DEP0004175DA

DEP0004175DA - Device for controlling a contact converter

Info

Publication number: DEP0004175DA
Authority: DE
Original assignee: LICENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH, Hamburg
Publication date: 1950-09-21

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.As a rule, contact converters require that the DC voltage obtained can be regulated. For this it is necessary that certain parts of the alternating voltage phase are controlled by the transmission to the direct current side of the converter, which means that the periodic switch-on duration of the converter contacts must be made variable. The modulation may only take place on the switch-on side of the alternating voltage phase, while the contact opening must always take place on the zero line of the alternating voltage phase so that the contacts can be opened without sparking.

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.The variability of the contact closure duration is achieved in the older designs by a certain conicity of the eccentric running surface, in newer designs by an adjustment of the fixed contact halves against their oscillating counter-contact halves. In both cases, in addition to postponing the switch-on time, the switch-off time is also postponed by the same amount, in other words: If the switch-on is delayed, the reopening occurs prematurely by the same amount of time, i.e. at a time at which the AC voltage curve does not yet match the Has reached the zero line. One can help against this by either using a phase shifter which is connected upstream of the converter on the AC voltage side, or by shifting the stator of the converter’s geared motor. Two manipulations are therefore required to regulate the DC voltage.

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 the device according to the invention, the voltage regulation is possible with a single movement, to an extent that extends down to the zero value of the direct voltage. This is done according to the invention in that the control of the alternating voltage phase takes place automatically with the readjustment of the stator of the drive motor or phase shifter, in such a way that the contact opening takes place with each set control at the time of the zero crossing of the alternating voltage phase.

In den Zeichnungen ist in Fig. 1 - 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawings, an embodiment of the invention is shown schematically in FIGS. 1-4.

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.Let us first consider FIG. 1, which shows schematically the processes of the contact movements on the converter. The three phases R, S, T of the secondary side of the transformer lead via the three connecting chokes A in the known bridge circuit to the contacts T, S, R on the plus side of the contact converter or the contacts W, V, U on the minus side of the converter. On the DC side, contacts T, S, R are connected to the plus busbar and contacts W, V, U are connected to the minus busbar. The resistor R placed between the DC busbars serves as the base load resistor for the converter.

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.To the right of the circuit diagram, the positions of the three tappets T-W, S-V and R-U are shown in correspondence with the drawn instantaneous position of the voltage vectors on the transformer.

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.The three plungers are pale in length and move between the contacts in a horizontal reciprocating direction, with the contacts T, S, R on the plus side in the corridor to the right and the contacts W, V, U in the corridor to the left Open the minus side. The total stroke in one direction corresponds to the distance a in FIG. 1. The length of each ram is equal to the distance b, that is, equal to the distance between the center lines of the two stroke distances a. If the distance c between the dividing lines T of the contact groups is made equal to the distance b, the closing time of each contact becomes equal to the opening time, i.e. equivalent to a / 2. In this case, each contact would be closed during the entire half cycle of its AC voltage phase and open during the next half cycle, namely then the T, S, R contacts in the plus range of their phase are closed, but the W, V, U contacts in the minus range. Since the phases T, S, R are offset from one another by 120 °, the plungers are also offset from one another accordingly.

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.However, FIG. 1 shows a modulation of the phases by 30 °, ie (see FIG. 2) each phase is only switched on in the ascending part of the plus side 30 ° after the zero line has been crossed and correspondingly in the descending part of the minus side 30 ° after falling below the zero line.

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.This so-called modulation is achieved in that the contact dividing lines are shifted against each other so that they lie at T'-T '(see FIG. 1). The distance d between T'-T 'is therefore smaller than b. The angle of displacement O-Z-M is equal to 30/2 - 15 ° considering that it occurs twice in the course of one cycle (one rotation of the crankshaft). The consequence of this shift is that the individual contacts are now only closed for 150 ° of a cycle (shown hatched) and 210 ° of a cycle remain open. In the circle diagrams on the right-hand side of FIG. 1, the instantaneous positions of the voltage vectors are shown, and underneath the corresponding instantaneous positions of the contacts. For each vector position within a cycle, the corresponding contact position can be found by simply plumbing downwards. The directions of movement of the plungers for each instantaneous position of the voltage vectors can be determined from the diagram just as easily.

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.Just as a 30 ° modulation is shown in FIG. 1, any other modulation can be shown schematically. For example, if the device were to be controlled by 180 °, the distance between the contact dividing lines T'-T 'would only be b-a, i.e., however, the plungers would then only come into point contact with the contacts. The DC voltage would be fully controlled, i.e. equal to zero.

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.Each modulation therefore requires a position shift of the contact systems on both sides of the plunger. The opening travel of the contacts is equal to a / 2 when c is made equal to b. If the contact separating lines are offset from one another, i.e. if c is made smaller than b, the contact opening path increases, but the contact closure duration becomes shorter.

