DE447489C - Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ein- oder Mehrphasen-Wechselstroeme mit Hilfeeiner Batterie galvanischer Elemente, insbesondere Akkumulatoren - Google Patents

Description

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S. A. Kukel in Moskau.

Die günstige Eigenschaft elektrischer

Akkumulatoren als bewegliche Stromquelle und als Speicher für elektrische Energie konnte bisher nur in Gleichstromanlagen vollständig ausgenutzt werden.

Man hat zwar auch schon verschiedentlich versucht, sie in Verbindung mit geeigneten Schaltvorrichtungen für Wechselstromanlagen zu verwenden. Jedoch traten bei den bisher ίο vorgeschlagenen Anordnungen große Schwierigkeiten 'dadurch auf, daß die einzelnen Akkumulatorengruppen ungleichmäßig ausgenutzt wurden, oder eine weit größere Anzahl Zellen vorgesehen werden mußte, als der Spannung entsprach. Femer bewährten sich die Schaltungen nicht, falls sich im Stromkreis induktive oder kapazitive Belastungen befinden oder die Wechselstromkurve unsymmetrisch war. Diese Schwierigkeiten beseitigt der umlaufende Zellenschalter gemäß der Erfindung. Er gibt außerdem eine neue Möglichkeit, die Phasen- oder Periodenzahl eines Wechselstromnetzes umzuformen. Man kann ferner mit seiner Hilfe den wattlosen Strömen entgegenwirken sowie die Drehzahl von Drehstrominduktionsmotoren in weiten Grenzen regem, als auch eine vorteilhafte Methode zur Fernübertragung von elektrischer Energie mittels hochgespannter Gleichströme oder Wechselströme geringer Periodenzahl erhalten.

Der Gegenstand der Erfindung ist schematisch in den Abb. 1, 2 und 3 dargestellt. In allen diesen Abbildungen, soll jedes dargestellte Element eine ganze Gruppe in Reihe geschalteter Zellen vorstellen. Diese Gruppen, deren Anzahl 'eine beliebige sein kann, sind an die Lamellen eines Stators angeschlossen, über welche die durch einen Hilfsmotor in Umdrehung versetzte Rotorbürsten gleiten.

Die Schaltungen sind grundsätzlich umkehrbar. Wenn an die Wechselstromklemmen ein Verbrauchskreis oder eine Stromquelle mit niedrigerer EMK als die von der Batterie gelieferten, angeschlossen ist, so entlädt sich die Akkumulatorenbatterie, indem sie an den Stromkreis Wechselstrom abgibt, dessen Frequenz von der Tourenzahl des Hilfsmotors abhängig ist.

Werden dagegen die Klemmen mit einer Wechselstromquelle verbunden, deren EMK größer ist als die von der Batterie erzeugte, und läuft außerdem der Hilfsmotor mit der Wechselstromquelle synchron, so werden die Akkumulatoren geladen.

In beiden Fällen durchläuft der Strom die Zellen ständig in gleicher Richtung.

Abb. 2 stellt eine weitere Entwicklung der Anordnung gemäß der Abb. 1 dar. Beide Bürsten stehen sich gegenüber. Stromwender und Zellenschalter sind auf einem Ring vereinigt, auf dem zwei um i8o° gegeneinander verschobene Bürsten gleiten, die über zwei Schleifringe mit dem Wechselstromnetz verbumden sind. Bei dieser Anordnung können entweder die Bürsten oder das unterteilte Ringsystem umlaufen.

Bei geeigneter Anordnung mehrerer Bürsten und Schleifringe ist diese Anordnung zur Umformung von Mehrphasenstrom verwendbar.

Eine vereinfachte Schaltung für Drehstrom, ist in Abb. 3 dargestellt. Diese Schaltung weist den bedeutenden Nachteil der beiden vorigen Schaltungen nicht auf, daß nämlich die volle Batteriespannung zwischen benachbarten Statorlamellen liegt.

