DE974307C

DE974307C - Arrangement for regulating the voltage of a contact converter connected to a step transformer

Info

Publication number: DE974307C
Application number: DE1948P0011364
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Tschermak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1960-11-17

Description

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Es sind Umformerlokomotiven bekannt, die zur Regelung der Spannung der Fahrmotoren mit gesteuerten Quecksilberdampfstromrichtern arbeiten. Diese haben den Vorteil, daß es sich um ruhende Einrichtungen handelt, daß die Spannung stetig regelbar ist und der Fahrmotor als einfacher Gleichstrommotor ausgebildet werden kann. Allerdings bringt die Anwendung von Quecksilberdampfgleichrichtern den Nachteil, daß Rückzündungen auftretenThere are known converter locomotives that are used to regulate the voltage of the traction motors with controlled Mercury vapor converters work. These have the advantage that they are dormant Facilities is that the voltage is continuously adjustable and the traction motor as a simple DC motor can be trained. However, it brings the use of mercury vapor rectifiers the disadvantage that re-ignition occurs

ίο können, daß der Gleichrichter temperaturempfindlich ist, daß die flüssige Kathode gegen Erschütterungen empfindlich ist und daß bei geringer Aussteuerung die Gefäßbeanspruchungen, der Blindleistungsbedarf und die Welligkeit ansteigen. Ferner muß bei Drehrichtungsumkehr und beim Übergang auf Wechselrichterbetrieb der Ankerkreis umgepolt werden.ίο can make the rectifier temperature sensitive is that the liquid cathode is sensitive to vibrations and that the Vessel loads, the reactive power requirement and the ripple increase. Furthermore, if the direction of rotation is reversed and the polarity of the armature circuit is reversed when switching to inverter operation.

Eine Verbesserung kann erreicht werden, wenn an Stelle des Ouecksilberdampfstromrichters ein mechanischer Stromrichter nach Art eines Kontaktumformers verwendet wird. Bei der Spannungsregelung durch Phasenverschiebung des Einschaltzeitpunktes tritt aber auch hier bei geringer Aussteuerung eine erhöhte Kontaktbeanspruchung, ein großer Blindleistungsbedarf und eine Erhöhung der Welligkeit ein. An improvement can be achieved if the mercury vapor converter is replaced by a mechanical one Converter is used in the manner of a contact converter. When regulating the voltage through However, the phase shift of the switch-on time also occurs here with a low level of control Contact stress, a large reactive power requirement and an increase in ripple.

Ähnlich dem bei gittergesteuerten Gleichrichtern bekannten Anschließen getrennt gesteuerter Anodensätze an Anzapfungen eines Stufentransformators könnte auch bei Verwendung der üblichen Kontaktumformer mit durch gemeinsamen mechanischen Antrieb gesteuerten Kontakten ein Stufentransformator für die Grobregelung der Spannung vorgesehen werden und die Feinregelung zwischen zwei Stufen durchSimilar to the connection of separately controlled anode sets known from grid-controlled rectifiers at taps of a step transformer could also be done with the use of the usual contact converter a step transformer with contacts controlled by a common mechanical drive for the coarse regulation of the voltage and the fine regulation between two stages

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Verstellen des Einschaltzeitpunktes der Kontakte erfolgen. Dann sind jedoch zur Stufenregelung besondere Stufenschalter für die einzelnen Transformatoranzapfungen erforderlich.Adjustment of the switch-on time of the contacts take place. Then, however, are to step control special step switches required for the individual transformer taps.

