AT115982B - Einrichtung zur Verminderung der Auslösezeit selbsttätiger elektrischer Schalter. - Google Patents

Description

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    Die Auslösung gewöhnlicher elektrischer Schalter erfolgt meist in der Weise, dass man auf den beweglichen Schalterkontakt eine Feder-oder Gewichtskraft wirken lässt, die beim Normalbetrieb verriegelt ist und bei Überschreitung des Grenzstromes durch Lösung der Verriegelung freigegeben wird. 



  Der Schalter wird dann augenblicklich, immerhin jedoch nach Beschleunigung seiner beweglichen Massen, geöffnet. Um die Schalterauslösung rascher erfolgen zu lassen, würde es genügen, die Federkraft-Ge-   
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 eine verstärkte Feder hat aber eine grössere Reibung an dem Auslösegesperre zur Folge, was wiederum die Erhöhung der Auslösekraft bedingt. Daher kommt man bald zu einer Grenze, über welche hinaus man aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen die Federkraft für die Aussehaltbewegung nicht mehr vergrössern darf. Da aber für gewisse Betriebe eine ganz besonders rasche Schalterauslösung nötig ist, hat man zahlreiche Wege beschritten, um die Zeit der Schalterauslösung zu verkürzen. 



   Nach der Erfindung wird ein neuer Weg zur Lösung dieser Aufgabe beschritten. Danach unter- wirft man nämlich beim Abschalten den beweglichen Kontakt ausser der erwähnten Federkraft unab- hängig von dieser einer weiteren zusätzlichen Kraft, die mechanisch auf denselben übertragen und von der Steilheit des Stromanstiegs zur Wirkung gebracht wird. 



   Dieses neue Mittel zur Beschleunigung des   Ausschaltvorganges   lässt eine grosse Menge von Aus-   führungsmöglichkeiten   zu, von denen drei an Hand der Zeichnung erläutert werden sollen. Fig. 1 stellt das Schaltschema eines Schnellschalters, Fig. 2 und 3 eine Einzelheit desselben in zwei Varianten dar ; in Fig. 4 und 5 ist eine weitere Variante veranschaulicht, wie sie für   Rückstromauslösung   in Frage kommt. 



  Bei diesem Schalter wirken gemäss Fig. 1 auf das bewegliche Schaltglied a, welches in eingeschaltetem
Zustand an der festen Schaltbürste b anliegt, bei der Ausschaltung zwei   Auslösekräfte,   eine Klinken- auslösung und eine elektrodynamische Auslösung. Da die eine der andern weder gleich zu sein, noch mit ihr synchron zu wirken braucht, sind sie nicht starr, sondern elastisch miteinander gekuppelt. Die
Schalterwelle ist daher aus zwei Teilen   c   und d zusammengesetzt ; das bewegliche Schaltglied   a   sitzt fest auf dem Teil   c   der Welle und ist mit dem Teil cl derselben durch eine Freilaufkupplung oder durch die ähnlich wirkende Feder e verbunden, die an einem Stift s des Schaltergliedes a befestigt ist ; auf dem
Wellenstück d sitzt ferner ein Mitnehmerhebel r.

   Die   Ausschaltfeder f   der Klinkenauslösung greift an dem auf dem   Wellenstück   d sitzenden Hebel   g   an, der durch die Klinke   h   in der Einschaltstellung gehalten wird. Diese steht unter dem Einfluss des   Höchststrommagneten   i. Auf der andern Seite liegt im Magnet- felde der Spule m die als Drehspule ausgebildete   Kurzschlusswindung   k, die auf Stromänderungen an- spricht und auf dem Teil c der   Schalterwelle   sitzt. Um eine ungewollte   Schalteröffnung   beim Einschalten auf induktionsfreie Vollast zu verhindern, kann man die elastische Kupplung e (bzw. den Freilauf) zwischen den Wellen c und d willkürlich verriegelbar machen. 



