DE460488C

DE460488C - Umformer fuer elektrische Stroeme

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Publication number: DE460488C
Application number: DED48654D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1925-05-18
Filing date: 1925-08-27
Publication date: 1928-05-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umformer für elektrische Ströme. Es sind derartige Einrichtungen bekannt gewesen, bei denen durch einen umlaufenden Schalter Akkumulatoren, Kondensatoren 0. dgl. nacheinander oder gruppenweise geladen und in Reihe entladen werden. Diesen bekannten Einrichtungen hafteten jedoch betriebstechnische Mängel an, da sie nicht funkenfrei arbeiteten und im übrigen einen regelmäßigen Strom an der Sekundärseite nicht liefern konnten.

Durch die Erfindung werden die genannten Mängel beseitigt und eine außerordentlich kleine und regelmäßig arbeitende Einrichtung dadurch geschaffen, daß die einzelnen aufzuladenden Elemente in an sich bekannter Weise zu einem geschlossenen Ringe mit zwei wie bei einer Ringankerwicklung mit Stromwender gegeneinandergeschalteten Wicklungshälften verbun-

ao den sind, 'und daß der umgekehrte Strom von festen, symmetrisch zueinander gelegenen Punkten dieses Ringes abgenommen wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt:

Abb. ι einen Umformer zur Umwandlung von Gleichstrom niedriger Spannung in Gleichstrom höherer Spannung oder umgekehrt,

Abb. 2 einen Umformer zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom gleicher Spannung oder umgekehrt,

Abb. 3 eine weitere Ausführungsform nach Abb. 2.

Bei der in Abb. 1 dargestellten Ausführungsform besteht die Sekundärseite aus 32 Elementen. Die Spannung der Elemente 1 bis 16 ist der Spannung der Elemente 1' bis 16' entgegengeschaltet. Die Klemmen M und iV bilden demnach die Enden zweier parallel zueinander geschalteter Gruppen von in Reihe geschalteten Elementen (Akkumulatoren, Kondensatoren 0. dgl.). An die Klemmen M und N kann ein äußerer Nutzstromkreis angeschlossen werden, der den Elementen Strom entnimmt. Die Primärspannung wird an die Klemmen A, B angelegt und gelangt von dort auf die Halbringe C, C, D, D', die paarweise zueinander konzentrisch angeordnet sind. Die beiden Halbringe C und C und die Halbringe D und D' haben paarweise gleiche Polarität, wobei die Polarität zwischen den Halbringen C, C und D, D' entgegengesetzt ist. Zwischen die Halbringe C und C und D und D' sind kleine Isolierstücke q eingeschaltet. Die Pole der einzelnen Elemente sind mit leitenden Segmenten P verbunden, die durch Segmente Q aus Isoliermaterial voneinander getrennt sind. Über diese Segmente laufen Schleifbürsten G und H, die an einem um eine Achse E rotierenden Teil .F, der den Schalthebel bildet, befestigt und mit den auf den Schleifringen C, D' und

C, D schleifenden Kontaktbürsten S, T verbunden sind.

Bei der Drehung des Schalthebels F schleift die Bürste S nacheinander über die Halbringe C und D' und passiert bei jeder halben Umdrehung das Isolierstück q, das die Enden der Halbringe voneinander trennt.

Die Bürste T schleift unter denselben Bedingungen über die Halbringe D und C. ίο Bei der in Abb. ι dargestellten Stellung des Schalthebels F wird gerade das Element 5 derart geladen, daß die Bürste H mit dem positiven und die Bürste G mit dem negativen Pol des Primärstromkreises verbunden ist. Diese Polaritäten werden so lange beibehalten, bis die Schaltvorrichtung bei ihrer Drehung in der Pfeilrichtung auf das Element 1 gelangt, für welches dieselben Polaritäten noch beibehalten werden. In diesem Augenblick nehmen die Bürsten S und T die punktiert dargestellte Lage S' und T ein.

Bei der weiteren Drehung dt s Schalthebels F gelangen die Bürsten 5 und T in die mit S" und T" bezeichnete Stellung, so daß in diesem Augenblick das Element 1' so geladen wird, daß jetzt die Bürste G mit dem positiven und die Bürste H mit dem negativen Pol des Primärstromkreises verbunden ist.

Diese Polarität der Bürsten G und H wird beibehalten, bis das Element 16' geladen ist. Bei dem Übergang der Bürsten G und H auf die dem Element 16 zugeordneten Kontakte P tritt dann wieder ein Wechsel der Polarität ein.

