DE55978C - Fernleitungssystem für Wechselströme - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Das neue Verteilungssystem verwendet Wechselströme der Art, wie sie in den gebräuchlichen Gleichstrommaschinen mit mindestens zwei in Bezug auf Induction verschiedenen Spulen in den Verbindungsdrähten der Spulen mit dem Stromsammler erzeugt werden, um durch den letzteren in Gleichstrom verwandelt zu werden. Die Wickelung der Spulen ist dabei derart, dafs die Spulen aus einem Draht hinter einander um den Ankerring gewickelt werden und je zwischen zwei Spulen ein Draht abgeleitet wird. Diese Drähte, welche Ströme abführen, welche von dem positiven bis zu dem negativen Maximum schwanken, werden bei der gewöhnlichen Gleichstrom-'' maschine zu den Stromsammlerschienen abgeleitet, welche auf der Achse des Ankers festsitzen. Von diesen nimmt eine Bürste nur positive, die andere nur negative Ströme ab. Bei der neuen Maschine aber werden diese Drähte als Fernleitungsdrähte benutzt. Die Ströme in diesen Drähten unterscheiden sich von den Wechselströmen der Wechselstrommaschinen durch die geringere Schwankung, deren Verhältnifs zur Spannung bekanntlich mit Vermehrung der Spulen abnimmt. Als Erzeuger würde hiernach eine Gleichstrommaschine dienen, deren Stromsammler abgenommen ist und deren Verbindungsdrähte zu Fernleitungen verlängert sind. Wird an der Verbrauchsslelle Gleichstrom verlangt, so müssen die Ströme an der Verbrauchsstelle umgeschaltet werden; es mufs also ein Stromwender angebracht werden, welcher dieselbe Wirkung hat, wie bei der Gleichstrommaschine, d. h.

derselbe mufs nun in synchrone Drehung mit dem Anker versetzt werden.

Wird ein Motor gebraucht, so leitet man den Wechselstrom in die Verbindungsdrähte einer in gleicher Weise wie oben ausgeführten Gleichstrommaschine ohne Stromwender. Ein Vortheil für die Fortsetzung der Verbindungsdrähte in die Fernleitungsdrähte wird durch eine Umkehrung der Bewegung erzielt; man stellt den Anker fest und läfst die Feldmagnete kreisen und kann dann an die ruhenden Verbindungsdrähte die Fernleitungsdrähte unmittelbar anschliefsen.

Zur Erregung der Feldmagnete des Erzeugers sowohl wie des Motors können besondere Erregerdynamos verwendet werden. Will man von solchen absehen, so kann man dieselben durch eine Nebenschlufswickelung der Fernleitung erregen, wo dann· in den Nebenschlufs ein synchron kreisender Stromwender eingeschaltet werden mufs.

Der durch diese Art der Fernleitung der Elektricität gewonnene Vortheil besteht darin, dafs man in den Fernleitungsdrähten Wechselströme hat, also eine hohe Spannung anwenden kann. Stromumwandler können dabei in üblicher Weise benutzt werden. Diese erleiden dabei keine Abänderung, nur mufs natürlich für jeden Draht einer angewendet werden bezw. zwei, wenn die Stromspannung am Ende der Leitung wieder heruntergesetzt wird.

Fig. ι stellt eine Fernleitung dieser Art dar mit einer vierspuligen Dynamo, wo an der Verbrauchsstelle Gleichstrom gefordert wird.

Fig. ι a, ib, ic und id zeigen den Stromlauf in vier je um 45 ° gegen einander verschobenen Stellungen des Feldmagneten. Der Anker A ist feststehend gedacht und nach Art eines gewöhnlichen Ringankers gewickelt. Der Magnet M kreist in der Pfeilrichtung. Sein Nord- und Südpol ist mit N und S bezeichnet. Offenbar müssen dann bei der nun gegebenen Art der Drehung die in der Zeichnung angezeigten Ströme entstehen. Diese werden von dem Anker abgenommen und in so viel Drähten (einer, zwei, drei, vier), wie Spulen vorhanden sind, in die Ferne geleitet.

Fig. 2 zeigt eine vierspulige Dynamo mit einem Motor an der Verbrauchsstelle. D ist die Dynamo, hier Gramme-Ring, mit vier Spulen und zweipoligen Feldmagneten N S. Wenn der Erzeuger dieser Anlage wieder die in Fig. ιa bis id angegebenen Stellungen einnimmt, so mufs der Motor sich durch die vier in Fig. 2 a bis 2 d gezeichneten Stellungen bewegen. Man sieht, dafs der Motor gerade so gebaut ist wie der Erzeuger. Die in letzterem erzeugten Ströme werden in die entsprechenden Spulen des Motors eingeleitet, worauf der Anker seine Drehung beginnt.