Derartige Lastschalter werden durch die Erfindung vermieden. Diese betrifft mithin eine Anordnung zur Regelung der Spannung eines an einen Stufentransformator angeschlossenen Kontaktumformers mit Schaltdrosseln zur Erleichterung der Unterbrechungsbedingungen und besteht darin, daß mehrere mechanische Kontakte, welche durch Ein- und Ausschaltimpulse gleicher Phasenlage steuerbar sind, einerseits mit einer gemeinsamen Schaltdrossel und andererseits mit je einer der verschiedenen Anzapfungen des Stufentransformators verbunden sind und je nach der Höhe der einzuregelnden Spannung durch die Steurung zur Wirksamkeit kommen. Kontaktumformer mit durch Ein- und Ausschaltimpulse von vorgeschriebener Phasenlage steuerbaren mechanischen Kontakten und mit Schaltdrosseln zur Erleichterung der Stromunterbrechung sind an sich bekannt. Bei diesen wird eine stromabhängige Kontaktöffnung durch eine entsprechende Abhängigkeit der Ausschaltimpulse erzielt. Auch die Steuerung des Einschalt-Zeitpunktes mit ruhenden Steuermitteln ist bekannt, wobei durch "Verschiebung der Phasenlage des Einschaltzeitpunktes die Spannung in ähnlicher Weise wie bei Quecksilberdampfgleichrichtern durch Verschiebung der Phasenlage des Zündzeitpunktes geregelt werden kann. Damit ist j edoch der Nachteil verbunden, daß bei geringer Aussteuerung, wenn also der Einschaltzeitpunkt gegenüber dem Nulldurchgang der Kommutierungsspannung um einen beträchtlichen Winkel verschoben ist, die Kontakte durch die an ihnen beim Einschalten vorhandene Spannungsdifferenz einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt sind. Ein weiterer Nachteil des Betriebes mit geringer Aussteuerung ist die hohe Blindleistungsaufnahme. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird von dieser Art der Spannungsregelung jedoch nicht oder nur in beschränktem Umfang Gebrauch gemacht, nämlich um die Spannung zwischen zwei Stufen des Stufentransformators zu regeln, während die Hauptregelung der Spannung in der Weise erfolgt, daß die an den verschiedenen Anzapfungen angeschlossenen Kontakte je nach der gewünschten Höhe der Spannung zur Wirksamkeit gebracht werden.Such load switches are avoided by the invention. This therefore concerns an arrangement for Control of the voltage of a contact converter connected to a step transformer Switching chokes to facilitate the interruption conditions and consists in that several mechanical Contacts which can be controlled by switch-on and switch-off pulses with the same phase position, on the one hand with a common switching throttle and on the other hand with one of the different taps of the Step transformer are connected and depending on the level of the voltage to be regulated by the control come into effect. Contact converter with switch-on and switch-off pulses of prescribed Phasing controllable mechanical contacts and with switching chokes for relief the power interruption are known per se. These have a current-dependent contact opening achieved by a corresponding dependency of the switch-off pulses. Also the control of the switch-on time with dormant control means is known, with "shifting the phase position of the switch-on time the voltage in a similar way to mercury vapor rectifiers by displacement the phase position of the ignition timing can be regulated. However, this has the disadvantage that at low modulation, i.e. when the switch-on time is compared to the zero crossing of the commutation voltage is shifted by a considerable angle, the contacts through the on them when Switching on the existing voltage difference are exposed to increased stress. Another The disadvantage of operating with low modulation is the high reactive power consumption. In the arrangement according to the invention, however, this type of voltage regulation is not or only to a limited extent Extent made use of, namely to increase the voltage between two stages of the step transformer regulate, while the main regulation of the voltage takes place in such a way that the various Taps connected contacts depending on the desired level of voltage to be effective to be brought.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung werden nicht nur die vorerwähnten Stufenschalter vermieden, sondern es wird auch die Zahl der Schaltdrosseln wesentlich verringert. Außerdem aber erlaubt die Verwendung der durch Ein- und Ausschaltimpulse gleicher Phasenlage gesteuerten Kontakte eine Umkehrung der Polarität sowie den Übergang zu Wechselrichterbetrieb. The arrangement according to the invention not only avoids the aforementioned tap changers, rather, the number of switching throttles is also significantly reduced. But it also allows Use of the contacts controlled by switch-on and switch-off pulses with the same phase position results in a reversal the polarity as well as the transition to inverter operation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Mit 1 bis 19 sind mechanische Kontakte bezeichnet, die durch Einschaltspulen E und Ausschaltspulen A gesteuert werden und an die Anzapfungen der Sekundärwicklungen 21 eines Transformators angeschlossen sind, dessen Primärwicklung 22 am Wechselstromnetz liegt und beispielsweise mit 15 kV/50 oder i6²/₃ Hz gespeist wird. Es ist vorgesehen, daß die Stufenspannungen e₃ untereinander gleich und ferner die Spannungen der Stufengruppen ^₁-J₈ und e₂_ ₁₉ einander gleich sind.An embodiment of the invention is shown in the drawing. With 1 to 19 mechanical contacts are designated, which are controlled by switch-on coils E and Ausschaltspulen A and 21 of a transformer are connected to the taps of the secondary windings, the primary winding 22 is located at the AC mains and, for example, 15 kV / 50 or i6 ^_2/3 Hz fed will. It is provided that the step voltages e _{3 are} equal to one another and, furthermore, the voltages of the step groups ^ ₁ -J ₈ and e ₂ _ ₁₉ are equal to one another.

Es übernehmen dabei die den Anschluß an die jeweils gewählten Transformatoranzapfungen herstellenden Schaltelemente mit ihren Ein- und Ausschaltspulen gleichzeitig auch die für die Gleichrichtung erforderlichen Schaltfunktionen. In dem Ausführungsbeispiel sind mit 23 der Fahrmotor und mit 24 die vier Schaltdrosselspulen bezeichnet. Es ist eine Doppelbrückenschaltung gewählt. Es sei angenommen, daß in der einen Spannungshalbwelle die Kontakte 1 und 18 geschlossen sind. In der anderen Spannungshalbwelle werden dann die Kontakte 2 und 19 geschlossen, auf welche der Strom nach einer gewissen Kommutierungszeit übergeht, worauf 1 und 18 wieder geöffnet werden. Zur Ersparnis von Anzapfungen sind die Kontakte 1 und 2 bzw. 18 und 19 nicht in der bei der Doppelbrückenschaltung üblichen Weise zu derselben Anzapfung des Transformators geführt, sondern sind an verschiedene Anzapfungen angeschlossen. Es wird aber sowohl durch die Kontakte ι und 18 als auch durch die Kontakte 2 und 19 jeweils eine Spannung gleicher Höhe gleichgerichtet. Für den Anschluß der übrigen Kontakte gilt Entsprechendes. Um auf eine niedrigere Spannung überzugehen, wird durch eine Umschaltung der Steuerung die Impulsgabe auf weiter innen liegende Kontakte verschoben. Um z. B. den Kontakt 3 wirksam werden zu lassen, kann man innerhalb zweier aufeinanderfolgender Einschaltimpulse die Umschaltung der Steuerung vom Kontakt 1 auf den Kontakt 2 vornehmen, so daß die Stromlieferung nicht unterbrochen wird. Man kann aber auch den gerade arbeitenden Kontakt 1 in der Ausschaltstellung kurzzeitig festhalten und während dieser Zeit die Umschaltung vornehmen, z. B. mit Hilfe eines handbetätigten Kontrollers. Will man mehrere Kontakte gleichzeitig umschalten, also z. B. von den Kontakten 1, 2, 18 und 19 auf die Kontakte 3, 4, 16 und 17 übergehen, so kann man entsprechend verfahren. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Erregung der Ausschaltspulen durch Impulse, die vom Nulldurchgang des Stromes in der zugehörigen Schaltdrossel abhängig sind und die über ein Ventil 25 den Ausschaltspulen zugeführt werden. Es ist dabei, wie auch im Ausführungsbeispiel angedeutet, möglich, auch den nicht arbeitenden Kontakten ständig den Ausschaltimpuls zuzuführen. Der Einschaltimpuls erfolgt in Abhängigkeit von der Spannung (gesättigter Wandler 27 mit Vorschaltwiderstand 28 und Ventil 30), und zwar so, daß, wenn die Kontakte 2 und 19 geschlossen sind, die Kontakte 1 und 18 den Einschaltimpuls erhalten, sobald ihre Spannung gegenüber der Spannung der Kontakte 2 und 19 positiv ist. Durch einen Schalter 29 ist angedeutet, daß man diesen Einschaltimpuls wahlweise auf die Einschaltspulen geben kann, und zwar ist dies nur für die Einschaltspulen der Kontakte 1 und 3 dargestellt. Im übrigen ist die Steuerung nur schematisch dargestellt.It takes over the connection to the selected transformer taps Switching elements with their switch-on and switch-off coils are also used for rectification required switching functions. In the exemplary embodiment, the traction motor and with 24 denotes the four switching inductors. A double bridge circuit has been chosen. Suppose that contacts 1 and 18 are closed in one voltage half-wave. In the other Voltage half-wave, the contacts 2 and 19 are then closed, to which the current after a passes over a certain commutation time, whereupon 1 and 18 are opened again. To save Contacts 1 and 2 or 18 and 19 are taps not to the same tap of the transformer in the usual way with the double bridge circuit but are connected to various taps. But it is both through the contacts ι and 18 as well as through contacts 2 and 19 a voltage of the same level is rectified in each case. The same applies to the connection of the other contacts. To switch to a lower voltage, the control is switched over the impulses shifted to more internal contacts. To z. B. the contact 3 take effect to leave, you can switch over the Control from contact 1 to contact 2 so that the power supply is not interrupted will. But you can also hold the currently working contact 1 in the off position for a short time and during this time make the switch, z. B. with the help of a hand-operated Controller. If you want to switch several contacts at the same time, e.g. B. from contacts 1, 2, 18 and 19 pass to contacts 3, 4, 16 and 17, so one can proceed accordingly. In the exemplary embodiment, the opening coils are excited by pulses that are dependent on the zero crossing of the current in the associated switching throttle and the are fed to the disconnection coils via a valve 25. It is included, as in the exemplary embodiment indicated, possible to constantly apply the switch-off pulse to the non-working contacts. The switch-on pulse occurs depending on the voltage (saturated converter 27 with series resistor 28 and valve 30) in such a way that when contacts 2 and 19 are closed, contacts 1 and 18 receive the switch-on pulse as soon as their voltage compared to the voltage of contacts 2 and 19 is positive. A switch 29 indicates that this switch-on pulse can be selected on the closing coils, this is only for the closing coils of contacts 1 and 3 shown. Otherwise, the control is only shown schematically.

