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PATENTAMT.PATENT OFFICE.

M 166484 KLASSE 21 d. M 166484 CLASS 21 d.

Für bestimmte Anwendungen und namentlich für die elektrische Traktion ist es von äußerstem Nutzen, Ein- oder Mehrphasenwechselstrom, wie solcher einem Speisenetz entnommen werden kann, d. h. von konstanter Spannung und Frequenz, in Gleichstrom von beliebig veränderlicher Spannung umzuwandeln. Dies ist der Zweck der Einrichtung, welche den Gegenstand der Erfindung bildet.For certain applications, and specifically for electric traction, it is of extreme utility, single or multi-phase alternating current, such as a feed network can be removed, d. H. of constant voltage and frequency, in direct current of to convert arbitrarily variable voltage. This is the purpose of the establishment which forms the subject of the invention.

ίο Zwei Drehfelder, welche beliebig gegeneinander verschoben werden können, wirken auf die Leiter einer gemeinsamen induzierten feststehenden Wicklung, welche mit einem Kollektor verbunden ist. Von diesem KoI-lektor wird der Gleichstrom mit Hilfe von Bürsten abgenommen, welche in bekannter Weise in Drehung versetzt werden, und die Gleichstromspannung durch Einstellung des Verschiebungswinkels der Drehfelder geändert.ίο Two rotating fields, which can be used against each other can be moved, act on the conductors of a common induced fixed winding, which with a Collector is connected. The direct current is generated by this KoI-lektor with the help of Brushes removed, which are set in rotation in a known manner, and the DC voltage changed by adjusting the shift angle of the rotating fields.

Man hat bereits zwei gegeneinander verschiebbare Drehfelder auf einen und denselben Anker wirken lassen, aber dieser Anker war beweglich und bildete die Armatur eines Induktionsmotors (Käfiganker). Im vorliegenden Falle wirken die beiden Felder auf einen feststehenden Anker, welcher wie derjenige eines Gleichstromerzeugers gewickelt ist oder auch wie die Sekundärwicklung des in Patent 118937 von Rouge & Faget beschriebenen Umformers. You already have two rotating fields that can be moved against each other on one and the same Let the armature work, but this armature was movable and formed the armature of an induction motor (Cage anchor). In the present case, the two fields act on a fixed one Armature, which is wound like that of a DC generator or also like the secondary winding of the patent 118937 converter described by Rouge & Faget.

Beiliegende Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen des neuen Umformers. Im folgenden soll zuerst angenommen werden, daß es sich um die Umwandlung von Mehrphasenströmen handelt, dann soll auf den Fall von Einphasenströmen übergegangen werden.The accompanying drawings show examples of embodiments of the new converter. In the following it should first be assumed that it is a question of the conversion of multiphase currents, then a move should be made to the case of single-phase currents.

Fig. ι ist eine schematische Ansicht, welche das Prinzip der Anordnung zeigt.Fig. Ι is a schematic view showing the principle of the arrangement.

A ist ein fester Kern nach Art des Ständers eines asynchronen Motors, dessen Nuten die Primärwicklung C ebenso wie die Sekundärwicklung E enthalten. C ist eine Mehrphasenwicklung für hohe Spannung, welche am Netz liegt und ein Dreh feld erzeugt, während E eine Trommelwicklung für Gleichstrom ist, welche mit dem feststehenden Kollektor / verbunden ist. Auf diesem schleifen Bürsten P, welche den Strom zu Schleifringen K führen, die mit umlaufen; von diesen Ringen wird der Strom mittels Schleifbürsten J (Fig. 2) abgenommen und dem Nutzstromkreis zugeführt. Die Bürsten und die Ringe werden durch eine geeignete Vorrichtung in Drehung versetzt, welche im dargestellten Beispiel durch den umlaufenden Anker G innerhalb des Ständers A gebildet ist. A is a solid core like the stator of an asynchronous motor, the slots of which contain the primary winding C as well as the secondary winding E. C is a polyphase winding for high voltage, which is connected to the mains and generates a rotating field, while E is a drum winding for direct current, which is connected to the fixed collector /. Brushes P grind on this, which lead the current to slip rings K , which also rotate; The current is taken from these rings by means of grinding brushes J (Fig. 2) and fed to the utility circuit. The brushes and the rings are set in rotation by a suitable device which, in the example shown, is formed by the rotating armature G within the stator A.

