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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 27. April 1954 Bekanntgemacht am 31. Oktober 1956Registration date: April 27, 1954. Advertised on October 31, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Es ist bekannt, Gleichstromkreise, die mit regelbarer Spannung betrieben werden sollen, z. B. Gleichstrommotoren, aus dem Wechseilstromnetz mit Hilfe von regelbaren Umspannern zu speisen. Ein vollkommenes Mittel, das eine stufenlose Regelung der Spannung ermöglicht, ist der Doppeldrehumspanner oder auch der Einfachdrehumspanner in Verbindung mit einer festen Spannung, zu der die Spannung des Einfachdrehumspanners unter beliebigem Winkel zugefügt werden kann. Die Lösung ist aber sehr teuer, auch die Verluste sind hoch., so daß man gewöhnlich andere Wege geht. Einfacher und billiger ist es, die Spannung mit Hilfe von Stufenumspannern zu regeln. Doch macht es hierbei Schwierigkeiten, unter Last unterbrechungsfrei von einer Stufe auf die andere überzuschalten. Man benötigt dafür unter Umständen besondere Lastschalter, wodurch die Anordnung betrieblich schwierig und aufwendig wird. Man kann zwar die Spannung auch mit Hilfe von Gittersteuerung regeln, doch ist dabei auftretende große Blindleistung ein großer Nachteil und häufig völlig untragbar.It is known to use DC circuits that are to be operated with adjustable voltage, e.g. B. DC motors to be fed from the AC cable network with the help of adjustable transformers. A perfect means that enables stepless regulation of the tension is the double turnbuckle or also the single rotary spanner in connection with a fixed voltage to which the voltage of the single rotary spanner can be added at any angle. But the solution is very expensive, including the losses are high, so that one usually goes other ways. Easier and cheaper is the tension to regulate with the help of step transformers. But it creates difficulties here, without interruption under load to switch from one level to the other. You may need for this special load switches, making the arrangement operationally difficult and expensive. Man can regulate the voltage with the help of grid control, but it does occur large reactive power is a major disadvantage and often completely unsustainable.

Die Erfindung zeigt nun, wie man die Spannung auf der Gleiqhstromseite über ungesteuerte Gleichrichter (insbesondere Trockengleichrichter) mit Hilfe von Stufenumspannern und ohne Lastschalter unter Last regeln kann. Erfindungsgemäß geschiehtThe invention now shows how the voltage on the Gleiqhstromseite via uncontrolled rectifier (especially dry rectifier) with the help of step transformers and without load switches can regulate under load. According to the invention happens

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dies dadurch, daß an Stelle eines zum Anschluß an die Anzapfungen einer Phase bestimmten und für den vollen Strom bemessenen Gleichrichterzweiges deren zwei, für den halben Strom' bemessene und gleichstrotnseitig parallel geschaltete Gleichrichterzweige vorgesehen, sind, die unabhängig voneinander sowohl auf die gleiche Anzapfung am Um-.spaimer als auch a.uf die benachbarten Anzapfungen geschaltet werden können. Sind beide Zweigethis in that instead of one for connection to the taps of a phase and for the full current rated rectifier branch whose two 'for half the current' rated and Rectifier branches connected in parallel on the DC side are provided, which are independent of one another both to the same tap on the Um-.spaimer as well as can be switched to the neighboring taps. Are both branches

ίο mit Hilfe von Schaltern oder Schützen auf die gleiche Anzapfung geschaltet, so sind die zugehörigen Gleichrichterzweige auch auf der Wechselstromseite parallel geschaltet, ,. und jeder Zweig übernimmt den halben Gesamtstrom. Wird ein Zweig abgeschaltet) so· übernimmt der andere den vollen Strom. Der eiste Zweig kann nun mit Hilfe eines Stufenschalter^ auf die nächst höhere Anzapfung geschaltet werden und übernimmt nun den vollen Strom, während der zweite, auf die tiefere Anzapfung geschaltete Zweig stromlos wird.ίο with the help of switches or contactors on the If the same tap is connected, the associated rectifier branches are also on the alternating current side connected in parallel, ,. and each branch takes over half the total current. Becomes a Branch switched off) so · the other takes over the full stream. The first branch can now with the help of a step switch ^ to the next higher tap are switched and now takes over the full current, while the second, to the lower one Tap switched branch is de-energized.

