DE394802C

DE394802C - Anordnung zum Laden von Akkumulatoren mittels Kommutatorgleichrichters

Info

Publication number: DE394802C
Application number: DEM60669D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1916-12-23
Filing date: 1916-12-23
Publication date: 1924-05-13

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 13. MAI 1924

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 g GRUPPE

(M60669

Herbert Stephen Mills in Chicago, V. St. A.

Die Erfindung betrifft einen besonders zum Laden von Akkumulatoren geeigneten Gleichrichter, der sich dadurch auszeichnet, daß die Polarität des gleichgerichteten Stromes dadurch für Batterieladung selbsttätig geeignet gemacht wird, daß eine zu ladende Batterie anfänglich an Synchronisierwicklungen angeschlossen wird, und daß dann der pulsierende gleichgerichtete Strom den Synchronisierspulen geliefert wird, die lokalisierte Pole erzeugen und den Motor und den von ihm getriebenen Kammutator dadurch in Synchronismus halten, um die richtige Polarität des gleichgerichteten Stromes aufrechtzuerhalten.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Abbildung schematisch dargestellt.

Durch die Leiter 56 und 57 wird einem Autotransformator 58 Strom zugeführt. Aus dem Autotransformator wird Strom durch die Leiter 39 und 40 zu den Bürsten 14 und 15 geführt, welche den Rotor 17 speisen. Den Wechselstrombürsten 28 und 29, die auf dem gleichrichtenden Kommutator ruhen, wird durch die Leiter 41 und 42 Strom zugeführt. Der Autotransformator ist vorzugsweise von solcher Form, daß die Spannung verändert werden kann, um sie auf einen Punkt zu bringen, der nur wenig oberhalb der Spannung der zu ladenden Batterie 50 liegt. Die Gleichstrombürste 30 ist an zwei Leiter angeschlossen, deren einer, 43, mit einer Klemme der synchronisierenden Spulen des Stators verbunden ist. Die andere Klemme der synchronisierenden Spulen ist mit einem Draht 44 verbunden, der seinerseits durch einen Draht 45 mit der Gleichstrombürste 31 verbunden ist. Strom fließt durch den anderen Leiter 46 von der Gleichstrombürste 30 zu der Maximalausschalterspule 47 eines Maximal- und Minimalausschalters. Von da fließt der Strom zu dem Schalter 48 des Ausschalters, durch einen Kontakt 49 und von da zu einer Klemme der Batterie 50. Die andere Batterieklemme ist

mit einer Impedanzspule 51 verbunden, deren andere Klemme mit dem Draht 45 verbunden ist. Ein Schalter 52 steuert den Stromdurchgang durch den Draht 45. Die Batterie und der Maximalausschalter bilden auf diese Weise zusammen einen Zweig des Stromkreises zwischen den Gleichstrombürsten, während die Synchronisierspulen parallel damit in dem anderen Zweige liegen.

Der Ausschalter wird für gewöhnlich durch einen Magneten 53 geschlossen gehalten, der in dem Ausschalter die Stelle der üblichen Minimalausschaltespule einnimmt. Dieser Magnet wird mit Strom gespeist, welcher durch eine unabhängige Leitung vom Transformator hindurchgeht. Diese Leitung liegt parallel mit dem Rotor des Motors. Eine Schmelzsicherung liegt in Reihe mit dem Minimalmagneten 53, so daß beim Durchschmelzen der Sicherung der Ausschalter den Stromkreis öffnet. Die Sicherung ist in der Nachbarschaft einer der Bürsten in der Zone der möglichen Funkenbildung angeordnet. Sie wird daher durch die von außen her auf sie übertragene Wärme durchgeschmolzen, sofern der Motor ausreichend außer Tritt fallen sollte, um eine ernstliche Funkenbildung an den Bürsten zu erzeugen.

Die allgemeine Wirkungsweise des Gleichrichters und Batterieladungssystems erfordert eine weitere Erklärung. Es ist zu beachten, daß die Synchronisierspulen des Motors gleichgerichteten Strom bekommen, welcher notwendigerweise pulsiert. Es hat sich gezeigt, daß ein einschneidender Unterschied in der Wirkungsweise des Motors auftritt, wenn er mit solchem Strom gespeist wird. Der Synchronismus ist nämlich ein vollkommenerer wie bei der an sich möglichen Speisung der Synchronisierspulen mit Gleichstrom vonkonstanter Spannung. Es ist unnötig, den Ursachen dieser Erscheinung nachzugehen. Naturgemäß ist klar, daß Synchronisierspulen in der Mitte eines induktiven Feldes, wie sie hier vorhanden sind, eine erheblich andere Wirkung ergeben müssen, wenn sie durch einen pulsierenden Strom magnetisiert werden, als wenn sie durch einen stetigen Gleichstrom magnetisiert werden. Versuche haben den überlegenen Synchronismus des mit pulsierendem Strom gespeisten Motors einwandfrei ergeben. Durch lange praktische Erprobung hat sich klar gezeigt, daß der neue Motor während sehr langer Zeit bei sehr schwerer Strombeanspruchung ohne merkliches Funken an den Bürsten läuft. Die Verwendung der Impedanzspule 51 ist in dieser Hinsicht förderlich, da diese Spule von solcher Form ist, daß sie die gewöhnlichen Schwankungen des Stromes bei der Geschwindigkeit, bei weleher sie im praktischen Betriebe auftreten, ohne ernstliche Unterbrechung durch- , : läßt. Sollte aber der Punkt der Kommutatorausschaltung unterhalb desjenigen der Batteriespannung fallen, dann gibt es einen kurzen Augenblick, in welchem ein Strom von sehr niedriger Spannung zurückzufließen strebt. Dieser Impuls kann der Natur der Sache nach nur während des kürzesten Bruchteils einer Periode auftreten, und die Impedanzspule genügt, um den entsprechenden Rückstrom zu verhüten.

Offenbar beruhen die überlegenen Ergebnisse der neuen Anordnung auf mehreren Ursachen. Der Motor selbst ist so gebaut, daß er in der Hauptsach« an den Eigenheiten eines guten Induktionsmotors Anteil hat,' und die volle Induktionswirkung ist verfügbar, um zu verhindern, daß der Motor außer Synchronismus kommt. Diese Erscheinung wird dadurch verstärkt, daß die Synchronisierspulen Gleichstrom empfangen, dessen Spannung synchron schwankt, und die induktive Beziehung zwischen den Spulen und den induktiven Teilen des Stators ist derartig, daß diese Schwankungen besondere Wichtigkeit erhalten. Die Kommutatoranordnung ist besonders einfach, wie oben erläutert, und sie bedingt die Entstehung eines Stromes, dessen graphische Kurve eine Reihe von Lücken zwischen den Hochspannungsteilen der Wellen aufweist, so daß keine Augenblicke vorhanden sind, in denen die Batterie durch die Hauptleitung kurzgeschlossen werden kann. Die Impedanzspule arbeitet offenbar jedem leichten Bestreben zur Entstehung eines Rückstromes entgegen, der eintreten könnte, wenn der Motor etwas außer Synchronismus käme, oder auch auf Grund von Schwankungen in der Batteriespannung, wenn dieselbe sich dem Zustande voller Ladung und der Erreichung der angelegten Spannung nähert.

Die hohe Umfangsgeschwindigkeit des Kommutators ist von erheblichem Einfluß auf die Wirkung der Impedanzspule, da die hohe Geschwindigkeit eine sehr rasche Unterbrechung hervorruft. Dadurch wird nicht bloß die Zeit verringert, während deren die theoretische Möglichkeit der Entstehung eines Rückstromes aus der Batterie besteht, sondern es wird auch der Lichtbogen sehr rasch unterbrochen, welchen die Impedanzspule zu verlängern strebt. Bei einer langsameren Kommutatorunterbrechung würde es nötig sein, um dieselbe Wirkung hinsichtlich Verhinderung des Rückstromes zu erzielen, eine kräftigere Impedanzspule anzuwenden, welche an sich die Leistung verringern würde und das Bestreben haben würde, die Funkenbildung zu verstärken. Die hohe Kommutatorgeschwindigkeit gestattet es, daß eine verhältnismäßig kleine Impedanzspule die verlangte Arbeit in durchaus befriedigender Weise leistet.

Der Gleichrichter springt von selbst an,

Claims

was praktisch sehr günstig ist. Dies beruht darauf, daß der Motor im wesentlichen dem Induktionstyp angehört und im Hinblick auf die Belastung so gebaut ist, daß er als Induktionsmotor sich praktisch zum Synchronismus heraufarbeiten kann. Wenn Synchronismus annähernd hergestellt ist, dann kehrt sich der von den Gleichstrombürsten fließende Strom nur in verhältnismäßig.langen Zwischenräumen um, und der Strom kann dann durch die Synchronisierungsspule geleitet werden und unmittelbaren Synchronismus hervorrufen. Praktisch wird der Anfangsstrom durch die Synchronisierspulen von der Batterie durch ' 15 Schließung des Ausschalters geleitet. Der Motor fällt sofort in Synchronismus und gelangt in solche Beziehung zur Batterie, daß der von den Gleichstrombürsten fließende Strom von der für die Batterieladung erforderlichen Polarität ist. Dies beruht darauf, daß die Polarität des von den Gleichstrombürsten fließenden Stromes vollständig von der Polarität der Feldpole abhängt, indem die Polarität des gleichgerichteten Stromes vertauscht wird, sofern der Rotor jemals um 90° zurückfallen sollte. Die neue Vorrichtung ist daher von solcher Bauart, daß sie selbsttätig Strom von der richtigen Polarität für die Batterieladung hergibt, gleichviel, wie die Batterieverbindungen beschaffen sind. Wenn beispielsweise vor der Schließung des Schalters 52 die Batterieverbindungen vertauscht worden sind, so fällt der Rotor lediglich uma.o° zurück und kehrt dadurch die Polarität des gleichgerichteten Stromes um. Nachdem in der richtigen Weise Synchronismus hergestellt worden ist, wird der Schalter 52 geschlossen, und der gleichgerichtete Strom fließt durch die Batterie, um sie zu laden. Man könnte annehmen, daß während der Zeit, in welcher die Gleichstrombürsten auf den toten Segmenten des Kommutators ruhen, der Batteriestrom durch die synchronisierenden Spulen zu fließen und dadurch ihre magnetischen Pulsationen zu stören sucht. Dies wird aber durch die Impedanzspule verhindert, in welcher der Strom seine Richtung umkehren müßte, up dieses Resultat zuzulassen. Während der kurzen Zeit, in welcher die Bürsten auf den toten Segmenten stehen, wird der Strom daher durch die Impedanzspule an der Umkehrung gehindert. Die befriedigende Wirkung der Einrichtung wird dadurch gefördert, daß der Rotor und Kommutator von demselben Autotransformator, aber nicht von denselben Leitern desselben Strom erhalten. Dieselbe Wirkung könnte durch Verwendung eines ; gewöhnlichen Transformators erzielt werden, vorausgesetzt, daß der Motor und Kommutator ihren Strom von verschiedenen Teilen derselben Sekundärspule erhalten. Bei der neuen Anordnung hat jedes Anwachsen der Belastung auf der Gleichstromseite des Kommutators, das eine Verzögerung im Transformator hervorzurufen streben würde, notwendigerweise ■ die Wirkung, daß eine entsprechende Verzöge- ! rung im Rotorstromkreise entsteht. Die neue Anordnung ist einer solchen vorzuziehen, bei welcher der Rotor und Kommutator ihren Strom von demselben Stromkreise erhalten, da im letzteren Falle ein Anwachsen der Belastung am Kammutator einen Spannungsabfall im Rotor hervorrufen würde, was unerwünscht wäre. Ferner würde die Wirkung der Batterie die Wellenform im ganzen Stromkreise zu stören streben, was die Wirkung des Motors, insbesondere durch Erhitzung des Rotors, ernstlich beeinträchtigen würde. Dies ist deshalb der Fall, weil die Batterie das Bestreben haben würde, die Hochspannungsteile , der Welle wegzuschneiden und die Niederspannungsteile der Welle durch ihre Gegenwirkung zu erhöhen, so daß die Welle von der typischen und richtigen Form nach der geradlinigen Form hin abweichen würde. Pat ε nt-An Sprüche:

1. Anordnung zum Laden von Akkumu-

latoren mittels Kommutatorgleichrichters, go dadurch gekennzeichnet, daß die zu ladende Batterie anfänglich an die Synchronisier-. wicklungen angeschlossen wird, um die richtige Polarität des gleichgerichteten Stromes herzustellen, und daß dann der pulsierende gleichgerichtete Strom den Synchronisierspulen geliefert wird, um die richtige Polarität des gleichgerichteten Stromes aufrechtzuerhalten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichrichtende Kommutator und der Motor mit Wechselstrom von demselben Transformator derart gespeist werden, daß jede auf verstärkter Belastung auf der Gleichstromseite des Kommutators beruhende Verzögerung des gleichzurichtenden Stromes eine proportionale Verzögerung des dem Motor gelieferten Wechselstromes hervorruft und eine Deformation der Wellenform des pulsierenden gleichgerichteten Stromes durch Phasenverschiebung zwischen dem Motorantriebsstrom und dem gleichzurichtenden Strome verhindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.