   Wie aus Fig. 2 hervorgeht, liegt diese Kurzschlusswindung in dem konzentrisch zur Drehachse c 
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Magnetkernes n. Bei raschem Stromanstieg wird in ihr transformatorisch ein der Feldänderung propor- tionaler   Kurzschlussstrom   induziert, der der   Feldänderung   entgegenwirkt ; da zwei Seiten der Spule k aber von den durch gestrichelte Linien angedeuteten Kraftlinien im Luftspalt 1 des Magneten n ge- schnitten werden, wird auf ihre vom Kurzschlussstrom durchflossenen Aussenleiter im Sinne der ausgezogenen Pfeile eine elektrodynamische Kraft ausgeübt, die um so grösser ist, je rascher der Strom in 

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   der Spule m ansteigt und je grösser sein Absolutwert ist.

   Um die Wirkung zu erhöhen, könnten die beiden magnetischen Kreise, von denen der eine der transformatorischen Induktion des Kurzschlussstromes, der andere der Erzeugung des Drehmomentes der Spule dient, voneinander getrennt werden (Fig. 4 und 5), da ja die Kurzschlusswindung k das von der Primärspule m erzeugte Feld dämpft. 



  Bei einem Kurzschluss im Stromkreise des Schalters a, b ist die Wirkung so, dass infolge des momentanen Stromanstiegs die Spule k ein Drehmoment erfährt und den Schalthebel a von der Bürste b abhebt ; zugleich ist aber durch den Überstrom die Klinke h gelöst worden, so dass nunmehr die Feder f über den   
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 falls ein Ausschaltmoment im gleichen Sinne wie die Spule   Tc   auf den Schalthebel a ausübt, noch ehe der Kurzschlussstrom im Hauptstromkreis seinen Höchstwert erreicht hat und konstant geworden ist. 



  Man erkennt daraus, dass der Schalter ausserordentlich rasch auslöst. Die Löschung des Schaltlichtbogens kann dabei auf irgendeine bekannte Art und Weise erfolgen, die mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun hat. 



   Dass die Spule   Tc   auch bei betriebsmässigen Stromanstiegen unterhalb des Grenzstromes ein Drehmoment ausübt, das den Kontaktdruck zwischen a und b vermindert oder auch zu kurzzeitigen Öffnungsbewegungen des Schalters führt, ist in vielen Betrieben ohne weiteres zulässig oder gar erwünscht ; durch die Kraft der Feder e wird der Schalter dann jeweils sofort wieder geschlossen, bevor der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten abgerissen ist. Es ist aber auch möglich, Vorkehrungen zu treffen, dass der Stromanstieg nur dann ein Drehmoment in der Spule   Tc   erzeugt, wenn der Absolutwert des Stromes eine gewisse Höhe überschreitet. 



   Gemäss Fig. 3 kann der Eisenkreis für die Spule k auch in zwei getrennte Kreise   n'und n" auf-   gelöst werden, deren jeder seine eigene Erregerspule m'und   m"besitzt   und die zu beiden Seiten der Spulenachse   c,   gegebenenfalls symmetrisch zu ihr, angeordnet sind. 



   Anstatt die elektrodynamische Wirkung des Stromes oder Stromanstiegs für die Schalteröffnung unmittelbar nutzbar zu machen, kann man sie auch mittelbar zur Freigabe oder Auslösung jeder andern Kraftwirkung auf den beweglichen Schaltkontakt heranziehen, beispielsweise zur Öffnung oder Schliessung des Ventiles eines den Schaltarm bewegenden Druckluftmotors oder zur Kupplung des Schaltarms mit einer dauernd rotierenden Schwungmasse u. a. m. 



   Wesentlich ist, dass mindestens zwei voneinander unabhängige   Allslösekräfte   mechanisch auf das   b9wegliche Schaltorgan   einwirken. 



