DE51596C - Apparat zur Umwandlung elektrischer Wechselströme in continuirliche Gleichströme und umgekehrt - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

umgekehrt.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 28. August 1888 ab.

Der Zweck des nachstehend beschriebenen und auf beiliegender Zeichnung abgebildeten Apparates ist, elektrische Wechselströme in continuirliche Gleichströme oder — mit unwesentlicher Abänderung — continuirliche Gleichströme in Wechselströme umzuwandeln. Derselbe unterscheidet sich von den bisher bekannt gewordenen dadurch, dafs er im ersteren Falle continuirliche Gleichströme, wie solche von Gleichstrommaschinen mit Pacinotti- oder Gr amme -Commutator erzeugt werden, liefert, während die bisher bekannt gewordenen Stromumwandlungsapparate nur intermittirende Gleichströme zu liefern im Stande sind.

Der Apparat besteht aus einem feststehenden untertheilten Eisenring mit 2 oder allgemein 2 η - Wechselstromspulenpaaren, welche abwechselnd ein System bilden, so dafs die in diesen zwei Systemen kreisenden Wechselströme von zwei um Y₄ Wellenlänge verschobenen Phasen 2 bezw. 2 w-magnetische Pole erzeugen, die während des Verlaufs einer Stromwelle unter Beibehaltung ihrer relativen Lage zu ein-

360⁰

ander einmal um 360 bezw.

rotiren und

hierdurch in einer innerhalb oder aufserhalb der Wechselstromspulen auf den Ring angebrachten continuirlichen Bewickelung Ströme induciren, welche mit Hülfe eines feststehenden, nach Art des Gramme-Ringes mit den Unterabtheilungen der continuirlichen Bewickelung verbundenen Commutators und mit Hülfe zweier bezw. 2 «-Bürsten — die, in der oder den neutralen Ebenen bleibend, während des Verlaufs einer Stromwelle einmal bezw. —mal

rotiren, — sowie schliefslich mit Hülfe zweier oder 2 rc-Schleifringen und Federn als Gleichströme abgeleitet werden.

Hierbei wird die Rotation der Bürsten durch einen mit denselben verbundenen, concentrisch rotirenden Schlufsanker mit 2 oder 2 n-Polen, der behufs leichteren Angehens mit einer in sich geschlossenen Bewickelung und behufs Sicherung einer synchronischen Rotation mit einer vom Apparat selbst mit Gleichstrom gespeisten Bewickelung versehen ist, hervorgerufen.

Statt des feststehenden untertheilten Eisenringes kann auch eine untertheilte .Eisentrommel mit 2 oder 2 «-Spulen und mit einer den Gleichstromtrommeln ähnlichen Bewickelung verwendet werden und der Schlufsanker die Trommel umschliefsen. Ebenso kann man auch den Schlufsanker mit den Commutatorbürsten festlegen und den Ring bezw. die Trommel mit dem Commutator rotiren lassen und die Wechselströme mittelst Schleifringen und Federn zuführen.

Sind bei einer Gleichstromdynamomaschine mit feststehendem Gramme-Ring R, feststehendem Commutator C, Fig. 1, und rotirenden (Stahl- oder Elektro-) Magneten A die auf den letzteren befestigten Bürsten xy mit zwei Schleifringen m η verbunden, die auf der Welle der Maschine befestigt sind und auf denen zwei Federn j? q aufliegen, so werden

{2. Auflage, ausgegeben am 4. Januar iqoi.J

bei der Rotation des Elektromagneten in der Bewickelung des Ringes Ströme inducirt, welche in der zwischen den Federn ρ q eingeschalteten Leitung als Gleichströme verlaufen (weil die magnetische Achse des von Magneten im Ringe inducirten Feldes bei jeder Umdrehung um 360⁰ gedreht wird. Die Anzahl der durch die einzelnen Ringwindungen gehenden magnetischen Kraftlinien erreicht infolge dessen zweimal ihr Maximum und zweimal ihr Minimum. Diese Aenderung der Kraftlinienanzahl erzeugt als elektrische Kraft den Strom.

Ein solcher continuirlicher Gleichstrom kann aber auch, statt durch mechanische Bewegung der magnetischen Massen, durch beliebig hergeleitete Herumdrehung der magnetischen Achse, z. B. durch Benutzung von Wechselströmen, erzeugt werden. Auf solche Weise kann man die Energie von Wechselströmen mittelbar in solche von Gleichströmen umwandeln.

