DE1082338B

DE1082338B - DC voltage converter with a mercury chopper externally excited by alternating current

Info

Publication number: DE1082338B
Application number: DES33033A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Friedrich Kuhrt; Eberhardt Braunersreuther
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-04-15
Filing date: 1953-04-15
Publication date: 1960-05-25

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom dem Betrage nach umzuwandeln und besteht in einer Einrichtung, die diese Aufgabe unter Einhaltung besonderer Bedingungen, insbesondere im Hinblick auf die elektrische Regeltechnik, ermöglicht.The invention is based on the object of a direct voltage or a direct current the amount after converting and consists of a facility that performs this task under compliance with special conditions, especially with regard to electrical control technology.

Einrichtungen zum Umwandeln von Gleichspannungen oder -strömen sind an sich bekannt, z. B. in Form von Umformern, Wechselrichtern und Anordnungen, die auf der Grundlage von vormagnetisierten Drosselspulen arbeiten. In vielen Fällen handelt es sich lediglich darum, daß das Ergebnis, zumeist die Umwandlung einer niedrigen Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung, als solches zustande kommt.Devices for converting DC voltages or currents are known per se, e.g. Am Form of converters, inverters and arrangements based on premagnetized Reactors work. In many cases it is simply a matter of the result, mostly the Conversion of a low DC voltage into a high DC voltage, as such comes about.

In der Meß-, Steuer- und Regeltechnik liegt die vorbezeichnete Aufgabe ebenfalls häufig vor, jedoch werden hier besondere Anforderungen gestellt im Hinblick auf die verlangte Genauigkeit. Darüber hinaus ergeben sich in der Steuer- und Regeltechnik noch weitereAnforderungen, vor allem wird in vielenFällen eine möglichst kleine Zeitkonstante gewünscht.The aforementioned task is also often present in measurement, control and regulation technology, however special requirements are made here with regard to the required accuracy. Furthermore there are still further requirements in the control and regulation technology, especially in many cases a time constant that is as small as possible is desired.

Die Aufgabe, brauchbare Einrichtungen zum Umwandeln von Gleichspannungen oder Gleichströmen für die Meß- und Regeltechnik zu schaffen, besteht daher etwa schon seitdem es diese Gebiete gibt. Es sind unter anderem Einrichtungen bekanntgeworden mit Zerhackern oder anderen mechanischen Unterbrechereinrichtungen, die entweder mit umlaufenden oder auch hin- und hergehenden Schaltmitteln arbeiten. So hat man beispielsweise Mikrophonsummer oder Stimmgabelunterbrecher verwendet. Diese Einrichtungen haben sich jedoch schon bereits frühzeitig als ungeeignet erwiesen, teils wegen eines veränderlichen Unterbrecherwiderstandes, teils wegen Aufladungserscheinungen u. a. m. Eine bedeutende Verbesserung wurde durch die Verwendung von Zungenunterbrechern nach Art von polarisierten Relais erzielt. Sie wurden mit Wechselstrom gesteuert, und ihre Kontaktzungen arbeiteten mit Bewegungen von Zehntelmillimetern. The task of creating useful devices for converting direct voltages or direct currents for measuring and control technology has therefore existed since these areas have existed. It Among other things, devices with chopping or other mechanical interrupter devices have become known, which work either with rotating or reciprocating switching means. For example, microphone buzzers or tuning fork breakers have been used. These bodies however, have already proven to be unsuitable at an early stage, partly because of a variable Interrupter resistance, partly because of charging phenomena, among other things. m. A significant improvement was achieved through the use of polarized relay type tongue breakers. she were controlled with alternating current, and their contact blades worked with movements of tenths of a millimeter.

Ferner sind Quecksilberzerhacker in verschiedenen Ausführungsformen bekanntgeworden. Es handelt sich dabei meist um schwingende Gefäße, in denen ein relativ zu dem schwingenden Gefäß in Ruhe befindlicher Quecksilbertropfen periodisch mit im Raum feststehenden Kontaktstücken zwecks Öffnung oder Schließung eines Stromkreises in Berührung kommt oder eine durch die Schwingungen des Gefäßes relativ zu dem Gefäß bewegte Quecksilbermenge in Verbindung mit am Gefäß angebrachten Kontaktstücken periodisch Kontakte öffnet oder schließt. Die Gefäße können als U- oder Ringrohr ausgebildet und die freien Räume mit Gas gefüllt werden,Furthermore, mercury choppers have become known in various embodiments. It is about mostly around vibrating vessels in which one is at rest relative to the vibrating vessel Mercury drops periodically with contact pieces fixed in the room for the purpose of opening or Closure of a circuit comes into contact or one due to the vibrations of the vessel relative Amount of mercury moved to the vessel in connection with contact pieces attached to the vessel periodically contacts opens or closes. The vessels can be designed as U or ring tubes and the free ones Rooms are filled with gas,

