DE647044C - Anordnung zum Gleichrichten elektrischer Wechselstroeme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Anordnung zum Gleichrichten elektrischer Wechselströme, .die in einer Wicklung durch ein relativ zur Wicklung umlaufendes Feld induziert werden, wobei die Wicklung in bekannter Weise mit einer Anzahl in gleichen elektrischen Abständen angeordneter Anzapfungen versehen ist, die an entsprechenden Kommutatorlamellen angeschlossen sind. ·
Die Erfindung hat den Zweck, eine solche Anordnung zu entwickeln, die ermöglicht, einen gleichgerichteten Strom konstanter Spannung aus der Wicklung abzunehmen. Die Erfindung· kann mit Vorteil in Verbindung mit Umformern und Generatoren zur Erzeugung von Gleichstrom verwendet werden.

Die Erfindung ist schematisch auf den Zeichnungen veranschaulicht.

Fig. ι zeigt die bisher übliche Kommutatorschaltung zwischen einem Gleichstromnetz und einer umlaufenden Ankerwicklung.

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 stellt graphisch die Wirkungsweise der Ausführung nach Fig. 2 dar.

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die zwei Induktionswicklungen und die zwei Kommutatoren der Fig. 2 und 4 sind in der Wirklichkeit koaxial angeordnet, und nur der Deutlichkeit halber sind sie auf den' Zeichnungen als nebeneinanderliegend dargestellt. In ähnlicher Weise ist das magnetische Feldsystem in Fig. 2 dargestellt worden.

In der bekannten Kommutatorschaltung nach Fig. 1 bezeichnet 1 eine umlaufende, symmetrisch auf einem Eisenkern angeordnete und der induzierenden Wirkung eines feststehenden Magnetfeldes ausgesetzte Wicklung. Das Magnetfeld wird durch das stillstehende Feldsystem 11 erzeugt. Die Wicklung 1 ist mit einer Anzahl in gleichen elektrischen Abständen angeordneter Anzapfungen versehen, welche an entsprechenden Lamellen des Kommutators 2 angeschlossen sind. Der Kommutator 2 ist an das Gleichstromnetz durch zwei einander gegenüberliegende Bürsten 3' und 3" angeschlossen, welche so angeordnet sind, daß die Bürsten stets solche -Lamellen berühren, zwischen denen immer ein maximaler oder beinahe maximaler Potentialunterschied herrscht.

Diese Anordnung nach Fig. 1 stellt die bei Gleichstrommaschinen seit langem verwendete Kommutatorschaltung dar. Der Gleichstrom wird dabei mittels der gegenüber dem Kommutator beweglichen Bürsten entnommen. Die Verbindung zwischen dem Gleichstromnetz

und der Maschinenwicklung findet also über zueinander bewegliche Organe statt, die aus Kommutator und Bürsten bestehen. In gewissen praktischen Fällen ist aber diese übliehe Anordnung nachteilig, wie nachstehend' näher erklärt wird, und in solchen Fällen ist, es wünschenswert, daß die Anschlüsse sowohl der Wechselstrom- als auch der Gleichstromseite an die Wicklung möglichst ortsfest ίο oder nur über Schleifringe ausgeführt werden, und daß die bewegliche Schaltvorrichtung zu einem inneren Schaltorgan zusammengefaßt wird, das ohne jede unmittelbare Verbindung mit einem der Netze ist.

Ein Fall, in dem die Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann, tritt bei solchen Maschinen auf, die mit umlaufender Ankerwicklung und feststehendem Magnetfeld versehen sind, wenn auf Grund einer besonders zusammengedrängten Bauart oder einer vollständigen Einkapselung die Verbindungen der Bürstenhalter mit anderen Leitungen schwierig anzuordnen sind und es deshalb leichter ist, Gleichstrom über Schleifringe zu entnehmen, die außerhalb eines Lagers angeordnet und mit der Wicklung durch Leitungen verbunden sein können, die beispielsweise innerhalb einer durchbohrten Welle angebracht sind.

Ein anderer und besonders bedeutungsvoller Fall tritt dann auf, wenn die Wicklungen mit den Kommutatoren feststehen und es aus praktischen Gründen notwendig ist, auch noch die Schleifringe zur Entnahme des Gleichstromes zu vermeiden. In diesem Falle wird der bewegliche Kontakt aus einem auf den Kommutatoriiächen abrollenden zylindrischen Körper gebildet.

