DE533615C - Circulating rectifier with stationary windings connected to a synchronously rotating collector via slip rings and commutation voltage from the commutation frequency introduced into the brush circuit - Google Patents

Description

Bei der Kommutierung von Strömen werden sowohl bei Gleichstrommasehinen wie aucli bei umlaufenden mechanischen Gleichrichtern in den Bürstenkreis Hilfsspannungen zur Verbesserung der Kommutierung eingeführt. Diese Kommutierungsspannungen haben in erster Linie den Zweck, die Bürsten und' Kollektorlamellen während der Ablösung vom Nutzstrom zu entlasten, während bei Kollektoren mit zahlreichen Lamellen die Beseitigung der Kurzschlußspannung weniger notwendig ist, da die Kurzschlußspannung mit steigender Lamellenzahl sinkt und daher durch Vergrößerung der Lamellenzahl unter der gefährlichen Grenze gehalten werden kann. Sollen aber umlaufende Gleichrichter für große Leistungen zwecks billiger Herstellung mit wenigen Lamellen (sechs bis zwölf) betrieben werden, so ist außer der Entlastung der abzulösenden und ablösenden Wicklungen vom Nutzstrom auch die Beseitigung der Kurzschlußspannung im Bürstenkreis erforderlich. When commutating currents, both DC phases and also with rotating mechanical rectifiers in the brush circuit auxiliary voltages introduced to improve commutation. These commutation voltages primarily have the purpose of removing the brushes and 'collector blades during the detachment to relieve of the useful current, while with collectors with numerous fins the elimination of the short-circuit voltage less is necessary because the short-circuit voltage decreases with increasing number of lamellas and therefore can be kept below the dangerous limit by increasing the number of lamellas. But should rotating rectifiers for high outputs for the purpose of cheaper production are operated with a few lamellas (six to twelve), there is no relief of the windings to be detached and detached from the useful current also remove the Short-circuit voltage required in the brush circuit.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch eras reicht, daß bei einem umlaufenden Gleichrichter mit ruhenden, über Schleifringe an einem synchron umlaufenden Kollektor angeschlossenen Wicklungen und in den Bürstenkreis eingeführter Kommutierungsspannung von der Kommutierungsfrequenz die einerseits an den Gleichstrom liefernden Kollektor angeschlossenen zwei η Wicklungen mit ihren anderen Enden abwechselnd aufeinanderfolgend an die je η Lamellen von zwei Hilfskollektoren über Schleifringe angeschlossen sind. Dabei werden vorteilhaft die Bürsten eines jeden der beiden Hilfskollektoren an die Enden von je einer die Kommutierungsspannung führenden Wicklung angeschlossen, während die Mittelpunkte dieser beiden Wicklungen miteinander verbunden sind.According to the invention, this is achieved by the fact that in a rotating rectifier with stationary windings connected to a synchronously rotating collector via slip rings and commutation voltage from the commutation frequency introduced into the brush circuit, the two η windings connected to the collector supplying direct current alternate with their other ends to which each η lamellas of two auxiliary collectors are connected via slip rings. The brushes of each of the two auxiliary collectors are advantageously connected to the ends of one winding each carrying the commutation voltage, while the center points of these two windings are connected to one another.

In Abb. ι stellt C einen synchron mit 3000 Umdrehungen in der Minute angetriebenen Kollektor dar, an dessen zwölf Lamellen zwölf Wicklungen (mit um 30⁰ gegeneinander versetzten Spannungen) mit einem Scheitelwert von je 50 Volt für jede Wicklung über zwölf Schleifringe angeschlossen sind. Die anderen Enden der Wicklungen sind abwechselnd aufeinanderfolgend mit den sechs Lamellen der beiden auf derselben Welle sitzenden Hilfskollektoren C₁ und C₂ ebenfalls über Schleifringe verbunden. Die Bürsten des Hauptkollektors (+5 und — B) stehen mit ihren Mittellinien an den Stellen des Kollektors C auf, wo bei synchroner Drehung die Scheitelwerte der Wicklungsspannungen auftreten. Die Bürsten des Kollektors C₁ (+ I₁ und — O₁) sind über die Wicklung· W₁, welche die Kommutierungsspannung e führt, initeinander verbunden. In gleicher Weise sind-die Bürsten des Kollektors C₂ (+ &₂ und — &₂)In Fig. Ι C represents a collector driven synchronously at 3000 revolutions per minute, to whose twelve lamellas twelve windings (with ^{voltages offset by 30 0} ) with a peak value of 50 volts for each winding are connected via twelve slip rings. The other ends of the windings are alternately connected in succession to the six lamellas of the two auxiliary collectors C ₁ and C _{2, which are} seated on the same shaft, likewise via slip rings. The brushes of the main collector (+5 and - B) stand with their center lines at the points of the collector C , where the peak values of the winding voltages occur with synchronous rotation. The brushes of the collector C ₁ (+ I ₁ and - O ₁ ) are connected to one another via the winding · W ₁ , which carries the commutation voltage e. In the same way - the brushes of collector C ₂ (+ & ₂ and - & ₂ )

über die Wicklung w„, welche ebenfalls die Kommutierungsspannung e führt, miteinander verbunden-. Werden weiter die Wicklungsmittelpunkte von W₁ und W₂ (O₁ und O₂) oiiteinander verbunden, so kann zwischen den Bürsten des Hauptkollektors C (+S und—B) eine belastbare, zwischen 96,6 und 93,3 Volt schwankende Gleichspannung K_s abgenommen werden, ohne daß ein Kurzschlußstrom in den unter den Bürsten + B und — B liegenden Wicklungen auftreten kann, wenn die Kommutierungsspannung e gleich und entgegengeriohtet der Kurzschlußspannung des Bürstenkreises ist.Connected to one another via the winding w ", which also carries the commutation voltage e. If the winding centers of W ₁ and W ₂ (O ₁ and O ₂ ) are also connected to one another, a loadable DC voltage K, fluctuating between 96.6 and 93.3 volts, can be generated between the brushes of the main collector C (+ S and - B) _{s can be} removed without a short-circuit current occurring in the windings under the brushes + B and - B if the commutation voltage e is the same as and opposite to the short-circuit voltage of the brush circuit.

Bei zwölf Wicklungen von je 50 Volt Scheitelwertspannung ergibt sich der Scheitelwert der zackenförmig verlaufenden Kurzschlußspannung, welche in Abb. 2 durch die Zackenlinie A, B, C, D, B dargestellt ist, bei sechsfacher Frequenz des Drehstromnetzes mit.+ 13,4 Volt. Wenn man die Kommutierungsspannung e in einem Generator als sinusförmige Spannung sechsfacher Frequenz erzeugt, (Kurve F, B, G, D, H), so bleibt als Kurzschlußspannung noch die sinusähnliche Spannung 0, B, I, D, K mit einem Scheitelwert von etwa + 2,7VoIt, welche, wenn nötig·, durch eine in Abständen von je einer Periode zu wendende Wechselspannung e₂ zwölf fächer Frequenz ersetzt werden kann. Da der Bürstenkreis aus vier Wicklungen von je 50 Volt Scheitelspannuiiig besteht, wird auf Einführung der Hilfsspannung e₂ = 2,7 Volt verzichtet werden können, da die noch itn Bürstenkreis verbleibende Kurzschluß spannung weit unter der normalen Kurzschlußspannung des Bürstenkreises (etwa 9VoIt) liegt und somit nicht gefährlich werden kann. Die Spannung e₂ ist in Abb. 2 nicht eingezeichnet. With twelve windings of 50 volts peak voltage each, the peak value of the serrated short-circuit voltage, which is shown in Fig. 2 by the serrated line A, B, C, D, B , results at six times the frequency of the three-phase network with. + 13.4 volts. If the commutation voltage e is generated in a generator as a sinusoidal voltage of six times the frequency (curve F, B, G, D, H), the sine-like voltage 0, B, I, D, K with a peak value of approximately remains as the short-circuit voltage + 2.7VoIt, which, if necessary, can be replaced by an alternating voltage e _{2 of} twelve times the frequency to be reversed at intervals of one period. Since the brush circuit consists of four windings of 50 volts apex voltage each, the introduction of the auxiliary voltage e ₂ = 2.7 volts can be dispensed with, since the short-circuit voltage still remaining in the brush circuit is far below the normal short-circuit voltage of the brush circuit (about 9 volts) and thus cannot become dangerous. The voltage e ₂ is not shown in Fig. 2.

Obwohl die natürliche Kürzschlußspannung des Bürstenkreises bei der beschriebenen Anordnung durch die Kommutierungsspannung während des öffnens und Schließen« des Bürstenkreises auf O gesenkt und in der übrigen Zeit auf unbedenklicher Höhe gehalten wird, ist damit noch keine Gewähr für eine Entlastung der abgelösten und ablösenden Wicklungen dm Moment der öffnung und Schließung des Bürstenkreises gegeben.Although the natural short-circuit voltage of the brush circuit in the described arrangement by the commutation voltage during the opening and closing of the Brush circle lowered to O and kept at a safe level for the rest of the time is, there is still no guarantee of relief for the relieved and replacing Windings given at the moment of opening and closing of the brush circuit.

Es kann aber eine vollkommene Entlastung der Wicklungen während der Ablösung erreicht werden durch eine entsprechende Regelung der Kommutierungsspannung e, nämlich dadurch, daß der Wechselstromgenerator G, welcher die Spannung e erzeugt, mit zwei Erregerwicklungen ausgestattet wird, deren eine an den Gleichstromsammelschienen liegt und die Spannung e bei Leerlauf bedingt, während die zweite Erregung im Laststrom liegt und die Spannung e so ändert, daß bei jeder Belastung (auch bei Belastungsstößen) automatisch eine vollkommene Entlastung der Wicklungen während der Ablösung erfolgt. Diese zweite Erregerwicklung hat also gleichsam die Wirkung der Wendepole, wie sie bei Gleichstrommaschinen und Motoren angewendet werden. Dabei kann auch jede beliebige Voreilung oder Nacheilung der Entlastung durch entsprechende Bemessung der Erregung automatisch erreicht werden.However, a complete relief of the windings during the separation can be achieved by a corresponding regulation of the commutation voltage e, namely in that the alternating current generator G, which generates the voltage e , is equipped with two excitation windings, one of which is connected to the direct current busbars and the voltage e conditionally during no-load operation, while the second excitation is in the load current and the voltage e changes in such a way that with every load (also with load surges) a complete relief of the windings automatically takes place during the detachment. This second excitation winding has the same effect as the reversing poles, as they are used in DC machines and motors. Any leading or lagging of the relief can also be achieved automatically by appropriately dimensioning the excitation.

Der Hauptkollektor und evtl. die beiden Nebenkollektoren werden mit dem Generator G und evtl. mit dem Generator G₁ auf eine gemeinschaftliche Welle gesetzt und durch einen kleinen Synchronmotor angetrieben.The main collector and possibly the two secondary collectors are set on a common shaft with the generator G and possibly with the generator G ₁ and are driven by a small synchronous motor.

Der beschriebene Gleichrichter kann auch zur Umwandlung von Gleichstrom in Drehstrom verwendet werden, wenn der Transformator vom Drehstromnetz aus erregt wird.The rectifier described can also be used to convert direct current into three-phase current used when the transformer is energized from the three-phase network.

Der Wirkungsgrad des beschriebenen Gleichrichters ist in der Hauptsache gegeben durch den Wirkungsgrad des Transformators und wird unter Einrechnung von Va⁰Zo ^^r Reibungsarbeit des Kollektors bei Verwendung guter Transformatoren etwa 97°/₀ betragen. The efficiency of the rectifier described is mainly given by the efficiency of the transformer and, taking into account Va ⁰ Zo ^ ^r friction work of the collector, if good transformers are used, it will be about 97 ° / ₀ .

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: I. Umlaufender Gleichrichter mit ruhenden, über Schleifringe an einen synchron umlaufenden Kollektor angeschlossenen Wicklungen und in den Bürstenkreis eingeführter Kommutierungsspannung von der Kommutierungsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Gleichstrom liefernden Kollektor angeschlossenen zwei η Wicklungen mit ihren anderen Enden abwechselnd aufeinanderfolgend an die je «Lamellen von zwei Hilfskollektoren über Schleifringe angeschlossen werden. 'I. Circulating rectifier with stationary windings connected via slip rings to a synchronously rotating collector and the commutation voltage introduced into the brush circuit at the commutation frequency, characterized in that the two η windings connected to the collector supplying direct current alternate with their other ends in succession to the Slats of two auxiliary collectors can be connected via slip rings. ' 2. Umlaufender Gleichrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten eines jeden der beiden Hilfskollektoren an die Enden von je einer die Kommutierungsspannung führenden Wicklung angeschlossen sind, während die Mittelpunkte dieser beiden Wicklungen miteinander verbunden sind.2. Circulating rectifier according to claim i, characterized in that the Brush each of the two auxiliary collectors to the ends of one winding that carries the commutation voltage are connected, while the centers of these two windings are connected to each other. 3. Umlaufender Gleichrichter nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungsspannung eine weitere Spannung von der doppeltenKommutierungsfrequenz überlagert ist, derart, daß die resultierendeKommutierungsspannung auch in der· Form der Spannungskurve praktisch gleich und entgegengerichtet der Kurzschlußspannung des Bürstenkreises ist.3. Circulating rectifier according to claim ι and 2, characterized in that that the commutation voltage is a further voltage of twice the commutation frequency is superimposed in such a way that the resulting commutation voltage is practically the same and opposite in the form of the voltage curve is the short-circuit voltage of the brush circuit. 4. Umlaufender Gleichrichter nach An-4. Circulating rectifier after spruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator, welcher die Kommutierungsspannung e 'mit der Kommutierungsfrequenz erzeugt, mit zwei Erregerwicklungen ausgestattet ist, von denen die eine an den Gleichstromsammelschienen liegt und die Kommutierungsspannung bei Leerlauf bedingt, während die andere Erregung im Laststrom liegt und die Kommutierungsspannung mit der Belastung automatisch so ändert, daß bei jeder Belastung die Wicklungen, Bürsten und Kollektorlamellen während der Ablösung vom Nutzstrom entlastet sind.Claim i to 3, characterized in that the generator, which generates the commutation voltage e 'with the commutation frequency, is equipped with two excitation windings, one of which is on the direct current busbars and causes the commutation voltage at no-load, while the other excitation is in the load current and the commutation voltage changes automatically with the load in such a way that the windings, brushes and collector segments are relieved of the useful current during each load. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings