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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 239769 -. KLASSE 21 d. GRUPPE- M 239769 -. CLASS 21 d. GROUP

WILHELM ALHORN in BERLIN.WILHELM ALHORN in BERLIN.

Gleichstromtransformator. Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. August 1909 ab. DC transformer. Patented in the German Empire on August 6, 1909.

Gegenstand der Erfindung ist ein Gleichstromumformer, bei welchem zur Vermeidung der Reaktanzspannung außer der Hauptwicklung noch eine'Neben wicklung mit gleicher Anzahl Spulenzweige angeordnet ist, deren Lamellenanschlüsse um die halbe Länge der Spulenzweige gegen die Anschlüsse der Hauptwicklung verschoben sind. Dabei ist es zweckmäßig, gegebenenfalls in dem Hochspannungskommutator die Lamellen in Schraubenform anzuordnen, damit die einzelnen Lamellen gegeneinander durch Scheiben isoliert werden können und das Überbrennen bei hoher mittlerer Lamellenspannung . ausgeschlossen ist.The invention relates to a DC converter in which to avoid the In addition to the main winding, there is also a secondary winding with the same number of reactance voltages Coil branches is arranged, the lamellar connections by half the length of the coil branches against the connections of the main winding are shifted. It is useful, if necessary, in the high-voltage commutator to arrange the slats in a helical shape, so that the individual slats against each other can be isolated by panes and overburning with high average lamella tension . is excluded.

Die Reaktanzspannung wird bekanntlich dadurch hervorgerufen, daß in dem unter der Bürste liegenden Spulenzweig der Strom sich von +1 in — I ändert und Selbstinduktion erzeugt. Gemäß Fig. 2 besteht die vor Reaktanz zu schützende Primär- oder Sekundärspule aus zwei getrennten, völlig gleichen Wicklungen A und B, die unabhängig voneinander in sich geschlossen sind. Die einzelnen Spulenzweige beider Wicklungen sind gleich groß und abwechselnd an aufeinander folgende Lamellen in der Weise angeschlossen, daß die Anschlußstellen an den Wicklungen um die halbe Länge m der Spulenzweige verschoben sind. Wenn nun zwei aufeinander folgende Lamellen durch die Bürste, die ebenso breit ist als eine Lamelle, kurzgeschlossen werden, so wird keineswegs auch ein 'Spulenzweig kurzgeschlossen, vielmehr wird beim Übergang der Bürste, von einer Lamelle auf die andere abwechselnd die eine und die andere der beiden Wicklungen eingeschaltet. Da beide völlig gleich sind, so kann eine Spannungsschwankung oder Stromänderung,nicht eintreten. Die Übergangskurve für die !Commutation muß eine Gerade sein. In dem Moment, wo die eine Bürste C zwei aufeinander folgende Lamellen verbindet, sind beide Wicklungen parallel geschaltet, da die andere Bürste dieselbe Schaltstellung hat. Dadurch wird jedoch nicht die doppelte Stromstärke hervorgerufen; denn diese ist wie bei jedem Transformator bedingt durch den sekundär angeschlossenen Widerstand; vielmehr verteilt sich dieselbe gleichbleibende Stromstärke auf beide genannten Wicklungen. Dadurch, daß die Wicklungsanschlüsse um die halbe Länge der Spulenzweige gegenseitig verschoben sind, ist an der Stromabnahme gegenüber einer einfachen Wicklung mit doppelter Anzahl Spulenzweige nichts geändert worden; nur die Reaktanzspannung ist beseitigt.As is known, the reactance voltage is caused by the fact that the current in the branch of the coil below the brush changes from +1 to - I and generates self-induction. According to FIG. 2, the primary or secondary coil to be protected from reactance consists of two separate, completely identical windings A and B, which are closed independently of one another. The individual coil branches of both windings are of the same size and are alternately connected to successive lamellas in such a way that the connection points on the windings are shifted by half the length m of the coil branches. If two successive lamellae are short-circuited by the brush, which is just as wide as one lamella, then one of the coil branches is by no means short-circuited, rather when the brush passes from one lamella to the other, one and the other of the both windings switched on. Since both are completely the same, a voltage fluctuation or a change in current cannot occur. The transition curve for the! Commutation must be a straight line. At the moment when one brush C connects two successive lamellas, both windings are connected in parallel because the other brush has the same switch position. However, this does not produce twice the current strength; because, as with every transformer, this is due to the secondary connected resistor; rather, the same constant current intensity is distributed over both of the windings mentioned. Because the winding connections are mutually shifted by half the length of the coil branches, nothing has been changed in terms of current consumption compared to a simple winding with twice the number of coil branches; only the reactance voltage is eliminated.

