DE396718C - Einrichtung zum Umformen von elektrischen Stroemen mit feststehenden Mehrphasenumformern oder Umformergruppen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umwandeln von elektrischem Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt. . Die Erfindung gehört zu denjenigen Einrichtungen, bei welchen ein oder mehrere Umwandler verwendet werden, deren einer Satz von Wicklungen so verbunden ist, daß ein geschlossener Stromkreis entsteht, in welchem die gesamte elektromotorische Kraft in jedem Augenblick Null beträgt, wenn die Wicklungen als sekundäre auf den Umwandler oder die Umwandler wirken, und bei welcher der geschlossene Stromkreis mit einer Kollektoranordnung im wesentlichen in derselben Weise verbunden ist wie die Wicklung eines Gramme-Ringankers mit seinem Kollektor.

Eine solche Einrichtung ist in der Patentschrift 328161 dargestellt. Es ist klar, daß durch geeignete Anschlüsse und durch Verwendung von mehr als einem Kollektor Gleichstrom von einer Spannung in Wechselstrom umgewandelt werden kann, der dann wieder in Gleichstrom von einer anderen Spannung zurückverWandelt wird.

Der Zweck der Erfindung besteht in einer derart verbesserten Bauart, daß diese Gattung von Vorrichtungen sich für sehr hohe Spannungen eignet, z. B. für eine solche von

ioo ooo Volt, Demgemäß sieht die Erfindung eine solche Einrichtung vor, daß eine bessere Isolierung erreicht wird, als mit den bisherigen Einrichtungen dieser Gattung.
Die zu diesem Zweck verwendeten Mittel bestehen in der Unterteilung des geschlossenen Stromkreises, der mit der Kollektoranordnung verbunden ist, derart, daß die Wicklungen oder Wicklungsgruppen auf einzelnen Gliedern

ίο der Umformer, welche an einen geschlossenen Stromkreis und an die Segmente eines Kollektors, wie z. B. in der deutschen Patentschrift 328161 beschrieben, angeschlossen sind, in zwei oder mehr elektrisch verschiedene Wicklungen oder Wicklungsgruppen gespalten und an zwei oder mehr elektrisch verschiedene geschlossene Stromkreise angeschlossen sind, wobei jeder geschlossene Stromkreis an die Segmente eines besonderen Kollektors angeschlossen ist und die Kollektoren dann in Reihe miteinander durch ihre Bürsten verbunden sind.

Die Erfindung bezieht sich daher auf einen Umwandler der genannten Gattung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er mit zwei oder mehreren Kollektoren versehen ist, deren Bürsten so miteinander verbunden sind, daß die Kollektoren in Reihe miteinander geschaltet sind

Die Erfindung sieht weiterhin vor, daß der geschlossene sekundäre Stromkreis in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt ist (z. B. in Abschnitte, deren magnetische Verhältnisse identisch sind, indem beide oder alle auf denselben magnetischen Kern oder dieselben Kerne gewickelt sind), die in elektrischer Hinsicht voneinander getrennt sind, und von j denen jeder nur mit einem Kollektor verbunden ist, wobei die Abschnitte in Reihe in einem geschlossenen Stromkreis vermittels der j Kollektoren allein verbunden sind. j

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Kollektoren scheibenförmig gestaltet und konachsial miteinander angeordnet sind, wobei die Scheiben abwechselnd mit entgegengesetzten Flächen einander zugekehrt sind, so daß sie Paare bilden, deren Glieder ihre wirksamen Flächen einander zukehren; mit den Scheiben wirken drehbare Bürsten zusammen, die die eine wirksame Fläche mit der entgegengesetzten verbinden, so daß die Glieder des genannten Paares in Reihe miteinander geschaltet sind, j Der Ausdruck »Scheibentyp«, der hier auf i

Kollektoren angewendet wird, soll einen KoI- I lektor bezeichnen, desren Segmente auf einer ebenen Fläche angeordnet sind, die gewöhnlich kreisförmig ist, zur Unterscheidung von den mehr gebräuchlichen Kollektoren mit Segmenten auf einer zylindrischen Fläche.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht ] in der Ausführungsform, bei welcher ein »sekundärer« Abschnitt mit seinem Kollektor so verbunden ist, daß mehr als eine mögliche Stellung für jedes Gleichstrombürstenpaar im wesentlichen in derselben Weise sich ergibt, die für multipolare Gleichstrommaschinen üblich ist; hierdurch wird bezweckt, daß die Einrichtung mit einer entsprechend verminderten Geschwindigkeit umlaufen kann, im Vergleich zu derjenigen, auf welcher nur eine Bürstenstellung möglich ist. Eine solche Verminderung der Geschwindigkeit kann aus mechanischen Gründen wünschenswert sein.