Zur besseren Ausnutzung der Transformatoranzapfungen kann man mit ungleichen Spannungshalbwellen arbeiten. Sind beispielsweise die Kontakte 1,For better utilization of the transformer taps, one can use unequal voltage half-waves work. For example, if the contacts are 1,

i8 und 2, 19 wirksam und will man auf eine geringere Spannung übergehen, so kann man die Kontakte 1 unwirksam und den Kontakt 3 wirksam machen. In der nächsten Stufe kann man den Kontakt 19 unwirksam und den Kontakt 17 wirksam machen, hierauf an Stelle des Kontaktes 2 den Kontakt 4 usw.i8 and 2, 19 effective and one wants to one lower voltage pass over, the contacts 1 can be ineffective and the contact 3 effective do. In the next step, contact 19 can be ineffective and contact 17 effective make, then contact 4 in place of contact 2, etc.

Wie bereits erwähnt, kann man auch durch Verschiebung des Zündzeitpunktes die Spannung zwischen zwei Stufen regeln, wenn dies erforderlich ist.As already mentioned, you can also adjust the voltage by shifting the ignition timing regulate between two levels if necessary.

Eine Umkehr der Polarität ist durch eine Verschiebung der Ein- und Ausschaltimpulse um i8o° zu erreichen. Bei laufendem Motor ergibt eine Senkung der gleichgerichteten Spannung unter die Motorspannung Wechselrichterbetrieb. Allerdings muß hierbei mit einer gewissen Aussteuerung gearbeitet werden, um eine einwandfreie Kommutierung zu gewährleisten. The polarity can be reversed by shifting the switch-on and switch-off pulses by 180 ° reach. When the motor is running, the rectified voltage drops below the motor voltage Inverter operation. However, you have to work with a certain level of control, to ensure perfect commutation.

W^Tie sich aus dem Schaltbild ergibt, wird nur eine Vielzahl von Kontakten verwendet, die vier Schaltdrosselspulen werden aber gemeinsam benutzt, so daß an Kosten gespart werden kann.W ^T ie from the diagram shows only a plurality of contacts used the four switching reactors but used together, so that can be saved on costs.

Die Erfindung ist für die Regelung eines Motors beschrieben, sie kann aber überall da angewendet werden, wo mit Hilfe eines Umformers und eines Stufentransformators eine Regelung vorgenommen werden soll.The invention is described for controlling a motor, but it can be used anywhere where a control is made with the help of a converter and a step transformer shall be.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for regulating the voltage of a contact converter connected to a step transformer with switching chokes to facilitate the interruption conditions, characterized in that several mechanical contacts, which can be controlled by switch-on and switch-off pulses of the same phase position, on the one hand with a common switching choke and on the other hand with one each of the various taps of the step transformer and come into effect depending on the level of the voltage to be regulated by the control.

2. Arrangement according to claim 1 for contacts in a double bridge circuit, characterized in that that the two contacts used to conduct current in one half-wave are connected to other taps are connected than the contacts used to conduct current in the other half-wave.

Considered publications:
German Patent Nos. 614180, 641259, 492, 686 918, 690 103, 708 906;
Reprint from BBC News, 1930, p. 1 rR-Rr Pr ¹⁰⁴¹ A To ,; f.

^ JB-DU vjT J, IOD.U.

For this purpose, 1 sheet of drawings