In einer anderen bekannten Ausführungsform sindIn another known embodiment are

GleichspannungsumformerDC voltage converter

mit einem durch Wechselstromwith one through alternating current

fremderregten Quecksilb erzerhackerexternally excited mercury chopper

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,Corporation,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. rer. nat. Friedrich KuhrtDr. rer. nat. Friedrich Kuhrt

und Eberhardt Braunersreuther, Nürnberg,and Eberhardt Braunersreuther, Nuremberg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

mehrere aneinander angeschlossene U-förmige Gefäße räumlich in Ruhe, und die einzelnen Quecksilbersäulen stehen über Ölsäulen miteinander in Verbindung. Die gesamte Flüssigkeitssäule wird von außen in Schwingungen versetzt, wodurch die Kontaktgabe erzielt wird.several U-shaped vessels connected to one another spatially at rest, and the individual columns of mercury are connected to each other via oil columns. The entire column of liquid is vibrating from the outside offset, whereby the contact is achieved.

Bei allen diesen Quecksilberzerhackern kommt man mit der Schwingfrequenz praktisch nicht über die Größenordnung von wenigen Hertz hinaus, da es sonst schwierig ist, die zur, sicheren Kontaktgabe nötigen Auslenkungen zu erzielen.With all of these mercury choppers you can practically not get over the oscillation frequency In the order of a few Hertz, otherwise it would be difficult to establish the necessary for reliable contact To achieve deflections.

In neuerer Zeit sind nun die Anforderungen an die elektrische Regeltechnik beträchtlich gestiegen. Es werden beispielsweise immer größere Regelgenauigkeiten und höhere Regelgeschwindigkeiten gefordert, und so hat es sich ergeben, daß die bekannten Umwandlungseinrichtungen nicht mehr geeignet sind. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß die Zeitkonstante eines elektrischen Regelkreises, die mit einer Unterbrechereinrichtung zum Umwandeln einer für die Regelung wichtigen Spannung arbeitet, um so kleiner gehalten werden kann, je höher die Schaltfrequenz der Unterbrechereinrichtung gewählt wird. Will man jedoch bei den bekannten Einrichtungen die Frequenz erhöhen, so ergibt sich hierbei bald eine Grenze. Dies gilt nicht nur, wie oben erläutert, für Quecksilberzerhacker, sondern auch für andere mechanische Unterbrechereinrichtungen, da bei diesen die Kontakte zu prellen beginnen und nicht mehr exakt arbeiten. Versuche, die Frequenz bekannter Unterbrechereinrichtungen zu vergrößern, führen daher nicht zum Ziel. .In recent times, the demands on electrical control technology have increased considerably. It For example, ever greater control accuracies and higher control speeds are required, and so it turned out that the known conversion devices are no longer suitable. Of the Invention is now based on the knowledge that the time constant of an electrical control loop with an interrupter device for converting a voltage important for the regulation works, so can be kept smaller, the higher the switching frequency of the interrupter device is selected. However, if you want to increase the frequency in the known devices, this soon results in a Border. This applies not only to mercury choppers, as explained above, but also to other mechanical ones Interrupter devices, since with these the contacts begin to bounce and no longer exactly work. Attempts to increase the frequency of known interrupter devices therefore lead not to the goal. .

