DE911308C - Drehstromumformeranordnung mit mechanischen Kontakten - Google Patents

Description

• Drehstromumformeranordnung mit mechanischen Kontakten Die Erfindung betrifft eine Drehstromumformeranordnung mit mechanischen Kontakten, deren Anzahl durch sechs teilbar ist und die von sechs auf einer Welle nebeneinander angeordneten exzentrischen Antriebsmitteln abwechselnd geschlossen und geöffnet werden. Derartige Anordnungen können z. B. dem Wunsche entspringen, zwei Umformersysteme im Reihe oder parallel oder umschaltbar zu betreiben, gegebenenfalls mit einer Phasenverschiebung der beiden. Systeme gegeneinander- zwecks Erzielung geringerer Welligkeit der Gleichspannung. Für die Reihenfolge und Zuordnung der Exzenter und der Phasenanschlüsse besteht eine große Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten. Diese sind aber sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Hinsicht nicht alle gleichwertig. Erfindungsgemäß wird eine Auswahl in der Weise getroffen, daß auf der an dem. Enden. und in der Mitte gelagerten Welle zwischen je zwei Lagerstellen eine Gruppe von drei um 120' gegeneinander versetztem Antriebsmitteln angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß jede der beiden Exzentergruppen für sich ausgewuchtet werden kann und daß die Leitungssysteme der beiden Umformergruppen räumlich voneinander getrennt verlegt werden können, so daß die Zahl der Leitungskreuzungen herabgesetzt werden kann und. gegebenenfalls Kreuzungen überhaupt vermieden werden können. Damit ist der Vorteil verbunden, daß die Leitungsinduktivität und damit die Induktivität der Kommutierungskreise herabgesetzt wird, die sich bekauntlich bei wechselnder Belastungshöhe durch Veränderung der Kommutierungszeiten unliebsam bemerkbar macht; weil sie unter Umständen die Belastbarkeit

  beschränkt oder eine zusätzliche Verstellung der

  Kontaktzeiten erfordert.

  In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs-

  beispiele der Erfindung dargestellt.

  Fig. i bis 8 zeigen verschiedene Anordnungen der

  exzentrischen Antriebsmittel in perspektivischer Dar-

  stellung und in Achsrichtung gesehen;

  Fig. 9 und i o :enthalten Beispiele von Getriebe-

  anordnungen, und in den

  Fig. i i bis 21 sind verschiedene Klemm:enanord-

  nungen, Transfarmatorschaltungen und Spannungs-

  vektordiagramme dargestellt, die zur Erläuterung

  der Zuordnung der Anschlüsse wund Verbindungs-

  leitungem dienen.

