DE104473C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.CLASS 21: Electrical apparatus and machines.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 19. Juli 1898 ab. Patented in the German Empire on July 19, 1898.

Die Stromvertheilung mit Wechselstrom, besonders mit einphasigem Wechselstrom., hat bei den grofsen Vorzügen der ökonomischen Fernleitung und Regelbarkeit für manche Verwendung bedeutsame Nachtheile. Man kann mit Wechselströmen keine Accumulatoren laden, keine Elektrolyse bewirken und hat bei Ingangsetzung von Elektromotoren Schwierigkeiten zu überwinden. Die folgend beschriebene Stromvertheilung vereinigt in einfacher Weise beide Stromgattungen in einem Zwei- und Dreileitersysteme und ermöglicht die gleichzeitige Ausnutzung der beiderseitigen Vortheile. The power distribution with alternating current, especially with single-phase alternating current., Has with the great advantages of economic pipeline and controllability for some uses significant disadvantages. You cannot charge accumulators with alternating currents, you cannot cause electrolysis and you have when starting up of electric motors to overcome difficulties. The current distribution described below combines in a simple manner both types of electricity in a two- and three-wire system and enables simultaneous Exploitation of the mutual advantages.

Aus der Centralstation wird in die Primä'rkitungen ausschliefslich Wechselstrom geliefert. Die Secundä'rstationen setzen sich zusammen aus Wechselstromtransformatoren ν und aus Gleichstromsecundärgeneratoren, wie z.B. Accumulatoren oder Wechselstrom-Gleichstromumformern. Die secundären Generatoren für Wechselstrom und für Gleichstrom werden hinter einander geschaltet bezw. verkettet.Only alternating current is supplied to the primary kits from the central station. The secondary stations consist of alternating current transformers ν and from DC secondary generators, such as accumulators or AC / DC converters. The secondary generators for alternating current and for direct current will be switched one after the other respectively. chained.

Fig. ι zeigt schematisch die Zusammensetzung eines Transformators mit einem Gleichstromgenerator, Fig. 2 die eines Transformators mit einer Accumulatorenbatterie. In beiden Fällen sind die Secundärspule des Transformators und der Gleichstromerzeuger in Serie geschaltet. Die Aufsenklemme der Wechselstromspule ist mit ι, die Aufsenklemme des Gleichstromgenerators mit 3 und die Klemme, bei welcher die beiden Stromerzeuger verbunden sind (der Verkettungspunkt), mit 2 bezeichnet. Die an diese Punkte angelegten Leitungen sind mit L₁ L₂ und L₃ benannt. L₂ wird nur im Falle der Verkettungsanordnung ausgeführt. Zwischen den Leitungen L₁ und L₂ herrscht eine Wechselspannung, zwischen L₂ und L₃ eine Gleichspannung und zwischen L₁ und L₃ eine aus der Summation beider entstehende periodisch wellenförmig verlaufende Spannung (Wellenspannung). In Fig. 3 ist der Charakter der Spannungen durch entsprechende Diagramme dargestellt. Demgemäfs führen die einzelnen Leitungen Ströme, welche, nach Fig. 4, in L₁ periodisch wechseln, in L₃ continuirlich sind und in L₂ wellenförmig verlaufen (Wellenstrom). Fig. Ι shows schematically the composition of a transformer with a direct current generator, Fig. 2 that of a transformer with an accumulator battery. In both cases, the secondary coil of the transformer and the DC generator are connected in series. The outside terminal of the alternating current coil is denoted by ι, the outside terminal of the direct current generator by 3 and the terminal at which the two power generators are connected (the interlinking point) is denoted by 2. The lines attached to these points are labeled L ₁ L ₂ and L ₃ . L ₂ is only carried out in the case of the interlinking arrangement. There is an alternating voltage between lines L ₁ and L ₂ , a direct voltage between L ₂ and L ₃ and a periodically undulating voltage (wave voltage) between L ₁ and L _{3 resulting from the summation of the two.} In Fig. 3, the character of the voltages is shown by corresponding diagrams. Accordingly, the individual lines carry currents which, according to FIG. 4, change periodically in L ₁ , are continuous in L ₃ and run in waves in L ₂ (wave current).