009 52T/145009 52T / 145

3 43 4

In der elektrischen Meß-, Steuer- und Regeltechnik säule 5 enthält. In der Wand des Rohres 4 befinden handelt es sich vielfach darum, eine von einem Meß- sich beispielsweise zwei Stromzuführungen 6 und 7, fühler gelieferte, der Regelgröße verhältige Spannung von denen die untere beständig in das Quecksilber einan eine den Sollwert der Regelung darstellende Ver- taucht und so als Ruheelektrode bezeichnet werden gleichsspannung anzupassen. Die Anpassung ist er- 5 kann, während die obere nur bei Schwingungen des forderlich, damit der sogenannte Regelvergleich vor- Rohres 4 und des Quecksilbers mit diesem in Begenommen werden kann, durch den eine dem Regel- rührung kommt und sinngemäß eine Arbeitselektrode fehler nach Größe und Richtung verhältige Fehler- darstellt. Die Schwingüngsbewegung wird durch maspannung erzeugt wird. Die der Regelgröße verhältige gnetischeKraftwirkung ausgelöst, wenn an dieSpule8 Spannung kann beispielsweise einige Volt betragen, io eine Wechselspannung angeschlossen wird. An den während die dem Sollwert der Regelung verhältige Stromzuführungen 6 und 7 wird die zu verwandelnde Vergleichsspannung vor allem aus Gründen einer Gleichspannung U₁ bzw. der zu verwandelnde Gleichhohen Regelgenauigkeit und Regelsteilheit in der strom über einen Transformator 11 zugeführt. Die Größenordnung von 80 bis 120V gewählt und zumeist Quercksilbersäule 5 wird durch das erregende Wechvon einer Anodenbatterie geliefert wird. Zur Durch- 15 selfeld in erzwungene Schwingungen versetzt, deren führung hochgenauer und schneller Regelungen, z. B. Frequenz gleich der Eigenfrequenz der Quecksilbereiner Promilleregelung, in modernen Industrieanlagen, säule 5 ist. Die periodischen Kontaktbetätigungen wie Walzenstraßen, Papiermaschinen, Mehrfarben- induzieren in der Sekundärwicklung des Transforma-Rotationsdruckmaschinen, Kunstfaser-Verstreckungs- tors 11 alsdann eine der Höhe der Gleichspannung anlagen usw., ist nun Bedingung, daß das Über- 20 proportionale Wechselspannung. Diese wird durch Setzungsverhältnis der Wandlungseinrichtung, die aus einen Gleichrichter 12 gleichgerichtet, so daß dahinter der abgefühlten Istspannung eine solche vom Betrage der gewandelte Strom bzw. die gewandelte Spander Sollspannung erzeugt, ausreichend konstant ist. nung U₂ abgenommen werden kann. Das Überset-Die Konstanz des Übersetzungsverhältnisses muß sich zungsverhältnis des Transformators 11 wird entspreder für die Regelung verlangten Genauigkeit an- 25 chend der Höhe der zu erzielenden Spannung U₂ bzw. passen. Eine andere wichtige Forderung ist, daß durch der Größe des zu erzielenden Stromes gewählt. Zum den Gleichspannungswandler keine schädliche Trag- Erreichen einer ausreichenden Proportionalität der heit in den Regelkreis hineingebracht wird, d. h., der Umwandlung wird man als Gleichrichter 12 einen Gleichspannungswandler muß möglichst trägheitslos solchen mit entsprechend gradliniger Kennlinie verarbeiten. 30 wenden. Hat die erregende Wechselspannung die Fre-In the electrical measurement, control and regulation technology column 5 contains. In the wall of the tube 4 it is often a question of a voltage supplied by a measuring sensor, for example two power supply lines 6 and 7, the controlled variable, of which the lower is constantly fed into the mercury to produce the setpoint value of the control. immersed and so referred to as the rest electrode to adjust the DC voltage. The adjustment is necessary, while the upper one is only necessary in the case of vibrations of the tube 4 so that the so-called rule comparison between the tube 4 and the mercury can be taken into account, through which one comes to the rule and, accordingly, a working electrode error according to size and direction represents relative error. The oscillation movement is generated by mass tension. The magnetic force effect, which is related to the controlled variable, is triggered when the voltage can be a few volts across the coil 8, for example, when an alternating voltage is connected. The reference voltage to be converted is fed to the power supplies 6 and 7, which are related to the setpoint of the control, primarily for reasons of a direct voltage U ₁ or the control accuracy and control steepness to be converted in the current via a transformer 11. The order of magnitude of 80 to 120V is chosen and mostly transverse silver column 5 is supplied by the exciting exchange of an anode battery. Displaced to the Durch- 15 selfeld in forced vibrations, the implementation of high-precision and faster controls, z. B. Frequency equal to the natural frequency of the mercury in a per-mil regulation, in modern industrial plants, column 5 is. The periodic contact actuations such as roller mills, paper machines, multicolor induction in the secondary winding of the transformer rotary printing machine, synthetic fiber stretching gate 11 then one of the level of the direct voltage, etc., is now a condition that the overproportional alternating voltage. This is determined by the setting ratio of the conversion device, which is rectified from a rectifier 12, so that behind the sensed actual voltage such a magnitude of the converted current or the converted Spander nominal voltage is generated, is sufficiently constant. voltage U ₂ can be removed. The conversion ratio of the transformer 11 must match the accuracy required for the regulation according to the level of the voltage U ₂ to be achieved. Another important requirement is that chosen by the size of the current to be achieved. For the DC / DC converter no detrimental support- attainment of sufficient proportionality is brought into the control loop, ie the conversion is carried out as a rectifier 12. 30 turn. If the exciting alternating voltage has

