Drehstromumformungsanordnung mit mechanischen Kontakten. Die Erfindung betrifft eine Drehstrom umformungsanordnung mit mechanischen Kontakten, deren Anzahl durch sechs teilbar ist, und die von sechs auf einer Welle neben einander angeordneten exzentrischen An triebsmitteln abwechselnd geschlossen und geöffnet werden. Derartige Anordnungen können z. B. dem Wunsche entspringen, zwei Umformersysteme in Reihe oder parallel oder umschaltbar zu betreiben, gegebenenfalls mit einer Phasenverschiebung der beiden Systeme gegeneinander zwecks Erzielung geringerer Welligkeit der Gleichspannung.
Für die Rei henfolge und Zuordnung der Exzenter und der Phasenanschlüsse-bestellt eine grosse An zahl von Kombinationsmöglichkeiten. Diese sind aber sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht nicht alle gleich wertig. Erfindungsgemäss wird eine Auswahl in der Weise getroffen, dass auf der an den Enden und in der Mitte gelagerten Welle zwischen je zwei Lagerstellen eine Gruppe von drei um 120 gegeneinander versetzten Antriebsmitteln angeordnet ist.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass jede der beiden Exzentergruppen für sich ausgewuchtet wer den kann, und dass die Leitungssysteme der beiden Umformergruppen räumlich. vonein ander getrennt verlegt werden können, so dass die Zahl der Leitungskreuzungen herabge setzt werden kann und gegebenenfalls Kreu zungen überhaupt vermieden werden können.
Dadurch kann dann der Vorteil erreicht wer den, dass die Leitungsinduktivität und damit die Induktivität der Kommutierungakreise herabgesetzt ist, die sich bekanntlich bei wechselnder Belastungshöhe durch Verände rung der Kommutierungszeiten unliebsam be merkbar macht, weil sie u. U. die Belastbar keit beschränkt oder eine zusätzliche Verstel lung der Kontaktzeiten erfordert. In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
Die Fig. 1 bis 8 zeigen verschiedene Anordnungen der exzentrischen Antriebs mittel in perspektivischer Darstellung und in Achsrichtung gesehen, die Fig. 9 und 10 ent halten Beispiele von Getriebeanordnungen, und in den Fig. 11 bis 21 sind verschiedene Klemmenanordnungen, Transformatorschal- tungen und Spannungsvektordiagrarnme dar gestellt, die zur Erläuterung der Zuordnung der Anschlüsse und Verbindungsleitungen dienen.
Die Fig. 1, 3, 5 und 7 sind perspekti vische Darstellungen einer Antriebswelle 10, die mit einem Synchronmotor 20 gekuppelt und in zwei Endlagern 7 und 9 und einem mittleren Lager 8 gelagert ist. Die exzentri schen Mittel sind in Form von Kurbel schleifen schematisch dargestellt und vom Motor 20 aus gesehen in steigender Ziffern folge mit 1 bis 6 bezeichnet. Der Drehsinn ist in Richtung des Pfeils, also von der Motor seite aus gesehen, rechtsläufig angenommen. Die zwischen den Lagern 7 und 8 befind lichen Exzenter 1 bis 3 sind um 120 gegen einander versetzt und bilden die Antriebs gruppe A, die in sich ausgewuchtet ist.
Die andere Antriebsgruppe B besteht aus den ebenfalls um 120 gegeneinander versetzten Exzentern 4 bis 6, die zwischen den Lagern 8 und 9 angeordnet sind, und ist ebenfalls in sich ausgewuchtet. Trotz der Auswuchtung bleibt jedoch bei jedem der beiden Systeme ein Restmoment übrig, dessen Vektor senk recht zur Welle 10 wirkt. Mit Rücksicht auf einen ruhigen Lauf des Gerätes wird man be strebt sein, die beiden von den Gruppen A und B herrührenden Restmomente möglichst in Gegenphase zu bringen, damit sie über die Welle 10 einander entgegenwirken und sich dadurch in ihrer Wirkung nach aussen auf das Gestell und die Fundamente des Gerätes möglichst weitgehend aufheben.
