DE903839C - Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer) - Google Patents

Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer)

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DE903839C
DE903839C DES23300A DES0023300A DE903839C DE 903839 C DE903839 C DE 903839C DE S23300 A DES23300 A DE S23300A DE S0023300 A DES0023300 A DE S0023300A DE 903839 C DE903839 C DE 903839C
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DE
Germany
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switching
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switching converter
circuit
bias
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Expired
Application number
DES23300A
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English (en)
Inventor
Dr Erich Rolf
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters
    • H02M1/26Contact mechanisms of dynamic converters incorporating cam-operated contacts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer) Zusatz zum Patent 8699 9$3 Das Patent 869 983 bezieht sich auf mechanische Schaltstromrichter mit den Schaltkontakten vorgeschalteten, vormagnetisierten Schaltdrosseln zur Erzeugung von Stromstufen und hat eine besondrere Ausbildung der Vormagnetisierung zum Gegenstand, durch die ein praktisch strom- und spannungsloses Öffnen des Kontaktes unter weitgehend veränderlichen Betriebsbedingungen erzielt wird. Gemäß dem Hauptpatent besteht die Vormagnetisierung aus einem während der Stromstufe gleichbleibenden Anteil und einem von der Spannung, die an der betreffenden Schaltdrossel während der Stromstufe herrscht, abhängigen Anteil. Der gleichbleibende Anteil kann durch eine Vormagnetisierung mit Gleichstrom gebildet werden. Der spannungs,abhängi@ge Anteil wird durch einen Vormagnetisierungslkreis erzeugt, der als Hauptbestandteil einen Ohmschen Widerstand, enthält und von der an der Reihenschaltung der Schaltdrosselwicklung mit dem Schaltkontakt liegenden Spannung gespeist wird.
  • Die im Patent 869 983 beschriebene und dargestellte Anschlußart des spannungsabhängigen Vormagnetis-ierungskreises kann in allen ein- und mehrphasigen Gleichrichterschaltungen immer dann ohne weiteres benutzt werden, wenn jedem Schaltkontakt eine getrennte Schaltdrossel zugeordnet ist. Es gibt nun aber auch Schaltungen, bei denen eine und dieselbe Schaltdrossel zur Erzeugung der Ausschaltstufe von zwei im Gegentakt arbeitenden Kontakten verwendet wird. Dies ist beispielsweise der Fall bei der dreiphasigen Brückenschaltung (Graetzschaltung) mit sechs Kontakten, aber nur drei Schaltdrosseln. Diese Schaltung ist die bei Kontaktumformern mit motorischem Synchronantrieb der Kontakte bisher meist verwendete Schaltung. Sie ist in Fig. i im Prinzip wiedergegeben.
  • In Fig. i sind iR, is, zT 'die Sekundärwicklungen des Gleichrichtertransformators, an die über je eine Sehal.tdrosselwicklung 3R, 3s, 3r auf den Drosselkernen 2R, 2S, 2T im Gegentakt arbeitende, in einer Brücke zusammengeschaltete Kontaktpaare 4p " 4p'; 4s, 4s und 4T, 47! angeschlossen sind. Mit 5 ist die gleichstromseitige Belastung bezeichnet.
  • Wollte man nun nie Anschlußart des spannungsabhängigen Vormagnetis:ierungskreises entsprechend dem Hauptpatent an den transformatorseitigen Pol der Schaltdrosselhauptwicklung einerseits und an den gleichstromseitigen Pol des Kontaktes andererseits auf eine in Fig. i dargestellte Brückenschaltung übertragen, wie es in Fig. i gestrichelt eingezeichnet ist, so würden die beiden zu dem positiven und zu dem negativen Gleichstrompol führenden Vormagnetisierungszweige i i, i2 bzw. i i', 12' einen Spannungsteiler in bezug auf die Gleichspannung bilden, an dessen Mitte dann die Vormagnetisierungswicklung io liegt. Es würden sich -da-durch dann Spannungs- und Stromverhältnisse ergeben, die von den gewünschten und für den Betrieb des Gleichrichters erforderlichen völlig abweichen und den Umformer betriebsunfähig machen würden. Die Ventile i2 und i2' könnten ,dgbei für die Lenkung des Vormagnetisierungs.stromes in der einen Halbwelle zu Kontakt 4R und in der anderen Hall)-welle zu Kontakt 4R wegen der Vorbelastung durch den über die beiden Vormagnetisierungszweige i i, i-- und i i', iiä vom positiven Pol zum negativen Pol fließenden Gleichstrom gar nicht zur Wirkung kommen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anschlußart des spannungsabhängigen Vormagnetisierungskreises, die die Forderung, daß die Schaltdrossel von der vor der Kontaktöffnung an ihr liegenden Spannung vormagnetisiert werden soll, ebenfalls erfüllt, ohne den Nachteil der erwähnten, an Hand der Fig. i dargelegten Spannungsteilerwir'kung mit sich zu bringen.
