DE956533C

DE956533C - Mechanical switching converter (contact converter)

Info

Publication number: DE956533C
Application number: DES38082A
Authority: DE
Inventors: Michael Belamin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-03-11
Filing date: 1954-03-11
Publication date: 1957-01-17

Description

Mechanischer Schaltstromrichter (Kontaktumformer) Nach dem Hauptpatent werden die Schaltdrosseln eines Schaltstrotnrichters (Kontaktumformers) durch zwei Komponenten. so vaTmagnetisiert, daß seine Kontakte bei allen vorkommenden Betriebsbedingungen, d. b4 unabhängig von. der Belastung, von dem Aussteuerungsgrad und von der Höhe der speisenden Wechselspannung, praktisch stets spannungslos schalten,. Entsprechend der Kennlinie des Kernwerkstoffes der Schaltdirossel soll nach der Lehre das Hauptpatents eine von den beidem, Komponenten zumindest während, der Dauer des ungesättigten. Zustandes der Schaltdrossel unabhängig 'von den Betriebsverhältnissen konstant bleiben, die zweite Komponente soll der von. der Schaltdrossel während ihrer Ummagnetisierung er- zeugten Spannung verhältnisgleich senm Die Größe der beiden erwähnten Vormagnetisierungsanteile läßt sich aus der in Fig. i dargestellten: Kennlinie der Schaltdrossel ermitteln. Auf der Abszisse ist wie in Fig. i dies Hauptpatents die Soha,ltdrossel- spannung ep und auf der Ordinate der dazugehörige Magnetisierumgsstrom i, aufgetragen. Die Kenn- knie verläuft abgesehen, von dem erstem. Stück geriadlinig. Verlängert man den geradlinigen Teil bis zur Ordinatenachse, so ergibt sich aus. denn Ab- schnitt Ho der konstante Vormagnetisierungsanteil und aus dem Abschnitt He der spannungsabhängige Vormagnetisierungsanteil. Bei Spannungsregelung durch mechanische Teil- aussteuerung, d. h., durch Verzögerung-der Kontakt- schließung gegenüber denn Nulldurchgang der Kommutierungsspannung, besteht die Möglichkeit, das die Einschaltstufe schon vor der Kontaktschließung abläuft, wenn die resultierende Einschaltvormagnetisierung größer ist, als es dem in Fig. r eingetragenen statischen, Wert des Magnetisierungsstromes, i, entspricht. Es ist deshalb bereits. früher vorgeschlagen worden:, de. spannungsabhängigen Vormagnetisierungsanteil durch eine steuerbare Ventilanordnung erst kurz vor der Kontaktschließung einsetzen, zu lassen. Außerdem muß aber die konstante Komponente kleiner eingestellt werden, nämlich höchstens auf den Betrag der statischen Ummagnetisierung, entsprechend denn Anfangspunkt der Kennlinie gemäß Fig. r. Von diesem Punkte aus kann aber keine Gerade so gezogen, werden,, daiß sie in vielen, Punkten mit der wahren Kennlinie zusammenfällt, sondern; jede: derartige Gerade hat mit der wahren Kennlinie nur einen einzigen Schnittpunkt gemeinsam. Eine solche Ersatzgerade ist in Fig. r strichpunktiert eingetragen. Sie liegt zunächst unterhalb der Kennlinie. Das bedieu,tet, daß eine solche aus zwei Anteilen zusammengesetzte Einscha,ltvormagnetisierung im Gebiet voller Aussteuerung des. Schaltstromrichters zu niedrig ist. Erfindüngsgemäß wird eine bessere Anpassung. der Einschaltvormagnetisierung dadurch erzielt, daß den beiden, Vormagnetisierungsanteilen ein zusätzlicher spannungsabhängigerAnteil überlagert wird, dessen Wechselspannungsquelle eine gegenüber derjenigen des anderen. spannungsabhängigen Anteiles in der Phase voreilende Spannung aufweist. Dieser VoTmagnetisierungsanteil wird, ebenso wie der andere spannungsabhängige Anteil erst kurz vor der Kontaktschließung zur Wirkung gebracht. Infolge dieses verzögerten Einsatzes kann der zusätzliche Vormagnetisierungsianteil kein vorzeitiges Ablaufen der Einschaltstufe verursachen, jedoch liefert er wegen: seiner Phasenvoreilung im - Bereiche der vollen Aussteuerung etwa den Fehlbetrag an Magnetisüerungsstrom, der der Differenz zwischen der wahren, Kennlinie und. der sitrichpunktier teru Ersatzgeraden entspricht. Der Voreilwinkel wird @so groß gewählt, da:B der Zusatzanteil nach dem Zeitpunkt der Spannungsgleichheit der einander ablösenden, Phasen abnimmt. Vorteilhaft ist, damit bei weitgehender Teilaussteuerung