DE107432C

DE107432C -

Info

Publication number: DE107432C
Application number: DENDAT107432D
Authority: DE

Description

£ufcmi1ji£ ufcmi1ji

i\nin

έ'ϊαΐν'η Γα ni.iVvέ'ϊαΐν'η Γα ni.iVv

^J^ J

KAISERLICHES /IMPERIAL /

,A PATENTAMT, A PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21: Ei.kktrischk "Appakatf. cn» Maschinen. -■''" /CLASS 21: Ei.kktrischk "Appakatf. Cn» Machines. - ■ ''"/

GÜNTHER KOOPMANN in LUDWIGSHAFEN A, Rh. |V ^GÜNTHER KOOPMANN in LUDWIGSHAFEN A, Rh. | V ^

Einrichtung zur funkenfreien Umwandlung von verkettetem Mehrphasenstrom in ununter-Device for the spark-free conversion of concatenated multiphase current into uninterrupted

• brochenen Gleichstrom, ί• broken direct current, ί

Patentirt im Deutschen Reiche vom ll; Mai 1898 ab. "^: ; ::Patented in the German Empire from ll; May 1898. "^:; ::

Die V(jrliegende Erlindung soll in · .erster Linie dazu dienen, einen durch Fernleitungen auf gröTsere Enlfernungen tbrtgeleiteten hochgespannten verketteten Mehrphasenstrom an einem von der SliOmerzcugungsstelle weit entleVnlen Ort in einen Gleichstrom von normaler niedriger Spannung umzuvyandein; dieselbe soll aber gleichzeitig die Möglichkeit gewähren, den Mehrphasenstrom auch, in unmittelbarer Nähe der Slromerzeuguiigsstelle in Gleichstrom umzuwandeln. ; ''■" .'..· -.■■■" - ■■ -, ■ ,'■'■ ■ · The present invention is primarily intended to convert a high-voltage, concatenated multiphase current, which is carried over long distances by long-distance lines, into a direct current of normal low voltage at a location far from the point of dissolution; Multi-phase electricity can also be converted into direct current in the immediate vicinity of the electricity generation point.; '' ■ ". '.. · -. ■■■" - ■■ -, ■,' ■ '■ ■ ·

Der so. erhaltene Gleichstrom soll namentlich zum Betrieb elektrischer Bahnen Verwendung linden, aber ..auch, für andere Zwecke verwendbar sein. ' ■ '....' · ^: ■■.■ .■■' '. '..-:'/ ::.^:.. . The so. The direct current obtained is said to be used in particular for the operation of electric railways, but ... also be usable for other purposes. '■' .... '· ^: ■■. ■. ■■''.'..-:' / ::. ^: ...

Für die Construction der nachstehend ge-. schilderten Vorrichtung waren, folgende Bedingungen mafsgebend: ^: * ' : : .
. 1. Vermeidung einer Umkehr in der.Richtung des Stromes.,' ■ ... ■ . For the construction of the following marked device following conditions were ^mafsgebend: * ':.
. 1. Avoidance of a reversal in the direction of the current., '■ ... ■.

2. Itrzielung. eines möglichst gleichmäfsigen CileichsliOmes. .·;.;■ : \:: ■' ■ 2. Realization. of a CileichsliOme that is as uniform as possible. . ·;.; ■: \ :: ■ '■

3. Vermeidung jeglicher Unterbrechung des Stromes...'. ' ■ '■ .·. ' ■. '. ^;; ..3. Avoidance of any interruption of the electricity ... '. '■' ■. ·. '■. '. ^;; ..

4. Vermeidung von Funkenbildung.4. Avoidance of sparks.

5.. Möglichkeit der Umformung von Wechsel-'Ntr'oiu hoher in Gleiclistrbm niedriger'.Spannung. ; . "',/ ' .■■/;-·:■/ ":. , ^:' ■'■ , ■"'" .I,''.'''. .. : 5 .. Possibility of converting alternating 'Ntr'oiu high into equilibrium low'voltage.; . "', /'. ■■ /; - ·: ■ /":. , ^: '■' ■, ■ "'".I,''.'''. ..:

ti. VeiAvend.ung einer möglichst 'geringen .Anzahl von Fernleitern. ■' V -V-^-V
. Jiin lediglich auf einen Ohm'schen Widerstand ..wirkender, .durch Stromwender gleich-'.ti. Use of the smallest possible number of long-distance conductors. ■ 'V -V - ^ - V
. Jiin only ... acting on an ohmic resistance, "by commutator".

