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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.
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Conventional electrical switches are usually triggered in such a way that a spring or weight force is allowed to act on the movable switch contact, which is locked during normal operation and is released by releasing the lock when the limit current is exceeded.
The switch is then opened immediately, but at least after its moving masses have been accelerated. In order to allow the switch to be triggered more quickly, it would be sufficient to open the spring force
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a reinforced spring, however, results in greater friction on the release lock, which in turn increases the release force. Therefore, one soon comes to a limit beyond which, for practical and economic reasons, the spring force for the opening movement can no longer be increased. However, since a particularly rapid switch triggering is necessary for certain companies, numerous approaches have been taken to shorten the switch triggering time.
According to the invention, a new way of solving this problem is taken. After that, when switching off, the movable contact is subjected to a further additional force independently of the spring force mentioned, which is mechanically transmitted to it and brought into effect by the steepness of the increase in current.
This new means of accelerating the switch-off process allows a large number of possible designs, three of which will be explained with reference to the drawing. 1 shows the circuit diagram of a quick switch, FIGS. 2 and 3 show a detail of the same in two variants; in Fig. 4 and 5 a further variant is illustrated as it comes into question for reverse current release.
In this switch act according to FIG. 1 on the movable switching element a, which is switched on
State applied to the fixed switching brush b, when switching off there are two release forces, a latch release and an electrodynamic release. Since one does not have to be the same as the other, nor need to act synchronously with her, they are not rigid, but rather elastically coupled to one another. The
Switch shaft is therefore composed of two parts c and d; the movable switching element a sits firmly on the part c of the shaft and is connected to the part cl of the same by an overrunning clutch or by the similarly acting spring e which is attached to a pin s of the switch element a; on the
Shaft piece d also has a driver lever r.
The switch-off spring f of the pawl release engages the lever g, which is seated on the shaft piece d and which is held in the switched-on position by the pawl h. This is under the influence of the maximum current magnet i. On the other hand, in the magnetic field of the coil m, there is the short-circuit winding k designed as a moving coil, which responds to changes in current and sits on part c of the switch shaft. In order to prevent an unintentional opening of the switch when switching on to induction-free full load, the elastic coupling e (or the freewheel) between the shafts c and d can be locked at will.
As can be seen from FIG. 2, this short-circuit turn lies in the concentric to the axis of rotation c
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Magnetic core n. When the current increases rapidly, a short-circuit current proportional to the field change is induced in it by means of a transformer, which counteracts the field change; However, since two sides of the coil k are intersected by the lines of force in the air gap 1 of the magnet n, indicated by the dashed lines, an electrodynamic force is exerted on its outer conductor through which the short-circuit current flows in the sense of the solid arrows, the greater the faster it is the current in
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the coil m increases and the greater its absolute value.
In order to increase the effect, the two magnetic circuits, one of which is used for the transformer induction of the short-circuit current and the other for generating the torque of the coil, could be separated from one another (FIGS. 4 and 5), since the short-circuit winding k is the one from the field generated by the primary coil m attenuates.
In the event of a short circuit in the circuit of the switch a, b, the effect is such that as a result of the instantaneous increase in current, the coil k experiences a torque and the switch lever a lifts off the brush b; but at the same time the pawl h has been released by the overcurrent, so that now the spring f on the
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if a switch-off moment in the same sense as the coil Tc exerts on the switching lever a, even before the short-circuit current in the main circuit has reached its maximum value and has become constant.
You can see from this that the switch trips extremely quickly. The switching arc can be extinguished in any known manner that has nothing to do with the present invention.
The fact that the coil Tc exerts a torque even when the current increases below the limit current during normal operation, which reduces the contact pressure between a and b or also leads to brief opening movements of the switch, is easily permitted or even desired in many companies; the switch is then immediately closed again by the force of the spring e before the arc between the switch contacts is broken. However, it is also possible to take precautions so that the increase in current only generates a torque in the coil Tc when the absolute value of the current exceeds a certain level.
According to FIG. 3, the iron circle for the coil k can also be broken down into two separate circles n 'and n ", each of which has its own excitation coil m' and m" and the one on both sides of the coil axis c, possibly symmetrical to it , are arranged.
Instead of making the electrodynamic effect of the current or the increase in current directly usable for opening the switch, it can also be used indirectly to release or trigger any other force on the moving switch contact, for example to open or close the valve of a compressed air motor moving the switch arm or to couple the Switching arm with a constantly rotating flywheel and. a. m.
It is essential that at least two independent universal release forces act mechanically on the movable switching element.
If you want to have the quick release of the switch only with reverse current, with forward current, however, no or only an ordinary, possibly time-delayed overcurrent release, you can do this z. B. by a different design of the electrodynamic trigger drive of FIG. 2 or 3, for example according to FIGS. Then, according to the variant already mentioned, the two magnetic circuits for the transformer and motor control of the short-circuit coil 7c are separated from each other, and the magnetic circuit for motor control is designed as a permanent magnet or externally excited with direct current in such a way that its direction is independent of the direction of the main current to be switched remains.
Fig. 4 shows in one embodiment of a switch drive responding only to reverse current, the magnetic core for the transformer induction of the drive coil k coupled to the switch axis c in view and the magnetic core for generating the movement of the coil 7c in section, while in Fig. 5 the plan this arrangement is illustrated, wherein the former magnetic core is cut, the latter magnetic circuit is shown in view. The coil m through which the main current flows is linked to the short-circuit winding k through the iron core n, which here has no air gap.
At the same time, the long side of the coil k lies in the air gap 1 of a fixed iron circle composed of two parts o and p, which is externally excited by the winding q. The iron core 0, p is now arranged in such a way that in the rest position, with switch a, b closed, the coil k is approximately at the limit of the air gap I. Furthermore, the two magnetic circuits are excited in such a way that when there is a reverse current in the main circuit to which the switches a, b and the coil m belong, the coil k is drawn into the air gap I, while with a forward current it is pushed out of the air gap. For the first case, the arrows entered in FIGS. 4 and 5 apply.
So if a reverse current occurs. so when the return current increases, the switch contact a (Fig. 1) is carried along in the opening direction; the return current dies away again before it fÜr. the release of the latch h has reached the required height, the spool & rotates in the opposite direction and closes the switch a, b again.
In the event of a sudden increase in the forward current, the coil k, which may be provided with a freewheel for rotation in the opposite direction to the arrow shown, is driven out of the air gap 1 into a field-free zone; it remains there because the driving field is missing, even when the forward current subsides again. If necessary, it can be returned to the ready position by a special return spring.
A particular advantage of this arrangement is that you can put the switch a, b on full load without having to fear tripping due to the sudden significant change in current. because due to the increase in current in the forward direction, the coil is moved in the closing direction of the switch.
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The maximum current release / '. y, g, i, h of switch a. b should of course work with both power lines, so that overloading and burning of the machines or devices to be protected are avoided. The combination on the last level is particularly suitable for level alignment systems. Here it acts selectively in the event of re-ignition, i. H. only the rectifier is switched off that has severe re-ignition.
In the case of lighter reignitions, in which the reverse current does not reach the high current limit, a final shutdown does not take place at all, but the switch is only opened during the reverse current rise and closed again immediately when the reverse current drops. Such work of the device is required in the practice of the rectifier operation.
The transformer transmission of a change in current to the moving coil can also be done by means of
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coil k powered by current transformer t. Since the voltage suddenly drops in the event of a short circuit, a voltage converter v can be used to excite the active motor magnetic field, which can be preceded primarily by a resistor u and which feeds the magnet winding q as a secondary component.
Such a drive system for the switch alb can also be switched so that it only responds to reverse current.
PATENT CLAIMS:
1. Device for reducing the tripping time of automatic electrical switches, on the movable Sehalt member when switching off both the force of a spring and independently
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force depends on the steepness of the increase in current.