DE3105636C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichspannungsversorgungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches. Derartige Gleichspannungsversorgungen werden beispielsweise für die Steuerung der Geschwindigkeit von großen Gleichstrommotoren verwendet.

Bei herkömmlich aufgebauten Transformatoren werden eine oder mehrere Wicklungen, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweisen, um einen ferromagnetischen Kern gewickelt. Durch Zuführung eines Wechselstromes zu einer der Wicklungen wird ein veränderlicher magnetischer Fluß in dem Kern erzeugt, wodurch eine elektromotorische Kraft mit einer Potentialdifferenz zwischen jeder Windung hervorgerufen wird. Die Potentialdifferenzen zwischen den Windungen addieren sich längs jeder Wicklung. Das Ausgangssignal des Transformators wird über einem Teil oder über der gesamten einzigen Wicklung abgenommen, wenn ein Spartransformator mit einer einzigen Wicklung verwendet wird und es wird über einem Teil oder über der gesamten Sekundärwicklung abgenommen, wenn der Transformator Primär- und Sekundärwicklungen aufweist. Um die Ausgangsspannung des Transformators zu verändern, kann ein induktiver Regler verwendet werden, der die magnetische Kopplung zwischen entsprechenden Wicklungen verändert oder es kann eine verschiebbare Bürstenanordnung vorgesehen sein, wobei eine Bürste entlang freiliegender Segmente an der Oberfläche der Wicklung in einer Richtung quer zu den Windungen verschiebbar ist. Wenn sich die gleitende Bürste an einem leitenden Segment der Wicklung abstützt, so wird ein Strompfad zu der elektrischen Last gebildet. Wenn die Bürste sich auf freiliegenden Segmenten zur gleichen Zeit abstützt, so wird ein zusätzlicher Strompfad in dem Teil der Wicklung zwischen den zwei freiliegenden Segmenten und durch die Bürste gebildet. Ein solcher durch einen Teil einer Wicklung fließender Strom ist ein Kurzschlußstrom, der unerwünscht ist und zur Zerstörung des Transformators führen kann. Wenn die Bürste ein freiliegendes Segment der Wicklung nicht kontaktiert, so liegt ein unterbrochener Schaltkreis vor und es fließt kein Strom zu der Last.

Eine gattungsgemäße Gleichspannungsversorgungseinrichtung ist aus der FR-PS 9 10 298 bekannt, bei der die Wicklung des Transformators mit mehreren stationären Kontakten versehen ist. Die Spannung wird in einem Fall mit zwei beweglichen Kontakten abgegriffen, die an zwei Brückengleichrichterschaltkreise angeschlossen sind, die mit insgesamt acht Gleichrichtern bestückt sind, wobei jeder bewegliche Kontakt über je zwei Gleichrichter mit dem Ausgangsanschluß der Schaltung verbunden ist. Im anderen Fall sind drei bewegliche Kontakte für das Abgreifen der Spannung erforderlich.

Gemäß der US-PS 41 89 672 werden vorteilhafterweise mehrere Bürsten vorgesehen, um einen Kontakt mit freiliegenden Segmenten der Wicklung entlang getrennter Querstrecken zu bilden und eine kontinuierlich einstellbare Wechselspannung für eine Last mit nahezu stetigem Übergang zu bilden. Die Bürsten werden hierbei gleichzeitig bewegt, um sicherzustellen, daß sich immer eine Bürste in Kontakt mit einer Wicklung befindet und um einen Wechselstrom an die Last abzugeben. Bei einem Kontakt jeder Bürste mit entsprechenden freiliegenden Segmenten einer Wicklung auf unterschiedlichen Potentialen wird ein Kurzschlußstrom dadurch vermieden, daß beide Bürsten an die Last über Gleichrichter enthaltende Schaltkreise angeschlossen sind. Hierdurch wird eine der beiden Bürsten, die sich auf dem niedrigeren Potential befindet, von der Last abgetrennt.

Aus BBC-Nachrichten, Juli 65, S. 367, 368 ist eine Schaltwerk- oder Schützensteuerung für Fahrmotoren bekannt, mit der die Spannung stufenlos verändert werden kann. Um einen Stufenkurzschluß zu vermeiden, sind mehrere Thyristorgruppen vorgesehen. Diese bekannte Schaltung ist äußerst komplex aufgebaut und enthält neben den Thyristorgruppen mehrere Schützen und Gleichrichter.

Aus der DE-AS 12 77 437 ist eine Schaltungsanordnung zur Umschaltung der Anzapfung von Stufentransformatoren mit nachgeschaltetem Helbleitergleichrichter in Einphasen-Brückenschaltung bekannt, bei der sowohl steuerbare als auch ungesteuerte Halbleiterventile in insgesamt vier Regelkreisen vorgesehen sind. Die steuerbaren Gleichrichter sind vorgesehen, um eine feinere Abstufung durch Phasenanschnitt zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es vor dem aufgezeigten Hintergrund, eine Gleichspannungsversorgung zu schaffen, bei der Kurzschlußströme zwischen den beweglichen Kontakten vermieden werden und die mit weniger Bauteilen auskommt als bekannte Gleichspannungsversorgungen, so daß der Aufbau der Schaltung vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches gelöst.

Unter den zahlreichen Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist derjenige zu nennen, daß es mit einem veränderlichen Einphasen- oder Mehrphasen-Transformator möglich ist, die Abgabe großer Gleichspannungsleistungen an Gleichspannungslasten zu steuern, um beispielsweise die Geschwindigkeit großer Gleichspannungs­ motoren zu regeln.

Bei der Ausführung der Erfindung wird in einem dargestellten Ausführungsbeispiel eine kontinuierlich veränderbare Gleich­ spannungsversorgungseinrichtung durch einen veränderbaren Transformator gebildet. Der Transformator weist einen Kern aus magnetisch permeablem Material auf, der durch wenigstens eine elektrische Wicklung umgeben ist. Die Wicklung besitzt Windungssegmente, die entlang zweier im Abstand angeordneter Querstrecken frei­ liegen, so daß ein elektrischer Kontakt mit den Windungen der Wicklung an den verschiedenen freiliegenden Segmenten herge­ stellt werden kann. Erste und zweite Bürsten sind auf einer beweglichen Trägereinrichtung angeordnet, um diese gleichzei­ tig entlang der Querstrecken zu bewegen, wobei sich wenigstens eine der Bürsten immer in Kontakt mit einem freiliegenden Seg­ ment der Wicklung befindet. Erste und zweite Brückengleichrich­ ter verbinden die ersten und zweiten elektrisch leitenden Bürsten mit dem gleichen elektrischen Lastschaltkreis, der beispielsweise durch einen Gleichstrommotor vorgegeben ist. Diese ersten und zweiten Brückengleichrichterschaltkreise sind parallel zwischen den Bürsten und der Last angeordnet.

Ein Kurzschlußstrom zwischen benachbarten Windungen, die von den Bürsten kontaktiert werden, wird durch die Verwendung eines Transformators ausgeschlossen, dessen Spannungsdifferenz zwi­ schen benachbarten Windungen geringer als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung von zwei oder mehr Gleichrichtern ist, die in Reihe mit der Last geschaltet sind. Ein Strom kann von einer Windung zur anderen und somit von einer Bürste zu der anderen nur über wenigstens zwei Gleichrichter und den Widerstand bzw. die Impedanz der elektrischen Last fließen. Wenn eine höhere Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Windungen vorliegen soll, so können mehr als ein Gleichrichter in jedem Zweig der Gleichrichterschaltkreise in Reihe geschaltet werden.

In den Fällen, wo die Gleichstromlast in der Lage ist, mit einer relativ geringen Komponente von überlagertem Wechsel­ strom (ungefähr 1% oder ein ähnlicher Anteil) zu arbeiten, wird unabhängig von der Spannungsdifferenz zwischen den Win­ dungen und der Anzahl der in Reihe geschalteten Gleichrichter der zwischen den Windungen und von einer Bürste zu der anderen Bürste fließende Strom durch den Lastwiderstand bzw. durch die Impedanz der Last auf einem akzeptierbar geringen Wert gehal­ ten.

Der einstellbare Transformator, der in der vorliegenden Gleich­ spannungsversorgung verwendet wird, kann sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen aufweisen; er kann aber auch als Spar­ transformator ausgebildet sein. Einphasen- oder Mehrphasen- Transformatoren können bei dieser Gleichspannungsversorgung verwendet werden.

Eine vorteilhafte Gleichspannungs-Steuerung kann auf wirtschaft­ licher Basis mit der vorliegenden Erfindung gegenüber den heutzutage verfügbaren herkömmlichen Systemen erhalten werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit großer Gleichstrom­ motoren zweckdienlich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung gesteuert werden.

Es sei vermerkt, daß der Ausdruck "Gleichrichter" in der vor­ liegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, um eine Einrichtung zu beschreiben, die in einer Richtung lei­ tet. Es gibt verschiedene Arten solcher in einer Richtung lei­ tenden Einrichtungen, wie sie beispielsweise durch Festkörper- und Dampfgleichrichter vorgegeben sind. Die Festkörpergleich­ richter werden allgemein als Dioden bezeichnet. Der Ausdruck "Gleichrichter" ist daher breit zu interpretieren und soll sowohl Dioden als auch andere Arten von in einer Richtung lei­ tenden Einrichtungen umfassen.

Es sei darauf verwiesen, daß der Ausdruck "kontinuierlich ver­ änderlich" in der Beschreibung und in den Ansprüchen nicht wörtlich zu nehmen ist. Wenn beispielsweise die maximale Aus­ gangsspannung eines einstellbaren Transformators 120 Volt be­ trägt und wenn die Wicklung 100 Windungen aufweist, so ergibt sich ein Spannungsdifferential von Windung zu Windung von 1,2 Volt. Daher ist die Ausgangsspannung in Inkrementen von 1,2 Volt veränderlich, obgleich sie als kontinuierlich ver­ änderliche Spannung bezeichnet ist, da für den praktischen Anwendungsfall derartig kleine Inkremente als kontinuierlich erscheinen. Wenn kleinere Inkremente der Spannungsänderung in einer speziellen Installierung erwünscht sind, so wird der einstellbare Transformator mit einer Wicklung höherer Windungs­ zahl versehen, um den gleichen Spannungsbereich abzudecken, so daß das Spannungsdifferential von Windung zu Windung entspre­ chend vermindert wird. Wenn beispielsweise die Wicklung 200 Windungen aufweist, um einen Bereich von 120 Volt abzu­ decken, so ist die Ausgangsspannung in Inkrementen von 0,6 Volt veränderlich.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm einer kontinuierlich veränderlichen Gleichspannungsversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine spezielle von der Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 1 gesteuerte Last,

Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm einer kontinuierlich veränderlichen Gleichspannungs­ versorgung ähnlich derjenigen in den Fig. 1 bzw. 2, jedoch mit einem Spartransformator anstelle eines Transformators mit Primär- und Sekundärwicklungen,

Fig. 3A eine von der Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 3 gesteuerte Last,

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm zur Veranschaulichung einer Gruppe von Einstellpositionen der Bürsten in bezug auf freiliegende Segmente einer Wicklung,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm einer kontinuierlich einstellbaren Gleichspannungsversorgung gemäß der Erfindung mit einem Dreiphasen-Transformator,

Fig. 6 eine durch die Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 5 gesteuerte Last.

Gemäß Fig. 1 ist die veränderliche Gleichspannungsversorgung 8 an eine Wechselstromquelle 10 über einen Ein/Aus-Schalter 11 angeschlossen. Der Schalter 11 verbindet die Wechselspannungs­ quelle 10 mit der Primärwicklung 12 eines einstellbaren Trans­ formators 15. Der Transformator 15 besitzt einen magnetisch permeablen Kern 14 und eine Sekundärwicklung 16. Die Primär­ wicklung 12 und die Sekundärwicklung 16 sind auf den Kern 14 gewickelt und die an die Primärwicklung 12 angelegte Wechsel­ spannungsquelle 10 induziert eine alternierende elektromotorische Kraft in der Sekundärwicklung 16. Dies ist ein einstellbarer Transformator, wie er in der eingangs erwähnten US-PS beschrie­ ben ist und bei dem die Primär- und Sekundärwicklungen vonein­ ander getrennt und elektrisch isoliert sind. Es versteht sich jedoch, daß ein einstellbarer Transformator mit nur einer Wick­ lung, die sowohl als Primär- als auch als Sekundärwicklung wirkt, und in der erwähnten Patentschrift als Spartransformator be­ zeichnet ist, ebenfalls verwendet werden kann, um die veränder­ liche Gleichspannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung zu bilden. Ein solcher Transformator ist durch den Trans­ formator 15A in Fig. 3 gegeben.

Der magnetisch permeable Kern 14 besteht aus herkömmlichem laminiertem Transformatoreisen. Dieser Kern 14 kann im wesent­ lichen O-förmig ausgebildet sein, wobei die beiden Wicklungen jeweils die entsprechenden Schenkel des Kerns umgeben oder er kann eine sog. mantelförmige Ausgestaltung aufweisen, wobei die beiden Wicklungen den zentralen länglichen Schenkel des Mantelkerns umgeben. Im Falle eines einstellbaren Spartrans­ formators, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, wird mit Vorzug ein Mantelkern 14 benutzt.

Die Ausgangsspannung des Transformators 15 bzw. 15A (Fig. 3) wird über der gesamten Wicklung oder einem Teil der Wicklung 16 (bzw. 16A, Fig. 3) durch ein Paar von gut leitenden Bürsten 22 und 24 abgenommen. Diese Bürsten sind in einer Stellung darge­ stellt, in der sie die Windungen 18 und 17 der Wicklung 16 bzw. 16A entsprechend kontaktieren. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ver­ laufen die Bürsten 22 und 24 entlang zwei getrennter Querstrecken über die Wicklung 16 bzw. 16A, wobei die Bürsten einen parallelen Abstand entlang der Wicklung voneinander aufweisen und gleich­ zeitig entlang dieser Querstrecken durch einen Träger 25 bewegt werden.

Die Segmente der Windungen 16 bzw. 16A, die mit den Bürsten 22 und 24 in Kontakt gelangen, sind freiliegend, so daß ein elektri­ scher Kontakt durch die Bürsten mit den Windungen der Wicklung hergestellt werden kann. Die Bürste 22 befindet sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Windung 18 und die Bürste 24 befindet sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Windung 17 bezüglich der Wicklung 16 bzw. 16A. Um die durch den Transformator 15 bzw. 15A gelieferte Spannung zu verändern, wer­ den die Bürsten gleichzeitig entlang ihrer entsprechenden Quer­ strecken bewegt. Daher befindet sich die eine oder die andere Bürste immer in Kontakt mit einer Windung der Wicklung 16 bzw. 16A. Von Zeit zu Zeit gelangen während einer Bewegung zur Span­ nungsänderung beide Bürsten gleichzeitig in Kontakt mit entspre­ chenden Segmenten, wobei sich die eine Bürste auf einem größeren bzw. geringeren Potential als die andere Bürste befindet.

Die Bürste 24 ist über einen Brückengleichrichterschaltkreis 26 an eine Last 50 angeschlossen. Der Brückengleichrichter 26 umfaßt vier Zweige mit Gleichrichtern 28, 30, 32 und 34 in den entspre­ chenden Zweigen. Die andere Bürste 22 ist ebenfalls an die gleiche Last 50 über einen zweiten Brückengleichrichter 36 angeschlossen, der vier Zweige mit Gleichrichtern 38, 44, 30 und 32 in den entsprechenden Zweigen aufweist. Anders ausgedrückt besitzen diese zwei Brückengleichrichterschaltkreise 26 und 36 zwei Zweige mit den Gleichrichtern 30 und 32, die beiden Gleich­ richtern gemeinsam sind, so daß bezüglich der Brückengleich­ richterschaltkreise 26 und 36 von einer Huckepackanordnung ge­ sprochen werden kann. Die Brückengleichrichter 26 und 36 sind zu den Bürsten 24 und 22 und dem Lastschaltkreis 50 parallel geschaltet.

Die Ausgangsspannung der Wicklung 16 bzw. 16A zwischen der Win­ dung 17 und dem unteren Endanschluß 19 wird über Anschlußpunkte 35 und 31 der Brücke 26 zugeführt, während die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung 26 von entsprechenden Schaltungspunkten 29 und 33 an die Last 50 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung der Wicklung 16 bzw. 16A zwischen der Windung 18 und dem unteren Endanschluß 19 wird Schaltungspunkten 45 und 31 des Brücken­ schaltkreises 36 zugeführt, während die Ausgangsspannung der Brücke 36 von den Schaltungspunkten 33 und 29 der Last zugeführt wird. Die Schaltungspunkte 33 und 29 sind beiden Brückenschalt­ kreisen gemeinsam.

Die Brückengleichrichterschaltkreise 26 und 36 sind zueinander parallel geschaltet, wobei der Gleichrichter 30 entgegen den Gleichrichtern 28 und 38 und der Gleichrichter 32 entgegen den Gleichrichtern 34 und 44 gepolt ist.

Da die Breite der gut leitenden Bürsten in der Richtung der Querstrecke entlang der Wicklung 16 bzw. 16A geringer als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden freiliegenden Seg­ menten entlang der Strecke ist, kann eine einzelne Bürste nicht gleichzeitig in Kontakt mit zwei benachbarten Windungen gelangen, so daß jeglicher Kurzschluß zwischen irgendwelchen Windungen durch eine einzelne Bürste vermieden wird.

Durch die zwei Querstrecken entlang der Windung sind jedoch die beiden Bürsten relativ zueinander und relativ zu den frei­ liegenden Segmenten so angeordnet, daß zu jeder Zeit wenigstens eine oder auch möglicherweise beide dieser Bürsten sich in Kon­ takt mit einem freiliegenden Segment bzw. Segmenten der Wick­ lung befinden. Wenn nur eine Bürste ein freiliegendes Segment kontaktiert, so liefert nur diese Bürste einen Strom durch ihren zugeordneten Vollwellengleichrichter zu dem Ausgangsschaltkreis bzw. zu der Last 50. Wenn jedoch beide Bürsten sich in Kontakt mit entsprechenden freiliegenden Segmenten der Wicklung befin­ den, wobei sich die Segmente auf unterschiedlichen Potentialen befinden, so wird ein Kurzschlußstrom durch die Windungen und die beiden Bürsten mit Vorteil verhindert oder unbedeutend ge­ macht, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 erklärt wird.

Die Fig. 2 und 3A zeigen, daß die Gleichspannungslast mit Vor­ teil durch einen Gleichstrommotor 50A gebildet werden kann, dessen Geschwindigkeit durch die veränderliche Gleichspannungs­ versorgung 8 bzw. 8A gesteuert wird. Der gesteuerte Motor ist mechanisch mit einer angesteuerten Last 52 verbunden, wie dies durch die gestrichelte Linie 51 gezeigt ist.

Fig. 4 veranschaulicht den Fall, wo die Bürste 24 ein freilie­ gendes Segment 51 der Wicklung 16 bzw. 16A kontaktiert, während die Bürste 22 ein anderes freiliegendes Segment dieser Wicklung kontaktiert. Da das freiliegende Segment 52 entlang dieser Wicklung einen größeren Abstand als das freiliegende Segment 51 aufweist, liegt bezüglich der Büerste 22 ein höheres Poten­ tial als bezüglich der Bürste 24 vor. Das höhere Potential der Bürste 22 wird der Gleichrichterbrücke 36 zugeführt, wodurch eine gleichgerichtete Vollwellen-Ausgangsspannung an den An­ schlüssen 48 und 49 für die Last 50 gebildet wird.

Während der positiven Halbzyklen der Wechselspannung an dem freiliegenden Segment 52 führen die Gleichrichterelemente 38 und 32 Strom, während bezüglich der negativen Halbzyklen der Wechselspannung die Gleichrichterelemente 30 und 44 Strom führen. In jedem Halbzyklus des gleichgerichteten Stromes fließt dieser durch die Last 50 bzw. 50A, die in Reihe zu den eben erwähnten Gleichrichtern geschaltet ist.

Unterdessen kann die Spannungsdifferenz zwischen den freilie­ genden Segmenten 51 und 52 keinen Kurzschlußstrom über irgend­ eine der Gleichrichterbrücken 26 oder 36 hervorrufen, da diese alle möglichen Strompfade zwischen den beiden Bürsten 22 und 24 blockieren. Ein Kurzschlußstrom kann zwischen den Bürsten 22 und 24 nicht fließen, da ein solcher über den Gleichrichter 38 verlaufender Kurzschlußstrom durch die entgegengesetzten Gleichrichter 28 und 30 der Brücke 26 blockiert wird, während der über den Gleichrichter 44 fließende Kurzschlußstrom durch die entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 32 und 34 der Gleich­ richterbrücke 36 blockiert wird. Kurzschlußströme in entgegen­ gesetzter Richtung von der Bürste 24 werden in gleicher Weise durch die verschiedenen Elemente der Gleichrichterbrücke 36 blockiert. Demgemäß müßte jeder solcher Strom von einer Bürste zu der anderen über die Last fließen, was gewünschtenfalls ver­ hindert werden kann und irgendein solcher über die Last fließen­ der Strom bleibt aufgrund der Lastimpedanz unbedeutend und kann definitionsgemäß nicht als Kurzschlußstrom bezeichnet werden.

In den Fällen, wo die Gleichstromlast 50 bzw. 50A mit einer relativ geringen überlagerten Wechselstromkomponente arbeiten kann, kann das Wechselspannungsdifferential zwischen den Win­ dungen, d. h. die Differenz in der Spannung zwischen den frei­ liegenden Segmenten 51 und 52 gewünschtenfalls größer als die Spannung gemacht werden, die erforderlich ist, um den strom­ führenden Zustand der in Reihe mit der Last 50 bzw. 50A liegen­ den Gleichrichter herbeizuführen. In einem solchen Fall fließt ein relativ kleiner Wechselstrom von einer Bürste zu der anderen über die Last. Diese Wechselstromkomponente ist sehr gering, da die Spannungsdifferenz (Spannung von Windung zu Windung) zwi­ schen den freiliegenden Segmenten 51 und 52 sehr klein ist, während die Impedanz der Last 50 bzw. 50A vergleichsweise sehr groß ist.

In jenen Fällen, wo es erwünscht ist, einen solchen minimalen Wechselstromfluß durch die Last zu verhindern, wird die Durch­ schaltspannung der in Reihe mit der Last liegenden Gleichrich­ ter größer als die Spannungsdifferenz zwischen den Windungen gemacht. Zur Erhöhung der wirksamen Durchschaltspannung der Gleichrichter kann jeder Zweig der Gleichrichterbrücken 26 und 36 mehrere Gleichrichter in Reihe oder eine Reihen/Parallel­ anordnung mehrerer Gleichrichter aufweisen.

Die Situation kehrt sich genau um, wenn die Bürste 24 ein frei­ liegendes Segment kontaktiert, das ein höheres Potential als das durch die Bürste 22 kontaktierte Segment aufweist. Mit dem höheren Potential an der Bürste 24 wird die Gleichrichterbrücke 26 wirksam, während die Gleichrichterbrücke 36 unwirksam wird und mit der anderen Brücke zusammenarbeitet, um jeglichen Kurz­ schlußstrom zwischen den Bürsten zu verhindern.

Demgemäß ist im Betrieb zu jedem Zeitpunkt eine Brücke wirksam, und die beiden Brücken befinden sich im Hinblick auf den Kurz­ schlußstrom in einer sich gegenseitig blockierenden Beziehung. Eine geringe Wechselstromkomponente durch die Last kann ge­ wünschtenfalls verhindert werden, indem die Durchschaltspannung der in Reihe zu der Last geschalteten Gleichrichter größer als die Spannung von Windung zu Windung des einstellbaren Transfor­ mators gemacht wird, wie dies zuvor erläutert wurde.

Es versteht sich, daß jede geeignete elektrische Gleichstromlast zwischen den Ausgangsanschlüssen 48 und 49 der veränderlichen Gleichspannungsversorgung 8 bzw. 8A oder 8B (Fig. 5) angeordnet werden kann. Sehr große Beträge an elektrischer Gleichspannungs­ leistung können zweckdienlich durch eine veränderliche Gleich­ spannungsversorgung gemäß dieser Erfindung gesteuert werden. Wo sehr große Beträge einer Gleichspannungsleistung zu steuern sind, ist es von Vorteil, eine mehrphasige Gleichspannungsversorgung 8B gemäß Fig. 5 zu verwenden.