Da während der Bewegung der Schaltvorrichtung der Primärstrom bei jedem Durchgang der Bürsten G und H an den Isolierstücken Q unterbrochen wird, könnte man die Bildung von stärkeren Funken bei jeder Strom-Unterbrechung befürchten. Durch zweckmäßige Wahl der Geschwindigkeit der Schaltvorrichtung und der Kapazität der Elemente kann man jedoch dafür sorgen, daß, wenn die Bürsten zwei Metallkontakte passieren und im Begriff sind, dieselben zu verlassen, das mit diesen Kontaktstücken verbundene Element vollständig geladen ist. Der durch dasselbe gehende Ladestrom wird daher annähernd gleich Null, so daß die Unterbrechung des Primärstromes beim Werte »0« desselben erfolgt. Eine Funkenbildung kann somit nicht entstehen. Auch an den Isolierstücken q kann eine Funkenbildung nicht auftreten, da die Stromunterbrechung hier gerade in dem Augenblick stattfindet, wo die Bürsten G und H Isolierstücke Q passieren. Also auch an den Isolierstücken q wird der Strom, gerade wenn er gleich Null geworden ist, unterbrochen.

Bei der beschriebenen Arbeitsweise wirkt die Einrichtung als Spannungserhöher. Naturgemäß ist aber der Vorgang auch umkehrbar, so daß eine Spannungserniedrigung eintritt, und zwar dadurch, daß an die Klemmen M, N der Primärstrom angelegt und den Klemmen A, B ein Sekundärstrom von geringerer Spannung entnommen wird.

Eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt läßt sich wie folgt bewirken.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 ist es zur Aufladung der beiden an den Punkten M, N gegeneinandergeschalteten Elementenstromkreise nötig, daß der Primärstrom in der Schaltvorrichtung bei einer halben Umdrehung derselben umgekehrt wird. Diese Umkehrung erfolgt durch die Halbringe C, D' und C, D von verschiedener Polarität.

Man kann nun zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt die bei jeder halben Periode eintretende Stromumkehrung benutzen.

Eine zweckmäßige Ausführungsform zur Verwirklichung dieses Gedankens ist in Abb. 2 und 3 dargestellt.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 1 steht die Sekundär spannung zur Primärspannung in einem Übersetzungsverhältnis, das größer oder kleiner ist als i, so daß die Einrichtung als Spannungserhöher oder -erniedriger arbeitet. Bei den Vorrichtungen nach Abb. 2 und 3 ist das Über-Setzungsverhältnis dagegen gleich r.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 wird die Gleichstromspannung an die Klemmen M und N angelegt. Die Bürsten -der Schaltvorrichtung sind in diesem Falle auf den Enden eines Durchmessers angeordnet und drehen sich um die Achse E, indem sie die aufeinanderfolgenden, unter sich isolierten Metallkontakte durchlaufen, die hier einen wirklichen Dynamokollektor bilden. Bei dieser Anordnung verteilt sich der durch die Klemmen M, N zutretende Strom in die beiden Stromkreise 1 bis 16 und 1' bis 16', die aus einer Anzahl von Akkumulatoren, Kondensatoren o. dgl. bestehen können.

Bei der in Abb. 2 dargestellten Lage der Schaltvorrichtung F tritt der Strom durch die Bürste G ein, gelangt auf die Schiene C und, nachdem er den zwischen A und B eingeschalteten Wechselstromnutzstromkreis durchflossen hat, auf die Schiene D und tritt durch die Bürste H wieder in den Primärgleichstromkreis ein.

Dreht sich nun die Schaltvorrichtung F in der Pfeilrichtung, so fließt der Strom in der Schaltvorrichtung, wie oben erwähnt, weiter, jedoch nur während einer Vierteldrehung, bis die Schaltvorrichtung die in der Zeichnung punktiert dargestellte Stellung erreicht hat.

In dieser Lage wird der Strom in dem Stromkreis G, A, B, H gleich Null, weil die Bürsten G, H sich auf Kontakten gleicher Polarität befinden.

Von der Anfangsstellung an und während der ganzen Bewegu ng der Schaltvorrichtung F bis zu der punktiert dargestellten Lage nahm daher der Sl rom in dem Stromkreis zwischen den Klemmen A, B ständig bis zu dem Werte Null ab.