Ein Kurzschlußstrom wird durch die dazwischenliegenden Gleichrichterelemente verhindert. Nunmehr kann auch der zweite Zweig auf die höhere Anzapfung geschaltet werden, so daß sich beide Gleichrichterzweige und die zugehörigen. Stufenschalter bzw. Schütze wieder in den Gesamtstrom teilen. Eine Vergrößerung des Gleichrichters selbst ist hierbei nicht erforderlich. Es genügt, wenn jede Phase aus zwei Parallelzweigen besteht, die abwechselnd von einer Anzapfung auf die andere geschaltet werden und von denen jede nur beim Überschalten den vollen Strom führen muß.A short circuit current is caused by the intervening Rectifier elements prevented. Now the second branch can also access the higher one Tap are switched so that both rectifier branches and the associated. Step switch or contactors divide again into the total current. An enlargement of the rectifier itself is not required here. It is sufficient if each phase consists of two parallel branches that alternate can be switched from one tap to the other and each of which only when switching over must carry the full current.

Einige Ausführungsbeispiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In Fig. ι bedeutet ι einen Gleichstrommotor, dessen Feld aus einem einphasigen .Wechselstromnetz 2 über einen Gleichrichter 3 und einen Regelwiderstand 4 erregt wird. Der Ankerkreis wird über den Gleichrichter 5 mit den sechs Gleichrichterelementen 6, 7, 8, 9, 10 und 11 und den Stufenumspanner 12 ebenfalls aus dem Netz 2 gespeist. Der Umspanner hat fünf Anzapfungen 13, 14, 15, 16 und 17, auf denen zwei miteinander gekuppelte Stufenwähler 18 und 19 mit Hilfe einer Wandermutter 20 und einer Schraubenspindel 21 entlang bewegt werden können. Die Spindel kann durch den Verstellmotor 22 in der einen oder anderen Richtung angetrieben werden. Normalerweise wird "der Gleichrichter 5 in Grätzschältung nur mit vier Wegen ausgeführt.Some exemplary embodiments allow the idea of the invention to be better recognized. In Fig. Ι means ι a direct current motor, the field of which consists of a single-phase alternating current network 2 via a Rectifier 3 and a variable resistor 4 is excited. The armature circuit is via the rectifier 5 with the six rectifier elements 6, 7, 8, 9, 10 and 11 and the step converter 12 as well fed to the network 2. The transformer has five taps 13, 14, 15, 16 and 17, on which two Step selectors 18 and 19 coupled to one another can be moved along with the aid of a traveling nut 20 and a screw spindle 21. The spindle can be driven in one direction or the other by the adjusting motor 22. Normally, the rectifier 5 is designed in Grätzschältung with only four ways.

Hier weist er dagegen sechs Wege auf. Der Wechselstromanschluß' der linken Gleichrichtersäule mit den Elementen 6 und 9 ist zu dem unteren Ende des Sparumspanners bzw. an die eine Netzphase geführt. Der Wechselstromanschluß der mittleren Säule mit den Gleichrichterelementen 7 und 10 führt zu dem oberen Stufenwähler 19, und der Wechselstromanschluß der rechten Gleichrichtersäule mit den Gleichrichterelementen 8 und 11 ist mit dem unteren Stufenwähler 18 verbunden. In der dargestellten Stellung der Wandmutter 20 stehen beide Stufenwähler auf der gleichen Anzapfung 16, und der Gesamtstrom verteilt sich je zur Hälfte auf die mittlere und rechte Säule. Zurück fließt der Strom über die linke Säule. Verläßt nun der Stufenwähler 19 die Anzapfung 16, so wird er zunächst stromlos, und der Stufenwähler 18 muß den vollen Strom übernehmen. In dem Augenblick, in dem der Stufenwähler 19 auf die Anzapfung 17 aufläuft, übernimmt er den ganzen Strom, und der Stufenwähler 18 wird stromlos. Ein Kurzschluß strom zwischen den Anzapfungen 17 und 16 wird durch die Gleichrichterelemente 7, 8, 10 und 11 verhindert. Rückt nun der Stufenwähler 18 auf die Anzapfung 17 nach, so führt jeder der beiden Stufenwähler wieder den halben Strom.Here, on the other hand, it has six paths. The AC connection of the left rectifier column with the elements 6 and 9 is to the lower end of the Sparumspanners or to the one network phase guided. The AC connection of the middle column with the rectifier elements 7 and 10 leads to the upper level selector 19, and the AC connection of the right rectifier column with the rectifier elements 8 and 11 is connected to the lower level selector 18. In the position shown, the wall nut 20 Both tap selector are on the same tap 16, and the total current is distributed each halfway on the middle and right column. The current flows back via the left column. Leaves Now the tap selector 19, the tap 16, so it is initially de-energized, and the tap selector 18 must take over full power. At the moment in which the step selector 19 on the Tap 17 runs up, it takes over the entire current, and the tap selector 18 is de-energized. A Short-circuit current between the taps 17 and 16 is through the rectifier elements 7, 8, 10 and 11 prevented. If the step selector 18 moves up to the tap 17, each of them leads half the current again on both level selectors.