Es lassen sich also sekundär hohe Spannungen erzeugen; die einzige Beschränkung ist die Grenze der Isolation der Kommutatorlamellen gegeneinander. Hat man die Grenze der Isolation erreicht, so kann man die Spannung durch Anwendung mehrerer hintereinander geschalteter Kommutatoren noch weiter erhöhen. Man kann also mit derselben Leichtigkeit wie bei Wechselstrom Gleichstrom auf Spannungen von 100000 Volt und mehr mit dem beschriebenen neuen Umformer bringen.So secondary high voltages can be generated; the only limitation is that Limit of isolation of the commutator bars from one another. You have reached the limit of isolation reached, one can increase the voltage by using several series-connected Increase commutators even further. So one can apply direct current to voltages with the same ease as with alternating current of 100,000 volts and more with the new converter described.

Selbstverständlich läßt sich der Gleichstromumformer auch mit Spannungsteilung bauen, indem man sämtliche Spulenzweige gleichmäßig in Unterabteilungen einteilt und mit einem Hebel gleichzeitig sämtliche entsprechenden Unterabteilungen einschaltet, d. h. den Grammeschen Ring verlängert oder verkürzt. ManOf course, the DC converter can also be built with voltage division, by dividing all coil branches evenly into subdivisions and with one Lever activates all relevant sub-departments at the same time, d. H. the Grammeschen Ring lengthened or shortened. Man

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braucht also zum Anlassen eines Motors keinen Anlaßwiderstand. Auch läßt sich der Gleichstromumformer mit Selbsteinschaltung bei Strombedarf versehen.therefore does not need a starting resistor to start an engine. The DC converter can also be used provided with self-switching when power is required.

Damit die Lamellen nicht so nahe aneinander liegen, daß bei hoher Spannung die Gefahr des Durchschlagens der trennenden dünnen Isolierschicht (Luft, Glimmer ο. dgl.) eintreten könnte, legt man gemäß Fig. ι zwischen dieSo that the lamellas are not so close to each other that there is a risk of high voltage the penetration of the separating thin insulating layer (air, mica, etc.) occur could, one puts according to Fig. ι between the

ίο einzelnen Lamellen 23 Isolationsscheiben 24. Der elektrische Funke (oder Büschelentladung usw.) muß dann erst den Umweg über den Rand der Scheibe machen. Man kann nun leicht die Höhe der Scheibe bei beliebig gegebener Spannung so hoch wählen, daß eine sichere Isolation gegen Funken gewährleistet ist. Die bisherige- Anordnung der Lamellen fällt aber bei der Hinzufügung solcher Isolationsscheiben fort, denn dann können die Bürsten nicht mehr schleifen. Daher sind bei der verbesserten Kommutatorkonstruktion die Lamellen" nicht nur im Sinne der Drehrichtung der Bürsten (Zylinderumfanges), sondern auch seitlich verschoben, so daß die Bürsten Platz zum Schleifen haben. Somit ergibt sich eine Schraubenform, in der die Lamellen angeordnet sind. Von der obersten Lamelle, die am äußersten liegt, geht eine rechts- und eine linkssteigende Schraube aus. Beide treffen sich an der äußersten entgegengesetzten Lamelle, die auf der diametralen Erzeugenden des Zylinders liegt. Zwischen den Lamellen liegen nun die Isolationsscheiben. Die Bürsten sind zu einer Art Bürstenkamm erweitert, so daß stets eine Lamelle mit einer Schleifbürste des Kammes verbunden ist. Diese Form des Kommutators gewährt unbedingte Sicherheit gegen Durchschlagen der Funken bei beliebiger Spannung, wenn der Zylinderdurchmesser und selbstverständlich auch die Höhe der Scheiben entsprechend gewählt wird.ίο individual lamellas 23 insulation washers 24. The electrical spark (or brush discharge, etc.) must then first take the detour over the edge make the disc. One can now easily adjust the height of the disk at any given voltage Choose so high that reliable insulation against sparks is guaranteed. However, the previous arrangement of the slats is not applicable with the addition of such insulating washers, because then the brushes can no longer ribbons. Therefore, in the improved commutator design, the laminations are "not only in the sense of the direction of rotation of the brushes (cylinder circumference), but also shifted laterally, so that the brushes have room to sand. This results in a helical shape in which the slats are arranged. From the topmost lamella, which is the outermost one, one right-hand and one left-hand screw goes out. Both meet at the extreme opposite lamella, which lies on the diametrical generatrix of the cylinder. Between the lamellas are now the insulation disks. The brushes are too kind Brush comb expanded so that a lamella is always connected to a grinding brush of the comb is. This form of the commutator guarantees absolute security against breakdown the spark at any voltage, if the cylinder diameter and of course the height of the disks is also chosen accordingly.

An dem Gehäuse 27 des Transformators sind die Zylinder 25 und 26 befestigt, welche den Kommutator und zwei Schleifringe tragen.On the housing 27 of the transformer, the cylinders 25 and 26 are attached, which the Wear commutator and two slip rings.

Die Zuführungsdrähte für alle Kommutatoren und die Schleifringe liegen natürlich sorgfältigst isoliert im Innern des Zylinderhohlraumes und sind entweder von innen angelötet bzw. angeklemmt oder zur besseren Kontrolle durch ein. Loch, das durch den Zylinder gebohrt ist, nach außen geführt und außen angelötet oder angeklemmt. Zum Schütze ist über den Hochspanrmngskommutator eine Schutzkappe 28 aus gelochtem Eisenblech o. dgl., das sorgfältig geerdet ist, gezogen. Die Stromzufüh-.rungs- oder Abnahmeklemmen 29 sind oben auf dem Transformatorgehäuse oder sonst leicht zugänglich angebracht. Der Gleichstromtransformator und das Lager für die durchgehende Welle, rechts sind durch Eisenschienen 30 mit dem Transforraatorgehäuse fest verbunden. Das linke Lager wird vom Zylinder des Kommutators gehalten. Die Welle selbst geht durch den Eisenkern, der natürlich eine entsprechende Höhlung besitzt, von einer Seite zur anderen. Die einzelnen Kommutatordrähte sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet. The lead wires for all commutators and the slip rings are of course very carefully placed isolated inside the cylinder cavity and are either soldered or clamped on from the inside or for better control by a. Hole drilled through the cylinder, outwards and soldered or clamped on the outside. The contactor is via the high-voltage commutator a protective cap 28 made of perforated sheet iron o. The like. That carefully is grounded, pulled. The power supply or take-off terminals 29 are at the top attached to the transformer housing or otherwise easily accessible. The DC transformer and the bearing for the through shaft, on the right are through iron rails 30 firmly connected to the transformer housing. The left bearing is held by the cylinder of the commutator. The wave itself goes through the iron core, which of course is a corresponding cavity from one side to the other. The individual commutator wires are not shown for the sake of clarity.

Wird der Transformator von der Hochspannungsseite als primäre Seite betrieben, so ist der Motor wie folgt zu konstruieren: Er trägt zwei Wicklungen, eine Hochspannungs- und eine Niederspannungs-, Magnet- und Ankerwicklung und einen Hoch- und Niederspannungskommutator. Zunächst wird die Hochspannungswicklung mit den Hochspannungsklemmen (d.h. der Hochspannungswicklung des Transformators, die zwischen den Klemmen liegt) in Reihe an das Hochspannungsnetz geschaltet; die Selbstinduktion der Spule verhindert einen zu starken Stromstoß. Der Motor läuft an, es entsteht der Niederspannungsstrom, der stets mit der Niederspannungswicklung des Motors verbunden ist. Der entstehende Strom speist seinerseits den Motor und erhält die Bewegung aufrecht, worauf die Hochspannungswicklung des Motors kurzgeschlossen bzw. ganz abgeschaltet werden kann. Falls sich; zuverlässige Kleinmotore · für Hochspannung bauen lassen, die bei dauerndem Betriebe exakt funktionieren; ist natürlich dieser Anlaßvorgang unnötig.If the transformer is operated from the high-voltage side as the primary side, then is Construct the motor as follows: it carries two windings, one high voltage and one a low voltage, magnet and armature winding and a high and low voltage commutator. First, the high-voltage winding is connected to the high-voltage terminals (i.e. the high voltage winding of the transformer which is between the terminals) connected in series to the high voltage network; the self-induction of the coil prevents an excessive current surge. The motor starts up, the low-voltage current is generated, which is always connected to the low voltage winding of the motor. The emerging Current in turn feeds the motor and maintains the movement, whereupon the High-voltage winding of the motor can be short-circuited or completely switched off. If; Reliable small motors for high voltage can be built with permanent Operations function precisely; this starting process is of course unnecessary.

Gegenüber den bestehenden rotierenden Umformern für Gleichstrom weist der neue Gleichstromtransformator folgende Vorteile auf: Er hat keine rotierenden Schwungmassen und ebenso keine rotierenden Spulen, er. beansprucht keine Beaufsichtigung, da er sich wie der Wechselstromtransformatpr bei wechselndem Bedarfe von selbst regelt; der kleine Motor läuft stets mit konstanter Tourenzahl und bedarf daher auch nicht der Beaufsichtigung und Wartung; Fundamente sind nicht notwendig, Platzbedarf sowie Gewicht sind geringer, zugleich läßt sich die Spannung nach Bedarf regeln, und die Überlastungsfähigkeit ist größer. Es lassen sich, höhere Gleichspannungen erzielen als bei rotierenden Umformern, da alle Spulen feststehen und keine Schaltungsfunken auftreten. Infolgedessen können so hohe Gleichstromspannungen erzielt werden, daß der Gleichstromtransformator auch.für Kraftübertragungszwecke in Betracht kommt. Der Wirkungsgrad des Gleichstromtransformators ist bedeutend größer als der _l3tg Wirkungsgrad der. Umformer, da die Verluste geringer sind. Gleichstromwerke können also mit dem neuen Transformator ihren Wirkungskreis beliebig erweitern, ohne Unterstationen, ohne Dreileitersystem und ohne Drehstrom. usw. Auch zum'Laden von Akkumulatoren bei beliebiger Netzspannung eignet sich . der. neueCompared to the existing rotating converters for direct current, the new direct current transformer has the following advantages: It has no rotating flywheels and no rotating coils either. does not require supervision, as it regulates itself like the alternating current transformer if the demand changes; the small engine always runs at a constant number of revolutions and therefore does not require supervision or maintenance; Foundations are not necessary, space requirements and weight are lower, at the same time the voltage can be regulated as required, and the overload capacity is greater. It is possible to achieve higher DC voltages than with rotating converters, since all coils are fixed and no circuit sparks occur. As a result, so high DC voltages can be achieved that the DC transformer can also be used for power transmission purposes. The efficiency of the DC transformer is significantly greater than the _l3t g efficiency of the. Converter, as the losses are lower. With the new transformer, direct current plants can expand their sphere of activity at will, without substations, without a three-wire system and without three-phase current. etc. It is also suitable for charging accumulators at any mains voltage. the. new

Transformator vortrefflich, da man die Spannung ohne Widerstände leicht beliebig regeln kann. Der neue Apparat kommt also überall da in Betracht, wo es sich darum handelt, Gleichstromspannung ohne Verlust in Widerständen zu regeln oder Gleichstrom zu transformieren. Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Einrichtungen auch an Dynamomaschinen bzw. Motoren anbringen.Transformer excellent, as the voltage can easily be regulated as desired without resistors can. The new apparatus can therefore be considered wherever it is a question of Regulate direct current voltage without loss in resistors or transform direct current. Of course, the devices described can also be used on dynamo machines or attach motors.

Claims

Patent Claims:

I i. Direct current transformer, characterized in that, in addition to the main winding, a secondary winding with the same number of coil branches is arranged to avoid the reactance voltage, the lamellar connections of which are shifted by half the length of the coil branches against the connections of the main winding.

2. DC transformer according to claim i, characterized in that the lamellas in the high-voltage commutator are arranged in a helical shape, for the purpose of isolating the individual lamellae from one another by means of washers and exclude overburning with a high average lamella tension.

1 sheet of drawings.