Die Sekundärleiter E sind bis nach F verlängert, und diese Verlängerungen sind der Wirkung eines zweiten Drehfeldes ausgesetzt, welches durch eine zweite Primärwicklung D erzeugt wird, die in den Nuten eines zweiten Ständers B liegt. Die Wicklungen C und D sind gleicher Art und werden parallel von demselben Netz gespeist.The secondary conductors E are extended up to F , and these extensions are exposed to the action of a second rotating field which is generated by a second primary winding D which is located in the slots of a second stator B. The windings C and D are of the same type and are fed in parallel from the same network.

H ist der Kern des feststehenden Trommelankers FE. H is the core of the fixed drum anchor FE.

Die Änderung der Spannung des Gleich-The change in voltage of the direct

Stromes wird dadurch erhalten, daß die beiden durch die Wicklungen C und D erzeugten Drehfelder gegeneinander mehr oder weniger verschoben werden. Es genügt hier, den Ständer B D um die Achse XX zu drehen, und zu diesem Zwecke sind die Leiter F außerhalb der Nuten von B angeordnet.Current is obtained in that the two rotating fields generated by the windings C and D are more or less shifted relative to one another. It is sufficient here to rotate the stand BD about the axis XX , and for this purpose the conductors F are arranged outside the grooves of B.

Übrigens könnte augenscheinlich dasselbe Ergebnis dadurch erzielt werden, daß manIncidentally, apparently the same result could be obtained by

ίο A C oder auch gleichzeitig A C und B D in entgegengesetzten Richtungen sich drehen läßt. ίο AC or at the same time AC and BD can be rotated in opposite directions.

Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung,Fig. 2 shows, for example, a device

bei welcher allein BD beweglich ist; zur Erleichterung des Antriebs ist B D innerhalb HF angeordnet. Die Winkeleinstellung von B D wird mit Hilfe der Welle Q bewirkt, und zwar durch Vermittlung von Zahnrädern, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist.in which only BD is movable; BD is placed within HF to facilitate propulsion. The angular adjustment of BD is effected with the aid of the shaft Q through the intermediary of gears, as shown in FIG.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 wird das Feld, welches, verschoben wird (das untere Feld), in einem unbeweglichen Eisenkern H geschlossen, während das andere in einem umlaufenden Anker G geschlossen wird.In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, the field which is moved (the lower field) is closed in an immovable iron core H , while the other is closed in a rotating armature G.

Im folgenden soll angegeben werden, inwiefern die Spannung des abgenommenen Gleichstromes von der Verschiebung der beiden Drehfelder abhängt; hierbei sollen die beiden Felder gleich groß angenommen werden, da'dies der günstigste Fall ist.The following is intended to indicate the extent to which the tension of the removed Direct current depends on the displacement of the two rotating fields; here the both fields are assumed to be the same size, since this is the most favorable case.

Wenn — die Maximalspannung am, Kollektor ist, welche durch jedes der beiden in gleichem Sinne wirkenden Drehfelder erzeugt wird, und α der Verschiebungswinkel dieser Felder, so gibt die Regel der Zusammensetzung nach dem Kräfteparallelogramm als resultierenden SpannungsunterschiedIf - is the maximum voltage at the collector, which is generated by each of the two in rotating fields acting in the same sense are generated, and α is the displacement angle of these Fields, so gives the rule of composition according to the parallelogram of forces as the resulting stress difference

• cos — ■> • cos - ■>

und man sieht, daß die Gleichstromspannung ν von V bis Null fällt, wenn α von Null bis π wächst.and it can be seen that the DC voltage ν falls from V to zero as α increases from zero to π .

Es ist im übrigen klar, daß, um auf diese Weise die Spannung bis zu dem Wert Null ändern zu können, die Felder gleich sein müssen, d. h. daß die beiden Ständer gleichartige Wicklungen und gleiches Kernvolumen besitzen müssen. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt würde, so würde die Spannungsänderung des Gleichstromes in engeren Grenzen gehalten werden.It is clear, moreover, that in this way the voltage is reduced to zero to be able to change the fields must be the same, d. H. that the two stands are similar Windings and must have the same core volume. If this condition were not met, the voltage change of the direct current would be within narrower limits being held.

