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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 148074 KLASSE 21 d. M 148074 CLASS 21 d.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. November 1902 ab.Patented in the German Empire on November 23, 1902.

Bereits im Jahre 1887 wurde von L. Mai ehe (D. R. P. 46075) darauf hingewiesen, wie man die Eigentümlichkeit von Polarisationselementen mit einer Aluminiumelektrode (Unipolarzellen), nämlich daß sie nur Stromimpulse von bestimmter Richtung durchlassen, dazu benutzen kann, um eine Wechselstrommaschine durch eigenen Strom zu erregen. Dieses Verfahren, so verlockend es war, hat bisher so gut wie keine praktische Verwendung gefunden; zum Teil dürfte daran das unökonomische Arbeiten der Unipolarzellen schuld gewesen sein. Diesem Übelstande könnte sowohl durch besser durchgebildete Zellenkonstruktionen, zum Teil durch gün-■ stigere Schaltungen abgeholfen werden.Already in 1887 L. Mai was married (D. R. P. 46075) pointed out how to understand the peculiarity of polarization elements with an aluminum electrode (unipolar cells), namely that they only allow current pulses of a certain direction to pass through, can be used to energize an alternating current machine with its own electricity. This technique, tempting as it was, has had next to no practical use to date found; The uneconomical operation of the unipolar cells may be partly to blame for this. This evil could be achieved both through better-developed cell constructions, and in part through favorable ■ stigier circuits can be remedied.

Mit der vorliegenden Erfindung wird nun eine Verwendungsweise der Unipolarzellen festgelegt, bei welcher die unökonomische Wirkung der Zellen schon deswegen kaum in Betracht kommt, weil nicht der ganze Betrag der Erregung, sondern nur ein Teil derselben von den Zellen geliefert wird. Beschränkt man sich natürlich darauf, nur denjenigen Mehrbetrag an Erregung, welchen eine belastete Wechselstrommaschine gegenüber einer unbelasteten braucht, aus Unipolarzellen, den Rest der Erregung aber in üblicher Weise aus sonstigen Gleichstromcjuellen zu entnehmen, so kommt, wie nun offenbar wird, der geringe Wirkungsgrad der Unipolarzelle kaum noch in Betracht. Man erreicht aber durch diese Anordnung den wichtigen A'orteil, daß die Erregung der Maschine sich selbsttätig mit der Größe der Belastung ändert, ähnlich wie bei sogenannten Kompoundmaschinen für Gleichstrom. Im folgenden seien einige Schaltungen und Anordnungen, welche den angedeuteten Erfindungsgedanken verdeutlichen, näher beschrieben. The present invention now provides a way of using the unipolar cells established, in which the uneconomical effect of the cells hardly because of this comes into consideration because not all of the excitement but only part of it the same is supplied by the cells. Of course, you limit yourself to just that one Extra amount of excitation, which a loaded alternating current machine needs compared to an unloaded one, from unipolar cells, the rest of the excitation, however, in the usual way from other direct current sources can be seen, so comes, as is now apparent, the low efficiency of the Unipolar cell hardly considered anymore. But you can achieve the through this arrangement important advantage that the excitation of the machine changes automatically with the size of the load changes, similar to so-called compound machines for direct current. The following are some circuits and arrangements which illustrate the suggested inventive concept, described in more detail.