Wenn die Stufung durch die Anzapfungen am Umspanner 12 zu grob ist, kann man durch Feldregelung am Regler 4 beliebige Feinstungkeit erreichen. Man kann den Regler 4 auch durch einen selbsttätigen Regler betätigen, der beispielsweise auf gleichbleibende Drehzahl z. B. bei einer Papiermaschine regelt. Man kann hierbei die Anordnung so treffen, daß dieser Regler in den beiden Endlagen selbsttätig die Grobstufen weiterschaltet, indem etwa der Verstellmotor 22 über den Umschalter 40 im einen oder andern Sinn zugeschaltet wird und so lange läuft, bis der Feinregler wieder genügenden Arbeitsbereich aufweist.If the graduation due to the taps on the transformer 12 is too coarse, field control can be used Reach any level of precision on controller 4. You can also use the controller 4 with a Activate automatic controller, for example, to a constant speed z. B. in a paper machine regulates. You can make the arrangement so that this controller in the two end positions automatically advances the coarse stages, for example by using the adjusting motor 22 via the switch 40 is switched on in one sense or another and runs until the fine regulator is back has sufficient working area.

In Fig. 2 ist der Erfindungsgedanke auf eine dreiphasige Speisung des Gleichrichters 5 angewendet. An Stelle von sechs Wegen in normaler Drehstrom-Graetzschaltung erhält man hier zwölf Wege für den halben Strom, so daß der Gesamtaufwand wieder der gleiche bleibt. Der Verstellmotor 22 betätigt in diesem Fall die Wandermuttern 20 von allen drei Phasen,In FIG. 2, the concept of the invention is applied to a three-phase supply of the rectifier 5. Instead of six paths in a normal three-phase Graetz circuit, you get twelve here Paths for half the current, so that the total expenditure remains the same again. The adjusting motor 22 actuates the traveling nuts 20 of all three phases in this case,

Die Schaltleistung der Stufenwähler 18 und 19 ist an sich sehr gering, weil einmal der Kurzschlußstrom zwischen zwei benachbarten Umspanneranzapfungen sich nicht ausbilden kann und daher auch keine Überschaltwiderstände benötigt werden, die einen zusätzlichen Spannungsabfall durch den Laststrom zur Folge haben. Man, kann aber auch die geringe, noch verbleibende Schaltleistung von den Stufenwählern fernhalten, wenn man, noch je ein besonderes Schaltschütz 23 und 24 in den, Stromkreis eines jeden Stufenwählers einfügt.The switching capacity of the tap selector 18 and 19 is per se very low, because once the short-circuit current between two adjacent Umspanneranzapfungen can not develop and therefore no transition resistors are required, the result in an additional voltage drop due to the load current. But you can also do that Keep low, remaining switching capacity away from the tap selector, if you ever switch on Special contactor 23 and 24 inserts into the circuit of each tap selector.

