DE197825C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- ΛΙ 197825 KLASSE 21 d. GRUPPE

Zusatz zum Patente 180695 vom 11. Juni 1904.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. September 1906 ab. Längste Dauer: 10. Juni 1919.

Vorliegende

Neuerung

ist eine Verbesserung und Weiterbildung des Kraftübertragungs- und Verteilungssystems nach D. R. P. 180695, in welchem mittels besonderen Kommutatoranordnungen eine beliebige Anzahl Mehrphasenströme erzeugt werden, aus welchen an der Verbrauchsstelle ein Gleichstrom gebildet wird. Die vorliegende Anordnung soll die funkenlose, Abnahme und Gleichrichtung der übertragenen Wechselströme weiter erleichtern und .den Aufbau der Maschine vereinfachen. Zu diesem Zweck sind die Kommutatoren so gebaut, nämlich mittels der neuen Abänderung der Kommutatoren, daß Ströme erzeugt werden, welche die an sich bekannte Eigenschaft zeigen, daß sie einen lang andauernden Nullwert besitzen, so daß die funkenlose Gleichrichtung am Ende der Übertragung gefördert wird; dabei kann eine leicht auszuführende Ankerwicklung verwendet werden. .

Beispiele der Kommutatoren geben die Fig. ι und 2, während die Fig. 5, 6, 7, 8, 9 und 10 Beispiele von besonderen Feldmagnetanordnungen darstellen. Fig. 11, 12, 13 und 14 zeigen Einrichtungen der Kommutatoren, durch welche die funkenlose Abnahme der erzeugten Ströme weiter gefördert wird.

In Fig. 3, 4, 5 und 6 ist der Phasenverlauf der nach Fig. 1 und 2 erzeugten Ströme dargestellt. In Fig. 15 und 16 sind Beispiele der Ankerwicklung zur Erzeugung der Ströme dargestellt. Fig. 17 und 18 stellen eine Ausführungsform eines Transformators dar, und Fig. 19, 20, 21, 22 und 23 erläutern eine Übertragungsanordnung für den gewonnenen Zweiphasenstrom.

Die funkenlose Gleichrichtung der nach D. R. P. 180695 erzeugten, sich zu einem Gleichstromi ergänzenden Wechselströme kann um so leichter vorgenommen werden, je länger der Nullwert in den Stromkreisen andauert; was dadurch erreicht werden kann, daß die Stromabnehmer eine gewisse Zeitlang das gleiche Potential beibehalten.

Um dies mit den Kommutatoren nach Art derjenigen des D. R. P. 180695 ^zu erzielen, sind dieselben derart einzurichten, daß die beiden Bürsten, von denen ein Teilstrom abgenommen wird, für einen gewissen Drehungswinkel des Kommutators, welcher einer oder mehreren Polteilüngen entspricht, mit derselben neutralen Zone in Verbindung bleiben. Im übrigen ist die Anordnung des Kommutators ganz beliebig.

In Fig. ι ist ein solcher Kommutator für Zweiphasenstrom dargestellt, wobei der Nullwert während V₄ des Zeitraumes des Phasen-verlaufes anhält. Der äußere Kommutator stellt den Gleichstromkommutator einer 63 spu-

ligen achtpoligen Reihenwicklung dar. Innerhalb dieses Kommutators ist der besondere Kommutator gezeigt, der in Verbindung mit den aufgelegten Bürsten den oben angegebenen Bedingungen entspricht.

Aus den Verbindungen zwischen dem gewöhnlichen Gleichstromkommutator und dem besonderen Kommutator ist ohne weiteres zu ersehen, daß z. B. die beiden Bürsten A und D

ίο für die nächstfolgende Achtelumdrehung des Ankers mit der positiven neutralen Zone der Wicklung verbunden bleiben.

In Fig. 2 sind die acht Hauptstellungen des Kommtitators und das jeweilige Potential an den Bürsten angegeben worden.

