DE917323C

DE917323C - Mechanical switching converter

Info

Publication number: DE917323C
Application number: DES26274A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Rolf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1951-12-12
Filing date: 1951-12-12
Publication date: 1954-08-30

Description

Mechanischer Schaltstromrichter Zusatz zum Patent 869 983 Das Hauptpatent betrifft einen mechanischen Schaltstromrichter mit in Reihe mit den Schafkontakten liegenden vormagnetisierten Schaltdrosseln, deren Vorrnagnetisierung aus einem gleichbleibenden und einem spannungsabhängigen Anteil besteht. Bekanntlich ist in Brückenschaltungen, in denen eine einzige Schaltdrossel für je zwei im Gegentakt arbeitende Kontakte vorgesehen ist und in Abständen von 18o' e1. die gleiche Funktion mit entgegengesetzten Stromflußrichtungen auszuführen hat, gewöhnlich jeder Schaltdrossel ein zweitcrKern zur Erzeugung der Einschaltstufe zugeordnet. Dabei kann die Hauptstromwicklung beiden Kernen gemeinsam sein, es kann. n aber auch neben einer Ausschaltdrossel eine vollständige Einschaltdrossel mit eigener Hauptstromwicklung vorgesehen sein. In beiden Fällen sind besondere Einschaltkerne vorhanden. Die Unterschiede ihrer Wirkungsweise gegenüber derjenigen der Ausschaltkerne ist durch ihre verschiedene Vormnagnetisierung bedingt. In der Anwendung der kombinierten Vormagnetisierung nach dem Hauptpatent :auf besondere Einschaltkerne der erwähnten Art besteht die vorliegende Erfindung. Demgemäß ist die Vormagnetisierung der besonderen Einschaltkerne ebenfalls aus einem gleichbleibenden und einem spannungsabhängigen Anteil zusammengesetzt; Lage und Höhe dieser Anteile sind naturgemäß von denen der Ausschaltkerne verschieden.Mechanical switching converter Addition to patent 869 983 The main patent relates to a mechanical switching converter in series with the sheep contacts lying pre-magnetized switching chokes, their pre-magnetization from a constant and a voltage-dependent portion. It is well known that in bridge circuits, in which a single switching throttle for two contacts working in push-pull is provided and at intervals of 18o 'e1. the same function with opposite Has to carry out current flow directions, usually each switching inductor has a second core assigned to generate the switch-on level. The main current winding can do both Cores be together, it can. n but also a complete one in addition to a cut-off throttle Switch-on choke can be provided with its own main current winding. In both cases special switch-on cores are available. The differences in their mode of action that of the switch-off cores is due to their different pre-magnetization. In the application of the combined pre-magnetization according to the main patent: on special The present invention consists of switch-on cores of the type mentioned. Accordingly is the premagnetization of the special switch-on cores also from a constant and composed of a voltage-dependent component; Location and amount of these shares are naturally different from those of the breaker cores.

In den Fig. i biss 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig: i zeigt das vollständige Schaltschema einer dreiphasigen Brückenschaltung. Voneinander entsprechenden Teilen der verschiedenen Phasen ist der Einfachheit halber immer nur einer mit einer Bezugsziffer versehen. In den beiden andren Figuren tragen gleiche Teül@e wie in Fig. r die gleichen Bezugsziffern. In diesen Figuren sind der besseren übersicht wegen Teile der Schaltungen weggelassen, sie können durch zyklische Vertauschung der gezeichneten Teile und ihrer Anschlüsse und durch Ergänzung fehlender Teile aus Fig. i vervollständigt werden.Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in FIGS shown. Fig: i shows the complete circuit diagram of a three-phase Bridge circuit. Corresponding parts of the different phases are for the sake of simplicity always only one with a reference number. Wear in the other two figures the same part @ e as in Fig. r the same reference numerals. In these figures are parts of the circuits are omitted for a better overview, you can go through cyclical swapping of the drawn parts and their connections and by adding missing parts from Fig. i can be completed.

