DE108920C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate und Maschinen.

MAURICE HUTIN und MAURICE LEBLANC in PARIS.

Verfahren zur Umwandlung von Wechselströmen beliebiger Spannung in Gleichströme von ebenfalls beliebiger Spannung und umgekehrt.

Zusatz zum Patente 78825 vom 6. Oktober 1892.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. Dezember 1898 ab. Längste Dauer: 5. Oktober 1907.

Die Erfinder haben bereits die Autgabe gelöst, mehrphasige Wechselströme in Gleichströme zu verwandeln. Es soll hier nochmals kurz dargelegt werden, wie diese Aufgabe, z. B. für zweiphasige Ströme, gelöst wird.

Um zwei magnetische. Kerrie A B und A¹ B¹ (Fig. 1) wickelt man: '"

1. zwei identische Primärstromkreise P und P¹, von denen der eine die Ströme einer Phase und der andere die Ströme der anderen Phase führt;

2. 2 η Secundä'rstromkreise, von denen jeder aus zwei Spulen besteht, deren eine auf dem Kerne A B, deren andere auf dem Kerne A¹ B¹ gelegen ist.

Die Anzahl der Windungen dieser Spulen ändert sich gemäfs dem aus der folgenden Tabelle ersichtlichen Gesetz. In dieser Tabelle ist ν eine eine Anzahl von Windungen bezeichnende Constante. Die Windungszahlen, welche dem Sinus mit positivem Werth proportional sind, stellen in einer Richtung gewickelte Windungen und diejenigen, welche dem Sinus mit negativem Wertb proportional sind, stellen in der entgegengesetzten Richtung gewickelte Windungen vor.

Laufende

Nummer

des Secun-

därstrom-

kreises

Anzahl der Windungen des
betrachteten Secundärstromkreises

um den Kern A B

ν sin ο

π η

2 Tt

v sin

ν sin

ν sin (ρ—ι) —

ν sin 2 κ — ι

um den Kern A¹ B¹

V COS O

ν cos —
η

V COS 2

ι COS (ρ l)-

ν cos 2 η— ι

Diese 2 η Stromkreise sind unter sich und mit den auf einander folgenden Stegen eines Stromwenders C C in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise verbunden.

Wenn zwei Bürsten F¹ F² gleichzeitig auf denjenigen Stegen des Stromwenders schleifen, von denen der eine die Stelle p, der andere die Stelle (p -\- n) einnimmt, so erkennt man sofort, dafs der diese beiden Bürsten verbindende,

um die Kerne AB und A¹B¹ herumgehende Stromkreis auf dem Kerne A B eine Anzahl JV₁ und auf dem Kerne A¹ B¹ eine Anzahl JV₂ Windungen besitzt, wobei

JV, = ν sin ρ — ·
L ⁿ

sin (j> + i) 1 1- sin (p +

η— ι) —

N₂ = ν I cos ρ — + cos (27 + ι) — +··· + ^cos (Ρ + ^κ — ') —■

At Αϊ Ai

Hieraus folgt:

N₁= cos [ρ — und JV₀ = sin ρ I —

¹ .π χ ι ) η - .η V 2 I η

sin ^ν ' sin '

2η in

Nimmt man jetzt an, dafs die Bürsten in der Secunde α Umdrehungen um den Stromwender ausführen, so nimmt die Zahl ρ in der Secunde regelmäfsig um 2 an zu. Man kann ρ = 2ακί setzen, und die Ausdrücke für die Windungszahlen N₁ und JV₂ werden:

JV₁ =

-cos 2 π I at—

sin-

2 η

IV₂ =

sin 2 π

sin-

at- ^l

4«/

2 η

oder einfacher, wenn man den Anfang der Zeiten ändert:

ν
JV, = cos 2 π at

sin-

2 η

und

iV,

sin 2 π at.

sin-

2 η

Wenn die Magnetkerne A B und A¹B¹ alsdann der Sitz sich ändernder Kraftlinien sind, derart, dafs jede den Kern A B umgebende Windung der Sitz einer elektromotorischen Kraft

Zj₁ = /j₀ cos 2 7Γ a t

und jede den Kern A¹B¹ umgebende Windung der Sitz einer elektromotorischen Kraft

h₂ = Ji₀ sin 2 π a t

ist, so wird die gesammte zwischen den beiden Bürsten entwickelte elektromotorische Kraft

JV₁ Zz₁ + JV₂ h.₂ =

ν h_n

sin-

2 η

(cos² 2 π α t -\- sin² 2 π at) =

sin-

2 η

Diese elektromotorische Kraft ist constant und die Aufgabe ist gelöst.