   Will man die Schnellauslösung des Schalters nur bei   Rückstrom   haben, bei Vorwärtsstrom dagegen keine oder nur eine gewöhnliche, gegebenenfalls   zeitverzogerte Überstromauslosung,   so kann man dies z. B. durch eine andersartige Ausbildung des   elektrodynamischen Auslöseantriebes   der Fig. 2 oder 3, etwa nach Fig. 4 und 5 erreichen. Danach werden entsprechend der bereits erwähnten Variante die beiden Magnetkreis für transformatorische und motorische Beeinflussung der   Kurzschlussspule     7c   voneinander getrennt, und der Magnetkreis für motorische Beeinflussung wird als permanenter Magnet ausgebildet oder mit Gleichstrom derart fremd erregt, dass seine Richtung von der Richtung des zu schaltenden Hauptstromes unabhängig bleibt. 



   Fig. 4 zeigt bei einer   Ausführungsform   eines nur auf   Rückstrom   ansprechenden Schalterantriebes den Magnetkern für die transformatorische Induktion der mit der Schalterachse c gekuppelten Triebspule k in Ansicht und den Magnetkern für die Erzeugung der Bewegung der Spule   7c im Schnitt,   während in Fig. 5 der Grundriss dieser Anordnung veranschaulicht ist, wobei der erstgenannte Magnetkern geschnitten, der letztgenannte Magnetkreis in Ansicht dargestellt ist. Die vom   Hauptstrom   durehflossene Spule m ist mit der   Kurzschlusswindung   k durch den hier   luftspaltlosen   geblätterten Eisenkern   n   verkettet.

   Zugleich liegen die Langseite der Spule k im Luftspalt 1 eines feststehenden, aus zwei Teilen o und p zusammengesetzten Eisenkreises, der durch die   Wicklung q   fremderregt wird. Der Eisenkern 0, p ist nun so angeordnet, dass in der Ruhelage, bei geschlossenem Schalter   a,   b, die Spule k etwa an der Grenze des Luftspaltes   I liegt.   Ferner sind die beiden Magnetkreise so erregt, dass bei einem   Rückstrom   im Hauptstromkreis, welchem der Schalter a, b und die Spule m angehören, die Spule k in den Luftspalt   I   hineingezogen, bei Vorwärtsstrom dagegen aus dem Luftspalt herausgestossen wird. Für den ersteren Fall gelten die in die Fig. 4 und 5 eingetragenen Pfeile.

   Tritt also ein Rückstrom auf. so wird beim Ansteigen des Rückstromes der Schalterkontakt   a   (Fig. 1) in der   Öffnungsrichtung mitgenommen   ; klingt der   Rückstrom   wieder ab, bevor er die   fÜr. die Auslösung   der Klinke   h   erforderliche Höhe erreicht hat, so dreht sich die Spule    &    in umgekehrter Richtung und schliesst den Schalter a, b wieder. 



  Bei einem plötzlichen Anwachsen des   Vorwärtsstromes   wird die Spule k, die für die Drehung, entgegengesetzt der gezeichneten Pfeilrichtung, mit einem Freilauf versehen sein mag, aus dem Luftspalt   l   heraus in eine feldfreie Zone getrieben ; dort verbleibt sie, weil das treibende Feld fehlt, auch dann noch, wenn der Vorwärtsstrom wieder abklingt. Sie kann erforderlichenfalls durch eine besondere   Rückführfeder   in die Bereitschaftsstellung   zurückgebracht   werden. 



   Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist es, dass man den Schalter a, b auf Vollast einlegen kann, ohne infolge der plötzlichen bedeutenden Stromänderung eine Auslösung   befürchten   zu müssen. weil durch den Stromanstieg im Vorwärtssinne die Spule kin der   Schliessrichtung   des Schalters bewegt wird. 

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   Die   Höehststromauslösung/'. y, g, i, h   des Schalters   a.   b soll   natürlich   bei beiden   Stromriehtungen,   arbeiten, damit Überlastungen und Verbrennungen der zu schützenden Maschinen oder Apparate vermieden werden. Die   letztbesehriebene   Kombination eignet sieh besonders für Gleiehrichteranlagen. Hier wirkt sie bei   Rückzündungen   selektiv, d. h. nur derjenige Gleichrichter wird abgeschaltet, bei dem eine schwere Rüekzündung vorliegt.