Zu diesem Zweck werden gemäss Fig. 1 und 2 von den Antriebsmitteln 1 bis 6 je zwei Exzenter, die zu verschiedenen Gruppen<I>A</I> und<I>B</I> gehören und - von der Welle 10 aus gesehen - in der gleichen Achsialebene liegen, so angeord net, da-ss sie zum 141ittellager 8 symmetrisch liegen.
Vom Mittellager 8 aus erhalten also die Exzenter 3 und 4 die Ordnungszahl I und liegen in der gleichen Achsialebene, ebenso die Exzenter \? und 5 mit der Ordnungszahl 1I, deren gemeinsame Acbs.iälebene um 120 gegen die erste versetzt ist, und endlich die Exzenter 1 und 6 mit der Ordnungszahl III, deren gemeinsame Achsialebene um weitere 120 versetzt ist. Beim Blick in Richtung der Wellenachse ergibt sich dann das Bild nach Fig. z. Bei der Drehung ergibt sich für die Exzenter der Gruppe A die Reihenfolge 1, 2, 3 (steigende Ziffern).
Ein solches. Sy stem wird im folgenden als "rechtsläufig" bezeichnet. Im System B dagegen ist die Rei henfolge bei der Drehung 6, 5, 4 (fallende Ziffern). Dieses System ist "linksläufig", und die beiden Systeme <I>A</I> und<I>B</I> nach Fig. 1 und 2 sind somit gegenläufige Systeme. Es ist ohne weiteres klar, dass die Vektoren der obenerwähnten Restmomente dieser beiden gegenläufigen Systeme in jedem .Augenblick in einer gemeinsamen Achsialebene zur Welle 10 liegen, gleichen Abstand vom Mit tellager 8 haben und gegeneinander um 180 verdreht sind, so dass sie sich gegenseitig vollständig aufheben.
Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei gleichläu- fge Antriebssysteme. Die Exzenter der Gruppe A haben die gleiche Stellung zuein ander wie in Fig. 1. Sie erhalten diesmal vom Endlager 7 aus gesehen die Ordnungszahlen I (1), 1I (\?) und III (31). Die Exzenter der Gruppe B erhalten vom 'Mittellager 8 'aus in gleicher Richtung fortschreitend dieselben Ordnungszahlen I (4), 1I (5), III (6).
Damit sich die Restmomente der beiden Gruppen vollständigY kompensieren, müssen die beiden Exzenter 1 und 4, welche die gleiche Ord- nungiszahl I haben, um 1809 gegeneinander versetzt liegen: ebenso die Exzenter 2 und 5 mit der Ordnungszahl II und .schliesslich auch die Exzenter 3 und 6 mit der Ordnungszahl III. Es ergibt sich also in Achsrichtung ge sehen das Bild na-eh Fig. 4, in welchem die Gruppe A mit ausgezogenen Linien und die Gruppe B mit gestrichelten Linien eingetra gen ist.
Sollen die beiden Um%rmersysteme zwecks Erzielung einer zwölfphasigen Wel ligkeit eine Phasenverschiebung von N ge geneinander aufweisen, so ist ein vollstän diger Ausgleich der Restmomente der um den gleichen Winkel gegeneinander verdrehten Antriebsgruppen nicht mehr möglich. Das freie Moment kann jedoch bei ungünstiger Anordnung viermal so gross werden wie bei der günstigsten Anordnung. Die letztere wird erzielt, wenn man von den Anordnungen nach den Fig. 3 und 4 ausgehend ,die eine Gruppe um 30 gegenüber der andern Gruppe ver setzt.
Eine derartige Anordnunb ist für zwei gleichläufige Antriebsgruppen in den Fig. 5 und 6 mit Nacheilung der Gruppe B und in den Fig. 7 und 8 mit Voreilung der Gruppe B dargestelft. Die Exzenter 1 und 4 beispiels weise liegen hier, von der Welle aus gesehen, in entgegengesetzten Raumsektoren, wie in Fig. 6 und 8 durch gestrichelte Schraffur angedeutet.