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter quenz f_v so ergibt sich ein Wechselfeld von der Fre-The invention is based on the object, under frequency f _v so there is an alternating field of the frequency

Einhaltung der obengenannten Anforderungen mit quenz 2f_v Compliance with the above requirements with quenz 2f _v

möglichst hoher Schaltfrequenz Gleichspannungen Die mechanische Eigenfrequenz der Quecksilberoder Gleichströme in solche von anderer Höhe umzu- säule ist dabei erfindungsgemäß derart gewählt, daß formen, um beispielsweise eine der Regelgröße pro- 35 sie mit der Frequenz der erregenden Kraft, also des portionale Spannung in eine Vergleichsspannung um- magnetischen Wechselfeldes, übereinstimmt, dadurch zuwandeln, die an den Sollwert der Regelung ange- ergibt sich infolge Resonanzwirkung eine hinreichend paßt ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem große Amplitude der schwingenden Quecksilbersäule bekannten, durch Wechselstrom fremderregten Queck- schon bei sehr kleinen Auslenkungen des Rohres 4 silberzerhacker unter Verwendung eines geschlossenen 40 bzw. des Ankers 3, so daß nur eine sehr geringe Ergasgefüllten U- oder Ringrohres als mechanisches regerleitung für den Erregermagneten 9 benötigt Schwingungssystem ausgegangen. Hinter diesen Zer- wird. Für die Eigenfrequenz co₀ der schwingenden hackern werden in bekannter Weise ein Transformator Quecksilbersäule 5 gilt nach physikalischem Gesetz:
und ein Gleichrichter geschaltet. Kontaktprellungen
und Kontaktverschmutzungen sind bei diesen Zer- 45
hackern ohne weiteres vermieden. ω₀ = Highest possible switching frequency DC voltages The mechanical natural frequency of the mercury or DC currents to be increased to those of a different height is selected according to the invention in such a way that, for example, one of the controlled variables is formed with the frequency of the exciting force, i.e. the proportional voltage into a comparison voltage um- magnetic alternating field, corresponds to convert, which is due to the resonance effect, which is a sufficient match to the setpoint value of the control. To solve this problem, a large amplitude of the oscillating mercury column is known, externally excited by alternating current mercury even with very small deflections of the pipe 4 silver chopper using a closed 40 or the armature 3, so that only a very small U or ring pipe filled with natural gas assumed as a mechanical excitation line for the excitation magnet 9 vibration system required. Behind this dis- will. For the natural frequency co _{0 of} the vibrating chopper, a mercury column 5 transformer is used in a known manner, according to the law of physics:
and a rectifier connected. Contact bruises
and contact contamination is 45
hacking avoided easily. ω ₀ =

Der Gleichspannungsumformer nach der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß eine über Gasstützpolster in den Rohrenden als zweites Schwingungs- mit P als Rückstellkraft und M als Masse der Quecksystem angekoppelte Quecksilbersäule eine Eigen- 50 silbersäule. Wirkt hierbei als Rückstellkraft P ledigresonanzfrequenz besitzt, die mit der vorzugsweise lieh die Schwerkraft der Erde, so ergeben sich schon über der Netzfrequenz liegenden Frequenz der Fremd- bei ω_ο = 314Ηζ erhebliche Schwierigkeiten, insbesonerregerkraft übereinstimmt. dere wird die Einrichtung zu klein. Diese Schwierig-The DC voltage converter according to the invention
is characterized in that a mercury column coupled via gas support cushions in the pipe ends as a second vibration with P as restoring force and M as mass of the mercury system is an intrinsic silver column. Has in this case acts as a restoring force P single resonant frequency, the considerable difficulties with the borrowed preferably the gravity of the earth, as already result to the mains frequency of the frequency located in foreign _ω ο = 314Ηζ, insbesonerregerkraft matches. the facility is too small. This difficult

