DE1143581B

DE1143581B - Circuit arrangement for operating a converter working with mechanical converter contacts

Info

Publication number: DE1143581B
Application number: DEL11614A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hellmuth Boehm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-02-19
Filing date: 1952-02-19
Publication date: 1963-02-14

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb eines mit mechanischen Stromrichterkontakten arbeitenden Stromrichters Es ist bekannt, zur Umwandlung von Drehstrom oder Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt sogenannte Zerhacker (Kontaktschwinger) bis etwa 60 W Leistung zu verwenden. Bei größeren Leistungen benutzt man zweckmäßig Unterbrecher mit flüssigem Kontaktmaterial. Eine Ausführungsform ist die mit Quecksilberstrahl arbeitende Zentrifuge. Der Antrieb erfolgt durch Gleichstrommotoren bei der Gleichstromspeisung zur Erzeugung von Wechselstrom oder durch Synchronmotoren bei umgekehrter Energierichtung. Auch bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom können Synchronmotoren verwendet werden, die von der selbsterzeugten Wechselspannung gespeist werden. Bei Parallelbetrieb mehrerer Wechselrichter ist der Antrieb von Synchronmotoren Bedingung.Circuit arrangement for operating one with mechanical converter contacts working converter It is known to convert three-phase or alternating current in direct current and vice versa so-called chopper (contact oscillator) up to about 60 W power to use. It is advisable to use breakers for larger outputs with liquid contact material. One embodiment is that with mercury beam working centrifuge. It is driven by direct current motors with direct current supply for generating alternating current or by synchronous motors with reversed energy direction. Synchronous motors can also be used when converting direct current into alternating current that are fed by the self-generated alternating voltage. With parallel operation Synchronous motors must be driven by several inverters.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, ein funkenarmes oder funkenloses Schalten der Kontakte während der Kommutierungszeit zu erreichen, beispielsweise durch Strahlverlängerung an den Kontaktenden des in der Mitte der Kontakte breitgequetschten Quecksilberstrahles.Various methods are known, low or non-sparking To achieve switching of the contacts during the commutation time, for example by beam lengthening at the contact ends of the one that is squeezed wide in the middle of the contacts Mercury beam.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines mit mechanischen Stromrichterkontakten arbeitenden Stromrichters, bei dem Stromrichterkontakte über eine Induktivität einen Kondensator auf- bzw. entladen, bekannt. Ein Betrieb mit höherer Leistung wird erfindungsgemäß dadurch .ermöglicht, daß in Reihe mit den Stromrichterkontakten eine beim Schließen der Kontakte eine Stromstufe liefernde Einschaltdrossel geschaltet ist und daß in an sich bekannter Weise Stromrichterkontakte mit flüssigem Kontaktmaterial vorgesehen sind. Die Betätigung der Kontakte erfolgt immer dann, wenn der Lade- oder der Entladevorgang des Kondensators beendet ist. Dem Kontaktgerät fällt die Aufgabe zu, diesen Lade- und Entladevorgang des Kondensators zu steuern.Furthermore, there is a circuit arrangement for operating a mechanical Converter contacts working converter, with the converter contacts over an inductance charges or discharges a capacitor, known. A company with According to the invention, higher performance is made possible in that in series with the Converter contacts a current level supplying when the contacts are closed Switch-on choke is connected and that converter contacts in a manner known per se are provided with liquid contact material. The contacts are actuated whenever the charging or discharging process of the capacitor has ended. The contact device has the task of charging and discharging the capacitor to control.

Ein Beispiel der Erfindung zeigt Fig. 1 a der Zeichnung. Dort wird von einer Gleichspannungsquelle, z. B. der Batterie 1, der Quecksilberstrahl-Wechselrichter 2 mit den Kontakten 3, 4 und 5 gespeist. Berührt der als Zunge dargestellte Quecksilberstrahl 5 die feste Elektrode 3, so wird der Kondensator 7 über den Transformator 6 aufgeladen. Nachdem der Strom auf Null abgeklungen ist, kann der Kontakt 3 funkenlos geöffnet werden. Nunmehr verbindet die Zunge 5 sich mit dem Kontakt 4, wodurch der Kondensator 7 entladen wird. Der Strom fließt jetzt jedoch umgekehrt durch den Transformator, so daß in seiner Sekundärspule eine Spannungs- bzw. bei Widerstandsbelastung auch Stromkurve entsteht, wie die Fig. 1 b mit ausgezogenen Linien zeigt.An example of the invention is shown in FIG. 1 a of the drawing. There will from a DC voltage source, e.g. B. the battery 1, the mercury ray inverter 2 fed with contacts 3, 4 and 5. Touches the mercury beam represented as a tongue 5 the fixed electrode 3, the capacitor 7 is charged via the transformer 6. After the current has dropped to zero, contact 3 can be opened without sparking will. Now the tongue 5 connects to the contact 4, whereby the capacitor 7 is discharged. However, the current now flows in reverse through the transformer, so that in its secondary coil there is also a voltage or resistance load Current curve arises, as FIG. 1 b shows with solid lines.

