DE274290C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Um das Folgende leichter verstehen zu können, ist es nützlich, zunächst die Wirkungsweise der in der Fig. ι schematisch dargestellten Anordnung zu erfassen. A ist eine beliebige Gleichstromquelle. T¹ und T² sind zwei gewöhnliche ruhende Transformatoren. C¹ und C² sind zwei umlaufende Stromwender, welche auf derselben Welle aufgekeilt sind, sich also mit genau gleicher Geschwindigkeit drehen. Jeder

ίο dieser beiden Stromwender ist ein Doppelumschalter und schaltet die beiden Transformatorwicklungen während eines Teiles der Umlaufperiode parallel. Infolge des durch den Kommutator C¹ bewirkten Wechsels der Verbindungen verläuft die Spannung an den Primärklemmen eines der Transformatoren nach der Kurve der Fig. 2, die Spannung des anderen Transformators ähnlich, aber um eine Viertelperiode verschoben. Es entstehen also zwei zweiphasige Spannungen, die aber nicht sinusoidal sind. Die sekundären Spannungen sind von der gleichen Gestalt, aber größer oder kleiner, je nach dem Transformationsverhältnis, und da der Stromwender C² die gleichen Vorgänge veranlaßt wie C¹, nur in umgekehrtem Sinne, erhält man zwischen den Klemmen B eine Gleichspannung wie bei der Stromquelle A, aber von anderem Werte. Man kann zwischen den Klemmen B einen Gleichstrom abnehmen, welcher gegenüber dem der Stromquelle A transformiert ist.

In Wirklichkeit verlaufen die Vorgänge aber nicht so einfach; selbst beim Leerlauf, d. h. wenn man zwischen den Klemmen B keinen Strom abnimmt, ist die Spannung zwischen diesen Klemmen weit davon entfernt, eine Gleichspannung, d. h. eine Spannung konstanter Richtung und Stärke zu sein, und es treten · starke Funken an den Stromwendern auf. Wenn im Leerlauf die Klemmenspannung eines Transformators der Fig. 2 entspricht, so hat der Magnetisierungsstrom, d. h. der diesen Transformator erregende Strom, die in der Fig. 3 gezeichnete Gestalt. Nun unterbricht der Stromwender C¹ diesen Strom gerade in dem Augenblick, wo er sein Maximum erreichen sollte, um die Spannung umzukehren, was das Auftreten von Funken und Extraströmen zur Folge hat. Man muß also dem System irgendeine Vorrichtung hinzufügen, die den Transformatoren die notwendige Erregung liefert. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß Kondensatoren den gewünschten Erfolg nicht haben würden, daß es vielmehr am besten ist, eine kleineZweiphasen-Wechselstromerregermaschine zu verwenden, deren jede Phase, wenn sie im Nebenschluß von der Primär- oder Sekundärseite eines Transformators abgezweigt wird, eine Spannung liefert, wie sie der Fig. 2 entspricht, und einen Strom nach der Fig. 3. Diese Erregermaschine muß natürlich auf derselben Welle angeordnet sein wie die Stromwender C¹, C². Sie wird im Nebenschluß von der Stromquelle A erregt, die auch den Strom liefert, welcher die Eisen Verluste der Transfer-matoren deckt. Unter diesen Bedingungen ist die Leerlaufspannung zwischen den Klemmen B eine Gleichspannung, da der Erregerstrom der Transformatoren nicht mehr durch den Stromwender C¹ unterbrochen wird; infolgedessen treten auch keine Funken mehr auf.

Dies genügt aber nicht mehr, sobald man

an den Klemmen B Strom abnimmtj und zwar wegen des Widerstandes der Transformatorwicklungen und wegen der magnetischen Verluste. Die Rechnung zeigt, daß, wenn die Summe der von den Transformatoren gelieferten Ströme konstant sein soll, und wenn keine Funken auftreten, d. h. wenn die Stromwender die Ströme nur dann unterbrechen sollen, wenn sie null sind, man in den Primär- oder den Sekundärstromkreis jedes Transformators, oder in beide Stromkreise, passende elektromotorische Kräfte einführen muß, um die Ohmschen und die induktiven Verluste zu decken. Man kann sich damit begnügen, eine einzige elektromotorische Kraft in einen der Stromkreise jedes Transformators einzuführen und zu diesem Zwecke einen anderen Zweiphasen-Wechselstromgenerator von nicht sinusoidaler Spannung verwenden, den man Zusatzmaschine nennen könnte, und der ebenfalls auf der gleichen Welle angeordnet sein muß wie die Stromwender C¹ und C². Jede Phase liegt in Reihe mit einem der Stromkreise eines Transformators, vorzugsweise dem Niederspannungsstromkreis; und die Erregung ist mit dem Hauptstromkreis der Stromquelle A in Reihe geschaltet, deiart, daß die elektromotorische Kraft dem umzuwandelnden Strome proportional ist.

Es wäre überflüssig, hier die Momentanwerte der Spannung und des Stromes pro Phase anzugeben, die von diesem Wechselstromgenerator erzeugt weiden sollen ; man kann für die Ströme alle Formen annehmen, die durch Gleichrichtung und Superposition einen Gleichstrom licfern. Für eine bestimmte Stromform hängt die Spannung vcn den Widerständen und Verlusten in den Wicklungen eines Transformators ab.

Ebenso sind die Ströme und die Spannungen, welche von der Wechselstromerregermaschine erzeugt werden, in Wirklichkeit verschieden von den in den Fig. 2 und 3 dargestellten, da es von Wichtigkeit ist, die Zeit, während deren die Spannung konstant ist, über die Dauer des durch die Bürsten gebildeten Kontaktes auszudehnen, und weil es von Interesse sein kann, von dieser Wechselstrommaschine auch die Hysteresisströme der Transformatoren liefern zu lassen.

Man gelangt so für den Fall eines Aufwärtstransformators zu der in Fig. 4 dargestellten Anordnung, in der E die Wechselstromerregermaschine ist, wobei E¹ den Magneten, E^% den Anker darstellt. S ist die Zusatzmaschine, wobei S¹ das Feld und S² den Anker bedeutet. Die übrigen Buchstaben haben die gleiche Bedeutung wie in der Fig. 1. Die Anker- und die Feldströme der Wechselstrommaschine E sind in dieser Figur hinter denen des Wechselstromgenerators S abgezweigt, aber sie können auch bereits vorher abgezweigt werden.

Natürlich kann man für beide Wechselstrommaschinen den Anker fest und das Feld beweglich anordnen, oder umgekehrt. Die beiden Stromwender und die beiden Wechselstrommaschinen werden durch einen beliebigen Motor angetrieben, aber man kann auch die Eigenschaft der Wechselstrommaschine E benutzen, als Gleichstrommotor laufen zu können, dank den Verbindungen mit dem Stromwender C¹, wodurch die Verwendung eines Hilfsmtors vermieden wird. In der Zeichnung nicht dargestellte Widerstände sind vor die Feldwicklung des Wechselstromgenerators E, zur Feldwicklung der Wechselstrommaschine S dagegen im Nebenschluß geschaltet, um in passender Weise die Erregungen zu beeinflussen und ein funkenfreies Arbeiten der Stromwender C¹ und C² zu erzielen. Wenn diese Vorkehrungen getroffen sind, ist es augenscheinlich, daß die Gleichspannung und der Gleichstrom der Stromquelle in weiten Grenzen schwanken können, ohne den Gang zu beeinflussen, wenn weder die Wechselstromgeneratoren noch die Transformatoren gesättigt sind.

Das Transformationsverhältnis läßt sich nach einem der bekannten Verfahren ändern, beispielsweise, indem man die Windungszahl eines der Stromkreise ändert. Dies kann von Wichtigkeit sein in bestimmten Anwendungsfällen, wo man bei konstanter Primärspannung die sekundäre Spannung erniedrigen will, beispielsweise, um Motoren anzulassen, ohne Widerstände einzuschalten.

Diese Anordnung kann verwendet werden, um die Spannung zu erhöhen oder zu erniedrigen; die Wechselstrommaschinen können nach Belieben von dem Stromkreis der Transformatoren abgezweigt werden, welcher auf der Seite der Stromquelle liegt, oder von dem auf der entgegengesetzten Seite liegenden. Das gleiche gilt von ihren Erregungen. Die Anordnung kann auch in Verbindung mit Autotransformatoren verwendet werden, d. h. mit Transformatoren, bei denen Teile der Wicklung dem Primär- und dem Sekundärkreis gemeinsam sind. Die Wechselstrommaschinen E und S können auch unter Zwischenschaltung von Transformatoren arbeiten, anstatt unmittelbar angeschlossen zu werden.

Man kann natürlich mehr als zwei Transformatoren verwenden, indem man die Stromwender und die Wechselstrommaschinen entsprechend abändert.

Man kann ferner die beiden Stromwender durch einen großen Zwischenraum von den beiden Wechselstrommaschinen trennen, welche im Beispiel der Fig. 4 auf der gleichen Drehachse angeordnet sind, unter der Bedingung, daß ihr Synchronismus durch eines der bekannten Mittel gewahrt wird. Im besonderen kann man beispielsweise bei einer Verteilungs-

Claims (4)

1. station Aufwärtstransformatoren, wie T¹ und T², ohne den Stromwender C², und bei einer Empfangsstation Abwärtstransformatoren, wie T¹ und T², mit dem Stromwender C² anwenden, wobei die beiden Stationen durch eine Mehrphasenleitung verbunden sind. Die Wechselstrommaschinen, welche bei der Verteilungsoder der Empfangsstation angeordnet sein können, haben dann die tatsächlichen und die

   ίο induktiven Verluste aller Transformatoren und der Streckenleitung zu decken. Bei der oben beschriebenen Anordnung arbeiten die beiden Transformatoren parallel während eines Teiles der. halben Periode, ihre Klemmenspannung ist konstant während einer Zeit, die nahezu einer halben Periode entspricht; ihr Strom ist dagegen während dieser Zeit veränderlich. Man kann die Anordnung auch so treffen, daß die Transformatoren in Reihe arbeiten während eines Teiles der halben Periode, wobei ihre Spannung veränderlich und ihr Strom konstant ist während einer Zeit, die nahezu der halben Periode entspricht. Die Hilfswechselstrommaschinen müssen dann andere Spannungs- und Stromkurven geben, da der Strom sich in jedem Transformator plötzlich umkehrt, anstatt daß dies die Spannung tut; aber die Ankerwicklungen der Wechselstromerregermaschine liegen immer im Nebenschluß zu denen der Transformatoren und ihre Feldwicklung im Nebenschluß zur Stromquelle oder zur Verbrauchsleitung. Ebenso liegen die Ankerwicklungen der zusätzlichen Wechselstrommaschine immer in Reihe mit denen der Transformatoren und ihre Feldwicklung in Reihe mit der Stromquelle oder der Verbrauchsleitung. Ihre Aufgabe ist, die Ströme in den Transformatorstromkreisen plötzlich umzukehren.

   Pate nt-An s ρ rüche:

   I. Gleichstromtransformator, gekennzeichnet durch die Kombination von zwei oder mehr ruhenden Transformatoren mit je zwei im primären und sekundären Kreise liegenden, untereinander synchron laufenden Stromwendern und mit Wechselstromgeneratoren, von denen der primäre Stromwender den Gleichstrom in zwei oder mehr nicht sinusförmige Mehrphasenströme zei-

   legt, und der sekundäre Stromwender diese Ströme nach ihrer Transformation gleichrichtet, während die Wechselstromgeneratoren die Kontinuität der Ströme und Spannungen , das funkenlose Arbeiten der Stromwender und die passende Verteilung der Ströme auf die ruhenden Transformatoren sicherstellen.
2. 2. Gleichstromtransformator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Stromwender zeitweise die Primär wicklungen der Transformatoren untereinander sowie deren Sekundärwicklungen untereinander entweder parallel oder in Reihe schalten.
3. 3. Gleichstromtransformator nach den 6g Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstromerregermaschine vorgesehen ist, die mit den Stromwendern synchron läuft und deren Ankerwicklungen ununterbrochen entweder von den Primärwicklungen oder von den Sekundärwicklungen oder von den Primär- und Sekundärwicklungen der Transformatoren abgezweigt sind, während die Magnetwicklung im Nebenschluß zum primären oder sekundären Gleich-Stromkreis liegt, zu dem Zwecke, das funkenlose Arbeiten der Stromwender und die Kontinuität der Ströme der Stromquelle und derjenigen in dem äußeren Stromkreis sicherzustellen.
4. 4. Gleichstromtransformator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzwechselstromgenerator vorgesehen ist, der mit den Stromwendern synchron läuft, und dessen Ankerwicklungen . ununterbrochen mit den Primärwicklungen oder den Sekundärwicklungen oder mit den Primär- und Sekundärwicklungen der Transformatoren in Reihe geschaltet sind, während die Magnetwicklung mit der Gleichstromquelle oder dem äußeren Gleichstromkreis in Reihe geschaltet ist, zu dem Zwecke, das funkenlose Arbeiten der Stromwender, die Kontinuität der Klemmenspannungen der Stromquelle und des äußeren Stromkreises sowie die passende Verteilung der Ströme auf die ruhenden Transformatoren sicherzustellen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.