Es wird also auch bei schwingendem Gefäß von dem keit wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß Prinzip der schwingenden Quecksilbersäule Gebrauch 55 darüber hinaus in den Schenkeln des Rohres 4 obergemacht, wie es den Zerhackern mit ruhenden Gefäßen halb der Quecksilbersäule Gaspolster vorzugsweise zugrunde liegt. Von wesentlicher Bedeutung ist jedoch aus chemisch neutralen Gasen angeordnet werden. Die dabei die elastische Abstützung an den Gaspolstern, Festlegung der Frequenz ist dann nur eine Dimendurch die erst die erforderliche Ankopplung an das sionierungsfrage. Durch geeignete Wahl des Druckes schwingende Gefäß erzielbar ist. Durch Resonanzauf- 60 und der Aiasse von Gaspolster und Quecksilbersäule schaukelung lassen sich auch bei hohen Frequenzen lassen sich leicht höhere Zerhackerfrequenzen erzielen, ohne Schwierigkeit die nötigen Auslenkungsamplitu- Es kann außerdem auf einfache Weise eine Abstimden erzielen. mung der Zerhackerfrequenz erzielt werden, indemIt is thus eliminated according to the invention by the fact that even when the vessel vibrates Principle of the oscillating mercury column use 55 in addition made in the legs of the tube 4, as it is preferred to the chopper with resting vessels half of the mercury gas cushion underlying. It is essential, however, to dispose of chemically neutral gases. the the elastic support on the gas cushions, the frequency is then only one dimension through the first the necessary coupling to the sioning question. By suitable choice of pressure vibrating vessel is achievable. By resonance and the ais of gas cushions and mercury columns rocking can also be achieved at high frequencies, higher chopping frequencies can be achieved easily, The necessary deflection amplitudes without difficulty can also be achieved in a simple manner achieve. chopping frequency can be achieved by

Zur näheren Erläuterung des Gegenstandes nach Mittel zum Verändern der Masse und/oder des Druk-For a more detailed explanation of the object after means for changing the mass and / or the pressure

der Erfindung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel 65 kes der Gaspolster vorgesehen werden. Beispielsweiseof the invention is in Fig. 1, an embodiment 65 kes of the gas cushion are provided. For example

dargestellt. können die gasgefüllten Enden mit von außen ein-shown. can the gas-filled ends with externally

An einem bei Punkt 1 drehbar gelagerten Halter 2 stellbaren Kolbenschiebern versehen werden. Bei ver-At a holder rotatably mounted at point 1 2 adjustable piston valves are provided. At ver

ist nach oben ein magnetischer Anker 3 und nach schiedenen Abständen von den Enden der Quecksilber-is a magnetic armature 3 at the top and after different distances from the ends of the mercury

unten ein ringförmiges Rohr 4 aus Isolierstoff, vor- säulen ergeben sich verschiedene Drücke und dadurchat the bottom an annular tube 4 made of insulating material, front pillars result in different pressures and thereby

zugsweise Glas, angebracht, das eine Quecksilber- 70 verschiedene Rückstellkräfte P. Es ist ferner möglich,preferably glass, attached, which has a mercury 70 different restoring forces P. It is also possible

in den Enden des Rohres 4 verschließbare öffnungen, z. B. kleine Hähne, anzubringen. Die Masse der Gaspolster läßt sich dann auf einfache Weise durch Anschließen der Hähne an ein Druckaggregat einstellen, indem die Hähne bei einem bestimmten Druck geschlossen werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Veränderung der Eigenfrequenz ω₀ besteht bei Gefäßen, die mit verschließbaren Öffnungen versehen sind, darin, durch diese je nach Bedarf Quecksilber zuzuführen oder abzulassen.in the ends of the tube 4 closable openings, for. B. small taps to attach. The mass of the gas cushion can then be adjusted in a simple manner by connecting the cocks to a pressure unit, in that the cocks are closed at a certain pressure. A further advantageous possibility of changing the natural frequency ω ₀ in the case of vessels which are provided with closable openings is to supply or drain mercury through them as required.

