DE652211C - Vorrichtung zur Bestimmung des Zuendeinsatzpunktes von elektrostatisch gesteuerten Lichtbogenentladungen bei Frequenzumrichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von elektrostatisch gesteuerten Lichtbogenentladungen bei Umrichtern. Bei derartigen Vorrichtungen kann man den Zündeinsatzpunkt mit Hilfe von Kontaktapparaten steuern.

Nach der im Hauptpatent geschützten Erfindung wird der in jeder Periode des speisenden Wechselstromes wiederkehrende Zündzeitpunkt des Einzellichtbogens mit Hilfe einer Kontaktsteuerung in solcher Reihenfolge innerhalb eines Phasenwinkels von i8o° des zu erzeugenden Wechselstromes vor und zurück verlegt, daß ein pulsierender Gleichstrom von sinusförmig verlaufenden Strombzw. Spannungsstößen abgegeben wird.

Die im Hauptpatent geschützte Erfindung kann dabei in verschiedener Weise verwirklicht werden. Beispielsweise kann der Kontaktapparat aus einem gleichförmig im Takt der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes rotierenden Teil und einem im Takt der Frequenz des abzugebenden Wechselstromes schwingenden, Gegenkontakte tragenden Teil gebildet werden. Man kann aber auch den Kontaktapparat so ausbilden, daß er aus einem feststehenden, Gegenkontakte tragenden Teil und einem im Takt der Frequenz des speisenden Netzes rotierenden sowie zusätzliche Schwingungen im Takt der Frequenz des abzugebenden Wechselstromes ausführenden Teil besteht.

Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung dieser im Hauptpatent näher beschriebenen Einrichtungen.

Gemäß der Erfindung werden bei einer Vorrichtung zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von elektrostatisch gesteuerten Lichtbogenentladungen eines Umrichters die Gitter über einen mit einer der Primärfrequenz des Speisenetzes entsprechenden Drehzahl angetriebenen Kollektor sowie über Schleifringe an die Steuerspannung gelegt, wobei den Kollektorsegmenten die Spannung über Bürsten zugeführt wird, die gegenüber

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Fritz Rampacher in Berlin-Charlottenburg und Dipl.-Ing. Fritz Ulrich in Berlin-Siemensstadt.

der Schleiffläche des Kollektors mit einer der Sekundär frequenz entsprechenden Drehzahl rotieren.

Dabei kann der Kollektor mit besonderem Vorteil entweder als Scheibenkollektor ausgebildet oder mit einer kugelförmigen Schleiffläche versehen sein.

Die Erfindung ermöglicht eine bedeutende Vereinfachung der im Hauptpatent angeführten Vorrichtungen.

Im folgenden sei die Erfindung näher an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. In Fig. ι ist schematisch die Ausbildung einer taktgebenden Vorrichtung gemäß der Erfindung abgewickelt dargestellt. Mit ι ist ein Kollektor bezeichnet, der beispielsweise aus voneinander isolierten Kupfersegmenten 2 gebildet ist. Mit diesen Segmenten sind die Steuergitter des eine größere Anzahl Elekao troden aufweisenden Umrichters verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei über Schleifringe 3, die mittels der Verbindungsleitungen 4 mit den Kollektorsegmenten 2 verbunden sind. Die weitere Ausbildung der Umrichterschaltung ist in Fig. 1 nicht enthalten; sie ist .die gleiche wie bei der im Hauptpatent beschriebenen Anordnung. An dem Kollektor 1 gleiten zwei Bürsten (Kohlebürsten) 5_a, S₆, die in geeigneten Antriebsvorrichtungen angeordnet sind und durch eine rotierende Vorrichtung angetrieben werden, daß sie Kreisbewegungen gegenüber dem Kollektor ausführen. Diese Bürsten werden abwechselnd an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen, und zwar derart, daß die eine Bürste 5_a an Spannung liegt, wenn sie in gleicher Richtung wie def Kollektor bewegt wird, während die andere Bürste 5₆ an Spannung gelegt wird, wenn sie entgegen der Drehrichtung des Kollektors bewegt wird. Dadurch wird erzielt, daß die Kontaktzeichen an beiden Bürsten verschieden groß sind, je nachdem ob die Bürste 5„ oder 5₆ dem Kollektor die Steuerspannung zuführt. Derartige ungleiche Kontaktzeiten sind zur Erzielung einer sinusförmigen Wechselspannung erforderlich. Den Bürsten .ς_α und 5j, wird die Spannung über ebenfalls rotierende Schleifkontaktstücke 6 sowie feststehende Bürsten 7 zugeführt. An Stelle von zwei rotierenden Bürsten könnte bei der in ' Fig. ι dargestellten Vorrichtung auch eine während der ganzen Kreisbahn an Spannung gelegte Bürste Anwendung finden. Die Lamellenzahl des Kollektors, die Zahl der durch Steuergitter beeinflußten Anoden und die Bürstenzahl stehen übrigens in einem ganz bestimmten festen Verhältnis.