Jedoch ergibt auch diese Anordnung ebenso wie die beiden vorher erwähnten keine 80 · reine Sinuskurve für den Wechselstrom und ist überall da nicht zu gebrauchen, wo 'eine Phasenverschiebung im Wechselstromnetz vorhanden ist. Den sinusförmigen Verlauf der Stromkurve kann man durch Anordnung verschieden breiter Lamellen in den verschiedenen Zonen erreichen; der zweite Nachteil erfordert dagegen eine bedeutende Komplizierung der Konstruktion, nämlich die Verwendung zweier Statoren bei einem Rotor oder umgekehrt.

In Abb. 4 sind die Arbeitsverhältnisse der Akkumulatorenbatterie mit einem Umformzellenschalter beliebiger Ausführung zweimal graphisch dargestellt, und zwar für den theoretisch möglichen Fall einer Batterie mit unendlich großer Anzahl Teile. Die Punkte der horizontalen Geraden t stellen die momentane Lage der Bürste vor, welche die Teile der Batterie im Stromkreis ein- und

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ausschaltet. Die Kurvet zeigt das Potential bei der Bürste. Wenn die Belastung des Umformzellenschalters induktionsfrei ist, so entspricht die Stromkurve i_w der Potentialkurve E. Wenn die Bürste in der Lage ι (links) steht, so wird ein gewisser Teil der Batterie eingeschlossen, und wenn die Bürste in die Lage ι (rechts) kommt, so wird dieselbe Gruppe aus dem Stromkreis ausgeschlossen. So stellt der Abschnitt i-i den Zeitraum der Arbeit des Batterieteils während einer halben Periode vor und die schräg gestrichelte Fläche entspricht der Elektrizitätsmenge, welche von diesem Batterieteil während der Halbperiode abgenommen wird. Die rechte Hälfte der Abb. 4 stellt denselben Vorgang wie die linke Hälfte vor, mit dem Unterschied, daß rechts der Arbeitsgang eines Batterieteiles 2-2 dargestellt ist, welcher Teil symmetrisch dem Teil i-i auf dem anderen Ende der Batterie gegenübersteht.

Wenn die Einrichtung an einen Induktionsstromkreis angeschlossen ist, so wird die Stromkurve /„./ für die Akkumulatoren um 90⁰ gegen die Potentialkurve E verschoben.

In der Mitte der Halbperiode ändert der Strom seine Richtung, und so wird die Batterie im ganzen während einer Hälfte der Zeit bei dem wattlosen Strom geladen (die Fläche unter der horizontalen Geraden) und während der anderen Hälfte der Zeit entladen (die Fläche über der Horizontalen).

Wenn man die Verluste vernachlässigt, so soll die Batterie im ganzen beim Durchgang des wattlosen Stromes ihre Ladung nicht ändern. .Aber für einzelne Batterieteile ist das nicht richtig. Abb. 4 zeigt z. B. auf der linken Hälfte, daß ein Teil, welcher zwischen i-i arbeitet, mehr Ladung bekommt, als er entladen wird. Auf der rechten Seite der Abb. 4 bemerkt man, daß der symmetrische Teil 2-2 im Gegenteil eine größere Elektrizitätsmenge abgibt als er bei Ladung bekommt. Also wird der wattlose Strom in der Batterie so wirken, als ob er die Ladung von einem Ende der Batterie zum andern überträgt, und nach einiger Zeit werden die Akkumulatoren an einem Ende der Batterie gänzlich entladen und an dem anderen Ende stark überladen sein. Aus derselben Abb. 4 kann man ersehen, was für ein Mittel die Schwierigkeiten des wattlösen Stromes beseitigen kann; man müßte dafür die zweite Hälfte der Abb. 4 umdrehen, d. h. während des zweiten Teiles des Ganges der Bürste soll der Batterieteil in einer umgekehrten Reihenfolge gegen die erste Hälfte ein- und ausgeschlossen sein.