Um den Spannungsunterschied auf dem Kollektor in seinem Maximum abzunehmen, ist es notwendig, die beweglichen Bürsten in der resultierenden neutralen Linie zu erhalten. Es kann dies auf verschiedene Weise erzielt werden; im folgenden soll aber diejenige beschrieben werden, welche als die beste und einfachste betrachtet wird.To reduce the voltage difference on the collector to its maximum, it is necessary to keep the moving brushes in the resulting neutral line. This can be achieved in a number of ways; but that is to be described below which is considered the best and easiest.

Die Bürsten P (positiv und negativ) und die mit denselben verbundenen Ringe K sitzen auf der Welle des Läufers G. Dieser Läufer ist nur der Wirkung des oberen Drehfeldes unterworfen, da er sich im Innern des Ständers A befindet. Er ist mit zwei Wicklungen MN (Fig. 3) versehen, welche jede zwei diametral entgegengesetzte Viertel des Umfanges des Kernes G einnehmen. Die eine dieser Wicklungen, M, besteht aus feinem Draht, und ihre beiden Enden sind mit den beiden Ringen K verbunden. Die andere Wicklung, N, besteht aus starkem Draht; das eine Ende ist mit dem einen der Ringe K (dem äußeren Ring auf der Fig. 3) und das andere Ende mit einem Hilfsring L (Fig. 2 und 3) verbunden, welcher gleichfalls mit dem Läufer G umläuft.* Der Ring L ist durch eine Schleifbürste mit dem Schalthebel eines veränderlichen Widerstandes O verbunden , welcher seinerseits mit dem zweiten Ring K in Verbindung steht. Der Hebel des veränderlichen Widerstandes O wird durch Drehung der Welle Q. verstellt, welche dazu dient, die Verschiebung des beweglichen Induktors B D zwecks Spannungsregelung herbeizuführen. The brushes P (positive and negative) and the rings K connected to them sit on the shaft of the rotor G. This rotor is only subject to the action of the upper rotating field, since it is located inside the stator A. It is provided with two windings MN (Fig. 3) which each occupy two diametrically opposed quarters of the circumference of the core G. One of these windings, M, is made of fine wire and both ends are connected to the two rings K. The other winding, N, is made of strong wire; one end is connected to one of the rings K (the outer ring in FIG. 3) and the other end to an auxiliary ring L (FIGS. 2 and 3), which also rotates with the rotor G. * The ring L is connected by a brush to the switching lever of a variable resistor O, which in turn is connected to the second ring K in connection. The lever of the variable resistor O is adjusted by rotating the shaft Q. which serves to bring about the displacement of the movable inductor BD for the purpose of voltage regulation.

Die Wirkungsweise ist die folgende:
In dem Fall, daß die Drehfelder, das obere und das untere, einander gleich sind, bildet die resultierende neutrale Linie, in welcher die Bürsten P auf dem Kollektor / liegenThe mode of action is as follows:
In the event that the rotating fields, the upper and the lower, are equal to one another, the resulting neutral line forms in which the brushes P lie on the collector /

müssen, einen Winkel von — mit der neutralen Linie des oberen Feldes, welches allein den Läufer G mitnimmt, der als Magnet eines Synchronmotors wirkt.must, an angle of - with the neutral line of the upper field, which only takes the rotor G , which acts as a magnet of a synchronous motor.

Für a = 0 (maximale Spannung) fällt die neutrale Linie, auf welcher die Bürsten P liegen müssen, mit derjenigen des oberen Feldes zusammen. Der Hebel des veränderlichen Widerstandes O ist dann in der Weise eingestellt, daß der Stromkreis der Wicklung JV unterbrochen ist, und die Wicklung M erhält allein Gleichstrom über die Ringe K. Sie allein bestimmt also die Lage der magnetischen Achse in dem Läufer G. Die Bürsten P werden in der Weise angelegt, daß sie sich auf der neutralen Linie befinden, wenn der Läufer unter diesen Bedingungen durch das obere Drehfeld mitgenommen wird.For a = 0 (maximum voltage), the neutral line on which the brushes P must lie coincides with that of the upper field. The lever of the variable resistor O is then set in such a way that the circuit of the winding JV is interrupted, and the winding M receives only direct current via the rings K. It alone determines the position of the magnetic axis in the rotor G. The brushes P are applied in such a way that they are on the neutral line if the runner is taken along by the upper rotating field under these conditions.