Es soll nun diese Lösung auf den Fall ausgedehnt werden, wo man nur noch über eine einzige Quelle von primären Wechselströmen verfügt.

Es ist schon angedeutet worden, wie man hierzu dadurch gelangen kann, dafs man diesen Primärstrom zuvor mittelst Condensatoren enthaltender Einrichtungen in zwei andere um '/₄ Welle verschobene Ströme zerlegt.

Da die Erfahrung jedoch gelehrt hat, dafs es fast unmöglich ist, wenn man einem Leitungsnetze Capacitä't verleiht, Resonanzwirkungen zu vermeiden, die sehr gefährliche Spannungssteigerungen herbeiführen, so ersetzen die Erfinder diese Lösung durch die folgende:

Es wird an der Anordnung der Kerne A B und A¹B¹ und den sie umgebenden secundären Stromkreisen nichts geändert. Der Kern A B bleibt mit einem Primärstromkreis P umgeben, der unmittelbar vom Netz abgezweigt ist, dagegen wird der Primärstromkreis P¹ fortgelassen und seine Wirkung durch diejenige eines Feldmagneten / ersetzt, der durch einen Gleichstrom erregt wird und um eine Achse O drehbar ist, die in der Richtung A¹ B¹ liegt, wie dies Fig. 2 veranschaulicht.

Der um den Kern A¹. B¹ gewickelte Primärstromkreis mufste eine doppelte Aufgabe erfüllen :

i. In jedem Augenblick eine Anzahl von Amperewinduhgen entwickeln, welche gleich der algebraischen Summe der Zahlen der durch die

Secundä'rstromkreise entwickelten Amperewindungen ist, aber entgegengesetztes Vorzeichen hat.

2. In jedem Augenblick eine Anzahl von Amperewindungen entwickeln, die im Stande sind, im Kerne A¹ B¹ die nöthigen inducirenden Kraftlinien zu erzeugen. Es ist zu bemerken, dafs die Aenderungen dieser beiden Amperewindungszahlen in Bezug auf einander um Y₄ Periode verschoben sind.

Damit die Drehung des Feldmagneten / denselben Dienst wie dieser. Primärstromkreis erfüllen kann, mufs der Feldmagnet also nach einander vor dem Kerne A¹B¹ zwei Spulen darbieten, eine Spule J, deren Amperewindungszahl in jedem Augenblick gleich der maximalen Anzahl der Amperewindungen sein mufs, die von den Secundärstromkreisen des Kernes A¹ B¹ entwickelt werden, eine andere Spule j, deren Amperewindungszahl proportional der maximalen Stärke der im Kerne entwickelten Kraftlinien sein mufs.

Zu diesem Zwecke müssen die Spulen / und j um 90⁰ zu einander versetzt sein, die Spule J wird in den äufseren, von den Bürsten F¹ F² (Fig. 1) abgezweigten Stromkreis in Reihe geschaltet und die Stärke des sie durchfliefsenden Stromes wird stets proportional der Leistung des Apparates. Dagegen wird die Spule j zwischen denselben Bürsten im Nebenschlufs geschaltet.

Unter diesen Bedingungen wird der Stromumwandler bezw. -Gleichrichter genau in derselben Weise arbeiten, wie ein Stromumwandler oder -Gleichrichter für Zweiphasenströme.

Um aber die Drehbewegung des Feldmagneten / vor. dem Kerne A¹ B¹ aufrecht zu erhalten , mufs ihm in jedem Augenblicke eine Arbeitsmenge zugeführt werden, die gleich der Energie ist, welche seine Drehung den Secundärstromkreisen mittheilt. Man gelangt hierzu auf folgende Weise (Fig. 3).