In Fig. ι ist α eine Wechselstrommaschine, welche auf die Fernleitungen b arbeitet. In die Hauptleitung dieser Maschine ist ein Transformator c eingeschaltet. Der sekundäre Strom dieses Transformators wird durch eine Unipolarzelle D in eine der zwei Magnetwickelungen der Wechselstrommaschine geleitet, während die zweite von einem gewöhnlichen Erreger e gespeist wird. Inwieweit die Dimensionen dieser beiden Wickelungen gleich oder verschieden sind, hängt u. a. von der Größe des Spannungsabfalles der Wechselstrommaschine ab. Bei der auf Fig. ι dargestellten, sowie den folgenden Anordnungen ist allerdings die Zunahme der Erregung nur von der Belastungszunahme in Ampere und nicht von der Größe der Phasenverschiebung des Haüptstromes abhängig. Dieser Nachteil ist aber praktisch von sehr geringer Bedeutung, da cos φ sich meistens lange Zeit auf ziemlich konstantem Werte hält; bei langsamen Änderungen des selben kann aber bei Gelegenheit durch die Regulatoren f und g (Fig. i) nachgeholfen werden.In Fig. Ι α is an alternating current machine which operates on the long-distance lines b. A transformer c is connected to the main line of this machine. The secondary current of this transformer is conducted through a unipolar cell D into one of the two magnetic windings of the alternator, while the second is fed by an ordinary exciter e. The extent to which the dimensions of these two windings are the same or different depends, among other things, on the size of the voltage drop in the alternating current machine. In the arrangements shown in FIG. 1 and in the following arrangements, however, the increase in excitation depends only on the increase in load in amperes and not on the magnitude of the phase shift of the main current. However, this disadvantage is of very little importance in practice, since cos φ usually remains at a fairly constant value for a long time; in the case of slow changes of the same, however, the regulators f and g (Fig. i) can be used on occasion.

In Fig. ι ist eine Unipolarzelle einfach eingeschaltet, wodurch nur die halbe AnzahlIn Fig. Ι a unipolar cell is simply switched on, whereby only half the number

exeexe

der Wechselstromimpulse ausgenutzt wird, und es gewissermaßen der großen Impedanz der Magnetwickelung überlassen wird, diesen ununterbrochen pulsierenden Strom zu einem konstanten Gleichstrom zu verflachen. Man wird aber zweckmäßiger andere Schaltungen der Unipolarzellen anwenden, mit welchen eine größere Gleichmäßigkeit erzielt wird. So kann z. B. die bekannte Grätz'schethe alternating current impulses are exploited, and it in a sense of the large impedance the magnet winding is left to this continuously pulsating current to a constant direct current to flatten. But other circuits are more expedient of unipolar cells, with which a greater uniformity is achieved. So z. B. the well-known Grätz'sche

ίο Brückenschaltung der Zellen, wie in Fig. 2 dargestellt, oder auch eine etwas einfachere, wie in Fig. 3 gezeigt, oder irgend eine andere benutzt werden.ίο bridge circuit of the cells, as in Fig. 2 shown, or a somewhat simpler one, as shown in Fig. 3, or any other to be used.

Es ist ferner durchaus nicht notwendig, die Regulatoren f und g in der in Fig. 1 dargestellten Weise einzuschalten, indem diese nur eine der vielen Möglichkeiten zeigt, nach Belieben sowohl die Spannung der Maschine als auch den Abhängigkeitsgrad derselben von der Belastung einzustellen. So kann der Regler f anstatt parallel zu den Magneten auch parallel zu der sekundären oder primären Transformatorspule geschaltet werden, oder man kann ihn hintereinander mit der Magnet-Wickelung schalten und dergl. Ebenso kann statt des Reglers g oder außer diesem ein Regulierwiderstand in die Magnetwickelung des Erregers eingeschaltet werden.Furthermore, it is by no means necessary to switch on the regulators f and g in the manner shown in FIG. 1, since this only shows one of the many possibilities of adjusting both the voltage of the machine and the degree of its dependence on the load as desired. The controller f can instead be connected in parallel to the magnets in parallel to the secondary or primary transformer coil, or can it one behind the other switch-winding solenoid and the like with the. Also, instead of the controller g or in addition to this a regulating resistance in the magnet winding of the Must be switched on.

