DE936277C - Contact converter - Google Patents
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Description
Kontaktumformer Bei Kontaktumformern, deren Kontakte durch einen Synchronmotor im Takte der Wechselspannung angetrieben werden, muß zur Vermeidung von schädlichem Schaltfeuer darauf geachtet werden, daß die Kontaktöffnung in die Zeit der stromschwachen Pause fällt, die in der Nähe des Stromnullwertes auftritt und gegebenenfalls durch in Reihe mit den Kontakten angeordnete Wirk-, Blind- oder Scheinwiderstände, insbesondere durch Schaltdrosseln mit beim Nennstromwert hochgesättigten und bei ihrer Entsättigung in der Nähe des Stromnullwertes eine den Stromverlauf abflachende Verzögerung der weiteren Stromänderung hervorrufenden Magnetkernen verlängert werden kann. Bei wechselnder Belastung oder bei Veränderung der Höhe der Wendespannung ändert sich infolge der verschiedenen Dauer der Kommutierung die Lage der stromschwachen Pause gegenüber dem Schalttakt. Die Gefahr, daß sich beispielsweise die Kontakte bei steigender Belastung vor Beginn bzw. bei fallender Belastung nach Beendigung der stromschwachen Pause öffnen, kann bekanntlich durch nacheilende bzw. voreilende Verstellung des Ausschaltzeitpunktes, die gleichbedeutend ist mit einer Verlängerung bzw. Verkürzung der überlappungsdauer der Kontakte, verhindert werden. Wird die Überlappungsdauer in Abhängigkeit von der Belastung geregelt, so kann erfindungsgemäß die Regeleinrichtung zugleich auch eine Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte betätigen. Eine diesem Zweck dienende bekannte Steueranordnung weist eine selbsttätige Regeleinrichtung auf, die die überlappungsdauer in Abhängigkeit von der Belastung regelt. Es ist ferner bekannt, die Phasenlage der Schaltzeitpunkte z. B. durch Verdrehung des Ständers des die Kontakte antreibenden Synchronmotors oder mittels eines dem Antriebsmotor vorgeschalteten Drehtransformators zu verstellen. Durch gleichzeitige Betätigung der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte und der Einrichtung zur Regelung der überlappungsdauer ist jede beliebige Lage des Einschaltzeitpunktes und unabhängig davon auch des Ausschaltzeitpunktes erzielbar. Damit kann auch jede als vorteilhaft erkannte Beziehung zwischen den beiden Verstellmöglichkeiten hergestellt werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es vorteilhaft ist, wenn zwischen den beiden Verstellmöglichkeiten u. a. eine einseitige, d. h. nicht umkehrbare Beziehung herrscht, da eine solche der Strom-Spannungskenn-. Linie des Umformers einen vom natürlichen abweichendenVerlauf vorschreibt (Compoundierung), der nicht nur vielfach im Hinblick auf die gege= 'benen Betriebsverhältnisse erwünscht, sondern bei manchen Ausführungsformen des Kontaktgerätes zur Vermeidung unzulässiger Betriebsbereiche sogar unumgänglich notwendig ist. Die erwähnte einseitige Beziehung besteht erfindungsgemäß darin, daß die Einrichtung zur Regelung der Überlappungsdauer mit der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte derart gekuppelt ist, daß jeder die Überlappungsdauer verändernde Regelvorgang auch eine Betätigung der Einrichtung zur Verstellung der Phasenlage der Schaltzeitpunkte herbeiführt. Diese Kupplung läßt sich praktisch mit einfachen Mitteln bekannter Art bewerkstelligen und macht insbesondere ein zusätzliches, beiden Regeleinrichtungen übergeordnetes Befehlsgerät entbehrlich.Contact converter With contact converters, their contacts are driven by a synchronous motor be driven in the cycle of the alternating voltage, must to avoid damaging Switchfire care must be taken that the contact opening in the time of the low current Pause falls, which occurs in the vicinity of the current zero value and possibly through Real, reactive or apparent resistances arranged in series with the contacts, in particular by switching reactors with high saturation at the rated current value and when they are desaturated in the vicinity of the current zero value, a delay of the flattening the current curve further changes in current causing magnetic cores can be extended. When changing Load or when changing the level of the turning voltage changes as a result of the different duration of the commutation compared to the position of the low-current break the switching cycle. The risk that, for example, the contacts