DE1055138B - Periodically operated contact device for mechanical power converters with push-button operated contacts - Google Patents

Periodically operated contact device for mechanical power converters with push-button operated contacts

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DE1055138B
DE1055138B DEL21071A DEL0021071A DE1055138B DE 1055138 B DE1055138 B DE 1055138B DE L21071 A DEL21071 A DE L21071A DE L0021071 A DEL0021071 A DE L0021071A DE 1055138 B DE1055138 B DE 1055138B
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plunger
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DEL21071A
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German (de)
Inventor
Dr-Ing Floris Koppelmann
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20—Contact mechanisms of dynamic converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Contacts (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

Mechanische Stromrichter für große Ströme arbeiten mit Druckkontakten, welche über einen Stößel von einem vorzugsweise motorisch bewegten Getriebe betätigt werden. Die einseitige Amplitude der Bewegung des Stößels ist dabei etwa 2 mm. Dieser Hub des Stößels ist erforderlich, um die nötige Spannungsfestigkeit des offenen Kontaktes zu erzielen, außerdem aber auch, um bei ungewollten Höhenänderungen der Kontaktstücke oder Längenänderungen von Getriebeteilen nicht zu große Änderungen der Kontaktschließzeiten zu erhalten. Andererseits ist dem mechanischen Stromrichter als Nachteil vorzuwerfen, daß er gegenüber anderen Stromrichtern ein bewegtes Gerät und daher weniger dauerfest ist.Mechanical converters for large currents work with pressure contacts, which have a plunger from a preferably motorized gear operated. The unilateral amplitude of the movement of the plunger is about 2 mm. This stroke of the plunger is necessary to achieve the necessary dielectric strength of the open contact, moreover but also to avoid unwanted changes in height of the contact pieces or changes in length of gear parts not to receive too large changes in contact closure times. The other hand is the mechanical To accuse power converter as a disadvantage that it is a moving device and compared to other power converters therefore is less durable.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich unter gewissen Umständen der Hub der Kontakte verringern läßt und daß dadurch der mechanische Gleichrichter sich einem ruhenden Gerät nähert. Diese Möglichkeiten bestehen vor allem dann, wenn man die Unterbrechung mit mindestens zwei, nach Möglichkeit aber mit vier oder noch mehr gleichzeitig öffnenden Kontaktstellen ausführt. Die statistische Wahrscheinlichkeit eines Überschlags über Trennstrecken von kleinem Öffnungsweg nimmt mit der Zahl der in Reihe geschalteten gleichzeitig öffnenden Trennstrecken stark ab. An sich ist nämlich für Niederspannungsgleichrichter bereits ein Kontakthub von wenigen Hundertstelmillimetern zur Isolation der Spannung ausreichend, wenn die Minimumspannung der Luft 300 V beträgt, d. h. daß selbst bei dem geringsten Abstand mindestens 300 V erforderlich sind, um einen Überschlag hervorzurufen. Praktisch wird diese hohe Spannungsfestigkeit dadurch beeinträchtigt, daß gelegentlich Metallsplitter, Staub oder andere Unebenheiten an der Trennstrecke auftreten. Die Wahrscheinlichkeit derartiger Störungen nimmt jedoch bei mehreren in Reihe geschalteten Trennstrecken außerordentlich ab. Auf dieser Erkenntnis beruht die Erfindung. GegenstandderErfindung ist ein periodisch betätigtes Kontaktgerät mit stößelbetätigten Kontakten für sechsphasige Brückenschaltungen mit kontaktseitig in einzelne Phasenwicklungen aufgelöster Transformatorwicklung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltstelle des Stromkreises in zwei oder mehr hintereinandergeschaltete und gleichzeitig betätigte LTnterbrechungsstellen aufgeteilt ist, deren Kontaktbetätigung durch eine genau oder angenähert sinusförmige Stößelbewegung mit einer einseitigen Amplitude von <Ξ 1 mm erfolgt.The invention is based on the knowledge that under certain circumstances the stroke of the contacts can be reduced and that thereby the mechanical rectifier approaches a device at rest. These Above all, opportunities exist if you can take the break with at least two, if possible but with four or more contact points opening at the same time. The statistical probability a rollover over isolating distances with a small opening path increases with the number of isolating gaps connected in series at the same time. In itself is namely for low voltage rectifiers A contact stroke of a few hundredths of a millimeter is sufficient to isolate the voltage when the minimum voltage is reached the air is 300 V, d. H. that even with the smallest distance at least 300 V is required, to cause a rollover. In practice, this high dielectric strength is impaired by that occasionally metal splinters, dust or other unevenness appear at the separating distance. the However, the likelihood of such interference increases when there are several isolating paths connected in series extraordinarily off. The invention is based on this knowledge. The subject of the invention is a periodic actuated contact device with plunger-actuated contacts for six-phase bridge circuits with contact side Transformer winding dissolved into individual phase windings. It is characterized by that each switching point of the circuit in two or more cascaded and simultaneously actuated LTinterrupter points is divided, their contact actuation by an exact or approximate sinusoidal ram movement with a one-sided amplitude of <Ξ 1 mm takes place.