Bei der einstellbaren Gleichspannungsversorgung 8B gemäß Fig. 5 wird ein einstellbarer Dreiphasen-Transformator 15B verwendet, wie er in der eingangs erwähnten US-PS dargestellt und beschrie­ ben ist. Die Primärseite dieses Transformators 15B kann entweder im Dreieck oder im Stern geschaltet sein. Vorzugsweise gelangt eine Dreieckschaltung in der dargestellten Weise zur Anwendung, da jede Primärwicklung 12-1, 12-2 und 12-3 einen geringeren Strom bei einer höheren Spannung führen kann, als dies bei einer Sternschaltung mit dem gleichen Leistungsverhältnis der Fall ist.

Die drei Sekundärwicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 sind auf drei Kernschenkeln 14-1, 14-2 und 14-3 des Transformators 15B entspre­ chend angeordnet. Es sind drei Vollwellen-Gleichrichterbrücken 26-1, 26-2 und 26-3 jeweils den entsprechenden Wicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 zugeordnet. Die drei Paare von Bürsten 22 und 24 sind auf Trägereinrichtungen 25-1, 25-2 und 25-3 angeordnet, die aus einem großen Träger oder drei kleineren Trägern bestehen können, die mechanisch zusammengeschaltet sind, so daß die Paare von Bürsten gleichzeitig und entsprechend bei einer Veränderung der Ausgangs-Gleichspannung an den Anschlüssen 48 und 49 bewegt werden. Die mechanische Kopplung der Trägereinrichtung 25 ist durch eine gestrichelte Linie 54 angezeigt.

Die Trägereinrichtung 25 in jeder Spannungsversorgung 8, 8A und 8B kann mechanisch entlang der entsprechenden Querstrecken durch irgendeine geeignete mechanische Vorschubeinrichtung bewegt wer­ den, wie dies ebenfalls in der eingangs erwähnten US-PS gezeigt ist. Die Trägereinrichtung ist hierbei entlang Führungsschienen verschiebbar. Beispielsweise können Zustellschrauben, bewegliche Arme, Stößelstangen, Zahnräder und Ketten usw. verwendet werden, um die Trägereinrichtung 25 entlang der Führungsschiene zu ver­ schieben, wobei eine solche Bewegungseinrichtung für die gleich­ zeitige Bewegung entsprechender Paare von Bürsten 22 und 24 durch den Block 56 veranschaulicht ist.

Die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 er­ läuterten Betriebscharakteristiken gelten auch für die Span­ nungsversorgung 8B gemäß Fig. 5. Mit anderen Worten kann kein Kurzschlußstrom von einer der Bürsten 22 und 24 zu der jeweils anderen Bürste in diesem Paar fließen. Wenn es erwünscht ist, irgendeine geringe Wechselspannungskomponente an einem Durchfluß durch die Last zu hindern, so muß die Durchschaltspannung der Gleichrichter in Reihe zu der Last größer als die Spannung zwi­ schen den Windungen der entsprechenden Wicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 gemacht werden.

Die Gleichspannungslast ist an die Ausgangsanschlüsse 48 und 49 der Spannungsversorgung 8B angeschlossen und kann durch irgend­ eine geeignete Last gebildet werden. Gemäß Fig. 6 kann die ein­ stellbare Gleichspannungsversorgung 8B vorteilhaft verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines großen Gleichstrommotors zu steuern.

Demgemäß werden kontinuierlich einstellbare Gleichspannungs­ versorgungen angegeben, bei denen jeglicher Kurzschlußstrom zwischen den Bürsten eliminiert wird. Eine gleichgerichtete Vollwellen-Ausgangsspannung wird erzielt, die besonders geeig­ net ist, eine große Gleichspannungsleistung zu liefern. Es ver­ steht sich, daß eine Filterung der gleichgerichteten Vollwellen- Ausgangsspannung gewünschtenfalls vorgesehen sein kann. Elektri­ sche Filterschaltkreise zum Glätten der Welligkeit einer Gleich­ spannung sind bekannt und brauchen hier nicht beschrieben zu werden. Im Betrieb wird die Ausgangs-Gleichspannung und somit die Ausgangsleistung zweckdienlich durch Bewegung des Paares von Bürsten 22 und 24 über die Trägereinrichtung 25 verändert.

