DE1665064C - Uberspannungsschutzeinnchtung fur einen Wechselstromschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutz- erzeugt, die mittels des Tranformatorsim^ weit f¹

einrichtung fUr einen Wechselstromschalter mit einer herauftransformiert wird, daß die FJnJwhlohtd ode

parallel zu den Schaltkontakten geschalteten Halb- eine rasch ansteigende ^KJ^em™fW"ⁿ.^u"f.^Orhä|t·

leiteranordnung, deren Verhalten bei positiven und Diese reicht zur Zündung *r Wn^iobtdiode aus,

negativen Halbwellen des Wechselstroms gleich ist. a bevor sich an den Schaltkontaktenein stabiler Licht*

Es ist bekannt, zur Unterdrückung des öffnungs- bogen ausgebildet hat. Auf diese Weise ist_ stets eine ;

und Schließfunkens beim Ein- und Ausschalten eines einwandfreie rechtzeitige Zündung der Fünfschicht-

Wechselstromkreises den Schaltkontakten eine Halb- diode und damit eine Lichtbogenunterdrückung

leiteranordnung parallel zu schalten, die aus zwei möglich.

gegeneinander gepolten Halbleiterdioden besteht. Die 10 Parallel zu den Schaltkontakten kann noch ein

Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Kondensator zur Unterdrückung von Uberspannun-

In jeder Halbwelle Hegt mindestens eine Diode gen geschaltet sein, obwohl dies nicht unbedingt not-

nicht in Stromflußrichtung, wird also nach Öffnung wendig ist. _ ...

des Schalterkontaktes in Sperrichtung beansprucht, Der Schwingkreis kann je nach dem gewünschten

bis die Sperrspannung überschritten wird und sich 15 Eingangswiderstand als Parallelschwingkreis oder

der Arbeitspunkt in das Gebiet der Grenzspannung Serienschwingkreis ausgebildet werden. Auch kann

verschiebt. Der Eigenwiderstand wird sehr klein und die Last an verschiedenen Stellen des Schwingkreises '

überbrückt trägheitslos die sich öffnenden Schalter- angeschlossen sein.

kontakte. Die andere Diode liegt während der be- Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden

trachteten Halbwelle in Stromflußrichtung und hat ao nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben,

somit keinen Einfluß auf den Stromverlauf. Dadurch Hierin ist

kann unabhängig von der Stromrichtung eine licht- Fig. 1 eine typische Kennlinie einer Fünfschicht-

bogenfreie Abschaltung von induktiven Wechsel- diode,

Stromkreisen erreicht werden. F i g. 2 eine Grundsatzschaltung der erfindungs-

An Stelle der gegeneinandergeschalteten Halb- as gemäßen Schalteinrichtung zur Lichtbogenunterleiterdioden kann eine Fünfschichtdiode verwendet drückung und

werden. Derartige symmetrische Fünfschichten- F i g. 3 bis 9 Abwandlungen der Schaltung nach

anordnungen sind bekannt. So ist unf.r dem Namen Fig. 2.

Symistor ein über Steuerelektroden steuerbares In den Zeichnungen bedeuten SSS eine Fünf-Halbleiter-Bauelement mit fünf Schichten bekannt- 30 schichtdiode, SW einen Schalter, L die Last, C₁ und geworden, das symmetrisches Verhalten zeigt. Läßt C₂ Kondensatoren und T einen Transformator mit man bei diesem Bauelement die Steuerelektroden den Primär- und Sekundärwicklungen L₁ und L₂.
weg, so kann man das Element als Fünfschichtdiode Es sei zunächst das Stromspannungsverhalten einer verwenden, die symmetrisches Verhalten zeigt. bekannten Fünfschichtdiode an Hand der Fig. 1

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß derartige 35 kurz erläutert.

Fünfscliichtdioden ebenso wie gegeneinandergev hai- Bis zu der durch den Bau der Diode gegebenen tete normale Dioden zui Lichtbogenunterdrückung Schaltspannung V₀₁, hat das Halbleiterelement einen nicht in allen Fällen ausreichen. Bei sehr hohen sehr hohen Widerstand. Erreicht die äußere Spannung Stromstärken kann es nämlich vorkommen, daß die den Wert V_BI), so bricht der Widerstand plötzlich zuAnsprechzeit der Fünfschichtdiode größer als die 40 sammen, die Diode wirrt d"^rchlässig und zeigt nut Zeit ist, welche zur Bildung eines stab'¹"; τ ϊ·-».. _jch einen Spannungsabfall '.on *.·.ν r. O 8 bis 1.2 Voit. bogens zwischen den Sch.iltkontnlijcn ?*--<;_t einer Dc. Lci'.-.igs/ustanu halt so i.-igc an, ims die Halte Bogenspannung · :·:: :'-y? _:s *J Ycii ausreicht. Stromstärke Λ, unterschritten ist. Dies geschieht bei Π ... j ....... kirnen der Schaltkontakte ent- einem Wechselstrom gegen Ende der betreffenden

stehende Überspannung bereits zu einem stabilen 45 Stromhalbwelle. In diesem Augenblick wird die Diode Lichtbogen geführt, bevor die Durchbruchsspannung wieder gesperrt und nimmt ihren hohen Widerstand an. der Fünfschichtdiode erreicht ist, so sinkt die Klem- Im Gegensatz zu den normalen Dioden mit nur menspannung der Fünfschichtdiode auf die Licht- einer Sperrschicht und auch zu den Vierschichtdioden bogensp.'innung von etwa 10 bis 13 Volt ab, so daß ist die Charakteristik der Fünfschichtdiode symmedie Diode nicht mehr zum Zünden kommen kann. 50 trisch, d. h., in der nächsten Halbwelle des Wechsel-Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrich- stromes verläuft der oben geschilderte Vorgang in tung der beschriebenen Art mit Lichtbogenunter- genau der gleichen Weise.

drückung für Wechselsiromkreise bereitzustellen, die Schaltet man eine solche Fünfschichtdiode einem

auch bei hohen Stromstärken und verhältnismäßig Schalter in einem Wechselstromkreis parallel, so kann

langsamem Anstieg der Klemmenspannung einwand- 55 nach dem öffnen des Schalters eine infolge induktiven

frei anspricht. Verhaltens des Wechselstromkreises entstehende Über-

Dics wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß spannung nur so lange anwachsen, bis sie die Schalt-

die parallel zu den Schaltkontakten liegende Halb- spannung der Fünfschichtdiode erreicht hat. Alsbald

leiteranordnung aus einer Fünfschichtdiode besteht, beginnt die Diode zu leiten, und zwar unabhängig

die in Reihe mit der Sekundärwicklung eines Trans- 60 von der Polarität der Halbwelle, in welcher die Ab-

formators liegt, dessen Primärwicklung mit einem schaltung vorgenommen wurde. Ist die Ansprechzeit

Kondensator einen hochfrequenten Schwingkreis der Diode so kurz, daß bis zu diesem Zeitpunkt kein

bildet, in welchen die Schaltkontakte einbezogen Lichtbogen entstanden ist, so sinkt die Spannung an

sind. den Schaltkontakten nunmehr wegen des geringen

Dieser Schwingkreis wird beim öffnen der Schalt- 65 Durchlaßwiderstandes der Fünfschichtdiode schlag-

kontakte durch den kurzzeitig in der Primärwicklung artig ab und reicht nicht mehr zur Bildung eines

des Transformators fließenden Schaltstrom an- Lichtbogens aus. Es fließt dann weiterhin nur ein

gestoßen, so daß er eine hochfrequente Spannung Leitungsstrom durch die Diode, bis die Stromstärke

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um Ende der betreffenden Halbwolle unter den Wen I_n absinkt. In diesem Augenblick sperrt die Diode, . womit der Abschaltvorgang beendet 1st.

Wird der Schalter wieder geschlossen, so sind vor allem die Prellerscheinungen zu beachten, durch die kurze Funken erzeugt werden können. A«ch diese werden bei genügend geringer Ansprechzeit der zu den Schaltkontakten parallelgeschalteten Diode sofort gelöscht, wahrend nach vollständiger Schließung der Kontakte die Kontaktspannung kleiner als die Haltespannung der Diode ist, so daß die Diode in den gesperrten Zustand zurückkehrt und der Laststrom allein über die Kontakte fließt. So werden auch die durch Prellerscheinungen, verursachten Kontaktschäden vermieden.

Insbesondere bei sehr hohen Stromstärken kann es jedoch, wie gesagt, vorkommen, daß die Anstiegsgeschwindigkeit der im Wechselstromkreis auftretenden Überspannung nicht ausreicht, um die zu den Schaltkontakten parallelgeschaltete Diode sicher in den leitenden Zustand zu kippen. Hier schafft die Erfindung Abhilfe.

