Kontaktumformer. Die Erfindung betrifft einen Kontakt umformer zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom oder Gleichstrom in Wechsel strom oder Wechselstrom in Wechselstrom anderer Frequenz. Kennzeichnend für einen solchen Umformer ist eine Schalteinrichtung, die periodisch den Laststrom von einer abzu lösenden Phase an eine ablösende Phase über gibt (Kommutation).
Zur Entlastung der Kontakte dieser Schalteinrichtung von Schaltfeuer ist schon vorgeschlagen worden, eine in Serie mit der Schaltstelle liegende und eine stromschwache Pause in der Nähe des Stromnulldurchganges erzeugende Schaltdrossel mit einem Neben pfad parallel zu der Schaltstelle, der ein plötzliches Anspringen der Spannung beim offnen derselben verhindern soll, zu kombi nieren.
Weiter ist vorgeschlagen worden, den Schaltstellen einen Gleichrichter parallel zu schalten, welcher die Last übernimmt, wenn diese sich öffnen.
Nach der vorliegenden Erfindung sind zur Entlastung der Schaltstellen von Schaltfeuer folgende Massnahmen. vorgesehen. Je zwei Phasenwicklungen des Speisetransformators, die einander zu gegebener Zeit ablösen, wer den auf der .Seite der Schalteinrichtung über eine veränderliche Impedanz verbunden. Der Scheinwiderstand derselben soll während der Kommutationszeit der zwei Phasen kleiner sein als während der Zeit, in der nur eine oder gar keime dieser Phasen Laststrom führt.
Ausserdem ist im greis, gebildet aus der ver änderlichen Impedanz und den zwei -Schalt stellen, eine Zusatzspannung eingefügt, die in dem Sinne wirkt, dass die Kommutation ver bessert wird.
Zur Erläuterung der vorliegenden Erfin dung dienen die F'ig. 1 bis 4 der beiliegenden, schematischen Zeichnung, die Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes. be trifft.
Fig. 1 zeigt einen dreiphasigen Strom richter. 1, 2, 3 sind die drei Sekundärphasen des Speisetransformators. 4 ist die Schalt einrichtung mit den drei Schaltstellen 5, 6, 7. In der gezeichneten Stellung soll gerade Phase 1 durch 2 abgelöst werden; Schaltstelle 5 ist also zu öffnen. Weiter ist 8 die gleich- si.romseitige Belastung und 9 eine Glättungs- drossel. Zwischen den drei Phasenwicklungen sind die veränderlichen Impedanzen 10, 11, 12 und die Zusatzspannungen 13, 14, 15 ein gefügt.
Es können auch in Reihe zu den Phasen unmittelbar vor den Schaltstellen noch andere Zusatzspannungen (13', 14', 15' in Fig. 1) eingefügt werden. Die Wirkungs weise der veränderlichen Impedanzen 10, 11, 12 und der Zusatzspannungen 13, 14, 15 ist nun folgende: Im gezeichneten Zeitmoment soll der Scheinwiderstand der Impedanz 10 wesent lich kleiner als der der Impedanzen 11 und 12 und die Spannung der Spannungsquelle. 13 so gerichtet sein, dass der Strom, der sich ihr zufolge im Kreis, bestehend aus dieser Span nungsquelle 13, Impedanz 10, Schaltstelle 6 und Schaltstelle 5, ausgebildet, dem durch Schaltstelle 5 fliessenden Laststrom entgegen wirkt.
Die veränderliche Impedanz (10, 11, 12) kann beispielsweise eine sich sättigende In duktivität sein. Die an ihr wirkende Span nung setzt sich zusammen aus der verketteten Spannung der zwei miteinander kommutie renden Phasen und der Zusatzspannung (13, 14, 15).
Die Induktivität und die Zusatz- spannung sind so bemessen, dass das zeitliche Integral der an der Induktivität wirksamen resultierenden Spannung während der Kom- mutationsperiode grösser und während der übrigen Zeit kleiner ist als die Flussverket- tung am Sättigungsknick der Magnetisie- rungskurve derselben.