increase Load before the start or when the load drops after the end of the low-current Open pause, as is well known, by lagging or leading adjustment of the Switch-off time, which is equivalent to an extension or shortening the overlap duration of the contacts. Becomes the overlap duration regulated as a function of the load, according to the invention the regulating device at the same time also a device for adjusting the phase position of the switching times actuate. A known control arrangement serving this purpose has an automatic one Control device that determines the overlap period as a function of the load regulates. It is also known, the phase position of the switching times z. B. by rotating the stator of the synchronous motor driving the contacts or by means of a rotary transformer connected upstream of the drive motor. By simultaneously actuating the device for adjusting the phase position of the Switching times and the device for regulating the overlap duration is each Any position of the switch-on time and, regardless of this, also the switch-off time achievable. This means that any relationship between the two adjustment options can be made. The invention is based on the knowledge that it is advantageous if, among other things, between the two adjustment possibilities. one unilateral, d. H. There is an irreversible relationship, as there is one of the current-voltage characteristics. Line of the converter prescribes a course deviating from the natural one (compounding), which is desired not only in many cases with regard to the given operating conditions, but in some embodiments of the contact device to avoid impermissible Operating areas is even inevitable. The one-sided relationship I mentioned According to the invention, the device for regulating the overlap duration coupled with the device for adjusting the phase position of the switching times is that every control process that changes the duration of the overlap is also an actuation brings about the device for adjusting the phase position of the switching times. This coupling can be achieved in practice with simple means of a known type and in particular makes an additional, superordinate two control devices Command device unnecessary.
An Hand der Zeichnung soll die Erfindung erläutert werden. Fig. i zeigt beispielsweise das Getriebe für zwei zu einer Phase gehörende Kontakte eines mehrphasigen Kontaktumformers in schematischer Darstellung. Fig.2 ist ein Diagramm, in dem die veränderliche Lage des Einschaltzeitpunktes im Verhältnis zur Phasenlage der Wechselspannung in Abhängigkeit von der -Zeit aufgetragen ist. Nach Fig. i treibt ein Antriebsmotor i i mit einem ruhenden Gehäuse 12 und einem Läufer 13 mit Hilfe einer für alle Phasen gemeinsamen Welle io eine Exzenterscheibe 1q. an, die ihrerseits mittels eines Pleuels 15 einen Schwinghebel 16 in Bewegung setzt, der mit Hilfe von zwei dieAntriebskraft nur in Öffnungsrichtung übertragenden Stößeln 23 zwei Kontakte 17 im Gegentakt betätigt, indem er sie gegen die Wirkung zweier nicht dargestellter Schließfedern von den ruhenden Gegenkontakten 2¢ abwechselnd abhebt. Der Schwinghebel 16 ist auf einer Exzenterscheibe 18 gelagert, durch deren Verdrehung die Höhenlage des ganzen Schwinghebels verstellt wird, so daß der Abstand zwischen dem äußersten Totpunkt der Hubbahn der beweglichen Kontakte 17 und den ruhenden Kontakten verändert wird. Dies hat eine Änderung der Kontaktschließdauer und damit der Überlappungsdauer der Kontakte einander ablösender Phasen zur Folge. Die Verdrehung der Exzenterscheibe 18 kann bekanntlich durch eine spannungsabhängig gesteuerte Kurvenscheibe gesteuert werden, indem z. B. ein den Aussteuerungsgrad durch Verdrehung des Ständers 12 regelndes Getriebe mit der Kurvenscheibe gekuppelt ist. Vorgeschlagen wurde ferner u. a. eine selbsttätige Regeleinrichtung, z. B. ein Öldruckregler i9, der die Überlappungsdauer in Abhängigkeit vom Belastungsstrom nicht nur bei veränderlicher, sondern auch bei unveränderlicher Spannung regelt. Wird die Reglerwelle 25 verdreht, so ergeben sich die Verhältnisse nach Fig. 2. In dieser Abbildung bedeuten U1 und U2 die Kurven zweier in der Phase aufeinanderfolgender Transformatorspannungen. to bezeichnet den Zeitpunkt, in dem sich diese Spannungskurven schneiden. Die -Stromwendung bei Gleichrichtung