Bei sechsphasigen Brückenschaltungen werden immer zwei Schaltstellen gleichzeitig betätigt. Führt man jede Schaltstelle mit Doppelunterbrechung aus, so ergeben sich somit vier Unterbrechungsstellen. An sich ist die sechsphasige Brückenschaltung bekannt.In the case of six-phase bridge circuits, two switching points are always actuated at the same time. Leads if you select each switching point with double interruption, there are thus four interruption points. At the six-phase bridge circuit is known.

Periodisch betätigtes Kontaktgerät
für mechanische Stromrichter
mit stößelbetätigten KontaktenPeriodically operated contact device
for mechanical converters
with plunger operated contacts

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs- G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt, ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt, has been named as the inventor

Auch die Auflösung der mehrphasigen, kontaktseitigen Transformatorwicklung in einzelne Phas en wicklungen war bekannt. Der Hub bei der sechsphasigen Brückenschaltung wurde jedoch nicht anders gewählt als bei der dreiphasigen Brückenschaltung. Die Erfindung ermöglicht es jedoch nun, den Kontakthub nennenswert kleiner zu wählen, und das ermöglicht eine kleinere mechanische Beanspruchung des Kontaktgerätes. Also the resolution of the multiphase transformer winding on the contact side into individual phase windings was known. However, the hub for the six-phase bridge circuit was not chosen differently than for the three-phase bridge circuit. However, the invention now enables the contact stroke to be significant to choose smaller, and that allows a smaller mechanical stress on the contact device.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zwecks Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit für das Kontaktmaterial ein Stoff gewählt, der im Dauerbetrieb weder durch Stoffwanderung noch durch kaltes Verschweißen unter dem Einfluß des Stromdurchganges dazu neigt, Unebenheiten auf den Kontaktflächen zu bilden. Bei Verwendung eines derartigen Kontaktmaterials, beispielsweise Wolfram— Silber, kann der Kontakthub besonders klein gehalten werden. Zur Vermeidung von Stoff wanderung sieht man dabei von der Anschnittregelung, welche im Einschaltaugenblick den Kontakt mit Spannung belastet, ab und regelt die Spannung im wesentlichen durch Regelumspanner oder durch magnetische Regelung. Die Aufrauhung der Kontaktflächen im Dauerbetrieb durch kaltes Verschweißen unter dem Einfluß der hohen Stromdichte kann vermindert werden, wenn man die Stromdichte nicht über etwa 50'A/mm2 wählt, also großflächige Kontakte benutzt. Die größere Masse derartiger Kontakte kann bei dem kleinen Kontakthub in Kauf genommen werden. Durch Wärmedehnungen der die Kontakte tragenden Stromzuleitungen oder der Antriebsteile kann die Kontaktschließzeit beeinflußt werden. DieKonstruktion ist daher so< zu wählen,, daß Wärmedehnungen keinen Einfluß auf die Kon-According to a further development of the invention, a material is selected for the purpose of influencing the electrical conductivity for the contact material, which tends to form unevenness on the contact surfaces neither due to migration of material nor due to cold welding under the influence of the passage of current. When using such a contact material, for example tungsten-silver, the contact stroke can be kept particularly small. In order to avoid material migration, one sees from the gate control, which loads the contact with voltage at the moment of switch-on, and regulates the voltage essentially by means of a regulating transformer or magnetic control. The roughening of the contact surfaces in continuous operation by cold welding under the influence of the high current density can be reduced if the current density is not selected above about 50'A / mm 2 , i.e. if large-area contacts are used. The greater mass of such contacts can be accepted with the small contact stroke. The contact closing time can be influenced by thermal expansion of the power supply lines carrying the contacts or of the drive parts. The construction should therefore be chosen so that thermal expansion has no effect on the construction.