  Die Fig. 1, 3, 5 und 7 sind perspektivische Dar-

  stellungen einer Antriebswelle i o, die mit :einem

  Synchromnotor 2o gekuppelt und in zwei End-

  lagern 7 und 9 und einem mittleren Lager 8 ge-

  lagert ist. Dde exzentrischen. Mittel sind in Form

  von Kurbelschleifen schematisch .dargestellt und vom

  Motor 20 aus gesehen. in steigender Ziffernfolge

  mit i bis 6 bezeichnet. Der Drehsinn ist in Rich-

  tung des Pfeiles; also von der Motorseite aus ge-

  sehen, rechtsläufig angenommen. D0.e zwischen den

  Lagern 7 und 8 befindlichen Exzenter i bis 3 sind

  um i2o° gegeneinander versetzt und bilden die An-

  triebsgruppe A, die in, sich ausgewuchtet ist. Die

  andere Antriebsgruppe B besteht aus den :ebenfalls

  um 120° gegeneinander versetzten. Exzentern 4 bis 6,

  die zwischen den, Lagern 8 und 9 angeordnet sind,

  und ist ebenfalls in sich ausgewuchtet. Trotz der

  Auswuchtung bleibt jedoch bei jedem der beiden

  Systeme ein Restdrehmoment übrig, dessen Vektor

  senkrecht zur Welle i o wirkt. Mit Rücksicht auf

  einen ruhigen Lauf des Gerätes wird man bestrebt

  sein, die beiden von den Gruppen A und B her-

  rührenden Restmomente möglichst in Gegenphase

  zu bringen, damit :sie über die Welle i o einander

  entgegenwirken und sich dadurch in ihrer Wirkung

  nach außen auf das Gestell und die Fundamente

  des Gerätes möglichst weitgehend .aufheben. Zu

  diesem Zweck werden gemäß Fig. i und 2 von den

  Antriebsmitteln i bis 6 .je zwei, die zu verschiede-

  nen GruppenA und B gehören und, von der Welle

  i o aus gesehen, in. der gleichen Radialebene liegen,

  so .angeordnet, daß sie zum Mittellager 8 symme-

  trisch liegen. Vom Mittellager 8 Hauserhalten also

  die Exzenter 3 und 4 die Ordnungszahl I und liegen

  in der gleichen Radialebene;ebenso die Kontakte 2

  und 5 mit der Ordnungszahl 11, deren gemeinsame

  Radialebene um i 2o° gegen die erste versetzt ist,

  und endlich die Exzenter i und 6 mit der Ordnungs-

  zahl III, deren gemeinsame Radialebene um wei-

  tere i 2o' versetzt ist. Beim Blick in. Richtung der

  Wellenachse ergibt sich dann das Bild nach Fig. 2.

  Bei :der Drohung ergibt sich für die Exzenter der

  Gruppe A die Reihenfolge 1, 2, 3 (steigende Ziffern).