Anstatt den Feldmagneten / nur auf die Secundärstromkreise des Kernes A¹ B¹ einwirken zu lassen, lassen ihn die Erfinder gleichzeitig auf einen Primärstromkreis ρ ρ wirken, der unmittelbar vom Leitungsnetz abgezweigt ist und dessen magnetische Achse χy senkrecht zur Achse/I¹ .B¹ steht. Unter diesen Bedingungen wird der Feldmagnet, wenn er vor dem Stromkreis pp vorbeigeht, diesem eine bestimmte Arbeitsmenge entnehmen, die er dann V₄ Periode später an die Secundärstromkreise des Kernes A¹B¹ abgiebt.

Die Gesammtheit des Feldmagneten /und der auf ihn wirkenden Stromkreise bildet nicht nur einen besonderen Umformer, sondern auch einen synchronen Motor, welcher den eigentlichen Stromrichter zu bewegen hat.

In dem Schema der Fig. 4 sind die vollständigen Verbindungen des Apparates dargestellt.

Die primäre Spule P¹ des Kernes A¹B¹ (Fig. 1) ist durch den sich drehenden Feldmagneten / ersetzt; die secundä"ren Wickelungen sind ebenso angeordnet, wie die in dem Haupt-Patente 78825 und dessen zweiten Zusatz-Patente 84649 angedeuteten.

Die Buchstaben in der Fig. 4 beziehen sich auf entsprechende Theile der Fig. 1, 2 und 3.

Der umzuformende, hochgespannte Strom kommt durch die Leitungen //an und der gewonnene Gleichstrom wird durch die Leitungen L L nach den Verbrauchsstellen geleitet.

Zur gröfseren Klarheit sind die Verbindungen des Feldmagneten in dem Querschnitt dieses Theiles und nicht im Grundrifs dargestellt. Da sich die Spulen J und j mit dem Feldmagneten / drehen, so werden die Verbindungen dieser Spulen mit den festen Theilen der Stromkreise durch Ringe und Bürsten bewirkt. Die Ringe C₁ ... c₆ stehen mit den sechs Stegen des Stromwenders C in Verbindung.

Der Apparat kann in folgender Art ausgeführt werden. Die Fig. 5 der beiliegenden Zeichnung veranschaulicht einen Motor mit sechs Polen. Der feste Theil ist von einem Ringe AB aus Blechen gebildet, die, wie bei abc zu ersehen, ausgeschnitten sind.

Um die Kerne b sind Spulen N¹ iV² . . . iV⁰ mit einer Sinusoidenwickelung angeordnet, deren gleichartige, parallel oder in Reihe geschaltete Stromkreise die Sinusoidenwickelung wiedergeben, wie sie den Kern A¹B¹ in Fig. 1 umgiebt.

Man erkennt sofort, dafs die Aenderungen der Kraftlinien, welche in diesen verschiedenen Stromkreisen stattfinden, alle dieselben Phasen aufweisen. Ist diese Phase passend, so werden diese Stromkreise folglich der Sitz derselben elektromotorischen Kräfte, wie wenn sie den Kern A¹ B¹ umgeben und einen Theil eines Stromumwandlers oder -Gleichrichters für zweiphasige Ströme bildeten.

Diese Stromkreise sind unter sich und mit denjenigen, welche den magnetischen Kern A B umgeben, genau in derselben Weise verbunden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und auch stets so, als wenn es sich um einen Stromumwandler oder -Gleichrichter für zweiphasige Ströme handelte.

Am inneren Umfang des Ringes A B, in unmittelbarer Nähe des eisenfreien Raumes, sind. Einschnitte vorgesehen, ähnlich denjenigen, welche man in den Feldmagneten von asynchronen Maschinen anbringt. In diese Einschnitte legt man eine Wickelung, die wie bei

Claims (2)

einer asynchronen Maschine für einfache Wechselströme beschaffen ist und aus sechs Spulen n1 ri2. . . n6 besteht, so ein, dafs die von dem so entstehenden Strome entwickelten Pole sich mitten zwischen den von den Spulen N1 N2. . . Na entwickelten Polen befinden. Dieser Strom ist nichts anderes als der Primärstromkreis ρ ρ des Schemas Fig. 3. Man kann ihn entweder unmittelbar von der Leitung abzweigen (Fig. 4), oder über einen besonderen, um den Kern A B angeordneten Secundärstromkreis schliefsen. Im Innern des Ringes A B befindet sich ein anderer, um die Achse O beweglicher Ring C D. Er ist längs seiner ganzen Peripherie mit Einschnitten versehen, in welchen angeordnet sind:

1. Eine Reihe von Bolzen aaa, die dem eisenfreien Theile möglichst nahe liegen, und deren Enden alle unter sich durch zwei Kupferringe verbunden sind, die zu beiden Seiten des Ringes C D liegen. Man bildet auf diese Weise einen magnetischen Schirm, der den Feldmagneten des Motors einhüllt und den Zweck hat, seinen synchronen Gang zu sichern.

2. Zwei sich durchkreuzende Wickelungen, von denen die eine R mit vollen, die andere ■S¹ S mit punktirten Linien gezeichnet ist. Diese beiden Wickelungen ähneln denjenigen des Feldmagneten eines asynchronen Motors für zweiphasige Ströme, eine von ihnen besteht aber aus dickem Draht und wird mit dem ä'ufseren Stromkreis, durch welchen der Apparat einen Gleichstrom senden soll, in Reihe geschaltet, die andere Wickelung dagegen besteht aus dünnem Draht und wird zwischen den Bürsten des Stromwenders im Nebenschlufs geschaltet.

Zur Einführung dieser Ströme ordnet man auf der Achse O O (Fig. 6) drei Ringe v^l v² v³ an, von denen einer als gemeinsamer Rücklejter dient. Auf den Ringen schleifen drei feste, von einander unabhängige Bürsten.

Auf derselben Achse O O ist auch der Stromwender EE vorgesehen, auf welchem die zur Abnahme des Gleichstromes dienenden Bürsten fff schleifen.

Dieser Stromwender mufs dreimal so viel Stege besitzen (da die Maschine sechs Pole hat), als die Secundärwickelung des Umwandlers getrennte Abtheilungen aufweist. Letztere Zahl ist bei allen gezeichneten Beispielen gleich 12 angenommen worden.

Die Stege des Stromwenders werden dann so mit einander verbunden, dafs zwölf getrennte Gruppen entstehen, deren jede drei mit einander parallel geschaltete Stege umfafst.

Auf der Achse O O befinden sich auch noch zwölf getrennte Ringe ddd, von denen jeder für sich mit einer der zwölf Steggruppen des Stromwenders in Verbindung steht. Auf diesen Ringen schleifen ebenso viel feste Bürsten, nach welchen die Eintrittsdrähte der zwölf Abtheilungen des Secundärstromkreises des Umwandlers hinlaufen.

An Stelle dieser Ausführung könnte man auch den Stromwender fest anordnen und die Bürsten um ihn herumlaufen lassen.

Pa τ ε ν τ - A ν s ρ R υ c η :

Abänderung des Verfahrens nach Patent 78825 zur Umformung von einphasigem Wechselstrom constanter Spannung in Gleichstrom constanter Spannung und umgekehrt mittelst des Wechselzahl- und Spannungsumformers nach Anspruch 4 des Haupt-Patentes, dadurch gekennzeichnet, dafs die Kraftlinien im Eisenkern der einen Phase wie beim Haupt-Patent durch den umzuwandelnden bezw. erzeugten Wechselstrom, die Kraftlinien im Eisenkern der anderen Phase dagegen statt durch einen zweiten gegen den ersten in der Phase verschobenen Strom durch einen in einer Unterbrechung des Kernes der zweiten Phase zwischen den Enden des Kernes synchron umlaufenden Feldmagneten erzeugt werden, welcher durch zwei Wickelungen, von denen die eine in Reihe, die andere im Nebenschlufs zum Gleichstromkreise liegt, derart erregt wird, dafs die von der einen Wickelung erzeugten Pole mitten zwischen die von der anderen Wickelung erzeugten Pole fallen, während der Feldmagnet gleichzeitig der Wirkung von zwei mit ihrer Achse senkrecht zur Verbindungslinie der Kernenden gerichteten Polen unterworfen wird, welche durch einen vom Wechselstromkreis im Nebenschlufs abgezweigten, gegebenenfalls transformirten Strom erzeugt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.