Wird nun der Kollektor entsprechend dem Takt der Primärfrequenz des den Umrichter speisenden Primärnetzes angetrieben und werden gleichzeitig die Bürsten gegenüber dem Kollektor 1 entsprechend der erstrebten Sekundär frequenz angetrieben, so werden den Steuergittern über die Bürsten ζ_α, 5&, die Kollektorsegmente 2 sowie die Schleifringe 3 die erforderlichen Steuerimpulse zugeleitet, daß der Umrichter einen Wechselstrom der gewünschten Frequenz liefert.

Ist (wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel) der Kollektor als Zylinderkörper ausgebildet, so müssen die Bürsten, um an den Kollektorsegmenten anzuliegen, bei der Rotationsbewegung noch eine etwa senkrecht zur Schleiffläche verlaufende Schwingungsbewegung ausführen. Diese kann nun vorteilhafterweise dadurch vermieden werden, daß man an Stelle eines zylinderförmigen Kollektors einen scheibenförmigen Kollektor verwendet, d. h. einen Kollektor, dessen Lamellen in einer Ebene liegen und segmentförmig nebeneinander angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Bürsten, über welche den Kollektorsegmenten die Spannung zugeleitet wird, einfach in einer Ebene Rotationsbewegungen ausführen.

Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. 11 bedeutet dabei den Kollektor, der aus den segmentförmigen Lamellen 12 besteht, die durch Isolation voneinander getrennt sind. Der Kollektor wird dabei wieder entsprechend der Primärfrequenz des speisenden Wechselstromnetzes angetrieben. Mit 13,, und I3_& sind die durch geeignete Vorrichtungen angetriebenen Bürsten bezeichnet, die mit entgegengesetztem Drehsinn angetrieben werden und nur auf einem Teil ihrer Kreisbahn an Spannung gelegt sind. Bei Verwendung eines Scheibenkollektors ist die Verwendung zweier rotierender Bürsten besonders vorteilhaft, weil sich bei Verwendung nur einer Bürste die Kontaktzeichen bei Bewegung der Bürste auf dem der Mittelachse des Kollektors am nächsten gelegenen Teil der Bahn sehr stark ändern wurden.

Da bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen mit zwei abwechselnd eingeschalteten Bürsten, die an dem Kollektor gleiten, die Einschaltzeiten der Steuergitter noch nicht mit den theoretisch richtigen Einschaltzeiten genau übereinstimmen, kann man eine weitere Ausgleichung der beim Einschalten der Steuergitter auftretenden Zeitdifferenzen dadurch erreichen, daß die rotierenden Bürsten nur auf einem kleineren Teil ihrer Kreisbahn als in Fig. 2 dargestellt ist, dazu benutzt werden, die Steuergitter an Spannung zu legen. Beispielsweise kann man die Steuergitter nur auf einem Teil der von ihnen be-

schriebenen Kreisbahn, welche einem Winkel von 90⁰ entspricht, an Spannung anlegen, und zwar gerade dann, wenn die Lamellen in Annäherung senkrecht zu der von den. Bürsten beschriebenen Bahn Hegen. In diesem Fall werden die Lamellen des Scheibenkollektors schmaler gemacht und die Lamellenzahl vergrößert.

