DE672718C

DE672718C - Synchronous rectifier, consisting of at least two contact carriers rotating around parallel axes in time with the supplied alternating current

Info

Publication number: DE672718C
Application number: DES115939D
Authority: DE
Inventors: Fritz Rampacher
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1934-11-01
Filing date: 1934-11-01
Publication date: 1939-03-09

Description

Synchrongleichrichter; bestehend aus wenigstens zwei im Takt des zugeführten Wechselstromes um zueinander parallele Achsen umlaufenden Kontaktträgern Um den bei geringen Betriebsspannungen verhältnismäßig großen Spannungsabfall der Quecksilberdampfgleichrichter und die damit verbundene Beeinträchtigung des Wirkungsgrades zu vermeiden, sind sog. Flüssigkeitsgleichrichter bekanntgeworden, bei denen die den einzelnen Phasenleitungen zugeordneten Elektroden im Rhythmus des Stromwechsels in eine Flüssigkeitsschicht eintauchen und so gewissermaßen als Flüssigkeitsschalter den Strom gleichrichten. So ist es beispielsweise bekannt, der Flüssigkeitsschicht die Form eines rotierenden Zylindermantels zu geben, in den ein umlaufender Kontaktträger mit seinen Kontaktstücken der Reihe nach eintaucht. Hierbei soll die Lichtbogenbildung beim Abreißen der einzelnen Phasenströme dadurch vermieden werden, daß der Übergangswiderstand um so größer wird, je weniger weit die Elektrode in die Flüssigkeit eintaucht, so daß an den jeweils ablaufenden Elektrodenstellen mir eine sehr kleine Stromdichte besteht, bei der ohne Schwierigkeit unterbrochen werden kann. Derartige Schalteinrichtungen haben jedoch immer noch einen verhältnismäßig hohen Spannungsabfall und bedingen auch im Hinblick auf die rotierende Flüssigkeitsschicht eine wesentliche Komplikation. Dabei können unter Umständen Schwierigkeiten im Betriebe noch dadurch hervorgerufen werden, daß die Flüssigkeitsschicht verdampft und gegebenenfalls Dämpfe abgibt, für deren Ableitung Sorge getragen werden muß. Nach der Erfindung können diese Schwierigkeiten in einfacher Weise dadurch vermieden werden, daß die umlaufenden Kontakte mit einem leitenden Ring aus festem Werkstoff zusammenarbeiten, der die Kontaktträger von außen umfaßt. Die Einrichtung arbeitet dabei in der Weise, daß sich die Kontakte an dem Ring aus festem Werkstoff abwälzen. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, außerordentlich geringe Spannungsabfälle in dem Gleichrichter zu erzielen. Da eine rotierende Flüssigkeitsschicht vermieden ist, wird der Gesamtaufbau des Gleichrichters erheblich vereinfacht. Besondere Vorteile bietet es, den Kontaktring aus festem Werkstoff aus einem kohlehaltigen Material herzustellen. Unter Umständen können auch die an den Kontaktträgern befestigten Kontaktstücke aus Kohle angefertigt werden. In diesen Fällen kann die bekannte Eigenschaft derBürstenkohleausgenutztwerden, daß mit zunehmendem Druck im Stromübergang ein immer geringerer Widerstand gebildet wird; es wird also bei dem Abwälzen der Teile aneinander, bei denen ähnlich wie beim Abrollen eines Rades auf der Schiene immer über, ein gewisses Flächenstück eine Berührung eintritt, der Druck in der Mitte erheblich größer und am Rand des Walzstückes immer geringer sein. Es tritt also hierbei eine ähnliche Verteilung der Stromdichte, wie diese bei den Flüssigkeitsgleichrichtern vorliegt, ein.Synchronous rectifier; consisting of at least two in time with the supplied Alternating current around mutually parallel axes revolving contact carriers around the at low operating voltages, a relatively large voltage drop in the mercury vapor rectifier and the associated impairment of efficiency are to be avoided so-called. Liquid rectifier became known, in which the individual phase lines assigned electrodes in the rhythm of the current change in a layer of liquid submerge and thus rectify the current as a liquid switch, so to speak. For example, it is known that the liquid layer has the shape of a rotating To give cylinder jacket, in which a circumferential contact carrier with its contact pieces immersed in sequence. The aim here is to create arcing when tearing off the individual Phase currents can be avoided by the fact that the contact resistance is greater the less the electrode is immersed in the liquid, so that at the there is a very small current density at each electrode point, which can be interrupted without difficulty. Such switching devices however, they still have a relatively high voltage drop and are conditional also a major complication with regard to the rotating liquid layer. Under certain circumstances, this can still cause difficulties in the company that the liquid layer evaporates and, if necessary, gives off vapors, care must be taken to derive them. According to the invention, these difficulties be avoided in a simple manner that the circumferential contacts with a Conductive ring made of solid material, which the contact carrier of includes outside. The device works in such a way that the contacts roll on the ring made of solid material. Such an arrangement makes it possible to achieve extremely low voltage drops in the rectifier. There one rotating liquid layer is avoided, the overall structure of the rectifier considerably simplified. It offers particular advantages to make the contact ring solid Manufacture material from a carbonaceous material. May be the contact pieces attached to the contact carriers are also made of carbon. In these cases, the well-known property of the brush carbon can be used, that with increasing pressure in the current transition, an ever lower resistance is formed will; So it becomes with the rolling of the parts against each other, with which similar as when rolling a wheel on the rail always over a certain area When a contact occurs, the pressure is considerably greater in the center and on the edge of the Roll piece always be less. A similar distribution occurs here the current density, as is the case with liquid rectifiers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Abb. i dargestellt. Mit i ist ein Metallring bezeichnet, der innen mit einem Kohlebelag 2 (u. U. reit geringem Kupfergehalt) versehen ist. Dieser Ring wird frei von zwei um parallele Achsen umlaufenden kollektorartigen Walzen 3 und q. getragen; bei denen den einzelnen Phasen voneinander isolierte leitende Segmente 5 des Walzumfangs zugeordnet sind. Wenn die beiden Walzen 3 und q. in: gleicher Richtung angetrieben werden, so ergibt sich die bei dem bekannten Garraldschen Reibgetriebe ausgenutzte Keilwirkung, wodurch sich der Ring 1 mit seinem: Belag 2 fest an die umlau-(enden Walzen anlegt. Zwischen Walzenoberflache und der Oberfläche des Belages tritt demnach eine Flächenberührung wie zwischen Schiene und Rad ein, bei der ein ständiger Wechsel im Drück gegeben ist, so daß die mittleren Flächenteile unter dem größten Druck stehen, während die ablaufenden Flächenteile immer unter geringerem Druck stehen. Aus diesem Grunde wird sich der Strom größtenteils auf die inneren Flächenteile konzentrieren, so daß an den ablaufenden Stellen nur eine sehr geringe Stromdichte besteht. Eine geringe Lichtbogenbildung an dieser Stelle kann ohne Schwierigkeiten durch eine Beblasung durch Kühlluft in axialer Richtung unterdrückt werden, die auch im Interesse einer Wärmeabfuhr wünschenswert ist. Außerdem ist es möglich, nichtleitende Schilde 6 anzuordnen, die einen Überschlag sicher verhindern und etwa bestehende Lichtbogen abreißen.An embodiment of the invention is shown in the drawing in Fig. i shown. With i a metal ring is referred to, the inside with a carbon coating 2 (possibly with a low copper content). This ring becomes free of two Collector-like rollers 3 and q rotating about parallel axes. carried; at them the individual phases are assigned conductive segments 5 of the roll circumference that are insulated from one another are. When the two rollers 3 and q. are driven in: same direction, this results in the wedge effect used in the known Garrald friction gear, whereby the ring 1 with its: covering 2 rests firmly on the rotating (ending rollers. Surface contact accordingly occurs between the roller surface and the surface of the covering like between rail and wheel, where there is a constant change in pressure is, so that the middle parts of the surface are under the greatest pressure, while the always be under less pressure. For this reason the current will mostly concentrate on the inner surface parts, so that there is only a very low current density at the draining points. A minor one Arcing at this point can be easily caused by blowing are suppressed by cooling air in the axial direction, which is also in the interest of a Heat dissipation is desirable. It is also possible to use non-conductive shields 6 to be arranged that reliably prevent flashover and any existing arcs tear off.