spielt sich nach dem Zeitpunkt to ab. Für einen mittleren Strom, z. B. den Nennstrom, möge die betriebsmäßig richtige Einstellung der Schaltzeitpunkte so sein, daß die Folgephase im Zeitpunkt t. eingeschaltet und die abgebende Phase im Zeitpunkt t, ausgeschaltet wird. Es ergibt sich damit eine Überlappungsdauer T. Wird nun durch Drehung der Exzenterscheibe 18 die Höhenlage des Schwinghebels 16 geändert, so verschieben sich gegenläufig beide Schaltzeitpunkte; die Lage der Symmetrieachse - t3 des Überlappungsabschnittes aber bleibt dabei unverändert. Wird bei abnehmendem Strom durch Hebung des Schwinghebels 16 die Kontaktdauer verkleinert, so rücken Aus-und Einschaltzeitpunkt näher zusammen, beispielsweise nach den Zeitpunkten t4 und t5, wodurch sich die kürzere Überlappungsdauer T ergibt. Wird dagegen bei wachsendem Strom durch Senkung des Schwinghebels 16 die Überlappungsdauer vergrößert, so entfernen sich die Schaltzeitpunkte voneinander und nehmen beispielsweise die zu der Überlappungsdauer T" gehörenden Stellungen to und t7 ein. Die kleinste Überlappung T' könnte z. B. dem Grundlaststrom, die größte Überlappung T" dagegen dem Grenzstrom entsprechen.The invention is to be explained with reference to the drawing. FIG. I shows, for example, the transmission for two contacts belonging to one phase of a multiphase contact converter in a schematic representation. 2 is a diagram in which the variable position of the switch-on time is plotted in relation to the phase position of the alternating voltage as a function of the time. According to FIG. I, a drive motor ii with a stationary housing 12 and a rotor 13 drives an eccentric disk 1q with the aid of a shaft io common to all phases. which in turn sets a rocking lever 16 in motion by means of a connecting rod 15 which actuates two contacts 17 in push-pull with the aid of two plungers 23 which only transmit the drive force in the opening direction by moving them against the action of two closing springs (not shown) from the stationary mating contacts 2 ¢ alternately takes off. The rocker arm 16 is mounted on an eccentric disk 18, the rotation of which adjusts the height of the entire rocker arm so that the distance between the extreme dead center of the stroke path of the movable contacts 17 and the stationary contacts is changed. This results in a change in the duration of the contact closure and thus in the duration of the overlap of the contacts in alternating phases. The rotation of the eccentric disk 18 can be controlled by a voltage-dependent controlled cam, as is known, by z. B. a gear that controls the modulation level by rotating the stator 12 is coupled to the cam. It was also proposed, inter alia, an automatic control device, e.g. B. an oil pressure regulator i9, which regulates the overlap duration as a function of the load current not only with variable, but also with unchangeable voltage. If the regulator shaft 25 is rotated, the relationships according to FIG. 2 result. In this figure, U1 and U2 represent the curves of two transformer voltages which follow one another in phase. to denotes the point in time at which these voltage curves intersect. The current reversal in rectification takes place after the point in time to. For a medium stream, e.g. B. the rated current, may the operationally correct setting of the switching times be so that the subsequent phase at time t. switched on and the releasing phase is switched off at time t. This results in an overlap duration T. If the height of the rocker arm 16 is now changed by rotating the eccentric disk 18, the two switching times shift in opposite directions; the position of the axis of symmetry - t3 of the overlap section remains unchanged. If the contact duration is reduced as the current decreases by lifting the rocker arm 16, the switch-off and switch-on times move closer together, for example after times t4 and t5, which results in the shorter overlap duration T. If, on the other hand, the overlap duration is increased as the current increases by lowering the rocker arm 16, the switching times move away from one another and, for example, assume the positions to and t7 belonging to the overlap duration T ". The smallest overlap T ' could be the base load current, for example largest overlap T ″ on the other hand correspond to the limit current.
