DE1133815B

DE1133815B - Arrangement for converting direct voltage into alternating voltage or vice versa

Info

Publication number: DE1133815B
Application number: DEA27199A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Angoulvant
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-05-25
Filing date: 1957-05-22
Publication date: 1962-07-26

Description

Anordnung zur Umformung einer Gleichspannung in Wechselspannung oder umgekehrt Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umformung einer Gleichspannung in Wechselspannung oder umgekehrt mit einem Transformator, dessen Primärwicklung eine Anzahl symmetrisch zueinander angeordnete Anzapfungen aufweist und mit einer Schaltvorrichtung, die eine der Frequenz der zugeführten oder abgegebenen Wechselspannung entsprechende Schaltbewegung ausführt und in periodischer Folge mit den symmetrisch angeordneten Anzapfungen eine Verbindung herstellt. Bekannte derartige Anordnungen zur Umformung von Wechselspannung in Gleichspannung enthalten einen Transformator, dessen erste Wicklung von der umzuformenden Wechselspannung gespeist wird und dessen zweite Wicklung in gleichmäßigen Abständen Anzapfungen aufweist, sowie eine Schaltvorrichtung mit einer Anzahl von in einem Kreis angeordneten Schaltstücken, auf denen zwei einander gegenüberliegende, gegenseitig isolierte Kontaktbürsten gleiten, welche von einem aus der umzuformenden Wechselspannung gespeisten Synchronmotor angetrieben werden. Dabei ist das eine Ende der zweiten Wicklung an ein erstes Schaltstück, die folgenden Abgriffe jeweils an zwei beiderseits und symmetrisch dazu angeordnete Schaltstücke und das andere Ende der zweiten Wicklung an das restliche Schaltstück angeschlossen, wobei die Gleichspannung an den beiden Kontaktbürsten abgenommen wird. Nachteilig ist hier die starke Pulsation der entstehenden Gleichspannung. Ein Wechselrichterbetrieb kann mit dieser Anordnung in der Praxis nicht verwirklicht werden, da wegen der paarweisen Verbindung der Schaltstücke bei jedem Umlauf die in diesem Fall speisende Gleichstromquelle unmittelbar kurzgeschlossen wird. Unabhängig davon weist die erzeugte Wechselspannung eine schlechte Kurvenform mit großer dritter Oberwelle auf.Arrangement for converting a direct voltage into alternating voltage or Conversely, the invention relates to an arrangement for converting a direct voltage in AC voltage or vice versa with a transformer, its primary winding has a number of taps arranged symmetrically to one another and with one Switching device that has one of the frequency of the AC voltage supplied or output executes corresponding switching movement and in periodic sequence with the symmetrical arranged taps establishes a connection. Known such arrangements for converting alternating voltage into direct voltage contain a transformer, whose first winding is fed by the alternating voltage to be converted and whose second winding has taps at regular intervals, and a switching device with a number of contact pieces arranged in a circle, on which two contact each other opposite, mutually insulated contact brushes slide, which of a synchronous motor fed from the alternating voltage to be converted are driven. One end of the second winding is on a first contact piece, the following ones Taps on two contact pieces arranged symmetrically on both sides and the other end of the second winding is connected to the rest of the contact piece, whereby the DC voltage is removed from the two contact brushes. Disadvantageous here is the strong pulsation of the resulting DC voltage. An inverter operation can not be realized with this arrangement in practice, because of the pairwise connection of the contact pieces with each cycle, the feeder in this case Direct current source is short-circuited. Regardless of this, the generated AC voltage has a poor waveform with a large third harmonic.

