DE157703C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung der in einem Gleichstromanker erzeugten Energie in der Weise, daß an Stelle eines Gleichstromes pulsierende Teilströme erzeugt werden. Diese werden mittels eines Kommutators in reine Wechselströme umgerichtet, zur Fernübertragung auf Hochspannung transformiert und an der Verbrauchsstelle wieder zu einem

ίο konstanten Gleichstrom \^ereinigt,

Um dem Gleichstromanker Teüströme zu entnehmen, welche sich in jeder Stellung des Ankers so ergänzen, daß die Summe der Stromstärke der Teüströme gleich der Strom-stärke ist, welche der Anker als reiner Gleichstromanker zu entwickeln imstande wäre, werden Stromkreise gebildet zwischen einer der Polzahl und Schaltungsweise entsprechenden Anzahl von festen Punkten der Ankerwicklung und den Stromabnehmern (Bürsten) in den neutralen Linien des Ankers (Kollektors). Bei einem zweipoligen Anker werden z. B. zwei feste Punkte mit Schleifringen verbunden und zwischen diesen und den auf dem Kollektor schleifenden Bürsten vier Stromkreise gebildet, deren Phasen um 9°° gegeneinander verschöben sind.

Die pulsierenden gleichgerichteten Teil-Ströme werden also mittels eines Strömwenders in Wechselströme umgewandelt, [st die Polzahl des Ankers — 4 (— 2p) oder ein Vielfaches hiervon, «o kann dieser Kommutator gleich auf der Ankerwelle angeordnet werden, sonst muß er synchron mit dem Gleichstromatiker angetrieben werden.

Die in Wechselströme umgewandelten Teüströme werden Transformatoren zugeführt, um je zwei Teüströme mit denselben Momentanwerten auf einen gemeinsamen Sekundärstromkreis zu übertragen, so daß zwei Stromkreise gebildet werden, in welche die volle Energie, die in dem Gleichstromanker erzeugt werden kann, übergeführt wird.

Diese zwei Stromkreise mit um 90⁰ gegeneinander verschobener Phase werden unter Zusammenlegung je eines Leiters zu einem gemeinsamen Leiter in die Ferne geleitet, und da, die Ströme nur so lange in Wechselströmform bleiben sollen, als dies zur Fernübertragung erforderlich ist, werden sie an der Verbrauchsstelle durch eine beliebige Kommutatoranordnung umgerichtet, so daß die. nunmehr in ihre ursprüngliche Form zurückgebrachten pulsierenden . Ströme zu einem konstanten Gleichstrom zusammengelegt werden können.

Die neue technische Wirkung des Systems besteht darin, daß vermittels desselben eine bessere Ausnutzung der Wicklung eines Gleichstromankers erzielt werden kann als bei unmittelbarer Entnahme von Wechselstrom von nicht zu hoher Phasenzahl, welcher in der gewöhnlichen Weise transformiert und in die Ferne geleitet wird, weil die abgeleiteten Ströme sich gegenseitig genau zu einem Gleichstrom ergänzen (Fig. 6b). Werden einem Gleichstromanker z. B. Zweiphasenströme an vier festen Punkten des Ankers entnommen, so ist, wie aus Fig. 5 b ,zu ersehen, die Wechselstrotnleistung des Ankers

nur in dem Augenblick, in welchem jeder Stromabführungspunkt oder die zugehörige Windung der vollen oder der Induktion Null unterworfen ist, derjenigen gleich, welche bei Entnahme eines reinen Gleichstromes erhalten werden würde. Bei weiterer Umdrehung des Ankers bis zu der Stellung hin, in welcher sich die Stromabführungspunkte gleich weit von der Linie maximaler und minimaler

ίο Induktion befinden, heben die in zwei der vier Stromkreise induzierten Ströme einander vollständig auf, ohne daß die beiden anderen den der vollen Leistung des Ankers entsprechenden Betrag abführen.