W⁷ird zwischen L₁ und L₃ ein Schliefsungskreis mit hoher Selbstinduction gebildet, dann wird in demselben der Strom mit verflachten Wellen annähernd als continuirlicher Strom auftreten; wenn ein Schliefsungskreis mit entgegengerichteter Gleichspannung z. B. durch eine Batterie hergestellt wird, dann wird annähernd ein Wechselstrom entstehen, und endlich , wenn sowohl Selbstinduction als auch Polarisation im Schliefsungskreise vorhanden sind, dann werden Wellenströme auftreten. In letzterem Falle werden die Potentialdifferenzen der verschiedenen Theile des Schliefsungskreises je nach deren Beschaffenheit den Charakter einer der unterschiedenen drei Spannungen aufweisen. Die geschilderten Vorgänge in den Schliefsungskreisen zwischen L₁ und L₃ werdenW ⁷ ird formed a Schliefsungskreis with high self-induction between L ₁ and L _3, then in the same stream with the flattened wave is approximately as continuirlicher current occur; if a closed circuit with opposite direct voltage z. B. is produced by a battery, then approximately an alternating current will arise, and finally, if both self-induction and polarization are present in the circuit, then ripple currents will occur. In the latter case the potential differences of the various parts of the closed circuit, depending on their nature, will have the character of one of the three differentiated voltages. The processes described in the closing circles between L ₁ and L ₃ are

dieselben sein, wenn auch die Verkettungsleitung L₂ weggelassen wird. be the same if the interlinking line L _{2 is also} omitted.

In' welcher Weise die .Combination von Gleichstrom mit mehrphasigen Wechselströmen gemacht wird, zeigen beispielsweise die Fig. 5 und 6. In Fig. 5 ist 1-2 die Transformatorspule der einen Phase und 2-3 die aus der Transformatorspule der anderen Phase und der Gleichstromquelle gebildete Serie. Zwischen 1-2 herrscht Wechselspannung, zwischen 2-3 Wellenspannung. In Fig. 6 ist die Gleichstromquelle in die Verkettungsleitung eingeschaltet, so dafs sowohl zwischen 1-2 als auch zwischen 2-3 Wellenspannung vorhanden ist, wie die betreffenden Diagramme zeigen.In what way the combination of Direct current is made with polyphase alternating currents, for example, FIG. 5 shows and 6. In Fig. 5, 1-2 is the transformer coil of one phase and 2-3 is that of the Transformer coil of the other phase and the direct current source series formed. Between 1-2 there is alternating voltage, between 2-3 shaft voltage. In Fig. 6 is the DC power source switched into the interlinking line so that both between 1-2 and between 2-3 shaft voltage is present, as the relevant diagrams show.

