DE403210C

DE403210C - Pendelgleichrichter mit schwingendem Anker

Info

Publication number: DE403210C
Application number: DEM78530D
Authority: DE
Original assignee: OTTO MUEHLENBEIN
Current assignee: OTTO MUEHLENBEIN
Publication date: 1924-09-27

Description

Bei der Gleichrichtung von Wechselstrom mit Hilfe eines vom Netzstrom angetriebenen Pendels, dessen mechanische Schwingungen zeitlich übereinstimmend mit den elektrischen Schwingungen des Netzstromes verlaufen, können nur verhältnismäßig geringe Stromstärken und Spannungen umgeformt werden, wenn nicht die Kontakte des Pendelgleichrichters durch Funkenbildung sehr bald zerstört werden sollen. Dieser Nachteil zeigt sich besonders bei der Aufladung von Sammlern. Er wird nur dann vermieden, wenn die Zahl der gleichzeitig in Reihe zu ladenden Zellen auf 12 bis 15 und die Ladestromstärke auf etwa 5 Amp. beschränkt wird.

Ist eine Batterie zu laden, deren Anfangsspannung in der Abb. 1 ihrer Größe nach durch die Linie zwischen 1 und 3 dargestellt ist, so müssen die Kontakte so eingestellt sein, daß das Pendel den Stromweg in dem Augenblick schließt oder öffnet, wo die Ladespannung, die bekanntlich in Form einer Sinuslinie verläuft, annähernd gleich der Gegenspannung der Batterie ist, d. h., daß im Stromwege Spannung und Strom annähernd gleich Null sind. Da jedoch die Gegenspannung einer Batterie während der Ladung wächst, und zwar für jeden Bleisammler von 2 Volt auf 2,8 Volt, und da anderseits die Schwingungsweite des Pendels während der Ladung nicht verändert werden kann, so vergrößert sich die Gegenspannung bis zum Ende der Ladung auf die Größe der Linie zwischen 2 und 4 in Abb. r, und die Energiemengen im Stromwege werden beim Zeitpunkte 1 bzw. 6 so groß, daß sie die Grenzen der Schaulinie in Abb. 2 überschreiten. Je größer die Zahl der Zellen ist, desto größer wird der Unterschied. Ihre Zahl muß also beschränkt und die Schwingungsweite des Pendels so eingestellt werden, daß sich der Kontakt zeitlich in der Mitte zwischen 1 und 2 der Abb. 1 schließt bzw. zwischen 5 und 6 öffnet. Auf diese Weise wird die überschüssige Energiemenge sowohl aus dem Transformator beim Ladebeginn wie aus der Batterie am Ende der Ladung unter den Grenzen der Abb. 2 gehalten, so daß das Pendel funkenfrei arbeiten kann. Bei dieser Sachlage muß die Ausnutzbarkeit eines Pendelgleichrichters auf das Laden von höchstens 15 Bleisammlern bei einer Stromstärke von höchstens Amp. beschränkt werden.

Es ist bekannt, daß ein Dauergleichstrom in zerhackten Gleichstrom oder infolge Umkehrung der Stromrichtung jedes zweiten Stromstoßes in Wechselstrom umgewandelt werden kann und daß dabei Funkenbildung nicht auftritt, wenn eine Reihe von Kontakten einander parallel in den Stromweg eingeschaltet ist und die Einzelkontakte zeitlich nacheinander geöffnet oder geschlossen werden. Dieser Gedanke ist aber bisher nur auf die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und auch nur auf umlaufende Maschinen mit Kollektorringen und Stromabnahme durch Bürsten beschränkt geblieben, während seine Umkehrung, die Anwendung auf die Verwandlung von einphasigem Wechselstrom in Gleichstrom, unbeachtet geblieben und nicht erkannt worden ist, daß die Umkehrung des Gedankens auch auf Pendelgleichrichter mit schwingendem Anker anwendba-r sei. Denn bei der funkenfreien Herstellung von zerhacktem Gleichstrom handelte es sich um eine konstante Spannung, während bei der Ladung einer Batterie durch gleichgerichteten Wechselstrom zwar die Wechselstromspannung konstant bleibt, die Spannung der zu ladenden Batterie aber dauernd zunimmt. Die Verschiedenheit der Verhältnisse bei der Umkehrung verhinderte die Erkenntnis, daß trotz zunehmender Gegenspannung auch bei Benutzung eines Pendelgleichrichters Funkenfreiheit erreicht werden und dadurch der Ausnutzungsbereich des Pendelgleichrichters sowohl in bezug auf die Ladestromstärke als auch auf die Zahl der zu ladenden Zellen erheblich gesteigert werden kann.

Die Erfindung, welche sich als Vereinigung go von zwei bekannten Gedanken darstellt, war erst möglich, nachdem erkannt war, in welcher Weise die erforderlichen Kontakte durch einen einzigen Anker oder durch ein einziges Pendel geöffnet und geschlossen werden konnten und wie die Einzelkontakte anzuordnen waren. Die Abb. 4 und 5, bei denen zur Darstellung ein Pendel gewählt worden ist, zeigen, daß zwei Anordnungsmöglichkeiten vorhanden sind. Bei beiden Arten too können die Kontaktfedern sich in einer Richtung frei bewegen, während sie in der anderen durch ein Widerlager begrenzt sind. Macht man dies Widerlager durch Exzenterscheiben oder auf andere Weise verstellbar, so kann der Zeitpunkt des Öffnens und Schließens der Kontakte nach Erfordern festgelegt werden.