Gemäß der Erfindung kann man die obenerwähnten Ziele dadurch erreichen, daß diejenige Wicklung, in der ein drehendes oder mehrphasiges Spannungssystem einen drehenden oder mehrphasigen symmetrisch pulsierenden magnetischen Kraftfluß erzeugt, in zwei gleiche magnetisch fest gekoppelte, aber elektrisch voneinander isolierte Teile aufgeteilt wird, von denen jeder über Anzapfungen mit den Lamellen eines besonderen Kommutators verbunden ist. Auf den Kommutatoren bewegen sich leitend miteinander verbundene Bürsten oder sonstige geeignete Kontaktvorrichtungen relativ zu diesen synchron mit dem Potential der Kommutatorlamellen in solcher Phasenlage, daß sie in jedem Augenblick mit Lamellen in Berührung stehen, welche in dem einen Wicklungsteil maximales oder beinahe maximales positives und in dem anderen Wicklungsteil maximales oder beinahe maximales negatives Potential aufweisen. Der Gleichstromkreis wird an je einen festen Punkt der beiden Wicklungsteile angeschlossen. Diese Anschlußpunkte sind so gewählt, daß sie in. jedem Augenblick gleich großes Potential gegenüber dem Spannungsnullpunkt des zugehörigen Wicklungsteiles besitzen; die Spannung zwischen diesen Punkten bleibt " dann konstant.

;:' Diese Anordnung kann offenbar ohne Abweichung von dem grundlegenden Erfindungsgedanken bei mehreren Kombinationen von Kommutatoren und Wicklungen verwendet werden, und zwar sowohl bei umlaufenden als auch bei feststehenden Magnetsystemen, Ankern bzw. Kommutatoren. Die Ausführung der Wicklung als Schleifenwicklung oder Wellenwicklung oder als mehrphasige Transformatorwicklung beeinflußt nicht die Durchführung der grundsätzlichen Anordnung und auch nicht die Wahl der Anzahl der Pole, Primärphasen usw.

Die Erfindung ist in den Fig. 2 bis 4 veranschaulicht.

In der Ausführung nach Fig. 2 besteht die induzierte Wicklung aus zwei gleichen und magnetisch fest gekoppelten, aber elektrisch getrennten Teilen 1'und 1". Jeder Wicklungsteil ist mit den Lamellen eines besonderen Kommutators 2' bzw. 2" über symmetrisch verteilte Anzapfungen verbunden. Diese Kommutatoren arbeiten mit zwei Bürsten oder sonstigen geeigneten Stromabnehmern 3', 3" go zusammen, die miteinander verbunden und relativ zu den Kommutatoren beweglich angeordnet sind.

Eine elektromotorische Kraft wird in den Spulen der Wicklungsteile 1', 1" durch ein relativ zu den Wicklungsteilen umlaufendes Magnetfeld induziert. In der Ausführungsform nach Fig. 2 laufen die Wicklungsteile 1', 1" um, und das stillstehende Magnetfeld wird durch das stillstehende Feldsystem 12 erzeugt, wie schematisch angedeutet ist. Die Bürsten 3' und 3" oder sonstige Stromabnehmer stehen bei dieser Ausführungsform still.

Die Bürsten 3' und 3" bewegen sich relativ zu den Kommutatoren synchron mit dem Potential der Kommutatorlamellen in solcher Phasenlage, daß sie in jedem Augenblick mit Lamellen in Berührung stehen, die in dem einen Wicklungsteil ein annähernd maximales positives Potential und in dem anderen Wicklungsteil ein annähernd maximales negatives Potential gegenüber dem gedachten Spannungsnullpunkt des zugehörenden Wicklungsteiles aufweisen.

Ein gleichgerichteter Strom wird zwischen zwei festen Punkten 4' und 4" abgenommen, von denen einer auf jedem Wicklungsteil sich befindet. Diese Punkte haben eine solche Lage, daß sie in jedem Augenblick annähernd gleich großes Potential gegenüber dem gedachten Spannungsnullpunkt des zu- ;ehörenden Wicklungsteiles 1' bzw. 1" haben,

