DEP0004175DA - Vorrichtung zur Steuerung eines Kontaktumformers - Google Patents

Description

In der Regel wird von Kontaktumformern gefordert, daß die erhaltene Gleichspannung regelbar ist. Dazu ist es notwendig, daß bestimmte Teile der Wechselspannungsphase von der Übertragung auf die Gleichstromseite des Umformers ausgesteuert werden, das bedeutet, daß die periodische Einschaltdauer der Umformerkontakte veränderlich gemacht werden muß. Die Aussteuerung darf aber nur auf der Einschaltseite der Wechselspannungsphase erfolgen, während die Kontaktöffnung allemal auf der Nullinie der Wechselspannungsphase zu erfolgen hat, damit ein funkenfreies Öffnen der Kontakte ermöglicht wird.

Die Veränderlichkeit der Kontaktschlußdauer wird bei den älteren Konstruktionen durch eine gewisse Konizität der Exzenterlauffläche erreicht, bei neueren Konstruktionen durch eine Verstellung der feststehenden Kontakthälften gegen deren schwingende Gegenkontakthälften. In beiden Fällen wird neben der Verlegung des Einschaltzeitpunktes auch der Ausschaltzeitpunkt um das gleiche Maß verlegt, mit anderen Worten: Erfolgt die Einschaltung verspätet, so tritt die Wiederöffnung um das gleiche Zeitmaß verfrüht ein, also zu einem Zeitpunkt, in dem die Wechselspannungskurve noch nicht die Nullinie erreicht hat. Man hilft sich hiergegen, indem man entweder einen Phasenschieber benutzt, der dem Umformer auf der Wechselspannungsseite vorgeschaltet wird, oder man verschiebt den Stator des Getriebemotors des Umformers. Es sind also zwei Manipulationen zur Regelung der Gleichspannung erforderlich.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Spannungsregelung mit einem einzigen Handgriff möglich, und zwar in einem Umfang der bis auf den Nullwert der Gleichspannung herunterreicht. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Aussteuerung der Wechselspannungsphase automatisch mit der Nachstellung des Stators des Antriebsmotors oder Phasenschiebers erfolgt, in der Weise, daß die Kontaktöffnung bei jeder eingestellten Aussteuerung im Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselspannungsphase stattfindet.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 - 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Es sei zunächst Fig. 1 betrachtet, welche die Vorgänge der Kontaktbewegungen am Umformer schematisch aufzeigt. Die drei Phasen R, S, T der Sekundärseite des Transformators führen über die drei Anschaltdrosseln A in der bekannten Brückenschaltung zu den Kontakten T, S, R auf der Plus-Seite des Kontaktumformers bzw. den Kontakten W, V, U der Minus-Seite des Umformers. Gleichstromseitig sind die Kontakte T, S, R an die Plus-Sammelschiene und die Kontakte W, V, U an die Minus-Sammelschiene angeschlossen. Der zwischen die Gleichstrom-Sammelschienen gelegte Widerstand R dient als Grundlastwiderstand für den Umformer.

Rechts neben dem Schaltbild sind die Stellungen der drei Stössel T-W, S-V und R-U in Korrespondenz zu der gezeichneten Augenblicksstellung der Spannungsvektoren am Transformator dargestellt.

Die drei Stössel haben bleiche Länge und bewegen sich zwischen den Kontakten in horizontaler hin- und hergehenden Richtung, wobei sie im Gang nach rechts die Kontakte T, S, R der Plus-Seite und im Gang nach links die Kontakte W, V, U der Minus-Seite öffnen. Der gesamte Hub in einer Richtung entspricht der Strecke a in Fig. 1. Die Länge jedes Stössels ist gleich der Strecke b, also gleich dem Abstand der Mittellinien der beiden Hubstrecken a. Wird der Abstand c zwischen den Trennungslinien T der Kontaktgruppen gleich der Strecke b gemacht, so wird die Schließzeit jedes Kontaktes gleich der Öffnungszeit also äquivalent a/2. In diesem Falle würde jeder Kontakt während der ganzen Halbwelle seiner Wechselspannungsphase geschlossen sein und während der nächsten Halbwelle geöffnet, und zwar sind dann die T, S, R-Kontakte im Plus-Bereich ihrer Phase geschlossen, die W, V, U-Kontakte aber im Minus-Bereich. Da die Phasen T, S, R um 120° gegeneinander versetzt sind, sind auch die Stössel untereinander entsprechend versetzt.

Die Fig. 1 zeigt aber eine Aussteuerung der Phasen um 30°, d.h. (vgl. Fig. 2) jede Phase wird im aufsteigenden Teil der Plus-Seite erst 30° nach Überschreiten der Nullinie eingeschaltet und entsprechend im absteigenden Teil der Minus-Seite 30° nach Unterschreiten der Nullinie.