  Ein, solches System wird im folgenden als rechts-

  läufig bezeichnet. Im System B dagegen ist die

  Reihenfolge bei der Drehung 6, 5, 4 (fallende Zif-

  fern). Dieses System ist linksläufig, und die beiden

  Systeme A und B nach Fig. i und 2 sind somit

  gegenläufige Systeme. Es ist ohne weiteres klar,

  daß die Vektoren :der obenerwähnten Restmomente dieser beiden gegenläufigen Systeme in jedem Augenblick in einer gemeinsamen Radialebene zur Welle iö liegen und gleichen Abstand vom Mittellager 8 haben, so daß sie sich gegenseitig vollständig aufheben.
• Die Fig. 3 und 4 zeigen dasselbe für zwei gleichläufige Antriebssysteme. Die Exzenter der Gruppe A haben die gleiche Stellung zueinander wie in Fig. i. Sie erhalten diesmal, vom Endlager 7 aus gesehen, die Ordnungszahlen I (1), 1I (2) und III (3). Die Exzenter :der Gruppe B :erhalten vom Mittellager 8 aus in gleicher Richtung fortschreitend dieselben Ordnungszahlen I (4), I I (5), 111 (6). Damit sich die Restmomente der beiden Gruppen vollständig kompensieren, müssen die beiden Exzenter i und 4, welche die gleiche Ordnungszahl I haben, um i 8o° gegeneinander versetzt liegen, ebenso die Exzenter 2 und 5 mit der Ordnungszahl. II und schließlich auch die Exzenter 3 und 6 mit der Ordnungszahl III. Es ergibt sich also, in Achsrichtung gesehen, das Bild nach Fig. 4, in welchem die Gruppe A mit ausgezogenen Linien und die Gruppe B mit gestrichelten Linieneingetragen ist.
• Sollen die beiden Umform-ersysteme zwecks Erzielung einer zwölfphasigen Welligkeit eine Phasenverschiebung von 30° gegeneinander aufweisen, so ist ein vollständiger Ausgleich der Restmomente, der um den gleichen Winkel gegeneinander verdrehten Antriebsgruppen nicht mehr möglich. Das freie Moment kann jedoch bei ungünstiger Anordnung viermal so groß werden wie bei der günstigsten Anordnung. Die letztere wird erzielt, wenn man, von denAnordnungen nach den Fig. i bis 4 ausgehend, die eine Gruppe um 3o° gegenüber der anderen. Gruppe versetzt. Eine derartige Anordnung ist für zwei gleichläufige Antriebsgruppen in den Fig.5 und 6 mit Nacheilung der Gruppe B und in den Fig. 7 und 8 mit Voneilung der Gruppe B dargestellt. Die Exzenter i und 4 beispielsweise liegen hier, von der Welle aus gesehen, in entgegengesetzten Raumsektoren, wie in Fig. 6 und 8 durch gestrichelte Schraffur angedeutet.
• In. an sich bekannter Weise kann von jedem Exzenter entweder beispielsweise nach Fig.9 ein Kontakt i i oder nach Fig. io ein Paar in Gegentakt arbeitender Kontakte i i, 12 angetrieben werden. Beim Antrieb je eines Kontaktes nach Fig.9 kann durch die Anordnung nach Fig. 3 und 4 eine Vollwellenumformung erzielt werden, indem beispielsweise :durch die Kontakte der Gruppe A die positivem. und durch die Kontakte der Gruppe B die negativen Halbwellen umgeformt werden. Mit dem Getriebe nach Fig. i o, welches einen an einen Exzenterpleuel allgelenkten und um einen ruhenden Drehpunkt 23 schwingenden dreiarmigen Hebel 19 aufweist, mit dem die Öffnungsbewegung auf die Kontakte i i und 12 wechselweise in gleicher Richtung übertragen. wird, kann jede Kontaktgruppe für sich -eine Vollwelllenumformung durchführen.
• Kontaktgeräte mit einem solchen Getriebe sind in den Fig. i i und 12 in der Draufsicht schematisch dargestellt und mit 14 bezeichnet. Nach Fig. I1 ist jedes der zu einem Exzenter i bis 6 gehörenden Kontaktpaare i i, 12 an eine der Sekundärklemmen eines Transformators 13 angeschlossen. Der Umformer kann natürlich auch unmittelbar an einen Generaroor mit sechs Ausgangsklemmen angeschlossen sein. Damit sich die äußeren Verbindungsleitungen nicht kreuzen, müssen die Klemmen in zwei getrennten Direhstromgruppen U1, V1, W1, U2, V2, W2 angeordnet sein. Sind die beiden Antriebsgruppen gleichläufig, also z. B. gemäß den Fig. 3 bis 8 angeordnet, so wird vorteilhaft auch die örtliche Reihenfolge der Phasen in den beiden Klemmengruppen gleichgerichtet und gleich gewählt, wie in Fig. i i und 12 angegeben ist. Bei gegenläufigen Systemen, z. B. gemäß Fig. i und 2 und bei den hiervon durch Verdrehung um 3o° abgeleiteten Anordnungen muß die örtliche Reihenfolge der Phasen zur Tramsfotrnlatormitte symmetrisch sein, wie Fig. 2 i zeigt. Bei Beachtung dieser Regeln werden Leitungskreuzungen auch innerhalb der Systeme vermieden. In jeder Verbindungsleitung eines Kontaktpaares mit dem Transformator 13 ist nach Fig. i i eine Schaltdrossel 21 angeordnet, deren Kern beim Nennstromwert hochgesättigt ist und in der Nähe des Stromnullwertes durch seine sprunghafte Entsättigung eine die Unterbrechung erleichternde stromschwache Pause verursacht. Der Schaltdrosselkern kann vorteilhaft mit Wechselstrom derart vormagnetisiert sein, daß die stromschwache Pause jedesmal vor dem Stromnulldurchgang eintritt, wodurch insbesondere in Verbindung mit einer die Trennstrecke überbrückenden Parallelkapazität der Anstieg der wiederkehrenden Spannung verzögert werden kann. Gegenüber dieser Schaltung, in der die Schaltdrosseln während einer Periode in beiden Richtungen vom Strom durchflossen werden, kann der Belastungsbereich durch eine Schaltung gemäß Fig. 12 erweitert werden, in der die Zuleitungen zu den Kontakten i i und 12 eines Paares sich unmittelbar hinter dem Transformator verzweigen, so d;aß jedem Kontakt i i eine Schaltdrossel 21 und jedem Kontakt i 2 eine besondere Schaltdrossel 22 zugeordnet ist, wobei die Leitungen zu den Kontakten 12 vorteilhaft über das Gerät hinweg oder unter ihm hindurchgeführt werden. In dieser Schaltung wird jede Schaltdrossel nur in einer Richtung von pulsierendem Strom durchflossen. Die Vormagnetisierung (kann hier unter Umständen mittels Gleichstrom erfolgen. In den beiden Anordnungen nach Fig. i i und 12 können die Gleichstromzuführungen 15 bis 18 beispielsweise senkrecht zu den D,rehstromzuführungsleitungen unter- oder oberhalb der letzteren in das Gerät hineingeführt und mit kurzem Ansatzstücken zu den einzelnen Kontaktstellen hin verzweigt sein.