Um die Flächenberührung auf eine möglichst große Fläche zu erstrecken und hierbei einen allmählichen Wechsel der Druckverhältnisse und damit der Stromverteilung zu erreichen,. ist es vorteilhaft, den Unterschied zwischen Innendurchmesser des Belages und Außendurchmesser der Kollektorwalze möglichst gering zu machen. Soweit man hierbei das Verhältnis von etwa 1:2 überschreiten will, müssen die einzelnen Kollektorwalzen in verschiedenen Ebenen angeordnet werden, wofür Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel zeigt. Die Bezugszeichen entsprechen wieder dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel: Mit 7 und & sind die Schleifringe bezeichnet; die der Wechselstromzuführüng zu den Kontaktsegmenten dienen. Mit g. sind noch zusätzliche Leitrollen bezeichnet, die das von den in verschiedener Ebene liegenden. Walzen ausgeübte Kräftepaar kompensieren, so daß ein Schrägstellen und damit ein Klemmen des Ringes i vermieden wird: Derartige Leitrollen,, die u. U. den Kontaktdruck beeinträchtigen sowie ein Klemmen des umlaufenden Ringes verursachen könnten, können nach einem weiteren Vorschlag dadurch vermieden werden, daß die Kontaktträger kegel- oder ballenförmig ausgeführt werden.In order to extend the surface contact over as large an area as possible and here a gradual change in the pressure conditions and thus the current distribution to reach,. it is beneficial to tell the difference between the inside diameter of the To make the coating and outer diameter of the collector roller as small as possible. So far if you want to exceed the ratio of about 1: 2, the individual must Collector rollers are arranged in different levels, for which Fig. 2 shows an embodiment shows. The reference symbols again correspond to the previous exemplary embodiment: With 7 and & the slip rings are designated; that of the alternating current supply serve to the contact segments. With g. additional guide rollers are designated, that of those lying in different planes. Compensate the force couple exerted by the rollers, so that an inclination and thus jamming of the ring i is avoided: Such Guide rollers, which may affect the contact pressure as well as jamming of the rotating Ringes could cause, can be avoided after a further suggestion be that the contact carriers are designed to be conical or ball-shaped.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Abb. 3 gezeigt. Hierbei sind die beiden Kontaktwalzen 3 und,4 je in zwei Lagern g und io gelagert und durch Synchronmotoren 13 angetrieben. Die Kontaktoberfläche ist hierbei ballig oder kegelförmig ausgeführt und wird von dem Kontaktring i, dessen Innenoberfläche in gleicher Weise ballig (oder eben) ausgeführt ist, berührt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß im Berührungspunkt die Druckrichtung der beiden Walzen zusammenfällt, so daß auf den Ring lediglich ein radial gerichteter Druck ausgeführt ist. Hierbei ergibt sich ein schräger Ablauf der Berührungsfläche von Walze und Ring, der als solcher den Stromablauf weit°_r erleichtert. Gegebenenfalls kann der Ring an diesen Stellen noch eine seitliche .Führung ii erhalten, die ein Ausweichen sicher verhindert.An exemplary embodiment for this is shown in Fig. 3. Here are the two contact rollers 3 and 4 each supported in two bearings g and io and by synchronous motors 13 powered. The contact surface is designed to be spherical or conical and is of the contact ring i, whose inner surface is spherical in the same way (or just) executed, touches. The arrangement is made so that at the point of contact the pressure direction of the two rollers coincides, so that on the ring is carried out only a radially directed pressure. This results in an oblique sequence of the contact surface between roller and ring, which as such denotes the Current flow much easier. If necessary, the ring can be used in these places a lateral .guide ii received, which reliably prevents evasive action.

