DE104301C

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Publication number: DE104301C
Application number: DENDAT104301D
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Rotirender Umformer.

Auf der beiliegenden Zeichnung giebt die Fig. ι eine Ansicht parallel zu der Achse des neuen Umwandlergleichrichters.

Der Gleichrichter besteht aus zwei Ringen A A, B B der Gramme'schen Art, die auf derselben Achse O O angebracht sind, und ferner aus einem Stromwender C C, auf welchem Bürsten FF. . . schleifen, die dazu dienen, den erzeugten Gleichstrom abzunehmen.

Der Ring A A dreht sich in einem FeIdmagneten D D einer asynchronen Maschine für einfachen Wechselstrom. Die Endansicht Fig. 2 zeigt, wie die Wickelung d dieses Feldmagneten angeordnet ist. Diese Figur läfst gleichzeitig erkennen, wie die Bleche ausgeschnitten sind, welche zur Bildung der Ringe A A und D D dienen.

Der Ring B B, welcher aus ebensolchen Blechen wie der Ring A A aufgebaut ist, dreht sich in dem Feldmagneten einer Gleichstrommaschine, dessen Feldspulen // (Fig. 3) zwischen den Bürsten FF im Nebenschlufs geschaltet sind. Es ist im Allgemeinen vortheilhaft, diesen Spulen eine gemischte Wickelung zu geben und dem zwischen den Bürsten im Nebenschlufs geschalteten Stromkreis einen Stromkreis hinzuzufügen, der in den äufseren Gleichstromkreis in Reihe geschaltet ist.

Eine Reihe von. Kupferbolzen a a a . . . durchdringt die Polschuhe EE des Feldmagneten // in einer dem eisen freien Raum sehr nahen Gegend. Die Enden dieser Bolzen sind durch zwei leitende Reifen G G vereinigt, die auf beiden Seiten des Feldmagneten liegen (Fig. 3).

Endlich sind die auf einander folgenden Abtheilungen der beiden Ringe A A und B B unter sich und mit den Stegen des Stromwenders C C in einer ganz besonderen Weise verbunden, welche in dem Schema (Fig. 4) dargestellt ist. Die beiden Ringe haben dieselbe Anzahl Abtheilungen.

Es sei eine Ebene betrachtet, die durch die Achse des Systems geht.

Jede Abtheilung des Ringes B B ist mit derjenigen Abtheilung des Ringes A A, welche zu ihr in Bezug auf die betrachtete Ebene symmetrisch liegt, parallel geschaltet.

Auf diese Art bildet man ebenso viele getrennte Stromkreise, als der Ring BB getrennte' Abtheilungen enthält. Diese Stromkreise sind unter sich und mit den Stegen des Stromwenders C C wie gewöhnlich verbunden, d. h. ebenso, als wenn man mit den Abtheilungen des Ringes B B allein einen Gleichstrommaschinenanker hätte bilden wollen.

In dem Schema Fig. 4 deutet die Linie X- Y die Richtung der betrachteten Symmetrieebene in Bezug auf eine zur Achse des Systems senkrechte Ebene an.

Die Projectionen der Abtheilungen des Ringes B B auf die zur Achse senkrechte Ebene sind durch kreuzweise schraffirte Rechtecke r r r . . . veranschaulicht. Die Projectionen der Abtheilungen des Ringes AA sind durch einfach schraffirte Rechtecke s s s ... dargestellt. Damit diese Projectionen nicht zusammenfielen, wurde angenommen, die beiden Ringe wären in Bezug auf einander verdreht.

(2. Auflage, ausgegeben am Jj. Januar JQ02.J

Der Stromwender C C ist ebenfalls projicirt, und zwar bei KK. Man erkennt sofort aus der Fig. 4, wie die vorhin beschriebenen Verbindungen hergestellt werden können, ohne die zu ihrer Herstellung dienenden Drähte an irgend einer Stelle kreuzen zu müssen.

Diese Verbindungen lassen sich also ebenso leicht machen, wie diejenigen der gewöhnlichen Gleichstrommaschinen,

Die Wirkungsweise des Umformers ist nun folgende. Angenommen, man sende einen Wechselstrom von der Wechselzahl \ in den .Stromkreis des Ringes (Feldmagneten) D D (Fig. ι und 2) und drehe den Ring A A um die Achse O in der Richtung des Pfeiles (Fig. 2)

mit der Geschwindigkeit—·

Es ist bekannt, dafs der Strom von der Wechselzahl ^ zwei constante Felder Φ_; und Φ₂ zu entwickeln streben wird, die sich alle beide um die Achse O mit der Geschwindig keit % drehen werden, von denen sich aber das Feld Φ_Ι im Sinne des Pfeiles und das andere Φ₂ im entgegengesetzten Sinne drehen wird.

Die relative Geschwindigkeit des Feldes Φ_ι wird also in Bezug auf den Ring A A gleich

— > und die relative Geschwindigkeit des Feldes Φ₂ in Bezug auf denselben Ring gleich

oCllJ,

2
Das Feld Φ₁ wird elektromotorische Kräfte

von der Wechselzahl — entwickeln , Kräfte, 2 ' '

welche in den verschiedenen Abtheilungen des Ringes A A und folglich in den damit verbundenen Abtheilungen des Ringes B B auf einander folgenden Phasendifferenzen aufweisen werden.

In jedem Augenblick wird eine constante Potentialdifferenz zwischen denjenigen Abtheilungen des Ringes AA entwickelt, weiche an den Enden desselben Durehmessers xy (Fig. 2) gelegen sind, der sich um die Achse O mit der Geschwindigkeit ^ und folglich in Bezug

auf den Ring A A mit der Geschwindigkeit -^-

dreht.

Ebenso werden auf dem Ringe B B die Abtheilungen , zwischen welchen dieselbe constante Potentialdifferenz entwickelt wird, in jedem Augenblick an den Enden desselben Durchmessers X¹JK¹ gelegen sein, der sich in Bezug auf den Ring B B mit einer Geschwindigkeit gleich .— verschiebt. Aber da jede Abtheilung eines Ringes mit derjenigen des anderen Ringes verbunden ist, die in Bezug auf eine durch die Achse des Systems gehende Ebene zu der erst genannten Abtheilung symmetrisch und mit ihr beweglich ist, so müssen die beiden Durchmesser xy und x^ly^l immer in Bezug auf diese Ebene symmetrisch sein, d. h. ihre Projectionen auf eine zur Achse senkrechte Ebene müssen in jedem Augenblick mit der die Symmetrieebene andeutenden Linie X Y (Fig. 5) gleiche, aber entgegengesetzte Winkel u bilden.

Da sich der Durchmesser xy in demselben Sinne wie die Linie X Y mit der relativen

Geschwindigkeit — dreht, so wird sich der

Durchmesser x¹ y^l im umgekehrten Sinne mit derselben relativen Geschwindigkeit drehen. Aber da die Linie X Y bei der Bewegung der Ringe mit einer absoluten Geschwindigkeit gleich

J- mitgenommen wird, so bleibt folglich der

Durchmesser x*yⁱ im Räume fest stehen.

Daraus ergiebt sich, dafs immer eine constante Potentialdifferenz zwischen zwei diametral gegenüber gelegenen Stegen des Stromwenders vorhanden sein wird. Folglich wird man, wenn man die Bürsten FF über einen beliebigen äufseren Stromkreis schliefst, von ihnen einen Gleichstrom abnehmen.

Das Feld Φ₂ würde streben, zwischen zwei diametral entgegengesetzten Stegen des Stromwenders eine wechselnde elektromotorische Kraft von der Wechselzahl 2 ^ zu entwickeln. Aber da der Ring B B sich in einem magnetischen Schirm dreht, wie oben angegeben wurde, so kann er nicht der Sitz von im Räume veränderlichen Kraftlinien sein, und folglich können seine Abtheilungen keine nennenswerthe elektromotorische Gegenkraft den elektromotorischen Kräften von der Wechsel-

zahl -2-i- entgegensetzen, welche die Kraft-

linien des Feldes Φ₂ in den Abtheilungen des Ringes AA entwickeln wurden. Es wird dann alles so vor sich gehen, als wenn diese Abtheilungen für die Aenderungen der Kraftlinien Φ₂ kurz geschlossen wären. Sie bilden also einen Schirm für diese Kraftlinien, und die letzteren können sich daher nicht entwickeln.