Dabei ist diejenige Flussverkettung gemeint, die erreicht wird, wenn das Eisen der Induktivität gesättigt wird und somit die Magnetisierungskurve durch den Sättigungsknick verläuft. Damit ist aber zwangsläufig der Scheinwiderstand dieser Induktivität ausserhalb der Kommuta- tionsperiode sehr gross und während derselben sehr klein, so dass sie nur hier von einem nennenswerten Strom durchflossen wird. Fig. 4 veranschaulicht diesen Sachverhalt.
i; ist der Strom in der Schaltstelle 5 und i2 der Strom in der Schaltstelle 6, während i', und i', die Ströme in den entsprechenden Phasenwiclklungen 1 und 2 bedeuten. Die Differenz ist der Strom, den die Span-, nungsquelle 13 durch die Impedanz 10 treibt. Der zeitliche Verlauf der Zusatzspannung kann so gewählt werden, da.ss der Nulldurch gang von z, sehr flach wird, wie dies. Fig. 4 zeigt.
Der durch die Schaltstelle 5 zu unter brechende Strom kann somit klein gehalten werden, und bei Anwendung bekannter Mit tel zur Verhinderung eines zu grossen plötz lichen Spannungsanstieges kann diese funken frei geöffnet werden.
Die gleiche Wirkung erhält man, wenn man, statt der Zusatzspannung (13, 14, 15) zwischen den Phasen, die Zusatzspannungen (13', 14', 15') in Reihe zu den Phasen unmit telbar vor die Schaltstellen einfügt. Die an der veränderlichen Impedanz 10 ausserhalb der Kommutationszeit wirkende Spannung ist in diesem Fall die verkettete Spannung der Sekundärwicklung des Transformators, während der Kommutationszeit ist dagegen die auf die Impedanz 10 wirkende Spannung hauptsächlich durch die Summe der Zusatz spannungen 13', 14' gegeben.
Die sich sätti gende Induktivität und die Zusatzspannungen sind wieder so bemessen, dass das zeitliche Integral der an der Induktivität wirkenden Spannung während der Kommutationszeit grösser und während der übrigen Zeit kleiner als die Flussverkettung am Sättigungsknick der Magnetisierungskurve ist. Dies hat die gleiche Änderung des Scheinwiderstandes der Impedanz und die gleiche günstige Wirkung auf die Kommutation, wie bereits oben erläu tert wurde.
Gegenüber der bekannten Anordnung, die Schaltdrosseln in Serie mit den Schaltstellen und Nebenpfade parallel zu denselben ver wendet, besitzt die Anordnung nach der Er findung den Vorteil, dass im Ausschalt moment nur eine sehr kleine Induktivität im Kreise ist. Die im Ausschaltmoment wieder- kehrende Spannung verläuft aber um so flacher, je kleiner diese ist. Beispielsweise kann hier die natürliche Kapazität der Schalteinrichtung genügen, um den Verlauf genügend flach zu halten.
Dies bedeutet aber einen wesentlichen Vorteil, weil damit die Schwierigkeiten, die beim Einschalten lei- siungsfähiger Nebenpfade auftreten, nicht bestehen.
Um einen einwandfreien Betrieb des Kon taktumformers unabhängig von der gleich- stromseitigen Belastung zu gewährleisten, ist es notwendig, dass die Zusatzspannungen (13, 14, 15) oder (13', 14', 15') vom gleichstrom- seitigen Laststrom gesteuert werden. Wird z. B. die Zusatzspannung (13, 14, 15) in einem Generator erzeugt, dann kann dessen Erregung vom Laststrom gesteuert werden. Die lastabhängige Zusatzspannung (13', 14', 15') kann man z.