809 790/413809 790/413

Claims (2)

taktschließzeit haben oder daß sie ausgeregelt werden können. Dabei wird es unter Umständen erforderlich sein, jeden einzelnen Kontakt individuell für sich auf die richtige Schließzeit, d. h. so zu regeln, daß er etwa im mittleren Drittel der durch Schaltdrosseln oder entsprechende Entlastungsmittel hervorgerufenen Stufe schaltet. Durch Anwendung der angegebenen AIittel wird es möglich, mit der einseitigen Amplitude des Stößels sogar unter 0,5 mm zu gehen. Bei derartig kleinen Hüben kann die den Kontaktdruck hervorrufende Feder statt als Schraubenfeder als Blattfeder ausgebildet wrerden, oder aber es können dämpfende elastische Stoffe aus Gummi oder Leder od. dgl., gegebenenfalls durch Stahleinlagen gestützt, verwendet werden. Je kleiner der Kontakthub ist, um so größer werden die durch Unregelmäßigkeiten auftretenden Abweichungen des Kontaktöffnungszeitpunktes vom Sollwert sein. Um dies ohne Einbuße in elektrischer Betriebssicherheit in Kauf nehmen zu können, stattet man die mechanischen Gleichrichter nach der Erfindung mit Schaltdrosseln aus, deren Stufenlänge bei höchster Kommutierungsspannung mindestens gleich 1,5 · IO-3s ist. Um den Preis derartig großer Schaltdrosseln in erträglichen Grenzen zu halten, führt man sie zweckmäßigerweise als Einwindungsdrosseln (Alanteldrosseln) aus. Je kleiner die einseitige Amplitude der Stößelbewegung wird, um so kleiner werden auch die Längenänderungen des Stößels, die erforderlich sind, um die Kontaktschließzeit auf gewünschte, von den Betriebsbedingungen abhängige Werte zu regeln. Beispielsweisewirdbei einer einseitigen Stößelamplitude von 0,3 mm die zur Kontaktzeitregelung erforderliche Längenänderung des Stößels kleiner als 0,1 mm. Derartig kleine Längenänderungen können mit Mitteln erzielt werden, die von den bisher üblichen mechanischen Verstellungen abweichen und sehr viel einfacher als letztere sind. Beispielsweise kommt eine Längenänderung durch Magnetostriktion, durch künstliche Erwärmung oder durch elastische Verformung von Getriebeteilen in Frage. Diese Mittel ermöglichen es auch, auf wirtschaftliche Art und Weise jeden Kontakt einzeln zu steuern bzw. zu regeln. Damit während der Sperrzeit der Gesamthub des Kontaktes möglichst groß wird, ist es zweckmäßig, bei Schaltungen mit kleiner Stromflußdauer je Phase das rückwärtige Ende der Kontaktdruckfeder mit dem Stößel mitzubewegen. Tn Fig. 1 der Zeichnung ist schematisch ein Kontakt mit seinem Antrieb dargestellt. 1 und 2 sind feststehende Kontaktstücke, 3 ein bewegter Kontaktteller, der durch eine Feder 4 gegen den Stößel 5 gedrückt wird. Der Stößel 5 arbeitet in einer Geradführung 6 und wird durch einen umlaufenden Exzenter 7 mit einer einseitigen Bewegungsamplitude ε bewegt. Das rückwärtige Ende der Feder stützt sich gegen ein im Raum feststehendes Konstruktionsteil 8 ab. In Fig. 2 ist ein Kontakt dargestellt, bei dem sich das rückwärtige Ende der Kontaktfeder bei 9 gegen den Stößelkopf 10 selbst abstützt. Gegenüber Fig. 1 ist die Ebene der Kontakte hier um 90° versetzt gezeichnet, so daß man die Breitseite der Kontaktstücke 1 und 2 sieht. 11 ist ein Isolierstück, welches den Kontaktteller 3 betätigt. 12 ist eine Anbukfeder, welche statt der Geradführung 6 das obere Ende des Stößels 5, das als Pleuelstange ausgebildet ist, führt. Der Stößel macht in diesem Fall eine kleine, in der Zeichnung von links nach rechts gehende Drehbewegung. Diese Drehbewegung ist um so kleiner, je kleiner die Exzentrizität ε nach der Erfindung ausgeführt wird. Sie kann daher besonders bei Konstruktionen nach der Erfindung in Kauf genommen werden. Statt der in den Figuren gezeichneten Schraubenfedern 4 kann auch eine Blattfeder, eine Tellerfeder oder auch ein elastischer Stoff, wie Gummi od. dgl., benutzt werden. Der Stößelschaft 5 ist von einer Spule 13 umgeben. Diese Spule kann beispielsweise durch Gleichstrom erregt werden, so daß der Stößelschaft 5 in der Längsrichtung magnetisiert und infolgedessen durch Magnetostriktion länger oder kürzer wird, wodurch die Kontaktschließzeit des Tellers 3 sich steuern läßt. Man kann die Spule 13 auch mit Wechselstrom beschicken, beispielsweise Wechselstrom höherer Frequenz, und damit eine Erwärmung des Stößelschaftes 5 hervorrufen, welche ebenfalls eine Kontaktzeitregelung ermöglicht. Das letzte Verfahixn hat den Nachteil, daß es nicht so trägheitslos ist wie die Magnetostriktion. Fig. 3 zeigt einen mechanischen Gleichrichter in sechsphasiger Brückenschaltung mit sekundär aufgelöstem Stern. Diese