Um dies zu erreichen, giebt man einem Eisenring, der zur Verhütung von Foucault-Strömen untertheilt wird, zwei Paar Bewickelungen W¹ und W'² und leitet in jedes Paar einen Wechselstrom derart, dafs die beiden Wechselströme um ¹Z₄ Wellenlänge gegen einander verschoben sind. Dadurch sind zwei senkrecht auf einander stehende magnetische Felder NS und N¹ S¹, deren Stärke derjenigen der erregenden Ströme folgt, gebildet. Verändern sich die Ströme nach dem Sinusgesetz, so bleibt die Stärke des sich ergebenden Magnetismus constant. Die magnetische Achse aber wird für jede vollständige Stromwelle einmal um 360⁰ herumgedreht (s. auch Fig. 3), d. h.

im Zeitpunkt I ist der Strom in W¹ = O, in W² Maximum, die daraus folgende magnetische Achse daher N S,

im Zeitpunkt II ist der Strom in W¹ Maximum, in W² = O, die magnetische Achse hat sich daher um 90 ° (nach rechts oder links) gedreht,

im Zeitpunkt III ist der Strom in W¹ wieder = O, in W² wieder = Maximum, hat jedoch gegen Maxium W'² in I entgegengesetzte Richtung, d. h. die magnetische Achse hat einen Winkel von i8o° beschrieben,

im Zeitpunkt IV ist W¹ im entgegengesetzten Maximum, wie in II, und W² ist = O, was einem Winkel von 270⁰ gegen Zeitpunkt I entspricht, ,

im Zeitpunkt V gelten wieder die Verhältnisse des Zeitpunktes I.

Während des Verlaufs einer Stromwelle hat somit die Achse des sich ergebenden magnetischen Feldes eine volle Umdrehung ausgeführt, also eben so viel, wie bei einer Umdrehung des Magneten, Fig. 1. Versieht man also den Ring R, Fig. 1, mit einer dritten continuirlichen Bewickelung, ähnlich derjenigen des Gr amme-Ringes, so entstehen in dieser Bewickelung Inductionsströme, welche mittelst Commutator und rotirender Bürsten ebenso wie in der Ringdynamomaschine, Fig. 1, als Gleichströme continuirlich abgeleitet werden können. Es kommt nur noch darauf an, die Bürsten derart zu legen, dafs dieselben in der neutralen Ebene bleiben. Dies wird dadurch erreicht, dafs man dieselben synchronisch mit der magnetischen Achse rotiren läfst.

Fig. 4 zeigt einen nach dem obigen Grundgedanken ausgeführten Apparat. R ist der zur Vermeidung von Foucault-Strömen unter theilte Eisenring, der mit zwei Spulenpaaren versehen ist, in welche die um Y₄ Wellenlänge gegen einander verschobenen Wechselströme durch die Klemmen α b und c d hineingeleitet werden. Aufser diesen zwei Spulenpaaren ist auf dem Ring noch die dritte inducirte Wickelung angebracht, deren einzelne Abtheilungen mit den Sectored des feststehenden Commutators C verbunden sind, wie dies die Unterabtheilungen eines Gram me-Ringes mit den entsprechenden Commutatorsegmenten sind. Innerhalb des Ringes R ist auf der Welle des Apparates ein zum Ring concentrisch drehbares Eisenstück A aufgekeilt, welches dazu dient, den Weg der aus dem Ring austretenden Kraftlinien zu schliefsen. An dem Eisenstück sind die Commutatorbürsten xy befestigt. Das Eisenstück A wird immer in der Richtung der magnetischen Achse zu bleiben suchen und daher mit derselben synchronisch rotiren. Infolge dessen werden die Bürsten, wenn sie einmal in der neutralen Ebene sind, auch immer in derselben bleiben.

Die Bürsten sind mit zwei Schleifringen m η versehen, von denen der Strom mittelst Schleiffedern ρ q abgeleitet wird.

Damit der Apparat leichter angeht, ist der rotirende Eisenanker A mit einer in sich geschlossenen Bewickelung versehen, in der beim Einschalten des Apparates anfangs Inductionsströme entstehen, welche den Schlufsanker A magnetisiren und die wirkende Kraft zwischen Anker und Ring vergröfsern. Die Inductionsströme verschwinden vollständig, wenn der Synchronismus erreicht ist. Die Bewickelung kann auch als Nebenschlufs zu der Gleichstrombewickelung eingeschaltet sein, und kann ferner das Eisenstück A aufser einer in sich geschlossenen Bewickelung noch eine Nebenschlufsbewickelung oder eine in den secundären Hauptstromkreis eingeschaltete Bewickelung haben, um das synchronische Rotiren noch mehr zu sichern.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsweise des beschriebenen Apparates mit der Abänderung, dafs sich die Wechselstrombewickelung auf einer innerhalb eines Gleichstromringes R festgelagerten untertheilten Eisentrommel T befindet. Aufser diesen beiden Theilen ist ein

Anker A vorhanden, mit dem ein Paar Bürsten xy starr verbunden ist und daher synchronisch mit der Verschiebung der magnetischen Achse auf dem feststehenden Commutator C schleifen. Die Schleifringe m η in Verbindung mit den Federn ρ q dienen zum Ableiten des Gleichstromes. .