Andere bekannte Anordnungen zur Umformung von Gleichspannung in Wechselspannung setzen voraus, daß die speisende Gleichstromquelle eine vielzellige Akkumulatorenbatterie ist, deren einzelne Zellenanschlüsse zugänglich sind, oder benötigen zusätzlich zur Gleichstromquelle eine solche Batterie. Alle diese Anordnungen enthalten eine oder mehrere feststehende Schaltvorrichtungen mit kreisförmig angeordneten Kontaktstücken, auf welchen mindestens zwei Kontaktbürsten gleiten, von denen die Wechselspannung abgenommen wird, die gegebenenfalls einem Transformator zur Änderung ihrer Höhe zugeführt werden kann. Der Nachteil derartiger Anordnungen besteht darin, daß immer eine vielzellige Akkumulatorenbatterie vorhanden sein muß, von deren Zellen eine große Anzahl von Leitungen zur Schaltvorrichtung geführt werden müssen und daß die einzelnen Zellen ungleichmäßig belastet werden. Weiter ist nachteilig, daß mindestens zwei Kontaktbürsten erforderlich sind, von denen wiederum die Wechselspannung über gleitende Stromabnehmer abgeführt werden muß.Other known arrangements for converting direct voltage into alternating voltage assume that the feeding direct current source is a multi-cell accumulator battery whose individual cell connections are accessible, or require additional such a battery to the direct current source. All of these arrangements contain one or several fixed switching devices with contact pieces arranged in a circle, on which at least two contact brushes slide, one of which is the alternating voltage is removed, possibly a transformer to change its height can be fed. The disadvantage of such arrangements is that always a multi-cell accumulator battery must be present, one of the cells of which large number of lines must be led to the switching device and that the individual cells are unevenly loaded. Another disadvantage is that at least two contact brushes are required, one of which in turn transfers the alternating voltage over sliding pantograph must be removed.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur Umformung einer Gleichspannung in Wechselspannung oder umgekehrt zu schaffen, welche eine im wesentlichen sinusförmige Wechselspannung bzw. bei umgekehrter Betriebsweise eine wenig pulsierende Gleichspannung liefert, mit einer kleinstmöglichen Anzahl bewegter Kontaktbürsten arbeitet und von einer üblichen Gleichstromquelle mit zwei Klemmen ohne Verwendung einer Akkumulatorenbatterie gespeist werden kann.The object of the invention is to provide an arrangement for forming to create a direct voltage in alternating voltage or vice versa, which a essentially sinusoidal alternating voltage or with the opposite operating mode supplies a little pulsating DC voltage, with the smallest possible number moving contact brush works and from a common direct current source with two Terminals can be fed without using an accumulator battery.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Primärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist, die mit der einen Gleichspannungsklemme verbunden ist, während die andere Gleichspannungsklemme an die Schaltvorrichtung angeschlossen ist, wobei die Verteilung der symmetrischen Anzapfungen auf der Wicklung und die Reihenfolge ihres Anschlusses an die Schaltvorrichtung so gewählt ist, daß sich bei der Umformung einer Gleichspannung eine annähernd sinusförmige Wechselspannung ergibt, und umgekehrt. Vorzugsweise besteht gemäß der vorliegenden Erfindung die Schaltvorrichtung aus einer Stromabnehmerbürste und einem Kommutator, dessen Segmente mit den symmetrischen Anzapfungen verbunden sind.According to the invention this is achieved in that the primary winding has a center tap connected to the one DC voltage terminal while the other DC voltage terminal is connected to the switching device is, the distribution of the symmetrical taps on the winding and the Order of their connection to the switching device is chosen so that when converting a direct voltage, an approximately sinusoidal alternating voltage results, and vice versa. Preferably, according to the present Invention the switching device consisting of a current collector brush and a commutator, whose segments are connected to the symmetrical taps.

Wird die erfindungsgemäße Anordnung für die Umfirmung einer Gleichspannung in eine sinusförmige Wechselspannung verwendet, so enthält die Anordnung vorzugsweise zum Antrieb der Schaltvorrichtung einen von der Gleichstromquelle gespeisten Motor.Is the arrangement according to the invention for the shielding of a DC voltage used in a sinusoidal alternating voltage, the arrangement preferably includes a motor fed by the direct current source to drive the switching device.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Wert Null des Induktionsfeldes dadurch erhalten, daß die Stromabnehmerbürste über ein isoliertes oder isolierendes Segment streicht. Wird die erfindungsgemäße Anordnung für die Umformung einer sinusförmigen Wechselspannung in eine Gleichspannung verwendet, so erfolgt in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung der Antrieb der Schaltvorrichtung durch einen Synchronmotor, der von der Wechselspannung gespeist wird.In a preferred embodiment of the invention, the value becomes zero of the induction field obtained in that the current collector brush has an isolated or isolating segment is deleted. If the arrangement according to the invention for the Conversion of a sinusoidal alternating voltage into a direct voltage is used, Thus, in an expedient development of the invention, the switching device is driven by a synchronous motor that is fed by the alternating voltage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, die ein Schaltschema zeigt.An embodiment of the invention is described below with reference to the Description of the drawing showing a circuit diagram.