Die Umformungsanordnung nach Fig. i ist an eine Wechselspannungsquelle i, z. B. die Sekundärwicklung eines Speisetransformators, angeschlossen. Die Anodenleitungen führen über eine gemeinsame Hauptstromwieklung 3 der Schaltdrosseln 2o und 2, von denen die erstere beim Einschalten und die letztere beim Ausschalten -wirksam wird, indem sie eine Stromstufe endlicher Dauer erzeugt, in welcher der Strom praktisch Null ist und demzufolge das Ein- bzw. Ausschalten unter erleichterten Bedingungen vor sich geht. Im Anschluß ran .die Wicklung 3 verzweigen sich die Anodenleitungen auf die Schaltstellen 4 und 4', von denen die eine an die positive und die andere an die negative Gleichstromschiene angeschlossen ist. Die Kontakte können, wie im Hauptpatent :erwähnt, entweder motorisch angetrieben oderelektromagnetisch in Abhängigkeit von den Augenblickswerten des Stromes bzw. der Spannung gesteuert werden. Die Betätigungseinrichtung ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Gleichstromkreis :enthält einen Verbraucher 5. Weitere Teile, wie z. B.eine Glättungsdrossel, :ein Lastschalter und ein Gr= dlastkreis, sind ebenfalls nicht dargestellt und können. in an sich bekannter Weise ergänzt werden.The conversion arrangement according to FIG. I is connected to an alternating voltage source i, z. B. the secondary winding of a supply transformer connected. The anode lines lead via a common main current 3 of the switching throttles 2o and 2, of which the former becomes effective when switched on and the latter when switched off, by producing a current stage of finite duration in which the current practically Is zero and therefore switching on and off under easier conditions going on. Then ran .die winding 3, the anode lines branch to switching points 4 and 4 ', one of which is connected to the positive and the other connected to the negative DC power rail. The contacts can, as in the Main patent: mentioned, either motor-driven or electromagnetically dependent can be controlled by the instantaneous values of the current or the voltage. The actuator is not shown in the drawing. The direct current circuit: contains a consumer 5. Other parts, such as B. a smoothing choke,: a load switch and a Gr = dlastkreis are also not shown and can. in a manner known per se can be added.

Die Einschaltdrossel 2o erhält einen gleichbleibenden Vormagnetisierungsanteil durch eine Wicklung 16 und einen spannungsabhängigen Anteil durch eine Wicklung i g. Beide Anteile wirken beim Einschalten in gleicher Richtung magnetisierend wie der Hauptstrom. Die Ausschaltdrossel 2 erhält die entsprechenden Anteile durch Wicklungen 6 bzw. i o. Beide Anteile wirken beim Ausschalten in entgegengesetzter Richtung magnetisierend wie der Hauptstrom. Der gleichbleibende Vormagnetisierungsanteil besteht aus einem Hilfsstrom wechselnder Richtung mit trapezförmigem Verlauf, der beispielsweise von einem :dreiphasigen symmetrischen Reihentransduktor 7o geliefert wird. Die Phasenlage des Trapezstromes wird beispielsweise mittels eines Hilfstransformators i g, der an die Wicklung i angeschlossen sein kann, durch Anwendung einer geeigneten Phasenkombination eingestellt. Statt dessen kann als Hilfstransformator auch ein Drehtransformator verwendet werden, der eine nachträgliche Einstellung der Phasenlage ermöglicht. Für die beiden Schaltdrossehz 2o und 2 kann der gleiche Trapezstrom verwendet werden. Daher liegen die Hilfswicklungen 6 und 16 in Reihe. Unter der Voraussetzung, da.ß Ein- und Ausschaltkerne .den gleichen mittleren Durchmesser haben, aus dem gleichen Magnetwerkstoff bestehen und gleiches Magnetisierangsverhalten zeigen, wird die Windungszahl der Wicklung 16 des Einschaltkernes vorteilhaft etwas kleiner bemessen ;als die Windungszahl der Wicklung 6.The switch-on choke 2o receives a constant premagnetization component by a winding 16 and a voltage-dependent portion by a winding i g. When switched on, both components have a magnetizing effect in the same direction as the main stream. The cut-off throttle 2 receives the corresponding shares through windings 6 or i o. Both components act in opposite directions when switching off magnetizing like the main stream. The constant premagnetization component consists of an auxiliary current of alternating direction with a trapezoidal course, the for example supplied by a: three-phase symmetrical series transducer 7o will. The phase position of the trapezoidal current is determined, for example, by means of an auxiliary transformer i g, which can be connected to the winding i, by applying a suitable one Phase combination set. Instead, an auxiliary transformer can also be used Rotary transformer can be used for subsequent adjustment of the phase position enables. The same trapezoidal current can be used for the two switching throttles 2o and 2 be used. Therefore, the auxiliary windings 6 and 16 are in series. Under the The prerequisite is that the switch-on and switch-off cores have the same mean diameter are made of the same magnetic material and have the same magnetization behavior show, the number of turns of the winding 16 of the switch-on core is advantageously somewhat dimensioned smaller than the number of turns of the winding 6.