   Bei leichteren   Rückzündungen,   bei denen der Rückstrom nicht die   Hoehstromgrenze   erreicht, findet eine endgültige Abschaltung überhaupt nicht statt, sondern der Schalter wird nur während des   Rückstromanstieges geöffnet   und beim Abfallen des   Rückstromes   sofort wieder geschlossen. Ein derartiges Arbeiten der Einrichtung wird in der Praxis des Gleichrichterbetriebes verlangt. 



   Die transformatorische Übertragung einer Stromänderung auf die Drehspule kann auch mittels 
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 spule k mittels Stromwandlers t gespeist. Da bei einem Kurzschluss die Spannung   plötzlich   absinkt, kann man zur Erregung des motorisch wilksamen Magnetfeldes einen Spannungswandler v benutzen, dem primär ein Widerstand   u   vorgeschaltet sein kann und der sekundär die Magnetwicklung q speist. 



  Ein derartiges Antriebssystem des Schalters   alb   kann ebenfalls so geschaltet werden, dass es nur bei   Rückstrom   anspricht. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verminderung der Auslösezeit selbsttätiger elektrischer Schalter, auf deren bewegliches Sehaltglied beim Ausschalten unabhängig voneinander sowohl die Kraft einer Feder als 
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 kraft jedoch von der Steilheit des Stromanstiegs abhängig ist.

Claims (1)

1. 2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf oder die elastische Kupplung willkürlich verriegelbar ist, zum Zwecke, die ungewollte Sehalteröffnung beim Einschalten auf induktionsfreie Vollast zu verhindern.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der weiteren Aus- EMI3.3 kreises angeordnet ist und zweckmässig vom Hauptstrom durchflossen wird.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom auf die Drehspule transformatorisch übertragen wird.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule in sich kurzgeschlossen ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule nur aus einer einzigen Windung besteht.

   7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule von zwei getrennten Magnetkreisen beeinflusst wird, deren einer motorisch und deren anderer transformatorisch auf sie einwirkt.

   8. Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der transformatorisch wirkende Magnetkreis von dem zu schaltenden Hauptstrom erregt wird.

   9. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule unter dem Einfluss nur eines einzigen Eisenkreises steht, in welchem sowohl das transformatorisch als auch das motorisch wirksame Feld erzeugt wird.

   10. Einrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, dass in dem gemeinsamen Eisenkreis nur ein einziges Feld erzeugt wird, das sowohl transformatorisch als auch motorisch auf die Spule wirkt.

   11. Einrichtung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkreis symmetrisch zur Drehachse der Drehspule angeordnet ist.

   12". Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Felder, deren jedes sowohl motorisch als auch transformatoriseh auf die Drehspule wirkt, in zwei getrennten Eisenkreisen erzeugt werden, die symmetrisch zur Drehachse der Spule angeordnet sind.

   13. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspule von einem im Hauptstromkreis liegenden Stromwandler gespeist wird.

   14. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das motorisch wirksame MagnetFeld ebenfalls vom Hauptstrom erregt wird.

   15. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass das motorisch wirksame Magnetfeld von einem permanenten Magneten erzeugt wird.

   16. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass das motoriseh wirksame Magnet- 'eld fremd erregt wird.

   17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das motorisch wirksame Magnetfeld über einen an der Gleichstromspannung liegenden Spannungswandler erregt wird.

   18. Einrichtung nach Anspruchs, insbesondere für Rückstromauslösung, dadurch gekennzeichnet, lass die Drehspule am Ende eines Luftspaltes liegt und die Erregerwieklungen so geschaltet sind, dass lie Drehspule bei Rückstrom in den Luftspalt hineingezogen, bei Vorwärtsstrom aus ihm herausgestossen wird. <Desc/Clms Page number 4>

   19. Einrichtung nach Anspruch 1 für Rückstromauslösung, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Auslösekraft mit dem beweglichen Schaltglied über einen Freilauf bzw. eine Feder derart gekuppelt ist, dass die Kupplung in der Auslöserichtung des Schalters starr, in der Einschaltrichtung desselben jedoch gelöst oder elastisch ist. EMI4.1