die dritte Komponente nicht mit negativen Werten. im Vormagnetisierungskreise wirksam wird, im Stromzweig dier dritten Komponente ein elektrisches Ventil anzuordnen..Mechanical switching converter (contact converter) According to the main patent, the switching reactors of a switching converter (contact converter) are made up of two components. so vaTmagnetized that its contacts under all occurring operating conditions, i. b4 regardless of. the load, the degree of modulation and the level of the feeding AC voltage, practically always switch off the voltage. According to the teaching of the main patent, one of the two components should be one of the two components, at least during the duration of the unsaturated, according to the characteristic curve of the core material of the shifting diaphragm. The state of the switching throttle remains constant regardless of the operating conditions, the second component should be that of. the switching reactor during its magnetization reversal generated tension in proportion to the size of the two mentioned bias components can be derived from the shown in Fig. i: Characteristic curve the switching throttle. Is on the abscissa as in Fig. i of this main patent the Soha, throttle voltage ep and the associated one on the ordinate Magnetizing current i, plotted. The characteristic knee runs apart from the first. piece straightforward. If you lengthen the straight part up to the ordinate axis, it follows from. because ab- Ho cut the constant bias component and from section He the voltage-dependent one Bias component. With voltage regulation through mechanical partial modulation, i.e. by delaying the contact Closing compared to the zero crossing of the commutation voltage, there is the possibility that the switch-on stage runs before the contact closes if the resulting switch-on bias is greater than the static value of the magnetization current, i, entered in FIG. It is therefore already. previously proposed :, de. The voltage-dependent premagnetization component should only be used by a controllable valve arrangement shortly before the contact closes. In addition, however, the constant component must be set smaller, namely at most to the amount of the static reversal of magnetization, corresponding to the starting point of the characteristic curve according to FIG. From this point, however, no straight line can be drawn in such a way that it coincides with the true characteristic at many points, but rather; each: such straight line has only one point of intersection in common with the true characteristic. Such an equivalent straight line is shown in phantom in FIG. It is initially below the characteristic curve. This means that such a switch-on bias, which is composed of two components, is too low in the area of full modulation of the switching converter. According to the invention, there is a better adaptation. the switch-on bias is achieved by superimposing an additional voltage-dependent component on the two bias components, the alternating voltage source of which is one opposite that of the other. voltage-dependent portion in the phase has leading voltage. This voltage-magnetization component, like the other voltage-dependent component, is only brought into effect shortly before the contact closes. As a result of this delayed use, the additional pre-magnetization component cannot cause the switch-on stage to expire prematurely, but because of: its phase lead in the range of full modulation, it delivers approximately the shortfall in magnetization current that is the difference between the true, characteristic and. the punctuated teru equivalent straight line corresponds to. The lead angle is selected so large that: B the additional component decreases after the point in time at which the voltages of the alternating phases are equal. It is advantageous that the third component does not have negative values in the case of extensive partial modulation. In the bias circuit, it becomes effective to arrange an electric valve in the circuit branch of the third component ..

In Fig. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Gleiche Teile wie im Hauptpatent haben gleiche Bezugsziffern. Beiden, Figuren gemeinsam sind eine Wechselspannungsquelle i, z. B. die Sekundärwicklung eines Gleichrichtertrans.formaitors, eine Schaltdrossel 2 mit einer Hauptwicklung 3, ein. Kontakt 4 und eine gleichstromseitige Belastung 5. Die Schaltdrossel kann zur Erzeugung vom. Ausschaltstufen und Einschaltstufen dienen,. Die Einrichtungen für die Ausschaltvormagnetisierung sind der besseren Übersieht halber weggelassen. Sie können nach den. Ausführungsbeispielen des Hauptpatents ergänzt werden. Der konstante Anteil der Einschaltvormagnetisierung werde durch dien Wicklung 6 geliefert, die an eine Gleichspannen igsquelle oder, nach einem früheren, Vorschlag, in. Reihe mit einem Seirientransd.uktor an die speisendes Wechselspannung angeschlossen und gegebenenfalls durch eine mit Gleichstrom gespeiste zusätzliche Wicklung ergänzt sein kann. Auch für den spannungsabhängigen Hauptanteil wird eine bereits vorgeschlagene Anordnung gewählt. Nach Fig.2 ist zu diesem Zweck die Hauptwicklung 3 der Schaltdrossel 2 etwa in der Mitte angezapft. Von. hier verläuft der Stromkreis der Einschaltvormagnetisierung über eine gesteuerte Ventilanordnung 24 und einen Einstellwiderstand 23 zum kontaktseitigen Gleichstrompol der Umformungsanordnung. Für den Zusatzanteil ist ein Hilfstransformator 37 als Spannungsqu.elle vorgesehen, dessen Primärwicklung an einer beispielsweise durch Phasenkombination vom Gleichrichtertransformator abgezweigten voreilenden Wechselspannung liegt. Seine Sekundärwicklung liegt in Reihe mit einem Ventil 25 und einem Einstellwiderstand ^J in einem Hilfsstromzweige, der zum Widerstand 23 parallel geschaltet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die vom Hilfstransformätor 37 gelieferte Zusatzspannung nur in positivem Sinne wirksam werden kann. Die Anordnung ist nur für eine Phase dargestellt. Die anderen. Phasen, sind entsprechend zu. ergänzen, ebenso eine beliebige Antriebsvorrichtung für die Kontakte, wie sie für Kontaktumformer bekannt und geeignet ist, z. B. auch eine solche mit Synchronmotoren.Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in FIGS shown. The same parts as in the main patent have the same reference numbers. Both, Figures together are an alternating voltage source i, e.g. B. the secondary winding a rectifier transformer, a switching reactor 2 with a main winding 3, a. Contact 4 and a DC-side load 5. The switching reactor can to generate from. Switch-off levels and switch-on levels are used. The facilities For the sake of clarity, the switch-off bias has been omitted. You can search for the. Embodiments of the main patent are added. Of the constant portion of the switch-on bias is supplied by winding 6, to a source of equal voltage or, according to an earlier suggestion, in series connected to the feeding AC voltage with a Seirientransd.uktor and if necessary supplemented by an additional winding fed with direct current can be. One has already been proposed for the voltage-dependent main component Arrangement chosen. According to FIG. 2, the main winding 3 is the switching throttle for this purpose 2 tapped roughly in the middle. From. this is where the circuit of the switch-on bias runs Via a controlled valve arrangement 24 and a setting resistor 23 to the contact-side DC pole of the conversion arrangement. There is an auxiliary transformer for the additional portion 37 is provided as a voltage source, the primary winding of which is connected to an example leading branched off by phase combination from the rectifier transformer AC voltage is present. Its secondary winding is in series with a valve 25 and a setting resistor ^ J in an auxiliary current branch, which leads to resistor 23 is connected in parallel. This ensures that the auxiliary transformer 37 supplied additional voltage can only be effective in a positive sense. The order is only shown for one phase. The others. Phases are accordingly too. add to, as well as any drive device for the contacts as it is for contact converters is known and suitable, e.g. B. also one with synchronous motors.