Der, Quecksilberzerhacker nach der Erfindung weist gegenüber den bekannten Zerhackereinrichtungen viele Vorteile auf. Die oben bereits erwähnten Prellerscheinungen, die bei mechanischen Kontaktunterbrechern, insbesondere bei höheren Frequenzen, kaum zu vermeiden sind, können nicht auftreten. Durch die möglichen hohen Zerhackerfrequenzen läßt sich außerdem eine sehr kleine Zeitkonstante der Einrichtung nach der Erfindung erzielen, so daß eine Anwendung in Regeleinrichtungen hoher Regelgenauigkeit und Regel- ao Schnelligkeit möglich ist. Zur Erzielung einer kleinen Zeitkonstante wird man im Ausführungsbeispiel den Erregermagneten 9 nicht mit Netzwechselstrom von 50 Hz, sondern mit höherer Frequenz betreiben. Steht ein geeignetes übernetzfrequentes Stromsystem nicht zur Verfügung, so können Mittel zur Frequenzvervielfachung vorgesehen werden. Für eine Eigenfrequenz /' der schwingenden Quecksilbersäule von 200 Hz kann man beispielsweise die Spule 8 über einen Transformator anschließen, in dessen Primärkreis ein Ventil angeschlossen ist. Wird der Transformator dann an 50Hz angeschlossen, so liegt an der Spule 9 infolge der Halbwellengleichrichtung eine Frequenz von 100 Hz, und infolgedessen schwingt das erste Schwingungssystem mit 200 Hz. Die Verwendung eines chemisch trägen Gases als Luftpolster bedingt außerdem den Vorteil, daß keine Kontaktverschmutzungen, wie sie z. B. bei bekannten mechanischen Zerhackern auftreten, und damit keine Alterserscheinungen möglich sind. Vorteile in bezug auf die zeitliche Beständigkeit ergeben sich bei der Einrichtung nach der Erfindung auch durch die Vermeidung mechanischer Federelemente zur Erzeugung der Rückstellkraft. The, mercury chopper according to the invention has many compared to the known chopping devices Benefits on. The bouncing phenomena already mentioned above, which occur with mechanical contact breakers, especially at higher frequencies, which can hardly be avoided, cannot occur. Through the possible high chopper frequencies also allow a very small time constant of the device Achieve the invention, so that an application in control devices of high control accuracy and control ao Speed is possible. In order to achieve a small time constant, one will use the Do not operate exciter magnets 9 with mains alternating current of 50 Hz, but at a higher frequency. Stands a suitable over-frequency power system is not available, so means for frequency multiplication are provided. For a natural frequency / 'of the vibrating mercury column of 200 Hz, for example, the coil 8 can be connected via a transformer in its primary circuit a valve is connected. If the transformer is then connected to 50Hz, it is due to the Coil 9 has a frequency of 100 Hz as a result of the half-wave rectification, and as a result it vibrates first oscillation system with 200 Hz. The use of a chemically inert gas as an air cushion is required also has the advantage that no contact contamination, as z. B. in known mechanical Chopping occur, and thus no signs of aging are possible. Advantages in terms of In the device according to the invention, resistance over time also results from avoidance mechanical spring elements to generate the restoring force.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist in mannigfächer Weise abwandelbar. So kann das in Fig. 1 dargestellte ringförmige Rohr 4 auch U-förmig sein. Auch die Aufhängung sowie die Übertragung der von dem Elektromagneten 9 erzeugten Schwingungen kann von der dargestellten Ausführung abweichen. Insbesondere ergeben sich viele Möglichkeiten zum Anbringen der Arbeitskontakte in der Nähe der Enden der Quecksilbersäule 4. Wird symmetrisch zu der Stromführung 6 auf der rechten Seite eine weitere Stromzuführung angebracht, so kann damit eine Gegentakt-Unterbrecherschaltung hergestellt werden. Die als Arbeitselektroden dienenden Stromzuführungen können sowohl unterhalb als auch oberhalb der Enden der Quecksilbersäule angeordnet sein. Im letzten Fall ergibt sich ein Ruhestrom bei nicht erregten Schwingungssystemen. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, daß mindestens eine Ruheelektrode (Stromzuführung?) vorhanden ist. So können Kontaktschließungen bzw. -Unterbrechungen auch durch zwei beispielsweise in gleichem Abstand über der Quecksilbersäule befindliche Stromanschlüsse erzielt werden. Die Abstände der Arbeitselektroden von den Enden der Quecksilbersäule können ferner durch von außen einstellbare Handhaben veränderbar sein. Bezogen auf die gleiche Amplitude der schwingenden Quersilbersäule können dann verschiedene Kontaktöffnungs- und Schließungszeiten erzielt werden. In Fällen, in denen eine Vermeidung mechanischer Federelemente zum Erzeugen der Rückstellkraft der schwingenden Quecksilbersäule erwünscht ist, können Rückstellkräfte auch durch andere Mittel erzielt werden. Eine Wirbelstromdämpfung kann dazu verwendet werden, die Amplituden der schwingenden Quecksilbersäule zu begrenzen. Hierzu kann in gewünschter Höhe ein magnetisches Gleichstromfeld über den Enden der Quecksilbersäule angebracht' werden.The device according to the invention is manifold Way modifiable. Thus, the annular tube 4 shown in Fig. 1 can also be U-shaped. Even the suspension and the transmission of the vibrations generated by the electromagnet 9 can be of differ from the version shown. In particular, there are many possibilities for attachment the working contacts near the ends of the mercury column 4. Will be symmetrical to the current conduction 6 a further power supply is attached on the right-hand side, so that a push-pull interrupter circuit can be used getting produced. The power supply lines used as working electrodes can be located both below and above the ends of the mercury column. In the latter case there is a quiescent current in the case of non-excited oscillation systems. It is also not absolutely necessary that at least one rest electrode (power supply?) is available. So can contact closures or interruptions also by two, for example, at the same distance above the mercury column existing power connections can be achieved. The distances of the working electrodes from the ends of the Mercury columns can also be changed using externally adjustable handles. Related to the same amplitude of the oscillating transverse silver column can then have different contact opening and Closing times can be achieved. In cases in which mechanical spring elements are to be avoided It is desirable to generate the restoring force of the oscillating mercury column, and restoring forces can also be used be achieved by other means. Eddy current damping can be used to reduce the To limit the amplitudes of the vibrating mercury column. For this purpose, a magnetic one can be used at the desired height DC field over the ends of the mercury column.