In an sich bekannter Weise kann von je dem Exzenter entweder beispielsweise nach Fig. 9- ein Kontakt 11 oder nach Fi.g. 10 ein Paar in Gegentakt arbeitender Kontakte 11, 191 angetrieben werden. Beim Antrieb je eines Kontaktes nach Fig. 9 kann durch die An ordnung nach Fig. 3 und 4 eine Vollwellen- umformung erzielt werden, indem beispiels weise durch die Kontakte der Gruppe A die positiven und durch die Kontakte der Gruppe B die negativen Halbwellen umgeformt wer den.
Mit dem Getriebe nach F'ig. 10, welches einen an einen Exzenterpleuel angelenkten und um einen ruhenden Drehpunkt 23 schwingenden dreiarmigen Hebel 19 auf weist, mit dem die Öffnungsbewegung auf die Kontakte 11. und 12 wechselweise in glei cher Richtung übertragen wird, kann jede Kontaktgruppe für sich eine Vollwellenum- forsnung durchführen.
Kontaktgeräte mit einem solchen Getriebe sind in den Fig. 11 und 12 in der Draufsicht scliei Misch dargestellt und mit 14 bezeich- net. Nach. Fig. 11 ist jedes der zu einem Exzenter 1 bis 6 gehörenden Kontaktpaare 11, 12, an eine der Sekundärklemmen eines Transformators 13 angeschlossen. Der Um farmer kann natürlich auch unmittelbar an einen Generator mit sechs Ausgangsklemmen angeschlossen sein.
Damit sich die äussern Verbindungsleitungen nicht kreuzen, müssen .die Klemmen in zweigetrennten Drehstrom gruppen Ü@, Yl, W,., Ü2, V2, WZ angeordnet sein.
Sind die beiden Antriebsgruppen gleich läufig, also z. B. gemäss den Fig. 3 bis 8, ange ordnet, so wird vorteilhaft auch die örtliche Reihenfolge der Phasen in den beiden Klem- mengruppen gleichgerichtet und gleich ge wählt, wie in Fig. 11 und 12 angegeben ist. Bei gegenläufigen Systemen, z.
B. gemäss Fig. 1 und 2 und bei den hiervon durch Ver drehung um 30 abgeleiteten Anordnungen muss die örtliche Reihenfolge der Phasen zur Transformatormitte symmetrisch sein, wie Fig. 21 zeigt. Bei Beachtung . dieser Regeln werden Leitungskreuzungen auch innerhalb der Systeme vermieden.
In jeder Verbin dungsleitung eines - Kontaktpaares mit dem Transformator 13 ist nach Fig. 11 eine Schaltdrossel 21 angeordnet, deren Kern beim Nennstromwert hochgesättigt ist und in der Nähe des Stromnullwertes durch seine sprunghafte Entsättigung eine die Unterbre chung erleichternde stromschwache - Pause verursacht.
Der Schaltdrosselkern kann vor teilhaft mit Wechselstrom .derart vormagne tisiert sein, .dass .die stromschwache Pause jedesmal vor dem Stromnulldurchgang ein tritt, wodurch insbesondere in Verbindung mit einer die Trennstrecke überbrückenden Parallelkapazität der Anstieg der wiederkeh renden Spannung verzögert werden kann.
Gegenüber der Schaltung nasch Fig. 11, in der die Schaltdrosseln während einer Periode in beiden Richtungen vom Strom durch- flossen werden, kann .der Belastungsbereich durch eine Schaltung gemäss Fib. 12 erwei tert werden, in der die Zuleitungen zu den Kontakten 11 und 12;
eines Paares sich un- mittelbar hinter dem Transformator verzwei- en, so dass -jedem Kontakt 11 eine Schalt- ZZ drossel 21 und jedem Kontakt 12 eine beson dere Schaltdrossel 22 zugeordnet ist, wobei die Leitungen zu den Kontakten 12 vorteil haft über das Gerät hinweg oder unter ihm hindurchgeführt werden. In, dieser Schaltung wird jede Schaltdrossel nur in einer Richtung von pulsierendem .Strom durchflossen.
Die Vormagnetisierung kann hier u. U. mittels Gleichstrom erfolgen. In den beiden Anord nungen nach Fig. 11 und 12 können die Gleichstromzuführungen 15 bis 18 beispiels weise senkrecht zu den Drehstromzufüh- rungsleitungen unter- oder oberhalb der letz teren in das Gerät hineingeführt und mit kurzen Ansatzstücken zu den einzelnen Kon taktstellen hin verzweigt sein.
Sollen die beiden Umformersysteme par- alleIgeschaltet werden, so kann dies am ein fachsten dadurch geschehen, dass die Schie nen 15 und 17 durchgehend miteinander ver bunden werden und ebenso die Schienen 16 und 18.
Zu diesem Zwecke sind, damit. die Schienen 15 und 17 gleiche Polarität besitzen und Kreuzungen der Verbindungsleitungen vermieden werden, bestimmte Regeln bezüg lich Schaltung bezw. der Phasenlage der bei den sekundären Wicklungssysteme .des Trans formators 13 zu beachten.
Nacheilung der Exzentergruppe B (Fig. 5 und 6) entspricht beispielsweise der Schaltung Stern U,, V,, W,/Dreieck U2, V:;, WZ mit entgQgengesetz- ter Richtung der Vektoren einer Phase gemäss Fig. 13 und 14.
Durch eine Vertauschung der Wicklungsenden eines der beiden Sy steme z.B. U1, V1, W, gemäss Fig.15 und 16, mit bleicher Richtung der Vektoren gleicher Phasen können, wenn die beiden Systeme in Reihe beschaltet werden sollen, die Schienen 15 und 17 durchlaufend miteinander verbun den und die Gleichstromzuleitungen an die Klemmen 16 und 18 geführt werden.
Vor- eilung .der Exzentergruppen B (Fig. 7 und 8) entspricht der Schaltung Stern U-,_ V2, W@l Dreieck. U,, V1, W, mit entgegengesetzter Richtung der Vektoren gleicher Phasen ge mäss Fig. 17 und 18, vorzugsweise für Par- alleIschaltung geeignet, und mit gleicher Richtung der Vektoren gleicher Phasen ge mäss Fig. 19 und 20,
vorzugsweise für Rei henschaltung geeignet.
Durch Drehung sämtlicher Vektoren um einen beliebigen Winkel, beispielsweise durch zyklische Vertauschung sämtlicher Klemmen oder durch Vertauschung von. Anfang und Ende sämtlicher Wicklungen, ändert sich grundsätzlich nichts, da dies lediglich einer Drehung der Welle um einen entsprechenden Winkel, z. B. um 120 , 240 bezw. 180 , gleich kommt und somit keine Vertauschung von Verbindungsleitungen oder Anschlüssen, welche Leitungskreuzungen zur Folge haben würde, erfordert.
Three-phase conversion arrangement with mechanical contacts. The invention relates to a three-phase conversion arrangement with mechanical contacts, the number of which can be divided by six, and the drive means are alternately closed and opened by six eccentric drive means arranged next to one another on a shaft. Such arrangements can, for. B. arise from the desire to operate two converter systems in series or in parallel or switchable, possibly with a phase shift of the two systems against each other in order to achieve lower ripple of the DC voltage.
A large number of possible combinations can be ordered for the sequence and assignment of the eccentrics and the phase connections. However, these are not all of the same value, both in electrical and mechanical terms. According to the invention, a selection is made in such a way that a group of three drive means offset by 120 relative to one another is arranged on the shaft mounted at the ends and in the middle between two bearing points.
This measure ensures that each of the two eccentric groups can be balanced individually and that the line systems of the two converter groups are spatially. can be laid separately from one another, so that the number of line crossings can be reduced and, if necessary, crossings can be avoided at all.
This then has the advantage that the line inductance and thus the inductance of the commutation circuits is reduced, which is known to be noticeable when the load level changes by changing the commutation times, because they u. U. the resilience limited or an additional adjustment of the contact times required. In the drawing, Ausführungsbei are games of the subject invention provides Darge.
1 to 8 show different arrangements of the eccentric drive means in perspective and seen in the axial direction, FIGS. 9 and 10 contain examples of gear arrangements, and FIGS. 11 to 21 show various terminal arrangements, transformer circuits and voltage vector diagrams which are used to explain the assignment of the connections and connecting lines.