Obgleich von acht Stellen auf dem Kommutator Ströme abgenommen werden können, genügen vier Bürsten zur Abnahme von zwei mal zwei sich zu einem Gleichstrom ergänzenden Teilströmen. Es sind beide Bürstensätze angegeben und mit A₁ B₁ C₁ D bzw. E₁ F₁ G₁ H bezeichnet. Der Phasenverlauf für alle vier der von A₁ B₁ C₁ D abgeführten Ströme ist in der graphischen Darstellung nach Fig. 3, welche der graphischen Darstellung gemäß des D. R. P. 180695 entspricht, durch Schraffierung hervorgehoben, woraus hervorgeht, daß die vier Ströme paarweise gleicher Phase sind und sich zu einem Gleichstrom ergänzen. In der graphischen Darstellung nach Fig. 4 ist einer der vier Stromkreise (A-B) auf gewöhnliche Weise gezeigt. Der Nullwert für diesen Stromkreis ist zwischen der dritten und vierten Stellung" vorhanden durch die Stellung beider Bürsten in der. positiven neutralen Zone, zwischen der siebenten und achten Stellung durch die Stellung beider Bürsten in der negativen neutralen Zone.

In der graphischen Darstellung gemäß Fig. 5 ist einer der vier anderen Stromkreise (Stromkreis E-F) durch vertikale Schraffierung angedeutet, woraus zu ersehen ist, daß die Phasen dieser vier anderen Stromkreise zwischen denjenigen der vier ersteren Stromkreise liegen.

Von je zwei um drei Polteilungen unter sich entfernten Bürsten können Stromkreise abgenommen werden, deren Nullwert während des halben Zeitraumes eines Phasenverlaufes andauert. Ein solcher Stromkreis B-G ist nach der graphischen Darstellung nach Fig. 5 kreuzweise schraffiert angegeben und in Fig. 6 in üblicher Weise dargestellt.

Es läßt sich mittels Kommutatoren dieser Art der Strom einer Gleichstromankerwicklung in jeder beliebigen Anzahl von zu einem Gleichstrom kommutierbaren Wechselströmen mit lang andauerndem Nullwert verteilen.

Zwei mal drei Stromkreise lassen sich z. B.

aus sechspoligen Ankern mittels Kommutatoren erzeugen, die aus zwei Segmenten je von der Breite einer Polteilung und zwei Gruppen von Gleichrichtungssegmenten je von der gesamten Breite zweier Polteilungen bestehen.

Bei allen diesen Kommtitatoren und ebenso bei den Kommutatoren nach D. R. P. 180695 kann die funkenlose Stromabnahme gefördert werden dadurch, daß die Stromabnahmebürsten zur Zeit der Potentialgleichheit längere „ Zeit mit den Segmenten in den neutralen Zonen verbunden bleiben. In Fig. 11, 12, 13 und 14 sind einige Anordnungsweisen zur Erzielung dieses Zweckes dargestellt, bei denen ein Kommutator etwa nach Fig. 1 vorausgesetzt ist. Nach Fig. 11 und 12 sind die den breiten Segmenten benachbarten Gleichrichtungssegmente in Ausschnitten dieser breiten Segmente wiederholt vorhanden; K' bedeutet den mit der Ankerwicklung in Verbindung stehenden gewöhnlichen Gleichstromkommutator, mit dem der besondere Kommutator K" verbunden ist. Auf dem Kommutator K' ist die Lage der neutralen Zonen durch die Bürsten V angegeben, während dementsprechend auf dem Kommutator K" die zwei Bürsten b" angegeben worden sind, welche um eine Polteilung (p, t) voneinander entfernt sind. Nach Fig. 12 sind die Wiederholungen der benachbarten Gleichrichtungssegmente auf derselben Seite des breiten Segmentes untergebracht, an der sie sich befinden, und nach Fig. 11 auf der entgegengesetzten Seite.

Es ist ersichtlich, daß die Bürsten b" eine längere Zeit mit den Gleichrichtungssegmenten in den neutralen Zonen verbunden bleiben, als dies sonst der. Fall sein würde.

Nach Fig. 13 wird der längere Aufenthalt zweier Bürsten auf den Segmenten in der neutralen Zone einfach dadurch herbeigeführt, daß das breite Segment schmäler als eine Polteilung am Kommutatorumfange gemacht wird. Freilich kann dasselbe Resultat auch dadurch erzielt werden, daß beide Bürsten zusammen längere Zeit auf dem breiten Segment bleiben, was durch Verbreiterung dieses Segmentes über die Polteilung hinaus ermöglicht wird (Fig. 14). Nach diesen beiden Anordnungen verläuft die Kommutierung etwas ungleichförmig, da dieselbe Anzahl .Gleiohrichtungssegmente einmal über einen größeren und im zweiten Fall über einen kleineren Teil des Kommutatorumfanges verteilt werden muß. Man kann die Wicklungsspulen am Ankerumfang dementsprechend verteilen.

Selbstverständlich lassen sich die gleichen Anordnungen der Segmente bei den Kommutatoren nach D. R. P. 180695 treffen.

Es wird ein funkenloses Arbeiten des Kommutators auch dadurch weiter gefördert, daß die neutrale Zone der Induktion möglichst breit gemacht wird. Eine breite neutrale Zone kann selbstverständlich am einfachsten da-

durch erhalten werden, daß die Feldpole auf dem Anker verhältnismäßig klein dimensioniert, die Abstände zwischen je zwei Feldpolen jedoch verhältnismäßig groß gewählt werden. Um ein möglichst starkes magnetisches Feld zu erhalten, soll jedoch nicht in dieser Weise, sondern derart verfahren werden, daß die Feldpole möglichst stark und breit gewählt werden und ein Teil des magnetischen

ίο Feldes in der neutralen Zone aufgehoben wird. Dies wird nach Fig. 7 und 8 beispielsweise dadurch erzielt, daß zwischen je zwei Hauptpolen ein Hilfspolpaar angeordnet ist, bzw.

. eine um i8o° verschobene Hilfswicklung angebracht ist. Es wird dadurch in den neutralen Zonen des Ankers α örtlich eine gänzlich induktionsfreie Stelle erzeugt, wo die Ankerwindungen also gänzlich induktionsfrei sind. Nach Fig. 9 a und 9 b wird dadurch eine derartige induktionsfreie Stelle erzeugt, daß die Feldpole nach beiden Seiten hin einander überlappende Verlängerungsstücke erhalten, wodurch ein Seitenweg für die Kraftlinien geschaffen wird. Hierbei stellen Fig. 9 b eine Seitenansicht und Fig. 9 a eine Oberansicht derselben Ausführungsform dar.

In Fig·. 10 ist ein gewöhnlicher Ringanker nach Fig. 8 in zweipoliger Anordnung dargestellt, durch 'welchen Dreiphasenströme erzeugt werden.

Um Ströme mit langem Nullwert mittels der aus speziellen breiten und Gleichrichtungssegmenten bestehenden Kommutatoren zu erzeugen, kann jede Gleichstromankerwicklung, und auch offene Ankerwicklungen, wie sie in dem D. R. P. 180695 angegeben worden sind, angewendet werden. Die in jedem einzelnen Fall erforderlichen Verbindungen lassen sich ■ an Hand der gegebenen Beispiele und der hier gezeigten Verbindungen leicht herausfinden. Selbstverständlich können auch getrennte Verteilungskommutatoren bei Ankern mit Gleichstromkommutator und Bürsten und Schleifringen angeordnet werden, nach Art der An-Ordnungen Fig. 6 a, 6 c, 6 d, 6 e, 7 a, 7 c und 13 d D. R. P. 180695. Diese Anordnung ist jedoch nicht so einfach wie die kombinierte Anordnung.

Es lassen sich zu den Kommutatoren nach vorliegender Erfindung und nach D. R. P. 180695 auch abgeänderte Gleichstromwicklungen herstellen, bei welchen jeder Knotenpunkt mit einem Segment des besonderen Kommutators verbunden wird, und wobei die Verbindungen sich bequem gut geordnet ausführen lassen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß der Wicklungssirin einmal oder mehreremal in der Wicklung umgekehrt wird, wodurch also der Wicklungsschritt bald nach rechts und bald nach links verläuft. Im allgemeinen wird für jedes vorhandene breite Segment einmal der Wicklungssinn umgekehrt! Beispielsweise sind in Fig. 15 und 16 derartige Wicklungen zu dem Kommutator nach Fig. 1 dargestellt. In Fig. 15 geht z. B. der Wicklungsschritt von dem dritten gezeigten Segment ab nach rechts und hält diese Richtung bis zu der Mitte zwischen den breiten Segmenten α und b bei, worauf der Wicklungsschritt nach links umgewendet wird. Die Spulen sind dabei derart geformt, daß gerade vor jedem Segment sich ein Knotenpunkt befindet. Es entsteht auf diese Weise eine Ar-t Parallelwicklung aus in Reihen geschalteten Gruppen bestehend. Die Wicklung ist der Symmetrie wegen in 48 Nuten verlegt, wodurch ein Teil der Nuten zwei Spulenseiten und ein anderer Teil nur eine .Spulenseite erhält. Nach Fig. 16 sind die Verbindungen zu dem Kommutator von der Mitte der Spulen aus hergestellt.. Der Wicklungssinn wird nach dieser Anordnungsweise bei den breiten Segmenten α bzw. b umgekehrt. Es ist beispielsweise das Segment α auf andere Weise mit der Wicklung verbunden wie das Segment b, indem bei b der Verbindungsstab zwischen den übrigen Nuten verlegt ist. Das obige Wicklungsverfahren läßt sich selbstverständlich auch zur Erzeugung der_Ströme nach D. R. P. 180695 anwenden.

Damit bei der Transformation der erzeugten Ströme die Phasenverschiebung vollständig beseitigt wird, was übrigens nur in Ausnahmefällen erforderlich ist, können die Transformatoren derart eingerichtet werden, daß sich die verschiedenen Phasen gegenseitig beeinflussen, was auf magnetischem oder auf elektrischem Wege erfolgen kann.

Die Beeinflussung auf elektrischem Wege kann bekanntlich dadurch erzielt werden, daß Windungen der einen Phase um die Kerne einer anderen Phase gelegt werden, wodurch die Phasenverschiebung aufgehoben werden kann. Dazu sollen z. B. bei Zweiphasenströmen um die Kerne einer Phase so viel Windungen der um 90⁰ verschobenen anderen Phase gelegt werden, daß die um 90 ° nacheilende elektromotorische Kraft der Selbstinduktion genau kompensiert wird. Bei Dreiphasenströmen können um die Kerne einer Phase so viel Windungen der beiden anderen Phasen gelegt werden, daß sie zusammen die Wirkung eines um 90⁰ vorauseilenden Stromes ausüben, oder es können auch mittels zweier Transformatorensätze, an welchen die Ströme im Stern bzw. im Dreieck geschaltet sind, sechs verschiedene, paarweise um 90⁰ gegeneinander verschobene Ströme erzeugt werden, welche sich also paarweise wie Zweiphasenströme kompensieren lassen.

Eine magnetische Beeinflussung kann dadurch erzielt werden, daß man die magne-

tischen Stromkreise der Spulen der verschiedenen Phasen zu einem geschlossenen magnetischen Stromkreise zusammenlegt, z. B. durch gleichzeitiges Zusammenfügen der Kerne zu einem Ring und einem Stern (Fig. 17). Eine praktische Ausführungsform eines nach diesem Prinzip aufgebauten Transformators für Zweiphasenströme ist in Fig. 18 a und 18 b dargestellt. Diese Konstruktion ermöglicht es, sämtliche Spulenkerne senkrecht zu stellen. In Fig. \8 a ist eine obere Ansicht der Kernköpfe und Verbindungen dargestellt. An den Köpfen sind die Kerne beziffert mit denselben Buchstaben, welche sie in Fig. 17 erhalten haben. Es ist also ersichtlich, daß die in Stern geschalteten Kerne zwischen jenen stehen, welche in Ring geschaltet sind.

Die Verbindungsstellen A₁ B₁ C₁ D der Fig. 17 sind in Fig. 18 a als gerade horizontale Verbindungsstücke ausgeführt. Von diesen liegen die zwei Verbindungsstücke A und C auf der Oberseite der Anordnung, während die gestrichelt dargestellten Stücke B und D auf der Unterseite die Unterenden der Kerne b, c und f bzw. a, d und h verbinden. Die zentrale Stelle 0 der Fig. 17 wird in Fig. 18 a durch einen zentralen Kern 0 mit einem Verbindungsstück 0 an jedem Ende ausgeführt. Das obere Verbindungsstück verbindet die Kerne h und f, während das untere Stück die Unterenden der Kerne e und g verbindet. In Fig. 18 b ist der Transformator abgerollt dargestellt, wobei die Stellen 0 durch die Verbindungs-. stücke 0 und die Kerne 0 der Fig. 18 a untereinander verbunden zu denken sind.

Eine Kombination der magnetischen und elektrischen Beeinflussung ist leicht ausführbar. Die gegenseitige Beeinflussung läßt sich selbstverständlich auch bei den gemäß des

D. R. P. 180695 erzeugten Strömen anwenden, Da im allgemeinen die Übertragung der

Ströme ebensogut als Zweiphasenstrom wie als Dreiphasenstrom vorgenommen werden kann, so ist danach gestrebt worden, eine Übertragung des Zweiphasenstromes zu schaffen, welche ebenso wirtschaftlich arbeitet wie die Übertragung des Dreiphasenstromes. Zu diesen! Zweck wird die zwischen den Außenleitern der zwei verketteten Stromkreise auftretende Spannung in einem dritten Stromkreis benutzt, so daß im ganzen tatsächlich drei Ströme vorhanden sind. Dadurch wird erzielt, daß beständig von allen drei Überführungsleitern Strom abgenommen wird, was sonst nicht der Fall ist, und wodurch die Leistungsfähigkeit der Übertragungsleiter besser ausgenutzt wird (vgl. Fig. 19, 20 und 21). In diesen Figuren sind zwei Zeitmomente dargestellt, wo zwischen den Außenleitern ein Strom vorhanden ist. In Fig. 19 ist das momentane Potential der drei Überführungsleiter angegeben worden. Es ist ersichtlich, daß nach der gewöhnlichen Schaltung Fig. 20 durch die zwei vorhandenen Stromkreise im ersten Moment die Leistungsfähigkeit des unteren Leiters gar nicht und im zweiten Moment nur teilweise ausgemitzt wird. Nach der neuen Schaltung Fig. 21 wird dieselbe in dem dritten dargestellten Stromkreis ausgenutzt. In Fig. 22 ist beispielsweise eine Übertragung nach obigem Prinzip schematisch dargestellt, bei welcher zwei mal zwei Teilströme erzeugt werden, wobei zwecks Übertragung je zwei Stromkreise derselben Phase zu gemeinsamen Stromkreisen transformiert werden und ein dritter Stromkreis e von zwei diametral sich gegenüberstehenden Verkettungspunkten der zwei mal zwei erzeugten Teilströme gebildet wird. Am Ende der Übertragung bekommen die Ströme wiederum die ursprüngliche Schaltung zum Zweck der Gleichrichtung. Man kann auf diese Weise am Ende einer Übertragung mit Zweiphasenstrom drei statt zwei Verbrauchsstromkreise abführen, welche entweder gekuppelt oder getrennt verwendet werden können (Fig. 23).

Claims (5)

Patent-An Sprüche:

1. Kraftübertragungs- und Verteilungssystem nach D. R. P. 180695, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente derart über dem Kommutator verteilt sind, daß die zwei Bürsten, von denen ein Stromkreis abgeführt wird, während eines Drehungswinkeis des Ankers, welcher einer oder mehreren Polteilungen entspricht, mit derselben neutralen Zone verbunden bleiben, zum Zweck, Wechselströme mit lang andauerndem Nullwert zu erzeugen und die funkenlose Gleichrichtung am Ende der Übertragung zu erleichtern.

2. Einrichtung zur Verbreiterung der neutralen Zonen in den bei dem System nach Anspruch 1 verwendeten Generatoren, gekennzeichnet durch zwischen je zwei Hauptpolen eingeschaltete Hilfspolpaare, bzw. um i8o° gegenüber der Hauptfeldwicklung verschobenen Hilfsfeldwicklungen, die ein dem Hauptfeld entgegen-

■ gesetztes magnetisches Feld in den neutralen Zonen erzeugen.

3. Ankerwicklung für die bei dem System nach Anspruch 1 verwendeten Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß nicht ein bestimmter Wicklungssinn befolgt, sondern dieser für jedes breite Segment einmal umgekehrt wird, zum Zweck, die Verbindung des Kommutators mit der Wicklung des Ankers zu erleichtern.

4. Transformatoranordnung für die nach Anspruch 1 von dem Kommutator abge-

führten Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne gleichzeitig in Stern und Ring geschaltet sind, zum Zweck, die magnetischen Stromkreise der einzelnen Kerne sich möglichst gegenseitig beeinflussen zu lassen und dadurch die Ströme unter möglichst geringer Phasenverschiebung, also itnter möglichst genauer Beibehaltung des langen Nullwertes, zu transformieren.

5. Verteilungssystem für die nach Anspruch ι von einem für Zweiphasenstrom eingerichteten Kommutator abgeführten Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zwischen den Außenleitern der. zwei verketteten Stromkreise vorhandene Spannung, und zwar in einem dritten Stromkreise,benutzt wird, zum Zweck, die Ströme auf möglichst vorteilhafte Weise zu übertragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.

Berlin. öSörüCkt in öer reiChsdrückerb.