DE104072C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 6. September 1898 ab.

Bei der gegenwärtig üblichen Art der Umwandlung von Mehrphasenstrom in Gleichstrom werden bekanntlich die hochgespannten mehrphasigen Ströme- zuerst durch ruhende Transformatoren in niedergespannte verwandelt und diese vermittelst Motorgeneratoren, welche die Form von Gleichstrom - Nebenschlufsdynamos haben, in Gleichstrom verwandelt. In dem Anker dieser Motorgeneratoren wird durch die mehrphasigen Ströme ein magnetisches Drehfeld erzeugt. In Folge der Wechselwirkung zwischen diesem rotirenden Felde und den vom Gleichstrom erregten Feldmagnetpolen rotirt der Anker entgegen der Rotationsrichtung des Drehfeldes, und zwar mit gleicher Winkelgeschwindigkeit, so dafs die Drehfeldpole im Räume ihre Lage unverändert beibehalten. Dadurch, dafs der Anker, welcher Gramme'sehe Ring- oder Trommel Wickelung hat, in dem Felde rotirt, welches dem vom Gleichstrom erregten Feldmagneten entspricht, kann aus derselben mit Hülfe eines Stromwenders Gleichstrom abgenommen werden, da es gleichgültig ist, ob der Anker durch eine Kraftmaschine oder durch die Wirkung der Mehrphasenströme gedreht wird. Der Anker hat bei den gebräuchlichen Umformern eine einzige Wickelung, welche gleichzeitig von den Mehrphasenströmen und dem erzeugtest Gleichstrome durchflossen wird.

Betrachtet man diesen Vorgang, so liegt der Gedanke nahe, den Anker ruhen zu lassen und unmittelbar das durch die mehrphasigen Ströme erzeugte rotirende Magnetfeld zur Gleichstromerzeugung in der Ankerwickelung zu benutzen. Bei den gebräuchlichen Umformern wird dieses rotirende Feld nicht zur Gleichstromerzeugung benutzt; es wird dieses Feld dadurch, dafs man den Anker im entgegengesetzten Sinne rotiren läfst, künstlich zum Stillstande gebracht, und der Gleichstrom wird dadurch erhalten, dafs der Anker in dem festen, einem mit Gleichstrom erregten Feldmagneten entsprechenden Felde rotirt.

Bei dem in der Petentschrift Nr. 78825 beschriebenen Umformer zur Umwandlung von Wechselströmen beliebiger Spannung in Gleichstrom von ebenfalls beliebiger Spannung und umgekehrt von Hutin und Leblanc wird jeder der mehrphasigen Ströme für sich in einem Urnformer transformirt, dessen primärer Kreis in gewöhnlicher Weise gewickelt ist, so dafs die magnetischen Kraftlinien nur ihre Dichte wechseln. Die seeundären Kreise bestehen abweichend von der gewöhnlichen Form der Umformer aus einzelnen Spulen, deren eine Hälfte der anderen entgegengesetzt gewickelt ist, so dafs von den Verbindungsstellen dieser Spulen durch einen mit den Perioden des Wechselstromes synchron laufenden Stromwender Gleichstrom abgegeben wird. Die Kerne der einzelnen Wechselstromumformer können, wie dies bei Mehrphasenstromumformern üblich ist, einen Theil des magnetischen Kreises gemeinsam haben. Bei dieser Ausführungsart entstehen in keinem ,der Umformer magnetische Drehfelder bezw. wandernde magnetische Pole, da jeder der mehrphasigen primären Ströme nur auf den zugehörigen seeundären Kreis einwirkt, nicht aber die Gesammtheit der primären Ströme auf einen gemeinschaftlichen seeundären Kreis. Das

Feld in den Kernen der Umformer verhält sich genau so, wie in den Kernen gewöhnlicher Wechselstromtransformatoren; es wechselt nur die. Stärke. Dies gilt auch in dem speciellen Falle (Patent-Anspruch 3 des Patentes Nr. 78825), wenn nur ein einziger Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden soll; im secundären Kreise wird in diesem Falle, um die Stromschwankungen zu verkleinern, eine Induktionsspule eingeschaltet oder ein Condensator verwendet.

Im Jahre 1888 haben Zipernowsky und Deri einen Umformer vorgeschlagen, welcher auf dem anfangs angeführten Princip beruht und in der Patentschrift Nr. 51596 (Fig. 5) abgebildet ist.

Im Gegensatz zu dem Princip, welches dem Umformer nach Patent Nr. 78825 zu Grunde liegt, wirken bei dem in der Patentschrift Nr. 51596 beschriebenen und bei dem unten beschriebenen Umformer sämmtliche mehrphasigen primären Ströme auf einen einzigen secundären Kreis derart ein, dafs innerhalb desselben Drehfelder bezw. wandernde magnetische Felder und nicht blos in der Stärke veränderliche magnetische Felder entstehen. Diese Umformer beruhen daher im Gegensatz zu den in der Patentschrift Nr. 78825 beschriebenen auf dem Princip des magnetischen Drehfeldes. Der secundäre Kreis besteht auch nicht aus zwei Spulensystemen von entgegengesetzter Windungsrichtung, sondern aus einer in sich geschlossenen Wickelung ohne Wechsel der Windungsrichtung; auch sind nicht mehrere secundäre Kreise, sondern ein einziger vorhanden.

Für die einzelnen mehrphasigen Ströme und für den Gleichstrom sind in dem Umformer nach Patentschrift Nr. 51596 getrennte Wickelungen angewendet. Durch die mehrphasigen Ströme wird in einem Anker, welcher die Form eines G ramme'sehen Ring- oder Trommelankers hat, ein magnetisches Drehfeld erzeugt; die Ring- oder Trommelwickelung ist mit den Segmenten eines am Umformer selbst angebrächten ruhenden Stromwenders verbunden, auf welchem Bürsten schleifen, die von einem synchron laufenden Anker gedreht werden.

Der Umformer von Zipernowsky und Deri hat wegen des verwendeten Ring- oder Trommelankers den gleichen Bau wie ein Motorgenerator; auch mufs derselbe, weil bei der üblichen Periodenzahl der am Umformer angebrachte Stromabnehmer zu rasch rotiren müfste, stets mehrpolig ausgeführt werden; die Wickelungen müssen in Nuthen versenkt werden, um die magnetischen Widerstände zu verringern. Aus diesem Grunde ist es erklärlich, dafs der beschriebene Umformer im Bau von gleicher Beschaffenheit sein mufs, wie die gegenwärtig gebräuchlichen Motorgeneratoren, welche als Umformer dienen.

Die Umwandlung von Mehrphasenstrom in Gleichstrom kann ohne Motorgenerator nach dem von Zipernowsky und Deri angewendeten Princip nach vorliegender Erfindung in einfacherer Weise durchgeführt werden, und zwar durch folgende Anordnungen:

1. Der Stromabnehmer soll nicht am Umformer selbst, sondern getrennt angebracht sein, der Umformer braucht dann immer nur zweipolig gewickelt zu sein, während der kleine Motor, welcher den Stromabnehmer dreht, allein mehrpolig gewickelt zu sein braucht.

2. Da der Umformer selbst keine rotirenden Theile enthält, kann man die Ring- oder Trommelform des Ankers aufgeben und sehr einfache Rahmenformen wählen, wodurch der Umformer die Gestalt eines gewöhnlichen Wechselstromtransformators erlangt; auch lassen sich durch diese Anordnung die Widerstände der magnetischen. Kreise sehr verkleinern.

In der Fig. 1 bedeutet R einen untertheilten Rahmen, welcher aus einzelnen Stücken zusammengesetzt sein kann. Der Rahmen ist ebenso wie ein Gramme-Ring bewickelt; die Wickelung S ist in gleicher Weise wie bei einer Gleichstromdynamo mit den Segmenten eines Stromwenders C verbunden, welcher jedoch vom Umformer getrennt ist. Innerhalb des Rahmens befinden sich zwei untertheilte Kerne K¹ K'², welche von zwei in der Phase um eine Viertelperiode verschobenen Wechselströmen erregt sind. Die Spulen der Kerne- K¹ K² werden direct von den hochgespannten Strömen durchflossen. Die Bleche, aus welchen die Kerne bestehen, können abwechselnd über einander geschichtet sein, oder es können die Kerne getrennt über einander gelegt sein; der Ttahmen mufs so dick sein, dafs er einen magnetischen Schlufs für beide Kerne bildet. Die Kerne K¹ K"¹ können auch aus gemeinschaftlichen , kreuzförmigen Blechen ' gebildet sein. Auf dem Stromwender C schleifen zwei Bürsten BB, welche von einem synchronen Wechselstrommotor gedreht werden. Um eine zu hohe Rotationsgeschwindigkeit zu vermeiden, kann man die Zahl der Stromwenderstege vervielfachen und den Motor mehrpolig wählen. Man kann z. B. den Motor achtpolig und gleichzeitig die Zahl der Stromwenderstege viermal so grofs wählen, als Verbindungsleitungen zum Umformer führen; je vier um 90 ° von einander abstehende Stege sind in diesem Falle unter einander zu verbinden. Um die rotirenden Bürsten zu vermeiden, kann man den Stromwender C drehbar und die Bürsten B fest anordnen; die Stromwenderstege sind im letzteren Falle durch Schleifringe mit der Wickelung des Rahmens R verbunden. In dem Rahmen R entstehen durch die Wir-

kung der Wechselströme wandernde Pole; von den Bürsten B kann Gleichstrom abgenommen werden. Der Betriebsstrom für den kleinen Motor, welcher die Bürsten dreht, kann von zwei secundären Spulen entnommen werden, welche auf die Kerne K¹ K'² aufzuschieben sind; der für den Feldmagneten erforderliche Gleichstrom kann von den Bürsten B abgenommen werden. Die letzteren bezw. der Stromwender C sind so zu drehen, dafs die zwischen den Bürsten bestehende, gleichgerichtete Spannungsdifferenz den maximalen Werth erreicht. Um die Funkenbildung am Stromwender möglichst zu verringern, kann man die Zahl der Theilspulen, mit welchen der Rahmen bewickelt ist, grofs wählen, kann Doppelbürsten am Stromwender' benutzen und die Verbindungsleitungen zwischen der Wickelung des Rahmens R und den Stromwenderstegen aus einem schlechter leitenden Material machen. In dem beschriebenen Falle würde die Pulsation des Stromes klein gemacht werden.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform für dreiphasigen Strom gezeichnet. Die Verbindungen mit dem Stromwender C sind ebenso zu machen, wie in dem früheren Falle und daher gar nicht gezeichnet; dieselbe Vereinfachung ist bei den Fig. 4 und 5 angewendet. Die Kerne K¹ K^ K³, welche auch in einen gemeinschaftlichen Kern vereinigt sein können, werden durch die drei Wechselströme erregt. Der Rahmen R kann aus einzelnen Stücken bestehen, damit die Spulen S im fertigen Zustande aufgesteckt werden können.

In der Fig. 3 ist die Wickelung des Rahmens R durch eine einzige Spule 5 gebildet; ein Wechselstrom erregt die Kerne K¹ und K³, ein in der Phase um eine Viertelperiode verschobener Wechselstrom die Kerne K² und Kⁱ. Innerhalb der Wickelung 5 des Rahmens R entstehen wandernde Pole; die Wickelung ist mit den Stegen eines Stromwenders C verbunden. Der Rahmen R kann aus einzelnen Stücken so zusammengesetzt sein, dafs sich alle Spulen in fertigem Zustande aufschieben lassen.

In der Fig. 4 sind die von den beiden Wechselströmen erregten Kerne auf verschiedenen Seiten der Spule S angebracht. In der Fig. 5 ist eine Ausführungsform unter Annahme von dreiphasigem Wechselstrom gezeichnet. Die beschriebenen Vorrichtungen lassen sich in umgekehrter Weise zum Umwandeln von Gleichstrom in mehrfache Wechselströme verwenden und wird bei diesen Apparaten weder der in der Patentschrift Nr. 82383 beschriebene Ausgleicher, der ein Hülfsapparat zu dem in der Patentschrift Nr. 78825 beschriebenen Umformer ist, noch der in der Patentschrift Nr. 84649 beschriebene Hülfsapparat verwendet, der nur dazu dient, die Funkenbildung am Stromwender des Umformers, welcher in der Patentschrift Nr. 78825 beschrieben ist, zu verringern.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vorrichtung zum Umwandeln mehrphasiger Wechselströme in einen continuirlichen Gleichstrom, gekennzeichnet durch einen mit einer in sich geschlossenen Wickelung versehenen, untertheilten eisernen Rahmen (RJ, in welchem durch besondere, mit dem umzuwandelnden Wechselstrom gespeiste Spulen wandernde magnetische Pole erzeugt werden, und einen von dem Rahmen getrennten Collector (CJ, dessen Segmente entweder direct oder, wenn der Collector drehbar ist, durch Schleifringe mit der Wickelung des Rahmens verbunden sind, zu dem Zwecke, von zwei auf dem Collector schleifenden Bürsten (B B) einen continuirlichen Gleichstrom abnehmen zu können, wobei entweder die Bürsten oder der Collector durch einen kleinen synchronen Wechselstrommotor gedreht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.