1, 3, 5 and 7 are perspekti vische representations of a drive shaft 10, which is coupled to a synchronous motor 20 and stored in two end bearings 7 and 9 and a central bearing 8. Die Mittellager 8 bzw. The eccentric's means are shown schematically in the form of crank loops and denoted by 1 to 6 as seen from the engine 20 in increasing numbers. The direction of rotation is assumed to be clockwise in the direction of the arrow, i.e. viewed from the motor side. The eccentrics 1 to 3 located between the bearings 7 and 8 are offset by 120 relative to each other and form the drive group A, which is balanced in itself.
The other drive group B consists of the eccentrics 4 to 6, which are also offset by 120 relative to one another and which are arranged between the bearings 8 and 9, and is also balanced in itself. Despite the balancing, a residual torque remains in each of the two systems, the vector of which acts perpendicular to the shaft 10. With regard to a smooth running of the device, one will strive to bring the two residual torques originating from groups A and B as far as possible in phase opposition so that they counteract each other via the shaft 10 and thereby their effect on the outside of the frame and Save the foundations of the device as much as possible.
For this purpose, according to FIGS. 1 and 2, the drive means 1 to 6 each have two eccentrics, which belong to different groups <I> A </I> and <I> B </I> and are seen from the shaft 10 - lie in the same axial plane, so arranged that they are symmetrical to the center bearing 8.
From the center bearing 8, the eccentrics 3 and 4 receive the ordinal number I and are in the same axial plane, as are the eccentrics \? and 5 with ordinal number 1I, whose common axis plane is offset by 120 from the first, and finally eccentrics 1 and 6 with ordinal number III, whose common axial plane is offset by a further 120. When looking in the direction of the shaft axis, the picture according to FIG. When turning, the sequence 1, 2, 3 (increasing numbers) results for the eccentrics of group A.
One such. Sy stem is referred to below as "clockwise". In system B, however, the order of rotation is 6, 5, 4 (falling digits). This system is "counter-clockwise", and the two systems <I> A </I> and <I> B </I> according to FIGS. 1 and 2 are thus opposing systems. It is immediately clear that the vectors of the above-mentioned residual moments of these two opposing systems are in a common axial plane to the shaft 10 in each moment, have the same distance from the middle bearing 8 and are rotated by 180 against each other so that they cancel each other out completely .
FIGS. 3 and 4 show two identical drive systems. The eccentrics of group A have the same position in relation to one another as in Fig. 1. This time you get the ordinal numbers I (1), 1I (\?) And III (31) from the repository 7. The eccentrics of group B receive the same ordinal numbers I (4), 1I (5), III (6) progressively from the 'center bearing 8' in the same direction.
So that the residual torques of the two groups compensate each other completely, the two eccentrics 1 and 4, which have the same ordinal number I, must be offset from one another by 1809: likewise the eccentrics 2 and 5 with the ordinal number II and finally also the eccentrics 3 and 6 with the ordinal number III. It thus results in the axial direction ge see the picture na-eh Fig. 4, in which the group A with solid lines and group B with dashed lines is einetra conditions.
If the two umber systems are to have a phase shift of N in relation to one another in order to achieve a twelve-phase wave, a complete compensation of the residual torques of the drive groups that are rotated by the same angle is no longer possible. However, with an unfavorable arrangement, the free moment can be four times as large as with the most favorable arrangement. The latter is achieved when starting from the arrangements of FIGS. 3 and 4, which sets a group by 30 ver against the other group.
Such an arrangement is shown for two co-rotating drive groups in FIGS. 5 and 6 with group B lagging and in FIGS. 7 and 8 with group B leading. The eccentrics 1 and 4, for example, are here, seen from the shaft, in opposite spatial sectors, as indicated in Fig. 6 and 8 by dashed hatching.
In a manner known per se, each eccentric can either have a contact 11 according to FIG. 9 or according to FIG. 10 a pair of push-pull contacts 11, 191 are driven. When driving a contact according to FIG. 9, a full-wave transformation can be achieved through the arrangement according to FIGS. 3 and 4, for example by converting the positive half-waves through the contacts of group A and the negative half-waves through the contacts of group B the.