In Fig. 3 ist eine derartige Anordnung dar-

to gestellt,, bei der die Bürsten 13, die an dem Kollektor 11 schleifen, nur auf einem dem Winkel α = o.o° entsprechenden Teil der Kreisbahn eingeschaltet sind.

Es sei erwähnt, daß bei der in dieser Figur angedeuteten Vorrichtung je zwei Bürsten von einer einzigen sie in Drehung versetzenden Vorrichtung 14 gehalten werden. Insgesamt sind zwei Vorrichtungen mit je zwei Bürsten vorhanden, die um i8o° gegenüber dem Kollektor versetzt sind.

Bei diesen Anordnungen kann auch mühelos eine Regelung der Größe der Sekundärspannung dadurch erzielt werden, daß der Radius R des von der bzw. den Bürsten beschriebenen Kreises verändert wird. Dies kann in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß die Bürste gegenüber der sie haltenden Vorrichtung in radialer Richtung verschoben wird.

Eine derartige Regelung der ausgesteuerten Spannung durch Änderung des Radius R des Bewegungskreises der Kontaktbürsten bereitet nun erhebliche konstruktive Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten können erfindungsgemäß dadurch vermieden werden, daß nicht der Durchmesser, auf dem die Kontaktbürsten bewegt werden, verändert wird, sondern daß der Drehpunkt der Kontaktbürsten verschoben wird. Allerdings ist bei einer derartigen Regelung es nur möglich, die Spannung innerhalb eines gewissen begrenzten Bereiches, beispielsweise innerhalb eines Grenzbereiches von 75 bis 100O/0, kontinuierlich zu regeln. Eine derartige Spannungsregelung reicht jedoch in vielen Fällen bereits aus.

In der Fig. 4 ist eine derartige Regelung der Bürstenkontaktdauer angedeutet. Dabei besitzt je nach der Größe der eingeregelten Spannung der Drehpunkt Z, um den die Bürsten bewegt werden, von dem Drehpunkt des Kollektors einen verschiedenen Abstand α oder b. Dem Abstand α entspricht eine ausgesteuerte Spannung von 100 °/₀, dem Abstand b eine solche von 75 °/₀.

Eine Regelung der Spannung kann auch dadurch bewirkt werden, daß an Stelle einer oder mehrerer auf dem gleichen Radius bewegter Bürsten mehrere Bürsten vorgesehen werden, die verschiedene Radien gegenüber dem Drehpunkt aufweisen und zum Zweck der Regelung abwechselnd nacheinander eingeschaltet werden.

Beispielsweise kann man mit Vorteil für das Einregeln des Taktgebers bei Inbetrieb-Setzung der Anlage neben den normalen Bürsten 13 Hilfsbürsten 18 vorsehen, die nahe an dem Bürstendrehpunkt Z angeordnet sind. Die Zündspannung wird dann bei der Inbetriebsetzung der Anlage zunächst den Hilfsbürsten zugeführt und beim Einregulieren der Anlage auf die Betriebsbürste umgeschaltet.

