlich der bekannten druckknopfgesteuerten Motorregelung mit zwei Knöpfen arbeitet:

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Der Druckknopf 22 ist normalerweise geöffnet, der Druckknopf 24 geschlossen. Durch das Drücken des Druckknopfes 22 werden Relais 23 und 24 betätigt, mittels welcher die Schaltkontaktreihen der Schalter Sl und S2 geschlossen werden. Dabei zieht das Relais 2 3 sofort an, wohingegen das Relais 2b verzögert anzieht. Damit wird die vorbeschriebene Zeitverzögerung, die zwischen dem Schließen der Kontaktreihe des Schalters Sl und der des Schalters S2 erforderlich ist, um das Betreiben der elektronischen Schaltkreise gemäß der vorbeschriebenen Wirkungsweise zu ermöglichen, erhalten. Wenn der Druckknopf 2·* betätigt wird, um die Stromversorgung abzuschalten, fällt das Ralais 25 sofort ab und öffnet die Schaltkontaktreihe des Schalters 32, wohingegen das Relais 23 nicht abfallen kann, solange die Kontakte 26/27 geöffnet sind. Das Relais 25 kann so aufgebaut sein, daß eine mechanische Verzögerung zwischen dem öffnen der Schaltkontakte S2 (a) und S2 (L) und dem üffnen des Kontaktpaares (26, 27) vorgesehen ist.

Die Schaltsteuerung kann aber auch manuell durchgeführt werden.

Die Meßkreise 11 und 12 können auch durch einen dritten ebensolchen Meßkreis zwischen der Leitung 3 und dem Fhasenleiter Oc ergänzt sein. Insbesondere bei einer Vierleiter-Drehstromversorgung in Dreiphasen-Sternschaltung mit herausgeführtem Mittelpunktleiter, beispielsweise bei einer 120/208 Volt Anordnung, ist ein dritter Meßkreis erforderlich, weil die Phase C sonst fortwährend Strom an eine Lastphase liefern würde, auch während der Zeit, in der der Schalter Sl geschlossen und der Schalter S2 geöffnet ist.

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Ansprüche.

Vorrichtung zum Schalten elektrischer Leistuno in einem wenigstens einphasigen Leistungskreis, dadurch gekennzeichnet,daß

a) in Serie zwischen die Stromquelle und die Last ein erster und ein zweiter Schalter geschaltet sind, wobei der erste Schalter näher der Stromquelle liegt, und jeder Schalter eine genünende Anzahl von Kontakten aufweist, um die stromführenden Phasen zu unterbrechen,

b) elektronische steuerbare Mittel vorgesehen sind, um parallel zu jedem der Kontakte des zweiten Schalters einen steuerbaren, stromführenden Pfad zu erzeugen,

c) durch das Schließen des ersten Schalters wirksame, erste Mittel vorgesehen sind, um den Laststrom bei rc N'ul Idurchgang der Phasenspannung innerhalb einer vorbestimmten Zündtoleranz in der entsprechenden Netzphase der Stromquelle über jeden dieser steuerharen stromführenden Pfade zu leiten, und öcr zweite Schalter anschliepend geschlossen ist, um den Strom von den elektronisch steuerbaren Mitteln abzuleiten.

?,) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite, auf das öffnen des ersten Schalters ansprechende Mittel vorgesehen sind, mittels welcher die elektronischen Steuermittel den Laststromkreis schließen und mittels welcher jedes der elektronischen Steuermittel nichtleitend wird, wenn <\or Strom in joder f.'etzphase einen innerhalb

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einer vorbestimmten Toleranz des Mullstromes liegenden Wert erreicht, und daß der erste Schalter anschließend geöffnet wird, um die Stromquelle von der Last abzuschalten.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einer dreiphasigen Dreileiter-Stromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter drei Schaltkontakte aufweist, wovon jede in eine der drei Metzphasen geschaltet ist, daß der zweite Schalter zwei Schaltkontakte aufweist, wovon jeder in zwei definierte Netzphasen geschaltet ist, daß jeder der Kontakte des zweiten Schalters mittels der elektronischen Steuermittel parallel schaltbar ist, und die dritte Netzphase direkt zwischen die Stromquelle und die Last geschaltet ist.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Steuermittel jeweils aus einem Paar von antiparal1 el geschalteten Festkörper-Lei stungsschal tern ausgebildet sind, mittels welcher die die Schi ießzei teiyiestimmenden Signale gesteuert sind.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper-Leistungsschalter aus steuerbaren Siliziumgleichrichtern ausnebildet sind.