Die Wirkungsweise soll an der Abb. 3 für ein bestimmtes Beispiel erörtert werden,

Es ist eine Batterie von 30 Zellen zu laden, d. h. eine veränderliche Gegenspannung von 60 bis 84 Volt, und zwar mit einer gleichbleibenden Stromstärke von 15 Amp., die mit einem Instrument für Gleichstrom festgestellt wird. Dafür muß eine effektive Stromstärke von rund 25 Amp. aufgewendet werden. Bei einem Widerstand von 6 Ohm im Stromwege am Ende der Ladung, der auf die halbe Sekundärwicklung des Transformators entfällt, ist demnach eine effektive Spannung von 150 Volt als Überschuß über die Gegenspannung der Batterie mit 84 Volt, insgesamt also eine effektive Spannung von rund 240 Volt erforderlich. Damit die Nutzwirkung der Ladeeinrichtung groß wird, ist der Zeitpunkt jeder Kontaktbetätigung möglichst nahe an die Nullpunkte der Sinuswelle zu legen.

In Abb. 1 ist dafür der Abstand —, als Kreis-12

frequenz ausgedrückt, gewählt. Sind nun ferner die Kontakte 9 und 10 der Abb. 3 so eingestellt, daß ihr Abstand von der Mittellage des Pendels 8,4 mm beträgt, während bei ihrem Schluß der Transformator eine Spannung von 84 Volt liefert, die Kontakte ir und 12 auf 8,0 mm bzw. 80 Volt, die Kontakte 13 und 14 auf 7,5 mm bzw. 75 Volt, die Kontakte 15 und 16 auf 7,0 mm bzw. 70 Volt, so ergeben sich für den Beginn der Ladung, wo noch ein veränderlicher Widerstand von ο bis 2 Ohm in den Ladekreis geschaltet ist, folgende Verhältnisse. Nachdem die Kontakte 15, 13, 11 und 9 nacheinander geschlossen sind, besteht im Stromwege eine Spannung von 84 bis 60 Volt und eine Stromstärke von ^ = 3 Amp. Ebenso ist es beim öffnen der Kontakte, wobei 9 den Anfang macht. Da nach Abb. 2 bei 24 Volt nur eine Stromstärke von 0,5 Amp. am Kontakt zulässig ist, muß in diesem Augenblick für die überschüssigen 2,5 Amp. ein zweiter Stromweg bestehen. Dieser führt über Widerstand τη zu Kontakt 11. Der Widerstandswert von 17 ist daher auf — — 8 = 1,6

Ohm zu bemessen. Beim Öffnen des Kontaktes 11 ist die Spannung bereits auf 80 — 60

= 20 Volt und die Stromstärke auf —_s

9,6

= 2,09 Amp. gesunken. Da nach Abb. 2 bei 20 Volt noch 0,5 Amp. für einen Kontakt zulässig sind, müssen die überschüssigen 2,09 — 0,5 = 1,59 Amp. wiederum abgeleitet werden. Dies geschieht über Widerstand 18,

dessen Wert also auf 9,6 = 12,56 — 9,6

= 2,96 Ohm zu bemessen ist. Beim Öffnen des Kontaktes 13 ist die Spannung auf 75 — 60 = 15 Volt und die Stromstärke

! κ

auf —^ = 1,2 Amp. gesunken. Bei 15 Volt

j sind 0,75 Amp. für einen Kontakt zulässig. ^; Der Überschuß von 0,45 Amp. erfordert für j den Ableitungswiderstand 19 einen Wert von

! -^₇ — 12,56 = 33,33 —12,56 = 20,77 Ohm. Nunmehr werden an Kontakt 15 noch 70 — 60

= 10 Volt und = 0,3 Amp. frei. Funken-

33.33 ^F

bildung ist demnach ausgeschlossen. Der andere äußerste Fall der Spannungs- und Strom Verhältnisse tritt am Ende der Ladung ein, wo die Gegenspannung = 84 Volt geworden und der veränderliche Widerstand von 2 Ohm kurzgeschlossen ist. Beim öffnen des Kontaktes 9 ist Spannung und Strom gleich Null. Beim Öffnen des Kontaktes 11 ist die Wechselstromspannung aber auf 80 Volt gesunken. Die Überspannung der Batterie

von 4 Volt liefert einen Rückstrom von

61,6

! = 0,53 Amp. Dabei ist Funkenbildung ausgeschlossen. Beim Öffnen des Kontaktes 13 j liefert die Überspannung der Batterie von 84· — 75 = 9 Volt einen Rückstrom von

= 0,9 Amp. Auch dabei ist Funken-

31)33

10,50

bildung ausgeschlossen. Beim öffnen des Kon- _go taktes 15 ist die Überspannung auf 14 Volt

gestiegen, die Stromstärke aber auf

= 0,45 Amp. gesunken. Auch diese Werte bewegen sich unterhalb der Grenzen der Abb. 2.

Claims

P ATENT-Ansprüche:

1. Pendelgleichrichter mit schwingendem Anker, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Kontaktgebung der Anker nacheinander mehrere Kontaktstücke berührt, welche über Widerstände parallel in den Stromweg gelegt sind, so daß bei Kontaktschluß die Widerstände nacheinander ausgeschaltet, bei Kontaktöffnung nacheinander eingeschaltet werden.

2. Pendelgleichrichter nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker an einem Querarm die Kontakte trägt, welche nacheinander die federnd gelagerten no Kontaktstücke berühren und dadurch die Widerstände schalten.

3. Pendelgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker mehrere Querarme trägt, deren jeder ein oder zwei Kontaktstücke berührt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.