In welchem Maße eine lastabhängige Beeinflussung der Überlappungsdauer praktisch stattfindet, hängt davon ab, wie groß man den stromabhängigen Einfluß des Reglers wählt. Bei einem früher vorgeschlagenen Regler mit einer vom Belastungsstrom erregten Stromspule und einer von der Stromwendespannung während der Überlappungszeit erregten Spannungsspule beispielsweise kommt es auf das Verhältnis des stromabhängigen Durchflutungsanteils des Reglersystems zu dem wendespannungsflächenabhängigen Anteil an. Der Regler regelt dabei auf konstante Gesamtdurchflutung als Differenz der gegeneinanderwirkenden Teildurchflutungen, d. h., bei wachsendem Strom nimmt der stromabhängige Durchflutungsanteil zu, und es muß daher durch den Regler auch die Wendespannungsfläche, also die Überlappungsdauer, vergrößert werden, damit die resultierende Durchflutung erhalten bleibt. Die Mindestgröße der erforderlichen stromabhängigen Beeinflussung wird bedingt durch die Länge der stromschwachen Pause. Bei großer Länge braucht die stromabhängige Verstellung der überlappungszeit nur klein zu sein (Grenzfall: Starrer Kontaktapparat ohne Verstellung), bei kleiner Länge der stromschwachen Pause dagegen ist eine Verstellung um einen größeren Betrag erforderlich (Grenzfall: elektromagnetisch in Abhängigkeit vom Augenblicksverlauf des zu unterbrechenden Stromes gesteuerte Kontaktöffnung z. B. nach Patent 7089o6).To what extent a load-dependent influence on the duration of the overlap practically takes place, depends on how great you the current-dependent influence of the controller. In a previously proposed regulator with one of the load current energized current coil and one of the commutation voltage during the overlap time energized voltage coil, for example, it depends on the ratio of the current-dependent Flooding proportion of the control system to the turning voltage area-dependent proportion at. The controller regulates the constant total flow as the difference between the opposing forces Partial flooding, d. In other words, as the current increases, the current-dependent flow rate increases to, and therefore the reversing voltage area, i.e. the duration of the overlap, must also be determined by the controller, increased so that the resulting flow is maintained. The minimum size the required current-dependent influence is determined by the length of the low-power break. With great length the current-dependent Adjustment of the overlap time to be only small (borderline case: rigid contact apparatus without adjustment), if the length of the low-current pause is short, there is an adjustment required by a larger amount (borderline case: electromagnetically dependent Contact opening controlled by the instantaneous course of the current to be interrupted z. B. according to patent 7089o6).