Selbstverständlich kann der genannte »sekundäre« Abschnitt ganz oder teilweise aus Wicklungen bestehen, die parallel zueinander angeordnet sind, damit ein Strom von vermehrter Stärke bei einer entsprechend geringeren Spannung geführt oder entnommen werden kann, und jede Reihen-Parallel-Anordnung kann in den Wicklungen oder sogar in den Kollektoren angewendet werden.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Abbildungen, in welchen zeigen:

Abb. ι eine schematische Darstellung einer Einrichtung mit zwei Kollektoren in Reihe zusammen mit dem geeigneten Umwandler, wobei die Verbindungen mit einem Kollektor der Deutlichkeit wegen nur teilweise eingezeichnet sind,

Abb. 2 ein Schema für die Verbindungen der primären Wicklungen in einem entsprechenden Phasendiagramm,

Abb. 3 eine schematische Darstellung ähnlich wie Abb. 1, die jedoch eine Reihen-Parallel-Anordnung der Kollektoren zeigt,

Abb. 4 und 5 schematische Darstellungen der abgeänderten Verbindung für eine niedrigere Geschwindigkeit, als für die Verbindungen nach Abb. 1 nötig ist.

Der in Abb. 1 und 2 dargestellte Apparat ist für die Umwandlung von Drehstrom in Gleichstrom bestimmt. Die Einrichtung besteht aus zwei Drehstromumwandlern A und B, deren Wicklungen hier als primäre und sekundäre bezeichnet werden, ohne daß jedoch hiermit die Wirkungsweise einer jeden Spule auf die primäre oder sekundäre Funktion beschränkt sein soll; wie bereits erwähnt, hängt die besondere Aufgabe einer Spule davon ab, ob der Apparat zur Umwandlung von oder in Wechselstrom dient. Der Ausdruck »primär« wird demgemäß durchweg auf die Wicklung angewendet werden, die Wechselstrom als solchen erhält oder ergibt, und der Ausdruck »sekundär« auf den anderen Satz von Wicklungen, nämlich auf den, der mit dem Kollektor oder den Kollektoren verbunden ist.

Jeder der Umwandler ist von dem wohlbekannten Dreischenkeltyp; die primären

Wicklungen auf jedem Schenkel sind mit A¹ und B¹ bezeichnet. Die Spulen A¹ sind, wie

' die linke Hälfte der Abb. 2 zeigt, hintereinander in eine Drehstromquelle X, Y, Z eingeschaltet, während die Spulen B¹ in der dargestellten Weise so verbunden sind, daß sie Kraftflüsse in den Schenkeln des Umwandlers B erzeugen, dessen Phasenverschiebung zu derjenigen in den Schenkeln des Umwandlers A durch die Vektoren 1, 2 und 3 in dem Phasendiagramm der Abb. 2 bezeichnet sind. Die sekundären Wicklungen sind bei A² und B² der Abb. 1 angedeutet, und es ist ersichtlich, daß für jede primäre Wicklung vier sekundäre vorhanden sind, so daß die sekundären Phasen mit jedem der Vektoren X, Y, Z, 1, 2, 3 in dem Phasendiagramm der Abb. 2 und auch mit den entsprechenden Vektoren, aber von umgekehrter Richtung, die mit X+, Y+, Z+,

zo 1+, 2+, 3+ bezeichnet sind, erhalten werden.

In Abb. ι sind die vier sekundären Spulen

auf jedem Schenkel dargestellt, also zwei auf der einen Seite der primären und zwei auf der anderen Seite, wobei die beiden auf einer Seite liegenden einen sekundären Abschnitt bilden. Die beiden zu demselben Kollektor gehörigen Spulen sind nur mit ihm unmittelbar verbunden. Die beiden Sekundärspulen des anderen Abschnittes auf der entgegengesetzten Seite der primären Spule sind von dem ersten Abschnitt getrennt und elektrisch nur mit dem zweiten Kollektor verbunden und vermittels der Kollektoren in Reihe mit dem ersten Abschnitt geschaltet.