In der Anordnung nach Fig. 3 ist für die beiden spannungsabhängigen Anteile der Eirnschaltvarmagnetisierung eine Hilfswicklung 2i auf der Schaltdrossel mit vorgesehen. Es ist ferner angenommen, däß die Kontakte 4 elektromagnetisch gesteuert werden: mittels einer Hilfswicklung 16, die, wie gleichfalls. bereits vorgeschlagen, in einem besonderen Steuerkreise aalgeordnet ist. Ferner ist eine; Hauptstromspule 2o- zur Erhöhung des Kontaktdruckes während der Stromübertragung am Schaltmagneten angebracht.In the arrangement according to FIG. 3, the two are voltage-dependent Shares of the Eirnschaltvarmagnetisierung an auxiliary winding 2i on the switching inductor provided with. It is also assumed that the contacts 4 are controlled electromagnetically are: by means of an auxiliary winding 16, which, as also. already proposed is organized in a special steering committee. Furthermore, one is; Main current coil 2o- to increase the contact pressure during power transmission on the switching magnet appropriate.

Durch. eine steuerbare elektrische Ventilanordnung 24 werden die beiden Hilfskreise für die spannungsabhängigen Anteile der Einschaltvormagnetisierung und für den, Steuerstrom gemeinsam gesteuert. Der erwähnte Vormagnetisierungskrens enthält außer, der Hilfswicklung 21 den. dhmit in Reihe liegenden, Widerstand a3 und ein elektrisches Ventil25. Letzteres bildet eineng Zweig einer elektrischen Weiche. Der andere Zweig wird von der Reihenschaltung eines Hilfstransformators. 37 und. eines Ventils 35 gebildet. Hierdurch wird die zusätzliche spannungsabhängige Komponente mittels einer vorafenden Wechselspannung in deal Voamagnetisierungskreis eingeblendet.By. a controllable electrical valve assembly 24 are the two Auxiliary circuits for the voltage-dependent components of the switch-on bias and for the control current controlled jointly. The mentioned bias kens contains except, the auxiliary winding 21 den. that is, in series with resistors a3 and a electric valve 25. The latter forms a branch of an electrical switch. The other branch is from the series connection of an auxiliary transformer. 37 and. a valve 35 is formed. This creates the additional voltage-dependent component faded in by means of an alternating voltage in the deal Voamagnetisierungskreis.

Der Stenerkreis. enthält in Reihe mit der Hilfswicklung 16 eine zusätzlicheGleichspannungsquelle, z. B. eine Batterie F7; deren. Zweck im Hauptpatent erläutert ist, einen Einstellwiderstand i9 und ein Venti126. Ein weiteres Venbi:136 kann, wie daxgestellt, angeordnet sein Es bewirkt eine Erhöhung des Steuerstromes in der Spule 16. Auch in dieser Darstellung sind die beiden: anderen Phasen. entsprechend zu ergänzen.The star circle. contains an additional DC voltage source in series with the auxiliary winding 16, z. B. a battery F7; whose. Purpose in the main patent is explained a setting resistor i9 and a Venti126. Another Venbi: 136 can, as shown above, It causes an increase in the control current in the coil 16. Also in this representation are the two: other phases. to be added accordingly.

Die Schaltstromrichter nach den Fig.2 und 3, an. denen die Erfindung beispielsweise erläutert wurde., sind in dreiphasiger Sternpunktschaltung angeordnet. Die Erfindung kann. aber auch bei anderen Schaltungsarten der Schaltstromrichter shnngemäß angewendet werden, was aus den genannten Figuren ohne weiteres abzuleiten ist.The switching power converter according to Figures 2 and 3, on. which the invention For example, was explained., Are arranged in three-phase neutral point connection. The invention can. but also with other types of switching of the switching power converter Accordingly, what can be readily deduced from the figures mentioned is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Mechanical switching converter with in series with the contacts lying premagnetized switching chokes, their premagnetization consists of a constant and a voltage-dependent portion, according to the patent 869 983, characterized in that the two are used to generate switch-on levels Premagnetization has an additional voltage-dependent component whose AC voltage source one voltage-dependent compared to that of the other Share in the phase leading voltage.

2. Switching converter according to Claim i, characterized in that to an in the voltage-dependent pre-magnification crescent arranged resistance element (resistor, dry rectifier) the Reühien: circuit an additional voltage source with advanced voltage and an electric valve is connected in parallel.

3. Schaltstromriehter according to claim i, characterized in that that too. an electrical one arranged in the voltage-dependent magnetization circuit Valve the series switching of an additional voltage source with leading voltage connected in parallel to an electric valve with the same flow direction (electric Soft).