Die eine Polklemme einer Gleichstromquelle 101 mit konstanter Spannung, etwa von sechs Volt, ist mit der Mittelanzapfung 102 der Primärwicklung 103 eines Transformators 104 verbunden.One pole terminal of a direct current source 101 with a constant voltage, approximately six volts, is connected to the center tap 102 of the primary winding 103 of a transformer 104 .

Die andere Polklemme der Gleichstromquelle 101 ist mit einem Schleifkontakt 105 verbunden, der auf einem Stufenschalter 106 läuft, dessen Segmente (in diesem Beispiel zwölf Segmente 107 bis 118) mit zwei Reihen von je drei Anschlußklemmen verbunden sind, die symmetrisch beiderseits der Mittelanzapfung 102 der Primärwicklung 103 angeordnet sind: In jeder Reihe sind die Anschlußklemmen beispielsweise am äußeren Ende, in der Mitte und im Drittel der halben Spule von der Mittelanzapfung 102 ausgehend vorgesehen. Diese Anschlußklemmen sind mit 119, 120, 121, 122, 123 und 124 bezeichnet.The other pole terminal of the direct current source 101 is connected to a sliding contact 105 , which runs on a step switch 106 , the segments (in this example twelve segments 107 to 118) are connected to two rows of three connecting terminals, which are symmetrical on either side of the center tap 102 of the primary winding 103 are arranged: In each row the terminals are provided, for example, at the outer end, in the middle and in the third of the half coil starting from the center tap 102. These terminals are labeled 119, 120, 121, 122, 123 and 124.

Gewisse Segmente sind paarweise und symmetrisch mit einer gleichen Anschlußklemme verbunden, wie etwa die Segmente 108 und 112 mit der Klemme 119, die Segmente 109 und 111 mit der Klemme 120, die Segmente 118 und 114 mit der Klemme 122 und die Segmente 117 und 115 mit der Klemme 123. Die Segmente 116 und 110 sind jeweils mit den Klemmen 124 und 121 verbunden, wogegen die Segmente 107, 113 nicht angeschlossen sind.Certain segments are connected in pairs and symmetrically to the same terminal, such as segments 108 and 112 with terminal 119, segments 109 and 111 with terminal 120, segments 118 and 114 with terminal 122 and segments 117 and 115 with of terminal 123. Segments 116 and 110 are connected to terminals 124 and 121 , respectively, whereas segments 107, 113 are not connected.

Dreht sich beispielsweise der Schleifkontakt 105 im Uhrzeigersinn vom Segment 108 zum Segment 110, so legt er nacheinanderfolgend eine Spannung von sechs Volt zwischen die mittlere Klemme 102 der Primärwicklung 103 des Transformators und die Klemmen 119, 120 und 121 an. An den Klemmen der Sekundärwicklung 125 stellt sich dann nacheinanderfolgend eine Spannung von U, 2 U und 3 U ein wegen der besonderen Lage der Anzapfungen der Primärwicklung, wobei U die Spannung in der Sekundärwicklung bezeichnet, wenn eine Spannung von sechs Volt zwischen die mittlere Klemme 102 und die äußere Klemme 119 der Primärwicklung angelegt wird.For example, if sliding contact 105 rotates clockwise from segment 108 to segment 110, it successively applies a voltage of six volts between middle terminal 102 of primary winding 103 of the transformer and terminals 119, 120 and 121 . At the terminals of the secondary winding 125 a voltage of U, 2 U and 3 U is set in succession because of the special position of the taps of the primary winding, where U denotes the voltage in the secondary winding when a voltage of six volts between the middle terminal 102 and the outer terminal 119 of the primary winding is applied.

Läuft nun der Schleifkontakt 105 über die Segmente 111 und 112, so fällt die Spannung in der Sekundärwicklung auf 2 U, dann auf U. Sie fällt auf Null, wenn der Schleifkontakt über das Segment 113 läuft, das nicht an den Transformator angeschlossen ist, steigt dann wieder auf U, 2 U und 3 U unter Umkehr des Vorzeichens, wenn der Schleifkontakt über die Segmente 114, 115 und 116 läuft, fällt wieder auf 2 U, U und Null, wenn der Schleifkontakt den Kreislauf auf den Segmenten 117, 118 und 107 beendet.If the sliding contact 105 now runs over the segments 111 and 112, the voltage in the secondary winding falls to 2 U, then to U. It falls to zero when the sliding contact runs over the segment 113, which is not connected to the transformer, increases then back to U, 2 U and 3 U with reversal of the sign when the sliding contact runs over segments 114, 115 and 116, falls again to 2 U, U and zero when the sliding contact closes the circuit on segments 117, 118 and 107 finished.