In Abb. 1 sind alle Sekundärspulen A², die die eine Hälfte der sekundären Wicklung bilden, so dargestellt, daß sie auf die Segmente C¹ eines Kollektors C geschaltet sind. Die Wicklungen B², welche die andere Hälfte der Sekundärwicklung bilden, sind an die Segmente D¹ eines zweiten Kollektors D in genau derselben Weise angeschlossen, wie die Wicklungen A² an die Segmente C¹; aber -der Deutlichkeit wegen sind nur einige Verbindungen zwischen den Segmenten D¹ und den Wicklungen B* dargestellt.

Jeder Kollektor ist mit Bürsten versehen, die mit C², Z)² bezeichnet sind und von Armen C³, D³ getragen werden, welche auf der Welle E sitzen. Schleifringe F, G mit Bürsten F¹, G¹ sind konachsial mit den Kollektoren C, D vorgesehen, wobei die Bürsten F¹, G¹ auf der Welle E so angeordnet sind, daß sie sich mit ihr drehen.

Die Bürste F¹ ist durch einen auf der Welle verlegten Streifen mit einer der Bürsten C² verbunden, die andere Bürste C² ist durch einen Streifen auf der Welle mit einer der Bürsten D² verbunden, während die andere Bürste D² in ähnlicher Weise durch einen Streifen Dⁱ an die Bürste G¹ geschaltet ist.

Die Schleifringe und Kollektoren sind daher alle in Reihe miteinander geschaltet.

Selbstverständlich genügt es nicht für die richtige Wirkungsweise, daß die Bürsten mit der richtigen Geschwindigkeit umlaufen, sie müssen auch genau synchronisiert werden, so daß jede Bürste in jedem Augenblick in einem Punkt auf dem Kollektor liegt, der in elektrischer Hinsicht dem Punkt entspricht, auf welchen die Bürsten bei einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine angedrückt werden. Die Knotenpunkte der Verteilung der elektromotorischen Kraft laufen also rund um die Kollektoren herurd, so daß jede Bürste immer mit einem solchen Knotenpunkt zusammenfallen oder wenigstens in seiner unmittelbaren Nachbarschaft liegen muß.

Um diese Bedingung immer zu erfüllen, muß eine-Vorkehrung getroffen werden, daß die Welle während ihres Umlaufes eine Winkelvoreilung oder Winkelnacheilung besitzt. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß die Feldstärke des die Welle antreibenden Synchronmotors verändert wird, oder daß der Ständer dieses Motors eine einstellbare Winkelverdrehung zur Drehachse der Welle erfahren kann.

In der Abbildung stehen die Bürstenarme C³ und D³ parallel zueinander, in einigen Fällen jedoch werden eine oder mehrere eine Winkelverdrehung zu den übrigen erfahren müssen. Hierfür können beliebige Mittel angewendet werden, z. B. eine einstellbare Kupplung, die bei K³ in Abb. 1 angedeutet ist. Eine andere Art und Weise, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen, besteht darin, daß die Segmente auf einem Kollektor mit den Spulen seines, geschlossenen Stromkreises so verbunden werden, daß sie den Segmenten auf einem anderen Kollektor voreilen, der mit den entsprechenden Wicklungen seines eigenen geschlossenen Stromkreises verbunden ist.

Die vorbeschriebene Anordnung und die Stromkreise sind in einer einfachen Form gegeben, da nur zwei Wicklungen für den Umwandlerschenkel eines jeden Kollektors vorhanden sind und jede Spule mit zwei Koilektorstegen verbunden ist. Selbstverständlich können die Wicklungen weiterhin unterteilt und mit den Kollektorstegen verbunden sein, die zwischen den in der Abbildung dargestellten liegen, so daß eine geeignete Unterteilung der elektromotorischen Kraft zwischen benachbarten Stegen erhalten wird. Der Primärstrom wird den Primärspulen aus den Hauptleitungen X, Y, Z zugeführt,, während die Verbindung zwischen den Sekundärspulen und den Kollektoren angegeben werden kann als eine zweipolige Wicklung, als Doppel-Stromkreis, als Wellenwicklung. Die Knotenpunkte der Verteilung der elektromotorischen