1.5 Nach dem vorliegenden Verfahren dagegen wird die Summe der abgeführten Teilströme, welche in zwei Wechselstromkreise übergeführt werden, beständig der vollen Leistung des Gleichstromankers entsprechen, weil die Teilströme einerseits von den Bürsten in den neutralen Linien des Ankers, anderseits von festen Punkten der Wicklung abgenommen werden, weiche beständig zwischen diesen Linien hin- und herschwanken und in jeder Phase der Umdrehung den Strom im Anker auf die beiden Seiten der neutralen Linie verteilen. In Fig. 5 und 6 sind vergleichsweise die graphischen Darstellungen der Stromverteilung eines Wechselstromankers für Zweiphasenstrom und eines Gleichstromankers, dem nach dem vorliegenden Verfahren vier pulsierende Teilströme entnommen werden, untereinander gezeigt. Die Ströme sollen einem zweipoligen Anker entnommen werden; bei einem mehrpoligen Anker müßten entsprechend mehr Stromabführungspunkte. mit Schleifringen verbunden werden. In Fig. 5 c und 6c sind die Anker in acht aufeinander folgenden Stellungen einer Umdrehung gezeigt. Fig. 5 b zeigt den Verlauf der Stromwerte, welche bei den mit 1 bis 8 bezeichneten Ankersteliungen in den Stromkreisen abcd auftreten. Die Leistungsfähigkeit des Ankers als Gleichstromanker wird durch die von der vertikalen und horizontalen Außenlinie begrenzte Fläche dargestellt. ' Die Phasen der vier gewöhnlichen Wechselstromkreise (Fig. 5 a) sind zur Erleichterung des Vergleichs in Fig. 5 b gleichgerichtet dargestellt und die der Teilströme (Fig. 6 b) zu demselben Zweck ohne die in der Einleitung erwähnte Umwendung der Phasen abgebildet. Die verschiedenen Stromkreise sind durch Buchstaben zwischen den betreffenden Schleifring- und Bürstenleitungen, welche, den Strom aus dem Anker abführen, angedeutet und in Fig. 6 b und 6 c zur Bezeichnung der entsprechenden Teilströme verwendet.

Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß .bei Entnahme gewöhnlichen Zweiphasenstromes für jede Wechselstromphase bei jeder Umj drehung des Ankers zweimal eine Stellung eintritt, in welcher in den zugehöligen Wicklungsteilen entgegengesetzte Ströme induziert werden, d. h. der betreffende Wicklungsteil nicht ausgenutzt wird. Bei der Abnahme pulsierender Teilströme kommt eine, solche Stellung nie vor, weil der auf beiden Seiten der Neutralen induzierte Strom unter Zwischenschaltung der Stromabführungspunkte beständig abgeführt wird.

Da auf beiden Seiten der neutralen Linie des Ankers beständig ein Stromabführungspunkt vorhanden sein soll (ausgenommen für den Augenblick, in welchem die Stromabführungspunkte sich in der neutralen Linie selbst befinden und der Strom in der Hälfte der Stromkreise, d. h. in zwei Stromkreisen gleich Null ist), so richtet sich die Zahl der Stromabführungspunkte nach der Polzahl des Ankers und. wird die Lage derselben in der Ankerwicklung durch die Lage der neutralen Linien bestimmt. Die Zahl der Schleifringe kann immer auf zwei gebracht werden, da in mehrpoligen parallel gewickelten Ankern sämtliche Stromabführungspunkte, welche sich zu gleicher Zeit in gleich starken magnetischen Feldern derselben Richtung befinden, miteinander verbunden werden können, und in mehrpoligen Ankern mit Reihenwicklung eine derartige Verbindung schon vorhanden ist. Wenn für jedes Polpaar nur ein Stromabführungspunkt, also in zweipoligen Ankern nur ein Abführungspunkt zwischen die Bürsten geschaltet wird (Fig. 7 a), so kann Ss in den zwei hierdurch gebildeten Stromkreisen ebenfalls keine vollständige Ausnutzung der Ankerwicklung erzielt werden. Man erreicht eine solche nur in dem Augenblick, in welchem sich der Stromabführungspunkt in der. neutralen Linie befindet. In diesem Falle geht die ganze Leistungsfähigkeit auf einen Stromkreis über. Bei der Stellung des Stromabführungspunktes zwischen den neutralen Linien wird die Ankerwicklung in beiden Stromkreisen zusammen nur halb ausgenutzt (Fig. 7b und 7c, Stellung 1 und 5).