Bei der weiteren Drehung der Schaltvorrichtung in der Pfeilrichtung nimmt der Strom wieder zu, fließt aber jetzt in umgekehrter ίο Richtung. Das Maximum wird erreicht, wenn die Bürste G auf den der Klemme Λ" entsprechenden Kontakt P gelangt.

Von diesem Augenblick an nimmt der Strom in dem Sekundärkreis wieder ab, bis die Schaltvorrichtung wieder in die punktiert dargestellte Lage gelangt, wo die Bürste G sich auf dem zwischen die Elemente 8 und 9 geschalteten Kontakt P befindet. In diesem Augenblick ist der Strom wieder gleich Null, eo Von da ab wird der Strom wieder umggkehrt und nimmt zu, bis die Bürste G in ihre Anfangslage zurückgelangt, in der sie sich auf dem mit der Klemme M verbundenen Kontakt befindet.

Die Periode des zwischen den Klemmen A und B des Sekundärkreises auf diese Weise erhaltenen Wechselstromes entspricht einer vollen Umdrehung der Schaltvorrichtung, und die Dauer derselben ist gleich der Dauer einer Umdrehung dieser Vorrichtung.

Der Vorgang ist umkehrbar, da man nicht nur eine Primärgleichstromspannung an die Klemmen M, N anlegen und eine Wechselspannung bei .4, B abnehmen kann, sondern auch eine Primärwechselspannung bei A, B anlegen und eine Sekundärgleichstromspannung bei M, N abnehmen kann. Man muß nur hierbei der Schaltvorrichtung eine solche Drehzahl erteilen, daß die Dauer einer Umdrehung derselben der Dauer der Periode des verwendeten Primärwechselstromes entspricht.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 werden von den Bürsten G und H bei ihrer Bewegung über die Kontakte P, die gewissermaßen einen feststehenden Dynamokollektor bilden, einzelne Elemente nacheinander kurzgeschlossen. Dies ist dem Vorgang ganz ähnlich, der sich in einem Dynamokollektor abspielt. Um den Einfluß dieser Kurzschlüsse zu vermindern, ist es lediglich erforderlich, eine genügende Anzahl von Elementen zu wähl· n.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 3 ist der Elementenstromkreis in vier Teile geteilt und weist demgemäß vier Pole M, N, O, R auf.

Die gleichnamigen Pole werden miteinander verbunden.

Die Bürsten der Schaltvorrichtung sind in zwei Paaren vorgesehen und kreuzweise zueinander angeordnet. Sie arbeiten mit zwei Schleifringen C und D zusammen, die mit den Klemmen A und B verbunden sind.

Die Einrichtung nach Abb. 3 stellt in gleicher Weise wie die Einrichtung nach Abb. 2 einen umkehrbaren Umformer dar, der jedoch gegenüber der Einrichtung nach Abb. 2 den Unterschied aufweist, daß die Dauer einer Umdrehung der Schaltvorrichtung der Dauer von zwei Perioden des Wechselstromes entspricht.

Es sei nun im folgenden der Fall betrachtet, daß die Vorrichtung zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom dienen soll.

Die Gleichstromspannung ist an die Klemmen M (positiv) und N (negativ) angelegt. Die Klemme M steht mit einer gleichfalls positiven Klemme O und die Klemme N mit einer gleichfalls negativen Klemme R derart in Verbindung, daß die vier Gruppen von Elementen, die zwischen diesen vier Klemmen liegen, gegeneinandergeschaltet sind.

Unter der Wirkung der Gleichstromspannung fließt in diesen vier Gruppen der Strom in folgenden Richtungen:

In der Gruppe 1' bis 8' in der Richtung von 1' nach 8',

Der Sekundärwechselstrom wird nun auf folgende Weise erhalten.

In den vier Armen der umlaufenden Schaltvorrichtung F fließt in der in Abb. 3 dargestellten Stellung der Strom aus den Elementen, derart, daß die Bürsten G, G, die an den Schleifringen C und somit an die Klemme A angeschlossen sind, positiv sind. Unter den gleichen Umständen sind die Bürsten H, H, die mit dem Schleifring D und der Klemme B in Verbindung stehen, negativ.

Bei A und B wird also Strom von der gleichen Spannung abgenommen, wie sie an M und N angelegt ist, solange die Schaltvorrichtung in der dargestellten Lage feststeht.