Wenn man an verschiedenen Stellen eines in der beschriebenen Weise hergestellten Dreileiter- bezw. Zweileiternetzes Wechselstrom-Gleichstromumformer abzweigt, so dafs jeder Wechselstrommotor und die zugehörige Gleichstrommaschine hinter einander geschaltet bezw. verkettet sind, und verbindet man — beispielsweise nach Schaltung Fig. 1 — die Aufsenklemmen 1 und 3 mit den Leitungen L₁ und L₃ und gegebenenfalls auch die mittlere Klemme 2 mit der Verkettungsleitung L₂ , so wird der Umformer, in dem Theile 1-2 durch Wechselstrom betrieben, zwischen 2-3 eine continuirliche Spannung hervorbringen; er kann aber auch von beiden Seiten gleichzeitig Strom aufnehmen und so als W'echselstrom- und Gleichstrommotor gleichzeitig arbeiten. Eine Anzahl von derart geschalteten Umformern kann neben der motorischen Arbeitsleistung gleichzeitig in den Leitungen eine continuirliche Spannung aufrecht erhalten, und wenn man überdies zwischen L₂ und L₃ an passenden Stellen Accumulatorenbatterien einschaltet, so werden diese bald geladen, bald entladen und folglich als Bufferbatterien die Spannung regeln und die Arbeitsleistung ausgleichen. Durch ein Leitungsnetz, in welchem eine grofse Zahl von Elektromotoren betrieben wird, kann man also nach der beschriebenen Combination Wechselströme und Gleichströme vertheilen, wenn combinirte Elektromotoren in der Art der Umformer zur Verwendung gelangen und Butferbatterien zur Ausgleichung herangezogen werden.If you are at different points of a three-wire BEZW produced in the manner described. Two-wire network AC-DC converter branches off, so that each AC motor and the associated DC machine connected one behind the other or. are chained, and if you connect - for example according to the circuit of Fig. 1 - the outer terminals 1 and 3 with the lines L ₁ and L ₃ and possibly also the middle terminal 2 with the interlinking line L ₂ , then the converter in which parts 1- 2 operated by alternating current, produce a continuous voltage between 2-3; However, it can also draw power from both sides at the same time and thus work as an AC and DC motor at the same time. A number of converters connected in this way can, in addition to the motorized work performance, simultaneously maintain a continuous voltage in the lines, and if you also _{switch on accumulator batteries at suitable points between L 2} and L ₃ , these are soon charged, soon discharged and consequently as buffer batteries the Regulate tension and balance work performance. Through a line network in which a large number of electric motors are operated, alternating currents and direct currents can be distributed according to the combination described, if combined electric motors in the manner of converters are used and butfer batteries are used for equalization.

In Fig. 7 ist ein Beispiel einer solchen Stromvertheilung schematisch dargestellt. Es gehen von der Centralstation C die primären Wechselstromleitungen aus und erregen die von ihnen abgezweigten Transformatoren 7. Die Secundärstationen sind folgendermafsen zusammengesetzt: I. aus zwei Transformatoren TT und einer Batterie B; II. aus einem Transformator T und einem durch Primärstrom betriebenen Gleichstromerzeuger G_c; III. aus einem Transformator T und einer Batterie B. Das secundäre Netz ist zum. Theil als Dreileiter für die verschiedenen Stromgattungen, zum Theil als Zweileiter für Gleichstrom und zum Theil als Zweileiter für Wellenstrom ausgebildet. An das Dreileiternetz ist eine Verbrauchsstelle D₅, ein Wechselstrom-Gleichstrommotor M_a M₀ angeschlossen. Von dem Gleichstrom-Zweileiternetz werden gespeist: D₁ eine Batterie B, D₂ eine elektrolytische Zelle P, D₃ eine Bogenlampe A, D₁ ein Gleichstrommotor M₀. An dem Wellenstrom-Zweileiternetz liegen: D₆ eine Bogenlampenserie A, D₇ ein Wechselstrom-Gleichstrommotor M_aM_c , D₈ ein Widerstand R in Serie mit einer Selbstinduction S zur Verwerthung von Gleichstrom, D₉ eine Batterie B in Serie mit einer Selbstinduction S zur Herstellung und Verwerthung von Wechselspannung zwischen 1-2 und von Gleichspannung zwischen 2-3. An example of such a current distribution is shown schematically in FIG. The primary alternating current lines proceed from the central station C and excite the transformers 7 branched off from them. The secondary stations are composed as follows: I. Two transformers TT and a battery B; II. From a transformer T and a direct current generator G _c operated by primary current; III. from a transformer T and a battery B. The secondary network is for. Partly designed as a three-wire for the various types of current, partly as two-wire for direct current and partly as two-wire for wave current. A consumption point D ₅ , an AC / DC motor M _a M _{0, is} connected to the three-wire network. The direct current two-wire network feeds: D ₁ a battery B, D ₂ an electrolytic cell P, D ₃ an arc lamp A, D ₁ a direct current motor M ₀ . On the wave current two-wire network are: D ₆ an arc lamp series A, D ₇ an alternating current direct current motor M _a M _c , D ₈ a resistor R in series with a self-induction S for the utilization of direct current, D ₉ a battery B in series with a self-induction S for the production and utilization of alternating voltage between 1-2 and direct voltage between 2-3.