Man könnte die Kraftlinien Φ₂ noch dadurch vermindern, dafs man sie grofse eisenfreie Räume durchdringen liefse, aber dies ist, da dje Gegenwart des Schirmes des Feld-, magneten II aus anderen Gründen nothwendig ist, nutzlos und würde die Wirkung haben, die Entwickelung der Kraftlinien Φ_λ schwieriger zu machen.

In dem Vorausgehenden wurde angenommen, die Ringe drehten sich mit einer Geschwindigkeit — · Dieses Ergebnifs wird augenblicklich

erhalten durch die Gegenwart des Feld magneten II. Das System verhält sich alsdann in der That wie ein synchroner Motor und man kann von diesem Feldmagneten fordern, gleichzeitig die wattlosen Ströme zu liefern, die zur Erzeugung des Feldes Φ, nöthig sind. Der magnetische Schirm des Feldmagneten II hat den Zweck, die Stabilität des Synchronismus zu sichern.

Man kann den Apparat mit Gleichstrom angehen lassen, wenn man über eine Sammelbatterie verfügt. Man könnte ihn auch wie einen asynchronen Motor angehen lassen, aber zu diesem Zweck ist es rathsam, den Feldmagneten D D (Fig. 2) mit einem Hülfsstromkreis auszurüsten, wie man dies bei den asynchronen Motoren für einfache Wechselströme thut.

Es war angenommen, die beiden mit einander vereinigten Motoren wären zweipolig. Nichts hindert aber, ihnen eine beliebige Polzahl zu geben. Ferner wurde angenommen, die Wickelungen wären, nach der Grammeschen Art gemacht. Sie können jedoch beliebiger Art sein. Endlich kann man den Feldmagneten, der dem einer asynchronen Maschine für einfache Wechselströme gleich gewählt wurde und der auf den Ring A A einwirkt, durch den Feldmagneten einer asynchronen Maschine für Mehrphasenströme ersetzen. Auf diese Weise erhält man einen Umwandlergleichrichter für Mehrphasenströme.

Wenn man den Feldmagneten eines asynchronen Motors, der auf den Ring AA einwirkt, für die Benutzung hochgespannter Ströme einrichtet, so kann dieser Feldmagnet als der primäre Stromkreis eines Umwandlers betrachtet werden und das System ist alsdann vollständig; es dient zugleich zum Umwandeln der Spannung und der Art des Stromes.

Es ist hier' zu bemerken, dafs der Gleichstromfeldmagnet erlaubt, auf ökonomische Weise sehr starke, wattlose Ströme zu entwickeln, man kann also ohne nachtheilige Folgen beim Aufbau des Wechselstromfeldmagneten die Wickelungsarten anwenden, welche sich am besten für eine leichte Isolirung eignen, ohne magnetische Entweichungen befürchten zu müssen. Andererseits hat der Stromwender nur Ströme von der Wechselzahl

— gleichzurichten, während er bei jedem anderen System Ströme von der Wechselzahl ^ gleichzurichten hat. Dies ist ein sehr grofser Vortheil, denn bei Gleichheit der Tangentialgeschwindigkeit des Stromwenders und der Breite der Stege kann man die Abtheilungen der Ringe verdoppeln, was die Stromwendung sehr erleichtern und die leichte Erzeugung von hochgespanntem Gleichstrom erlauben wird.

Claims

Patent-Anspruch:

Aus einem asynchronen Motor und einer Gleichstrommaschine mit gemeinsamer Welle bestehender Wechselstrom - Gleichstrom - oder Gleichstrom -Wechselstromumformer, dadurch gekennzeichnet, dafs. der inducirte Stromkreis des asynchronen Motors ebenso wie der des Gleichstromankers in Abtheilungen getheilt ist, welche parallel zu den Abtheilungen des Gleichstromankers mit den Stromwenderstegen derart verbunden sind, dafs die parallel geschalteten Abtheilungen der beiden Maschinenanker zu einer durch die Achse des Maschinensystems gehenden. Ebene symmetrisch liegen, wobei der Umformer eine Umdrehungszahl gleich der Hälfte derjenigen eines synchronen Motors mit gleicher Polzahl annimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.