B. in Ohmschen Widerständen erzeugen, die an den durch 13', 14', 15' ange deuteten Stellen der Fig. 1 eingeschaltet sind und je von einem der Ströme i" iz und i3 durchflossen werden. Dadurch, dass dieser Widerstand erst während der Kommutations- periode oder kurz vorher eingeschaltet wird, findet eine Verschlechterung des Wirkungs grades der Anlage praktisch nicht statt.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schalteinrichtung, die dies ermöglicht. Statt aus Druckkontakten, wie in Fig. 1 in 4 ange deutet, besteht sie aus einem leitenden Segment 16, das unter den Zuführungsbürsten der drei Phasen weggleitet. Am ablaufenden Ende sind eine oder mehrere Lamellen 17 über die Widerstände 18 unter sich und mit dem Segment 16 verbunden. Bevor im Be trieb eine Schaltstelle geöffnet wird, wird also ein gewisser Widerstandswert eingeschal tet.
Die Zunahme des Übergangswiderstandes infolge Verkleinerung der StromÜbergangs- fläche von einer Bürste gegenüber einem ablaufenden Segment wirkt in demselben Sinne und genügt. bei geeigneter Formgebung allein schon zur Erzeugung der nötigen Zu satzspannung. An Druckkontakten ist allge mein der Übergangswiderstand druckabhän gig. Bei Verwendung einer Schalteinrichtung niit Druckkontakten (wie 4 in Fig. 1) lässt sich die gewünschte Widerstandszunahme durch geeignete Steuerung des Kontakt druckes erzielen.
Ausserdem besteht die Mög- lichkeit, mit einer Kontaktanordnung nach Fig. 3, die nur einen Pol der Kontakteinrich- tung 4 darstellt, durch einen oder mehrere Vorkontakte 19, die in Serie mit dem Haupt kontakt liegen, einen oder mehrere Wider stände 20 einzuschalten, bevor letzterer ge öffnet wird.
Der Widerstand wird in diesem Fall stufenweise eingeschaltet, während im Falle der Fig.2 eine stetige Einschaltung des Widerstandes stattfindet.
Contact converter. The invention relates to a contact converter for converting alternating current into direct current or direct current into alternating current or alternating current into alternating current of a different frequency. Characteristic for such a converter is a switching device that periodically transfers the load current from a phase to be released to a phase to be replaced (commutation).
To relieve the contacts of this switching device from switching lights, it has already been proposed to have a switching throttle in series with the switching point and a low-current break near the current zero crossing with a secondary path parallel to the switching point, which prevent a sudden jump in voltage when the same is opened should be combined.
It has also been proposed to connect a rectifier in parallel to the switching points, which takes over the load when they open.
According to the present invention, the following measures are to be taken to relieve the switching points of switching lights. intended. Two phase windings of the supply transformer, which replace each other at a given time, who are connected to the .Side of the switching device via a variable impedance. The impedance of the same should be smaller during the commutation time of the two phases than during the time in which only one or even germs of these phases carries load current.
In addition, an additional voltage is inserted in the old, formed from the changeable impedance and the two switching points, which acts in the sense that the commutation is improved.
To explain the present invention, the FIGS. 1 to 4 of the accompanying schematic drawings, the execution examples of the subject invention. be concerned.
Fig. 1 shows a three-phase converter. 1, 2, 3 are the three secondary phases of the supply transformer. 4 is the switching device with the three switching points 5, 6, 7. In the position shown, phase 1 is to be replaced by 2; Switching point 5 is therefore to be opened. In addition, 8 is the load on the equilibrium side and 9 is a smoothing throttle. The variable impedances 10, 11, 12 and the additional voltages 13, 14, 15 are inserted between the three phase windings.
Other additional voltages (13 ', 14', 15 'in FIG. 1) can also be inserted in series with the phases immediately before the switching points. The effect of the variable impedances 10, 11, 12 and the additional voltages 13, 14, 15 is now as follows: In the moment shown, the impedance of the impedance 10 is essential Lich smaller than that of the impedances 11 and 12 and the voltage of the voltage source. 13 be directed so that the current, which, according to her, is formed in a circuit, consisting of this voltage source 13, impedance 10, switching point 6 and switching point 5, counteracts the load current flowing through switching point 5.