Wird der Anteil der stromabhängigen Kontaktzeitverstellung verhältnismäßig groß gewählt, so kann es vorkommen, daß bei sehr hohen Strömen und gleichzeitig hoher Aussteuerung des Umformers der Einschaltzeitpunkt in das dem Zeitpunkt to voreilende Gebiet rückt. Dieses hat insbesondere den Nachteil, daß die resultierende Wendespannungsfläche durch eine Fläche negativen Vorzeichens wieder herabgesetzt wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird der Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenters 18 zusätzlich derart beeinflußt, daß er sich entweder gar nicht oder jedenfalls nach einer von dem erwähnten Symmetriegesetz abweichenden Gesetzmäßigkeit weniger stark voreilend oder gar nacheilend verschiebt. Dieses kann z. B. durch gleichzeitige Verstellung des Ständers 12 mit Hilfe eines Ritzels 2o (Fig. i) geschehen, das in die Zähne eines am Ständer befestigten Zahnsegments 21 eingreift. Ändert sich dann die Lage der Welle 25 des Reglers i9 bzw. der Exzenterscheibe 18, so wird gleichzeitig das Gehäuse 12 des Antriebsmotors verstellt, und zwar so, daß bei Vergrößerung der Überlappungsdauer, also Senkung des Schwinghebels, der Ständer im Sinne einer Schaltzeitpunktverzögerung verdreht wird.The proportion of current-dependent contact time adjustment becomes proportionate selected large, it can happen that with very high currents and at the same time high modulation of the converter, the switch-on time to the time to advancing area is advancing. This has the particular disadvantage that the resulting Reversing voltage area reduced again by an area with a negative sign will. To avoid this disadvantage, the switch-on time is dependent influenced by the position of the eccentric 18 in such a way that it is either not at all or at least according to a law of symmetry that deviates from the aforementioned law of symmetry Laws less leading or even lagging behind. This can z. B. by simultaneous adjustment of the stand 12 with the help of a pinion 2o (Fig. I) happen that in the teeth of a toothed segment 21 attached to the stand intervenes. If the position of the shaft 25 of the controller i9 or the eccentric disk then changes 18, the housing 12 of the drive motor is adjusted at the same time, namely as follows: that when the overlap period is increased, i.e. lowering the rocker arm, the Stand is rotated in the sense of a switching time delay.
Bei der in Fig. i dargestellten Anordnung muß der Regler i9 das volle Drehmoment des Antriebsmotors i i aufnehmen. Durch einen Kraftspeicher, z. B. eine Feder 22, kann das mittlere Momentganz oder teilweise kompensiert werden. Eine noch bessere Entlastung des Reglers vom Motordrehmoment wird erreicht durch die Einfügung eines selbstsperrenden Getriebes, z. B. eines Schneckengetriebes, an Stelle des Ritzels 2o. Anstatt mit einem rein mechanischen Getriebe kann die Lage des Einschaltzeitpunktes auch auf elektrischem Wege, z. B. durch Verdrehung der Phasenlage, der dem Antriebsmotor zugeführten Drehspannung mittels eines Drehtransformators oder durch andere gleichwertige Mittel zusätzlich beeinflußt werden.In the arrangement shown in Fig. I, the controller i9 must be full Record the torque of the drive motor i i. By an energy store, z. Legs Spring 22, the mean moment can be fully or partially compensated. One more Better relief of the controller from the engine torque is achieved through the insertion a self-locking gear, e.g. B. a worm gear, instead of Pinion 2o. Instead of using a purely mechanical gearbox, the position of the switch-on time also by electrical means, e.g. B. by rotating the phase position of the drive motor supplied three-phase voltage by means of a rotary transformer or other equivalent Means are also influenced.
Die symmetrische Schaltzeitpunktverstellung ohne zusätzliche Beeinflussung hat zur Folge, daß die statische Strom-Spannungskennlinie (äußere Charakteristik) des Kontaktumformers flacher verläuft als bei festem Einschaltzeitpunkt. Durch die Wahl einer bestimmten Gesetzmäßigkeit für die zusätzliche Einschaltzeitpunktverstellung kann man jedoch sowohl in diesem Fall wie auch ganz allgemein die statische Kennlinie des Umformers willkürlich festlegen (Compoundierung in wählbarem Grade) ; denn die Verschiebung des Einschaltzeitpunktes ist identisch mit einer Aussteuerungsänderung. Praktisch wird die Kennlinie durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Ritzel2o und dem Segment 21 bzw. durch sinngemäße Übertragung dieser Maßnahme auf andersartige Getriebe festgelegt.The symmetrical switching point adjustment without additional influence has the consequence that the static current-voltage characteristic (external characteristic) of the contact converter is flatter than with a fixed switch-on time. Through the Choice of a certain regularity for the additional switch-on time adjustment However, in this case as well as in general the static characteristic can be used arbitrarily set the converter (compounding to a selectable degree); because the Shifting the switch-on time is identical to changing the level. The characteristic is made practical by choosing the transmission ratio between the Ritzel2o and the segment 21 or by analogous transfer of this measure different types of gear set.
In einer Brückenschaltung, in der nur eine Schaltdrossel für je zwei in Gegentakt arbeitende Unterbrechungseinrichtungen vorhanden ist, wird jede Schaltdrossel innerhalb einer Wechselspannungsperiode zweimal in entgegengesetzten Richtungen vom Strom durchflossen. Da sich nun bei Drehstrom die Kontaktdauer ohne Überlappung jedesmal über i2o° erstreckt, so steht für die Stromwendung und Ummagnetisierung der Schaltdrossel nur ein Betrag von i8o°-i2o° = 6o° zur Verfügung (6o°-Bedingung). Die Stromwendung dauert um so länger, je höher der Belastungsstrom ist. Infolgedessen gibt es für die Belastung eine obere Grenze, wo dieUmmagnetisierung der Schaltdrosseln nicht mehr rechtzeitig beendet wird. Je später aber die Einschaltung stattfindet, um so größer ist die zurVerfügung stehende Stromwendespannung und damit die Geschwindigkeit, mit der die Stromwendung eines gegebenen Stromes und die Ummagnetisierung der Schaltdrosseln vor sich geht. Wird nun das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 2o und dem Segment 21 so gewählt, daß bei zunehmendem Strom nicht mehr eine voreilende, sondern im Gegenteil eine nacheilende Verschiebung des Einschaltzeitpunktes stattfindet, so läßt sich hierdurch eine Überschreitung der 6o°-Bedingung auch bei erhöhtem Grenzstrom noch verhindern. Ein so ausgestalteter Kontaktumformer besitzt eine statische Kennlinie, die stärker geneigt ist als bei festgehaltenem oder bei sich voreilend verschiebendem Einschaltzeitpunkt, so daß schon wegen der geringeren Stromzunahme bei wachsender Leitfähigkeit des Belastungskreises eine überstrommildernde Wirkung eintritt, ein Vorteil, dessen Wert noch durch die obenerwähnte Erhöhung des Grenzstromes gesteigert wird.In a bridge circuit in which only one switching throttle for every two If there are interrupting devices working in push-pull, each switching throttle is used twice in opposite directions within an alternating voltage period flowed through by the current. Since now with three-phase current the contact duration is without overlap each time extends over i2o °, then stands for the reversal of current and reversal of magnetization the throttle is only available an amount of i8o ° -i2o ° = 6o ° (6o ° condition). The current reversal takes longer, the higher the load current. Consequently there is an upper limit for the load where the magnetization of the switching reactors is no longer terminated in time. But the later the activation takes place, the greater the available commutation voltage and thus the speed, with which the commutation of a given current and the reversal of magnetization of the switching reactors going on. Now the gear ratio between the pinion 2o and the Segment 21 is chosen so that with increasing current no longer a leading, but on the contrary, there is a lagging shift in the switch-on time, this means that the 60 ° condition can be exceeded even with an increased limit current still prevent. A contact converter designed in this way has a static characteristic curve, which is more inclined than when it is held or when it is moving ahead Switch-on time, so that already because of the lower current increase with increasing Conductivity of the load circuit has an overcurrent-reducing effect Advantage, the value of which is increased by the above-mentioned increase in the limit current will.
Claims (3)
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