Diese sogenannte Aussteuerung wird dadurch erreicht, dass die Kontakt-Trennlinien gegeneinander verschoben werden, so daß sie bei T'-T' liegen (Siehe Fig. 1). Der aBstand d zwischen T'-T' ist also kleiner als b. Der Winkel der Verschiebung O-Z-M ist gleich 30/2 - 15° unter Berücksichtigung der Tatsache, daß er im Verlauf eines Zyklus (einer Drehung der Kurbelwelle) zweimal auftritt. Die Folge dieser Verschiebung ist, daß die einzelnen Kontakte nunmehr nur noch 150° eines Zyklus (schraffiert gezeichnet) geschlossen sind und 210° eines Zyklus geöffnet bleiben. In den Kreisdiagrammen der rechten Seite der Fig. 1 sind die Augenblicksstellungen der Spannungsvektoren eingezeichnet und darunter die entsprechenden Augenblicksstellungen der Kontakte. Man kann für jede Vektorenstellung innerhalb eines Zyklus die entsprechende Kontaktstellung durch einfache Lotung nach unten finden. Ebenso leicht lassen sich die Bewegungsrichtungen der Stössel für jede Augenblicksstellung der Spannungsvektoren aus dem Diagramm ermitteln.

So wie in Fig. 1 eine 30°-Aussteuerung gezeigt wird, lässt sich jede andere Aussteuerung schematisch darstellen. Würde man z.B. das Gerät um 180° aussteuern, so wäre der Abstand der Kontakt-Trennlinien T'-T' nur noch b-a, d.h. aber, es käme dann nur noch zu einer Punktberührung der Stössel mit den Kontakten. Die Gleichspannung wäre ganz ausgesteuert, also gleich Null.

Jede Aussteuerung bedingt also eine Lageversetzung der Kontaktsysteme zu beiden Seiten der Stössel. Der Öffnungsweg der Kontakte ist gleich a/2, wenn c gleich b gemacht wird. Werden die Kontakttrennlinien zueinander versetzt, also c kleiner b gemacht, so vergrössert sich der Kontaktöffnungsweg, aber die Kontaktschlußdauer wird kleiner.

Bei jeder Versetzung (Aussteuerung) muß auch eine entsprechende Verschiebung der Phasenlage erfolgen, weil sonst die Kontaktöffnung nicht im Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselspannung erfolgen würde. Die erforderliche Verschiebung ist gleich (Alpha)/2, wenn (Alpha) der Winkel der Aussteuerung ist.

Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Getriebe. Bei 1 greift der Motor an und dreht die Welle 2 synchron mit der Periodenzahl der Wechselspannung. Die Zahn-Stirnräder 3 übertragen diese Drehung mittels gleicher Stirnräder 5 auf die Kurbelwellen 4a bis 4d. Die Kurbelwelle ist also aus vier Teilen zusammengesetzt. In den

Spalten zwischen den Teilen bewegen sich die drei Kulissen 6. Zu ihrem Hin- und Herschub dienen die Kurbelzapfen 7, die je zwei Teile der Antriebswelle stirnseitig verbinden. Diese Kurbelzapfen sind nämlich um ein bestimmtes Maß e aus der Seelenachse der Kurbelwelle versetzt (s. Fig. 4), ausserdem sind die drei Kurbelzapfen unter sich im Blick auf den Kurbelwelle-Querschnitt im Winkelabstand von 120°, entsprechend der Phasenabstände der Wechselspannung, verteilt. Jeder Kurbelzapfen rotiert also um die Seelenachse der Antriebswelle mit dem Radiusvektor e und erteilt dabei der Kulisse den Hub 2 e. Die Bewegungsübertragung erfolgt über die Rolle 8, die auf jedem Kurbelzapfen sitzt und die innerhalb des Fensters 9 der Kulisse abrollt. Die Kulissen schließlich tragen zu beiden Seiten die aus Isolierstoff bestehenden Stössel 10.

Geht die Kulisse nach rechts (Fig. 4), so stößt der rechte Teil des Stössels den Kontakt 11, 12 auf, indem die Kontakthälfte 12, die bei 15 drehbar auf dem Stiel 16 angeordnet ist, von der feststehenden Kontakthälfte 11 wegbewegt wird. Im Linksgang der Kulisse wird in entsprechender Weise der Kontakt 13, 14 geöffnet. Die Rückführung der bewegten Kontakthälfte in die Schließstellung besorgt eine Kontaktdruckfeder 17 in dem Maße, wie der zurückbewegte Stössel den Rückgang des Kontaktstückes freigibt.