In Fig. ι der beiliegenden Zeichnungen ist die Schaltungsanordnung, mittels deren die vier Teilströme abgenommen werden, ausführlich dargestellt. Es ist beispielsweise ein vierpoliger Anker gewählt, da sich der Kommutator in diesem Falle auf derselben Welle und in einfachster Ausführung, d. h. nur

j einmal geteilt, anordnen läßt. Da der gezeichnete Anker Parallelschaltung besitzt, .so sind vier paarweis verbundene Bürsten vorhanden, welche mittels Schleif bürsten mit zwei Schleifringen in Verbindung stehen. Die Stromabführungspunkte stehen unter iao Vermittlung der zugehörigen Stromwenderstege mit den Schleif ringen, welche inner-

halb des Stromwenders gezeichnet sind, in Verbindung. Es sind entsprechend den vier Polen des Ankers an jeden Schleifring zwei Abführungspunkte angeschlossen.
Die Stromwendungslinien jedes Halbringpaares des Kommutators sind um 90° gegeneinander verschoben dargestellt, um die Bürsten alle in einer Ebene anordnen zu können. Die Stromabführungen sind zwar mit Schleifringen verbunden dargestellt, diese können aber selbstverständlich wegfallen, wenn der Stromwender wie in der gezeichneten Anordnung auf der Ankerwelle angeordnet ist und die Stromabführungen mit den Segmenten unmittelbar verbunden sind.

Da in den Teilströmen eine vollständige

Phase (von Null durch Maximum bis Null) erst verlaufen ist, nachdem der betreffende feste Punkt in der Ankerwicklung von der

so neutralen Linie aus an zwei aufeinander folgenden Polen mit entgegengesetzten Vor-' zeichen vorübergeführt ist, so soll die Stromrichtung der Teilströme während einer Umdrehung einmal gewendet werden, also der Kommutator, vermittels dessen diese Umrichtung vorgenomrnerj wird, für je zwei Polpaare einmal geteilt sein, wenn er auf einer gemeinsamen Welle mit dem Anker angeordnet werden soll.

Ist also die Polzahl des Ankers kein Vielfaches von vier, so muß der Kommutator synchron angetrieben werden, und zwar stellt sich das Verhältnis zwischen der Drehzahl

des Ankers und der des Umrichters wie -Xi-.

dar, wobei JST die Anzahl der diametralen Teilungen (also die halbe Segmentzahl jeder einzelnen Komnmtatorabteilung) und η die Anzahl der Polpaare des Ankers darstellt.

In Fig. 2 ist eine^ Kommütatoranordnung, welche synchronen Antrieb erfordert, in derselben Stellung wie in Fig. i gezeichnet, in Verbindung mit einem zweipoligen Anker. Da in diesem Falle X-=.ι und η = ι ist, so ist das Verhältnis der Drehzahlen 1 : ¹J₂; der Umrichter muß also halb so schnell umlaufen wie der Anker. Der Kommutator ist nun mit Schleifringen für alle vier Stromleiter ausgerüstet. Selbstverständlich läßt sich der Umrichter auch in der Weise anordnen, daß die Zuführung der Teilströme (mittels Bürsten) an Segmenten vorgenommen wird, während

die Stromabnahme durch Schleifringe erfolgt.

Aus Fig. 3 ist der Verlauf einer ganzen Periode jedes Teilstromwechselstromkreises aa bb cc dd zu ersehen; der Stromwender, der mit der halben Geschwindigkeit des Gleichstromankers Umläuft, ist' in den acht Hauptstellungen dargestellt, in welchen er sich im Verlauf einer vollständigen Periode befindet. Die entsprechenden Stellungen der Stromabführungspunkte in der Ankerwicklung sind darüber gezeichnet. Die links oben und rechts unten neben den Kommutatorstellungen angebrachten Vorzeichen deuten die Polarität an, welche die Bürsten oben (von den äußeren Segmenten ab nach den inneren zu) und unten (von den inneren Segmenten ab nach den äußeren zu) in diesen Stellungen erhalten.

In Fig. 4 ist eine ganze Gleichstromübertragung nach dem vorliegenden System schematisch dargestellt. Die von dem Anker bezw. dem Stromwender abgeleiteten vier Wechselstromkreise werden zu zwei solchen zusammengelegt, indem die zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten zu einem gemeinsamen Sekundärstromkreis umtransformiert werden. Zu diesem Zwecke werden entweder die primären Spulen der zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten um einen gemeinsamen Kern gewickelt in der Weise, daß beide beständig ein magnetisches Kraftlinienfeld derselben Richtung erzeugen (die Sekundärspule ist dann für 8g beide Wicklungen gemeinsam), oder die Spulen der zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten werden zwar um getrennte Kerne gewickelt, jedoch die zwei Sekundärspulen zu einem gemeinsamen Stromkreis parallel oder hintereinander geschaltet.

Die zwei Stromkreise, in welchen nun der gesamte im Gleichstromanker erzeugte Strom geführt wird> werden unter Zusammenlegung eines Leiters von jedem Stromkreise zu einem gemeinsamen Leiter in die Ferne geleitet. An der Empfangsstation werden die zwei Stromkreise wieder von Hoch- auf Niederspannung transformiert, die Phasen gleichgerichtet und die pulsierenden Teilströme wiederum zu einem konstanten Gleichstrom zusammengefügt.

In dem in Fig. 4 gezeichneten Schema wird beispielsweise die Zurückrichtung mittels eines Kommutators vorgenommen, von welchem der Gleichstrom unmittelbar durch zwei Bürsten abgeführt wird. Zum Zwecke des Anschlusses der Segmente einer solchen Umrichtungsanordnung müssen die Transformatorspulen mit Strömen verschiedener Phase zu einem geschlossenen Stromkreis hintereinander geschaltet werden (Fig. 4).

Von den Verbindungsstellen je zweier Leiter der vier Sekundärspulen werden die Ströme über Schleifringe den Segmenten des Gleichrichters zugeführt.

In dem gezeichneten Schema wird der ganze übergeführte Strom mittels eines einzigen Kommutators gleichgerichtet und der Gleichstrom den Verbrauchsstellen zugeführt. Es können aber auch die Apparate, welche den Gleichstrom verbrauchen (Motoren usw.),

je einzeln oder in Gruppen mit einem besonderen Gleichrichter versehen- werden. Ebenso kann für jeden Gleichrichter ein eigener Transformator angeordnet werden, und die von mehreren Dynamomaschinen erzeugten Teilströme lassen sich auch mittels eines gemeinsamen Kommutators umwenden, wenn nur dieselben gleiche Spannung und Wellenlänge haben.

Claims (1)

1. Patent-Anspbijch :

   Kraftübertragungs- und Verteilungssystem., dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierenden, um 90⁰ in der Phase verschobenen vStröme von vier Teilstromkreisen, welche zwischen festen Punkten der Gleichstromankerwicklung und den positiven und negativen Gleichstrombürsten abgenommen werden, mittels-eines Stromwenders in vier Wechselströme umgewandelt werden, von denen je die beiden Stromkreise gleicher Phase mittels eines Transformators ii\ zwei um 90⁰ in der Phase verschobenen Strömen vereinigt «5 und zusammen mittels drei Leitern in die Ferne geleitet werden, wo sie nach ent-' sprechender Umformung in Form von Gleichstrom den Stromverbrauchern zugeführt werden.

   Hierzu ^ Blatt Zeichnungen.