. Fig. 6 zeigt die Umkehrung des in Fig. 4 dargestellten Apparates. Hier rotiren der Ring R mit den darauf befindlichen Wechselstrom- und Gleichstrombewickelungen, sowie mit dem Commutator C; die Bürsten xy sowie der hier mit einer in sich geschlossenen und mit einer Nebenschlufsleitung versehene Schlufsanker A sind feststehend. Bei dieser Ausführungsweise fallen die Schleifringe für die Abführung des Gleichstromes fort. Dagegen werden für die Zuführung der zweiten Wechselströme mindestens drei oder vier Schleifringe C^b¹C¹ sammt zugehörigen Schleiffedern abc erforderlich. Die ,Ringzahl beträgt im Minimum drei, nämlich zwei Hinleitungsringe und ein gemeinsamer Rückleitungsring.

Man kann die hier beschriebenen Constructionen noch in verschiedener Weise ändern; man kann z. B. in Fig. 4 den rotirenden , Anker A aufserhalb oder seitlich oder doppelt beiderseitig vom Ring R anordnen. Ebenso kann man bei der Maschine Fig. 6 den feststehenden Anker A innerhalb, an den Seiten oder aufserhalb des rotirenden Ringes R anordnen ; ferner kann man die Wechselstrom- und Gleichstrombewickelung auf zwei getrennten Eisenmassen anbringen, die starr mit einander verbunden sind und entweder einen gemeinsamen oder auch zwei besondere Schlufsanker haben. Bei dem Apparat nach Fig. 4 und 6 kann man ferner den Ring R durch" eine Trommel mit zwei Wechselstrombewickelungen und mit einer Gleichstrombewickelung (ähnlich der bekannten Bewickelung von Gleichstrommaschinen) ersetzen; in diesem Falle umschliefst der Schlufsanker A die Trommel immer von aufsen. Endlich kann man die innere Trommel T, Fig. 5, mit der Gleichstrombewickelung und dem Commutator versehen und dem äufseren Ring die Wechselstromspulen geben.

In allen Fällen ist es zweckmäfsig, die Ringe und Trommeln an den einander oder dem Schlufsanker A zugewendeten Stellen gezahnt auszuführen und die Drähte oder Bänder in die Zwischenräume dieser Zahnungen zu legen, um die Luftwege für die Kraftlinien möglichst abkürzen zu können.

Nimmt man an, dafs die zu transformirenden Wechselströme 80 Polwechsel in der Secunde haben, so entsprechen diese Polwechsel 40 Stromwellen in der Secunde, dies macht 2400 in der Minute. Ebenso viel Umdrehungen müfste der Apparat pro Minute ausführen, wenn derselbe mit zwei Paar Wechselstromspulen ausgestattet ist. Um nun diese bedeutende Tourenzahl des Apparates herabzumindern, werden zweckmäfsig statt zwei Paar Wechselstromspulen deren 2 η-Paare (z. B. 4, 6, 8 etc.) in der Weise angeordnet, dafs ein vielpoliger Ring bezw. eine vielpolige Trommel entsteht. Die zwei Wechselströme sollen dann auch um Y₄ einer Welle gegen einander verschoben sein. Mit der Anzahl der Wechselstromspulen wächst übereinstimmend die Anzahl der Bürsten, oder aber man mufs, um mit zwei Bürsten auszukommen, die gleichliegenden Commutatorsectoren in entsprechender Weise mit einander verbinden.

Der Schlufsanker A wird in dem Apparat, Fig. 4 und 6, bei Anwendung mehrerer Wechselstromspulen vielpolig werden, d. h. er erhält eine sternförmige Gestalt, damit er die Kraftlinienwege schliefsen kann.

Bei der Anordnung des Apparates, Fig. 5, ist die sternförmige Gestalt des Schlufsankers A nicht nöthig, da der Schlufs entweder durch den Ring R oder die Trommel T erfolgt und der Anker nur einen Kraftliniennebenschlufs bildet. Die Anzahl der Wechselstrom- und Gleichstromwindungen wird je nach dem gewünschten Uebersetzungsverhältnifs zwischen der mittleren Spannnng des Wechselstromes und der Spannung des Gleichstromes gewählt. Diese Spannungen können einander gleich sein; man kann aber auch einen hochgespannten bezw. niedriggespannten Wechselstrom ohne Zuhülfenahme eines anderen Apparates unmittelbar in einen niedriger bezw. höher gespannten Gleichstrom umwandeln.

Durch Aenderungen der Strom-Zu- und Ableitung kann man die Apparate, Fig. 4 und 6, auch verwenden, Gleichströme in Wechselströme umzuwandeln.