gerichteter Wechselstrom erleidet bekanntlich: keine Umkehr in der Richtung des Stromes.. Wirkt dagegen, ein gleichgerichteter Einphasenstrom auf eine elektromotorische Gegenkraft, ■so mufs während der Zeit, während welcher, die Spannung des Stromes geringer ist, wie diejenige . der elektromotorischen .. Gegenkraft, . eine Unterbrechung des Stromes stattfinden, wenn ein Wechsel in der Richtung des Stromes, vermieden werden soll. Verwendet man dagegen mehrere in ihrer Phase gegen einander verschoberte. Ströme, so lassen sich durch Reihenschaltung dieser Ströme die^: Minimalwerthe der Spannung so sehr vergröfsern, dafs. dieselben die Spannung der elektromotorischen Gegenkraft nicht mehr unterschreiten, ein Richtungswechsel somit vermieden wird.· ■:■'.: ^ .· . Durch .Vergröfserung der Anzahl der Phasen lassen sich auch die Schwankungen des^; so er^ zielten Gleichstromes auf ein geringes Mafs reduciren. . ■■■.·'·.: ; ." ν "■'. ..;..· ^: ' ■As is well known, directed alternating current suffers: no reversal in the direction of the current. If, on the other hand, a rectified single-phase current acts on a counter electromotive force, then during the time during which the voltage of the current is lower than that. the electromotive .. counterforce,. an interruption of the current take place if a change in the direction of the current is to be avoided. If, on the other hand, one uses several shifted in their phase against each other. Currents, it is possible by the series connection of these ^currents: so much vergröfsern minimum values of the voltage, that. they no longer fall below the voltage of the counter electromotive force, thus avoiding a change of direction. · ■: ■ '.: ^. ·. By increasing the number of phases, the fluctuations in the ^; thus obtained direct current reduced to a small degree. . ■■■. · '· .:; . "ν" ■ '. ..; .. · ^: '■

Bei Verwendung mehrerer phasenyerschobener Wechselströme ist somit eine Unterbrechung;, des Stromes nicht erforderlich. .·.' . : 'V Hinsichtlich einer Vermeidung von .Funkenbildung war folgender Grundgedanke ^pafsgebend.: Werden die Enden eines Leiters;, in welchem ein Wechselstrom inducirt wird, in.' dem. Augenblick, wo Strom ^und Spannung gleichzeitig den'. Nulhverth., erreichen, wo die Enden des Leiters demnach keine Potential-'..¹ differenz; zeigen,·.kurz geschlossen, .so liegt:When using several phase-shifted alternating currents, an interruption of the current is not necessary. . ·. ' . With regard to avoiding the formation of sparks, the following basic idea was decisive: Are the ends of a conductor in which an alternating current is induced in? to the. Moment when current ^ and voltage simultaneously the '. Nulhverth., Reach where the ends of the conductor accordingly no potential- '.. ¹ difference; show, .shortly closed,. so lies:

offenbar kein Grund vor, dafs durch diesen Kurzschlufs eine Funkenbildung bewirkt werden sollte. Die Richtigkeit der hierbei gemachten Annahme, dafs Strom und Spannung gleichzeitig' den Nullwerlh erreichen, ergiebt sich nunmehr aus folgender Uebcrlegung: Wenn auf einen Wechselstrom eine elektromotorische Gegenkraft einwirkt, so'hat diese Einwirkung bekanntlich eine Phasenverschiebung- in : dem Sinne zur Folge, dafs der Strom der Spannung vorauseilt. Im vorliegenden Falle wirken nun auf den in den betreffenden Leiter inducirten Strom atifser der elektromotorischen ! Gegenkraft auch die in den benachbarten Leitern inducirlen Ströme, und zwar im unigekehrten Sinne wie die elektromotorische.·. Gegenkraft.. Erreicht nun in dem Augenblick, wo die Intensität einer Phase den Nullwerth erlangt, die Summe der Intensitäten der übrigen Phasen ihren Maximalwerth, so mufs dieser letzlere Werth der Intensität der elektromotorischen Gegenkraft annähernd gleich sein. Die phasen-' vcrscliiebenden Wirkungen beider Ströme heben sich somit in diesem Augenblick, weil gleich grofs, aber in entgegengesetztem Sinne wirkend, gegenseitig auf. . ·■■'.,· :evidently there is no reason for this Short-circuit sparking can be caused should. The correctness of the assumption made here that current and voltage at the same time 'reach the Nullwerlh, yields now from the following consideration: If an alternating current is an electromotive Counterforce acts, so'has this effect is known to result in a phase shift in the sense that the current of the voltage rushes ahead. In the present case act on the induced in the conductor in question Electricity atifser the electromotive! Counterforce also in the neighboring ladders induce currents, in the opposite sense as the electromotive. ·. Counterforce .. At the moment when the intensity of a phase reaches zero, it reaches the Sum of the intensities of the other phases its maximum value, then the latter must The value of the intensity of the counter electromotive force should be approximately the same. The phase ' the positive effects of both currents thus at this moment, because equally large, but acting in the opposite sense, each other up. . · ■■ '., ·:

Soll nun aber die Verwendung von. Wechselstrom überhaupt einen Sinn haben, so mufs die Vorrichtung zur Umwandlung des Wechselstromes in Gleichstrom die Möglichkeit der. Umformung des primären Wechselstromes von höherer Spannung in einen Gleichstrom niederer Spannung bieten, was dadurch ereicht wird, dafs der Gleichstrom den Secundärwickelungen eines oder mehrerer Transformatoren entnommen wird. Wollte man den den Stromwendern zuzuführenden Wechselstrom unmittelbar dem Stromerzeuger oder den Fernleitern entnehmen, so müfste man sowohl auf den Vortheil der hohen ^: Spannung des Wechsel-, stromes als auch auf denjenigen der Verkettung und der daraus sich ergebenden Reduction der Leilcrzahl auf die halbe Anzahl verzichten. . :.But should the use of. Alternating current has any meaning at all, so the device for converting alternating current into direct current must have the possibility of. Transform the primary alternating current from a higher voltage into a direct current of lower voltage, which is achieved by taking the direct current from the secondary windings of one or more transformers. If one were to refer to the commutators supplied alternating current directly to the generator or the long-distance conductors, one müfste both to the advantage of the ^high: voltage of the alternating, current also on those dispense than the concatenation and the consequent reduction of the Leilcrzahl to half the number . . :.

Die verwandten Constructionen neuerer Zeit entsprechen wohl sämmtlich nicht der oben unter .'■$. angegebenen¹ Bedingung und demzufolge auch nicht den Bedingungen .2 . und 4.. Der Poll ak'sche Gleichrichter, wohl die be-" kannteste der neueren Constructionen, arbeitet nur mit Einphascrtstrom Und kann demzufolge den Bedingungen 3, 2. und 4 nicht genügen.The allied constructions of more recent times probably do not correspond to those above under. specified ¹ condition and therefore not the conditions .2. and 4 .. The Poll ak'sche rectifier, probably the most well-known of the newer constructions, only works with single-phase currents and consequently cannot satisfy conditions 3, 2 and 4.

Andere neue Constructionen verdanken ihre Entstehung der Absicht, die nachtheiligen Wirkungen der bei der Stromunterbrechung auf-, tretenden . Funkenbildung nach Möglichkeit ab-, zusdiwächen, ohne, die Ursache der Funkenbildung selbst zu beseitigen. ... ■,:■■. ■'■·'·■.."" Other new constructions owe their emergence to the intention of eliminating the harmful effects of those which occur when the current is interrupted. If possible, reduce or reduce spark formation without eliminating the cause of the spark formation itself. ... ■,: ■■. ■ '■ ·' · ■ .. ""