An den Klemmen der Sekundärwicklung tritt somit eine Wechselspannung auf, die annähernd einer Sinuslinie folgt, vorausgesetzt, daß die relative Dauer der nacheinanderfolgenden Spannungsstufen entsprechend gewählt wird.An alternating voltage thus occurs at the terminals of the secondary winding which approximately follows a sine curve, provided that the relative duration of the successive voltage levels is selected accordingly.

Man kann für die Wechselspannung jede gewünschte Kurvenlinie erzielen, je nachdem man die Dauer jeder Spannungsstufe einstellt und die Anschlußklemmen über die Primärwicklung des Transformators verteilt.Any desired curve line can be achieved for the alternating voltage, depending on the duration of each voltage level and the terminals distributed over the primary winding of the transformer.

Der über eine kreisförmige Segmentreihe laufende Schleifkontakt läßt sich ohne weiteres durch einen in an sich bekannter Weise hin- und herschwingenden Schleifkontakt ersetzen, der dabei über eine Reihe von Segmenten läuft, die mit den Anschlußklemmen des Transformators verbunden sind.The sliding contact running over a circular row of segments leaves easily through a swinging back and forth in a manner known per se Replace the sliding contact, which runs over a series of segments with connected to the terminals of the transformer.

Der Schleifkontakt kann sogar ohne weiteres über die Windungen eines Transformators hinweggleiten, der zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise ausgebildet ist.The sliding contact can even easily use the windings of a Transformer slide away, which is designed for this purpose in a manner known per se is.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ist nicht auf die Erzeugung einer Wechselspannung mit einer Gleichspannung als Ausgangsspannung beschränkt.The application of the arrangement according to the invention is not to the generation an alternating voltage with a direct voltage as the output voltage.

Die Anordnung kann nämlich auch zur Gleichrichtung einer Wechselspannung dienen. Die Wechselspannung wird dabei an die Sekundärwicklung des Transformators und an die Klemmen des den Schleifkontakt antreibenden Motors angelegt, der dann als Synchronmotor gebaut sein muß. Der Vorteil dieser Anordnung in bezug auf bekannte Gleichrichter besteht darin, daß die erzeugte Gleichspannung fast während der ganzen Periode den größten Wert beibehält; anstatt die Gestalt der Ausgangswechselspannung anzunehmen. Dies ist zweckmäßig, wenn ein Stromsammler mit begrenzter Stromstärke rasch aufgeladen werden soll.This is because the arrangement can also be used to rectify an alternating voltage to serve. The alternating voltage is applied to the secondary winding of the transformer and applied to the terminals of the motor driving the sliding contact, which then must be built as a synchronous motor. The advantage of this arrangement with respect to known Rectifier consists in that the generated DC voltage almost throughout Period retains the greatest value; rather than the shape of the AC output voltage to accept. This is useful when a current collector with limited amperage should be charged quickly.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for converting a direct voltage into alternating voltage or vice versa with a transformer, the primary winding of which has a number of taps arranged symmetrically to one another and with a switching device that executes a switching movement corresponding to the frequency of the supplied or output alternating voltage and in periodic sequence with the symmetrical arranged taps connects, characterized in that the primary winding has a center tap connected to one DC voltage terminal is connected, while the other DC terminal is connected to the switching device, wherein the distribution of the symmetrical taps on the winding, and the order of their connection to the Switching device is chosen so that when a direct voltage is converted, an approximately sinusoidal alternating voltage results, and vice versa.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that; that the switching device consists of a current collector brush and a commutator, whose segments are connected to the symmetrical taps.

3. Arrangement according to Claim 1 or 2 for converting a DC voltage into a sinusoidal Alternating voltage, characterized in that a motor fed by the DC voltage source the Switching device drives.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the zero value of the induction field is obtained in that the current collector brush strokes an isolated or isolating segment.

5. Arrangement according to claim 1 or 2 for converting a sinusoidal alternating voltage into a direct voltage, characterized in that the switching device is driven by a synchronous motor takes place, which is fed by the AC voltage. Considered publications: German Patent Nos. 53 537, 447 489, 762 081; French patent specification No. 1063 011.