Man erreicht dies in der Weise, dafs man den gröfsten Theil des zur Verfügung stehenden Gleichstromes in den in Fig. 4 und 6 dargestellten Constructionen über die Federn ρ q durch die Schleifringe m η und durch die Bürsten xy in den Commutator und dadurch in die Gleichstrombewickelung leitet und den übrig bleibenden kleinen Theil des Gleichstromes mit Hülfe von Schleifringen, Fig. 4 und 5 (oder ohne solche unmittelbar, wie in Fig. 6), zur Magnetisirung des Schlufsankers benutzt.

Der Apparat kommt infolge dessen ähnlich einer Gleichstrom-Dynamomaschine (Elektromotor) in Rotation, und es entstehen in den Wechselstrombewickelungen infolge dessen zwei Wechselströme, welche um Y₄ Wellenlänge verschoben sind. Diese Wechselströme werden dann bei Maschinen von der in Fig. 4 und 5 gekennzeichneten Art von festen Klemmen abcd und in Fig. 6 mit Hülfe von Schleifringen abc und Federn a^l b¹ c¹. abgeleitet.

Dient der Apparat dazu, um Wechselströme in Gleichströme umzuwandeln, so müssen demselben, wie schon erwähnt, zwei Wechselströme mit verschobenen Stromphasen zugeführt werden. Diese Wechselströme können in verschiedener Weise erzeugt werden. Man kann z. B. zwei Wechselstrommaschinen mit einander kuppeln, so dafs deren Stromphasen gegen einander verschoben sind, oder zwei unabhängige Ströme werden aus einem Wechselstromerzeuger entnommen, welcher in der Art hergestellt ist, wie er im D. R. P. Nr. 25202, S. 1, Spalte 2, letzte Zeile erwähnt wird, indem doppelt so viel Inductionsspulen angeordnet sind, als Elektromagnete, so dafs zwei von einander unabhängige Stromkreise erhalten werden; oder aber man kann den Strom einer Gleichstrommaschine durch den beschriebenen Apparat in zwei Wechselströme mit verschobenen Phasen umwandeln und diese Ströme dann, unmittelbar oder in ihrer Spannung transformirt, solchen Apparaten zuführen, welche die Umwandlung in Gleichströme besorgen.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Ein Apparat zum Umwandeln von elektrischen Wechselströmen in continuirliche Gleichströme, bestehend aus einem (oder einer) mit 2 oder 2 η abwechselnd zu einem System gehörigen Wechselstromspulenpaaren und einer continuirlichen Gleichstrombewickelung versehenen Eisenring (oder Trommel) in der Zusammenwirkung, dafs in die dadurch entstehenden zwei Systeme zwei Wechselströme mit gegen einander verschobenen Phasen hineingeleitet werden und die durch dieselben in der Gleichstrombewickelung inducirten Ströme mittelst des nach Art des G ramme-Ringes (oder der Gleichstromdynamotrommeln) mit der continuirlichen Bewickelung verbundenen feststehenden Commutators C, ferner mittelst 2 oder 2 « rotirenden Bürsten, rotirenden Schleifringen und festen Federn als Gleichströme abgeleitet werden, wobei ein innerhalb, aufserhalb oder seitlich des Ringes (oder aufserhalb der Trommel) rotirender Schlufsanker A mit 2 oder 2 «-Polen die synchrone Rotation der Bürsten hervorgeht. Die Umkehrung des unter 1. gekennzeichneten Apparates dahin, dafs der Schlufsanker mit den Commutatorbürsten feststeht und d.er Ring (oder Trommel) mit dem Commutator rotirt.

   Ein Apparat zum Umwandeln elektrischer Wechselströme in continuirliche Gleichströme, bestehend aus einer festen, untertheilten Eisentrommel und aus einem festen, die Trommel von aufsen umschliefsenden Eisenring, von denen die Trommel bezw. der Ring mit 2 oder 2 «-Wechselstromspulen bezw. Spulenpaaren und der Ring bezw. die Trommel mit einer Gleichstrombewickelung und Commutator versehen ist, ferner aus 2 oder 2 «-Bürsten, die von einem mit einer in sich geschlossenen und mit einer von Gleichstrom durchfiossenen Bewickelung versehenen, synchronised rotirenden Eisenanker mit 2 bezw. 2 «-Polen auf dem Commutator herumgeführt werden, und die den Gleichstrom mit Hülfe zweier Schleifringe und Federn nach aufsen abgeben.

   Die Verwendung des unter 1. bis 3. gekennzeichneten Apparates zum Umwandeln von continuirlichen Gleichströmen in Wechselströme dadurch, dafs, der Gleichstrom durch den Commutator C und die Bürsten in die Gleichstrombewickelung geleitet, der Schlufsanker mit einer in sich geschlossenen und mit einer mit Gleichstrom versehenen Bewickelung erregt und die resultirenden Wechselströme abgeleitet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.