• Sollen die beiden. Umformersysteme parallel geschaltet werden, so kann. dies am einfachsten dadurch geschehen, daß die Schienen 15 und 17 durchgehend miteinander verbunden werden, und ebenso die Schienen. 16 und 18. Zu diesem Zweck sind, damit .die Schienen, 15 und 17 gleiche Polarität besitzen und Kreuzungen der Verbindungsleitungen vermieden werden, bestimmte Regeln bezüglich Schaltung bzw. der Phasenlage der beiden sekundärem: Wicklungssysteme des Transformators 13 zu beachten. Nacheilung der Exzentergruppe B (Fig. 5 und 6) entspricht beispielsweise der Schaltung Stern U1, V1, Wl/Dmeieck U2, V2, W2 mit entgegengesetzter Richtung der Vektoren einer Phase gemäß Fig. 13 und 14. Eine Vertauschung der Wicklungsenden eines der beiden Systeme, z. B. U1, V1, W1 gemäß Fig. 15 und 16 mit gleicher Richtung der Vektoren gleicher Phasen ergibt eine Vertauschung der Polarität der zugehörigen Gleichstromschienen 15 und 16. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die beiden Systeme in Reihe geschaltet werden sollen, weil dann z. B. die Schienen 15 und 17 durchlaufend miteinander verbunden und die Gleichstromzuleitungen an die Klemmen 16 und 18 geführt werden können. Voreilung der ExzentergruppenB (Fig.7 und 8) entspricht der Schaltung Stern U2, V2, W2/ Dreieck U1, V1, W1 mit entgegengesetzter Richtung der Vektoren gleicher Phasen gemäß Fig. 17 und 18, vorzugsweise für Parallelschaltung geeignet, und mit gleicher Richtung der Vektoren gleicher Phasen gemäß Fig. i 9 und 2o, vorzugsweise für Reihenschaltung ,geeignet. An Stelle von Sterndreieckschaltungen können natürlich ,auch Phasenkombinationsschaltungen, wie Zickzack-, Gabel- und Polygonschaltungen treten, deren resultierende Spannungsvektoren an den gleichen Punkten endigen, wie diejenigen der dargestellten Sterndreieckschaltungen.
• Durch Drehung sämtlicher Vektoren. um einen beliebigen Winkel, beispielsweise durch zyklische Vertauschung sämtlicher Klemmen oder durch Vertauschung von Anfang und Ende sämtlicher Wicklungen ändert sich grundsätzlich nichts, da dies lediglich einer Drehung der Welle um einen entsprechenden Winkel, z. B. um 120, 2qo bzw. 18o° gleichkommt und somit keine Vertauschung von Verbindungsleitungen oder Anschlüssen, welche Leitungskreuzungen zur Folge haben würde, erfordert. Aus vorstehenden Regeln für gleichläufige Antriebsgruppen können entsprechende Schaltungsregeln für gegenläufige Antriebsgruppen und symmetrisch angeordnete Klemmensysteme ohne und mit gegenseitiger Phasenverschiebung leicht abgeleitet werden. Wird z. B., ausgehend von der Anordnung nach Fig. i und 2, die Gruppe B um 30° vor- oder rückwärts gegenüber A verdreht, so liegen die Exzenter 3 und q. mit der Ordnungszahl I, von der Welle aus gesehen, im gleichen Raumsektor, ebenso die Exzenter 2 und 5 (1I) und die Exzenter i und 6 (11I). D;ie Verbindungen mit den Klemmen des Transformators gemäß Fig.2I verlaufen dann ohne jede Kreuzung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. D,mehstromumformeranordnung mit mechanischen Kontakten, deren Anzahl durch sechs teilbar ist und die von sechs auf einer Welle nebeneinander angeordneten exzentrischen Antriebsmitteln abwechselnd geschlossen und ge-Zffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der an den. Enden (7 und 9) und in der Mitte (8) gelagerten Welle (io) zwischen. je zwei Lagerstellen (7 und 8 bzw. 8 und g) eine Gruppe (A bzw. B) von drei um 12 o° gegeneinander versetzten Antriebsmitteln (i bis 3 bzw. 4 bis 6) angeordnet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von den Antriebsmitteln (i bis 6) je zwei (i und 6 bzw. 2 und 5 bzw. 3 und q., Fig. i und 2), die zu verschiedenen Gruppen (A und B) gehören und, von der Welle (io) aus gesehen, im gleichen Raumsektor, beispielsweise in der gleichen Radialebene oder um 30° gegeneinander versetzt, liegen, vom Mittellager (8) aus gezählt die gleiche Ordnungszahl (I bzw. I I bzw. I I I) haben.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von den Antriebsmitteln (i bis 6) je zwei (i und 4. bzw. 2 und 5 bzw. 3 und 6, Fig.3 bis 8), die zu verschiedenen Gruppen (A und B) gehören und, von der Welle aus gesehen, in entgegengesetzten Raumsektoren, beispielsweise um i 8o oder um i 5o bzw. 2 i o° gegeneinander versetzt, liegen, vom Endlager (7) in der Gruppe (A) und vom Mittellager (8) in der anderen Gruppe (B) in gleicher Richtung gezählt die gleiche Ordnungszahl (I bzw. II bzw. III) haben. q.. Anordnung nach Anspruch 2 mit einem Transformator mit zwei Gruppen von je drei Klemmen zum Anschluß des Umformers, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Reihenfolge der Phasen zur Transformatormitte symmetrisch ist (Fig.2i). 5. Anordnung nach Anspruch 3 mit einem Transformator mit zwei Gruppen von je drei Klemmen zum Anschluß des Umformers, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Reihenfolge der Phasen in. beiden Gruppen gleich-,gerichtet und gleich ist.