Hierher gehört der in der Patentschrift Nr. 84181 .beschriebene Schuckert'seheStromwender,, welcher ebenfalls nicht den..Bedingungen 3, .2 und'4" entspricht. -",Auch- die v.Stephani'sche, in der Patentschrift Nr. 84965 beschriebene ,Construction, welche, als eine Verbesserung des Pollak'sehen .''Gleichrichters, anzusehen ist, leistet ebenfalls, den Bedingungen 3, 2 und 4 in keiner Weise Genüge. " Die Schaltungen von Brush, Thomson-Houstoη und Westinghouse sind schliefslich für den vorliegenden Zweck nicht brauchbar, weil dieselben wie jede andere .Gleich-■ strommaschincnschaltung den, Bedingungen 5 und 6 nicht entsprechen und aufserdem noch den Nachtheil zeigen, dafs stets einer oder mehrere der Fernleiter unbelastet sein würden. :' Eine der Bedingung 3 entsprechende ältere Construction ist von. Wheats.tone in der englischen Patentschrift Nr. 902.2 vom Jahre' 1841 beschrieben worden, die eine den heute in Amerika gebräuchlichen Gleichstrommaschinen mit offener.Ankerwickelung ähnliche Schaltung mit fünf Spulenpaaren und Stromwender zur Abnahme von Gleichstrom wiedergiebt. _; Diese Anordnung entspricht auch, den oben, angegebenen Bedingungen ι und.2. Dafs dieselbe auch der Bedingung 4 entsprochen habe, ist zwar . durch, die Patentschrift" nicht dargethan, konnte auch dem damaligen Stande der Elektrotechnik entsprechend wohl kaum in der AbsichtWheatstone's gelegen haben, erscheint , aber nach den vorstehenden Ausführungen, nicht zweifelhaft. Den Bedingungen .5 und 6■":. entspricht die Wheatstone'sche Anordnung:, dagegen in keiner Weise, so dafs . dieselbe lediglich als Gleichstrommaschine, dagegen nicht ; für den hier beabsichtigten. Zweck Verwendung■',This includes the Schuckert's power converter described in patent no. 84181, which also does not meet the conditions 3, 2 and 4 ". -", also - die v.Stephani'sche, in patent no. 84965, Construction, which is to be regarded as an improvement of the Pollak's rectifier, also in no way satisfies conditions 3, 2 and 4. "The circuits of Brush, Thomson-Houston and Westinghouse are ultimately unsuitable for the present purpose because they, like any other DC machine circuit, do not meet conditions 5 and 6 and also show the disadvantage that there is always one or more The long-distance conductor would be unloaded.: 'An older construction corresponding to condition 3 has been described by Wheats.tone in the English patent specification No. 902.2 of the year 1841, which has a circuit similar to the direct current machines with open armature winding used in America today five pairs of coils and commutators for taking off direct current reproduced _.; This arrangement also corresponds to the above, specified conditions ι and 2. The fact that the same also met condition 4 is According to electrical engineering, Wheatstone's intention was hardly to appear t, but after the above, not doubtful. The Wheatstone arrangement corresponds to the conditions .5 and 6.

"finden kann. . . . _; ^; ·■"."·"can be _found;.... ^· ■ '' ·.

' Der "Stromwender der vorliegenden Construction besteht ganz ähnlich denjenigen der oben erwähnten bekannten Anordnungen aus'■:.' je einem mit. je zwei Schleifringen versehenen : Commutator "für. :jede zur Umwandlung . korn-■ mende Phase,: je, vier Bürsten für jeden Comlnutator, sowie einer Anzahl Verbindungsdrähte, . durch welche die zur Entnahme des Gleichstromes dienenden Bürsten in Reihe geschaltet" werden. Die Isolationsschicht, welche die einzelnen. Lamellen eines Commutators von ein-" ander trennt,,ist in gleicher Weise wie bei der in. der englischen Patentschrift Nr. 9022 vom Jahre; 1841 beschriebenen Anordnung so schmal ge-; halten, dafs die Bürsten eine Lamelle, nicht eher verlassen, bevor sie nicht die nächstfol-: gende -Lamelle so weit berühren, dafs. eine Unterbrechung des Stromes ausgeschlossen ist. Die Anzahl der Lamellen eines Commutators, welche der.Reihe nach abwechselnd mit dem einen oder dem andern Schleifring verbunden''The commutator of the present construction is very similar to that of the above-mentioned known arrangements from '■ :.' one with each. each with two slip rings: Commutator "for.: each for converting. grain- ■ Ending phase: each, four brushes for each Comlnutator, as well as a number of connecting wires,. through which the brushes used to draw the direct current are connected in series " will. The insulating layer that the individual. Lamellas of a commutator of one " other separates, is in the same way as in the case of that in English patent specification No. 9022 of the year; The arrangement described in 1841 was so narrow; keep that the brushes a lamella, do not rather leave before they do not touch the next lamella so far that. one Interruption of the current is excluded. The number of lamellas on a commutator, which in the row alternate with the one or the other slip ring connected '

"sind, mufs "doppelt so grpfs sein,: wie die: Periodenzahl einer Phase während einer Um-."are, must" be twice as grpfs: as the: Number of periods of a phase during a change.

. drehung des'Commutators",: Der; Antrieb der' Commutatören wird in; der Regel" durch- einen". Wechselstrommotor erfolgen, welcher mit einer. rotation of the'Commutator ",: The; drive of the ' Commutators is in; usually "through one". AC motor take place, which with a

Claims

. • η
(ι

he
ns.

lin
ie,
litct

ic-
; ht

cm
lcn
the

the fluctuations of the phases ¹ synchronous ■ speed rotates. In the event that the current conversion is to be carried out in the immediate vicinity of the current generation point, the commutators can also be driven directly by the alternating current generator. The commutator brushes are to be adjusted so that each phase is at the moment

the

Intensity is turned.