The variable impedance (10, 11, 12) can, for example, be a saturating inductivity. The voltage acting on it is made up of the interlinked voltage of the two mutually commuting phases and the additional voltage (13, 14, 15).
The inductance and the additional voltage are dimensioned in such a way that the time integral of the resulting voltage acting on the inductance is greater during the commutation period and smaller during the rest of the time than the flux linkage at the saturation kink of the magnetization curve of the same.
This refers to the flux linkage that is reached when the iron of the inductance is saturated and the magnetization curve thus runs through the saturation kink. This means that the impedance of this inductance is inevitably very large outside the commutation period and very small during the same, so that a significant current flows through it only here. Fig. 4 illustrates this fact.
i; is the current in switching point 5 and i2 is the current in switching point 6, while i ', and i' mean the currents in the corresponding phase windings 1 and 2. The difference is the current that the voltage source 13 drives through the impedance 10. The time course of the additional voltage can be chosen so that the zero crossing of z, becomes very flat, like this. Fig. 4 shows.
The current to be interrupted by the switching point 5 can thus be kept small, and if known means are used to prevent excessive sudden voltage rise, these sparks can be opened freely.
The same effect is obtained if, instead of the additional voltage (13, 14, 15) between the phases, the additional voltages (13 ', 14', 15 ') are inserted in series with the phases immediately before the switching points. The voltage acting on the variable impedance 10 outside the commutation time is in this case the linked voltage of the secondary winding of the transformer, while during the commutation time the voltage acting on the impedance 10 is mainly given by the sum of the additional voltages 13 ', 14'.
The saturating inductance and the additional voltages are again dimensioned so that the time integral of the voltage acting on the inductance is greater during the commutation time and less than the flux linkage at the saturation point of the magnetization curve during the rest of the time. This has the same change in the impedance of the impedance and the same beneficial effect on the commutation, as has already been explained above.
Compared to the known arrangement that uses switching chokes in series with the switching points and secondary paths in parallel to the same ver, the arrangement according to the invention He has the advantage that only a very small inductance is in the circle at the moment of switching off. The voltage that recurs at the moment of switch-off is the flatter the smaller it is. For example, the natural capacity of the switching device can be sufficient here to keep the course sufficiently flat.
However, this means a significant advantage because it eliminates the difficulties that arise when switching on efficient secondary paths.
To ensure proper operation of the contact converter regardless of the load on the DC side, it is necessary that the additional voltages (13, 14, 15) or (13 ', 14', 15 ') are controlled by the load current on the DC side. Is z. B. the additional voltage (13, 14, 15) generated in a generator, then its excitation can be controlled by the load current. The load-dependent additional voltage (13 ', 14', 15 ') can e.g.
B. generate in ohmic resistances, which are switched on at the points indicated by 13 ', 14', 15 'in FIG. 1 and are each traversed by one of the currents i "iz and i3. Because this resistance occurs only during the Commutation period or is switched on shortly before, there is practically no deterioration in the efficiency of the system.
Fig. 2 shows an embodiment of a switching device that makes this possible. Instead of pressure contacts, as indicated in FIG. 1 in FIG. 4, it consists of a conductive segment 16 which slides away under the feed brushes of the three phases. At the trailing end, one or more lamellas 17 are connected to one another and to segment 16 via resistors 18. Before a switching point is opened during operation, a certain resistance value is switched on.
The increase in the contact resistance as a result of the reduction in the current contact area of a brush compared to a running segment has the same effect and is sufficient. With a suitable shape, this is enough to generate the necessary additional voltage. The transition resistance at pressure contacts is generally pressure-dependent. When using a switching device with pressure contacts (such as 4 in FIG. 1), the desired increase in resistance can be achieved by suitable control of the contact pressure.
There is also the possibility, with a contact arrangement according to FIG. 3, which represents only one pole of the contact device 4, to switch on one or more resistors 20 through one or more preliminary contacts 19 which are in series with the main contact, before the latter is opened.
In this case, the resistor is switched on in stages, while in the case of FIG. 2 the resistor is switched on continuously.