Es sei angenommen, daß die Schaltvorrichtung im Sinne des Pfeiles um 45⁰ gedreht wird. In der Ausgangsstellung liegen die Bürsten G und H auf Kontaktteilen, die den Enden der vier Gruppen von Elementen entsprechen, und wie ausgeführt wurde, kann in diesem Augenblick an den Klemmen A (positiv) und B (negativ) Gleichstrom abgenommen werden. Nach der Drehung um 45 ~ befinden sich die Bürsten G und H auf Kontakten, die den Elementen entsprechen, welche in der Mitte der vier Gruppen von Elementen liegen. Da die Mitten der vier Gruppen gleiches Potential haben, wird kein Strom durch die Bürsten G und H fließen.

Nach der Drehung um 45 ° wird also die Spannung an A und B Null sein. Während dieser Drehung nimmt also die Spannung an A und B von einem Höchstwert auf Null ab. Bei einer weiteren Drehung um 45⁰ geht die Spannung an A und B von Null auf ein negatives Maximum, d. h. nach einer Drehung um 90⁰ hat die Spannung an A und B den gleichen Wert wie in der Ausgangslage, jedoch sind die Polaritäten umgekehrt.

Wendet man die gleiche Überlegung für eine volle Umdrehung der Schaltvorrichtung F an, so ergibt sich, daß an den Klemmen A, B eine sekundäre Wechselspannung erzielt wird, und zwar verteilt sich diese auf die einzelnen Teile der Umdrehung wie folgt:

Erste Drehung um. 45 °: die Spannung fällt von einem Höchstwert auf Null, zweite Drehung um 45 °: die Spannung fällt von Null auf einen Mindestwert,

dritte Drehung um 45⁰: die Spannung wächst von dem Mindestwert auf Null,

vierte Drehung um 45⁰: die Spannung wächst von Null auf einen Höchstwert. Bei der fünften bis achten Drehung um 45° wiederholt sich der gleiche Vorgang wie bei der ersten bis vierten Umdrehung um 45°.

Hieraus ist ersichtlich, daß einer vollen Umdrehung der Schaltvorrichtung F zwei Perioden des an den Klemmen A, B erhaltenen Wechselstromes entsprechen.

Wird an die Klemmen A, B eine Primärwechselspannung angelegt, so kann an den Klemmen M, N eine Sekundärgleichstromspannung erhalten werden, wenn die Drehzahl der Schaltvorrichtung derart gewählt wird, daß zwei Perioden des Wechselstromes einer vollen Umdrehung der Schaltvorrichtung entsprechen. Zusammengefaßt sei also nochmals gesagt, daß bei der Einrichtung nach Abb. 2 einer vollen Umdrehung der Schaltvorrichtung eine Periode und einer vollen Umdrehung der Einrichtung nach Abb. 3 zwei Perioden des Wechselstromes entsprechen.

Durch Zusammenstellung der Einrichtung nach Abb. 1 mit Einrichtungen nach Abb. 2 und 3 ist es möglich, beliebige Stromumwandlungen von Gleichstrom in Wechselstrom unter gleichzeitiger Änderung der Spannung vorzunehmen.

Bei der Vorrichtung nach Abb. 3 sind nur vier Pole angegeben, jedoch können die Elemente derart gruppiert werden, daß zwei w-Pole gebildet werden, wodurch die Frequenz für jede Umdrehung der Schaltvorrichtung erhöht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Umformer für elektrische Ströme, bei dem durch einen umlaufenden Schalter Akkumulatoren, Kondensatoren o. dgl. nacheinander oder gruppenweise geladen und in Reihe entladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen aufzuladenden Elemente in an sich bekannter Weise zu einem geschlossenen Ring mit zwei wie bei einer Ringankerwicklung mit Stromwender _β gegeneinandergeschalteten Wicklungshälften verbunden sind, und daß der umgeformte Strom von festen, symmetrisch zueinander gelegenen Punkten dieses Ringes abgenommen wird.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1 für die Umformung von Gleichstrom in solchen anderer Spannung oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zu den Ladebürsten über je zwei paarweise miteinander verbundene Halbringe erfolgt, deren durch Isolierstücke gebildete Stoßstellen entsprechend den festen Stromabnahmestellen des Elementenringes angeordnet und entsprechend dem Abstand der Ladebürsten in der Drehrichtung gegeneinander versetzt sind.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1 für die Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom von gleicher Spannung oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Bürsten auf den entgegengesetzten Enden von Durchmessern des EIementenringes angeordnet sind und als Ladeoder Entladebürsten für zwei oder mehr Gruppen von gegeneinandergeschalteten Elementen dienen, wobei die gleichnamigen Pole der gegeneinandergeschalteten Gruppen untereinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.