  • Die Erfindung besteht vor allem darin, daß bei mehrphasiger Ausbildung des Schaltstromrichters mit in Brückenschaltung angeordneten Kontakten der spannungsabhängige Vormagnetisienurngskreis einer Phase jeweils an .die Folgephase angeschlossen ist. Dabei kann, ähnlich dem Häuptpatent, als Vormagnetisierungswicklung der Schaltdrossel ein Teil der Hauptwicklung derselben in Sparschaltung benutzt werden, und zwar vorzugsweise die Hälfte der Hauptwicklung, weil dann die Verluste in den Vormagnetisierungskreisen ein Minimum werden. Bei einer Brückenschaltung mit nur einer Schaltdrossel für je zwei im Gegentakt arbeitende Kontakte entfällt bei dieser neuen Schaltung des spannungsabhängi@gen Vormagnetisierungs'kreises das bei der Schaltung nach dem Hauptpatent im Vormagnetisierun@gskreis liegende Ventil. Dieses Ventil ist nur erforderlich bei Schaltungen mit je einer Schaltdrossel für jeden Kontakt.
  • Weitere Merkmale der Erfindung und die dadurch erzielten Vorteile ergeben sich aus, der folgenden Beschreibung dies in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispieles.
  • In Fig.2 entspricht die Stellung der Schaltbrücken der Kontakte 4.R bis 4T' dem Schaltzustand kurz vor der Öffnung des Kontaktes, 4R. Der Kontakt 4s ist also bereits -geschlossen und führt den Gleichstrom von der Phase S zum positiven Pol des Verbrauchers 5, während. der ebenfalls geschlossene Kontakte' den Gleichstrom vom negativen Pol des Verbrauchers 5 zurück zur Phase l des Transformators führt. Der Kern 2s der Schaltdrossel in der Phase S ist nach übernähme des Laststromes durch die Phase S bereits gesättigt, so daß 'an der Wicklung 3s keine Spannung auftritt. Bei diesem Schaltzustand befinden sich also der Kontakt 4R, der Kontakt 4s, der positive Pol des Verbrauchers 5 und die Wicklung 3s der Schaltdrossel der Phase S sämtlich auf -dem gleichen Potential, und zwar auf demjenigen der Klemme der Transformatorwicklung is. Die vorliegende Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, däß es infolgedessen für die Speisung der Vormagnetisierungswicklung io während des Ablaufs der Ausscbaltstufe .gleichgültig ist, an welchen Punkt dieser Zusammenschaltung der Vormagnetisierungszweig angeschlossen ist. Der Anschluß des Vormagnetisierungskreises mit der Wicklung io erfolgt daher nicht nach der Lehre des Hauptpatentes am gleichstromseitigen Pol des Kontaktes 4R, sondern erfindungsgemäß irgendwo zwischen dem Transformatoranschluß der Folgephase und den wechselstromseiti!gen Polen der zugehörigen Kontakte, vorzugsweise am transformatorseitiggen Ende der Schaltdrosselwicklung 3s der Folgephase. Da bei dem betrachteten Schaltzustand die Kontakte und 4s' geöffnet sind, so besteht während der Ausschaltstufe der Drossel der Phase R keine Verbindung zwischen dem Vormagnetisierungskrei und dem negativen Gleichstrompol und somit auch nicht die unerwünschte Spannungsteilerwirkung. In der entgegengesetzten Halbwelle aber, wo die Kontakte 4T, 4R und 4s geschlossen sind und der Kontakt 4R kurz vor seiner Öffnung steht, ist der Vormagnetisierungskreis: über den Kontakt 4s' in gewünschter Weise mit dem negativen Gleichstrompol verbunden, und es besteht keine Verbindung zum positiven Pol. Bei dem erfindungsgemäßen Anschluß des Vormagnetisierungskreises an den wechseilstromseitigen Teil der Folgephase erfolgt somit die Lenkung des spannungsabhängigen Vormagnefisierungsstromes in der einen Halbwelle zum positiven Gleichstrompol und in der anderen Halbwelle zum negativen Gleichstrompol selbsttätig mittels der entsprechenden Kontakte der Folgephase, und es sind daher besondere Ventile für diese Aufgabe nicht mehr erforderlich. Der gesamte spannungsabhängige Vormagnetisierungskreis besteht daher nur aus der Vormagnetisierungswicklung io und dem Ohmschen Widerstand i iR.