Die zu beiden Seiten der Kulisse angeordneten Kontaktsysteme sind je auf einem horizontal verschiebbaren Gestell 18, 19 aufmontiert. Die Fixierung ihrer Stellung bzw. ihre Lageveränderung erfolgt durch den drehbaren Nocken 20. Dieser greift in Zungen 21, 22 der Gestelle 18, 19 ein und fixiert in der gezeichneten Stellung z.B. eine Lage der beiden Kontaktsysteme, in der gerade noch beide Kontakte geschlossen sind. Bei der geringsten Bewegung der Kulisse nach rechts oder links aber erfolgt die Öffnung des Kontaktes des rechten oder linken Systems. In dieser Lage der Kontaktsysteme ist die Kontaktschließungszeit gleich der Kontaktöffnungszeit, verglichen mit dem Schema auf Fig. 1 stehen die Kontakttrennlinien T im Abstand b; sie liegen also auf den Mittellinien der beiden Hubstrecken a. Wird aber der Nocken 20 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so werden dabei die beiden Kontaktsysteme zueinander bewegt, was zur Folge hat, daß die beweglichen Kontakt- hälften 12, 14 aus ihrer Berührungsstellung mit ihren Gegenkontakten herausgedrückt werden, vermöge der konstanten Länge der Stössel. Die Schließzeiten der Kontakte während eines Zyklus werden dadurch verkürzt, und zwar in beiden Systemen um den gleichen Betrag. Der Winkel der Verdrehung des Nockens entspricht dem halben Winkel der erzielten Aussteuerung, wenn der Radiusvektor des Nockens 20 das gleiche Maß e hat wie die Versetzung des Kurbelzapfens 8.

Der Nocken 20 wird mit dem Einstellhebel 23 betätigt. Die Einstellung erfolgt von Hand, kann aber auch automatisch, beispielsweise durch einen Flüssigkeitsschnellregler o.dgl. erfolgen. An der Skala 24 lässt sich der eingestellte Aussteuerungswinkel bzw. - je nach Wahl und Eichung - auch die eingestellte Gleichspannung ablesen. Der Einstellhebel greift über ein Zahnrad-Vorgelege 25, 26 an dem Nocken 20 an. Der Grund ist, daß der Drehwinkel am Einstellhebel gegen den Drehwinkel des Nockens vergrössert wird, um eine genauere Ablesung an der Skala zu erhalten. Um ein Kanten der Kontaktsysteme bei der Steuerung zu verhindern, ist auf der gegenüberliegenden Seite des Steuerungsgestelles eine zweite, gleiche Nockenführung vorgesehen, die durch die Übertragungswelle 27 mit dem Einstellhebel gekuppelt ist.

Wie früher schon erläutert wurde, muß mit der Aussteuerung auf einen bestimmten Winkel auch die Phasenlage um den gleichen Winkel verstellt werden. Dies geschieht bei dem Gegenstand der Erfindung zwangsläufig mit der Einstellung überhaupt auf folgende Weise: Der Hebel 28 (Fig. 3) wird wie ersichtlich, mit jeder Einstellung um denselben Winkel gedreht wie der Nocken 20, da seine Drehachse identisch ist mit der des Nockens. Mit Hilfe dieses Hebels 28, der am Kopfende ein Zahnsegment (nicht gezeichnet) trägt, welches in ein entsprechendes Zahnsegment am verdrehbaren Stator des Antriebsmotors greift, wird der Stator des Motors um denselben Winkel bzw., wenn es sich um einen mehrpoligen Motor handelt, um einen äquivalenten Winkel gedreht und somit die Phasenlage des Motors verschoben.

Claims (6)

1.) Vorrichtung zur Steuerung eines Kontaktumformers, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteuerung der Wechselspannungsphase automatisch mit der Nachstellung des Stators des Antriebsmotors oder Phasenschiebers erfolgt, in der Weise, daß die Kontaktöffnung bei jeder eingestellten Aussteuerung im Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Wechselspannungsphase stattfindet.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Kontakte durch eine Kurbelwelle mittels einer jeden Kurbelzapfen umgebenden Kulisse erfolgt, die eine horizontale hin- und hergehende Bewegung ausführt und mittels Stössel zwei zu beiden Seiten angeordnete Kontakte betätigt.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktsysteme auf einem horizontal verschiebbaren Gestell (18, 19) angeordnet sind, dessen Stellungsänderung mittels eines drehbaren Nockens 20 erfolgt.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeldrehung des Nockens (20) dem halben Winkel der erzielten Aussteuerung entspricht.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (20) mit einem Einstellhebel (23) o.dgl. verstellt und der damit erzielte Aussteuerungswinkel bzw. die eingestellte Gleichspannung unmittelbar an einer Skala (24) abgelesen wird.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Phasenlage entsprechend dem jeweils eingestellten Aussteuerungswinkel ein Hebel (28) vorgesehen ist, der mit dem Nocken (20) gekuppelt ist und den Stator des Antriebsmotors entsprechend dreht.