Solch eine Schaltung ist mittels nur eines Kollektors und eines Rotors nicht ausführbar/ Die Anordnung zweier, unter Anwendung eines Differenzialgetriebes sich entgegengesetzt drehender Rotoren würde zu kompliziert ausfallen. Man wählt daher eine Anordnung nach Abb. 5 mit zwei Statoren und einem Rotor. Die beiden Statoren sind Spiegelbilder voneinander. Zwecks Stromabnahme und Zuführung benötigt man je eine Bürste pro Phase. Die beiden Statoren sind, wie aus Abb. 5 ersichtlich ist, so gegeneinander verschoben, daß die eine der beiden auf den unterteilten Kommutatoren befindlichen Bürsten über die Lamellen gleitet, und so sich die Spannung an ihr von Null bis zum Maximum ändert, die andere dagegen auf dem ungeteilten Segment läuft und so an konstanter Spannung Hegt. Bei weiterem Drehen ändert sich die Sachlage, indem die erste Bürste an der konstanten Spannung liegt, während die andere über die Lamellen gleitet. Auf diese Art verursacht die eine Bürste ständig den aufsteigenden Teil der Spannungskurve, die andere den abfallenden Teil.

Die Bürsten sind über die Schleifringe, die ebenfalls auf der Rotorachse sitzen, mit der Stromquelle oder dem Verbrauchskreise verbunden. In Abb. 5 besitzt der Kollektor eine Teilung nach einer Sinuskurve, jedoch sind diese Teilungen grundsätzlich auch für eine beliebige geometrische, z. B. auch asymmetrische Kurvenform ausführbar.

Durch entsprechende Vermehrung der Schleifringe usw. kann die Anordnung für Mehrphasenstrom verwendbar gemacht werden. Es darf jedoch keine Verkettung bei den am Umformer liegenden Phasen vorhanden sein, da sonst Teile der Batterie kurzgeschlossen werden. Man wird vielmehr bei Drehstrom, z. B. die drei Phasen an die drei getrennten Primärwicklungen eines Transformators führen, dessen sekundäre Wicklungen in bekannter Weise verkettet sind.

Es muß hervorgehoben werden, daß es für die Akkumulatorenbatterie, welche als Generator oder Verbraucher von Mehrphasenstrom arbeitet, völlig belanglos ist, ob die einzelnen Phasen gleich oder ungleich belastet sind. Durch Vermehren der Lamellengruppen und der Bürsten kann die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors herabgesetzt werden. Da sich bei einer derartigen Ausbildung des Kommutators der Strom auf die Bürsten verteilt, eignet sie sich besonders für große Stromstärken.

Beim Übergang der Bürsten von einer Lamelle zur andern werden die Zellengruppen der Reihe nach kurzgeschlossen. Um die hierdurch auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen, sind z. B. in jede oder jede zweite Zuleitung (vgl. Abb. 5) zu den Zellen Widerstände eingeschaltet.

Wenn die* Akkumulatorenbatterie vermittels eines Umformzellens charters von einem Wechselstromgenerator geladen wird und gleichzeitig Gleichstrom abgibt, oder umgekehrt, wenn sie durch den Umformzellenschalter Wechselstrom liefert und mit Gleichstrom geladen wird, werden bei den oben beschriebenen Schaltungen die Batteriegruppen nicht gleichmäßig belastet; die äußeren ίο Gruppen werden weniger beansprucht als die mittleren. Der Unterschied beträgt etwa 20 Prozent. Wenn die Stärke des Gleichstroms in der Weise geregelt wird, daß die äußeren Zellen in vollständig geladenem Zustand erhalten werden, so werden die mittleren überladen, und es betragen die hierbei entstehenden Verluste auch etwa 20 Prozent.

