DE3105636A1

DE3105636A1 - "einstellbare gleichspannungsversorgung"

Info

Publication number: DE3105636A1
Application number: DE19813105636
Authority: DE
Inventors: Stanley G. 10509 Brewster N.Y. Peschel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1981-02-17
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE3105636C2; CA1157091A; CH648708A5; IT1135528B; IT8119840A0; US4330818A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kontinuierlich veränderbare Gleichspannungsversorgung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1, wie sie beispielsweise für die Steuerung der Geschwindigkeit von großen Gleichstrommotoren verwendet wird.

Bei herkömmlich aufgebauten Transformatoren werden eine oder mehrere Wicklungen, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweisen, um einen ferromagnetischen Kern gewickelt. Durch Zuführung eines Wechselstromes zu einer der 'Wicklungen wird ein veränderlicher magnetischer Fluß in dem Kern erzeugt, wodurch eine elektromotorische Kraft mit einer Potentialdifferenz zwischen jeder Windung hervorgerufen wird. Die Potentialdifferenzen zwischen den Windungen addieren sich längs jeder Wicklung. Das Ausgangssignal des Transformators wird über einem Teil oder über der gesamten einzigen Wicklung abgenommen, wenn ein Spartransformator mit einer einzigen Wicklung verwendet wird und es wird über einem Teil oder über der gesamten Sekundärwicklung abgenommen, wenn der Transformator Primär- und Sekundärwicklungen aufweist. Um die Ausgangsspannung des Transformators zu verändern, kann ein induktiver Regler verwendet werden, der die magnetische Kopplung zwischen entsprechenden Wicklungen verändert oder es kann eine verschiebbare Bürstenanordnung vorgesehen sein, wobei eine Bürste entlang freiliegender Segmente an der Oberfläche der Wicklung in einer Richtung quer zu den Windungen verschiebbar ist. Wenn sich die gleitende Bürste an einem leitenden Segment der Wicklung abstützt, so wird ein Strompfad zu der elektrischen Last gebildet. Wenn die Bürste sich auf zwei freiliegenden Segmenten zur gleichen Zeit abstützt, so wird ein zusätzlicher Strompfad in dem Teil der Wicklung zwischen den zwei freiliegenden Segmenten und durch die Bürste gebildet. Ein solcher durch einen Teil einer Wicklung fließender Strom ist ein Kurzschlußstrom,

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der unerwünscht ist und zur Zerstörung des Transformators führen kann. Wenn die Bürste ein freiliegendes Segment der Wicklung nicht kontaktiert, so liegt ein unterbrochener Schaltkreis vor und es fließt kein Strom zu der Last.

Gemäß der US-PS 4 189 672 werden vorteilhafterweise mehrere Bürsten vorgesehen, um einen Kontakt mit freiliegenden Segmenten der Wicklung entlang getrennter Querstrecken zu bilden und eine kontinuierlich einstellbare Wechselspannung für eine Last mit nahezu stetigem Übergang zu bilden. Die Bürsten werden hierbei gleichzeitig bewegt, um sicherzustellen, daß sich immer eine Bürste in Kontakt mit einer Wicklung befindet und um einen Wechselstrom an die Last abzugeben. Bei einem Kontakt jeder Bürste mit entsprechenden freiliegenden Segmenten einer Wicklung auf unterschiedlichen Potentialen wird ein Kurzschlußstrom dadurch vermieden, daß beide Bürsten an die Last über Gleichrichter enthaltende Schaltkreise angeschlossen sind. Hierdurch wird eine der beiden Bürsten, die sich auf dem niedrigeren Potential befindet, von der Last abgetrennt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichspannungsversorgung mit einstellbarer Spannung anzugeben, die unter wirtschaftlicher Ausnutzung von Stahl und Kupfer für die Speisung einer Gleichstromlast mit einer einstellbaren Spannung geeignet ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Unter den zahlreichen Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist derjenige zu nennen, daß es mit einem veränderlichen Einphasenoder Mehrphasen-Transformator möglich ist, die Abgabe großer

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Gleichspannimgsleistungen an Gleichspannungslasten zu steuern, um beispielsweise die Geschwindigkeit großer Gleichspannungsmoboren zu regeln.

Bei der Ausführung der Erfindung wird in einem dargestellten Ausführungsbeispiel eine kontinuierlich veränderliche Gleichspannungsversorgung durch einen veränderlichen Transformator gebildet. Der Transformator weist einen Kern aus magnetisch permeablem Material auf, der durch wenigstens eine elektrische Wicklung umgeben ist. Die Wicklung besitzt Windungssegmente, die entlang zweier im Abstand angeordneter Querstrecken freiliegen, so daß ein elektrischer Kontakt mit den Windungen der Wicklung an den verschiedenen freiliegenden Segmenten hergestellt werden kann. Erste und zweite Bürsten sind auf einer beweglichen Trägereinrichtung angeordnet, um diese gleichzeitig entlang der Querstrecken zu bewegen, wobei sich wenigstens eine der Bürsten immer in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Wicklung befindet. Erste und zweite Brückengleichrichter verbinden die ersten und zweiten elektrisch leitenden Bürsten mit dem gleichen elektrischen Lastschaltkreis, der beispielsweise durch einen Gleichstrommotor vorgegeben ist. Diese ersten und zweiten Brückengleichrichterschaltkreise sind parallel zwischen den Bürsten und der Last angeordnet.

Ein Kurzschlußstrom zwischen benachbarten Windungen, die von den Bürsten kontaktiert werden, wird durch die Verwendung eines Transformators ausgeschlossen, dessen Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Windungen geringer als der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung von zwei oder mehr Gleichrichtern ist, die in Reihe mit der Last geschaltet sind. Ein Strom kann von einer Windung zur anderen und somit von einer Bürste zu der anderen

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nur über wenigstens zwei Gleichrichter und den Widerstand bzw. die Impedanz der elektrischen Last fließen. Wenn eine höhere Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Windungen vorliegen soll, so können mehr als ein Gleichrichter in jedem Zweig der Gleichrichterschaltkreise in Reihe geschaltet werden.

In den Fällen, wo die Gleichstromlast in der Lage ist, mit einer relativ geringen Komponente von überlagertem Wechselstrom (ungefähr 1 % oder ein ähnlicher Anteil) zu arbeiten, wird unabhängig von der Spannungsdifferenz zwischen den Windungen und der Anzahl der in Reihe geschalteten Gleichrichter der zwischen den Windungen und von einer Bürste zu der anderen Bürste fließende Strom durch den Lastwiderstand bzw. durch die Impedanz der Last auf einem akzeptierbar geringen Wert gehalten.

Der einstellbare Transformator, der in der vorliegenden Gleichspannungsversorgung verwendet wird, kann sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen aufweisen; er kann aber auch als Spartransformator ausgebildet sein. Einphasen- oder Mehrphasen-Transformatoren können bei dieser Gleichspannungsversorgung verwendet werden.

Eine vorteilhafte Gleichspannungs-Steuerung kann auf wirtschaftlicher Basis mit der vorliegenden Erfindung gegenüber den heutzutage verfügbaren herkömmlichen Systemen erhalten werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit großer Gleichstrommotoren zweckdienlich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung gesteuert werden.

Es sei vermerkt, daß der Ausdruck "Gleichrichter" in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird,

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um eine Einrichtung zu beschreiben, die in einer Richtung leitet. Es gibt verschiedene Arten solcher in einer Richtung leitenden Einrichtungen, wie sie beispielsweise durch Festkörper- und Dampfgleichrichter vorgegeben sind. Die Festkörpergleichrichter v/erden allgemein als Dioden bezeichnet. Der Ausdruck "Gleichrichter" ist daher breit zu interpretieren und soll sowohl Dioden als auch andere Arten von in einer Richtung leitenden Einrichtungen umfassen.

Es sei darauf verwiesen, daß der Ausdruck "kontinuierlich veränderlich" in der Beschreibung und in den Ansprüchen nicht wörtlich zu nehmen ist. Wenn beispielsweise die maximale Ausgangsspannung eines einstellbaren Transformators 120 Volt beträgt und wenn die Wicklung 100 Windungen aufweist, so ergibt sich ein Spannungsdifferential von Windung zu Windung von 1,2 Volt. Daher ist die Ausgangsspannung in Inkrementen von 1,2 Volt veränderlich, obgleich sie als kontinuierlich veränderliche Spannung bezeichnet ist, da für den praktischen Anwendungsfall derartig kleine Inkremente als kontinuierlich .erscheinen. Wenn kleinere Inicremente der Spannungsänderung in einer speziellen Installierung erwünscht sind, so wird der einstellbare Transformator mit einer Wicklung höherer Windungszahl versehen, um den gleichen Spannungsbereich abzudecken, so daß das Spannungsdifferential von Windung zu Windung entsprechend vermindert wird. Wenn beispielsweise die Wicklung 200 Windungen aufweist, um einen Bereich von 120 Volt abzudecken, so ist die Ausgangsspannung in Inkrementen von 0,6 Volt veränderlich.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramni einer kontinuierlich veränderlichen Gleichspannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine spezielle von der Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 1 gesteuerte Last,

Fig. 3 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm einer kontinuierlich veränderlichen Gleichspannungsversorgung ähnlich derjenigen in den Fig. 1 bzw. 2, jedoch mit einem Spartransformator anstelle eines Transformators mit Primär- und Sekundärwicklungen,

Fig. 3A eine von der Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 3 gesteuerte Last,

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm zur Veranschaulichung einer Gruppe von Einstellpositionen der Bürsten in bezug auf freiliegende Segmente einer Wicklung,

Fig. 5 ein schematisches elektrisches Schaltungsdiagramm einer kontinuierlich einstellbaren Gleichspannungsversorgung gemäß der Erfindung mit einem Dreiphasen-Transformator,

Fig. 6 eine durch die Gleichspannungsversorgung gemäß Fig. 5 gesteuerte Last.

Gemäß Fig. 1 ist die veränderliche Gleichspannungsversorgung 8 an eine Wechselstromquelle 10 über einen Ein/Aus-Schalter 11 angeschlossen. Der Schalter 11 verbindet die Wechselspannungs-

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quelle 10 mit der Primärwicklung 12 eines einstellbaren Transformators 15. Der Transformator 15 besitzt einen magnetisch permeablen Kern 14 und eine Sekundärwicklung 16. Die Primärwicklung 12 und die Sekundärwicklung 16 sind auf den Kern 14 gewickelt und die an die Primärwicklung 12 angelegte Wechselspannungsquelle 10 induziert eine alternierende elektromotorische Kraft in der Sekundärwicklung 16. Dies ist ein einstellbarer Transformator, wie er in der eingangs erwähnten US-PS beschrieben ist und bei dem die Primär- und Sekundärwicklungen voneinander getrennt und elektrisch isoliert sind. Es versteht sich jedoch, daß ein einstellbarer Transformator mit nur einer Wicklung, die sowohl als Primär- als auch als Sekundärwicklung wirkt, und in der erwähnten Patentschrift als Spartransformator bezeichnet ist, ebenfalls verwendet werden kann, um die veränderliche Gleichspannungsversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden. Ein solcher Transformator ist durch den Transformator 15A in Fig. 3 gegeben.

Der magnetisch permeable Kern 14 besteht aus herkömmlichem laminiertem Transformatoreisen. Dieser Kern 14 kann im wesentlichen 0-förmig ausgebildet sein, wobei die beiden Wicklungen jeweils die entsprechenden Schenkel des Kernsumgeben oder er kann eine sog. mantelförmige Ausgestaltung aufweisen, wobei die beiden Wicklungen den zentralenlänglichen Schenkel des Mantelkerns umgeben. Im Falle eines einstellbaren Spartransformators, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, wird mit Vorzug ein Mantelkern 14 benutzt.

Die Ausgangsspannung des Transformators 15 bzw. 15A (Fig. 3) wird über der gesamten Wicklung oder einem Teil der Wicklung (bzw. 16A, Fig. 3) durch ein Paar vongit leitenden Bürsten 22

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und 24 abgenommen. Diese Bürsten sind ±i einer Stellung dargestellt, in der sie die Windungen 18 und 17 der Wicklung 16 bzw. 16A entsprechend kontaktieren. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, verlaufen die Bürsten 22 und 24 entlang zwei getrennter Querstrecken über die Wicklung 16 bzw. 16A, wobei die Bürsten einen parallelen Abstand entlang der Wicklung voneinander aufweisen und gleichzeitig entlang dieser Querstrecken durch einen Träger 25 bewegt werden.

Die Segmente der Windungen 16 bzw. 16A, die mit den Bürsten 22 und 24 in Kontakt gelangen, sind freiliegend, so daß ein elektrischer Kontakt durch die Bürsten mit den Windungen der Wicklung hergestellt werden kann. Die Bürste 22 befindet sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Windung 18 und die Bürste 24 befindet sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Windung 17 bezüglich der Wicklun 16 bzw. 16A. Um die durch den Transformator 15 bzw. 15A gelieferte Spannung zu verändern, werden die Bürsten gleichzeitig entlang ihrer entsprechenden Querstrecken bewegt. Daher befindet sich die eine oder die andere Bürste immer in Kontakt mit einer Windung der Wicklung 16 bzw. 16A. Von Zeit zu Zeit gelangen während einer Bewegung zur Spannungsänderung beide Bürsten gleichzeitig in Kontakt mit entsprechenden Segmenten, wobei sich die eine Bürste auf einem größeren bzw. geringeren Potential als die andere Bürste befindet.

Die Bürste 24 ist über einen Brückengleichrichterschaltkreis 26 an eine Last 50 angeschlossen. Der BrückenJLeichrichter 26 umfaßt vier Zweige mit Gleichrichtern 28, 30, 32 und 34 in den entsprechenden Zweigen. Die andere Bürste 22 ist ebenfalls an die gleiche Last 50 über einen zweiten Brückengleichrichter 36 angeschlossen, der vier Zweige mit Gleichrichtern 38, 44, 30 und

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32 in den entsprechenden Zweigen aufweist. Anders ausgedrückt besitzen diese zwei Brückengleichrichterschaltkreise 26 und zwei Zweige mit den Gleichrichtern 30 und 32, die beiden Gleichrichtern gemeinsam sind, so daß bezüglich der Brückengleichrichterschaltkreise 26 und 36 von einer Huckepackanordnung gesprochen werden kann. Die Brückengleichrichter 26 und 36 sind zu den Bürsten 24 und 22 und dem Lastschaltkreis 50 parallel geschaltet.

Die Ausgangsspannung der Wicklung 16 bzw. 16A zwischen der Windung 17 und dem unteren Endanschluß 19 wird über Anschlußpunkte 35 und 31 der Brücke 26 zugeführt, während die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung 26 von entsprechenden Schaltungspunkten 29 und 33 an die Last 50 angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung der Wicklung 16 bzw. 16A zwischen der Windung 18 und dem unteren Endanschluß 19 wird Schaltungspunkten 45 und 31 des Brückenschaltkreises 36 zugeführt, während die Ausgangsspannung der Brücke 36 von den Schaltungspunkten 33 und. 29 der Last zugeführt wird. Die Schaltungspunkte 33 und 29 sind beiden Brückenschaltkreisen gemeinsam.

Die Brückengleichrichterschaltkreise 26 und 36 sind zueinander parallel geschaltet, wobei der Gleichrichter 30 entgegen den Gleichrichtern 28 und 38 und der Gleichrichter 32 entgegen den Gleichrichtern 34 und 44 gepolt ist.

Da die Breite der gut leitenden Bürsten in der Richtung der Querstrecke entlangder Wicklung 16 bzw. 16A geringer als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden freiliegenden Segmenten entlangder Strecke ist, kann eine einzelne Bürste nicht gleichzeitig in Kontakt mit zwei benachbarten Windungen gelange^

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so daß jeglicher Kurzschluß zwischen irgendwelchen Windungen durch eine einzelne Bürste vermieden wird.

Durch die zwei Querstrecken entlang der Windung sind jedoch die beiden Bürsten relativ zueinander und relativ zu den freiliegenden Segmenten so angeordnet, daß zu jeder Zeit wenigstens eine oder auch möglicherweise beide dieser Bürsten sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment bzw. Segmenten der Wicklung befinden. Wenn nur eine Bürste ein freiliegendes Segment kontaktiert, so liefert nur diese Bürste einen Strom durch ihren zugeordneten Vollwellengleichrichter zu dem Ausgangsschaltkreis bzw. zu der Last 50. Wenn jedoch beide Bürsten sich in Kontakt mit entsprechenden freiliegenden Segmenten der Wicklung befinden, wobei sich die Segmente auf unterschiedlichen Potentialen befinden, so wird ein Kurzschlußstrom durch die Windungen und die beiden Bürsten mit Vorteil verhindert oder unbedeutend gemacht, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 erklärt wird.

Die Fig. 2 und 3A zeigen, daß die Gleichspannungslast mit Vorteil durch einen Gleichstrommotor 5OA gebildet werden kann, dessen Geschwindigkeit durch die veränderliche Gleichspannungsversorgung 8 bzw. 8A gesteuert wird. Der gesteuerte Motor ist mechanisch mit einer angesteuerten Last 52 verbunden, wie dies durch die gestrichelte Linie 51 gezeigt ist.

Fig. 4 veranschaulicht den Fall, wo die Bürste 24 ein freiliegendes Segment 51 der Wicklung 16 bzw. 16A kontaktiert, während die Bürste 22 ein anderes freiliegendes Segment dieser Wicklung kontaktiert. Da das freiliegende Segment 52 entlang dieser Wicklung einen größeren Abstand als das freiliegende Segment

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51 aufweist, liegt bezüglich der Bürste 22 ein höheres Potential als bezüglich der Bürste 24 vor. Das höhere Potential der Bürste 22 wird der Gleichrichterbrücke 36 zugeführt, "wodurch eine gleichgerichtete Vollwellen-Ausgangsspannung an den Anschlüssen 48 und 49 für die Last 50 gebildet wird.

Während der positiven Halbzyklen der Wechselspannung an dem freiliegenden Segment 52 führen die Gleichrichterelemente 38 und 32 Strom, während bezüglich der negativen Halbzyklen der Wechselspannung die Gleichrichterelemente 30 und 44 Strom führen. In jedem Halbzyklus des gleichgerichteten Stromes fließt dieser durch die Last 50 bzw. 5OA, die in Reihe zu den eben erwähnten Gleichrichtern geschaltet ist.

Unterdessen kann die Spannungsdifferenz zwischen den freiliegenden Segmenten 51 und 52 keinen Kurzschlußstrom über irgendeine der Gleichrichterbrücken 26 oder 36 hervorrufen, da diese alle möglichen Strompfade zwischen den beiden Bürsten 22 und 24 blockieren. Ein Kurzschlußstrom kann zwischen den Bürsten 22 und 24 nicht fließen, da ein solcher über den Gleichrichter 38 verlaufender Kurzschlußstrom durch die entgegengesetzten Gleichrichter 28 und 30 der Brücke 26 blockiert wird, während der über den Gleichrichter 44 fließende Kurzschlußstrom durch die entgegengesetzt gepolten Gleichrichter 32 und 34 der Gleichrichterbrücke 36 blockiert wird. Kurzschlußströme in entgegengesetzter Richtung von der Bürste 24 werden in gleicher WeL se durch die verschiedenen Elemente der Gleichrichterbrücke 36 blockiert. Demgemäß müßte jeder solcher Strom von einer Bürste zu der anderen über die Last fließen, was gewünschtenfalls verhindert werden kann und irgendein solcher über die Last fließen-

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der Strom bleibt aufgrund der Lastimpedanz unbedeutend und kann definitionsgemäß nicht als Kurzschlußstrom bezeichnet werden.

In den Fällen, wo die Gleichstromlast 50 bzw. 5OA mit einer relativ geringen überlagerten Wechselstromkomponente arbeiten kann, kann das Wechselspannungsdifferential zwischen den Windungen, d.h. die Differenz in der Spannung zwischen den freiliegenden Segmenten 51 und 52 gewünschtenfalls größer als die Spannung gemacht \tferden, die erforderlich ist, um den stromführenden Zustand der in Reihe mit der Last 50 bz\tf. 50A liegenden Gleichrichter herbeizuführen. In einem solchen Fall fließt ein relativ kleiner Wechselstrom von einer Bürste zu der anderen über die Last. Diese Wechselstromkomponente ist sehr gering, da die Spannungsdifferenz (Spannung von Windung zu Windung) zwischen den freiliegenden Segmenten 51 und 52 sehr klein ist, während die Impedanz der Last 50 bzw. 50A vergleichsweise sehr groß ist.

In jenen Fällen, wo es erwünscht ist, einen solchen minimalen Wechselstromfluß durch die Last zu verhindern, wird die Durchschalt spannung der in Reihe mit der Last liegenden Gleichrichter größer als die Spannungsdifferenz zwischen den Windungen gemacht. Zur Erhöhung der wirksamen Durchsehaltspannung der Gleichrichter kann jeder Zweig der Gleichrichterbrücken 26 und 36 mehrere Gleichrichter in Reihe oder eine Reihen/Parallelanordnung mehrerer Gleichrichter aufweisen.

Die Situation kehrt sich genau um, wenn die Bürste 24 ein freiliegendes Segment kontaktiert, das ein höheres Potential als das durch die Bürste 22 kontaktierte Segment aufweist. Mit dem höheren Potential an der Bürste 24 wird die Gleichrichterbrücke 26 wirksam, während die Gleichrichterbrücke 36 unwirksam wird

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und mit der anderen Brücke zusammenarbeitet, um jeglichen Kurzschlußstrom zwischen den Bürsten zu verhindern.

Demgemäß ist im Betrieb zu jedem Zeitpunkt eine Brücke wirksam und die beiden Brücken befinden sich im Hinblick auf den Kurzschlußstrom in einer sich gegenseitig blockierenden Beziehung. Eine geringe Wechselstromkomponente durch die Last kann gewünscht enf alls verhindert werden, indem die Durchsehaltspannung der in Reihe zu der Last geschalteten Gleichrichter größer als die Spannung von Windung zu Windung des einstellbaren Transformators gemacht wird, wie dies zuvor erläutert wurde.

Es versteht sich, daß jede geeignete elektrische Gleichstromlast zwischen den Ausgangsanschlüssen 48 und 49 der veränderlichen Gleichspannungsversorgung 8 bzw. 8A oder 8B (Fig. 5) angeordnet werden kann. Sehr große Beträge an elektrischer Gleichspannungsleistung können zAveckdienlich durch eine veränderliche Gleichspannungsversorgung gemäß dieser Erfindung gesteuert werden. Wo sehr große Beträge einer Gleichspannungsleistung zu steuern sind, ist es von Vorteil, eine mehrphasige Gleichspannungsversorgung 8B gemäß Fig. 5 zu verwenden.

Bei der einstellbaren Gleichspannungsversorgung 8B gemäß Fig. 5 wird ein einstellbarer Dreiphasen-Transformator 15B verwendet, wie er in der eingangs erwähnten US-PS dargestellt und beschrieben ist. Die Primärseite dieses Transformators 15B kann entweder im Dreieck oder im Stern geschaltet sein. Vorzugsweise gelangt eine Dreieckschaltung in der dargestellten Weise zur Anwendung, da jede Primärwicklung 12-1, 12-2 und 12-3 einen geringeren Strom bei einer höheren Spannung führen kann,als dies bei einer

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Sternschaltung mit dem gleichen Leistungsverhältnis der Fall ist.

Die drei Sekundärwicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 sind auf drei Kernschenkeln 14-1, 14-2 und 14-3 des Transformators 15B entsprechend angeordnet. Es sind drei Vollwellen-Gleichrichterbrücken 26-1, 26-2 und 26-3 jeweils den entsprechenden Wicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 zugeordnet. Die drei Paare von Bürsten 22 und 24 sind auf Trägereinrichtungen 25-1, 25-2 und 25-3 angeordnet, die aus einem großen Träger oder drei kleineren Trägern bestehen können, die mechanisch zusammengeschaltet sind, so daß die Paare von Bürsten gleichzeitig und entsprechend "bei einer Veränderung der Ausgangs-Gleichspannung an den Anschlüssen 48 und 49 bewegt werden. Die mechanische Kopplung der Trägereinrichtung 25 ist durch eine gestrichelte Linie 54 angezeigt.

Die Trägereinrichtung 25 in jeder Spannungsversorgung 8, 8A und 8B kann mechanisch entlang der entsprechenden Querstrecken durch irgendeine geeignete mechanische Vorschubeinrichtung bewegt werden, wie dies ebenfalls in der eingangs erwähnten US-PS gezeigt ist. Die Trägereinrichtung ist hierbei entlang Führungsschienen verschiebbar. Beispielsweise können Zustellschrauben, bewegliche Arme, Stößelstangen, Zahnräder und Ketten usw. verwendet werden, um die Trägereinrichtung 25 entlang der Führungsschiene zu verschieben, wobei eine solche Bewegungseinrichtung für die gleichzeitige Bewegung entsprechender Paare von Bürsten 22 und 24 durch den Block 56 veranschaulicht ist.

Die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 erläuterten BetriebsCharakteristiken gelten auch für die Spannungsversorgung 8B gemäß Fig. 5. Mit anderen Worten, kann kein Kurzschlußstrom von einer der Bürsten 22 und 24 zu der jeweils

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anderen Bürste in diesem Paar fließen. Wenn es erwünscht ist, irgendeine geringe Wechselspannungskomponente an einem Durchfluß durch die Last zu hindern, so muß die Durchschaltspannung der Gleichrichter in Reihe zu der Last größer als die Spannung zwischen den Windungen der entsprechenden Wicklungen 16-1, 16-2 und 16-3 gemacht v/erden.

Die Gleichspannungslast ist an die Ausgangsanschlüsse 48 und 49 der Spannungsversorgung 8B angeschlossen und kann durch irgendeine geeignete Last gebildet werden. Gemäß Fig. 6 kann die einstellbare Gleichspannungsversorgung 8B vorteilhaft verwendet' werden, um die Geschwindigkeit eines großen Gleichstrommotors zu steuern.

Demgemäß werden kontinuierlich einstellbare Gleichspannungsversorgungen angegeben, bei denen jeglicher Kurzschlußstrom zwischen den Bürsten eliminiert wird. Eine gleichgerichtete Vollwellen-Ausgangsspannung wird erzielt, die besonders geeignet ist, eine große Gleichspannungsleistung zu liefern. Es versteht sich, daß eine Filterung der gleichgerichteten Vollwellen-Aus gangs spannung gewünsentenfalls vorgesehen sein kann. Elektrische Filterschaltkreise zum Glätten der Welligkeit einer Gleichspannung sind bekannt und brauchen hier nicht beschrieben zu werden. Im Betrieb wird die Ausgangs-Gleichspannung und somit die Ausgangsleistung zweckdienlich durch Bewegung des Paares von Bürsten 22 und 24 über die Trägereinrichtung 25 verändert.

Diese Gleichspannungsversorgungen erfordern keine gesonderten wärmeableitenden Elemente zur Vernichtung der Wärme aufgrund der entstehenden und vergeudeten Kurzschlußströme, da derartige Kurzschlußströme nicht auftreten. Die Erfindung gestattet somit

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in vorteilhafter Weise den -wirtschaftlichen Aufbau von sehr leistungsstarken einstellbaren Gleichspannungsversorgungen unter Verwendung eines einzigen großen einstellbaren Transformators, der einphasig oder mehrphasig ausgeführt sein kann.

Bei irgendeinem vorgegebenen Betrag der veränderlichen Gleichspannungs-Ausgangsleistung führt die Verwendung der erfindungsgemäßen Gleichspannungsversorgung zu einer großen Ersparnis an Stahl, Kupfer und Arbeit beim Zusammenbau im Vergleich mit den herkömmlichen heutzutage benutzten Systemen.

Pur eine höchst effiziente Verwendung der Materialien sind die variablen Gleichspannungsversorgungen 8, 8A oder 8B so bemessen, daß sie den vollen Nennstrom an die Last liefern und daß sie mit ihrer vollen Ausgangsleistung arbeiten, wenn die Paare von beweglichen Kontakten 22 und 24 an das obere Ende der entsprechenden Wicklungen 16, 16A oder 16-1, 16-2, 16-3 bewegt sind.

Es versteht sich, daß jeder Gleichrichter 28, 30, 32, 34, 38 und 44 in den entsprechenden Zweigen der verschiedenen Gleichrichterbrücken selbst mehrere einzelne Gleichrichter enthalten kann, die in Reihe geschaltet sind oder anderweitig miteinander verschaltet sein können, um die Anforderungen an die Durchsehaltspannung zu erfüllen.

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Claims

, Dr. Fueti», Dr. Hwnlmn Patentanwälte O 1 Π C C O P Postisch 700345 *? I UDQO Q SchneckonhafatrsBs 27 D-ßGöO Frankfurt cm titeln 70 Teiöfon (0011)617079 13. Februar 1981 GzH/Ra. Stanley G. Peschel, Brewster, New York 10509 / U.S.A. Einstellbare Gleichspannungsversorgung Patentansprüche

1.JGleichspannungsversorgung mit einstellbarer Spannung, mit einem variablen Transformator, der einen Kern aus magnetisch permeablem Material umgeben von wenigstens einer ¥icklung besitzt, wobei Segmente dieser Wicklung entlang einer Querstrecke zum elektrischen Kontakt mit Bürsten freiliegen, mit ersten und zweiten beweglichen elektrischen Bürsten und mit Mitteln zur gleichzeitigen Querbewegung dieser Bürsten, wobei wenigstens eine elektrische Bürste immer an einem freiliegenden Segment der Wicklung anliegt, gekennzeichnet durch eine Gleichrichterbrücke (36) mit einem ^paar von Ausgangs anschluss en (29, 33) zum Anschluß an eine elektrische Gleichstromlast (50), wobei die Gleichrichterbrücke die ersten und zweiten elektrischen Bürsten (22, 24) mit dem Paar von Ausgangsanschlüssen verbindet, um eine gleichgerichtete Vollwellenspannung an die Ausgangsanschlüsse von der Bürste zu liefern, die sich in Kontakt mit einem freiliegenden Segment der Wicklung (16) befindet, und wobei bei einem Kontakt beider Bürsten mit freiliegenden Segmenten das Segment mit der höheren Viechs el spannung wirksam ist und ein Kurzschlußstrom zwischen beiden Bürsten durch die Gleichrichterbrücke vermieden wird.

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2. Gleichspannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterbrücke umfaßt: eine erste Gleichrichterbrücke zum Anschluß der ersten elektrisch leitenden Bürste an die Ausgangsanschlüsse und eine zweite Gleichrichterbrücke zum Anschluß der zweiten elektrisch leitenden Bürste an die Ausgangsanschlüsse, wobei die ersten und zweiten Gleichrichterbrücken in bezug auf die ersten und zweiten elektrisch leitenden Bürsten und die Ausgangsanschlüsse zueinander parallel geschaltet sind.

3. Gleichspannungsversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gleichrichterbrücken erste und zweite Gleichrichter gemeinsam und dritte und vierte Gleichrichter getrennt aufweisen.

4. Gleichspannungsversorgung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gleichrichterbrücken jeweils vier Zweige aufweisen, wobei zwei Zweige den beiden Brücken gemeinsam und zwei Zweige getrennt jeder Gleichrichterbrücke zugeordnet sind.

5. Gleichspannungsversrogung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Transformator ein Mehrphasentransformator ist, der für jede Phase der Wechselspannung eine elektrische Wicklung aufweist, daß jede Wicklung freiliegende Segmente entlang eines Paares von Querstrecken aufweist, daß ein Paar elektrischer Bürsten jeder Wicklung zugeordnet ist, wobei die Bürsten entlang des entsprechenden Paares von Querstrecken beweglich sind, um mit freiliegenden Segmenten dieser Wicklung in Kontakt zu gelangen, daß Mittel vorgesehen sind, um gleichzeitig alle Paare von Bürsten entlang ihrer Querstrecken entsprechend zu bewegen, daß die Gleichrichterbrückenanordnungen

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mehrere Paare von Gleichrichterbrücken umfassen, wobei ein Paar von jeder Wicklung zugeordneten Bürsten an das erste Paar von gegenüberliegenden Anschlüssen einer jeden Gleichrichterbrücke angeschlossen ist und wobei das zweite Paar von gegenüberliegenden Anschlüssen einer jeden Gleichrichterbrücke, parallel zu dem genannten Paar von Ausgangsanschluss en angeordnet ist, um eine gleichgerichtete Hehrphasen-Vollwellen-Gleichspannung an diese Ausgangsanschlüsse zu liefern und eine Veränderung der an den Ausgangsanschlüssen anstehenden Gleichspannung zu gestatten, indem das Paar von Bürsten gleichzeitig entlang der entsprechenden Querstrecken bewegt wird.

6. Gleichspannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Steuerung der elektrischen Leistung eines großen elektrischen Gleichstrommotors.

7. Gleichspannungsversorgung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdifferenz zwischen freiliegenden Segmenten zweier benachbarter Wandungen der genannten Wicklung geringer als die Durchsehaltspannung eines Gleichrichters in der Gleichrichterbrücke ist, um zu verhindern, daß eine Wechselstromkomponente dem an die Ausgangsanschlüsse gelieferten Gleichstrom überlagert wird.

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