  • Anstatt eine getrennte Vormagnetisierungswicklung io zu verwenden, wie sie in der Phase R gezeichnet ist, können die in den Vormagnetisierungskreisen liegenden Widerstände i iR, i iS, i iT, ebenso wie beim Hauptpatent, auch an eine Anzapfung der Hauptwicklungen angeschlossen werden, wie dies in Fig. 2 für die Phasen S und T dargestellt ist. Das Minimum der Verlustleistung in den Vormagnetisierungswiderständen wird ,dann erreicht, wenn die W'indungsza'hl der Vormagnetisderungswicklung gleich der Hälfte der Windungszahl der Hauptwicklung ist bzw. die Anzapfung in der Mitte der Hauptwicklung erfolgt.
  • Ebenso wie beim Hauptpatent ist ferner an einer Hilfswicklung 16 jeder Schaltdrossel ein an sich bekannter Streckkreis 17 zur Verbesserung der Form der Stromstufe angeschlossen. Außerdem wird mittels einer zweiten Hilfswicklung 6 der gleichbleibende Anteil der Vormagnefis.ierungsdurchflutung erzeugt. Wegen der doppelten Ausnutzung der Schaltdrossel zur Erzeugung von Ausschaltstufen in beiden Halbwellen kann -für diesen Anteil: der Vormagnetisierungsdurchflutung kein Gleichstrom verwendet werden, sondern es wird eine Durchflutung wechselnder Richtung, und zwar vorzugsweise mit trapezförmigem Verlauf, gewählt, wie sie in an sich bekannter Weise durch Gleichrichteranordnungen oder mit Hilfe von gleichstromvormagnetisierten Sättigungsdrosseln im Vormagnetisierungsstromkreis erzeugt werden kann.
  • Bei Verwendung von nur einer einzigen Ausschaltdrossel für zwei im (Gegentakt arbeitende Kontakte gemäß Fig. z kann diese Drossel nicht gleichzeitig auch zur Erzeugung der Einschaltstufen herangezogen werden, wie es grundsätzlich bei Verwendung einer Schaltdrossel für jeden Kontakt möglich ist. Vielmehr müssen in einem solchen Falle besondere Einschaltdrosseln oder zumindest getrennte Einschaltkerne benutzt werden, die mit dem zugehörigen Ausschaltkern die Hauptwicklung gemeinsam haben.
  • Aber auch bei Ver-,vendung einer Schaltdrossel für jeden Kontakt kann es erwünscht sein"die Einschaltstufe durch einen besonderen Einschaltkern zu erzeugen, z. B. etwa deswegen, weil die vom Hauptkern hervorgebrachte Stufe als Einschaltstufe zu lang wäre. In solchen Fällen muB Zier Hauptkern nach Ablauf der Ausschaltstufe vor dem Einschalten wieder in den Sättigungszustand entgegengesetzter Richtung gebracht werden, damit der Anstieg des Stromes nach der Kontaktschließung ungehindert vor sich gehen kann. Diest Umsättigung kann durch eine besondere Vormagnetisierung erreicht werden. Dazu ist nach dem Hauptpatent eine zusätzliche Vormagnetis.ierunl" der Schaltdrassel mittels eines von der zugeordneten Phasenspannung über einen Ventilkreis getriebenen Stromes vorgesehen. Statt dessen kann in Anordnungen mit einer Schaltdrossel für jeden Kontakt die Umsättigung des Ausschaltkernes vor dem Einschalten dadurch erreicht werden, daß für den gleichbleibenden Anteil der Vormagnetisierung auch in diesem Falle eine vorzugsweise trapezförmige Durchflutung wechselnder Richtung verwendet wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die beiden Trapezabschnitte verschieden hoch sind, was z. B. durch eine zusätzliche Vormagnetisierung mit Gleichstrom erreicht werden kann. Der Abschnitt mit der geringeren Höhe wird dann für den gleichbleibenden Anteil der Ausechaltvormagnetisierun;g benutzt, während der Abschnitt entgegengesetzter Richtung mit der größeren Höhe den Ausschaltkern vor dem Einschalten in den Sättigungszustand zurückbringt, in welchem er der nachfolgenden übernahine des Hauptstromes nicht hinderl@icli sein kann.