Die letztere Methode der Fernübertragung ist ähnlich, aber nicht gleich der von N. Tesi a in der Patentschrift No. 47885 beschriebenen. Tesla glaubt die gewöhnliche Reihenschaltung der Gleichstrommaschinen aufheben zu müssen und verbindet je zwei gegenüberliegende Spulen mit einem Fernleitungsdraht (nicht zwei auf einander folgende, wie es bei Gleichstrommaschinen geschieht), wie es nach vorliegender Erfindung geschieht und wie es praktisch vortheilhafter ist.

In Fig. 3a bis 3d ist ein Stromwender in vier Stellungen vorgestellt, welche den vier Stellungen der Fig. ia bis id entsprechen und welche der Stromwender K an der Verbrauchsstelle einnehmen mufs, um die von dem Erzeuger erzeugten Ströme in Gleichstrom umzuwandeln. Der Stromwender K ist ruhend gedacht, während die beiden Bürsten B₁ B₂ synchron dem Magneten des Erzeugers kreisen. Die synchrone Drehung kann z. B. durch einen Motor, wie der in Fig. 2 a bis 2d dargestellte, hervorgebracht werden. Man kann auch die Bürsten auf der Achse einer durch einen beliebigen Strom umgetriebenen Motordynamo befestigen, welche gleichviel Spulen wie die Hauptdynamo hat. Mit den einzelnen Stromwenderschienen dieser kleinen Dynamo verbindet man dann die Fernleitungsdrähte durch Schleifringe und Schleifbürsten. Die so eintretenden Wechselströme suchen eine synchrone Bewegung dieser Dynamo mit dem Hauptstromerzeuger bezw. in diesem Falle der Feldmagnete desselben herbeizuführen. Nach Erreichung des synchronen Ganges genügen diese Ströme dann auch zur Erhaltung desselben. Andere Mittel zur Erzeugung synchronen Ganges, wie z. B. die des Hugh es'sehen Schreibtelegraphen und ähnliche, sind verwendbar.

Der Hauptvortheil der Verwendung des beschriebenen Formübertragungssystems besteht in der Möglichkeit, Stromumwandler jeder Art und Condensatoren bei demselben anzuwenden, und zwar sind immer so viele nöthig, als verschiedene Spulen vorhanden sind.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Fernleitung zur Gleichstromerzeugung an der Verbrauchsstelle mit eingeschalteten Condensatoren.

Fig. 4 zeigt eine solche zum Betrieb eines Motors mit Stromumwandlern, um auf der Leitung Ströme von hoher Spannung zu haben. D ist der Erzeuger, als welcher hier eine Thomson-Houston-Maschine gedacht ist, T der Slromumwandler, M der Motor.

Bei Verwendung eines Motors mufs dieser zwar dem gleichen System angehören wie der Erzeuger, dieser kann aber ein beliebiges Vielfache der Anzahl der Motorspulen besitzen. Für die Magnetisirung der Elektromagnete des Motors kann eine beliebige Gleichstromquelle benutzt werden, also auch ein Nebenschlufs der Ströme der Fernleitungen selbst, nachdem in ihn zu diesem Zwecke ein Stromwender eingeschaltet worden ist.

Umständlicher gestalten sich die Verhältnisse, wenn an einem der mindestens drei zusammenwirkenden Fernleitungsdrä'hte vor dem Motor Stromverbrauch stattfindet, weil an der Verwendungsstelle nur gleichgespannte Ströme verwendet werden können.

In einem solchen Falle verwendet man vortheilhaft eine zweite Erzeugermaschme, bei welcher jedoch nur die Spulen eingeschaltet sind, welche den Strom in den durch Zwischenabgabe mehr belasteten Fernleitungen der ersten Erzeugermaschine verstärken. Beide Erzeugermaschinen müssen natürlich synchron laufen. Die zweite Maschine aber erhält durch Ausschaltung oder gänzliche Weglassung der unbenutzten Ankerspuleri den Charakter einer Wechselstrommaschine, die in der Weise synchron der Hauptmaschine läuft, dafs sie Ströme gleicher Phase mit der zu verstärkenden Ankerspule jener Maschine erzeugt. Hiernach ist für jede stärker belastete und daher zu verstärkende Spule eine synchron laufende Wechselstrommaschine nothwendig. Diese Maschinen sind einzeln regelbar. Schliefslich kann man auch für jede Spule eine besondere Wechselstrommaschine einführen und die ursprüngliche Haupterzeugermaschine ganz weglassen. Das Endergebnifs ist dann eine Reihe synchron laufender Wechselstrommaschinen, deren Ströme dieselben Phasenunterschiede haben, wie die in einer Erzeugermaschine ohne Stromwender von gleicher Spulenzahl erzeugten Wechselströme.