Wenn man aber, um die Spannung des an den Ringen K abgenommenen Gleichstromes zu ändern, die Welle Q. in Umdrehung, versetzt und das untere Drehfeld um den Winkel a verschiebt, so verschiebt sich auch die neutrale Linie auf dem Kollektor I, und zwar umIf, however, in order to change the voltage of the direct current taken from the rings K , the shaft Q. is rotated and the lower rotating field is shifted by the angle a , the neutral line on the collector I also shifts, namely by

einen Winkel —■>
2 an angle - ■>
2

da ja diese neutrale Liniethere yes this neutral line

stets einen Winkel — mit derjenigen bildet,always forms an angle - with the one

welche durch das obere Drehfeld allein hervorgebracht würde. Man müßte also diewhich would be produced by the upper rotating field alone. So you would have to

Bürsten P um einen Winkel — verschieben.Brush P by an angle - move.

Da aber die Stellung dieser Bürsten auf dem Kollektor einzig und allein von der Lage der magnetischen Achse in dem Eisen des Läufers G abhängt, so genügt es, diese AchseBut since the position of these brushes on the collector depends solely on the position of the magnetic axis in the iron of the rotor G , this axis is sufficient

um — zu verschieben. Dieses wird dadurch 2 to - move. This becomes 2

erzielt, daß nun auch der Stromkreis der Wicklung N über einen Widerstand von bestimmter Größe geschlossen wird; die magnetische Achse des Läufers ist dann festgelegt, nicht mehr allein durch die Wicklung M, sondern durch die Wicklungen M und JV, und es ist leicht zu ersehen, daß ihre genaue Lage von dem Widerstand des Stromkreises der Wicklung N abhängt. Dieser Widerstand wird ohne weiteres dadurch eingestellt, daß man die Welle Q in Umdrehung versetzt.achieved that now the circuit of the winding N is closed via a resistor of a certain size; the magnetic axis of the rotor is then determined, no longer solely by the winding M, but by the windings M and JV, and it is easy to see that its exact position depends on the resistance of the circuit of the winding N. This resistance is easily adjusted by making the shaft Q rotate.

Dabei sind die Widerstandsstufen von O in der Weise gewählt, daß das resultierende Feld von M und von N konstant bleibt, wenn ν sich ändert, aber sich mit Bezug auf den Kern von G um den Winkel verschiebt, welcher notwendig ist, um die Bürsten in der neutralen Linie zu erhalten. Die Rechnung zeigt, daß zu diesem Zweck der Gesamt-The resistance levels of O are chosen in such a way that the resulting field of M and of N remains constant when ν changes, but shifts with respect to the core of G by the angle which is necessary to move the brushes in to get the neutral line. The calculation shows that for this purpose the total

widerstand des Stromkreises von N der Kotangente des Winkels — proportional seinresistance of the circuit from N to the cotangent of the angle - be proportional

muß.got to.

Man erhält also eine Vorrichtung zur Um-Wandlung von Mehrphasenströmen von unveränderlicher Spannung in Gleichstrom von veränderlicher Spännung, wenn die beiden wesentlichen Bedingungen für ein gutes Arbeiten beobachtet werden, nämlich:A device is thus obtained for converting multiphase currents from unchangeable Voltage in direct current of variable voltage if the two essential conditions for good work are observed, namely:

I. die Bürsten auf dem Kollektor stets im Punkte des maximalen Spannungsunterschiedes anzuordnen,I. the brushes on the collector always at the point of maximum voltage difference to order

2. dem Kraftlinienfluß in den verschiedenen Teilen der Maschine einen Wert zu erhalten, welcher von der Gleichstromspannung, die man hervorzurufen wünscht, unabhängig ist, d. h. die Sättigung der Maschine konstant zu halten.2. to obtain a value for the flux of lines of force in the various parts of the machine, which is independent of the direct current voltage that one wishes to produce, d. H. to keep the saturation of the machine constant.

Bei der Umformung von Einphasenstrom soll zunächst der Fall behandelt werden, wo zwar ein Mehrphasennetz vorhanden ist, aber zeitweise nur eine einzige Phase zur Verfügung steht, z. B. infolge eines Unfalles oder, bei elektrischen Bahnen, wenn beim Übergang über Weichen eine Phase weggelassen wird.When converting single-phase electricity, the case should first be dealt with where Although a multi-phase network is available, only a single phase is available at times stands, e.g. B. as a result of an accident or, in the case of electric railways, when a phase is omitted when crossing points will.

Wenn der für Mehrphasenströme eingerichtete Umformer schori im Betriebe ist, so kann der obere Teil ACG als Synchronmotor die Hilfsphase, welche notwendig ist, um die regelmäßige Umdrehung des Feldes in dem unteren Teile aufrecht zu erhalten, selbst erzeugen.When the converter set up for multi-phase currents is in operation, the upper part ACG, as a synchronous motor, can generate the auxiliary phase itself, which is necessary to maintain the regular rotation of the field in the lower part.

Wenn z. B. (Fig. 4) ein Gleichrichter für die Umformung von Zweiphasenstrom in Gleichstrom ausgeführt ist, und wenn man für den Augenblick nur über Einphasenstrom verfügt, so kann man diesen Umformer wie folgt benutzen: Man verbindet mit dem einphasigen Speisenetz die Phasen I der Wicklung C und der Wicklung D und verbindet die Phasen II der gleichen Wicklungen miteinander. If z. B. (Fig. 4) a rectifier is designed for converting two-phase current into direct current, and if you only have single-phase current at your disposal, you can use this converter as follows: You connect phases I of the winding to the single-phase supply network C and the winding D and connects the phases II of the same windings to one another.

Für das Anlaufen kann man nach bekannten Verfahren diese Phasen II mit dem Netz über eine, mit R bezeichnete, Widerstandsvorrichtung, Selbstinduktion oder Kapazität verbinden, welche bestimmt ist, die in den Phasen II der Wicklungen C und D notwendige Phasenverschiebung zu erhalten. Für den normalen Gang kann man, wenn man will, die Verbindung der Phasen II mit dem Netz unterbrechen, da ja, wie eben gesagt, der obere Teil der Vorrichtung die notwendige Hilfsphase im unteren Teil selbst erzeugen kann.For start-up, these phases II can be connected to the network via a resistor device, denoted by R , self-induction or capacitance, which is intended to obtain the phase shift necessary in phases II of the windings C and D, using known methods. For normal operation, you can, if you want, interrupt the connection of phases II with the network, since, as just said, the upper part of the device itself can generate the necessary auxiliary phase in the lower part.

Ebenso werden, wenn der Gleichrichter dreiphasige Primärwicklungen C und -D besitzt (Fig. 5), die Phasen I und II mit dem Netz verbunden, während die Phasen III einerseits unmittelbar miteinander und, andererseits mit dem Netz verbunden sind, und zwar über Selbstinduktionen, Widerstände oder Kapazitäten R. Likewise, if the rectifier has three-phase primary windings C and -D (Fig. 5), phases I and II are connected to the network, while phases III are connected directly to each other on the one hand and to the network on the other, namely via self-induction, Resistances or capacitances R.

Die Fig. 6 zeigt in einer Ebene abgewickelt die Wicklungen eines Gleichrichters, welcher ausschließlich für Einphasenstrom eingerichtet ist. Ebenso wie in den Fig. 1 und 2 bezeithnen hier EF die mit dem Kollektor verbundenen Sekundärleiter und C und D die obere und die untere Wicklung, welche beide mit dem Netz verbunden sind; C¹ ist eine Hilfswicklung, welche bestimmt ist, ein verschobenes Feld zu schaffen, dessen Zusammensetzung mit dem Feld der Hauptwicklung C ein Drehfeld (elliptisches Drehfeld) für den Anlauf des Synchronmotors G ergibt.6 shows the windings of a rectifier developed in one plane, which is set up exclusively for single-phase current. As in FIGS. 1 and 2, EF is the secondary conductor connected to the collector and C and D are the upper and lower windings, both of which are connected to the network; C ¹ is an auxiliary winding which is intended to create a shifted field, the combination of which with the field of the main winding C results in a rotating field (elliptical rotating field) for starting the synchronous motor G.