Eine besonders wichtige Abänderung der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, an Stelle von Kontaktunterbrechungen mit Hilfe der Quecksilbersäule Widerstandsänderungen eines in das Quecksilber eintauchenden Widerstandes zu bewirken. Im Inneren des ringförmigen Gefäßes 4 nach Fig. 1 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, beispielsweise eine Drahtwendel 14 angebracht werden. Die Mitte der Drahtwendel ist an den Stromanschluß 7 (Ruheelektrode), seine Enden je an einen Stromanschluß 6 bzw. 6' (Arbeitselektroden) angeschlossen. Mit zwei Transformatoren 11 und 11' ist eine Gegentaktschaltung gebildet, bei 12 wird die zu wandelnde Gleichspannung U₁ angeschlossen. Schwingt die Quecksilbersäule 5., so ergeben sich zwei um 180° phasenverschobene Ströme in den Primärwicklungen der Transformatoren. Auf der Sekundärseite wird an den Anschlußklemmen 13 die gewandelte Spannung U₂ abgenommen. Durch die gewählte Schaltung mit den beiden Gleichrichtern 14 und 14' ergibt sich ein Spannungsverlauf wie bei einer Doppelweggleichrichtung. Da die Schwingungsbewegung der Quecksilbersäule 5 seitlich sinusförmig verläuft, erfolgt auch die Widerstandsänderung der Drahtwendel 14 sinusförmig. Dies ist für Meß-, Steuer- und Regelzwecke ein beträchtlicher Vorteil gegenüber den bekannten Einrichtungen zum Umwandeln von Gleichspannungen oder Gleichströmen. Die Einrichtung nach der Erfindung gemäß Fig. 2 läßt sich auch als Meßgenerator zum Erzeugen von sinusförmigen Wechselspannungen konstanter Frequenz verwenden. Zum Erzielen besonders genauer Eigenfrequenzen der schwingenden Quecksilbersäule 5 kann das Rohr 4 gegebenenfalls in einem Thermostaten untergebracht werden, der die Temperatur und damit die Rückstellkraft der über den Enden der Quecksilbersäule 5 befindlichen Luftpolster konstant hält. Außerdem wird man auch auf eine wirksame Abschirmung des die Fremderregung bewirkenden Wechselfeldes sowie anderer Fremdfelder achten müssen.A particularly important modification of the device according to the invention consists in effecting changes in the resistance of a resistor immersed in the mercury instead of contact interruptions with the aid of the mercury column. In the interior of the annular vessel 4 according to FIG. 1, as shown in FIG. 2, for example a wire helix 14 can be attached. The center of the wire coil is connected to the power connection 7 (rest electrode), its ends each to a power connection 6 or 6 '(working electrodes). A push-pull circuit is formed with two transformers 11 and 11 '; the direct voltage U _{1 to be converted is} connected at 12. If the mercury column oscillates 5., two currents out of phase by 180 ° result in the primary windings of the transformers. On the secondary side, the converted voltage U _{2 is} taken from the connection terminals 13. The selected circuit with the two rectifiers 14 and 14 'results in a voltage curve similar to that of a full-wave rectification. Since the oscillating movement of the mercury column 5 is sinusoidal laterally, the change in resistance of the wire helix 14 is also sinusoidal. For measuring, control and regulating purposes, this is a considerable advantage over the known devices for converting direct voltages or direct currents. The device according to the invention according to FIG. 2 can also be used as a measuring generator for generating sinusoidal alternating voltages of constant frequency. To achieve particularly precise natural frequencies of the oscillating mercury column 5, the tube 4 can optionally be accommodated in a thermostat which keeps the temperature and thus the restoring force of the air cushions above the ends of the mercury column 5 constant. In addition, one will also have to pay attention to an effective shielding of the alternating field causing the external excitation as well as other external fields.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. DC voltage converter, in particular for the adaptation of control loops to reference voltages, with a mercury chopper externally excited by alternating current, using a closed, gas-filled U or ring pipe as a mechanical vibration system, characterized in that a mercury column coupled to the pipe ends as a second vibration system via gas support cushions has a natural resonance frequency which corresponds to the frequency of the external exciter force, which is preferably above the mains frequency.