■ '. Until then, the difference is between of the present construction and that in English patent specification No. 9022 of the year 1841 described only in the way of driving the commutators by a motor on the one hand and the power generator on the other

and from this. ¹ resulting different construction of the commutators, in that they are once equipped with four brushes and two slip rings, the other time, however, only with two brushes. These four brushes and two slip rings are also required if the commutators are driven directly by the generator instead of a motor. ■ ..-.-

The further arrangement of the present construction, however, by which it is at all possible only ^one, that of the electric power, generator power supplied and actually as AC ,, namely as chained majority; phase current from the place of power generation to the place of conversion of the alternating current into direct current is completely different from that of Wheatstones.

While with Wheastone's device the currents generated in the generator are like any other. DC generator, directly the Com-: connected to the generator. mulaloren be supplied to the generator then immediately leave as a direct current, the phases produced in the generator in this case either indirectly under inputs ¹ .A circuit of one or more transformers, or direct the remote conductors as concatenated multi-phase current is supplied to. then at the place of conversion of the alternating current. in direct current with reduction of the voltage and conversion of the chain into a series circuit by means of one or more transformers through the with-the ^:; Ends of

. Secondary windings of the transformer connected brushes supplied to the commutators and then mediated by the same.

.to the. DC power lines connected

. Brushes taken as an interrupted direct current, to be, λ,. . . ^::. ■ A schematic representation of a device *

^: tion for converting three-phase current into a

Uninterrupted direct current is shown in Fig. 1. The conical rings and slip rings are drawn as conical rings for the sake of clarity. .In . The three sinks ABC show the secondary windings of a three-phase:, transformer, from which the individual phases, which are no longer linked, are removed by means of the:: brushes from cdef and fed to the slip rings of the commutators. y. Here all phases are turned individually by the commutators, and by being connected in series at the same time, the commutators are again turned by the interconnected ones. Brushes 1, 2, 3, 4, 5, 6 as a continuous direct current ent-: nominen. Conversely, the alternating current can also be fed to the commutator segments and the direct current can be taken from the slip rings. FIGS. 2 and 3 show an embodiment of a device for. Conversion of 'three-phase current' into · direct current. The slip rings are each combined into one piece with a commutator lamella. In Fig. 1 , the connections of the commutators are on. the secondary. Windings of a three-phase transformer on the one hand and to the direct current lines on the other, as well as the connections of the primary / windings of the three-phase transformer to the three high-voltage long-distance lines. Fig. 3 shows the commutators in longitudinal section in connection with a schematic dar-. set synchronous motor. To connect; the commutator lamellas with the armature winding of the motor can be better recognized. is the axis of the commutators by go ° against; the axis of the motor is drawn rotated. 4 to 11 show graphical representations of some alternating currents suitable for conversion into direct current, as well as the direct currents obtained from the latter. FIG. 4 shows the representation of a two-phase current, and FIG. 5 shows the direct current obtained therefrom, which, however, is quite considerable. Showing variations ..: Less Grof these fluctuations in the example shown in Figure 7 is DC current, which is formed from the model shown in Figure 6 rotation _r ■ stream... It will be, under certain circumstances, '' stands ¹ recommend that to choose phase number gröfser than usual, about five phases since ■■■ then, läfs't achieve ■ very gleichmäfsiger current ,. '; as can be seen from FIGS. 8 and 9. The previous representations were based on pure sinus curves, which is usually not the case in practice. : ·. Another, · phase form, as it is in practice aii-; Approaching: läfst ^reach: shows the. in Fig. Ίο shown three-phase current, which 'after .Fig. 11, can be transformed into a direct current, which / shows no fluctuations. ^: ,;> :,

Patent Claim:. "; ■ ·.. ·. · ■■. ■. ', -. ^ V . .Device for .spark-free conversion of. concatenated multiphase current iii uninterrupted. ■ brochene.n Gieichstrom lower. Tension, there- ■. marked by '^ .- .. that the concatenation

«.Through a .with. the. Number of phases matching number of transformers or solved by one or more multiphase current transformers And at the same time the voltage is lowered ^>: and. the secondary currents of the transformers through the Brushes to avoid power interruptions are wider than the Isolirstellen, at the moment of the lowest Strpmintensität individually under Kurzsehluis. be turned. ; / v ·. '. ,:, ■: ■ - ■■ - ,; ■; -. ■■ '; ■ ..

For this purpose 2 sheets of drawings.

■.;■■ ;■■;.'· /.■.; ■■; ■■;. '· /.