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.With each offset (modulation) there must also be a corresponding shift in the phase position, because otherwise the contact opening would not take place at the time of the zero crossing of the alternating voltage. The required shift is equal to (alpha) / 2 if (alpha) is the angle of the modulation.

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 den3 shows a longitudinal section through the transmission. At 1, the motor attacks and rotates shaft 2 synchronously with the number of periods of the alternating voltage. The toothed spur gears 3 transmit this rotation to the crankshafts 4a to 4d by means of identical spur gears 5. The crankshaft is therefore composed of four parts. In the

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.Gaps between the parts move the three scenes 6. The crank pins 7, which each connect two parts of the drive shaft at the front, serve to push them back and forth. These crank pins are offset by a certain amount e from the core axis of the crankshaft (see Fig. 4), in addition, the three crank pins are distributed among themselves in view of the crankshaft cross-section at an angular distance of 120 °, corresponding to the phase spacing of the alternating voltage . Each crank pin thus rotates around the core axis of the drive shaft with the radius vector e and gives the link the stroke 2 e. The movement is transmitted via the roller 8, which sits on each crank pin and which rolls within the window 9 of the backdrop. Finally, the scenes carry the tappets 10 made of insulating material on both sides.

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.If the setting moves to the right (FIG. 4), the right part of the plunger hits the contact 11, 12 by moving the contact half 12, which is rotatably arranged at 15 on the stem 16, away from the stationary contact half 11. In the left turn of the backdrop, the contact 13, 14 is opened in a corresponding manner. The return of the moved contact half into the closed position is provided by a contact compression spring 17 to the extent that the retracted plunger releases the contact piece.

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.The contact systems arranged on both sides of the gate are each mounted on a horizontally displaceable frame 18, 19. The fixation of their position or their change in position is carried out by the rotatable cam 20. This engages in tongues 21, 22 of the frames 18, 19 and, in the position shown, fixes e.g. a position of the two contact systems in which both contacts are just closed. With the slightest movement of the backdrop to the right or left, however, the contact of the right or left system opens. In this position of the contact systems, the contact closing time is equal to the contact opening time, compared with the diagram in FIG. 1, the contact separating lines T are at a distance b; so they lie on the center lines of the two stroke lengths a. But if the cam 20 is rotated counterclockwise, the two contact systems are moved towards each other, with the result that the movable contact halves 12, 14 are pushed out of their contact position with their mating contacts, by virtue of the constant length of the plunger. This shortens the closing times of the contacts during a cycle, and in both systems by the same amount. The angle of rotation of the cam corresponds to half the angle of the control achieved if the radius vector of the cam 20 has the same dimension e as the offset of the crank pin 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.The cam 20 is actuated with the setting lever 23. The setting is done manually, but can also be done automatically, for example by means of a high-speed liquid regulator or the like. respectively. The set control angle or - depending on the selection and calibration - also the set DC voltage can be read off the scale 24. The setting lever engages the cam 20 via a gear reduction gear 25, 26. The reason is that the angle of rotation on the setting lever is increased in relation to the angle of rotation of the cam in order to obtain a more precise reading on the scale. In order to prevent the contact systems from edging during the control, a second, identical cam guide is provided on the opposite side of the control frame, which is coupled to the setting lever by the transmission shaft 27.

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.As already explained earlier, with the modulation to a certain angle, the phase position must also be adjusted by the same angle. In the subject matter of the invention, this inevitably occurs with the setting in the following way: The lever 28 (FIG. 3) is, as can be seen, rotated by the same angle with each setting as the cam 20, since its axis of rotation is identical to that of the cam. With the help of this lever 28, which carries a tooth segment (not shown) at the head end, which engages in a corresponding tooth segment on the rotatable stator of the drive motor, the stator of the motor is at the same angle or, if it is a multi-pole motor, by rotated an equivalent angle and thus shifted the phase position of the motor.

Claims

1.) Device for controlling a contact converter, characterized in that the modulation of the alternating voltage phase takes place automatically with the readjustment of the stator of the drive motor or phase shifter, in such a way that the contact opening takes place at each modulation set at the time of the zero crossing of the alternating voltage phase.

2.) Device according to claim 1, characterized in that the drive of the contacts is carried out by a crankshaft by means of each crank pin surrounding link, which executes a horizontal reciprocating movement and actuates two contacts arranged on both sides by means of a plunger.

3.) Device according to claim 1 and 2, characterized in that all contact systems are arranged on a horizontally displaceable frame (18, 19), the change in position takes place by means of a rotatable cam 20.

4.) Device according to claim 1 to 3, characterized in that the angular rotation of the cam (20) corresponds to half the angle of the modulation achieved.

5.) Device according to claim 1 to 4, characterized in that the cam (20) with an adjusting lever (23) or the like. adjusted and the resulting control angle or the set DC voltage can be read directly on a scale (24).

6.) Device according to claim 1 to 5, characterized in that a lever (28) is provided to change the phase position according to the respective set control angle, which is coupled to the cam (20) and rotates the stator of the drive motor accordingly.