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G.) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Mittel vorgesehen sind, die den ersten und zweiten Schalter so steuern, daß der erste Schalter vor dem zweiten geschlossen wird, und der zweite Schalter nach Ablauf eines ersten vorbestimmten ZeitverzögerungsintervalIs selbsttätig geschlossen wird, und daß die dritten Mittel das öffnen des ersten Schalters nach Ablauf eines zweiten vorbestimmten Zeitverzögerungsinteryalls nach dem öffnen des zweiten Schalters erzwingen.

7.) Vorrichtung zum An- Abschalten einer Last an eine wenigstens einphasige Wechselstromquelle ohne Schaltkontakterosion, dadurch gekennzeichnet, daß

a) erste Mittel vorgesehen sind, die einen ersten Schalter mit wenigstens einem in Serie zu einer die entsprechende Spannungsphase zwischen der Stromquelle und der Last führenden Leitung geschalteten Schaltkontakt für jede Phase der Wechselstromquelle umfassen,

b) zweite Mittel vorgesehen sind, die eine genügende Anzahl von einzelnen gekoppelten zweiten Schaltkontakten aufweisen, von denen jeder mit dem entsprechenden in den Leitungen zwischen dem ersten Mittel und der Last reihengeschaltet ist , um die Strompfade zwischen der Stromquelle und der Last freizugeben oder zu sperren,

c) als schaltbare Festkörper-Vorrichtungen ausgebildete dritte Mittel vorgesehen sind, um parallel zu jedem der zweiten Kontakte steuerbare einzelne

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Strompfade vorzusehen, und daß die Festkörper-Vorrichturnen auf Steuersiqnale ansprechen, die den parallel zu ,WIοm der zweiten Kontakte vorgesehenen f'ehenschluß einzeln steuern,

d) vierte Mittel vornesehen sind, welche zum Erzeugen der Steuersignale auf das Schließen der Schaltkontakte als erste Mittel ansprechen, die nach dem Schließen des qekoppelten Schalters als erste Π it te! die Festkörper-Vorrichtungen als dritte Mittel leitend werden lassen, daß die vier ten Mittel von der über jedem der zweiten Schaltkontakte anliegenden Spannung abhängig sind, um ein diskretes Steuersignal für die entsprechenden Festkörper-Vorrichtungen als dritte Mittel zu erzeugen, wenn die Wechselspannung über dem entsprechenden zweiten Schaltkontakt im wesentlichen Null ist, und daß die Last über die dritten Mittel gespeist wird, wenn die Schaltkontakte der ersten Mittel geschlossen sind,

e) auf das Schließen Her Schaltkontakte der ersten Mittel zum Schließen der gekoppelten zweiten Scha 1tkontakte ansprechende fünfte Mittel vorgesehen sind, die Verzögerungsmittel umfassen und nach einer ersten Obergangszeit die zweiten Schaltkontakte zusammen mit den dritten Mitteln geschlossen sind.

".) Vorrichtunq nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften MiUeI das Hffnen der Kontakte der ersten Mittel zum Abschalten der Last vor Ablauf ei-

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ner zweiten Oberqanqszeit nach dem öffnen der Kontakte der zweiten Mittel verhindern und auf das öffnen der Kontakte der zweiten Mittel und den Strom durch jeden der Kontakte der zweiten Mittel ansprechen, um die Steuersignale der vierten Mittel für jede der Festkörper-Vorrichtunqen Oer dritten MIttel zu unterbrechen, wenn der Strom in den entsprechenden Kontakten der zweiten Mittel in etwa durch Null neht.

Π,) Vorrichtung nach Anspruch P>, dadurch nekennzeichnet, daß die Festkörper-Vorrichtungen als paarweise antiparälIeIgeschaltete steuerbare Siliciumgleichrichter, die jeweils in Nebenschluß ?u jedem Kontakt der zweiten iiittel geschaltet sind, ausgebildet sind,

10.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- net, daß die die Zündzeiten der steuerbaren SiIi-ζΐυηιηΐ eichrichter bestimmenden Steuersignale aus Impulsen holier Frequenz, vernlichen mit der Frequenz der Stromquelle, ausgebildet sind, um ein Leitendwerden der steuerbaren Si1iζiunqleichrichter innerhalb eines kleinen !!al bv/el 1 entei 1 es der Wechselstromquelle zu bewirken.

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