Die Stromverteilung nach diesem System eignet sich insbesondere auch für elektrische Bahnen, z. B. nach der folgenden Anordnung: Längs der Bahnstrecke werden drei Leitungen L₁ L₂ und L₃ geführt. L₁ und L₂ werden mit Transformatoren verbunden und führen Wechselstrom den Wagentriebwerken zu. An geeigneten Punkten werden Accumulatoren mit den Leitungen L₂ und L₃ verbunden. Eine der Leitungen kann durch die Fahrschienen und die Erde gebildet werden. Die Triebwerke der Fahrzeuge bestehen aus Wechselstrom- und Gleichstrommotoren oder Wechselstrom-Gleichstromumformern. In den combinirten Triebwerken sind die Wechselstromarmatur und der Gleichstromanker in Serie geschaltet bezw. verkettet. Der Wechselstrommotor wird an L₁ und L₂ und der Gleichstromanker an L₂ und L₈ angelegt. Die Triebwerke werden beim Anfahren durch Gleichstrom in Bewegung gesetzt, nach Erreichung einer gewissen Fahrgeschwindigkeit hingegen hauptsächlich durch Wechselstrom betrieben.The power distribution according to this system is particularly suitable for electric railways, for. B. according to the following arrangement: Three lines L _1, L ₂ and L _{3 are} routed along the railway line. L ₁ and L ₂ are connected to transformers and supply alternating current to the car engines. Accumulators are connected to lines L ₂ and L ₃ at suitable points. One of the lines can be formed by the running rails and the earth. The engines of the vehicles consist of AC and DC motors or AC / DC converters. In the combined engines, the alternating current armature and the direct current armature are connected or connected in series. chained. The AC motor is applied to L ₁ and L ₂ and the DC armature to L ₂ and L ₈ . When starting up, the engines are set in motion by direct current, but once a certain driving speed has been reached, they are mainly operated by alternating current.

Durch die Leitungen L₂ und L₃ sind die Gleichstrommotoren der Triebwerke unter einander und mit den Batterien parallel geschaltet, es herrscht daher in diesen Leitungen eine gewisse Betriebsspannung, vermöge welcher ein Theil der Triebwerke während der Fahrt und gegebenenfalls auch beim Anhalten der Fahrzeuge an andere Triebwerke, z. B. der anfahrenden und der in Steigung befindlichen Fahrzeuge, Gleichstrom abgiebt. Ebenso empfangen und liefern die Bufferbatterien Gleichstrom und bewirken eine Ausgleichung der Arbeitsleistung der einzelnen Fahrzeuge.The direct current motors of the engines are connected in parallel with each other and with the batteries through the lines L ₂ and L ₃ , so there is a certain operating voltage in these lines, by virtue of which some of the engines while driving and possibly also when stopping the vehicles to others Engines, e.g. B. the approaching and the uphill vehicles, emits direct current. The buffer batteries also receive and supply direct current and balance the workload of the individual vehicles.

Die Leitungen L₁ und L₃ können auch in mehrere Abtheilungen zerfallen; streckenweise kann auch die eine oder andere dieser Contactleitungen weggelassen werden. Z. B. kann in Stationen, wo der Zug mit der Kraft des Gleichstroms anfährt, die Wechselstromcontactleitung und in der freien Strecke, wo haupt-The lines L ₁ and L ₃ can also be divided into several compartments; In some cases, one or the other of these contact lines can also be omitted. For example, in stations where the train starts with the power of direct current, the alternating current contact line and in the open section where the main

sächlich Wechselstrom verwendet wird, die Gleichstrom-Contactleitung Unterbrechungen erfahren. Mainly alternating current is used, the direct current contact line experience interruptions.