Die beschriebene Anordnung (Fig. 1) ähnelt, wie bereits gesagt, in gewisser Hinsicht der Einrichtung gemischter Erregung bei Gleichstrommaschinen insofern, als auch hier zwei Magnetwickelungen verwendet werden. Dies ist aber durchaus nicht erforderlich, indem man den Zusatzerregerstromkreis hintereinander mit dem eigentlichen Erregerstromkreis zusammenschalten kann, wie beispielsweise Fig. 4 und 5 zeigen. Hier äußert sich die Wirkung in der Weise, daß bei Mehrbelastung der Hauptmaschine eine entsprechende Erhöhung der elektromotorischen Kraft im Magnetstromkreise eintritt, so daß eine selbsttätige Verstärkung der Erregung stattfindet. Daß auch hier an geeigneten Stellen Regulatoren eingeschaltet werden können, bedarf keiner besonderen Erklärung.The arrangement described (Fig. 1) is similar as stated earlier, in some respects, the establishment of mixed excitation in DC machines insofar as two magnet windings are also used here. But this is by no means necessary by the additional excitation circuit one after the other with the actual excitation circuit can interconnect, as shown, for example, FIGS. 4 and 5. This is where it expresses itself Effect in such a way that when the main engine is overloaded a corresponding Increase in the electromotive force in the magnetic circuit occurs, so that an automatic Amplification of arousal takes place. That here, too, regulators in suitable places can be switched on does not require any special explanation.

Diese beiden Hauptausführungsarten eignen sich für jede Art der Erregung der Wechselstrommaschine, sei es, daß diese von einer Erregermaschine, einem Umformer oder von gegebenen Gleichstromnetzen oder Akkumulatoren und dergl. geliefert wird.These two main designs are suitable for any type of excitation of the AC machine, be it that this comes from an exciter, a converter or from given direct current networks or accumulators and the like. Is supplied.

Im folgenden ist hingegen eine besondere Ausführungsform desselben Grundgedankens beschrieben, welche sich nur bei besonderen Erregermaschinen gut eignet. Dieselbe ist in Fig. 6 dargestellt.In the following, however, is a special embodiment of the same basic idea described, which is only suitable for special excitation machines. The same is in Fig. 6 shown.

Hier wird der Zusatzerregerstromkreis nicht um die Magnete der Wechselstrommaschine, sondern um die der Erregermaschine geführt. Offenbar wird hierdurch dieselbe Wirkung erzielt, wenngleich auch bei plötzlichen Belastungsänderungen der Magnetismus vielleicht nicht ganz so rasch nachkommen wird. Man erreicht hier aber den Vorteil, daß die Unipolarzellen noch viel weniger zu leisten haben als in den vorhergehenden Schaltungen, und daß somit der verhältnismäßig schlechte Wirkungsgrad dieser Zellen erst recht nicht in Betracht gezogen zu werden braucht. In der Tat erfordert die Erregung einer 1000 KW-Maschine bei Vollbelastung etwa 1,5 Prozent = 15 KW. Die Erregermaschine, welche diese 15 KW zu entwickeln hätte, braucht zu ihrer eigenen Erregung etwa 7 Prozent davon = rund ι KW. Die Erregung zwischen Leerlauf und Vollbelastung möge etwa im Verhältnis ι : 2 sich ändern, d. h. die Erregung der Erregermaschine beträgt leer 0,5 KW, belastet ι KW. Es haben dann die Unipolarzellen eben nur den Betrag 1 KW — 0,5 KW — 0,5 KW zu liefern. Da dieser Energiebetrag aber nur Y₂₀ Prozent der Leistung der Wechselstrommaschine beträgt, so ist es offenbar recht gleichgültig, ob er mit hohem oder niedrigem Wirkungsgrade gewonnen wird.Here the additional excitation circuit is not routed around the magnets of the alternating current machine, but around those of the exciter machine. Obviously, the same effect is achieved through this, although even with sudden changes in load the magnetism may not be able to respond quite as quickly. Here, however, the advantage is achieved that the unipolar cells have to perform much less than in the previous circuits, and that the relatively poor efficiency of these cells does not need to be taken into account. In fact, the excitation of a 1000 KW machine at full load requires around 1.5 percent = 15 KW. The exciter machine, which would have to develop this 15 KW, needs about 7 percent of it for its own excitation = around ι KW. The excitation between idle and full load may change approximately in the ratio ι: 2, ie the excitation of the exciter is 0.5 KW empty, loaded ι KW. The unipolar cells then only have to deliver the amount 1 KW - 0.5 KW - 0.5 KW. Since this amount of energy is only ₂₀ percent of the output of the alternating current machine, it obviously makes no difference whether it is obtained with high or low efficiency.