Diese Gleichspannungsversorgungen erfordern keine gesonderten wärmeableitenden Elemente zur Vernichtung der Wärme aufgrund der entstehenden und vergeudeten Kurzschlußströme, da derartige Kurzschlußströme nicht auftreten. Die Erfindung gestattet somit in vorteilhafter Weise den wirtschaftlichen Aufbau von sehr leistungsstarken einstellbaren Gleichspannungsversorgungen un­ ter Verwendung eines einzigen großen einstellbaren Transforma­ tors, der einphasig oder mehrphasig ausgeführt sein kann.

Bei irgendeinem vorgegebenen Betrag der veränderlichen Gleich­ spannungs-Ausgangsleistung führt die Verwendung der erfindungs­ gemäßen Gleichspannungsversorgung zu einer großen Ersparnis an Stahl, Kupfer und Arbeit beim Zusammenbau im Vergleich mit den herkömmlichen heutzutage benutzten Systemen.

Für eine höchst effiziente Verwendung der Materialien sind die variablen Gleichspannungsversorgungen 8, 8A oder 8B derart bemessen, daß sie den vollen Nennstrom an die Last liefern und daß sie mit ihrer vollen Ausgangsleistung arbeiten, wenn die Paare von beweglichen Kontakten 22 und 24 an das obere Ende der entspre­ chenden Wicklungen 16, 16A oder 16-1, 16-2, 16-3 bewegt sind.

Es versteht sich, daß jeder Gleichrichter 28, 30, 32, 34, 38 und 44 in den entsprechenden Zweigen der verschiedenen Gleich­ richterbrücken selbst mehrere einzelne Gleichrichter enthalten kann, die in Reihe geschaltet sind oder anderweitig mitein­ ander verschaltet sein können, um die Anforderungen an die Durchschaltspannung zu erfüllen.

Claims (1)

1. Gleichspannungsversorgungseinrichtung mit einstellbarer Spannung, mit einem einstellbaren Transformator, der einen Kern aus magnetisch permeablem Material aufweist, der von wenigstens einer Wicklung umgeben ist, mit einer Vielzahl entlang der Wicklung beabstandeter stationärer Kontakte, mit einem ersten und einem zweiten beweglichen Kontakt, mit Mitteln zur gleichzeitigen Bewegung der beweglichen Kontakte entlang der Wicklung, wobei mindestens einer der beweglichen Kontakte immer einen stationären Kontakt berührt, mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß, mit einem ersten Gleichrichter, der mit seiner Durchlaßrichtung von dem ersten beweglichen Kontakt zu einem ersten Knotenpunkt geschaltet ist, mit einem zweiten Gleichrichter, der mit seiner Durchlaßrichtung von dem zweiten beweglichen Kontakt zu dem ersten Knotenpunkt geschaltet ist, mit einem dritten Gleichrichter, der mit seiner Durchlaßrichtung von einem zweiten Knotenpunkt zu dem ersten beweglichen Kontakt geschaltet ist und mit einem vierten Gleichrichter, der mit seiner Durchlaßrichtung von dem zweiten Knotenpunkt zu dem zweiten beweglichen Kontakt geschaltet ist, mit einem fünften Gleichrichter der mit seiner Durchlaßrichtung von einem festen Anschluß der Wicklung zu dem ersten Ausgangsanschluß geschaltet ist, und mit einem sechsten Gleichrichter, der mit seiner Durchlaßrichtung von dem zweiten Ausgangsanschluß zum festen Anschluß geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
   daß die beweglichen Kontakte (21, 22) aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit bestehen,
   daß die Breite der beweglichen Kontakte in der Richtung der Querstrecke entlang der Wicklung (16, 16A) geringer als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden stationären Kontakten ist, und
   daß der erste Knotenpunkt (29) direkt an den ersten Ausgangsanschluß (48) und der zweite Knotenpunkt (33) direkt an den zweiten Ausgangsanschluß (49) angeschlossen ist.