Unter den früher angeführten Umständen kann auch die mittlere gemeinschaftliche Leitung L₂ streckenweise oder auch gänzlich in Wegfall kommen. Es herrscht dann zwischen den drei Contactleitungen eine Wellenspannung, welche einerseits durch hinter einander geschaltete Transformatoren und Batterien gespeist wird und an welche andererseits die in Serienschaltung combinirten Triebwerke angeschlossen werden.Under the circumstances mentioned earlier, the central shared line L _{2 can} also be omitted in parts or entirely. A wave voltage then prevails between the three contact lines, which is fed on the one hand by transformers and batteries connected in series and to which on the other hand the engines combined in series are connected.

In diesem System bewirken die Fahrtriebwerke selbst die Umwandlung des Wechselstroms in Gleichstrom, unter Umständen kann es aber zweckmäfsig sein, auch einzelne stationäre Umformer oder bei geeigneter Lage der Centralstation auch Gleichstromgeneratoren im Anschlüsse an die gemeinsame Gleichstromleitung zu verwenden.In this system, the drive units themselves convert the alternating current in direct current, but under certain circumstances it can be expedient, also individual stationary ones Converter or, if the central station is in a suitable location, also direct current generators in the Connections to the common DC line to be used.

Die Accumulatorenbatterien sind in der Regel stationär. Man kann jedoch auch parallel geschaltete Bufferbatterie,n — für besondere Zwecke auch anders geschaltete Batterien — im Fahrzeuge mitführen.The accumulator batteries are usually stationary. However, you can also connect them in parallel Buffer battery, n - for special purposes also differently switched batteries - in the vehicle carry with you.

Ausgehend von den Schaltungsanordnungen nach Fig. 5 und 6 kann man Bahnanlagen auch durch mehrphasige Wechselströme combinirt mit Gleichströmen versorgen, indem man nicht mehr als drei Contactleitungen (eine davon auch als Schienenrückleitung) herstellt, diese mit den verschiedenen Stromquellen entweder nach Fig. 5 oder nach Fig. 6 verbindet und combinirte Triebwerke in den Fahrzeugen gleichzeitig durch beide Stromgattungen oder streckenweise abwechselnd durch die eine oder andere Stromgattung betreibt.Based on the circuit arrangements according to FIGS. 5 and 6, railway systems can also be used supply by multiphase alternating currents combined with direct currents by not produces more than three contact lines (one of them also as a rail return line), these connects to the various current sources either according to FIG. 5 or according to FIG. 6 and Combined engines in the vehicles at the same time through both types of electricity or in parts alternately operated by one or the other type of electricity.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel der Stromvertheilung für Bahnen mit drei Leitungen als Combination von einphasigem Wechselstrom und Gleichstrom. C ist eine Erzeugungsstätte für Wechselstrom, L L sind die primären Wechselstromleitungen, T die Transformatoren, B die Accumulatorenbatterien. Die Secundärleitungen, in diesem Falle die Arbeitsleitungen L₁ L₂ L₃, führen Wechselstrom, Gleichstrom und Wellenstrom. Die Secundärstation II enthält Transformatoren, III Accumulatoren und die Secundärstationen I und IV enthalten sowohl Transformatoren als auch Accumulatoren. In letzteren sind die Secundärspulen der Transformatoren und die Batterien verkettet und die Klemmen 1 und 2 der Transformatorenspulen und die Klemmen 2 und 3 der Batterien mit den Bahnleitungen L₁ L₂ und L₃ gleichnamig verbunden. F₁ und F₂ sind Fahrzeuge, deren Stromabnehmer mit den drei Leitungen in Berührung sind. Auf F₁ befindet sich ein Wechselstrommotor M_a und eine Gleichstrommaschine M_c; an einer der Achsen von F₂ ist eine Doppelmaschine, ein Umformer M_ac, angebracht. Die Art und Weise, wie nach dieser Anordnung die combinirten Triebwerke bald als Doppelmotoren, bald als Umformer arbeiten und wie die Bufferbatterien die Arbeitsleistung ausgleichen, ist nach den vorhergegangenen Erläuterungen leicht zu verstehen.8 shows a schematic representation of an example of the current distribution for railways with three lines as a combination of single-phase alternating current and direct current. C is a generator for alternating current, LL are the primary alternating current lines, T the transformers, B the accumulator batteries. The secondary lines, in this case the working lines L ₁ L ₂ L ₃ , carry alternating current, direct current and wave current. The secondary station II contains transformers, III accumulators and the secondary stations I and IV contain both transformers and accumulators. In the latter, the secondary coils of the transformers and the batteries are linked and terminals 1 and 2 of the transformer coils and terminals 2 and 3 of the batteries are connected to the railway lines L ₁ L ₂ and L _{3 with the} same name. F ₁ and F ₂ are vehicles whose pantographs are in contact with the three lines. On F ₁ there is an alternating current motor M _a and a direct current machine M _c ; A double machine, a converter M _ac , is attached to one of the axes of F _2. The manner in which, according to this arrangement, the combined engines now work as double motors, now as converters, and how the buffer batteries compensate for the work output, can easily be understood from the preceding explanations.