Bei jeder Umschaltung des Quecksilberstrahles, hier der Zunge 5, entsteht eine hohe Stromspitze (s. Fig. 1 b), die einen Einschaltfunken hervorruft. Zur Vermeidung dieses Funkens wird eine Einschaltdrossel 8 verwendet, die infolge einer Stromstufe den Anstieg des Stromes bis zur vollen Kontaktschließung verzögert. Besondere Vorerregereinrichtungen sind hierbei nicht erforderlich, da die Stromstufe beim Wechselrichter in Richtung des Stromanstieges liegt. Es können aber außerdem Vorerregereinrichtungen benutzt werden, um bestimmte Wirkungen zu erzielen.Each time the mercury beam is switched, here the tongue 5, is created a high current peak (see Fig. 1 b), which causes a switch-on spark. To avoid this spark a switch-on choke 8 is used, which as a result of a current stage Delays the rise of the current until the contacts are fully closed. Special pre-excitation devices are not required here, as the current level on the inverter is in the direction of of the current rise. However, pre-excitation devices can also be used to achieve certain effects.

Zur Abrundung der Kurven bzw. Vermeidung der Spitzen ist eine Drossel 9 vorgesehen, durch die der gestrichelt gezeichnete Strom- und Spannungsverlauf am Transformator bei Widerstandsbelastung entsteht.A throttle is used to round off the curves or avoid the peaks 9 provided, through which the current and voltage curve shown in dashed lines occurs on the transformer when there is a resistance load.

Bei teilweise induktiver Last muß für entsprechende Oberwellenglättungseinrichtungen Sorge getragen werden, um die stromfreie Abschaltung zu ermöglichen. Kondensator 7 und Drossel 9 müssen so gewählt werden, daß der Strom vor dem Öffnen des Quecksilberstrahles Null wird. Der Antriebsmotor, der nicht dargestellt ist, kann auch aus der erzeugten Wechselspannung, bei Gleichstrom z. B. mit einem Trockengleichrichter, gespeist werden, um eine Speisung aus der Gleichspannungsquelle 1 (unter Umständen Hochspannung) zu vermeiden. Nur zum Anlassen wäre eine kurzzeitige Speisung aus der Gleichstrom-Hochspannungsquelle erforderlich. Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung gegenüber den bekannten ist der, daß der Kondensator zur Bildung einer Stromstufe auf der Primärseite des Transformators liegt, womit auch der Magnetisierungsstrom unterdrückt wird, was bei den Schaltungen mit Sekundärkondensator nicht der Fall ist. Da der Kondensator nur mit Gleichspannung beansprucht wird, können auch Elektrolytkondensatoren mit großer spezifischer Kapazität verwendet werden.If the load is partially inductive, appropriate harmonic smoothing devices must be used Care must be taken to enable current-free shutdown. capacitor 7 and choke 9 must be chosen so that the current before the opening of the mercury beam Becomes zero. The drive motor, which is not shown, can also be generated from the AC voltage, with direct current e.g. B. with a dry rectifier fed to be supplied from DC voltage source 1 (possibly high voltage) to avoid. A short-term supply from the direct current high-voltage source would only be required for starting necessary. The particular advantage of this circuit arrangement over the known is that the capacitor to form a current stage on the Primary side of the transformer is, which also suppresses the magnetizing current becomes, which is not the case with circuits with a secondary capacitor. Since the If the capacitor is only loaded with direct voltage, electrolytic capacitors can also be used can be used with large specific capacity.

Fig. 2 a der Zeichnung stellt eine weitere Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dar, mit welcher z. B. eine Akkumulatorenbatterie 1 aus einem Gleichspannungsnetz 10, 11 von wesentlich höherer Spannung aufgeladen wird. Zum Beispiel soll 10 die Fahrleitung (-I-) einer elektrischen Bahn von höherer Spannung und 11 die Fahrschiene (-) sein. Der Quecksilberstrahl 5 verbindet sich zunächst mit der Elektrode 3, wodurch der Kondensator 7 direkt an die Fahrleitung angeschlossen wird und sich mit der vollen Spannung auflädt. Ist der Strom auf Null abgesunken, so kann der Kontakt 3 funkenlos geöffnet werden. Anschließend verbindet sich der Quecksilberstrahl 5 mit der Elektrode 4 und entlädt nunmehr den Kondensator über die Batterie 1. Der Lade- und Entladestrom würde wie in Fig. 1 b ebenfalls eine starke Spitze aufweisen. Durch Einbau einer Drossel 9 kann diese, wie Fig. 2b zeigt, ebenfalls stark vermindert werden. Auch kann eine Einschaltdrossel S zur Vermeidung des Einschaltfeuers angebracht werden: Die Einrichtung gestattet die Aufladung einer Akkumulatorenbatterie von einem Netz höherer Gleichspannung, ohne daß diese galvanisch mit dem Pluspol der Fahrleitung in Verbindung steht. Durch Verwendung eines zweiten Unterbrechers in der Minusleitung kann die Batterie während der Ladung vollständig von der Fahrleitung getrennt werden. Der Ladestrom kann durch die Zahl der Unterbrechungen bzw. Umschaltungen des Quecksilberstrahles 5 erhöht oder vermindert werden. Man kann ihn so weit durch Erhöhung der Tourenzahl vergrößern, bis der Nulldurchgang des abklingenden Stromes das Ende der Kontaktschließzeit tk gerade erreicht. Eine gelegentliche Überschreitung, also Funkenbildung, schadet dagegen dem Quecksilberstrahlunterbrecher nicht, sondern vermindert nur den Wirkungsgrad.Fig. 2a of the drawing shows a further circuit arrangement according to of the invention, with which z. B. a storage battery 1 from a DC voltage network 10, 11 is charged from a much higher voltage. For example, 10 should be the Contact line (-I-) of an electric train with a higher voltage and 11 the running rail (-) be. The mercury beam 5 first connects to the electrode 3, whereby the capacitor 7 is connected directly to the contact line and with the full voltage. If the current has dropped to zero, the contact can 3 can be opened without spark. Then the mercury beam 5 connects with the electrode 4 and now discharges the capacitor through the battery 1. The The charging and discharging currents would also have a strong peak as in FIG. 1b. By installing a throttle 9, this can also be greatly reduced, as FIG. 2b shows will. A switch-on choke S can also be attached to avoid the switch-on light : The device allows a battery of accumulators to be charged a network of higher DC voltage without this being galvanically connected to the positive pole of the Contact line is connected. By using a second breaker in the negative line can completely disconnect the battery from the contact line while it is being charged be separated. The charging current can be determined by the number of interruptions or switchings of the mercury beam 5 can be increased or decreased. You can get through it that far Increase the number of revolutions until the decaying current passes through zero the end of the contact closing time tk has just been reached. An occasional overrun, So sparking, however, does not damage the mercury beam interrupter, but only reduces the efficiency.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine bekannte Anordnung zur Geichspannungswandlung mehrere in Reihe geschaltete Kondensatoren enthält, die nacheinander an die Speisegleichspannung gelegt werden. Hiermit ist jedoch nur eine Gleichspannungswandlung in bestimmten Stufen möglich. Mit dem Gegenstand der Erfindung wird dagegen bei geringem Aufwand eine feinfühlige Spannungsänderung erreicht.It should be noted that a known arrangement for DC voltage conversion contains several series-connected capacitors that are successively connected to the DC supply voltage be placed. However, this is only a DC voltage conversion in certain Levels possible. With the subject matter of the invention, however, with little effort a sensitive change in voltage is achieved.

Der hier nicht dargestellte Antriebsmotor kann an die Gleichstrom-Niederspannungsquelle angeschlossen werden, um die Gefahr der Bildung von Rundfeuer am Kollektor zu vermeiden. Die Gleichspannung kann nämlich insbesondere bei Gleichstrombahnen sehr hohe Werte, bis etwa 3000 V auf der Oberspannungsseite, besitzen.The drive motor, not shown here, can be connected to the direct current low voltage source connected in order to avoid the risk of round fire forming on the collector. The DC voltage can in fact be very high values, especially in DC railways, up to about 3000 V on the high voltage side.

Eine weitere Schaltungsanordnung im Sinne der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, bei der im Gegensatz zu den vorhergehenden Schaltungsanordnungen der Kondensator in beiden Spannungsrichtungen ausgenutzt werden kann. Die Primärwicklung des Transformators ist hierbei in zwei entgegengesetzt wirkende Wicklungen mit den Kontakten 3 und 4 aufgeteilt; der Minuspol ist an die Mitte einer Art Stromwendungstransformator 12 angeschlossen. Liegt die Kontaktzunge 5 z. B. an dem Kontakt 3 an, so fließt der Strom über den oberen Teil von 12 und über den unteren Teil zu ungefähr gleicher Hälfte, welche sich nur geringfügig durch den Magnetisierungsstrom unterscheiden. Dieses Amperewindungsgleichgewicht bleibt, solange keine Sättigung eintritt, bestehen. Der Strom im Kontakt 3 wird Null, wenn die Spannung am Kondensator 7 die doppelte Höhe der Batteriespannung l erreicht hat. Schaltet der Quecksilberstrahl auf die Elektrode 4 um, so fließt der Strom in anderer Richtung durch den Transformator und durch die Stromwendedrossel12, der Vorgang ist umgekehrt. Der Kondensator wird vor jeder Umschaltung so aufgeladen, daß sich seine halbe Spannung im ersten Augenblick zur Batteriespannung addiert. Die Strom- und Spannungskurven entsprechen der Fig. l b; es können auch die verbessernden Wirkungen mit Schalt und Zusatzdrosseln erzielt werden. So besteht beim Betrieb mit höheren Spannungen die Gefahr der unvorschriftsmäßigen Vorwärtszündung bzw. bei Gleichrichterbetrieb der Rückzündung. Im Sinne der Erfindung wird darum zur Strombegrenzung statt der einfachen Drossel eine gleichstrommagnetisierte Drossel 8 mit der Hauptwicklung 13 und der Nebenwicklung 14 benutzt. Die Schaltdrossel wird über den einstellbaren Widerstand 15 von der Gleichspannungsquelle so weit gesättigt, daß die Amperewindungen der Hauptwicklung 13 entgegengesetzt wirken und daß sie durch den Nebenstrom in 14 vollständig, entgegen den Amperewindungen der Wicklung 13, gesättigt wird. Bei einer Rückzündung will der Gleichstrom I, plötzlich ansteigen und bewirkt somit eine Entsättigung der Drossel B. Hierdurch wird der Strom auf eine bestimmte Größe begrenzt, so daß die Rückzündung völlig vermieden wird. Der Stromverbrauch der Hilfswicklung 14 kann äußerst gering gehalten werden, da die Wicklung 14 aus sehr hoher Windungszahl und dünnem Draht besteht, während die Wicklung 13 aus kleiner Windungszahl und dickem Draht besteht. Zur Glättung der Gleichspannung ist vor dem Wechselrichter noch ein Glättungskonden-Bator 16 parallel geschaltet. Auch hier kann noch eine Glättungsdrossel vorgesehen sein.A further circuit arrangement within the meaning of the invention is shown in FIG. 3, in which, in contrast to the previous circuit arrangements, the capacitor can be used in both voltage directions. The primary winding of the transformer is divided into two oppositely acting windings with contacts 3 and 4; the negative pole is connected to the middle of a type of commutation transformer 12. Is the contact tongue 5 z. B. at the contact 3, the current flows through the upper part of 12 and through the lower part to about the same half, which differ only slightly by the magnetizing current. This ampere turn equilibrium remains as long as no saturation occurs. The current in contact 3 becomes zero when the voltage on capacitor 7 has reached twice the level of battery voltage l. If the mercury beam switches over to the electrode 4, the current flows in the other direction through the transformer and through the commutation choke12; the process is reversed. Before each switchover, the capacitor is charged in such a way that half its voltage is added to the battery voltage for the first time. The current and voltage curves correspond to Fig. Lb; the improving effects can also be achieved with switching and additional chokes. When operating with higher voltages, there is the risk of improper forward ignition or, in the case of rectifier operation, backfire. For the purposes of the invention, a DC-magnetized choke 8 with the main winding 13 and the secondary winding 14 is therefore used to limit the current instead of the simple choke. The switching inductor is saturated by the DC voltage source via the adjustable resistor 15 to such an extent that the ampere turns of the main winding 13 act in opposite directions and that it is completely saturated by the secondary current in 14, against the ampere turns of the winding 13. In the event of a reignition, the direct current I, wants to suddenly increase and thus desaturates the throttle B. This limits the current to a certain value, so that the reignition is completely avoided. The power consumption of the auxiliary winding 14 can be kept extremely low, since the winding 14 consists of a very high number of turns and thin wire, while the winding 13 consists of a small number of turns and thick wire. To smooth the DC voltage, a smoothing capacitor 16 is connected in parallel upstream of the inverter. A smoothing throttle can also be provided here.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for operating a mechanical Converter contacts working converter, with the converter contacts over an inductance charges or discharges a capacitor, characterized in that, that in series with the converter contacts (3, 5 or 4, 5) one when closing of the contacts (3, 5 or 4, 5) a switch-on throttle (8) delivering a current stage is switched is and that in a known manner converter contacts (5) with liquid contact material are provided.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized by the Use for DC voltage conversion, the respective capacitor (7) over Converter contacts (3, 5 or 4, 5) charged from the DC supply voltage (10) and then discharged to the DC voltage consumer (1) (Fig. 2).

3. Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that for the Operation with two voltage directions only one capacitor (7) is provided (Fig. 3).

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that the switch-on throttle (8) is provided with an additional winding (14), which is used to generate a magnetization, that of the magnetization by the main current counteracts (Fig. 3). Publications considered: German patent specification No. 198 023; British Patent No. 548 192; Swiss patent no. 209 752.