Wo dieser Umstand unzulässig ist, kann man entweder die Gruppen nach bestimmten Betriebszeiten vertauschen oder man kann noch einen weiteren mit Kommutatorlamellen versehenen Stator (vgl. Abb. 6) verwenden. Der Rotor dieses Zusatzstators III unterscheidet sich nicht im geringsten von den. Rotoren der Hauptstatoren und sitzt mit ihnen auf der gleichen Welle. Seine Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Hauptumformzellenschalter I, II die Batterie entladet, werden sie über den Zusatzstator geladen, und zwar die einzelnen Gruppen derselben nicht in gleicher Weise, 'er ladet vielmehr diejenigen Gruppen mehr, welche sich stärker entladen. Wenn der Hauptumformzellenschalter die Batterie ladet, so entladet sie der Zusatzstator, und zwar diejenigen Gruppen stärker, welche stärker geladen werden. Auf diese Weise ermöglicht der Zusatzstator in allen Fällen die Rückgabe der überschüssigen Strommenge an den Stromkreis und hebt die Ungleichmäßigkeit unter den einzelnen Gruppen völlig auf. Dieser Zusatzstätor lösit das Problem, die ungleiche Belastung der Zellen zu vermeiden, ziemlich vollkommen.

Er hat nur den Nachteil, daß er die Schaltung recht kompliziert macht. . Die Kurven C/, Cu, Cm (Abb. 6) bedeuten die Potentialkurve für die Kollektoren I, II, III, und zwar beschreibt, die Ordinate in jedem einzelnen Punkt der Kurve "das Potential der für Abzissen aufgetragenen einzelnen Teile des Kollektors.

Die Ordinaten entsprechen gleichzeitig der Zahl der von den .Kurven aufgezeichneten Batteriegruppen, welche in dem entsprechenden Punkt an den Kollektor angeschlossen sind. Die Kurven haben die praktische Bedeutung, daß main mit ihrer Hilfe die Potentialdifferenz zwischen zwei Bürsten jedes KbI-lektors in jeder beliebigen Stellung errechnen kann.

In Fällen, wo der Umformzellenschalter mittels Akkumulatoren einen gegebenen Wechselstrom in* solchen von anderer Frequenz umwandeln soll sowie auch in allen denjenigen Fällen, wo die Batterie durch den Umformzellenschalter geladen und entladen wird, findet die oben erwähnte Ungleichmäßigkeit der Ladung einzelner Gruppen nicht statt, und man benötigt in diesen Fällen die Gruppenumschalter sowie den Zusatzstator nicht. Dienen die 'Akkumulatoren bei derartigen Anlagen nicht nur als Spannungsteiler, son- *~ dem liefern sie" selbst den" Wechselstrom, so wird man den Spannungsabfall der Akkumulatoren während der Entladung durch Änderung der Übersetzung eines im Wechselstromkreis einzuschaltenden Stromtransformators ausgleichen.

Als Antriebsmotor für den Umschalter wählt man einen nicht zu schwach dimensionierten Synchronmotor, falls die Anlage aus einem Wechselstromnetz gespeist wird. Soll das Netz aus der Batterie mit Wechselstrom gespeist werden, so benutzt man einen Nebenschlußmotor. Gegebenenfalls kann man auch einen Nebenschlußmotor,; der noch Schleifringe besitzt und daher gleichzeitig als Synchronmotor laufen kann, verwenden.

Durch Änderung der Gleichstromerregung des als Synchronmotor ausgebildeten Hilfsmotors hat man die Möglichkeit, in gewissen Grenzen ein Voreilen oder Nachbleiben des Stromes zu erhalten, welcher von der Batterie durch den Umformerzellenschalter geliefert wird. In weiteren Grenzen kann man die Phasenverschiebung· dadurch regeln, daß man einen der Umformzellenschalter derart baut, daß man während des Betriebs die Lagen des Umformerrotors und Hilfsmotorrotors oder bei gleichbleibender relativer Lage der beiden Motoren die relative Lage der Statoren gegenüber dem Rotor ändert. Dadurch wird der Umformzellenschalter als Phasenverschieber verwendbar.

An und für sich kann der Umformzellenschalter mit Akkumulatoren und galvanischen Elementen von verschiedensten Typen und Systemen arbeiten. Für die Mehrzahl der möglichen Verwendungen erweist es sich jedoch als vorteilhafter, alkalische Sammler zu benutzen, welche eine bedeutende Überlastung zulassen und eine' einfachere Bedienung beanspruchen.