Bei der letztbeschriebenen Beeinflussung der Erregung der Erregermaschine kann man statt der zwei Magnetwickelungen ebenfalls eine einzige verwenden, wenn man den Zusatzerregerstromkreis mit demjenigen der eigentlichen Erregung hintereinanderschaltet (Fig. 7).In the case of the last-described influencing of the excitation of the exciter machine, one can instead of the two magnet windings also use a single one if you have the additional excitation circuit connected in series with that of the actual excitation (Fig. 7).

Es kann hierbei natürlich gleichgültig sein, wie diese Erregermaschine sonst beschaffen ist. Sie kann eine Nebenschluß-, Hauptstrom- oder eine fremd erregte Maschine oder auch ein Umformer sein. Es können mehrere Wechselstrommaschinen einen gemeinsamen Erreger haben und ihn gemeinsam beeinflussen , falls dies aus sonstigen Gründen zweckmäßig erscheinen sollte.It can of course be irrelevant how this exciter is made is. It can be a shunt, main current or an externally excited machine or also be a converter. Several AC machines can share one Have pathogens and jointly influence it, if this is for other reasons should appear appropriate.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf einphasige Wechselstromerzeuger, sondern sie kann ohne weiteres bei mehrphasigen Maschinen angewendet werden. In letzterem Falle wird die Beeinflussung der Erregung entweder nur durch eine der Hauptleitungen oder auch durch mehrere oder alle herbeigeführt. So zeigt Fig. 8 ein Beispiel der Einrichtung bei einer Drehstrommaschine.The invention is not limited to single-phase alternators, but rather them can easily be used in multi-phase machines. In the latter case, influencing the arousal brought about either by just one of the main lines or by several or all of them. 8 shows an example of the device in a three-phase machine.

Es wird hier keineswegs die Benutzung von Unipolarzellen als solchen für die Erregung von Maschinen, wie schon eingangs erklärt, als neu beansprucht. Auch ist die selbsttätige Beeinflussung der Erregung (Kompoundierung) durch den Hauptstrom nicht neu, da sie schon früher verschiedene Lösungen gefunden hat. Vielmehr ist hier das wesentlich Neue die Ausnutzung der Einfachheit der Unipolarzellen bei der Dynamo-The use of unipolar cells as such for excitation is by no means mentioned here by machines, as already explained at the beginning, as newly claimed. There is also no automatic influencing of the excitation (compounding) by the main current new, as it has found different solutions before. Rather, here is this the use of the simplicity of the unipolar cells in the dynamo

erregung in Verbindung mit der Zuweisung nur eines Teiles der Gesamterregung an die Zellen, wodurch der Einfluß des geringen Wirkungsgrades derselben weniger in Betracht kommt.excitation in connection with the allocation of only part of the total excitation to the Cells, whereby the influence of the low efficiency of the same is less taken into account comes.

Claims

Patent Claims:

I. Order to reduce the

Voltage drop (compounding) of

ίο single and multi-phase AC machines, characterized in that one part of the excitation current is taken from any direct current source

. while the other is by means of series transformers Part taken from the AC lines is rectified by unipolar cells.

2. Embodiment of the arrangement according to claim 1, characterized in that that the two parts of the excitation current each flow through a special or a common excitation winding.

3. Embodiment of the arrangement according to claim 1, characterized in that that the rectified current through the unipolar cells is used to amplify the magnets of the exciter will.

1 sheet of drawings.