<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
da die Maschine einen einphasigen Wechselstrom gleichrichten oder einen Gleichstrom in einen einphasigen WechselBtrcm umformen soll.
Wie bereits gesagt, kann die Gruppierung dey, segmente auf dem Kommutator in beliebiger
EMI2.1
die Bürsten auf benachbarte Segmente von entgegengesetzter Polarität übergreifen, da dies Kurzschluss zur Folge haben würde. Ferner können, wenn erwünscht, zwei oder mehr Segmente leitend miteinander verbunden werden, so dass sie in Wirklichkeit ein einziges Segment bilden. Dieses ist in Fig. 4 : veranschaulicht, wo fünf aufeinanderfolgende Segmente durch geeignete Mittel miteinander verbunden sind, so dass sie in Wirklichkeit ein Segment, wie bei 11 gezeigt, bilden. In diesem Falle haben wir vier Gruppen von Segmenten, die um 9 () 0 voneinander abstehen.
Die einander gegenüberliegenden Segmentgruppen sind leitend miteinander verbunden.
Die benachbarten Segmente oder Segmentgruppen müssen, wie in Fig. 4 dargestellt, durch nichtleitendes Material von einandergetrennt sein. Hiefür eignet sich Bakebt sehr gut, es kann der beabsichtigte Zweck aber auch auf andere Weise erreicht werden, nur muss das verwendete Material sich in gleicher Weise wie die Kupfersegmente abnutzen.
Beim Betrieb der bisher beschriebenen Maschine werden nur die beiden benachbarten Ringe F und lb (Fig. 2) benutzt.
Die Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom durch die Maschine geschieht nun in der folgenden Weise (Fig. 1 und 5) :
Angenommen, der umzuformende Strom wird durch die Leiter 12 und 13 zugeführt, welche mit den Bürsten 9 und 9a verbunden sind und der umgeformte Strom wird von den Ringen 4a und lb durch geeignete, auf ihnen schleifende Bürsten abgenommen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und den Leitern 14 und 15 zugeführt, welche den Stromkreis des umgeformten Stromes andeuten mögen. Wenn wir annehmen, dass die Leiter 12 und 13 Gleichstrom zuführen, so wird der durch den Draht 13 fliessende Strom in die Bürste (Ja eintreten ; von hier fliesst der Strom durch die leitenden Segmente und wird schliesslich abwechselnd den Ringen Ja bzw. 4b zugeführt.
Wenn wir nun annehmen, dass m einem gegebenen Zeitmoment sich unter den Bürsten Sa bzw. 9 Lamellen oder Gruppen von Lamellen befinden, welche gegeneinander isoliert sind, und dass die Segmente unter der Bürste 9a mit dem Ring 4a und die Segmente unter der Bürste 9 mit dem Ring 4a verbunden sind, so wird der positive Strom vom Draht 13 durch die Burste 9a, die unter dieser befindlichen Segmentgruppe zum Ring 4a und zum Leiter 15 fliessen, während der negative Strom durch den Draht 12 die Bürste 9, die unter ihr liegenden Segmente zum
EMI2.2
eingeschalteten Apparate den Stromkreis zischen den Leitungen 14 und 15 schliessen.
Der Kommutator wird in fortlaufende Drehung versetzt, so dass in einer gewissen Zelt die Segmentgruppe, welche sich zuerst unter der Bürste 9 befand, unter die Bürste 9a gelangt und eine Gruppe von Segmenten unter die Bürste 9 kommt, welche mit der Segmentgruppe, die eben unter der Bürste 9"hinweggegangen ist, leitend verbunden ist. Mit anderen Worten, die Segmentgruppe, welche unter die Bürste 9 kommt, würde leitend mit dem Ring 4"verbunden sein,
EMI2.3
Dagegen wild der negative Strom durch den Draht 12, die Bürsten 9 und die darunterbefindlichen Segmente liessen, die leitend mit dem Ring 4a verbunden sind und von da in die Leitung 15 gelangen.