Eine derartige Anordnung ist in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt. Die während des Betriebes benutzten Bürsten sind dabei wieder mit 13 bezeichnet. Diese Bürsten beschreiben um den Drehpunkt Z einen Kreis vom Halbmesser Ra, der verhältnismäßig groß ist. Die Hilfsbürsten 18 sind dagegen auf einem kleinen Kreis mit dem Halbmesser Rb angeordnet. Man erkennt leicht, daß die Kontaktzeiten, während welcher an die Gitter Steuerspannungen angelegt werden, wesentlich verschieden sind, je nachdem ob die äußeren oder die inneren Bürsten an Spannung gelegt sind.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 im Grundriß und Aufriß dargestellt, bei denen der Kollektor einen Kugelabschnitt bildet. Mit 21 ist in diesen Figuren die Welle des Kollektorkörpers bezeichnet. 22 sind die Kollektor- ■ Segmente, deren Breite s sich von der Stelle des größten Kollektor durchmesser s Dk nach der Welle 21 zu verjüngt. Mit 24 sind die Vorrichtungen bezeichnet, welche die Kontaktbürsten 23 tragen, die auf den Segmenten 22 des Kollektors gleiten. 25 bedeuten die Schleifringe, die mit den Kollektorsegmenten (was aus der schematischen Figur nicht zu ersehen ist) verbunden sind. Von diesen Schleifringen wird die den Kollektorsegmenten zugeführte Spannung den Steuergittern über feste Bürsten 26 zugeleitet.

Bei dieser Anordnung kann eine einfache Regelung der Spannung dadurch erzielt werden, daß die Bürsten mit dem sie antreibenden Vorrichtungen gegenüber dem Kollektorkörper auf einer Kreisbahn um den Winkel ε verschoben werden. Mit gestrichelten Linien ist die Stellung der Bürsten bzw. der die Bürsten antreibenden Vorrichtung in der Zeichnung angedeutet.

In den Fig. 8 und 9 ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete vollständige Kollektoreinrichtung zur Bestimmung des Zündeinsatzes von elektrostatisch gesteuerten Umrichtern dargestellt. 31 bedeutet in diesen Figuren den Scheibenkollektor gemäß Fig. 2, welcher von dem Motor 32, z. B. einem Synchronmotor, mit einer der Frequenz des Pri-

märnetzes entsprechenden Drehzahl angetrieben wird. Die Segmente des scheibenförmig ausgebildeten Kollektors 31 sind durch Verbindungsleitungen, die zur Vereinfachung in der Zeichnung nicht dargestellt sind, mit den Schleifringen 33 verbunden, an welchen mit den Steuergittern des Umrichters verbundene Bürsten 40 anliegen. 34 sind die Antriebsvorrichtungen für die Bürsten 35, über welche den Segmenten des Kollektors 31 die Steuerspannung zugeleitet wird. Durch die Bürstenantriebsvorrichtungen 34 werden die Bürsten 35 gegenüber dem Kollektor 31 in Drehung versetzt. Die Vorrichtungen 34 sind dabei von zwei synchron laufenden Elektromotoren (Synchronmotoren) 38 angetrieben. Ordnet man diese Motoren so an, daß sie mitsamt den Bürstenantriebsvorrichtungen 34 in der Horizontalen, wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, mit Hilfe von Schraubenspindeln 39 in Richtung der Pfeile verschoben werden können, so kann durch Verschiebung des Mittelpunktes der von den Kohlebürsten 35 beschriebenen Kreise die Zeitdauer, innerhalb welcher an den Steuergittern Spannung liegt, wie bei dem an Hand der Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert ist, verändert und damit die Größe der Umrichterspannung beeinflußt werden. Sämtliehe Teile der Einrichtung sind auf einem einzigen Rahmen 41 aufgebaut, wodurch eine leichte und bequeme Montage ermöglicht wird.

Es sei erwähnt, daß naturgemäß Einzelheiten dieser Vorrichtung anders ausgebildet werden können. Beispielsweise kann ein einziger Antriebsmotor zum Antrieb der beiden Kontaktträgervorrichtungen 34 verwendet werden. Unter Umständen ist es aber dabei erforderlich, die Regelung der Spannung auf andere Weise vorzunehmen, als es erwähnt war.