Die Hauptwicklungen C D lassen einige Nuten der Eisenkerne A und B frei, und die Hilfswicklung C¹ ist in den frei gebliebenen Nuten des Eisens A untergebracht. Die Sekundärwicklung E F ist auf die Leiter beschränkt, welche, für α — O, der Induktion der beiden Hauptwicklungen C D unterworfen sind, d. h. es sind Leiter EF nur den Leitern C D gegenüber und nicht den frei gelassenen Nuten gegenüber vorhanden, in welchen für den oberen Ständer die Hilfswicklung C¹ aufgenommen ist. Diese Leiter EF sind mit den entsprechenden Lamellen a des Kollektors verbunden. Die ausgelassenen Leiter der Sekundärwicklung sind durchThe main windings CD leave some slots of the iron cores A and B free, and the auxiliary winding C ¹ is accommodated in the slots of the iron A which have remained free. The secondary winding EF is limited to the conductors which, for α - O, are subject to the induction of the two main windings C D , ie there are conductors EF only opposite the conductors CD and not opposite the slots left free, in those for the upper one Stator the auxiliary winding C ¹ is added. These conductors EF are connected to the corresponding lamellas a of the collector. The omitted conductors of the secondary winding are through

direkte Verbindungen c d zwischen den verbliebenen Leitern ersetzt, und diese Verbindungen c d sind mit den Lamellen b des Kollektors verbunden, welche den ausgelassenen Leitern entsprechen.direct connections cd between the remaining conductors are replaced, and these connections cd are connected to the lamellas b of the collector, which correspond to the omitted conductors.

Es ist im übrigen ersichtlich, daß es für das Arbeiten der Vorrichtung als Gleichrichter unnötig und selbst schädlich sein würde, eine Hilfswicklung in dem unterenIt can also be seen that it is necessary for the device to function as a rectifier unnecessary and even harmful, an auxiliary winding in the lower one

ίο Eisen vorzusehen. Die Wicklung C¹, welche nur beim Anlauf in Betracht kommt, kann beim normalen Gang ausgeschaltet werden.ίο iron to be provided. The winding C ¹ , which only comes into consideration when starting, can be switched off in normal gear.

Claims

Patent Claims:

1. Device for converting single or multi-phase alternating currents into Direct current of variable voltage by means of a fixed secondary winding with commutator and synchronous rotating brushes, characterized in that two mutually adjustable fields induce on the direct current winding act, while the brushes intended to decrease the direct current act with one of the resultants of the circling the corresponding setting in both fields.

2. Rectifier according to claim 1, characterized in that the rotor for the drive of the brushes, which is subject to the action of one of the fields, offset two against each other Has windings, one of which is made of fine wire and fed directly by the brush, while the other Winding of strong wire connected to the brushes via a resistor, the size of which is mutual Setting the angle α of the two fields changes so that the direction of the magnetic axis in the moving part is changed when α changes, and therefore the brushes are always in the neutral line on the collector.

3. Rectifier with polyphase windings according to claim 1, characterized in that a phase of the winding of one of the inductors is connected to the corresponding phase of the winding of the _{other g 0} , these two phases for starting to the network via a device for generating a Auxiliary phase can be connected for the purpose of temporarily transforming only a single alternating current phase.

4. Rectifier according to claim 1 for single-phase current, characterized in that that every inductor has a main winding which does not occupy all the slots in the iron cores, and that inductor which is used to drive the brushes, an auxiliary winding in the slots left free, while the secondary winding connected to the collector is limited to the conductors which are in the position of the highest The voltage of the induction of all the main windings are subject to the lamellas of the collector, which are the omitted Corresponding conductors to the connecting lines of two secondary coils are directly connected.

1 sheet of drawings.