In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 sind die Stufenschalter für den durch den Gleichstromkreis vorgeschriebenen Strom bemessen. Man kann sich davon, unabhängig machen, wenn man zwischen Stufenumspanner¹ und Gleichrichter noch Zwischenumspanner schaltet. In Fig. 3 ist dies dargestellt. Zwischen Stufenumspanner 12 und Gleichrichter 5 (es ist nur eine Phase, der Anordnung nach Fig. 2 gezeichnet) sind die beiden Zwischenumspanner 25 und 26 geschaltet. Ihre Zweitwicklungen sind an die entsprechenden Säulen des Gleichrichters 5 angeschlossen. Damit die Stufenwähler nicht die Erregerleistung der Umspanner 25 und 26 zu schalten haben,, sind noch Kondensatoren 27 und 28 parallel zu den Zwischenumspannern angeordnet.In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, the step switches are dimensioned for the current prescribed by the direct current circuit. You can make yourself independent of this if you switch an ^{intermediate converter between step transformer 1} and rectifier. This is shown in FIG. 3. The two intermediate converters 25 and 26 are connected between the step transformer 12 and the rectifier 5 (only one phase is drawn in the arrangement according to FIG. 2). Their secondary windings are connected to the corresponding columns of the rectifier 5. So that the tap selector does not have to switch the excitation power of transformers 25 and 26, capacitors 27 and 28 are also arranged parallel to the intermediate transformers.

In Fig. 4 ist schließlich der Erfindungsgedanke noch auf ein elektrisches Schienenfahrzeug angewendet, das aus der Fahrleitung 42 mit einphasi-Finally, in FIG. 4 the concept of the invention is still applied to an electric rail vehicle, from the contact line 42 with single-phase

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gem Wechselstrom normaler Frequenz gespeist wird. Der Fahrzeugumspanner 12 liegt mit einer Entwicklung am Fahrdraht. Von, der mit Anzapfungen versehenen Zweitwicklung wird, die Spannung mit Hilfe der beiden Stufenschalter 18 und 19 abgenommen. 29 und 30 bedeuten die beiden Fahrmotoren, deren Ankerkreise über die beiden Gleichrichter 31 und 32 und deren Erregerkreise über die beiden Gleichrichter 33 und 34 gespeist werden. Die mittleren Säulen der Gleichrichter 31 und 32 sind in Parallelschaltung an den Stufenschalter 18 und ebenso' die rechten Säulen an den Stufenschalter 19 angeschlossen. Die Wechselstromanschlüsse der linken Säulen, der Gleichrichter 31, 32 sind an die Erstwicklung der Umspanner 35 und 36 angeschlossen, die demnach stets einen dem vollen Ankerstrom des zugehörigen Motors verhältnisgleichen Wechselstrom führen, der über die Zweitwicklung und die mittlere und rechte Säule der Gleichrichter 33 und 34 gleichgerichtet der Erregerwicklung der Motoren. 29 und 30 zugeführt wird. 37 und 38 bedeuten schließlich noch zwei Umspanner, deren Erstwicklungen mit der Drosselspule 39 in Reihe geschaltet sind und deren Zweitwicklungen über die linke und rechte Säule der Gleichrichter 33 und 34 die Erregerwicklung der Motoren 29 und 30 mit einem lastunabhängigen Strom speisen. Die beiden Erregerströme werden hierbei algebraisch überlagert, doch können sie ebenso auch geometrisch überlagert werden.according to alternating current of normal frequency. The vehicle transformer 12 is located with a Development on the contact wire. From that tapped secondary winding becomes that Voltage removed with the aid of the two step switches 18 and 19. 29 and 30 mean the two Traction motors, their armature circuits via the two rectifiers 31 and 32 and their excitation circuits are fed via the two rectifiers 33 and 34. The middle pillars of the rectifier 31 and 32 are connected in parallel to the Step switch 18 and also 'the right pillars connected to the step switch 19. The AC connections of the left columns, the rectifier 31, 32 are connected to the primary winding of the transformer 35 and 36 connected, which therefore always have the full armature current of the associated Motor lead proportionate alternating current, which over the secondary winding and the middle and right column of the rectifiers 33 and 34 rectified the excitation winding of the motors. 29 and 30 is supplied. Finally, 37 and 38 mean two Umspanner, their first windings with the choke coil 39 are connected in series and their second windings on the left and right Column of rectifiers 33 and 34, the excitation winding of motors 29 and 30 with a load-independent Feed electricity. The two excitation currents are superimposed algebraically, but can they are also geometrically superimposed.

