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Einrichtung zur selbsttätigen Regelung der Leistung einer elektrischen
Anlage. Es ist bekannt, däß "'zier Wirkungsgrad, von Maschinen, Motoren, Transformatoren
usw. sich um so mehr vermindert, wie die Leistung, die sie entwickeln, sich mehr
oder, weniger von der Kraftleistung entfernt, für die sie berechnet sind, d. h.
von ihrer normalen Leistung. So arbeitet beispielsweise ein elektrischer Umformer
von ioo kW bei ioo kVGT Belastung mit einemWirkungsgrad"von 9^Pro-#zent, bei 6o
kW Belastung mit 96 Prozent, bei 2o IcW Belastung mit 9i Prozent, bei io kW Belastung
mit 83,3 Prozent und schließlich bei z kW Belastung mit 52 Prozent. Eine
Anzahl von Umformern von io, 5, a und i kW, deren größter Wirkungsgrad (bei voller
Belastung) ungefähr 9o bis 9i Proznt beträgt, erreicht nur einen Wirkungsgrad von
55 bis 6o Prozent bei wechselnden Belastungen, wie sie in elektrischen Lichtleitungsnetzen
durchaus üblich sind.
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Man hat deshalb schon vorgeschlagen, an Stelle einer für den Höchstbedarf
(berechneten Maschine deren mehrere zu verwenden, die so geschaltet werden, daß
die Summe der eingeschalteten Maschinen jeweils etwa dem erforderlichen Bedarf entspricht.
Es sind auch schon Anordnungen vorgeschlagen worden, die gestatten, automatish:
die Zahl der verwendeten Maschinen-,---z-.--18-.- der Kraftumwandler, nach dem Bedarf
zu vermehren, indem man der Reihe nach, wie der Verbrauch steigt, die verschiedenen
Transformatoren verbindet, und indem man sie in umgekehrter Reihenfolge wieder trennt,
wenn der Verbrauch nachläßt, d. h. die Gruppierungen finden einfach statt durch
Addieren der Elemente, und die Zahl d"r Gruppierungen kann nicht größer sein als
die Zahl der Elemente. Die Gruppierungen, deren Kräfte nach der natürlichen Zahlenreihe
i-n wachsen sollen, können hierbei nur verwirklicht werden, indem man ta-Elernente
gleicher Stärke verwendet.
Hierbei würde jede Gruppierung nur den
Gesamtwirkungsgrad haben können, den eine troll ausgenutzte Einheit aufweist.
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Bei der Schaltung von Transformatoren hat man auch schon Anordnungen
vorgeschlagen, bei denen einem ein für allemal in der Verbrauchsleitung eingeschaltet
bleibenden Transformator ein oder mehrere Hilfstransformatoren zugeschaltet werden
können. Andere Anordnungen wieder ließen daneben noch einen beschränkten Ersatz
des in der Verbrauchsleitung verbleibenden Transformators durch einen oder mehrere
andere Transformatoren zu. Die Zahl der hierbei verwirklichten Kombinationen «-ar
jedoch eine so beschränkte, 1a13 hei wechselndem Energiebedarf nur eine unzureichende
Anpassung der Transformatorstärken an den jeweils erforderlichen Bedarf durchzuführen
war.
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Die vorliegende Ertiniluii(r gestattet nun, ,Stromquellen verschiedener
Größen zu gruppieren, nicht nür durch der Reihe nach erfoljende Additionen oder
Subtraktionen, sondern auch durch gleichzeitiges Abziehen und Zusetzen, derart;
-daß die Zahl der Gruppierungeri;"diemit n Elementen möglich ist, gleich 2n-i, daher
immer größer ist als diejenigen, die mit den bekannten Anordnungen ausgeführt werden
können. Bei einer Gruppierung erhält man dabei einen Gesamtwirkungsgrad, #ler nicht
erheblich von dem Wirkungsgrad der # oll ausgenutzten, in der Gruppierung jeweiig
vorhandenen größten Einheit abweicht. Nimmt man beispielsweise an, daß man zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Gruppen von Transformatoren einen Abstand von i kW haben
will, und daß nian alle Leistungen ausnutzen wolle zwischen i und 7 kW, so benötigt
man bei den bekannten auf gleichen Einheiten aufgebauten Anordnungen sieben Transformatoren
von je i kM'. Bei jeder Zusammenstellung ist dann ;ler erreichbare Gesamtwirkungsgrad
gleich @Iemjeni,gen eines i-k'%#@'-Transforniators. Bei dein Gegenstand ,ler vorliegenden
Erfindung; genügen jedoch ;frei Transformatoren, die eine Leistung voll r, -I und"
q. k@V haben, und, die ganze Reihe der sieben gewünschten Belastungen kann durch
folgende Gruppierungen erreicht werden.
| 1 2 3 -1 5 6 7 |
| A B AB C AC BC ABC |
| 1 2 1,2 4 1,4 2,4 1.2,4. |
Hierbei hat nur die Gruppierung i den Wirkungsgrad des Einheitstransformators, die
Gruppierungen 2 und 3 haben etwa denjenigen ges ?-kW- und die übrigen etwa den des
4-kW -Transformators.
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Alle diese Kombinationen können nur erreicht werden ,infolge der ;Möglichkeit,
die Gruppierung durch Zufügen oder gleichzeitiges Abziehen durchzuführen, denn tatsächlich
könnte man bei einem System, bei dem ie Gruppierungen in bekannter Weise nur durch
Zuzählen stattfänden, nur die folgenden Gruppierungen entsprechend den betreffenden
Leistungen von i, 3, 7 kW erreichen.
| i 3 7 |
| A A, B ABC |
| I 1,2 1,2,4- |
Diese Gruppierungen müßten bei allen Zwischenbelastungen unwirtschaftlich arbeiten.
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Will man nach der Erfindung eine elektrische Anlage schaffen, deren
Leistung zwischen z kW oder 127 kW wechselt, so wird man sieben getrennte Transformatoren
brauchen von den Stärken i, 2, d., 8, 16, 32 und 64 kW. Wenn man alle diese Transformatoren
parallel schaltet, wird man über 127 kW verfügen, dagegen würde man, wenn man sie
in passender Weise .gruppiert, alle Leistungen zwischen i und 127 kW erlangen, da
der Abstand zwischen jeder Leistung und der Summe der vorhergehenden j e i kW beträgt.
Wenn beispielsweise in einem gegebenen Augenblick die Einrichtung 74 kW benötigt,
so wird es genügen, die Transformatoren von. 6q., 8 und 2 kVV zu vereinigen.
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Wenn es nötig sein sollte, den Abstand der aufeinanderfolgenden Leistungen
um' % kW zu regeln, so würde es genügen, der Anordnung einen einzigen Transformator
von % kW beizufügen. Müßte die Kraft der Anlage verdoppelt werden, so würde es genügen,
einen einzigen Transformator von i28 kW hinzuzufügen.
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Um also das beabsichtigte Resultat zu erreichen, genügt es, daß die
verschiedenen Transformatoren eine Stärke haben, die nach einer geometrischen Progression
mit dem Verhältnis 2 verläuft, deren erstes Glied dem gewollten Kraftabstand und
deren algebraische Summe der höchsten Kraftleistung der Einrichtung entspricht.
Es versteht sich von selbst, daß in besonderen Fällen das Verhältnis Mieser Progression
ein anderes als 2 sein kann, und daß es unter Umständen sogar wechselnd sein muß.
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Die Zeichnungen stellen eine Anwendung eler Erfindung bei elektrischen
Transformatoren dar, bei denen die Betätigung dieser Gruppierungen selbsttätig geschieht.
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Abb. i ist ein Schema der Gesamteinrichtung, Abb. a ein Schnitt nach
der Linie A-B von Ahb. i, Abb. 3 ein Schnitt nach der Linie C-D der Abb. i ; Abb.
d. ist ein Längsschnitt durch die Stangen 10 bis 1q. der Abb. i.
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Die fünf Transformatoren I, 1I, 11I, IV, V
von passenden
Leistungen sind durch das Kabel i mit dem positiven Pol des sekundären ,Stromkreises
verbunden. Dieser Stromkreis geht durch einen Apparat 2, der die Belastung mißt
und durch ein Zahnradvorgelege 3 eine NVelleq. antreibt, die mit-eineiri--Schraubengang
versehen ist, auf dem sich die Mutter 5 verschiebt. Diese Mutter 5 trägt zwei Arme
6 und 7, die Bürsten tragen, welche über die Metallstangen 9 bis 14. gleiten, die
ihrerseits fest mit dem Rahmen 8 aus nichtleitendem Material verbunden sind. Die
Bürsten der Arme 6 übertragen .den sekundären. Strom, diejenigen des Armes 7 den
primären Strom.
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Der negative Pol des sekundären Stromkreises ist mit der Stange 9
verbunden, auf welche sich stets die entsprechende Bürste des Armes 6 auflegt. Die
anderen Stäbe, die den Bürsten entsprechen, sind durch Drähte io bis 1q: mit den
negativen Polen der Transformatoren verbunden.
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Diese verschiedenen Stangen sind stellenweise durch Isoliermaterial
unterbrochen. Die Längen .der Stangenabschnitte cc (Abb. ¢) und ihre Zwischenräume
b hängen von der gewählten Leistungsprogression ab. Wenn man eine geometrische Progression
angenommen hat, deren Verhältniszahl 2 ist, und wenn der Apparat 2, der die Belastung
anzeigt, mit entsprechenden Ableitungen versehen ist, dann sind die Längen der Stangenabschnitte
und diejenigen -der Zwischenräume für jede Stange unter sich gleich. Diese Längen
wachsen von einer Stange zur nebenliegenden nach der gleichen Progression wie die
an diese Stangen angeschlossenen Leistungen, im vorliegenden :Falle also im Verhältnis
i : 2.
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Wenn man eine Progression mit dem Verhältnis 3 nähme, so würde der
Zwischenraum zweimal so lang sein wie der Stangenabschnitt, und die Länge der Abschnitte
würde wachsen im Verhältnis 1 : 3 : 9 -:27 usw.
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Die Kontaktstellen der in den Rahmen 8 eingelassenen Stangen sind
derart angeordnet, daß, wenn die Schraubenmutter sich auf der Welle 4 verschiebt,
sie nach und nach die folgenden Kontaktstellen in Berührung bringt: io; ii; io und
11; 12; io und 12; 11 und 12; io, ii und 12; 13; io und 13; 11 und 13; io, ii und
13; 12 und 13; 1o, 12 Und 13; ii, i2 und 13; io, 11, 12 und 13; 1q. usw. bis zu
1o, 11, 12, 13 und 1q., derart; daß alle möglichen Verbindungen der fünf Stangen
und folglich auch der fünf Transformatoren ermöglicht werden.
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Da diese Gruppierungen I; II; I und II; III; I und III usw. nach und
nach in den Stromkreis eingeführt werden, so wird die Leistung der Gruppierungen
nach und nach wechseln, wie die natürliche Reihe der Zahlen, wobei die Einheit der
Leistung des Transformators I entspricht.
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Da alle Bürsten desselben Armes unter sich verbunden sind, so werden
entsprechend den Einstellungen des Apparates 2, nach dem Wert der geforderten Leistung,
in dem Netz die primären und sekundären Stromkreise eines Transformatorelements
oder einer Verbindung dieser Transformatoren stets geschlossen und folglich die
entsprechenden Transformatorelemente in Funktion sein. Wenn die Belastung im Verbrauchsnetz
und folglich auch im sekundären Stromkreis gleich Null ist, sind die Arme 6 und
7 am Anfang der Schaltanordnung, und nur der Umformer der geringsten Leistung arbeitet
auf den Stromkreis.
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Es ist selbstverständlich, daß man die Stangen der verschiedenen Umformerelemente
nicht geradlinig parallel anordnen muß, söndern daß man sie in konzentrischen Bogen
oder in irgendwelchen Kurven anordnen kann, wobei dann 'Sorge getragen werden muß,
daß die Mutter 5 die entsprechenden Drehbewegungen macht.