Der Antrieb der einzelnen Kontaktwalzen erfolgt ebenso wie bei den vorgenannten Flüssigkeitsgleichrichtern durch Synchronmotoren in einem bestimmten Verhältnis zum Taktwechsel des Wechselstromes. Die Kontaktsegrnente der beiden Kontaktwalzen können hierbei zueinander parallel geschaltet werden, so daß an dem Ring unmittelbar der eine Pol des Gleichstromes abgenommen werden kann, während der andere Pol beispielsweise an dem Mittelpunkt des Transformators abgenommen wird. In diesem Fall können die Führungen 1i als Schleifringe zur Stromabnahme von dem umlaufenden Ring ausgeführt werden; u. U. kann es aber auch von Vorteil sein, wie dies im Ausführungsbeispiel von Abb. 2 angedeutet ist, die einzelnen Kontaktwalzen über den Ring hintereinanderzuschalten, so daß der Verbraucher 12 zwischen den Mittelpunktsanzapfungen der beiden Schleifringe zugeordneten Transformatorwicklungen eingeschaltet ist, wodurch jede Stromzu- oder -abnahme zu dem Ring selbst erspart werden kann. Allerdings wird hierbei der Übergangswiderstand an den beiden Walzen hintereinandergeschaltet; so daß dieser etwas ungünstiger wird als bei der Parallelschalturig. Um den Stromübergang besonders günstig zu gestalten, kann nach einem weiteren Verbesserungsvorschlag die Kontaktfläche der Metallteile mit Silber überzogen werden. Hierdurch ist den mit Oxydationserscheinungen verbundenen Erhöhungen des Übergangswider- Standes vorgebeugt. Infolge des Abwälzens wird hierbei auch eine sehr dünne Silberschicht eine große Lebensdauer haben.The individual contact rollers are driven in the same way as with the aforementioned liquid rectifiers by synchronous motors in a particular Relation to the cycle change of the alternating current. The contact segment of the two contact rollers can be connected in parallel to each other, so that on the ring directly one pole of the direct current can be removed, while the other pole, for example taken from the center of the transformer. In this case, the Guides 1i designed as slip rings for drawing current from the rotating ring will; Under certain circumstances, however, it can also be advantageous, as in the exemplary embodiment Fig. 2 indicates that the individual contact rollers are connected in series via the ring, so that the consumer 12 between the center taps of the two slip rings assigned transformer windings is switched on, whereby each current supply or -decrease to the ring itself can be spared. However, this is where the transition resistance connected in series on the two rollers; so that this is a little less favorable than with the parallel circuit. To make the current transfer particularly cheap, can after another suggestion for improvement, the contact surface of the metal parts be plated with silver. This is associated with oxidation phenomena Increases in the transitional resistance Stand leaning forward. As a result of the rolling a very thin layer of silver will have a long service life.

Um auch die geringfügige Funkenbildung und Lichtbogenbildung an den sich voneinander abhebenden Kontaktflächen zu vermeiden, kann u. U. an dem Metallring noch zusätzlich eine Flüssigkeitsschicht angewendet werden. Diese Flüssigkeitsschicht kann infolge der hohen Umlaufsgeschwindigkeit durch die Fliehkraftwirkung an der Innenfläche des Ringes, ähnlich wie es bei den vorerwähnten Elektrolvtgleichrichtern der Fall ist, aufrechterhalten werden. Hierbei ist aber dadurch, daß die Leitfähigkeit der Flüssigkeit für den betriebsmäßigen Stromübergang so gut wie gar nicht verwendet wird, sondern die Flüssigkeit bloß zur Vermeidung von Lichtbogen dient, ein wesentlich geringerer Übergangswiderstand und damit ein höherer Wirkungsgrad möglich als bei Flüssigkeitsgleichrichtern.To avoid even the slightest sparking and arcing on the Avoiding contact surfaces that stand out from one another can, under certain circumstances, be achieved on the metal ring a layer of liquid can also be applied. This layer of liquid can as a result of the high rotational speed caused by the centrifugal force on the Inner surface of the ring, similar to that of the electric rectifiers mentioned above is the case, to be sustained. Here, however, is that the conductivity the liquid is hardly used at all for the operational current transfer becomes, but the liquid is only used to avoid arcing, an essential lower contact resistance and thus a higher degree of efficiency than with Liquid rectifiers.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Synchronous rectifier, consisting of at least two revolving around parallel axes in time with the supplied alternating current Contact carriers with a number corresponding to the number of phases in the circumferential direction contacts arranged next to one another, characterized in that these contact carriers with a senior. Working together ring of solid material that holds the contact carrier embraced from the outside.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that rings or contacts are provided with a coating of brush carbon.

3. Arrangement according to Claim i and 2, characterized in that the individual contact carriers in different Circumferential planes and with a diameter larger than half the diameter of the ring are executed. q ..

Arrangement according to claim 3, characterized in that in the same level as the individual contact carriers, these diametrically opposite Guide rollers are arranged.

5. Arrangement according to claim 3, characterized in that that the contact rollers are arranged spherically or conically in such a way that the perpendicular on the contact surface with the ring through a common center.

6. Arrangement according to claims 2 to 5, characterized in that the metallic contact surfaces are provided with a silver coating.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that that on the inner surface of the rotating ring by centrifugal force a liquid jacket is maintained.