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Vorrichtung zur Umformung von Zwei-Mehrphasenwechselstrqm in Gleichstrom.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt und bezweckt, diese einfacher in der Bauart herzustellen als es die gebräuchlichen sind.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Umformung von Zwei-oder Mehrphasenwechsel- strom in Gleichstrom (oder umgekehrt), bei welcher ein geschlossener Stromkreis durch Abzweigungen an einen Kommutator angeschlossen ist, in welchem Stromkreis sowie rund um den Kommutator die Spannungsverteilung im Wesen die gleiche ist, wie in einem Grammeschen Ring sowie in dessen Kommutator, ist dadurch gekennzeichnet, dass. dieser geschlossene Stromkreis gebildet ist von (sekundären) Wicklungen von (z.
B. vier oder mehr) Transformatoren, die zwei elektrische Gruppen bilden, und die anderen (primären) Wicklungen von einer dieser Gruppen auf jedem Transformator eben dieser Gruppe zum Teile aus einer Wicklung für eine Phase und zum Teile aus einer Wicklung für eine andere Phase des Wechselstromes bestehen, während die anderen (primären) Wicklungen der anderen Gruppe auf jedem dieser Gruppe zugehörigen Transformator entweder zur Gänze aus einer Wicklung im Kreise einer der Phasen oder aus Wicklungen bestehen, die so an zwei oder mehrere Phasen angeschlossen sind, dass sie dieselbe Phasenwirkung hervorbringen. Der Zweck dieser Konstruktion besteht in der Erleichterung sowohl der Erzeugung als auch in der Herstellung und der Isolierung und in der Erzielung einer Mehrzahl von Phasenwirkungen.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Vorrichtung für die Umwandlung von Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom dargestellt, und zwar ist Fig. i ein Vektordiagramm, welches die Phasenverschiebung der Wechselstromzufuhr zu der Feldwicklung in einem Zeitmomente zeigt ; Fig. 2 ein Vektordiagramm, welches die relativen Werte der Phasenverschiebung im Wechselstrom der Feldwicklung veranschaulicht und wobei die Vektoren so mit Buchstaben bezeichnet sind, dass sie mit den in Fig. 5 schematiseh dargestellten Transformatorkernen bzw. mit den Vektoren in Fig. 1 übereinstimmen.
Fig. 3 zeigt die resultierenden elektromotorischen Kräfte, welche in den Sekundärwicklungen in einem bestimmten Augenblick induziert werden und welche entsprechend den sekundären Stromkreisen nach Fig. 4 bezeichnet sind.
Fig. 4 ist eine schematische Abwicklung der Sekundärwicklungen und veranschaulicht die Stellung der Bürsten in dem Augenblick, wenn die elektromotorischen Kräfte jene nach Fig. 3 sind.
Fig. g ist ein Schaltungsschema mit den stationären Transformatoren, ihren primären und sekundären Stromkreisen, den Kommutatoren und den Bürsten und den verschiedenen erforderlichen Verbindungen für die Stromkreise und Fig. 6 ist ein Schaltungsschema, das die Verwendung vcn Dreiphasentransformatoren an Stelle eines Einphasentransformators für jede Phase zeigt.
Die Vorrichtung besteht aus sechs stationären Transformatoren, deren Kerne mit A, B, C, D, E und F bezeichnet sind. Der primäre Stromkreis der sechs Transformatoren enthält drei Primärwicklungen, deren jede an den Leitungsdraht einer der Phasen des Dreiphasenprimärstromes angeschlossen ist. Die Transformatoren B, D und F haben jeder nur eine primäre Wicklung und werden ausschliesslich durch den Strom der drei einzelnen Phasen gespeist, d. h. sie werden durch die in Fig. 2 schematisch dargestellten Phasen bzw. X, Z erregt. Die Transformatoren A, C und E haben jeder eine zweiteilige Primärwicklung, deren beide Teile durch Strörre zweier verschiedener Phasen gespeist werden. So wird der Transformator A durch Ströme der Phasen Y und Z, der Transformator C von den Phasenströmen X und Y und der Transformator E von den Phasen X und Z gespeist.
Jeder Transformatorkern ist in der'gebräuchlichen Weise gebaut und trägt zwei sekundäre Spulen, die zu einem geschlossenen Stromkreis nach Art des bekannten Grammeschen Ringes geschaltet sind.
Die in jedem der Kerne enstehenden Felder sind in Bezug auf das Feld des nächsten Kernes um ein Zwölftel einer Periode in der Phase verschoben und demzufolge erhalten die sekundären Spulen eine elektromotorische Kraft induziert, die in der Phase von jener in der nächsten Spule um eine Zwölftel Periode verschoben ist. Das Phasenverhältnis in
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schaltung der primären und sekundären Stromkreise (Fig. 5)-hervorgebracht. So zeigt z.
B. diese Figur, dass die Verbindung des Leitungsdrahtes der Phase X mit den Primärstromkreisen auf den Transformatoren C, D und E an dem entgegengesetzten Ende der Wicklungen ist als die entsprechenden Verbindungen zwischen Phase Z und den Primärwicklungen auf den Transformatoren E und F.
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dulch Abzweigungen nacheinander an sechs aufeinanderfolgende Segmente a, b, c, d, e, f eines zwölfteiligen Kommutators angeschlossen, während die übrigen sechs Sekundärspulen la, 2a, 3a, da, Sa und 6 a, wie dargestellt, verkehrt geschaltet der Reihe nach durch Abzweigungen an die übrigen sechs aufeinanderfolgenden Segmente g, h, i, j, k, 1 des Kommutators angeschlossen sind (vgl.
Fig. 4).-Die Schaltung der beschriebenen Grammeschen Ringwicklung ist derart, dass die in den einzelnen Spulen in irgendeinem Zeitmoment induzierten elektromotorischen Kräfte sich addieren und zwei Punkte entgegengesetzter magnetischer Polarität bilden, die im Verhältnis zum Kommutator mit der Frequenz des der Primärwicklung zugeführten Stromes umlaufen.
Um den Gleichstrom von den Punkten entgegengesetzter Polarität abzunehmen, sind an diesen Punkten des Kommutators Bürsten W, Wangeordnet, die mit einer Geschwindigkeit um den Kommutator laufen, die der Frequenz des den Primärwicklungen zugeführten Sternes entspricht, so dass zwischen der Umlaufgeschwindigkeit der genannten Punkte und der der Bürsten Synchronismus besteht. Dies kann in verschiedener Weise ausgeführt werden ; z. B. kann die Rotation der Bürsten durch einen Synchronmotor bewirkt werden, der von der Stromquelle des den Primärwicklungen zugeführten Wechselstromes gespeist wird.
Fig. 6 zeigt eine Einrichtung, bei welcher zwei Dreiphasentransformatoren an Stelle der sechs Einphasentransformatoren der Fig. 2 angeordnet sind. Die Kerne Al, BI, Fl ersetzen dabei die Transformatoren A, B, F der Fig. 5 und drei dieser Kerne werden je zur Gänze von einer der Phasen des Wechselstromes erregt, während die übrigen drei teilweise, durch eine und teilweise durch eine andere Phase erregt werden ; dabei entstehen in den Kernen Kraftströme von genau demselben Phasenverhältnis wie die Kraftströme in den Kernen der Transformatoren nach Fig. 2.
Es ist klar, dass die Primärwicklungen auf den Transformatoren B, D und F oder auf den Kernen B', D', F'durch Wicklungen ersetzt werden können, die für zwei oder mehr Phasen dienen und so denselben Phaseneffekt hervorrufen, wie die gezeigte einzige Wicklung auf jedem dieser Kerne.
Wenn zum Antrieb der Bürsten ein Synchronmotor verwendet wird, kann er zeitweise zur Korrektion des magnetisierenden Stromes des Transformators durch Übererregung des Synchronmotorfeldes benutzt werden.
Selbstverständlich kann die beschriebene Vorrichtung auch in entgegengesetztem Sinne, nämlich zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom benutzt werden. In diesem Falle werden die als sekundäre Wicklungen bezeichneten zu primären und die früher primären zu sekundären. In diesem Sinne gelten auch die näheren Bestimmungen der Wicklungen als sekundäle oder primäre in der Beschreibung und den Ansprüchen.
Durch entsprechende Schaltung und Verwendung von mehr als einem Kommutator kann Gleichstrom einer bestimmten Spannung in Wechselstrom transformiert und dieser wieder in Gleichstrom aber von anderer Spannung rückumgeformt werden.
Ein Vorteil der Vorrichtung liegt darin, dass infolge der Verwendung einer Anzahl von Transformatoren die Isolierung der Teile leicht durchgeführt und hoch widerstandsfähiges Material verwendet werden kann.
Bei der praktischen Anwendung zeigt sich, dass es zweckmässig ist, in der Gruppe, welche zum Teil in der Leitung einer und zum Teil in der Leitung einer anderen Phase ist, mehr Kerne anzuordnen als in der Gruppe, deren Teile zur Gänze je mit einer Phase bewickelt sind, um so zumindest zwei und vorzugsweise mehr Zwischenphasen zwischen der Hauptphase zu erzeugen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nur eine zwischen jedem Paare von Hauptphasen zwischenliegende Phase erzeugt.
Selbstverständlich können verschiedene Abänderungen in der als blosses Beispiel beschriebenen Vorrichtung vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung überschritten'würde, so z. B. kann bei der Umformung von Dreiphasenstrom in Gleichstrom die Zahl der verwendeten Transformatoren ein vielfaches von sechs sein.
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