2. DC voltage converter according to claim 1, characterized in that the closed on both sides, U- absorbing the mercury column

or ring tube as the first mechanical vibration system a communicating one that is rotatably mounted in stable equilibrium or in the center of the ring Vessel with at least two power supply lines of which at least one (rest electrode) is in constant contact with the mercury stands and the other (working electrode) just above or just below the ends of the Mercury column and only comes into contact with the mercury when it is moving. loses contact.

r

3. DC voltage converter according to claim 2, characterized in that just above the Ends of the mercury column, preferably symmetrical to one another, at least one working electrode each is appropriate.

4. DC voltage converter according to claim 2, characterized in that just below the Ends of the mercury column, preferably symmetrically to one another, each with a working electrode attached is.

5. DC voltage converter according to claim 2, modified in that »that instead of the permanent with the resting electrode in contact with the mercury just above or just below at least one of the ends of the mercury column attached at least two working electrodes are.

6. DC voltage converter according to one of claims 2 to 5, characterized in that the distances between the working electrodes and the ends of the mercury column are externally adjustable Handling can be changed in the sense of achieving different contact times.

7. DC voltage converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that the oscillatory movement of the first mechanical oscillation system through a magnetic one Alternating field is generated.

8. DC voltage converter according to claim 1, characterized in that the masses and / or the pressures of the gas cushions can be changed.

9. DC voltage converter according to one of claims 1 or 7 and 8, characterized in that that in the vibrating mercury column a resistance is attached, which is caused by the vibrational movement is changed.

10. DC voltage converter according to one of claims 2 or 7 to 9, characterized in that a resistor extends through the interior of the U or ring tube, for. B. in the form of a wire helix, the center of which is connected to a rest electrode and the ends of which are each connected to a working electrode.

11. DC voltage converter according to one of claims 1 to 10, characterized by a Limitation of the amplitude of the vibrating mercury column by applying eddy current damping.

12. DC voltage converter according to one of claims 1 to 11, characterized in that the mercury chopper is housed in a thermostat.

Considered publications:
German patent specifications No. 607 707, 634 555,
658123;

Swiss patent specification No. 151 482.

1 sheet of drawings