Schaltung ist für die Erfindung besonders geeignet, da sie zwei in Reihe geschaltete gleichzeitig öffnende Kontakte 14 und 15 aufweist; mithin öffnen bei Doppelunterbrechung jeden Kontaktes vier Unterbrecherstellen gleichzeitig. Außerdem hat diese Schaltung den Vorteil, daß die Sprungspannung an den Kontakten verhältnismäßig klein ist. Schließlich ist in dieser Schaltung die Bauleistung der Schaltdrosseln so gering, daß große Stufenlängen verwendet werden können, welche die trotz der sonstigen Maßnahmen nach der Erfindung noch verbleibenden Unregelmäßigkeiten der Kontaktschließzeit ohne Einbuße an Betriebssicherheit aufzunehmen vermögen. Durch Anwendung der Mittel nach der Erfindung nähert sich der mechanische Gleichrichter in seinem Arbeiten einem ruhenden Gerät, d. h., alle mit der Bewegung verbundenen Beanspruchungen und Gefährdungen der Betriebssicherheit und die Anforderung an die Wartung nehmen wesentlich ab. Statt des gezeichneten Antriebs des Stößels durch eine schnell umlaufende, beispielsweise in Kugellagern gelagerte Welle mit Motorantrieb kann die kleine Stößelbewegung von weniger als 1 mm Hub auch für andere Getriebe erzeugt werden, beispielsweise kann eine umlaufende Motorwelle durch magnetische Kräfte ohne gleitende oder rollende Reibung die Stößel in Bewegung setzen, oder es können von der umlaufenden Welle durch Luft oder Flüssigkeiten Druckimpulse auf die Stößel übertragen werden, ohne daß gleitende oder rollende Reibung fester Teile aufeinander auftritt. Diese Mittel kommen dann besonders in Frage, wenn nach der Erfindung der Hub der Stößelbewegung klein gemacht wird. Patentansprüche:have clock closing time or that they can be regulated. It may be necessary to set each individual contact individually for the correct closing time, i. H. to be regulated in such a way that it switches approximately in the middle third of the stage caused by switching throttles or corresponding relief means. By using the specified means, it is possible to even go below 0.5 mm with the one-sided amplitude of the ram. With such small strokes, the spring producing the contact pressure can be designed as a leaf spring instead of a helical spring, or damping elastic materials made of rubber or leather or the like, optionally supported by steel inserts, can be used. The smaller the contact stroke, the greater will be the deviations of the contact opening time from the target value due to irregularities. In order to be able to accept this without sacrificing electrical operational safety, the mechanical rectifier according to the invention is equipped with switching chokes whose step length at the highest commutation voltage is at least 1.5 · IO-3s. In order to keep the price of such large switching throttles within tolerable limits, they are expediently designed as single-winding throttles (alangel throttles). The smaller the one-sided amplitude of the plunger movement, the smaller the changes in length of the plunger that are required to regulate the contact closing time to the desired values depending on the operating conditions. For example, with a one-sided ram amplitude of 0.3 mm, the change in length of the ram required for contact time control is less than 0.1 mm. Such small changes in length can be achieved with means that deviate from the previously customary mechanical adjustments and are much simpler than the latter. For example, a change in length due to magnetostriction, artificial heating or elastic deformation of gear parts is possible. These means also make it possible to control or regulate each contact individually in an economical manner. So that the total stroke of the contact is as large as possible during the blocking time, it is advisable to move the rear end of the contact compression spring with the plunger with circuits with a short current flow duration per phase. Tn Fig. 1 of the drawing, a contact with its drive is shown schematically. 1 and 2 are fixed contact pieces, 3 a moving contact plate which is pressed against the plunger 5 by a spring 4. The plunger 5 works in a straight guide 6 and is moved by a revolving eccentric 7 with a unilateral movement amplitude ε. The rear end of the spring is supported against a structural part 8 that is fixed in the space. In Fig. 2 a contact is shown in which the rear end of the contact spring is supported at 9 against the plunger head 10 itself. Compared to FIG. 1, the plane of the contacts is drawn here offset by 90 °, so that the broad side of the contact pieces 1 and 2 can be seen. 11 is an insulating piece which actuates the contact plate 3. 