Das Fernleitungssystem dieser getrennten Wechselstrommaschinen bietet dasselbe Bild, wie die zu Fernleitungen verlängerten Verbindungsdrähte der einzigen Erzeugermaschine. Diese von' getrennten Maschinen erzeugten Wechselströme können in gleicher Weise, wie oben, an der Verbrauchsstelle durch einen Stromwender in Gleichstrom umgewandelt oder zum • Betrieb eines Motors ohne Stromwender benutzt werden. Der unterscheidende Vortheil dieser Anordnung vor der einer einzigen Maschine besteht darin, dafs nun die Magnete der einzelnen Wechselstrommaschinen für sich regelbar sind und folglich die Einzelleitungen irgendwo an einer Zwischenstation zu einem Betriebe benutzt werden können, ohne dafs an der gemeinsamen Endstation dadurch eine Verschiedenheit der Ströme auftritt, die dort zusammenwirken.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung einer vierspuligen Gr am me-Maschine D mit einer Ergänzungsmaschine E, wobei an einem Draht eine Verbrauchsstelle Z eingeschaltet ist.

Fig. 6 zeigt die Auflösung einer vierspuligen Erzeugermaschine in vier Wechselstrommaschinen, deren Ströme je um Y₄ Phase verschoben sind und in deren Fernleitungsnetz einzeln beliebige Stromentnahme an zwischengeschalteten Verbrauchsstellen stattfinden kann, die dann durch Regulirung der Magnete der Einzelmaschinen wieder ausgeglichen wird. M₁ M₂ M₃ M₄ sind die vier synchron laufenden, also zweckmäfsig auf einer Achse befindlichen regelbaren Feldmagnete. T₁ T₂ T₃ T₄ sind die ruhenden Anker; an den zwischengeschalteten Verbrauchsstellen Z₁ Z₂ Z₃ Z₄ kann Stromentnahme stattfinden, die von einer entsprechenden Regulirung der betreffenden Magnete begleitet ist.

Fig. 7 zeigt eine gröfsere Anlage nach dem neuen System. G ist eine Erzeugermaschine des Thomson-Houston-Typus. In der gezeichneten Ankerstellung und Drehrichtung gehen in den drei Drähten i, 2, 3 die Ströme in der Pfeilrichtung. Der Hauptstrom wird nach Umwandlung in den Stromumwandler T zunächst zum Betrieb von Glühlichtern L benutzt, sodann zum Betrieb eines Motors M,. Die Nebenleitungsdrähte abc treiben den Motor M₂. Nachdem durch die Stromumwandler. T₁ die Spannung herabgesetzt worden ist, verwandelt der mit G synchron laufende Stromwender K die Ströme in Gleichstrom. Diese werden zum Betrieb von Bogenlichtern B, Glühlichtern L, einer gewöhnlichen Gleichstrommaschine M₃ und zum Laden eines elektrischen Stromsammlers A benutzt.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Ein Fernleitungssystem für Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, dafs die mehr als zwei betragenden Fernleitungsdrähte an verschiedenen Stellen der je einen geschlossenen Stromring bildenden Ankerspulen sowohl bei der Erzeugermaschine als auch bei dem Elektromotor angeschlossen sind, so dafs in beiden Ankerringen eine Verschiebung der Pole stattfindet, welche den Feldmagneten des Motors in Drehung versetzt.
2. 2. .Bei dem in Patent-Anspruch 1. gekennzeichneten Fernleitungssystem der Ersatz der in sich geschlossenen Ankerspulen bei der Erzeugermaschine durch verschiedene synchron laufende Wechselstrommaschinen, . deren Zahl mit der Anzahl der Fernleitungsdrähte übereinstimmt, zum Zwecke, durch die mögliche Regulirung dieser' Maschinen Strom von den einzelnen Fernleitungsdrähten auch vor dem Motor abnehmen zu können.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.

   Berichtig u..n...g >

   Durch rechtskräftige Entscheidung des Kaiserlichen Patentamts vom 12. November 1891 ist der Anspruch 1 des Patents 55978 Klasse 21 für nichtig erklärt worden. Der Anspruch 2 hat folgende Fassung erhalten Bei einer Fernleitung von Wechselströmen der Aufbau der Erzeugermaschine aus mehr als swei verschiedenen synchron laufenden Weohselstrommasohinen in Verbindung mit einer _f der Zahl der Wechselstrommasohinen entsprechenden Anzahl von Fernleitungsdrähten, die an verschiedenen Stellen eines als Anker dienenden, in sich geschlossenen Stromringes an der Verbrauchsstelle angeschlossen sind."

   lalserliü&es Patentamt, Anmeldeabtheilung VIII.