  • Auch bei der dreiphasigen Graetzsehaltung mit sechs Kontakten und sechs Schaltdrosseln kann der spannungsabhängige Vormagnetisierumgskreis statt an .den Gleichstrompol des betreffenden Kontakte; an die Folgephase angeschlossen sein. Zur Verringerun(g der Verluste in den Vormagnetisderungswiderständen ist es dabei vorteilhaft, den Strom durch den Vormagnetislierungskreis in der zweiten Halbwelle, ähnlich der Schaltung nach dem Hauptpatent, ,durch ein vorzugsweise urigesteuertes Ventil zu sperren und die Umsättigung der Ausschaltdrosselkerne bei Verwendung getrennter Einschaltkerne in der vorbesc'hriebenen Weise durch eine auch für den gleichbleibenden Vormagnetisierungsanteil verwendete, unsymmetrische Durchflutung von vorzugsweise Trapezform auszuführen.
  • Wird bei gleichbleibender Höhe des negativen. als gleichbleibender Anteil .der Ausschaltvormagnetisierung wirkenden Abschnittes, dieser Vor-magnetisierung die Höhe des positiven, die Rückmagnetisierung bewirkenden Abschnittes veränderbar gemacht, so kann die Ausschaltdrossel auch zur Erzeugung einer Einschaftstufe von zum Zwecke einer Spannungsregelung durch Teilaussteuerung veränderlicher Länge herangezogen werden. Eine wechselnde Vormagnetisierungsdurchflutung mit einem negativen Abschnitt von gleichbleibender Höhe und einem positiven Abschnitt von veränderbarer Höhe kann auf einfachem Wege beispielsweise dadurch erzielt werden, daß eine negative Gleic hstromvormagnetisierung von der für da" Ausschalten erforderlichen Höhe benutzt wird, der innerhalb ,des Abschnittes vom Ablauf ,der Ausschaltstufe bis zum Wfedereinschalten des Kontaktes ein positiver Vormagnetisierungsimpufis von veränderbarer Höhe überlagert wird. Da dieser Impuls nur die Aufgabe hat, die Rückmagnetisierung vorzunehmen, kann hierfür gegebenenfalls auch eine von der Trapez- oder Rechteckform abweichende Form benutzt werden. Ungefähr rechteckförmige Impulse von etwa r2o° Dauer oder etwa 6o" Dauer lassen sich z. B: als Anodenströme von mehrphasigen Gleichrichteranordnüngen erzeugen. Ihre Höhe kann durch Regelung des Belastungsgleichstromes dieser Gleichrichteranordnungen verändert werden:

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mechanischer Schaltstromrichter mit in Reihe mit den Kontakten liegenden, vormagnetisierten Schaltdrosseln, deren Vormagnetisierung aus einem gleichbleibenden und einem spannungsabhängigen Anteil besteht, nach Patent 869 983, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Mehrphasen-Brückenschaltung jeweils der spannungsabhängige Vormagnetisierungskreis einer Schaltdrossel an die Folgephase angeschlossen ist. a. Schaltstromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vormagnetisie= rungskreis an das transformatorseitige Ende. der Schaltdrosselwicklung der Folgephase angeschlossen ist. 3. Schaltstromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Vormagnetisierungswic'lclung der Schaltdrossel ein Teil, vorzugsweise die Hälfte, der Hauptwicklung in Sparschaltung benutzt ist. 4. Schaltstromric'hter nach Anspruch i, -dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung je einer gemeinsamen Schaltdrossel für zwei im Gegentakt arbeitende Kontakte der Vormagnetisierungskreis nur einen Ohmschen Widerstand enthält. 5. Schaltstromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer besonderen Schaltdrossel für jeden Kontakt der Vormagnetisierungskreis außer einem Ohmschen Widerstand auch ein vorzugsweise ungesteuertes Ventil enthält. 6. Schaltstromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichbleibender Anteil der Vormagneti@sierung von einer vorzugswe@ise trapezförmigen Durchflutung wechselnder Richtung herrührt. 7. Schaltstromrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflutung wechselnder Richtung eine Gleichstromdurchflutung überlagert ist. B. Schaltstromrichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Spannungsregelung durch Teilaussteuerung mittels einer Einschaltstufe verschiedener Dauer die Höhe des nicht für die Ausschaltvormaignetisierung benutzten, entgegengerichteten Dur.chflutungsabschnittes veränderbar ist. 9. Schaltstromrichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer Gleichstromdurc'hflutung, welche die für den gleichbleibenden Vormagnetisierungsanteil beim Ausschalten erforderliche Höhe hat, entgegengerichtet° Durchflutungsimpulse von veränderbarer Höhe überlagert sind. io. Schaltstromrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltdrossel außer einem zur Erzeugung der Ausschaltstufe dienenden Kern einen besonderen Kern zur Erzeugung der Einschaltstufe hat und daß die Hauptwicklung beiden Kernen gemeinsam ist.
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