In der Grundsatzschaltung der F i g. 2 fließt beim öffnen des Schalters SW ein Ladestrom über die Primärwicklung L₁ des Transformators Γ zum Kondensator C₁, wodurch eine hochfrequente Schwingung in dem Schwingkreis C₁-L₁-SW erzeugt wird. Diese Schwingung wird von der Primärwicklung L₁ auf die Sekundärwicklung L₂ übertragen, so daß eine kräftige hochfrequente Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung L₂ auftritt. Durch diese hochfrequente Schwingspannung wird die Diode SSS geöffnet, wodurch der Lichtbogen zwischen den Kontakten SW kurzgeschlossen und unterdrückt wird. Wenn später die Stromstärke in der Diode den Haltestrom unterschreit.;!, «si oi; Unterbrechung des. Stromkreises vollendet. Zum Schutz der Diode SSS gegen Überspannungen dient weiterhin ein Kondensator C₂. üa ein erheblicher Teil solcher Überspannur» <*n bereits ve·· kondensator C₁ absorbiert wird, kann der Kondor. wiLi»- '" gegebenenfalls auch weggeben werf»»·λ Oi"". Sü.altun^abinderung ist ii. Fi;; ? gezeigt.

F i g. 3 zeigt eine Schaltung für den Fall, daß die Impedanz der elektrischen Spannungsquelle klein gegen diejenige des hochfrequenten Schwingkreises ist. Wird der Schalter SW geöffnet, so wird der hochfrequente Schwingkreis C_x-L₁-SW angestoßen, der in diesem Falle einen Serienschwingkreis darstellt. Der

10 Hochfrequenzstram wird auf die Sekundärwicklung L₁, Übertragen, an deren Klemmen sich eine kräftige Schwingspannung entwickelt, durch welche die Diode SSS geöffnet wird. Im Übrigen entspricht die Arbeitsweise derjenigen der Schaltung nach F i g. 2.

Die Schaltung nach Fig.4 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 3 wieder durch die Weglassung des Kondensators C_s für die Unterdrückung der Überspannungen.

F1 g. 5 zeigt eine Schaltung, bei der die Primärwicklung L₁ nicht wie in Fig.2 und 4 im Lastkreis liegt. Die hochfrequente Schwingspannung wird hier nicht durch die Last L gedämpft.

F i g. 6 unterscheidet sich von F i g. 5 wieder durch die Weglassung des Überspannungskondensalors C_n.

F i g. 7 beruht auf dem gleichen Prinzip wie F i g. 5,

jedoch ist der Parallelschwingkreis ähnlich wie in

Fig. 3 durch einen Serienschwingkreis ersetzt. Dies

empfiehlt sich bei geringem Klemmenwiderstand der

ao Spannungsqueilc.

Fig. 8 unterscheidet sich von Fig. 7 wieder nur durch Weglassung des Kondensators C₂.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Überspannungsschutzeinrichtung für einen Wechselstromschalter mit einer parallel zu den Schaltkontakten geschalteten Halbleiteranordnung, deren Verhalten bei positiven und negativen Halbwellen des Wechselstroms gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung aus einer Fünfschichtdiode (SSS) besteht, die in Reihe mit der Sekundärwicklung (L₂) eines Transformators (T) liegt, dessen Primärwicklung (L₁) mit einem Kondensator (C₁) einen hochfrequenten Schwingkreis bildet, in welchen dieSchahkoruci*· {Sw') si.'uk.2<';_v<.;i «inri.

   2. Einrichtung n.*-jn Arspnn'· 1. dadunh gekennzeici.·.?* Jaß it /u den Schaltkontakten (SW) em ΚοΛ^ε-jsiu. jf (*. _.. geschaltet ist.

   ^. Fi'uchtung nach Ai-p-uch 1 odti 2. ua-Hnnzeicta-?·. daß ciüv: fv.Vr'ipp. dv. Last

   <>us■·

   <>us?. j. kennzeichne, daß ein.

   (L) zwischen Induktivität (L₁) und Kapazität (C₁)

   des Schwingkreises angeschlossen ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme der Last (L) zwischen Primärwicklung (L₁) und Sekundärwicklung (L₂) des Transformators (T) angeschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen