DE1258968B

DE1258968B - Variable transformer with a large number of taps connected to a collector

Info

Publication number: DE1258968B
Application number: DE1962P0030334
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Heinz Platthaus
Original assignee: HEINRICH PLATTHAUS INGENIEUR K
Current assignee: HEINRICH PLATTHAUS INGENIEUR K
Priority date: 1962-10-10
Filing date: 1962-10-10
Publication date: 1968-01-18

Description

Stelltransformator mit einer Vielzahl von an einen Kollektor angeschlossenen Anzapfungen Die Erfindung bezieht sich auf einen Stelltransformator mit einer Vielzahl von Anzapfungen, die je- weils zu einer ihr zugeordneten Lamelle eines Kollektors geführt sind, von dem mittels daran anliegender Bürsten je nach ihrer relativen Winkellage Teilspannungen gewünschter Größe abgegriffen werden können.Variable transformer with a large number of taps connected to a collector The invention relates to a variable transformer with a large number of taps, each of which is led to a lamella of a collector assigned to it, of which partial voltages are desired depending on their relative angular position by means of brushes attached to it Size can be tapped.

Stelltransformatoren dieser Bauart sind schon bekanntgeworden. Mit Rücksicht darauf, daß von den beiden im Verhältnis zueinander durch Drehung zu verschiebenden Baugruppen, d. h. also Transformatoreinheit mit Kollektor einerseits und Schleifbürsten andererseits, die Bürsten die leichteren Bauelemente darstellen, hat man auch diese Bauelemente verdrehbar ausgebildet, den Transformator mit dem zugehörigen Kollektorkörper dagegen stationär angeordnet. Dafür nahm man den Nachteil in Kauf, daß die drehbaren Bürsten in jeder Winkellage stets über flexible Leitungen mit benachbarten Festpunkten elektrisch verbunden bleiben mußten. Die flexiblen Leitungen waren einer erheblichen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, so daß - je nach der Qualität des verwendeten Materials und der der Anbringung der Leitungen gewidmeten Sorgfalt - früher oder später mit einem Defektwerden dieser Leitungen gerechnet werden mußte. Auch im übrigen brachte die Tatsache, daß die mit den Bürsten verbundenen Leitungen bei der Verstellung der Bürsten siändig ihre Form und Lage änderten, eine Reihe konstruktiver Schwierigkeiten mit sich. Trotzdem hielt man im Hinblick auf die Gewichtsverhältnisse aber daran fest, den Transformator mit dem Kollektorkörper unbeweglich anzuordnen und nur die Bürsten v#rdrehbar auszubilden.Variable transformers of this type have already become known. With regard to the fact that of the two assemblies to be displaced in relation to one another by rotation, i. H. So transformer unit with collector on the one hand and brushes on the other hand, the brushes represent the lighter components, these components have also been designed to be rotatable, whereas the transformer with the associated collector body is arranged in a stationary manner. For this, the disadvantage was accepted that the rotatable brushes always had to remain electrically connected to neighboring fixed points via flexible lines in every angular position. The flexible lines were exposed to considerable mechanical stress, so that - depending on the quality of the material used and the care taken in attaching the lines - a defect in these lines had to be expected sooner or later. In addition, the fact that the lines connected to the brushes constantly changed their shape and position when the brushes were adjusted gave rise to a number of constructional difficulties. In spite of this, with regard to the weight ratios, it was kept to the fact that the transformer with the collector body was immovable and that only the brushes were designed to be rotatable.

Dagegen hat man schon bei einem Widerstand, der mit einer Vielzahl von Anzapfungen an einen Kollektor angeschlossen ist und sich insofern grundsätzlich zu ähnlichen Steueraufgaben heranziehen läßt wie ein Stelltransformator, den Widerstand zusammen mit dem Kollektorkörper drehbar ausgebildet, während die Bürsten stationär angeordnet wurden. Auf diese Weise ließ sich in diesem Fall erreichen, daß die zuvor erwähnten Probleme, wie sie im Zusammenhang mit den an beweglich angeordnete Bürsten angeschlossenen flexiblen Kabeln auftreten, vollständig ausgeschaltet werden können. Die Voraussetzungen dafür, hier die Bürsten festzulegen und den Widerstand mit dem Kollektor zu bewegen, waren jedoch deshalb günstiger, weil dort verhältnismäßig schwere Eisenteile, wie der Magnetkern eines Transformators, fehlen und insofern Gewichtsproblemen keine so große Bedeutung zukommt. Andererseits sind Widerstände als Stellelemente Transformatoren schon deshalb unterlegen, weil ihre Verwendung als Stellelement im Gegensatz zu einem Transformator stets mit dem Auftreten von Verlusten an elektrischer Energie verbunden ist.On the other hand, one has a resistance with a multitude of taps is connected to a collector and therefore basically can be used for similar control tasks as a variable transformer, the resistor rotatable together with the collector body, while the brushes are stationary were ordered. In this way it could be achieved in this case that the previously mentioned problems, as they are in connection with the movably arranged brushes connected flexible cables can be switched off completely. The prerequisites for defining the brushes here and the resistance with the Moving the collector, however, was cheaper because there was proportionate heavy iron parts, such as the magnetic core of a transformer, are missing and insofar Weight problems are not that important. On the other hand, there are resistances As control elements, transformers are inferior because of their use as an adjusting element, in contrast to a transformer, always with the occurrence of Loss of electrical energy is associated.

Der Erfindung liegt nun insbesondere die Aufgabe zugrunde, die Drehzahl eines Kurzschlußläufermotors mittels eines Stellgerätes regeln zu können, das eine geeignete Belastungscharakteristik für die dauernde Drehzahlstellung des Kurzschlußläufermotors hat und ferner eine weitgehend verlustlose Stellung unter Aufwendung geringster Verstellkräfte bei größter Lebensdauer gestattet. Derartige Stellgeräte werden beispielsweise für elektrisch betriebene Laufkräne in Hüttenwerken benötigt. Kräne dieser Art werden häufig schon mit so hohen Geschwindigkeiten gefahren, daß zur Erzielung des Stillstandes eine feinfühlige Bremsung notwendig ist. Das bei älteren Kränen noch üb- liche Einfallenlassen der Bremse mit voller Kraft läßt sich hierbei nicht mehr durchführen, weil sonst die am Haken hängende Last infolge ihrer Trägheit zu weit ausschwingen und dadurch nicht mehr gefahrlos zu handhaben sein würde. Die bisherige Bremsung erfolgte mittels eines Pedals oder Handhebels, die vom Kranführer betätigt werden und in geeigneter Weise auf das Kranfahrwerk einwirken. Diese Bremsen erfordern aber eine so große Kraft, daß der Kranführer den damit verbundenen körperlichen Beanspruchungen während einer 8stündigen Schicht nur mit Mühe gewachsen ist.The invention is based in particular on the object of being able to regulate the speed of a squirrel cage motor by means of an actuating device which has a suitable load characteristic for the permanent speed setting of the squirrel cage motor and also allows a largely lossless position using the lowest adjustment forces with the greatest service life. Such actuating devices are required, for example, for electrically operated overhead traveling cranes in metallurgical plants. Cranes of this type are often driven at such high speeds that sensitive braking is necessary to achieve a standstill. Letting the brake fall with full force, which is still common with older cranes, can no longer be carried out here, because otherwise the load hanging on the hook would swing out too far due to its inertia and thus no longer be safe to handle. The previous braking was carried out by means of a pedal or hand lever that is actuated by the crane operator and acts on the crane running gear in a suitable manner. However, these brakes require such a great force that the crane operator can only cope with the associated physical stress during an eight-hour shift.

Zur Abbremsung des Krans mit Hilfe elektrischer Kraft ist eine Spannungsänderung notwendig, wie sie sich beispielsweise durch die vorstehend erwähnten Stelltransformatoren bzw. Stellwiderstände herbeiführen läßt, bei denen Schleifbürsten längs des Mantels eines Kollektors entlanggeführt werden können. Sofern es sich dabei um Widerstände handelt, ergeben sich jedoch als Nachteile Lastabhängigkeit sowie ein unoenauer Verlauf der Verzögerung. Auch ist die dadurch erzielte Spannungsänderung nicht nachbildbar.A voltage change is required to brake the crane with the aid of electrical force necessary, as can be seen, for example, by the variable transformers mentioned above or can bring about variable resistances in which grinding brushes along the jacket a collector can be guided along. As long as there is resistance acts, surrender however, disadvantages are load dependency as well an imprecise course of the delay. The change in voltage achieved thereby is also not reproducible.

Zur Lösung der erwähnten Aufgabe ist daher bei einem Stelltransformator mit einer Vielzahl von an einen Kollektor angeschlossenen Anzapfungen erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Transformator und der Kollektor auf einer gemeinsamen Welle befestigt und zusammen mit der Welle im Verhältnis zu feststehenden Bürsten verdrehbar sind und daß der Transformator primärseitig an Schleifringe angeschlossen ist.A variable transformer is therefore used to solve the problem mentioned with a plurality of taps connected to a collector according to the invention provided that the transformer and the collector on a common shaft fixed and rotatable together with the shaft in relation to fixed brushes and that the transformer is connected to slip rings on the primary side.

Damit wird erreicht, daß eine Änderung der von den Bürsten abgegriffenen Teilspannungen durch Verdrehun- des Transformators zusammen mit dem Kollektor herbeigeführt werden kann, während flexible und damit störanfällige Zuleitungen für die Bürsten entbehrlich werden. Dennoch kann die Spannungsänderung irn wesentlichen verlustlos, außerdem mit großer Genauigkeit erfolgen. Dabei hat sich in der Praxis überraschenderweise gezeigt, daß die Schwierigkeiten, die sich aus dem vergleichsweise hohen Gewicht des Transformators ergeben, tatsächlich keineswegs so schwerwiegend sind, daß sie die gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung bisher bestehenden Bedenken rechtfertigen würden.This ensures that a change in the tapped by the brushes Partial voltages caused by twisting the transformer together with the collector can be, while flexible and thus failure-prone supply lines for the brushes become dispensable. Nevertheless, the voltage change can be essentially lossless, also be done with great accuracy. It has surprisingly been found in practice demonstrated that the difficulties arising from the comparatively high weight of the transformer are in fact by no means so serious that they justify the reservations that have existed up to now with regard to the solution according to the invention would.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Stelltransformator läßt sich auch zu anderen Zwecken als zur Drehzahlregelung eines Kurzschlußläufeimotors verwenden, nämlich überall dort, wo eine Spannung unabhängig von der Belastung häufig und feinstufig geändert werden soll. Bei Einschaltung eines Gleichrichters läßt sich entsprechend auch eine Gleichspannung verstellen.A variable transformer designed according to the invention can also be used use for purposes other than speed control of a short-circuit motor, namely wherever a voltage is often and finely graduated regardless of the load should be changed. When a rectifier is switched on, the corresponding also adjust a DC voltage.

Die Erfindung läßt sich auch weitgehend den jeweiligen Verhältnissen anpassen. So kann der Stelltransforinator nach der Erfindung eine Mehrzahl bewickelter Magnetkerne aufweisen - wobei diese bevorzugt als Ringkerne geformt sind -, so daß z. B. bei Verwendung von Drehstrom je ein gesonderter Kern für jede Phase zur Verfügung steht.The invention can also be largely adapted to the respective circumstances. So the variable transformer according to the invention can have a plurality of wound magnetic cores - these are preferably shaped as toroidal cores - so that, for. As is available with the use of three-phase current per a separate core for each phase.

Vorteilhafterweise können der Transformator und der zugehörige Kollektor auch mit Kunstharz zu einem Block vergossen sein, so daß sich - trotz unverändert leichter Verstellbarkeit - eine sehr große ZD Rüttelfestigkeit ergibt.Advantageously, the transformer and the associated collector can also be potted with synthetic resin to form a block, so that - despite the unchanged ease of adjustability - there is a very high ZD vibration resistance.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung sollen nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Ab b. 1 eine Gesamtansicht der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung in der Ausbildung für einen Drehstrom-Kurzschlußläufermotor, A b b. 2 einen Schnitt durch A b b. 1 län-s der Linie A-A in Richtung der Pfeile.Further details and advantages of the invention are to be explained below using an exemplary embodiment of the invention in conjunction with the drawing. In the drawing, Ab b. 1 shows an overall view of the control device according to the invention in the form of a three-phase squirrel cage motor, A b b. 2 a section through A b b. 1 län-s of line AA in the direction of the arrows.

Der Kollektorstelltransformator ist auf einer leicht drehbar gelagerten Welle 11 angeordnet und besteht im wesentlichen aus dem Kollektorkörper 2, den drei Stelltrafos 3 und dem Stellwiderstandskorb 4. Auf dem Schleifringkollektor 2 liegen die ortsfest angeordneten Bürsten 5 für die Zuführung des elektrischen Stromes und die um 120' versetzten Bürsten 6 (Ab b. 2) für den Abgriff der Spannung auf.The variable collector transformer is arranged on an easily rotatable shaft 11 and essentially consists of the collector body 2, the three variable transformers 3 and the variable resistor basket 4. On the slip ring collector 2 are the stationary brushes 5 for the supply of electrical current and the 120 ' offset brushes 6 (Ab b. 2) for tapping the voltage.

Die drei Stelltrafos 3 sind jeweils in der Ringkernbauweise ausgebildet. Jeder Ring enthält eine im einzelnen nicht dargestellte Halterung in seinem Innern oder nahe seinem einen Ende, womit der Ring fest und syn-.-metrisch auf der Welle 1 befestigt ist. Für jede der drei Phasen des zum Antrieb des Kurzschlußläufermotors verwendeten Drehstroms ist ein Trafo vorgesehen. Die Abgriffe 7 der jeweiligen Trafostufen für die verschiedenen Spannungen verlaufen von den zum Kollektor 2 gerichteten Kanten der Ringe 3 durch den benachbarten Ring hindurch zu den stimseitigen Befestigungspunkten der Kollektorlamellen, wobei den Drähten jedes Trafos am Kollektor ein Sektor von 120' entspricht.The three variable transformers 3 are each designed in the toroidal core design. Each ring contains a holder (not shown in detail) in its interior or near its one end, with which the ring is fixed firmly and syn-metrically on the shaft 1 . A transformer is provided for each of the three phases of the three-phase current used to drive the squirrel-cage motor. The taps 7 of the respective transformer stages for the various voltages run from the edges of the rings 3 facing the collector 2 through the adjacent ring to the front fastening points of the collector lamellas, with the wires of each transformer on the collector corresponding to a sector of 120 '.

Der Widerstandskorb 4, der in der durch das deutsche Patent 1038 166 geschützten Art ausgebildet sein kann, enthält die Widerstände, die in an sich bekannter Weise zur Ausschaltung von Kurzschlüssen und damit zur Verhinderung des Motorstillstandes beim übergreifen der Bürsten von einer Kollektorlamelle zur nächsten vorgesehen sind. Außerdem werden die Widerstände zur Regelung benutzt, weil ein Teilbetrag der Stufenspannung bei Stromabnahrne über die Zwischenlamellen im Widerstand vernichtet wird. Die einzelnen Widerstände der Widerstandseinheit 4 brauchen nicht in Korbform angeordnet zu werden, sondern können z. B. auch einzeln an der Stirnseite des Kollektorkörpers 2 aus den einzelnen Lamellen kronenartig herausragen.The resistor basket 4, which can be designed in the manner protected by German patent 1038 166 , contains the resistors which are provided in a known manner to eliminate short circuits and thus to prevent the motor from stalling when the brushes overlap from one collector lamella to the next . In addition, the resistors are used for regulation because part of the step voltage is destroyed when the current is drawn off via the intermediate lamellas in the resistor. The individual resistors of the resistance unit 4 do not need to be arranged in the form of a basket, but can, for. B. also protrude crown-like individually on the end face of the collector body 2 from the individual lamellae.

Im Betrieb bei einem Kranfahrwerk wirkt das Bremspedal beispielsweise über Zahnsegment und Ritzel unmittelbar drehend auf die Welle 1 und die mit ihr verbundenen Teile 2, 3 und 4 ein. Da diese Teile im wesentlichen ausgewuchtet sind, bedarf es zur Betätigung nur einer ganz geringen Fußkraft seitens des Kranführers, der seine Tätigkeit ohne weiteres sitzend, also mit abgewinkelten Beinen ausüben kann. Die jeweilige Stellung des Kollektors ist dann maßgebend für die dem Bremsenstellmotor über die Bürsten 6 aufgegebene Spannung.In operation with a crane running gear, the brake pedal acts, for example via a toothed segment and pinion, in a direct rotating manner on the shaft 1 and the parts 2, 3 and 4 connected to it. Since these parts are essentially balanced, only a very small amount of foot force is required on the part of the crane operator for actuation, who can easily carry out his work sitting, that is to say with bent legs. The respective position of the collector is then decisive for the voltage applied to the brake servomotor via the brushes 6.

Bei einer praktischen Ausführung des KoHektorstelltrafos gemäß Ab b. 1 sind die einzelnen Ringkerntrafos 3 nur etwa 50 mm breit. Dadurch wird auch eine Raumersparnis erzielt, abgesehen von den Creringen zu bewegenden Massen. An Stelle des Ringkerntrafos können jedoch auch normale Bauarten, z. B entsprechend den Klingeltransformatoren, im Winkel von 120' auf einer ausgewuchteten Scheibe angeordnet sein, die auf der Welle 1 festsitzt. Für Sonderaufgaben ist die Ausführung mit einem oder einer sonstigen Anzahl von Transformatoren vorgesehen.In a practical implementation of the KoHektorstelltransfos according to Ab b. 1 , the individual toroidal transformers 3 are only about 50 mm wide. This also saves space, apart from the masses to be moved. Instead of the toroidal transformer, however, normal types such. B, corresponding to the bell transformers, be arranged at an angle of 120 'on a balanced disk that is firmly seated on the shaft 1 . For special tasks, the implementation with one or another number of transformers is provided.

Claims

Claims: 1. Variable transformer with a plurality of taps connected to a collector, characterized in that the transformer and the collector (2) are mounted on a common shaft (1) and rotatable together with this in relation to stationary brushes (5, 6) and that the transformer is connected to slip rings on the primary side.

2. Variable transformer according to claim 1, characterized by several wound magnetic cores (3). 3. Adjusting transformer according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic core or the magnetic cores are toroidal cores (3) . 4. Variable transformer according to claim 3, characterized in that three wound cores (3) each for a three-phase phase are arranged axially one behind the other on the shaft (1) . 5. Variable transformer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the or the wound (s) magnetic core (magnetic cores) and the collector with plastic, for. B. cast resin, are cast into a block. 6. Variable transformer according to one of claims 1 to 5, characterized in that a resistance basket (4) is arranged in a cantilevered manner on the shaft (1). 7. Variable transformer according to claim 6, characterized in that the resistance basket (4) is arranged concentrically over a wound toroidal core (3) . Considered publications: German Patent Specifications Nos. 258 942, 373 923, 704 844, 746 117, 910 187, 1038 166.