Die Erregerwicklungen des Transduktors 70 sind sämtlich in Reihe geschaltet und werden aus einer Gleichstromquelle 7, beispielsweise einer Gleichrichteranordnung, über einen Einstellwiderstand $ und eine Stabilisierungsdrosselg gespeist.The excitation windings of the transducer 70 are all connected in series and are from a direct current source 7, for example a rectifier arrangement, Supplied via a setting resistor $ and a stabilizing throttle.

Der Hilfsstromkreis der Wicklung i g, durch die der Einschaltkern den spannungsabhängigen Vormagnetisierungsanteilerhält, gabelt sich in zwei Zweige, die je einen Einstellwiderstand 14 bzw. 14' und ,ein gesteuertes Ventil 15 bzw. 15' mit verschiedenen Durchlaßrichtungen enthalten. Dieser Hilfsstromkreis liegt parallel zur Reihenschaltung der Schaltdrosselwicklung 3 rund der Kontaktstelle 4. bzw. der Kontaktstelle 4'. Die Ventile sind mit an sich bekannten Mitteln so gesteuert, daß die Hilfsströme in der Wicklung i 9 jedesm.al erst zugleich mit der Kontaktschließung -oder kurz vorher einsetzen, je nachdem, ob nach der Kontaktschließung die ganze Einschaltstufie oder nur ein Restteil von ihr ablaufen soll. Das richtet sich ;nach dem Aussteuerungsgrad der Umformungsanordnung und der damit verbun-,denen Höhe der Kommutierwngsspannung beim Einschalten, welche die Ummagnetisierung der SchaltdrosSel2o während der Einschaltstufe bewirkt.The auxiliary circuit of the winding ig, through which the switch-on core receives the voltage-dependent premagnetization component, bifurcates into two branches, each containing a setting resistor 14 or 14 'and a controlled valve 15 or 15' with different flow directions. This auxiliary circuit is parallel to the series connection of the switching inductor winding 3 around the contact point 4 or the contact point 4 '. The valves are controlled by means known per se in such a way that the auxiliary currents in the winding i 9 only start at the same time as the contact closes - or shortly before, depending on whether the entire switch-on stage or just a remainder of it takes place after the contact has been closed target. This depends on the degree of modulation of the conversion arrangement and the associated level of the commutation voltage when switching on, which causes the magnetization of the switching throttle Sel2o during the switch-on stage.

Der spannungsabhängige Anteil der Ausschaltvormagneti@sierung -wird der Hilfswicklung i o von der Spannung zwischen den jeweils an .der Kommutierung beteiligten Phasen der Wechselspannungsquelle i über einen Widerstand i i zugeführt.The voltage-dependent portion of the switch-off bias -will the auxiliary winding i o on the voltage between the .der commutation involved phases of the AC voltage source i supplied via a resistor i i.

Statt einer besonderen Hilfswicklung io kann nach Fig. 2 ein, Teil der Hauptwicklung 3 der Ausschaltdrosse12 in Sparschaltung verwendet werden, wenn .eine selbständige Einschaltdrossel 20 mit eigener H,auptstromwicklung 13 vorhanden ist. In diesem Falle kann die wechselstromseitige Anschlußstelle der Hilfswicklung 19 entweder, wie gezeichnet, zwischen den Wick:unigen 3 und 13 oder auch zwischen den Wicklungen 3 und i liegen, denn im Bereich des Einschaltvorganges ist die Ausschaltdro@ssel 2 gesättigt und infolgedessen die Wicklung 3 spannungslos. Die Hilfswicklungen 6 und 16 können auch in dieser Schaltung m einem gemeinsamen Stromkreis liegen. Unter der obenerwähnten Voraussetzung gleichen Magnetwerkstoffes sind dann die Windungüzahlen der Wicklungen 6 und 16 vorteilhaft @so auszulegen, daß der gleiche Strom, der beide durchfließt, im Kern der Einschaltdrossel 2o eine kleinere Feldstärke erzeugt als im Kern der Ausschaltdrossel 2. Danach soll beispielsweise, falls beide Kerne den gleichen Durchmesser haben, die Hilfswicklung 16 eine kleinere Windungszahl haben als die Hilfswicklung 6.Instead of a special auxiliary winding 10, according to FIG. 2, part of the main winding 3 of the switch-off throttle 12 can be used in an economy circuit if an independent switch-on throttle 20 with its own main current winding 13 is present. In this case, the AC-side connecting point of the auxiliary winding can 1 9 either as drawn between the Wick: Unigen 3 and 13 or between the coils 3 and i, because the area of the switch-on operation the Ausschaltdro @ is ssel 2 saturated, and consequently the winding 3 dead. The auxiliary windings 6 and 16 can also be in a common circuit in this circuit. Under the above-mentioned requirement of the same magnetic material, the number of turns of the windings 6 and 16 are advantageously designed so that the same current flowing through both generates a smaller field strength in the core of the switch-on choke 2o than in the core of the switch-off choke 2. Thereafter, for example, if both cores have the same diameter, the auxiliary winding 16 has a smaller number of turns than the auxiliary winding 6.

Eine andere Abänderung der Schaltung hinsichtlich :des den spannungsabhängigen Anteil der Einschaltvormagnetisierung liefernden Hilfsstromkreises zeigt Fig. 3. Damach ist die Wicklung 19 über einen Einstellwiderstand 14 und eine Parallelschaltung zweier gesteuerter Entladungsventile 15 und 15' mit verschiedenen Durchlaßrichtungen an der vorhergehenden Phase angeschossen. Diese Schaltung ist verhältnismäßig ungünstig, weil hier der Hilfsstrom in der Wicklung i9 unnötig lange fließt, nämlich nicht nur, wie in den Schaltungen nach den Fig. i und 2, his zum Ende der Einschaltstufe, sondern darüber hinaus während des Hauptstramübertragungsmeitabschnktes bis zum Beginn der nächsten Kommut'erung. Daraus ergeben sich höhere Verluste und ein geringerer Wirkungsgrad. Allerdings wird in der Schaltung nach Fig. 3 nur ein einziger Widerstand 1 ¢ gebraucht. In der Schaltung nach den Fig. i und 2 dagegen besteht bei Verwendung einfies einzigen gemeinsamen Widerstandes vor der Gabelung die Gefahr eines direkten Kurzschlusses der Gleichstromseite, falls einem der beiden Ventile 15 und 15' eine Rückzündung widerfährt.Another modification of the circuit with regard to: the voltage-dependent The proportion of the auxiliary circuit supplying switch-on bias is shown in FIG. 3. The winding 19 is then connected via a setting resistor 14 and a parallel circuit two controlled discharge valves 15 and 15 'with different flow directions at the previous one Phase shot. This circuit is proportionate unfavorable because here the auxiliary current flows in winding i9 for an unnecessarily long time, namely not only, as in the circuits according to FIGS. i and 2, until the end of the switch-on stage, but also during the main stream transmission period up to Start of the next commutation. This results in higher losses and a lower one Efficiency. However, only a single resistor is used in the circuit of FIG 1 ¢ used. In the circuit according to FIGS. I and 2, on the other hand, there is use A single common resistance before the fork ran the risk of a direct Short circuit on the DC side if one of the two valves 15 and 15 'has a Flashback occurs.

In der Schaltung nach Fig.3 können die beiden Rohre 15 und 15' weggelassen werden, wenn der Schaltstromrichter dauernd mit voller oder nur um die Dauer der Einschaltstufe verminderter Aussteuerung betrieben werden soll. In den Schaltungen nach Fig. i und 2 können im Falle einer dauernden vollen Aussteuerung an Stelle der gesteuerten Ventile 15 und 15' umgesteuerte verwendet werden.In the circuit according to FIG. 3, the two tubes 15 and 15 'can be omitted if the switching converter is continuously with full or only for the duration of the Switch-on level with reduced modulation is to be operated. In the circuits according to Fig. i and 2 can in the case of a permanent full modulation in place of the controlled valves 15 and 15 'reversed can be used.

Allgemein kann bei geringeren Ansprüchen bezüglich der Abgleichung des Stufenstromes eine der beiden Vommagnetisierungskomponenten sowohl des Einschaltkernes als auch des Ausschaltkernes durch einen smnusförmigen Wechselstrom geeigneter Höhe und Phasenlage ersetzt oder auf einte der beiden Komponenten verzichtet werden. Ferner können zur Verbesserung der Stufenform an sich bekannte Stmeckkreise milt besonderen Hilfswicklungen für die Einschaltkerne :oder für die Ausschaltkenw oder für beide Kernarten verwendet werden.In general, if there are fewer claims regarding the adjustment of the step current one of the two magnetization components of both the switch-on core as well as the switch-off core by a smnus-shaped alternating current of suitable height and phase position can be replaced or one of the two components can be dispensed with. Furthermore, in order to improve the step shape, known circles can be used special auxiliary windings for the switch-on cores: or for the switch-off kw or can be used for both core types.

Claims

PATENT CLAIMS: i. MechaTtIc switch; old converter with in grater and magnetized switching chokes located in front of the switching contacts, their pre-magnetization; g consists of a constant and a voltage-dependent portion, according to the patent 869 983, characterized by the use of this combined pre-magnetization on special switch-on choke cores for bridge circuits with a switching choke for ji two contacts working in push-pull.

2. Switching converter according to claim @, da-, characterized in that the constant Varmagnetisverungsan, Geil through an alternating current with a trapezoidal curve is generated.

3. Switching current: converter according to claim 2, characterized in that the constant premagnetization component supplying auxiliary winding (16) with the corresponding Hüfswidklung (6) of the switch-off core is connected in series. ¢.

Switching converter according to Claim 3, characterized by such an interpretation of the number of turns of the auxiliary windings (6 and 16) that the The same current in the switch-on core produces a smaller field strength than in the switch-off core.

5. Switching converter according to claim q .; characterized in that with common Main winding (3, 13) and the same diameter of the two cores for switching on and off the auxiliary winding (16) of the switch-on core has a lower number of turns than the auxiliary winding (6) of the switch-off core.

6. Schah converter according to claim 2, characterized in that a series transducer (70) for generating the trapezoidal current is provided.

7. Switching converter according to claim i, characterized by dad'uTch; that for the generation of the voltage-dependent pre-metering component one each for series connection the main current winding and the associated contact connected in parallel controlled valve and an auxiliary circuit containing an effective resistance is provided.