DJe Kapazität der . Batterie ist für die meisten Verwendungen von Umformzellenschaltern eine sehr geringe. Es werden z. B. 'die alkalischen Sammler mit Oberflächenplatten Verwendung finden." können. In einigen Fällen wären auch die einfachsten Gasakkumulatoren zweckmäßig. Man kann z. B. einfache Polarisationszellen verwenden. "

Der oben beschriebene Umformer kann recht verschieden verwendet werden, einige der wichtigsten Verwendungsmöglichkeiten seien im folgenden hervorgehoben.
Er eignet sich:

1. als transportabler Wechselstromgenerator, bei welchem die Energie in Akkumulatoren aufgespeichert ist;

2. zum Laden von Akkumulatorenbatterien von einem Wechselstromnetz;

3. zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt;

4. zur Umformung von Wechselstrom einer Art in solchen anderer Art, z. B. als Periodenumformer;

5. zur Speisung von Induktionsmotoren in Fällen, wo eine weite Regulierung der Tourenzahl (z. B. bei Bahnmotoren) und eine möglichst wirtschaftliche Arbeitsleistung bei plötzlich und schnell wechselnden Belastungen verlangt wird;

6. zur Bekämpfung der technischen und wirtschaftlichen Nachteile der wattlosen Ströme;

7. zur Kraftübertragung mittels hochgespannten Gleichstroms;

8. zur Kraftübersetzung mittels Wechselstrom von beliebig niedriger Periodenzahl bei Verwendung von Generatoren, Transformatoren und sonstigen Verbrauchern von normaler Periodenzahl;

9. zur Erzeugung von beliebigen Formen der Spannungskurven.

Der Umformzellenschalter in Verbindung mit einer transportablen Akkumulatorenbatterie ermöglicht, z. B. bei elektrischen Lokomotiven für gemischten Oberleitungs- und Akkumulatorenbetrieb oder mit reinem Akkumulatorenbetrieb, die Ladung d,er Zellen am beliebigen Orte von einem Wechselstromnetz aus.

Eine solche Vorrichtung bewährt sich ferner in Fällen, wo Wechselstrom von einem transportablen Generator entnommen werden

« soll.

Der Umformzellenschalter erweitert in hohem Grade die Verwendungsmöglichkeit transportabler Akkumulatoren. Auch bietet er der Schwachstromtechnik viel Neues, da er bei geeigneter Ausbildung gestattet, einer Batterie Ströme von beliebigen, vorher angegebenen Kurvenformen zu entnehmen.

Der Schaltplan einer vollständigen Umformeranlage ist in Abb. 7 dargestellt und gibt die Verbindung der schon beschriebenen Teile an. Die oberhalb der Batterie dargestellte Schaltanlage stellt den Gruppenumschalter dar. Dieser kann in dem Fall, wenn die Batterie durch Wechselstrom geladen und entladen wird, fortfallen.

M ist der Hilfsmotor, der die zwei Bürstensätze dreht. Die Bürsten sind schematisch durch xxxx bezeichnet. Die sechs Schleifringe sind mit den Bürsten direkt durch Leitungen verbunden. Jeder Satz der Schleifringe hat drei feste Bürsten, die durch einen dreipoligen Schalter mit den drei Primärwicklungen des Transformators verbunden sind. Die drei Windungen haben hier keine direkte Verbindung. Aber die Sekundärwickhingen sind in üblicher Weise in Sternschaltung an einem Ende verbunden. Am anderen Ende werden die Wicklungen zum äußeren Stromkreis angeschaltet.

Auf der Abbildung ist auch der Stromkreis des Hilfsmotors gezeigt, und zwar ist oben die Schaltung von der Wechselstromseite durch einen kleinen Hilfstransformator gezeigt, unten die Gleichstromschaltung mit einem Regulierwiderstand zur Batterie. In jeder Schaltung ist ein Schalter vorgesehen. Oben ist er dreipolig, unten zweipolig. Der Motor wird von oben (auf der Abbildung), d.h. von der Wechselstromseite in dem Falle gespeist, wenn die Batterie durch die Vorrichtung parallel mit Wechselstrommaschinen ,den äußeren Stromkreis speist, und auch wenn die Batterie geladen wird. Von der Gleichstromseite wird der Motor beim Anlauf gespeist und auch wenn die Batterie allein Wechselstrom abgeben soll.

