EP0072566A2 - Electric switching apparatus with bridging contacts - Google Patents
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Definitions
- This circuit arrangement with which the method according to the invention can be carried out, can be used in any conventional switching device with a double interruption system (for example in every contactor, motor protection switch and the like), since only a flexible connection with a small cross section is provided between the contact bridge 1 and the resistor 2 with which the control current for the control connections is taken.
- the advantage that is achieved with the switching device according to the invention, which is realized in FIGS. 1 to 7, consists mainly in the fact that the switching contacts in the hybrid switch are protected, the circuit arrangements for the switching devices as such being very simple.
- the arrangement can best be used in AC switching devices, it being possible, where appropriate, to use two semiconductor valves connected in anti-parallel or, as described above, a triac.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie betrifft insbesondere ein Schütz mit je einer jede Doppelkontaktstelle überbrückenden Kontaktbrücke.The invention relates to an electrical switching device according to the preamble of claim 1. It relates in particular to a contactor, each with a contact bridge bridging each double contact point.
Wechselstrom-Schaltgeräte hoher Schalthäufigkeit weisen insbesondere bei höheren Nennströmen und im Schwerlastbetrieb wegen der auftretenden Schaltlichtbögen einen beträchtlichen Verschleiß am Kontakt- und Löschsystem auf, der ihre Lebensdauer verringert und Wartungskosten verursacht. Für derartige Einsatzgebiete wurden deshalb verschiedentlich Hybridschaltsysteme vorgeschlagen, bei denen der Laststrom nach Öffnen der Hauptkontakte auf einen Nebenweg kommutiert und dort durch eingebaute Halbleiterventile im Nulldurchgang abgeschaltet wird. Eine zusätzliche Trennstelle im Stromkreis kann erforderlichenfalls durch einen weiteren, zum Hybridschaltersystem in Reihe liegenden und stets stromlos öffenenden Kontakt gebildet werden.AC switching devices with a high switching frequency, particularly at higher rated currents and in heavy load operation, show considerable wear and tear on the contact and extinguishing system due to the switching arcs that occur, which reduces their service life and causes maintenance costs. Hybrid switching systems have therefore been proposed for such fields of application, in which the load current commutates after opening the main contacts on a secondary path and is switched off there by built-in semiconductor valves at zero crossing. An additional disconnection point in the circuit can, if necessary, be formed by a further contact which is in series with the hybrid switch system and always opens when de-energized.
Bei der Verwendung von steuerbaren Halbleiterventilen im Nebenweg der mechanischen Schaltstelle besteht das Erfordernis einer Zündung dieser Ventile unmittelbar nach Beginn der Kontaktstück- öffnung, um den Laststrom zu übernehmen und die Auswirkungen der sich ausbildenden Schaltlichtbögen auf ein Mindestmaß zu verringern. In bisher bekannten Anordnungen werden hierfür Hilfskontaktsysteme oder externe elektronische Ansteuerungsschaltungen verwendet; beide Lösungen erfordern zusätzlichen Aufwand und damit erhöhte Kosten. An die Zuverlässigkeit dieser Hilfsanordnungen sind sehr hohe Ansprüche zu stellen, da der Hybridschalter beim Versagen der Zündung der Ventile wegen des Nichtvorhandenseins weiterer Lichtbogenlöscheinrichtungen den Laststrom nicht erfolgreich abschalten kann.When using controllable semiconductor valves in the bypass of the mechanical switching point, there is a need to ignite these valves immediately after the opening of the contact piece in order to take over the load current and to minimize the effects of the switching arcs that form. In previously known arrangements for this are H used ilfskontaktsysteme or external electronic control circuits; both solutions require additional effort and thus increased costs. Very high demands are to be placed on the reliability of these auxiliary arrangements, since the hybrid switch cannot successfully switch off the load current if the ignition of the valves fails due to the absence of further arc extinguishing devices.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Zündverfahren für in der beschriebenen Weise eingesetzte steuerbare Halbleiterventile aufzuzeigen, die sich durch möglichst geringen apparativen Aufwand und hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, sich leicht in Neukonstruktionen von Hybridschaltern integrieren und ggf. bei vorhandenen konventionellen Schaltgeräten nachrüsten lassen.It is therefore an object of the present invention to demonstrate ignition methods for controllable semiconductor valves used in the manner described, which are characterized by the least possible outlay on equipment and high reliability, can be easily integrated into new designs of hybrid switches and, if appropriate, can be retrofitted to existing conventional switching devices.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zu jeder Kontaktstelle wenigstens ein steuerbares Halbleiterventil geschaltet ist, und daß der Steueranschluß über einen ohmschen oder induktiven Widerstand zwischen die Kontaktstellen jeder Doppelkontaktstelle angeschlossen ist, so daß der bei einer Trennung der Kontaktstellen entstehende Lichtbogen wenigstens einer Kontaktstelle die Zündung des Halbleiterventiles bewirkt und dabei der Lichtbogenstrom auf das leitend gewordene Halbleiterventil kommutiert.This object is achieved in that at least one controllable semiconductor valve is connected in parallel to each contact point, and in that the control connection is connected via an ohmic or inductive resistor between the contact points of each double contact point, so that the arc which arises when the contact points are separated, at least one contact point causes the semiconductor valve to ignite and the arc current commutates onto the semiconductor valve that has become conductive.
Bei einer Schalthandlung tritt - wie bekannt - zwischen den Kontaktstücken der Kontaktstelle der Schaltlichtbogen auf. Dieser erzeugt einen Spannungsabfall an den Fußpunkten, der für die Zündung des Halbleiterventiles verwendet werden kann. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung bzw. Anwendung ist darin zu sehen, daß insbesondere bei einem die Schütz, das Doppelkontaktstellen aufweist,/mit Kontaktbrücken überbrückt werden, der Steueranschluß an der Kontaktbrücke über eine Litzenleitung angeschlossen ist.In the event of a switching operation, as is known, the switching arc occurs between the contact pieces of the contact point. This creates a voltage drop at the base points, which can be used to ignite the semiconductor valve. A particularly advantageous embodiment of the invention or application can be seen in the fact that, in particular in the case of a contactor which has double contact points, are bridged / with contact bridges, the control connection is connected to the contact bridge via a stranded wire.
Ein elektrischer Schalter, bei dem der Strom über die Kontakte auf ein Halbleiterventil kommutiert wird, ist aus der DE-OS 1 909 085 bekanntgeworden. Dort sind jedoch keine zwei Kontaktstellen vorgesehen, sondern lediglich eine, die darüberhinaus noch als Abwälzkontaktfläche ausgebildet ist, dergestalt, daß beim Abwälzen der Kontaktflächen aufeinander der innere Widerstand der Kontaktstelle verändert wird. Dementsprechend ist auch der Steueranschluß der Halbleiterventile an irgendeiner Stelle der beiden Abwälzflächen angeordnet. Für Schütze jedenfalls kann diese Anordnung nicht verwendet werden.An electrical switch, in which the current is commutated through the contacts to a semiconductor valve, has become known from DE-O S 1909085. There, however, there are no two contact points, but only one, which is also designed as a rolling contact surface, such that the internal resistance of the contact point is changed when the contact surfaces are rolled onto one another. Accordingly, the control connection of the semiconductor valves is also arranged at any point on the two rolling surfaces. In any case, this arrangement cannot be used for contactors.
Aus der DE-OS 2 612 437 ist ein elektromagnetisches Schaltgerät bekanntgeworden, bei dem parallel zu einer Einfachkontaktstelle ein steuerbares Halbleiterventil geschaltet ist. Zum Ansteuern dieses Halbleiterventiles allerdings ist eine Hilfskontaktstelle erforderlich, die eine zusätzliche aufwendige Konstruktion nötig macht.From DE-OS 2 612 437 an electromagnetic switching device has become known in which a controllable semiconductor valve is connected in parallel to a single contact point. To control this semiconductor valve, however, an auxiliary contact point is required, which requires an additional complex construction.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, soll die Erfindung näher-erläutert und beschrieben werden.The invention is to be explained and described in more detail with reference to the drawing, in which some exemplary embodiments of the invention are shown.
