DE113992C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 21 d.

Beim Bau der Vorrichtungen zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom ist schon lange das Bestreben bemerkbar, die Umwandlung mittelst selbstthätig wirkender Vorrichtungen auszuführen, welche im Gegensatze zu den rohrenden Umformern durch Fehlen aller bewegten und schleifenden Theile und einfache Bedienung sich auszeichnen. Hierbei wurden hauptsächlich Polarisationszellen zur Trennung der Ströme verwendet, für deren Herstellung und Schaltung zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verschiedene Verfahren und Anordnungen patentirt wurden.

Eine Trennung der Ströme auf magnetischem Wege ist von Tesla in der Patentschrift 54797 vom 22. Oktober 1889 angegeben, nach welcher eine Wechselstromleitung in zwei Theile gespalten wird, von denen durch Einschaltung je einer polarisirten Inductionsspule der eine nur die positiven, der andere nur die negativen Stromstöfse führt.

In vorliegender Einrichtung sind nun unter gleichzeitiger Benutzung der schon durch die erwähnten Patente bekannten Systeme eine Neuconstruction der zur Umwandlung dienenden magnetischen Vorrichtungen, eine eigenthümliche Anordnung der Erregung derselben, sowie specielle durch die Construction der Vorrichtungen bedingte Schaltungen der Wechselstromleitungen gegeben.

Ein in der gewöhnlichen Weise untertheilter Eisenkern in Gestalt eines rechteckigen Rahmens mit oder ohne Zwischenbalken wird entweder durch Erregerwicklung mit Gleichstrom oder mittelst eines constanten Magneten fast bis zur Sättigung magnetisch erregt und trägt Hauptwicklungen / (Fig. ι bis 10), welche zwischen die Wechselstromzuführung α b und die Gleichstromsammelschienen g h geschaltet sind. Diese bieten nun Stromstöfsen, welche die vorhandene Magnetisirung unterstützen, wenig inductiven Widerstand, da keine grofse Aenderung der Kraftlinien erfolgen kann. Entgegengesetzte Stromstöfse, welche die Magnetisirung bis zum entgegengesetzten Maximum ändern können, werden aber vollständig abgedrosselt.

In den Anordnungen zur Umwandlung von einphasigem Wechselstrom in Gleichstrom sind entweder je zwei Hauptspulen (Fig. 1 und 4) oder sämmtliche auf gemeinsamen Eisenkern aufgebracht (Fig. 7 und 8) und so geschaltet, dafs sie sich in ihrer Wirkung gegenseitig unterstützen.

Es verzweigt sich hier der Wechselstrom von den Zuführungsklemmen α und b über je zwei Leitungen α g und α h, sowie b g und b h, in welche Induktionsspulen f f^l fⁿ f^lu der erwähnten Wirkungsweise eingebaut sind.

Fliefst in den Erregerwicklungen e der Strom in der durch Pfeile angegebenen Richtung, so werden die Spulen f und f^u nur positiven Strömen den Durchgang nach g gestatten , während in entsprechender Weise f¹ und f^IU nur negative Ströme nach h gelangen lassen.

Die Klemmen g und h werden also Ausgangspunkte eines unterbrochenen Gleichstromes, welcher in der Verbrauchsleitung g i h

in gebräuchlicher Schaltungsweise zum Laden eines Stromsammlers und Parallelbetrieb mit demselben verwendet werden kann. Die Spannung kann event, durch einen Zusatztransformator in der Wechselstromleitung regulirt werden.

Aufser diesem nutzbar gemachten Strome werden aber auch noch Theilströme entstehen.

Es nehme beispielsweise zwischen α und b die elektromotorische Kraft E⁰ (Fig. 2 Vectordiagramm) von Null bis zu einem positiven Maximum zu und dann wieder ab, so wird bei Annahme von Sinusform:

ι. im Stromkreise α f g i h f¹ b eine elektromotorische Gegenkraft E₃ ¹ und eine um 90 ° gegen dieselbe voreilende elektromotorische Kraft E¹ entstehen, welch letztere, mit dem entstehenden Strome J¹ multiplicirt, die Nutzarbeit ergiebt;

2. im Stromkreise afgf¹¹ b wird E_s ⁿ durch passende Construction der Spule f^u, bei geringen Werthen J¹¹ und E¹¹ annähernd gleich E⁰, so dafs Jⁿ, um fast 90⁰ gegen E⁰ in der Phase verschoben, nur kleinen Wattverlust verursacht;

3. im Stromkreise af^ln hf¹ b wird durch den Einflufs der Spule_/^m dasselbe wie unter 2. eintreten, so dafs auch hier nur kleiner Verlust stattfindet.

Für Erregung der Eisenkerne ist in Fig. 1 bis 5 und 7 bis 10 eine Gleichstromquelle benutzt, in deren Stromkreis aufser einem Regulirwiderstande k noch eine Inductionsspule / aufgenommen ist, welche den Wechselstrom, der sich durch die Transformatorwirkung der Spule e über den Erregerstrom lagern würde, gröfstentheils vernichtet. Die Spannung desselben wird durch Theilung der Erregerwicklung in parallele Abtheilungen, aufserdem durch entsprechende Hintereinanderschaltung dieser Gruppen gering gehalten.

Bei kleineren Dimensionen der Apparate kann die Erregung auch durch einen constanten Magneten geschehen (Fig. 6), der so zu wählen ist, dafs seine Feldstärke auch durch die gröfste auf ihn einwirkende magnetomotorische Kraft nicht verändert wird.

Zur Umwandlung von Drehstrom in Gleichstrom und umgekehrt ist zunächst eine neue Schaltung angegeben (Fig. 3), da verketteter Mehrphasenstrom auch in den oben erwähnten Patentschriften noch nicht behandelt ist. Es verzweigt sich hierbei der Drehstrom von den Zuleitungen abc (Fig. 3, 5, 9 und 10) aus in zwei parallelen Sternschaltungen über sechs Inductionsspulen in der Weise, dafs zu den beiden Verkettungspunkten, den Sammelschienen g und h, nur Ströme entsprechender Richtung gelangen. Besitzen hier die Spulen/ selbstständige Eisenkerne (Fig. 3), so können die Erregerwicklungen hinter einander geschaltet, die Drosselspule in dem Stromkreise derselben erspart werden, da sich die inducirten elektromagnetischen Kräfte gegenseitig aufheben.

Es können aber auch hier die Spulen zur gegenseitigen Unterstützung zu zweien (Fig. 5), zu dreien (Fig. 9) oder insgesammt auf einem gemeinsamen Eisenkern vereinigt werden, wobei jedoch die Erregerwicklung mit einer Drosselspule hinter einander zu schalten ist.

Durch die hier eingeführte Kupplung wird bei diesen sämmtlichen Schaltungen der Vortheil erreicht, dafs die zur Erzielung der nöthigen gegenelektromotorischen Kraft erforderliche Kraftlinienänderung durch die gekuppelten Spulen gemeinsam erfolgt und das gesammte zu magnetisirende Eisenvolumen bei gleicher Wirksamkeit bedeutend verringert wird. Es ist also hiermit die Möglichkeit geboten, das Eisen- und Kupfergewicht, die Verluste durch Hysteresis und Wirbelströme, die wattlosen Theilströme und die Totalphasenverschiebung günstiger zu gestalten.

Die Schaltungen (Fig. 1, 3, 4, 5, 6 und 7) lassen sich auch umgekehrt zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bezw. Drehstrom verwenden.

Werden z. B, in Fig. 1 ohne Weiteres, in Fig. 4, 6 und 7 nach Umklemmen der Hauptspulen f^IU und f^u die Erregerspulen e von Wechselstrom durchflossen, so wird ein den Klemmen g und h zugeführter Gleichstrom bei α und b als Wechselstrom auftreten. ,

Werden entsprechend in Fig. 5 drei Gruppen der Erregerspulen in Fig. 3 in Sternform geschaltet, wobei e¹ und e¹¹ hinter einander geschaltet die erste Gruppe, e^ln und e^IV ebenso geschaltet, die zweite Gruppe und e^v mit e^VI die dritte Gruppe bilden, und mit Drehstrom gespeist, so wird ein den Sammelschienen g und h zugeführter Gleichstrom an den Klemmen α b c als Drehstrom auftreten.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Einrichtung zur Umwandlung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt mit Hülfe von Selbstinductionsspulen mit polarisirtem Eisenkerne, dadurch gekennzeichnet, dafs jede Wechselstromleitung in zwei Stromkreise gespalten wird, die zu zweien oder mehr, bei Drehstrom auch einzeln, auf ein und demselben Eisenkern angeordnet sind, wobei die gleichgerichtete Ströme hindurchlassenden Stromkreise aller Wechselstromleitungen in Parallelschaltung mit den Gleichstromklemmen verbunden sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafs die Erregerwicklung jedes

   Eisenkernes aus mehreren parallel geschalteten Spulen besteht und diese Spulengruppen in Hintereinanderschaltung mit einer Drosselspule mit der den Erregerstrom liefernden Stromquelle verbunden sind, zum Zwecke, die störende Wirkung des durch den umzuformenden Strom in der Erregerwicklung inducirten Stromes zu beseitigen.

   Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Eisenkerne durch permanente Magnete polarisirt werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.