With the gearbox according to Fig. 10, which has a three-armed lever 19 which is hinged to an eccentric connecting rod and oscillates around a stationary fulcrum 23, with which the opening movement is alternately transmitted to contacts 11 and 12 in the same direction, each contact group can perform a full-wave transformation by itself .
Contact devices with such a transmission are shown in a top view in FIGS. 11 and 12 and are denoted by 14. To. 11, each of the contact pairs 11, 12 belonging to an eccentric 1 to 6 is connected to one of the secondary terminals of a transformer 13. The Um farmer can of course also be connected directly to a generator with six output terminals.
The terminals must be arranged in two separate three-phase groups Ü @, Yl, W,., Ü2, V2, WZ so that the external connecting lines do not cross each other.
If the two drive groups are running in the same direction, e.g. 3 to 8, the local sequence of the phases in the two terminal groups is advantageously rectified and selected to be the same, as indicated in FIGS. 11 and 12. In opposing systems, e.g.
B. according to FIGS. 1 and 2 and in the arrangements derived therefrom by turning 30 Ver, the local sequence of the phases to the transformer center must be symmetrical, as FIG. 21 shows. With attention. According to these rules, line crossings are also avoided within the systems.
In each connec tion line of a - contact pair with the transformer 13, a switching inductor 21 is arranged according to FIG. 11, the core of which is highly saturated at the rated current value and near the current zero value due to its sudden desaturation causes a pause that facilitates the interruption.
The switching inductor core can advantageously be pre-magnetized with alternating current in such a way that the low-current pause occurs before the current zero crossing, whereby the rise in the recurring voltage can be delayed, especially in connection with a parallel capacitance bridging the isolating distance.
In contrast to the circuit shown in FIG. 11, in which the switching inductors have current flowing through them in both directions during a period, the load range can be achieved by a circuit according to FIG. 12 are expanded, in which the leads to the contacts 11 and 12;
of a pair branch directly behind the transformer, so that each contact 11 is assigned a switching ZZ throttle 21 and each contact 12 is assigned a special switching throttle 22, the lines to the contacts 12 advantageously across the device or be passed under it. In this circuit, pulsating current flows through each switching throttle in only one direction.
The bias can here u. U. by means of direct current. In the two arrangements according to FIGS. 11 and 12, the direct current feeds 15 to 18 can, for example, be led into the device perpendicular to the three-phase feed lines below or above the latter and branched off with short extensions to the individual contact points.
If the two converter systems are to be connected in parallel, the easiest way to do this is to connect the rails 15 and 17 continuously to one another, and likewise the rails 16 and 18.
To this end, so are. the rails 15 and 17 have the same polarity and crossings of the connecting lines are avoided, certain rules bezw Lich circuit or. the phase position of the transformer 13 in the secondary winding systems.
The lag of the eccentric group B (FIGS. 5 and 6) corresponds, for example, to the star U 1, V 1, W, / triangle U2, V:;, WZ circuit with the opposite direction of the vectors of a phase according to FIGS. 13 and 14.
By interchanging the winding ends of one of the two systems e.g. U1, V1, W, according to FIGS. 15 and 16, with the pale direction of the vectors of the same phases, if the two systems are to be connected in series, the rails 15 and 17 can be continuously connected to one another and the direct current leads to the terminals 16 and 18 be guided.
The lead of the eccentric groups B (Fig. 7 and 8) corresponds to the connection star U -, V2, W @ l triangle. U 1, V1, W, with the opposite direction of the vectors of the same phases according to FIGS. 17 and 18, preferably suitable for parallel connection, and with the same direction of the vectors of the same phases according to FIGS. 19 and 20,
preferably suitable for series connection.
By rotating all vectors by any angle, for example by cyclically interchanging all terminals or by interchanging. The beginning and end of all windings does not fundamentally change anything, since this is only a rotation of the shaft through a corresponding angle, e.g. B. to 120, 240 respectively. 180, is the same and therefore does not require interchanging connection lines or connections, which would result in line crossings.