Es zeigt:
- Fig. 1 bis Fig. 7 unterschiedliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
- Fig. 1 to Fig. 7 different configurations of the switching device according to the invention.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Das Schaltgerät, das nicht weiter dargestellt ist, das aber als Schütz ausgebildet sein kann, besitzt eine in bekannter Weise betätigbare Kontaktbrücke 1, die zwei Kontaktstellen 6 und 7 eines mit Anschlußklemmen 5 und 8 versehenen Hauptstrompfades in dem Schaltgerät überbrückt. Die Figur 1 zeigt den Schalter mit geöffneten Kontaktstellen 6 und 7, die Figur 2 zeigt den Schalter mit geschlossenen Kontaktstellen 6 und 7, wobei ein strichliert dargestellter Strom I von der Anschlußklemme 5 zur Anschlußklemme 8 fließt,und die Figur 3 zeigt die Kontaktstellen 6 und 7 in geöffnetem Zustand, wobei zwischen den Kontaktstücken 6a und 7a an der Kontaktbrücke 1 (bewegliche Kontaktstücke 6a und 7a) und den Festkontaktstücken 6b und 7b jeweils ein Lichtbogen 10 und 11 gezogen wird. Parallel zu den Kontaktstellen 6 und 7 ist ein als Triac ausgebildetes steuerbares Halbleiterventil 4 vorgesehen, dessen Steueranschluß 3 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 2 an der Kontaktbrücke 1 zwischen den beiden Kontaktstellen 6 und 7A first embodiment of the invention is shown in Figures 1 to 3. The switching device, which is not shown, but which can be designed as a contactor, has a contact bridge 1 which can be actuated in a known manner and bridges two
angeschlossen ist. Bei der Ausgestaltung der Figuren 1 bis 3 wird also ein Doppelunterbrechungssystem als Hybridschaltsystem benutzt und wie oben erwähnt, fließt der Laststrom von der Anschlußklemme 5 über die Kontaktstelle 6, die Kontaktbrücke 1 7 und die Kontaktstelle 7 zur Anschlußstelle 8. Der Spannungsabfall an der geschlossenen Kontaktstelle 7 ist so gering, daß sich kein wirksamer Steuerstrom vom Steueranschluß 3 zum Bezugsanschluß 9 des Triacs 4 ausbildet. Damit bleibt der Triac 4 stromlos. Wenn die bewegliche Kontaktbrücke mit den Kontaktstücken 6a und 7a mechanisch von den festen Kontaktstücken 6b und 7b in an sich bekannter Weise-getrennt wird, werden, wie oben erwähnt, die Lichtbögen 10 und 11 gezogen, die zu Beginn der Schalthandlung nur eine geringe Brennspannung (in der Größenordnung von 20 Volt) besitzen. Damit weist die Kontaktbrücke 1 gegenüber der Anschlußklemme 8 eine Potentialdifferenz auf, die einen Steuerstrom über den Widerstand 2 und den Steueranschluß 3 des Triacs 4 zum Bezugsanschluß 9 treibt. Dadurch zündet der Triac und übernimmt den Laststrom vom mechanischen Kontaktsystem. Hierdurch verlöschen die Lichtbögen 10 und 11, so daß die Kontaktbrücke 1 nicht mehr mit dem Hauptstromkreis verbunden ist. Eine neuerliche Zündung des Triacs durch einen Steuerstrom kann damit nicht erfolgen und nach-dem der Laststrom im Nulldurchgang unterbrochen ist, wird eine Rückzündung vermieden.connected. In the embodiment of Figures 1 to 3, a double break system is used as a hybrid switching system and, as mentioned above, the load current flows from the
Die Figur 4 zeigt eine weitere Anordnung, bei der anstatt eines Triacs zwei antiparallel geschaltete rückwärtssperrende Thyristoren 12 und 13 vorgesehen werden. Die Wirkungsweise ist dann die gleiche; die Steueranschlüsse der Thyristoren 12 und 13 sind über zusätzliche Dioden 14 und 15 zusammengeschaltet, die die Funktion in an sich bekannter Weise sicherstellen, und über den gemeinsam verwendeten-Widerstand 2 mit der Kontaktbrücke verbunden.FIG. 4 shows a further arrangement in which, instead of a triac, two reverse-
In der Figur 5 wird die elektrische Wirkung des Lichtbogens dadurch ausgenutzt, daß im Neben- bzw. Parallelkreis zwei in Antiserie geschaltete, rückwärtsleitende Thyristoren 16 und 17 angeordnet sind. Die Steueranschlüsse 18 und 19 dieser beiden Thyristoren sind direkt miteinander und über den gemeinsamen Widerstand 2 mit der Kontaktbrücke verbunden.In the figure 5, the electrical effect of the arc is utilized in that in the secondary or parallel circuit in two ntiserie A-connected, reverse conducting thyristors are arranged. 16 and 17 The
Den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 3, 4 und 5 ist gemeinsam, daß neben der beschriebenen Wirkung beim Ausschalten auch beim Einschalten die Bildung von 'Prellichtbögen vermieden wird, da beim Auftreten einer durch das Kontaktprellen bedingten Potentialdifferenz zwischen der Kontaktbrücke und dem jeweiligen Bezugsanschluß des jeweils wirkenden steuerbaren Halbleiterventiles der Zündvorgang in der oben beschriebenen Weise ausgeiöst wird und damit die Prellichtbögen gelöscht werden. Abhängig von der Lage der Einschaltpunkte der Kontaktstellen 6 und 7 zueinander, kann auch der gesamte Einschaltstrom von dem oder den steuerbaren Halbleiterventilen übernommen werden.. Dabei ist der Widerstand 2 so auszulegen, daß er bei Anliegen der vollen Lastkreisspannung den Steuerstrom für die Ventile auf den maximal zulässigen Wert begrenzt. Diese Schaltungsanordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, kann bei jedem konventionellen Schaltgerät mit Doppelunterbrechungssystem (beispielsweise bei jedem Schütz, Motorschutzschalter und dergl.) zur Anwendung kommen, da lediglich ein flexibler Anschluß geringen Querschnitts zwischen der Kontaktbrücke 1 und dem Widerstand 2 vorgesehen sein muß, mit dem der Steuerstrom für die Steueranschlüsse abgenommen wird.The arrangements according to FIGS. 1 to 3, 4 and 5 have in common that in addition to the described effect when switching off, the formation of 'arcing' is avoided when switching on, since when a potential difference between the contact bridge and the respective reference connection of the contact bouncing occurs each acting controllable semiconductor valve, the ignition process is eiöst in the manner described above from g and thus the bounce layer sheets are deleted. Depending on the position of the switch-on points of the
Das beschriebene Verfahren kann auch dann benutzt werden, wenn Schaltlichtbögen elektromagnetischer Relais kleiner Leistung löschen sind.Eine derartige Schaltungsanordnung zeigt die Figur. 6. In die Hauptleitung zwischen den Anschlußklemmen 5 und 8 sind zwei Schließerkontakte 20a und 20b eingeschaltet, die über eine Verbindungsleitung 20 in Reihe geschaltet sind. Diese Verbindunsleitung 20 entspricht in ihrer elektrischen Bedeutung der Kontaktbrücke 1 der Figuren 1 bis 5. Die Schließerkontaktstücke 20a und 20b werden von einem elektromagnetischen Relais 20c betätigt. Die Zündung des Triacs 4, der den beiden Schliesserkontakten 20 a und 20 b parallelgeschaltet ist (man kann auch sagen daß er zwischen den Anschlüssen 5 und 8 liegt) erfolgt in der Weise, wie sie für die Anordnung gem. der Figur 3 beschrieben ist. Der Lichtbogen zwischen einem der beiden Kontaktstellen 20a oder 20b erzeugt einen Spannungsabfall, wodurch eine Potentialdifferenz zwischen dem Steueranschluß und dem in der Figur 6 nicht näher bezeichneten Bezugsanschluß des Tnacs 4 bewirkt, wodurch der Tnae 4 gezündet wird.The method described can also be used when switching arcs of electromagnetic relays of low power are extinguished. Such a circuit arrangement is shown in the figure. 6. In the main line between the
In Figur 7 ist die Anordnung gem. Figur 6 insoweit modifiziert, als von dem Ralais 20c zusätzlich noch ein Schließerkontakt 21 betätigt wird, der so ausgebildet ist, daß er bei der Kontakt- öffnungen der beiden Kontaktstellen 20a und 20b nacheilt. Für eine einphasige, netzfrequente Anwendung, darf der Kontakt 21 für stromloses Schalten frühestens 10 Millisekunden nach dem Hybridsystem aus den Kontaktstellen 20a, 20b und dem Triac 4 öffnen. Durch diese Anordnung wird die Schaltleistung des Relais für Wechselstrom wesentlich erhöht.In Figure 7, the arrangement according to. FIG. 6 modified to the extent that a make
Der Vorteil, der mit dem erfindungsgemäßen Schaltgerät, das in den Figuren 1 bis 7 verwirklicht ist, erzielt wird, : besteht in der Hauptsache darin, daß die Schaltkontakte bei dem Hybridschalter geschont werden, wobei die Schaltungsanordnungen für die Schaltgeräte als solche sehr einfach sind. Am besten kann die Anordnung eingesetzt werden bei Wechselstromschaltgeräten, wobei gegebenenfalls zwei antiparallel geschaltete Halbleiterventil oder auch, wie oben beschrieben, ein Triac verwendet werden können.The advantage that is achieved with the switching device according to the invention, which is realized in FIGS. 1 to 7, consists mainly in the fact that the switching contacts in the hybrid switch are protected, the circuit arrangements for the switching devices as such being very simple. The arrangement can best be used in AC switching devices, it being possible, where appropriate, to use two semiconductor valves connected in anti-parallel or, as described above, a triac.
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Inventor name: KOELPIN, THOMAS, DR.-ING. |