Die bekannte Einrichtung eignet sich naturgemäß nur für die Steuerung der einen HaIbwelle. Für die Steuerung der zweiten Halbwelle muß eine entsprechende zweite Vorrichtung vorgesehen werden, die ,baulich mit der für die erste Halbwelle unter Umständen zu einer Einheit vereinigt werden kann, so daß nur insgesamt überhaupt zwei Antriebsmotoren unter Umständen erforderlich werden, deren Drehzahl dann der Sekundär- bzw. Primärfrequenz entspricht.
Eine weitere Verbesserung der beschriebenen Einrichtung kann dadurch erzielt werden, daß eine zusätzliche Verschiebung der rotierenden Kontaktbürsten in der einen Drehrichtung oder entgegen der Drehrichtung vorgesehen wird oder daß eine gleichwertige Verschiebung des Kollektors vorgesehen wird. Diese Relativbewegung der Bürsten bzw. des Kollektors gegenüber der Eigendrehung kann mechanisch durch Drehung des Ständergehäuses der Motoren oder elektrisch durch entsprechende Verdrehung des Magnetfeldes der Motoren erzielt werden.
. Die angegebene zusätzliche Verschiebung der Bürsten bzw. des Kollektors ermöglicht es, eine beliebige Phasenverschiebung der Sekundärspannung des Umrichters zu erzielen.

Claims (15)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zur Bestimmung des Zündeinsatzpunktes von mit Mehrphasenwechselstrom betriebenen, elektrostatisch einzeln gesteuerten Lichtbogenentladungen mittels eines die Steuerelektroden speisenden Kontaktapparates nach Patent 640 591, wobei über einen mit der Frequenz des Primärnetzes umlaufenden Kollektor aus gleichartigen mit Schleifringen verbundenen Lamellen den Steuerelektroden die Steuergleichspannung zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kollektor eine oder mehrere zur Spannungszuführung bestimmte Bürsten (Kohlebürsten) sich in gegebenenfalls gegenläufigen Kreisbahnen bewegen, deren Achsen auf der Schleiffläche des Kollektors senkrecht stehen, wobei diese Bürsten mit einer der Frequenz des Sekundärnetzes entsprechenden Drehzahl angetrieben werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten nur während eines Teiles der Kreisbewegung, z. B. 90 oder 180°, eingeschaltet sind und daß dementsprechend eine größere Anzahl von Bürsten und Kollektorlamellen vorhanden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von umlaufenden Halteeinrichtungen, in denen mehrere Bürsten in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt befestigt sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor scheibenförmig ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, da- no durch gekennzeichnet, daß der Kollektor kugelförmig ausgebildet ist,
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der von den Bürsten beschriebenen Kreisbahnen gegenüber dem Kollektor veränderbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbmesser des Kreises, den die Bürsten be- schreiben, veränderbar ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, da-

   durch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Kreises, um den die Bürsten ihre Kreisbewegung ausführen, verschiebbar ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bürsten in verschiedenem Abstand von dem Drehpunkt vorgesehen sind, die gegebenenfalls zeitlich nacheinander Kontakt bilden.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadur'ch gekennzeichnet, daß die Bürsten oder der Kollektor noch relativ gegenüber der eigenen Drehbewegung im Sinne der Drehung oder entgegen der Drehung verschiebbar sind.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit besonderen Elektromotoren zum Antrieb von· Kollektoren bzw. Bürsten, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung des Kollektors bzw. der Bürsten gegenüber der normalen Eigenbewegung mechanisch durch Drehung des Ständergehäuses der Motoren oder elektrisch durch Verdrehung des Magnetfeldes der Motoren erfolgt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor und die Schleifringe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, die von einem -Synchronmotor entsprechend der Frequenz des Primärnetzes angetrieben wird.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürstenantriebsvorrichtungen unmittelbar von Synchronmotoren angetrieben werden.
14. 14.. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Antriebsvorrichtungen der Bürsten gekuppel ten Synchronmotoren senkrecht zu ihrer Achse, z. B. durch eine Schraubenspindel, verschiebbar sind.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit den Motoren auf einer einzigen Grundplatte zu einem einheitlichen Maschinensatz vereinigt ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen