Apparat zur Umwandlung elektrischer Stromarten. Diese Erfindung betrifft einen Apparat zur Umwandlung von elektrischem Wechsel strom in elektrischen Gleichstrom oder um gekehrt.
Beispielsweise Ausführungsformen eines für die Umwandlung von Dreiphasenwechsel strom in Gleichstrom geeigneten Apparates nach der Erfindung soll nun unter Bezug nahme auf die beiliegende Zeichnung im fol genden beschrieben werden, und zwar ist: Fig. 1 ein Vektorschema, welches die Phasenverschiebung des Dreiphasennetzstro mes, welcher in die Feldwicklungen geleitet wird, in einem gegebenen Augenblicke dar stellt; Fig. 2 ist ein Vektorschema, welches die relativen Werte der Phasenverschiebung der Flüsse der Transformatoren veranschaulicht, wobei die Vektoren mit Buchstaben versehen sind, welche den in Fig. 5 schematisch dar gestellten Transformatorkernen entsprechen und mit Buchstaben, welche den Vektoren der Fig. 1 entsprechen;
Fig. 3 zeigt die in den einzelnen sekun dären Wicklungen induzierten, resultierenden elektromotorischen Kräfte, welche mit Num mern, die den in Fig. 4 dargestellten sekun dären Stromkreisen entsprechen, versehen sind; Fig. 4 ist eine schematische Abwicklung der sekundären Wicklungen mit den Bürsten in der Stellung in welcher sich dieselben befinden, wenn die elektromotorischen Kräfte den in Fig. 3 dargestellten entsprechen Fig. 5 ist ein Schaltungsschema, welches die stationären Transformatoren, ihre pri mären und sekundären Stromkreise, den Kol lektor und die Bürsten, sowie die verschie denen für die Stromkreise erforderlichen Ver bindungen umfasst; Fig. 6 ist ein Schema, welches die Ver wendung von Dreiphasentransformatoren bei Dreiphasenwechselstrom, statt eines Ein phasentransformators in jeder Phase, veran schaulicht.
Der Apparat gemäf, Fig. 5 besteht aus sechs stationären Transformatoren, deren Kerne mit den Buchstaben A, D, C, D, E und F bezeichnet sind. Die Transformatoren B, D und F der einen Gruppe besitzen nur je eine primäre Wicklung und werden ausschliess lich durch den Strom der drei verschiedenen Phasen mit Energie gespeist, d. h. sie wer den von den Phasen Y, bzw. X, bzw. Z, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, mit Energie gespeist. Die Transformatoren A, C und E der andern Gruppe besitzen je eine zweiteilige primäre Wicklung, deren zwei Teile durch Ströme von zwei verschiedenen Phasen mit Energie gespeist werden.
Dem entsprechend wird der Transformator A durch Ströme von den Phasen Y und Z, der Trans formator C durch Ströme von den Phasen X und Y und der Transformator E durch Ströme von den Phasen X und Z mit Energie ge speist. Jeder Transformatorkern ist in der üblichen Weise gebaut und besitzt zwei se kundäre Windungen, welche miteinander ver bunden und einen geschlossenen Stromkreis von der Form des wohlbekannten Gramme schen Ringes bilden.
Es ist zu beachten, dass die in jedem Kerne erzeugten Felder in der Phase, mit Bezug auf die folgende, um ein Zwölftel Periode verschoben sind, und infolgedessen in denselben durch die sekundären Spulen elektromotorische Kräfte induziert wurden, welche in der Phase um ein Zwölftel Periode von denjenigen in den nächsten abweichen. Die Beziehungen der Phasen zueinander fin den primären Wicklungen ist in Fig. 2 sche matisch dargestellt und wird durch geeignete Querverbindungen der primären und sekun dären Stromkreise, wie in Fig. 5 angedeutet, erreicht.
Bezugnehmend auf diese Figur findet man zum Beispiel, dass sich die Verbindungen zwischen dem Leitungsdrahte der Phase X und den primären Stromkreisen der Trans formatoren C, D und E an den entgegen gesetzten Enden befinden im Vergleiche mit den entsprechenden gleichartigen Verbin dungen zwischen der Phase Z und den pri- mnären Wicklungen der Transformatoren E und F.
Die sekundären Spülen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, d. h. eine auf jedem Kerne, sind der Reihe nach mittelst Abzweigungen mit sechs auf einanderfolgenden Segmenten a, b, c, d, e und f eines zwölfteiligen Kollektors verbunden, während die übrigen sechs sekundären Spulen 1a, 2a, 3a, 4a, 5a und 6a, wie angedeutet, der Reihe nach kreuzweise mittelst Abzweigungen mit den übrigen sechs aufeinanderfolgenden Kollektorsegmenten g, h, i, j, k und l ver bunden sind. Diese charakteristische Anord nung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
Die beschriebene Gramme-Ringwicklung ist derart geschaltet, dass die zu irgend einer Zeit durch die einzelnen Spulen induzierten elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig addieren und zwei Punkte entgegengesetzter Polarität bilden, welche mit Bezug auf den Kollektor im Raume rotieren, und zugleich mit der Frequenz des Mehrphasenstromes in der primären Wicklung.
Dm den Gleichstrom an den Stellen ent gegengesetzter Polarität zu sammeln, sind Bürsten W, W angeordnet, welche in diesen Punkten um den Kollektor rotieren, mit einer mit der Frequenz der Stromzufuhr in den primären Wicklungen synchronen Geschwin digkeit. Dies kann in irgend einer geeigneten Weise bewirkt werden; in einer solchen Aus führung kann die Drehung der Bürsten durch die Verwendung eines Synchronmotors er zeugt werden, dem von der Wechselstrom quelle der primären Wicklungen Strom zu geführt wird.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei welcher die sechs Einphasentransformatoren der Fig. 2 durch zwei Dreiphasentransformatoren ersetzt werden. Es ist aus der Figur zu ersehen, dass die Kerne A1, B1 usw. bis F1 die ent sprechenden Transformatoren A, D usw. bis F der Fig. 5 ersetzen, wobei jeder von drei Kernen einer Gruppe .Bi, <I>D',</I> F' gänzlich von einer der Phasen der Stromzufuhr erregt wird, während die drei Kerne der andern Gruppe A', C', El teils von der einen, teils von einer andern Phase erregt werden;
in den Kernen werden dabei Kraftflüsse erzeugt, deren Phasenverschiebungen genaugleich denjenigen der Kraftflüsse der entsprechenden Trans formatorkerne der Fig. 2 sind.
Es ist klar, dass die primären Wicklungen auf den Transformatoren B, D und F oder auf den Kernen B1, D1 und F1 durch Wick lungen ersetzt werden können, welche ans zwei oder mehr Phasen gebildet werden, um die gleiche Phasenwirkung zu erzielen, wie mit der auf jedem der genannten Kerne darge stellten Einphasenwicklung.
Wird ein Synchronmotor zum Antriebe der Bürsten verwendet, so kann derselbe zeitweise zur Korrektur des Magnetisierungs stromes des Transformators benützt werden, indem das Feld des Synchronmotors über erregt wird.
Es ist ohne weiteres klar, dass der be schriebene Umwandlungsapparat auch im um gekehrten Sinne zur Umwandlung von Gleich strom in Wechselstrom gebraucht werden kann. In diesem Falle werden die Wick lungen, welche im Vorangehenden als pri märe beschrieben wurden, zu sekundären, während die vorher als sekundäre beschrie benen Wicklungen zu primären werden. Da aber die Funktion des Primären, bezw. Se kundären in Transformatorwicklungen ledig lich eine Frage der Anwendungsweise ist, so sind jene Ausdrücke in dieser Beschreibung und in den Patentansprüchen als miteinander vertauschbar zu betrachten.
Ferner kann durch eine geeignete Anordnung der Verbin dungen und die Verwendung von mehr als einem Kollektor, Gleichstrom von einer ge wissen Spannung in Wechselstrom umge wandelt werden, welcher dann wieder in Gleichstrom von einer andern Spannung zu rückverwandelt wird.
Ein Vorteil des beschriebenen Apparates besteht darin, dass die Verwendung von meh reren Transformatoren die Isolierung der Teile erleichtert und den Gebrauch von Material von sehr hohem Isolationswiderstande ermög licht.
Im praktischen Gebrauche wird man es gewöhnlich vorteilhafter finden, mehr Kerne in der Gruppe (A, C, E, in Fig. h) anzuwen- den, welche teils in der Leitung der einen Phase teils in der Leitrung einer andern Phase liegt, als in der Gruppe (B, D, F), deren Teile jeweils ganz in einer Phase gewickelt sind, mit dadurch mindestens zwei und zweck mässigerweise mehr Zwischenphasen zwischen den Hauptphasen zu schaffen. Bei den hier vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wurde nur eine Zwischenphase zwischen den Phasen eines jeden Hauptpliasenpaares erzeugt. So kann beispielsweise bei Umwandlung von Dreiphasenstrom in Gleichstrom die Anzahl der verwendeten besondern Transformator kerne ein Mehrfaches von sechs sein.