Kraft um den Kollektor können um die Kollektoren mit 3000 Umdrehungen in der Minute sich drehen, wenn die Primärstromzuführung einen Strom von 50 Perioden in der Sekunde führt. Die Welle E kann sich daher mit derselben Geschwindigkeit von 3000 Umdrehungen in der Minute drehen. Die Abnahme des Gleichstromes erfolgt von den Leitungen H, H^u
Wo es aus mechanischen oder anderen Gründen erwünscht ist, eine niedrigere Drehungsgeschwindigkeit für die Wellen und die Bürsten zu haben, können die Sekundärwicklungen miteinander und ihren Kollektoren verbunden sein, um das Äquivalent der multipolaren Gleichstromwicklungen zu ergeben, so daß man andere Geschwindigkeiten erhält, welche mit der Frequenz der Primärstromzuführung synchron sind. Zwei Ausführungsformen sind dargestellt, nämlich eine in Abb. 4, wo einer der Kollektoren, z. B. der Kollektor C, mit vier Bürsten dargestellt ist, die im Abstande von 90° voneinander stehen; die diametral gegenüberliegenden Bürsten sind miteinander verbunden. Eine andere Methode ist in Abb. 5 dargestellt, in welcher die Leitung der Verbindungen des Kommutators so gewählt ist, daß sich das Äquivalent einer vierpoligen multipolaren Gleichstromwellenwicklung ergibt. Nur ein Teil der Stromkreise ist in Abb. 5 dargestellt, da der Rest des Stromkreises ohne weiteres verständlich ist.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, solche Potentialdifferenzen zwischen nebeneinanderliegenden Kollektorstegen und im allgemeinen zwischen den verschiedenen Teilen der Bürstenanordnung zu erhalten, die eine befriedigende Wirkungsweise der beschriebenen Apparate ergeben. Die beschriebene Einrichtung ist für hohe Isolation außerordentlich geeignet, welche sowohl für die Wicklungen als auch für die Kollektoranordnung erreicht werden kann, da die Spannung in jedem Abschnitt der Sekundärwicklung nicht nur durch die Art und Weise bestimmt wird, in welcher sie eingeschaltet ist, sondern einen leicht vorher bestimmbaren Wert in bezug auf die benachbarten Wicklungen ergibt. Wenn man außerdem den Kern erdet, dann ist seine Beziehung zum ganzen System auch leicht vorher bestimmt. Jeder Teil kann daher in geeigneter Weise sehr einfach und mit befriedigender Wirkung isoliert werden.

In Abb. 3 ist ein Schema dargestellt, das . vier Kollektoren enthält, zwei in Reihenschaltung und zwei parallel geschaltet, damit stärkere Ströme verwendet werden können, als wenn zwei Kollektoren in Reihe allein angewendet werden würden. Selbstverständlich kann jede Reihen-Parallel-Anordnung in ähnlicher Weise angewendet werden.

Eine bauliche Einzelheit, die aus dieser Erfindung hervorgeht, ist diejenige, bei welcher zwei benachbarte Kollektoren ihre Vorderflächen gegeneinanderkehren, während in Abb. ι bei den Kollektoren C und D sich die Rückenfläche des einen gegen die Vorderfläche des anderen legt. Zwischen diesen Vorderflächen kann dann die Bürstenübersetzung so angeordnet sein, daß sie eine der Vorderflächen mit der anderen verbindet. Diese Anordnung ist, wenn sie einmal vorgeschlagen, so einfach in der Ausführung, daß sie keiner weiteren Beschreibung bedarf.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Einrichtung zum Umformen von elektrischen Strömen mit feststehenden Mehrphasenumformern oder Umformergruppen, deren sekundäre Wicklungen wie die Wicklungen eines Gramme-Ringankers mit Kollektoren verbunden sind, auf denen die mit der Gleichstromseite verbundenen umlaufenden Bürsten schleifen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Umformerkreise mit ihren Sekundärwicklungen an mehrere dazugehörige Kollektoren angeschlossen sind, wobei die Sekundärwicklungen gleicher Phase auf denselben Umformerschenkeln untergebracht und die auf diesen Kollektoren schleifenden Bürsten in Reihe geschaltet sind, so daß eine hohe Spannung an der Gleichstromseite sich in Teilspannungen auf die Kollektoren und Gruppen von Sekundärwicklungen verteilt.

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren aus fest angeordneten Scheiben bestehen und abwechselnd mit den Scheibenflächen einander zugekehrt liegen, wobei zwischen zwei einander zugekehrten Scheibenflächen eine Bürstenanordnung auf beiden Scheibenflächen schleift und diese so miteinander leitend verbindet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung in jedem der geschlossenen sekundären Stromkreise, der an einen besonderen Kollektor angeschlossen ist, nach Art einer mehrpoligen Gleichstromwicklung erfolgt, damit die Bürstengeschwindigkeit vermindert werden kann.

Hierzu t Blatt Zeichnungen.