Es ist somit ersichtlich, dass, wählend die Leitungen 14 und 15 vorher je einen negativen bzw. einen positiven Strom führten, sie jetzt ihre Polarität gewechselt haben und einen positiven bzw. negativen Strom führen, mit anderen Worten : der Gleichstrom ist in einen Wechselstrom umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgt fortlaufend, da stets die folgenden Segmentgruppen unter die Bürsten 9 und 9a gelangen.
Wenn Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden soll, wird der Wechselstrom der Maschine durch die Leiter 12 und 13 zugeführt. Wenn wir für den Augenblick den Leiter M als positiv annehmen und den Leiter 12 als negativ und wenn wir ferner annehmen, dass sich unter der Bürste 9"eine Segmentgruppe befindet, welche mit dem Ring 4a verbunden ist und unter der Bürste 9 eine solche, die mit dem Ring 4b verbunden ist, so wird ein positiver Gleichstrom zum Leiter 15, und ein negativer Gleichstrom zum Leiter 14 fliessen. Im nächsten Zeitabschnitt
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Wie bereits oben gesagt, muss zum Gleichrichten eines Wechselstromes der Motor 3 ein Synchronmotor sein, so dass die einzelnen aufeinanderfolgenden Gruppen von Segmenten mit einer Periodizität unter die Bürsten 9 und S gebracht werden, weiche den Wechseln des Wechsel Stromes in den Leitern 12 und 13 entspricht.
Allgemein ausgedruckt, arbeitet der Kommutator mit je einem Wechselstrom-und einem Gleichstrom-Stromkreis zusammen und verbindet bei seiner Drehung abwechselnd jeden Pol des einen Stromkreises mit den Polen des anderen Stromkreises, einerlei ob Wechselstrom in Gleichstrom umgeformt wird oder umgekehrt.
Bei dem praktischen Betriebe dieser Art Maschinen wird eine Funkenbildung auf dem Kommutator infolge des SchlieSens und Unterbrechen der Stromkreise während des Umlaufes des Kommutators entstehen. Diese Funkenbildung wird nut zunehmender Stromstärke und Stromspannung sehr wesentlich und macht die Verwendung eines solchen Umformers unmöglich, wenn nicht Mittel vorgesehen werden, um die Funkenbildung zu verhindern oder wenigstens so weit zu vermindern, dass sie vernachlässigt werden kann.
Zu diesem Zwecke sind bereits verschiedene Mittel vorgesehlagen worden. Gemäss der Erfindung wird die Funkenbildung dadurch vermieden und ausserdem ein weiterer Erfolg erzielt, dass man einen Kapazität enthaltenden Stromkreis zwischen die zusammenarbeitenden Seiten des Wechselstromkreises und des Gleichstromkreises einschaltet, wenn diese Stromkreise unterbrochen werden. Mit anderen Worten : ein Kondensator wird an der Unterbrechungsstelle zwischen den zusammenwirkenden Polen des Wechselstromkreises und des Gleichstromkreises parallel zu diesen eingeschaltet, wenn der Kommutator gedreht wird.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung unter Verwendung eines Kondensators ist in Fig. 1 dargestellt. Der Kondensator 16 ist leitend mit der Bürste 9a verbunden und die den Strom weiterleitende Bürste liegt auf dem Ring Ja auf. Wenn nun der Strom durch die Umdrehung des Kommutators 1 unterbrochen wird, fliesst der Extrastrom, welcher die Funkenbildung hervorrufen würde, in den Kondensator 16, wo er aufgesperchert wird und in die Leitung zurückgeschickt wird, wenn der Stromkreis durch das Segment nieder geschlossen wird. Ein ähnlicher Kondensator 17 ist mit. der Bürste 9 verbunden und mit der sie auf dem Ring-b schleift und er tritt für den Strom, welcher von der Bürste 9 zum Ring 4b fliesst in ähnlicher Weise in Wirkung, wie oben bezüglich des Kondensators 16 dargestellt.
Wenn umgekehrt die Bürsten MP auf Segmenten aufliegen, welche mit den Ringen Jb und die Bürsten 9 auf Segmenten, welche mit den Ringen verbunden sind, würde keine direkte
Verbindung der betrenenden Bürsten und Ringe durch den Kondensator bestehen. Es t deshalb notwendig, irgend eine Verbindung zu schaffen, welche den Strom aufnimmt, wenn die Strom- kreise in dieser Stellung unterbrochen werden. Dies wird erreicht, wenn die Bürsten f) a und 9 durch geeignete Mittel verbunden sind, welche den Strom aufnehmen, der im Augenblick der
Unterbrechung des Stromes zwischen den in dem oben beschriebenen Verhältnis zueinander stehenden Segmenten und Bürsten entsteht.
Zu diesem Zwecke kann em Kondensator von geeigneter Kapazität in die Leitung 12-13 parallel zum Kommutator eingeschaltet werden.
Dieser Kondensator ist nicht immer erforderlich, z. B. dann nicht, wenn die Leitung 12-13 genügenden induktiven Widerstand hat. Es ist jedoch sicherer und vorzuziehen, den Konden- sator 18, wie in Fig. 1 dargestellt, einzuschalten.
Eine Anordnung der Kondensatoren gemass der Erfindung, welche den erstrebten Zweck gut erfüllt, ist die, dass die Kondensatoren parallel zu den Unterbrechungen zwischen den zusammenarbeitenden Polen des WechselstromkreMes und des Gleichstromkreisea eingeschaltet werden.
Bei der angewandten Kondensatorenanordnung sind die Kondensatoren in einer ge- schlossenen Reihe angeordnet. Vorzugsweise werden vier Kondensatoren als Parallelogramm angeordnet und miteinander verbunden ; diese Kondensat ren sind durch 26, 27 und 28 angedeutet. Es sei hier noch bemerkt, dass die vier Kondensatoren nur die Kapazität andeuteir sollen, denn an Stelle eines der dargestellten Kondensatoren können auch mehrere gesetzt werden und es kann dies sogar sehr erwünscht sein, denn unter gewissen Bedingungen kann es notwendig sein, die Kapazität eines der Kondensatoren aus der Serie zu verändern.
<Desc/Clms Page number 4>
An zwei Punkten dieser Serie von Kondensatoren ist eine Gleichstromquelle angeschlossen und as zwei anderen Stolen in der Mitte zwischen den erstgeuannt 3n Anschltissen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Serie werden die Wechselstromleiter angeschlossen. In dem in
EMI4.1
gewandelt werden soll, oder Wechselstrom, welcher in Gleichstrom umgewandelt werden soll.
Wie bereits gesagt, erzeugt die Anwesenheit von Kondensatoren, welche an den Wechselstrom-Stromkreis und den Gleichstrom-Stromkreis angeschlossen sind, gewisse Kapazitätswirkungen auf den Stromkreis, welcher den umgeformten Strom enthält, d. h. wenn ein Wechselstrom gleichgerichtet wird, so werden die im Gleichstrom erzeugten Stromstösse nicht so scharf sein. da der Kondensator die Wirkung hat, die Stromstösse bis zu einem gewissen Grade aufzuheben. Es hat sich ferner gezeigt, dass die so geschalteten Kondensatoren etwaige Phasenverschiebungen des gleichzurichtenden Wechselstromes ausgleichen, so dass die Spannung und Stärke des gleichzurichtenden Wechselstromes den Nullpunkt in dem Augenblick erreichen, wenn die Unterbrechung zwischen dem Wechselstrom und dem erzeugten Gleichstrom stattfindet.
Die Kapazitätswirkung der Kondensatoren kann in manchen Fällen durch die Verwendung eines weiteren Kondensators gesteigert werden, welcher diagonal zwischen einander gegenüberliegenden Punkten der Kondensatorreihe geschaltet ist, und zwar an die gleichen Punkte in der Reihe, an welche die mit dem Gleichstrom-Stromkreis verbundenen Leiter angeschlosesn sind.
Ein solcher Hilfskondensator ist in Fig. 5 mit 33 bezeichnet.
Die Form des Kondensators und sein Verhältnis zu den Segmenten des Kommutators soll au
EMI4.2
einerseits und die Segmente 22, 23, 24 andererseits miteinander verbunden sind und die erstgenannte Gruppe mit dem Ring 4a und die zweite Gruppe mit dem Ring 4b in Verbindung steht.
Es ist selbstverständlich, dass die erwähnte Gruppierung der Segmente sich auf die gesamten Segmente des Kommutators bezieht.
Wenn wir annehmen, dass die Bürsten 9a und 9 auf den Segmenten 19 bzw. 23 aufliegen und der Stromkreis durch die Leiter 12 und 13 in Form eines gleichzurichtenden Wechselstromes eingeführt wird und dass ferner in dem Augenblick der Bürste 9a ein positiver Strom und der Bürste 9 ein negativer Strom zugeführt wird, dann wird der Stromverlauf der sein, dass der Strom von dem Leiter 13 durch die Bürste 9"zum Ringe 4a fliesst und von dem Leiter 12 durch die Bürste 9, durch das Segment 23 zu dem Ringe 4b, wobei die Segmente 4a und-, wie ersichtlich, mit den Leitern 15 und 14 verbunden sind.
Wenn sich die Segmente unter den Bürsten weiterbewegen, so dass sie auf die isolierten Zwischenräume 34 und, 35 gelangen, so wird der durch den Leiter 13 fliessende Strom seinen Weg durch den Leiter 30, dem Kondensator 27, den Leiter 31 zum Ring 48 und dem Leiter 15 der Gleichstromleitung finden, während der Strom zwischen der Bürste 9 und dem Ring 4b seinen Weg durch den Leiter 29, den Kondensator 25, den Leiter 32 zu dem Rmg 4b und dem Leiter 14 des Gleichstrom-Stromkreises findet.
Wie bereits oben beschrieben, ist im nächsten Zeitabschnitt die Polarität der Leiter 13 und 12 umgekehrt, und gleichzeitig mit diesem Wechsel bewegt sich das Segment 23 unter die Bürste ! Ja und das Segment 20 unter die Bürste 9.
Der deutlicheren Darstellung und Beschreibung wegen sind die Bürsten. 9 und 9 in Berührung mit den Segmenten 24 und 21 gezeigt, offenbar ist dies aber die gleiche Schaltung, wie wenn die Bürsten 9 und 9 auf den Segmenten 23 und 20 aufliegen. Wie oben erklärt, bleibt auch unter diesen Umständen der Strom in den Leitern 14 und 15 ein Gleichstrom und die Bürste 9a ist leitend mit dem Ring 4b und die Bürste 9 mit dem Ring 4a verbunden.
Wenn nunmehr die Bürsten zur Zeit der Stromunterbrechung auf die isolierten Zwischenräume treffen, wird der durch den Leiter 12 fliessende positive Strom durch den Leiter 29, den Kondensator 25, den Leiter 32 zum Ringe 4b fliessen, während der negative Strom, welcher durch
EMI4.3
Da die Vorgänge sich im Kreislauf wiederholen, bilden sich auch die Kondensatorstrom- kreise in der eben beschriebenen Weise stets von neuem. Es ist daraus ersichtlich, dass stets zwischen den zusammengeschalt et en Polen des Wechselstrom-Stromkreises und des GleichstromStromkreises im Augenblicke der Unterbrechung dieser Stromkreise durch die Umdrehung des Kommutators ein Kondensator eingeschaltet ist.
Wenn der umzuwandelnde Strom ein Gleichstrom ist, der in Wechselstrom umgewandelt wird und die Belastung des umgewandelten Strome Selbstinduktion besitzt, so entstehen bei dieser Anordnung der Kondensatoren Resonanzströme zwischen den Kondensatoren und dem unter der induktiven Belastung stehenden Stromkreise, so dass sich in dem Zeitabschnitt, in welchem die Bürsten von einem stromführenden Segment zum nächsten gleiten, sich die Konden- satoren durch die unter induktiver Belastung stehenden Segmente oszillierend entladen.
<Desc/Clms Page number 5>
In Fig. 6,7 und 8 ist eine andere Ausführungsform einer Maschine zur Umwandlung eines Wechselatromes in Gleichstrom und umgekehrt dargestellt. Diese Maschine ist auf einer passenden Grundplatte montiert, auf welcher die Lagerständer 36 und37 befestigt sind. In diesen Lagern ist eine Welle 38 gelagert, auf der zwei umlaufende Körper 39 und 40 sitzen, welche aus leitenden, voneinander isolierten Segmenten bestehen. Diese Körper können von der üblichen Kommutat01'baurt sein, oder sie können in der Weise ausgebildet sein, wie in Fig. 4 angedeutet.
Die Kommutatoren 39 und 40 haben verschiedene Durchmesser, so dass der Kommutator mit dem grösseren Durchmesser auch die grössere Umfangsgeschwindigkeit hat. Auf der Welle 38, aber von ihr isoliert, sitzen Ringe 41 und 42 und diese Ringe sind ebenfalls, wie bei 43 angedeutet, voneinander isoliert.
EMI5.1
umgibt und auf der Ringe 45 und 46 aufgesetzt sind. welche geschlitzt und in der gleichen Weise befestigt sind, wie für die Ringe 7 (Fig. 1) angegeben wurde.
Die Ringe 45 und 46 tragen Bürstenhalter 47 und 48, welche die Bürsten 49 und 50 tragen, die auf dem Kommutator 39 aufliegen. Die Hülse 44 kann in der Achsrichtung der Welle 38 verschoben und dadurch die Stellung der Bürsten auf dem Kommutator geändert werden.
Neben dem Ständer 36 ist ein zweiter Ständer angeordnet, der die Bürsten 51 und 52 trägt, welche auf den Ringen 41 und 42 schleifen. Dieser Ständer besitzt auch an der Innenseite eine Nut, in welcher ein Ring 53 sitzt, der gegenüber dem Ständer bewegt werden kann. Dieser Ring 53 trägt Stangen, welche die Bürsten 54, 55, 56 und 57 halten. Die Bürsten 54 und 55 sind so eingestellt, dass sie auf dem Kommutator 40 an Stellen aufliegen, welche um 9 (J} gegeneinander versetzt sind. Die Bürsten 56 und 57 schleifen ebenfalls auf dem Kommutator an um 9 () 11 gegen- einander versetzten Stellen und sind auch gegen die Bürsten 55 und 54 um 9 (JJ versetzt.
Bei dem dargestellten Beispiel ist der umlaufende Körper 40 mit vier Segmentgruppen 58, 59, 60, 61 versehen. Jede Gruppe besteht aus einer Anzahl von Segmenten, die aber auch zu einem vereinigt werden können, das dann so breit ist, wie die fünf dargestellten zusammen.
Der Raum zwischen den Segmentgruppen kann mit jedem beliebigen Isolationsmaterial ausgefüllt sein, welches sich in gleichem Masse wie das Kupfer der Segmente abnutzt.
Die Lamellen jeder einzelnen Gruppe sind, wie dargestellt, elektrisch miteinander ver-
EMI5.2
miteinander verbunden.
Die Lamellen auf dem umlaufenden Körper. 19 können in der gleichen Weise gruppiert werden, \\ le dies für den Kommutator 40 lmgegeben Ist, sie sind mit 62, 63, 64 und 65 bezeichnet und die einander diametral gegenüberstehenden Gruppen sind leitend miteinander verbunden (Fig. 8).
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Segment gruppen und zeigt, wie die einzelnen Gruppen auf den Kommutatoren miteinander verbunden sind. Die Gruppen 58 und 62, Gruppen 61 und 65, Gruppen J9 und 64 und Gruppen 60 und 6. sind leitend miteinander ver- bunden. Diese Segmentgruppen, oder vielmehr die Kommutatoren, auf denen sie befestigt sind, rotieren zusammen.
Die Bürsten 54 und 56 sind leitend miteinander verbunden, ebenso wie die Bürsten 55 und 57, und es kann erwünscht sein, in die Verbindungsleitungen Widerstände einzuschalten, die in Fig. 9 mit 66 und 67 bezeichnet sind.
Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass die Bürsten 54, 56 und 47 gleichzeitig auf den Segmentgruppen schleifen, welche elektrisch miteinander verbunden sind, und diese werden so angeordnet, dass die Bürste 56 kurz vor der Bürste 54 mit einer bestimmten Segmentgruppe in Kontakt kommt, während die Bürste 47 mit der entsprechenden Segment gruppe auf dem Kommutator 39 erst in Kontakt kommt, nachdem die Bürste 54 Kontakt hergestellt hat.
Die Bürste 56 ist gewöhnlich aus Kohle, die Bürste 54 aus einem gut leitenden Metall und die Bürste 47 ebenfalls aus Kohle hergestellt. Auf diese Weise geht bei den genannten Bürsten und Segmentgruppen der Strom beim Schliessen des Kontaktes durch eine Kohlenbürste, die Leitung des Stromes erfolgt dann durch die Metallbürste, welche einen verhältnismässig geringen Widerstand hat und die Unterbrechung des Stromes erfolgt an der Kohlenbürste 47.
Der Widerstand 66, welcher zwischen die Bürsten 54 und 56 eingeschaltet ist, kann von Wert sein, um die Funkenbildung zu vermindern, welche wahrscheinlich beim Schliessen und Unterbrechen der Stromkreise stattfinden wird.
Wie bereits oben beschrieben, ist die Umfangsgeschwindigkeit des Kommutators. 39 grösser als diejenige des Kommutators 40. Es werden deshalb die Stromkreise schnell unterbrochen, was sehr wünschenswert ist und dazu beiträgt, die Funkenbildung herabzusetzen.
EMI5.3
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
welcher in Gleichstrom verwandelt, oder ein Gleichstrom, welcher in Wechselstrom umgeformt werden soll.
Der umgeformte Strom geht von den verschiedenen Bürsten 14 und 15, welche zu dem Stromkreis führen, der den umgeformten Strom aufnimmt.
In Verbindung mit der oben beschriebenen Maschine werden Kondensatoren, ebenso wie oben beschrieben, verwendet und in der gleichen Weise an den Wechsel-bzw. an den Gleichstromkreis angeschlossen.
In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, einen veränderlichen Widerstand in die Kondensatorstromkreise, welche an die Leiter 14 und 15 angeschlossen sind. einzuschalten.
Solch ein veränderlicher Widerstand ist bei 68 und 69 in Fig. 9 dargestellt.
Die Umwandlung des Stromes von der Form, in welcher er der Maschine zugeführt wird. in die gewünschte Form erfolgt in der gleichen Weise wie oben beschrieben, nur dass die Stromkreise hier auf dem kleinen Kommutator geschlossen und auf dem grossen Kommutator unterbrochen werden.
Es ist klar, dass bei den beschriebenen Maschinen der umzuformende Strom der Maschine entweder durch Bürsten auf dem Kommutator zugeführt und von den Ringen abgenommen wird, wie dies bei den Maschinen nach Fig. 1 bis 4 beschrieben ist, oder der Strom über die Ringe zugeführt und der umgeformte Strom von den auf dem Kommutator schleifenden Bürsten abgenommen wird.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Kollektorstromumformer zum Umformen von Wechselstrom in Gleichstrom oder um- gekehrt, gekennzeichnet durch die Anordnung von Kondensatoren (16, 17) zwischen den
EMI6.2
liegenden Bürsten.