Mil obiger Beschreibung ,und Darstellung sind die Anwendungen dieses combinirtenStromvertheilungssystems nicht erschöpft, es sind vielmehr noch zahlreiche Variationen in Anwendung auf die verschiedenen elektrischen Betriebe, insbesondere auch auf den Bahnbetrieb, möglich.Mil the above description and illustration are the applications of this combined power distribution system not exhausted, there are still numerous variations in use on the various electrical companies, in particular on rail operations, possible.

Claims

Patent Claims:

1. Process for the production of electrical energy in the form of a combination of single and multi-phase alternating current and direct current through

. Circuit resp. Concatenation of alternating current secondary generators and alternating current secondary generators, the electromotive forces of which add up in such a way that there is one between the two lines of the series undulating voltage respectively. between the two outer lines of the Concatenation of an undulating tension and between the one outer Line and the concatenation line an alternating voltage and between the other A DC voltage is produced on the outside and the interlinking line.

2. Electric power distribution through alternators, primary AC power lines and secondary stations consisting of alternating current transformers and direct current secondary generators according to claim ι are connected in series or in a chain, and from outgoing to the secondary stations, manufactured according to the three-wire or two-wire system Distribution lines to which the

. Appliances between L ₁ and L ₂ or L ₂ and L ₃ or between L ₁ and L _{3 can be} connected, depending on whether the appliances consist of parts which have alternating or continuous counter-voltage and accordingly either mainly alternating current energy or mainly direct current energy or also in their various parts Partly consume one and the other kind of electricity energy.

3. A combined electrical current distribution suitable for electric railways through three lines, two of which (L ₁ and L ₂ ) with alternating current transformers and two (L ₂ and L ₃ J with accumulator batteries or through two lines L ₁ and L ₃ ),

which are connected to power sources composed of transformers and accumulators in series according to claim ι, to which three BEZW. Two lines can be connected by means of contact vehicles equipped with AC motors and DC machines or AC / DC converters. are, which combined engines in the first case with L ₁ L ₂ and L ₃ , in the second case with L ₁ and L ₃ in connection, are operated alternately by alternating current or direct current or by both types of electricity simultaneously or also, operated by alternating current, direct current release into the lines.

For this purpose ι sheet of drawings.