DE1157654B - Device for switching off loads in direct current networks - Google Patents
Device for switching off loads in direct current networksInfo
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Description
Beim Abschalten von Gleichstromverbrauchern unter Last mit mechanischen Schaltern treten an den Schaltkontakten Lichtbögen auf. Das an sich schon beträchtliche Bauvolumen dieser Schalter wird durch die Vorrichtungen zur Löschung dieser Lichtbögen noch erheblich vergrößert. Trotzdem läßt sich eine thermische Abnutzung der Schaltkontakte nicht vermeiden, so daß die Lebensdauer des Schalters begrenzt ist.When switching off DC consumers under load with mechanical switches, the Switching contacts arcing. The already considerable volume of these switches is due to the devices for extinguishing these arcs are still considerably enlarged. Nevertheless one can Do not avoid thermal wear of the switch contacts, so that the service life of the switch is limited is.
In Wechselstromkreisen, insbesondere bei Anzapftransformatoren, hat man daher bereits Kombinationen von mechanischen und elektronischen Schaltern (Stromtoren) vorgesehen, wobei die mechanischen Kontakte nur im Sperrzustand der Stromtore, also stromlos, schalten. Es genügt dann ein Trennschütz, während die Schaltleistung von den Stromtoren übernommen wird.In alternating current circuits, especially in the case of tap transformers, combinations are therefore already available provided by mechanical and electronic switches (electricity gates), the mechanical Only switch contacts when the power gates are locked, i.e. de-energized. An isolating contactor is then sufficient while the switching capacity is taken over by the current gates.
Im Zuge des allgemeinen Bestrebens, mechanische Kontakte durch kontaktlose Einrichtungen zu ersetzen, wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, Halbleiterstromtore zum Abschalten von Gleichstromverbrauchern heranzuziehen. Halbleiterstromtore verhalten sich bekanntlich ähnlich den steuerbaren Stromrichtern und werden als Vierschichthalbleiter mit Steuerelektrode aufgebaut. Sie können bei Vorhandensein ausreichender Spannung durch einen Impuls an der Steuerelektrode gezündet, jedoch nur durch eine besondere Löschschaltung wieder stromlos gemacht werden, die die Spannung am Halbleiterstromtor kurzzeitig praktisch auf den Wert Null senkt oder umkehrt.In the course of the general endeavor to replace mechanical contacts with non-contact devices, has already been proposed several times, semiconductor current gates for switching off DC consumers to use. As is known, semiconductor current gates behave similarly to controllable ones Converters and are constructed as four-layer semiconductors with a control electrode. You can if there is sufficient voltage is ignited by a pulse on the control electrode, but only can be de-energized again by a special quenching circuit, which reduces the voltage at the semiconductor current gate for a short time practically to the value zero or vice versa.
Bekannte Einrichtungen zum Abschalten von Gleichstromverbrauchern mit Halbleiterstromtoren sind mit einer Zünd- und einer Löschschaltung versehen, die es gestatten, Zündung und Löschung zu beliebigen Zeiten herbeizuführen. Der Verbraucher liegt in Reihe mit dem Halbleiterstromtor unmittelbar am Gleichstromnetz. Es ist möglich, bei einer derartigen Schalteinrichtung jegliche mechanische Kontakte zu vermeiden.Known devices for switching off DC consumers with semiconductor current gates are provided with an ignition and an extinguishing circuit that allow ignition and extinguishing to bring about arbitrary times. The consumer is directly in series with the semiconductor current gate on the direct current network. It is possible to have any mechanical contacts with such a switching device to avoid.
Im praktischen Betrieb haben sich solche Einrichtungen jedoch nicht als beste Lösung erwiesen, sondern sind mit einigen wesentlichen Nachteilen behaftet. Dazu ist vor allem die Tatsache zu zählen, daß Halbleiterstromtore auch im Sperrzustand einen gewissen Strom durchlassen, so daß der Verbraucherkreis potentialmäßig nicht vom Netz abgetrennt ist. Dies kann unter Umständen Gefährdungen des Betriebspersonals und Störungen in angeschlossenen Steuer- und Regelkreisen hervorrufen.In practical operation, however, such facilities have not proven to be the best solution, but rather suffer from a number of significant disadvantages. Above all, this includes the fact that Semiconductor current gates let through a certain current even in the blocking state, so that the consumer circuit is not isolated from the mains in terms of potential. Under certain circumstances, this can endanger the operating personnel and disrupt the connected Create control and regulation loops.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des mechanischen Schalters mit den Vortei-Einrichtung zum Abschalten von Verbrauchern in GleichstromnetzenThe invention is based on the object of combining the advantages of the mechanical switch with the advantages of the device for switching off loads in direct current networks
Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Ing. Erich Krestel und Erich Rainer, Erlangen, sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Erich Krestel and Erich Rainer, Erlangen, have been named as inventors
len des Halbleiterstromtores zu verbinden und eine Einrichtung zum Abschalten von Verbrauchern in Gleichstromnetzen zu schaffen, die bei geringem Aufwand und Volumen sowie hoher Lebensdauer eine betriebssichere Abschaltung ermöglicht. Unter Anwendung der bekannten Kombination von Stromtor und Trennschütz, wobei das Trennschütz nur im Sperrzustand des Stromtores schaltet, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Halbleiterstromtor mit dem Verbraucher und einem Trennschütz in Reihe liegt, daß die Erregerspule des Trennschützes parallel zum Verbraucher und außerdem über Kontakte eines Steuerschalters am Gleichstromnetz liegt und daß über den Steuerschalter gleichzeitig Kondensatoren im Zünd- und Löschkreis des Stromtores gespeist werden, die zur Auslösung eines Löschimpulses dienen.len to connect the semiconductor current gate and a device for switching off loads in To create direct current networks that have a low effort and volume and a long service life reliable shutdown enables. Using the well-known combination of Stromtor and isolating contactor, whereby the isolating contactor only switches when the power gate is blocked, this task is performed solved according to the invention in that a semiconductor current gate with the consumer and a Isolating contactor is in series that the excitation coil of the isolating contactor is parallel to the consumer and also via contacts of a control switch to the direct current network and that via the control switch at the same time capacitors in the ignition and extinguishing circuit of the current gate are fed, which trigger serve as an extinguishing pulse.
Die Kontakte des Trennschützes sorgen dafür, daß der Verbraucherkreis völlig vom Potential des Stromnetzes getrennt werden kann. Dank der Verriegelungsschaltung müssen die Trennkontakte nur den sehr niedrigen Sperrstrom des Halbleiterstromtores unterbrechen, so daß die thermische Abnutzung vernachlässigbar klein ist.The contacts of the isolating contactor ensure that the consumer circuit is completely free of the potential of the power network can be separated. Thanks to the interlocking circuit, the isolating contacts only need the very Interrupt low reverse current of the semiconductor current gate, so that the thermal wear is negligible is small.
Die Erregerspule des Trennschützes kann parallel zum Verbraucher und außerdem über Kontakte eines Steuerschalters am selben Gleichstromnetz liegen. Beim Abschalten werden zunächst die Kontakte des Steuerschalters unterbrochen, so daß die Erregerspule nur noch parallel zum Verbraucher an die Gleichspannung angeschlossen ist. Sobald nun das Halbleiterstromtor sperrt, wird die Spule des Trennschützes entregt, die Kontakte 7-8 und 9-10 öffnen, und es tritt Potentialtrennung ein.The excitation coil of the isolating contactor can be connected to the same direct current network in parallel to the consumer and also via contacts of a control switch. When switching off, the contacts of the control switch are first interrupted so that the excitation coil is only connected to the DC voltage parallel to the consumer. As soon as the semiconductor current gate blocks, the coil of the isolating contactor is de-energized, contacts 7-8 and 9-10 open, and potential separation occurs.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes seien im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigt.Further details of the subject matter of the invention are explained below with reference to the drawing, which shows an embodiment in a schematic representation.
In der Figur ist mit 13, 14 ein Gleichstromnetz bezeichnet, an das über Kontakte 7-8 und 9-10 eines Trennschützes 15 und über ein Halbleiterstromtor 16 ein Verbraucher 17 angeschlossen werden kann. Die Erregerspule 18 des Schützesl5 liegt über Hilfswiderstände 31 und 32 einerseits parallel zum Verbraucher 17 und andererseits über Kontakte 1-2 und 3-4 eines Steuerschalters 19 am Gleichstromnetz. Trennschütz und Steuerschalter sind in der Stellung gezeichnet, die dem Durchlaßzustand des Stromtores 16, also stromdurchflossenem Verbraucher entspricht.In the figure, a direct current network is designated by 13, 14, to which a consumer 17 can be connected via contacts 7-8 and 9-10 of an isolating contactor 15 and via a semiconductor current gate 16. The excitation coil 18 of the contactor is connected via auxiliary resistors 31 and 32, on the one hand, parallel to the consumer 17 and, on the other hand, via contacts 1-2 and 3-4 of a control switch 19 to the direct current network. The isolating contactor and control switch are shown in the position which corresponds to the open state of the current gate 16, that is to say the consumer with current flowing through it.
Für das Stromtor 16 sind eine Zünd- und eine Löschschaltung vorgesehen. Die Zündschaltung 20 besteht aus einem Kondensator 21, der über einen Widerstand 22 aus dem Gleichstromnetz aufgeladen wird, und einem Impulstransformator 23, der bei geschlossenen Hilfskontakten 11-12 des Trennschützes 15 den Entladestromstoß des Kondensators 21 als Zündimpuls an die Steuerstrecke des Halbleiterstromtores 16 überträgt.An ignition and an extinguishing circuit are provided for the power gate 16. The ignition circuit 20 consists of a capacitor 21, which is charged from the direct current network via a resistor 22, and a pulse transformer 23 which, when the auxiliary contacts 11-12 of the isolating contactor 15 are closed, transmits the discharge current surge of the capacitor 21 as an ignition pulse to the control path of the semiconductor current gate 16.
Die Löschschaltung 24 enthält ebenfalls einen Kondensator25, der über einen Widerstand 26 aus dem Netz aufgeladen wird. Zum Löschen werden die HiKskontakte 5-6 des Steuerschalters 19 geschlossen und der Kondensator 25 auf die Primärwicklung eines Impulstransformators 27 entladen, der den Impuls über einen Kondensator 28 und einen Widerstand 29 an das Halbleiterstromtor 16 überträgt. Der Kondensator 28 dient ausschließlich zur Abblockung der Sekundärwicklung des Impulstransformators 27. Der Löschimpuls bewirkt, daß der Verbraucherstrom kurzzeitig über die Sekundärwicklung des Impulstransformators fließt und das Halbleiterstromtor spannungslos wird, so daß es erlischt.The extinguishing circuit 24 also contains a capacitor 25 which is charged via a resistor 26 from the network. To erase the HiK contacts 5-6 of the control switch 19 are closed and the capacitor 25 is discharged to the primary winding of a pulse transformer 27, which transmits the pulse via a capacitor 28 and a resistor 29 to the semiconductor current gate 16. The capacitor 28 serves exclusively to block the secondary winding of the pulse transformer 27. The extinguishing pulse causes the consumer current to flow briefly through the secondary winding of the pulse transformer and the semiconductor current gate is de-energized so that it goes out.
Die Wirkungsweise des Schalters nach der Erfindung ergibt sich wie folgt:The mode of operation of the switch according to the invention is as follows:
Um den Verbraucher 17 einzuschalten, wird zunächst der Steuerschalter 19 in die gezeigte Stellung gelegt. Hierdurch werden die Aufladestromkreise für die Kondensatoren 21 und 25 geschlossen. Die Erregerspule 18 des Trennschützes 15 wird erregt, und das Schütz schließt mit seiner mechanischen Verzögerung sämtliche Kontakte. Die Aufladung der Kondensatoren erfolgt so schnell, daß sie zu diesem Zeitpunkt bereits abgeschlossen ist. Beim Schließen der Huf skontakte 11-12 des Schützes 15 wird der Zündimpuls über den Transformator 23 an das Halbleiterstromtor 16 übertragen, so daß dieses zündet und den Verbraucherstrom führt. Die Kontakte 7-8, 9-10 sind zu diesem Zeitpunkt bereits geschlossen.To switch on the consumer 17, the control switch 19 is first placed in the position shown. As a result, the charging circuits for the capacitors 21 and 25 are closed. The excitation coil 18 of the isolating contactor 15 is excited, and the contactor closes all contacts with its mechanical delay. The capacitors are charged so quickly that by this point in time it has already been completed. When the hoof contacts 11-12 of the contactor 15 are closed, the ignition pulse is transmitted via the transformer 23 to the semiconductor current gate 16, so that it ignites and carries the consumer current. Contacts 7-8, 9-10 are already closed at this point.
Zum Ausschalten wird der Steuerschalter derart betätigt, daß die Kontakte 1-2 und 3-4 geöffnet und die Kontakte 5-6 geschlossen werden. Hierdurch wird ein Löschimpuls über den Impulstransformator 27 übertragen, und das Stromtor 16 erlischt. Da die Erregerwicklung 18 über die Kontakte 1-2, 3-4 keine Verbindung mehr zum Netz hat, wird sie nunmehr stromlos, so daß das Schütz abfällt und seine sämtlichen Kontakte öffnet.To switch off the control switch is operated in such a way that contacts 1-2 and 3-4 open and contacts 5-6 are closed. As a result, an extinguishing pulse is generated via the pulse transformer 27 transmitted, and the power gate 16 goes out. Since the excitation winding 18 via the contacts 1-2, 3-4 no Has more connection to the network, it is now de-energized, so that the contactor drops out and all of it Contacts opens.
Diese Potentialtrennung kann jedoch nur dann eintreten, wenn das Stromtor 16 tatsächlich erloschen ist. Sollte infolge einer Betriebsstörung der Löschimpuls erfolglos bleiben, so fällt das Trennschütz nicht ab, und der Löschversuch kann durch erneute Betätigung des Steuerschalters wiederholt werden.However, this potential separation can only occur when the current gate 16 has actually gone out. If the extinguishing pulse remains unsuccessful as a result of a malfunction, the isolating contactor does not drop out, and the attempt to extinguish can be repeated by actuating the control switch again.
Abweichend von dem speziellen Schaltungsaufbau des Ausführungsbeispiels können Zündung und Löschung auch mit anderen Mitteln erreicht werden. Gemäß einem älteren Vorschlag ist es beispielsweise möglich, zur Lieferung der Zünd- und Löschenergie ein Hilfsstromnetz annähernd konstanter Spannung heranzuziehen, um von den Spannungsverhältnissen im Gleichstromnetz unabhängig zu sein. An Stelle von Impulstransformatoren ist es denkbar, die Kondensatoren 21 und 25 unmittelbar auf das Stromtor zu schalten. Der Steuerschalter 19 kann seinerseits ein Relais sein, das in Abhängigkeit von Steuer- oder Regeleinrichtungen steht. Dadurch kann das Halbleiterstromtor 16 beispielsweise den Charakter eines Stellgliedes für Zweipunktregler erhalten.Notwithstanding the special circuit structure of the exemplary embodiment, ignition and extinguishing can also be achieved by other means. According to an older proposal, it is possible, for example, to use an auxiliary power network of approximately constant voltage to supply the ignition and extinguishing energy in order to be independent of the voltage conditions in the direct current network. Instead of pulse transformers, it is conceivable to switch the capacitors 21 and 25 directly to the current gate. The control switch 19 can in turn be a relay that is dependent on control or regulating devices. As a result, the semiconductor current gate 16 can, for example, have the character of an actuator for two-point controllers.
Claims (3)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1114225, 1017705; deutsche Patentschrift Nr. 892175.Considered © publications:
German Auslegeschriften No. 1114225, 1017705; German patent specification No. 892175.
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Applications Claiming Priority (2)
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| DES71661A DE1157654B (en) | 1960-12-14 | 1960-12-14 | Device for switching off loads in direct current networks |
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1960
- 1960-12-14 DE DES71661A patent/DE1157654B/en active Pending
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