Außerdem werden auf der Zeichnung die Meßinstrumente gezeigt. Λ heißt Amperemeter, Υ = Voltmeter, 5 = Synchronoskop, Ph — Phasenmeter.

Sobald eine Akkumulatorenbatterie von einer Gleichstromquelle gespeist wird und gleichzeitig eine Wechselstromentladung durch den Umformzellenschalter vorliegt oder umgekehrt, bildet das System (Akkumulatorenbatterie oder kapazitätslose Elemente) und der Umformzellenschalter einen Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler sowie auch umgekehrt.

Infolge eines sehr hohen Wirkungsgrades kann das System nicht nur mit einem Motorgenerator in Konkurrenz treten, sondern auch mit dem Einankerumformer. Der wesentliche Unterschied ist dabei der Umstand, daß die Umformung der einen Art elektrischer Energie in eine andere nicht durch die Kraft eines Magnetfeldes entsteht, sondern durch eine elektrochemische.

Das hier beschriebene System bietet infolge der Pufferwirkung der Batterie die Möglichkeit einer beliebigen zeitweisen Überlastung und die Unabhängigkeit der Arbeit von einer ungleichmäßigen Phasenbelastung.

Die Höhe der Gleichspannung ist, wenn man die Verluste unberücksichtigt läßt, gleich der Amplitude der Wechselspannung. Berücksichtigt man die Verluste, so ist die

Gleichstromspannung etwas größer oder geringer, je nachdem die Batterie den Strom liefert oder geladen wird.

Die Stärke des Gleichstroms ist bei Nichtbeachten der Verluste gleich der halben Amplitude des Wechselstroms, multipliziert mit der Phasenzahl.

Dadurch, daß sich Wechsel- und Gleichstrom in den einzelnen Akkumulatoren über-ο lagern, verringern sich die Ohmschen Verluste, wie das auch bei dem Einankerumformer der Fall ist.

Eine Batterie, welche speziell für Umformung gebaut ist und keine anderen Aufgaben zu lösen hat, kann sehr einfach und billig ausfallen.

Sehr bequem ist es auch, eine Akkumulatorenbatterie nebst Umformzellenschalter zur Umformung von Wechselstrom in Wechselstrom zu verwenden.

Hierbei gibt es keinerlei Verluste durch ungleichmäßige Beanspruchung der einzelnen Gruppen. Man kann auch die Kapazität der Zellen klein wählen.

Im allgemeinen benötigt man für diese Art der Umformung eine Batterie und zwei Umformzellenschalter gemäß Abb. 8. Doch sind in einigen Fällen Vereinfachungen möglich, wenn z. B. beide Ströme sich nur durch die Phasenzahl unterscheiden, so genügt ein Umformzellenschalter mit Zusatzbürstenhalter und Rotorringen.

Wenn die Ströme sich nur in der Periodenzahl unterscheiden, so müssen zwei Rotoren vorhanden sein. Man kann mit nur einem breiteren Stator auskommen, auf dessen einer Seite die Bürsten für die höhere, und auf dessen anderer Seite die Bürsten für die niedrigere Frequenz kreisen.

Falls die Periodenzahlen keiner Veränderung unterliegen, kann man beide Rotoren von einem einzigen Motor durch geeignete Vorgelege mit verschiedenen Geschwindigkeiten antreiben.

"Der Umformzellenschalter nebst Batterie von sehr geringer Kapazität in Form eines Frequenz- und Phasenwandlers kann vorteilhaft zur Speisung von Induktionsmotoren gebraucht werden, und zwar in den Fällen, So wo eine Tourenzahlregelung in weiten Grenzen verlangt wird, so z. B. bei elektrischen Bahnmotoren. Man verwendet dann z. B. eine Schaltung, bei welcher die Oberleitung Einphasenstrom führt und die Lokomotiven mit Drehstrominduktionsmotoren ausgerüstet sind. Auf der Lokomotive befindet sich eine Akkumulatorenbatterie von geringer Kapazität sowie zwei Umforrnzellenschalter, von denen einer die Batterie von der Oberleitung ladet, der andere dagegen die Induktionsmotoren mit Drehstrom speist. Der Hilfsmotor dieses Umformzellenschalters wird mit Gleichstrom von der Batterie aus betrieben, so daß seine Taurenzahlregelung in weiten Grenzen möglich ist; auf diese Weise kann man durch Regelung der Drehzahl des Hilfsmotors die Drehstromfrequenz und damit die Drehzahl der Bahnmotoren regem. Dergleichen Anwendungen von Kleinkapazitäts-Akkumulatorenbatterien inebst Umformzellens ehaltern sind in allen den Fällen angebracht, wo die Schwierigkeit der Tourenreglung den Gebrauch der Induktionsmotoren erschwert.

Die Abb. 9 zeigt schematisch 'eine Anlage, bei welcher ein Transformator zur Beseitigung der wattlosen Ströme verwendet wird und erläutert, wie die Batterie als Pufferbatterie (auch für Blindströme) mit dem Umformzellenschalter zur Leitung angeschaltet wird.

Es wird schematisch eine Dreiphasenleitung gezeigt, an der links ein Generator die Stromabnehmer (rechts in der Abbildung dargestellt), speist.

Die Vorrichtung ist an einer Stelle angeschaltet, wo man eine konstante Spannung haben will, und wo man evtl. den cos φ (Leistungsfaktor) ausgleichen will.

Die ganze Vorrichtung ist dieselbe, wie in den früheren Abbildungen, nur ist hier eine andere feinere Methode für Spannungsregulierung gezeigt, und zwar durch eine Zuisatzmaschine (als ZAf bezeichnet) oder durch einen Potentialregulator (als PR bezeichnet).

Eine Akkumulatorenbatterie mit Umformerzellenschalter, welche über einen besonderen Transformator an dem äußeren Stromkreis liegt, befindet sich am Anfang der Abzweigung von der Hauptleitung zu den Verbrauchern, wo sich z. B. Motore mit schlechtem Leistungsfaktor und unregelmäßiger Belastung befinden. Die Batterie wird durch den Umformzellenschalter von der Hauptleitung geladen und in sie entladen. Der Umformzellenschaltet kann so eingestellt werden, daß in der gesamten Leitung vom Generator bis zur Batterie nur Wattstrom fließt. Die Rolle des Umformzellenschalters ist in diesem Fall ähnlich der Rolle eines Einankerumformers, der gleichzeitig zur Kompensierung der watt- no losen Ströme benutzt wird. Die Batterie ersetzt aber außerdem bei der Anlage eine Pufferbatterie und ermöglicht eine gleichmäßige Belastung des Generators bei Belastungsschwankungen des Netzes. Ideal würde eine Zentrale arbeiten, wenn die Generatoren ausschließlich nur Akkumulatorenbatterien laden würden, welche bei den einzelnen Verbrauchern oder Verbrauchergruppen aufgestellt sind, die Zellenkapazität könnte dabei eine verhältnismäßig geringe sein.

Durch den Umformzellenschalter kann

Claims (3)

1. ferner die Kraftübertragung durch hochgespannten Gleichstrom verwirklicht werden. Die Abb. iö zeigt eine derartige Anlage. Die Fernleitung ι verbindet zwei derartige Gruppen von Batterien. Diese sind einander entgegengeschaltet. Die Zellen dieser Batterien sind nach Muster der elektrochemischen Überspannungssicherungen als Polarisationszellen ausgeführt und besitzen eine äußerst geringe

   ίο Kapazität. Jede Batterie besteht aus einer Anzahl von in Serie geschalteten Gruppen 2, deren jeder einen Hochspannungs-Umformzellens charter 3 zugeordnet ist. Diese Umformzellenschalter sind an die Hochspannungswicklungen 4 von Transformatoren 4, 5 angeschlossen, welche mit der Niederspannungswicklung in der Zentrale an die einzelnen Generatoren mittels Leitungen 6 angeschlossen, in der Unterstation dagegen mit den die Verbraucher versorgenden Speiseschienen verbunden sind. Der sich in der Generatorenzentrale befindende Umformzellenschalter ladet die Batterie mit hochgespanntem Wechselstrom und die Umformzellenschalter der Unterstation erhalten solchen von der Batterie. Die Batterie der Zentrale, mit Wechselstrom geladen, speist die Fernleitung mit Gleichstrom, welcher die Batterie der Empfangsstation ladet, die ihrerseits über Zellenschalter an die Verbraucher Wechselstrom liefert.

   Bei derartigen Anlagen müssen die Umformer mit drei Kollektoren, wie in Abb. 10 dargestellt ist, versehen sein.

   Auch ist es möglich, durch die Umformzellenschalter eine Hochspannungsübertragung gemäß Abb. 11 auszuführen, und zwar mittels hochgespanntem Strom von sehr geringer Frequenz.

   Hierfür werden die vorher geschilderten Frequenzwandler verwendet, und zwar solche für Hochspannungsbatterien. Mehrere solche Wandler sind in der Zentrale und beim Verbraucher aufgestellt. Die niederfrequenten Hochspannungsseiten sind in Reihe geschaltet. Auf diese Art kann man bei Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens, alle Generatoren, Transformatoren und Verbraucherstellen für eine normale Periodenzahl bauen.

   Pate ntαν sprüc ηε:

   ι. Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ein- oder Mehrphasen-Wechselströme mit Hilfe einer Batterie galvanischer Elemente, insbesondere Akkumulatoren, durch stufenweises Einschalten verschiedener Gruppen der in Reihe geschalteten Elemente mittels eines oder mehrerer Kollektoren, deren Lamellen an die Elementengruppen angeschlossen sind und mittels eines mit dem Kollektor zusammenarbeitenden umlaufenden Teiles, der die auf dem Kollektor schleifenden Bürsten und mit den Bürsten verbundene Schleifringe trägt und durch einen Motor in eine der Periodenzahl des betreffenden elektrischen Stromes entsprechende Drehung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren in an sich für rotierende Gleichrichter bekannter Weise derart in 'einzelne Abschnitte unterteilt sind, daß auf einen nicht unterteilten Abschnitt ein unterteilter folgt, daß ferner letztere Abschnitte derart unterteilt sind, daß sich bei gleichmaßiger Gruppenunterteilung der Batterie eine vorbestimmte Spannungskurve ergibt, und daß des weiteren die Lamellen der verschiedenen Abschnitte eines Kollektors derart mit den GruppeiL der Batterie verbunden sind, daß nach je einer halben Periode die Reihenfolge, in welcher die Batterieteile ein- oder ausgeschaltet werden, sich umkehrt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei festste- 8g hende Kollektoren vorgesehen sind, bei denen die unterteilten Abschnitte derart ausgebildet sind, daß die Lamellen des einen beim Fortschreiten im Sinne der Uhrzeiger'drehung kleiner, und die des go anderen beim Fortschreiten in demselben Sinne größer werden, und daß auf der Innenfläche jedes Kollektors eine der Phasenzahl des Wechselstroms entsprechende Anzahl Bürstenpaare umläuft, welche über je ein Paar mit umlaufende Schleifringe zu den beiden Enden der nicht verketteten Phasen des Wechselstromnetzes führt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, um bei Verwendung der Einrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt eine gleichmäßige Beanspruchung der Batteriegruppen zu sichern, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Kollektoren gemäß Anspruch 2 ein weiterer Kollektor mit einem Bürstensystem wie bei den anderen Kollektoren vorgesehen ist, welcher derart unterteilt, geschaltet und angeordnet ist, daß er diejenigen Zellengruppen, welche während ι ίο des Betriebes stärker aufgeladen oder entladen werden, entsprechend der erhöhten Ladung oder Entladung stärker entlädt oder lädt.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.