12 is an attachment spring which, instead of the straight guide 6, guides the upper end of the plunger 5, which is designed as a connecting rod. In this case, the ram makes a small rotary movement, going from left to right in the drawing. This rotary movement is smaller, the smaller the eccentricity ε according to the invention. It can therefore be accepted, especially in the case of constructions according to the invention. Instead of the coil springs 4 shown in the figures, a leaf spring, a plate spring or an elastic material such as rubber or the like can also be used. The plunger shaft 5 is surrounded by a coil 13. This coil can be excited, for example, by direct current, so that the plunger shaft 5 is magnetized in the longitudinal direction and consequently becomes longer or shorter by magnetostriction, whereby the contact closing time of the plate 3 can be controlled. The coil 13 can also be charged with alternating current, for example alternating current of higher frequency, and thus cause the plunger shaft 5 to heat up, which also enables contact time control. The latter method has the disadvantage that it is not as inertial as magnetostriction. 3 shows a mechanical rectifier in a six-phase bridge circuit with a secondary resolved star. This circuit is particularly suitable for the invention since it has two simultaneously opening contacts 14 and 15 connected in series; consequently, in the event of a double interruption of each contact, four breaker points open at the same time. In addition, this circuit has the advantage that the jump voltage at the contacts is relatively small. Finally, the construction performance of the switching chokes is so low in this circuit that large step lengths can be used, which are able to absorb the irregularities of the contact closure time that still remain despite the other measures according to the invention without sacrificing operational reliability. By employing the means according to the invention, the mechanical rectifier, in its operation, approximates a device at rest, i. E. In other words, all of the stresses and risks to operational safety associated with the movement and the maintenance requirements are significantly reduced. Instead of the illustrated drive of the plunger by a rapidly rotating shaft with a motor drive, for example mounted in ball bearings, the small plunger movement of less than 1 mm stroke can also be generated for other gears, for example a rotating motor shaft can use magnetic forces to drive the plunger without sliding or rolling friction set in motion, or pressure pulses can be transmitted from the rotating shaft through air or liquids to the ram without sliding or rolling friction of fixed parts on each other. These means are particularly useful when, according to the invention, the stroke of the slide movement is made small. Patent claims: 1. Periodisch betätigtes Kontaktgerät für mechanische Stromrichter mit stößelbetätigten Kontakten für sechsphasige Brückenschaltungen mit kontaktseitig in einzelne Phasenwicklungen aufgelöster Transformatorwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltstelle des Stromkreises in zwei oder mehr hintereinandergeschaltete und gleichzeitig betätigte Unterbrechungsstellen aufgeteilt ist, deren Kontaktbetätigung durch eine genau oder angenähert sinusförmige Stößelbewegung mit einer einseitigen Amplitude von ^ 1 mm erfolgt.1. Periodically operated contact device for mechanical converters with plunger-operated contacts for six-phase bridge circuits with individual phase windings on the contact side Transformer winding, characterized in that each switching point of the circuit in divided into two or more interruption points connected in series and operated at the same time is whose contact actuation by an exactly or approximately sinusoidal plunger movement with a one-sided amplitude of ^ 1 mm takes place. 2. Kontaktgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial unter Einbuße von elektrischer Leitfähigkeit aus einem Material gefertigt ist, welches so widerstandsfähig ist gegen Stoffwanderung und gegen kaltes Verschweißen unter Wirkung des Stromdurchganges,2. Contact device according to claim 1, characterized in that the contact material at a loss of electrical conductivity is made of a material that is so resistant is against material migration and against cold welding under the effect of the passage of current,
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