Bei Verwendung von Trockengleichrichtern kann der Ankerkreis der Motoren 29 und 30 nur motorisch arbeiten. Verwendet man an, ihrer Stelle Gefäßgleichrichter, z. B. einanodige Gefäße, so kann man auch generatorisch arbeiten. Die Gefäße sind dabei voll ausgesteuert, so daß keine unerwünschte Blindleistung auftritt. Auch hier werden die beiden. Stufenschalter 18 und 19 abwechselnd stromlos, und zwar der jeweils an höherem Potenti al liegende. Will man nicht generatorisch auf das Netz zurückarbeiten,, so genügen Bremswiderstände im Ankerkreis der Motoren, die normalerweise kurzgeschlossen sind und beim Bremsen freigegeben werden,When using dry rectifiers, the armature circuit of motors 29 and 30 can only work motorically. If one uses their place vessel rectifier, z. B. single-anodic vessels, see above you can also work as a generator. The vessels are fully controlled so that no unwanted Reactive power occurs. Again, the two will. Step switches 18 and 19 alternately de-energized, namely the one at the higher potential. If you don't want to generate that Work back the network, so braking resistors in the armature circuit of the motors, which normally are short-circuited and released when braking,

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for supplying direct current circuits Via rectifier from an alternating current network with the help of a single or multi-phase Step changer, characterized in that the step changer per phase two at the Regulation has alternately actuated stage selector, and that this stage selector with separate Rectifier elements of the rectifier arrangement are connected on the DC side of the rectifier are connected in parallel to each other.

2. Arrangement according to claim 1, wherein the rectifier consists of one or more anode Mercury vapor rectifiers, characterized in that for the individual Phases of the rectifier, two anodes each, provided are, of those, one with the one tap selector of the assigned. Transformer phase, the other is connected to the second.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rectifier arrangement is made up of titanium rectifiers.

4. Arrangement according to claim 1 or 3, wherein a single-phase AC voltage is the DC circuit feeds, characterized in that parallel to the two on the direct current side switched branches of a Graetz circuit of rectifier elements, a third branch soleher Elements is connected in parallel on the DC side and that of these three branches two are each connected to a tap selector on the AC side.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that that the branches of the Graetz circuit connected to the stage selector compared to the branch not connected to the tap selector only for half the current are sized.

6. Arrangement according to claim 1 or 3, wherein the direct current circuit is of a three-phase Step transformer is fed, characterized in that two on the direct current side Rectifier arrangements connected in parallel and rated for half the operating current provided in three-phase Graetz circuit and the corresponding AC connections on the individual phases of the two Graetz circuits each connected to a tap selector of a transformer phase are.

'7. The arrangement of claim 1, wherein the DC circuit in the speed or in, the voltage or in the current to be regulated direct current machines feeds, characterized in that, in addition to the regulation on the step transformer to increase the precision, another Field control is provided on the electrical machine, expediently such that the field controller automatically one in both of its end positions. Motor for actuating the coarse levels switches on at the step transformer.

8. Arrangement according to claim 1, characterized in that that to further reduce the switching capacity of the two tap selector in a special contactor is switched on in the circuit of each tap selector.

9. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the tap selector with the associated AC connections, the rectifier arrangement are connected via intermediate transformer, with the reactive power requirement the intermediate transformer is expediently compensated by capacitors connected in parallel.

10. Arrangement according to claim 1 or 2, there, -by characterized that for the regenerative work back of the DC circuit on the AC mains the rectifiers are equipped with grid control.

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11. Arrangement according to claim i, characterized in that that the tap selector as two coupled tap changers that can be connected to the transformer are trained.

12. Arrangement according to claim i, characterized in that that the tap selector are designed as a contactor, by controlling the Contactor contacts are placed on the taps of the transformer.

13. Arrangement according to claim 1 for operation of electric vehicles from the particular single-phase AC network, thereby characterized in that the traction motors are designed as DC motors, their Armature circuits via a rectifier set assigned to each motor with parallel connection on the AC side by a common step transformer and independently in two mutually switchable circuits are fed and their excitation circuits in each a single field winding via rectifier with one load-independent and one load-dependent current are fed, the load-dependent excitation current component in each case the full armature current of the associated motor drawn from the AC circuit is equivalent to.

1 sheet of drawings