so daß eine konstante Spannung zwischen, den beiden festen Anschlußpunkten herrschen wird. Die Punkte 4' und 4" können mit dem Gleichstromkreis 13', 13" in bekannter Weise durch umlaufende Schleifringe 14' bzw. 14" leitend verbunden sein.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung geht aus Fig. 3 hervor. Die Kreise 5', ζ" bezeichnen die Potentialkurven der Wicklungsteile 1' bzw. 1", von denen der Einfachheit halber angenommen ist, daß sie mit einer unendlichen Anzahl Phasen arbeiten. Es wird weiter angenommen, daß die Kreise, jeder für sich, in der gezeigten Pfeilrichtung umlaufen, wobei die augenblickliche Spannung zwischen einer Spule und dem Nullpunkt des Wicklungsteiles durch die vertikale Projektion des zu dem entsprechenden Punkt des Kreises gezogenen Halbmessers angegeben wird. Die zwei Punkte, einer auf jedem Kreis, die in einem Augenblick durch die Bürsten miteinander verbunden sind, besitzen selbstverständlich dasselbe absolute Potential; sie sind im Diagramm mit 6 bezeichnet. Die festen Abnahmepunkte entsprechen im Diagramm den Punkten 7' und 7". Rechts in Fig. 3 wird ein Sinuskurvendiagramm gezeigt, worin die Zeit von den Abszissen dargestellt wird und die Ordinatenldie augenblicklichen Potentiale 8', 8" der festen Abnahmepunkte γ', f bedeuten, wobei das Potential der miteinander verbundenen Bürsten der Einfachheit halber als Null angesetzt worden ist. Aus der Figur geht unmittelbar hervor, daß die Spannung zwischen den Punkten 7', 7" konstant bleibt, obwohl die Potentiale gegenüber den Bürsten veränderlich sind. Das letztere ist aber ohne jede Bedeutung, da ja das Potential eines beliebigen Punktes der Wicklung immer fixiert werden kann, wenn das Potential nicht durch galvanischen Anschluß an ein vorhandenes Netz bereits festliegt.

In der obenerwähnten Weise erhält man also immer eine konstante Spannung zwischen zwei mit den Wicklungsteilen fest verbundenen Punkten.

Dieses Ergebnis ist bei mehreren Konstruktionen von besonderer Bedeutung, besonders bei solchen, wo der Kommutator stillsteht und die Bürsten sich drehen.

Fig. 4 veranschaulicht eine solche Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kommutatoren stillstehen und die Stromabnehmer sich drehen. Gemäß dieser Ausführung sind die Wicklungsteile 1' und 1" stillstehend und als die Sekundärwicklung eines Mehrphaseiitransformators ausgebildet, dessen Primärwicklung mit 9 bezeichnet ist. Der Mehrphasentransformator erzeugt ein umlaufendes Magnetfeld, das eine elektromotorische Kraft in den Spulen der Wicklungsteile 1' und 1" induziert. Über symmetrisch verteilte Anzapfungen sind die Wicklungsteile 1' und 1" mit den Lamellen der entsprechenden Kommutatoren 2' bzw. 2" leitend verbunden. Die stillstehenden Bürsten 3' und 3" der Fig. 2 sind hier durch einen Kontaktkörper 10 ersetzt, dessen Kontaktflächen aus elektrisch leitendem Material auszuführen sind und welcher teilweise aus magnetisierbarem Material aufgebaut ist, um die später beschriebene synchrone Bewegung unter Einwirkung eines Drehfeldes ausführen zu können.

Der Kontaktkörper 10 berührt die beiden Kommutatoren 2' und 2" und ist so angeordnet, daß er eine rollende Bewegung auf den Flächen der Kommutatorlamellen synchron mit dem Potential der Kommutatorlamellen in solcher Phasenlage ausführt, daß dasselbe Ergebnis erreicht wird wie mit den verbundenen Bürsten 3' und 3" der Fig. 2. Zu ^diesem Zwecke wird der magnetische Rollenkörper 10 durch eine Gleichstromwicklung 14 polarisiert und in der Bohrung der Kommutatoren durch die Mehrphasenmagnete ί S gedreht, welche mit der Primärwicklung 9, wie angedeutet, verbunden sind.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Gleichrichten elektrischer Wechselströme, die in einer Wicklung durch ein gegenüber der Wicklung umlaufendes Magnetfeld induziert werden, wobei die Wicklung· durch eine Anzahl symmetrisch verteilter Anzapfungen mit entsprechenden Kommutatorlamellen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Wicklung aus zwei gleichen magnetisch gekoppelten, aber elektrisch gegeneinander isolierten Teilen (1', 1") besteht, von denen jeder über die Anzapfungen mit den Lamellen eines besonderen Kommutators (2' bzw. 2") verbunden ist, daß sich leitend miteinander verbundene Bürsten oder' sonstige geeignete Kontaktvorrichtungen (3', 3", 10) relativ auf den Kommutatoren synchron mit dem Potential der Kommutatorlamellen in solcher Phasenlage bewegen, daß sie in jedem Augenblick mit Kommutatorlamellen in Berührung stehen, welche in dem einen Wicklungsteil maximales oder beinahe maximales positives und in dem anderen Wicklungsteil maximales oder beinahemaximales negatives Potential gegenüber dem Nullpunkt des zugehörigen Wicklungsteiles aufweisen, und daß der Gleichstromkreis an je einen festen Punkt (4', 4") der beiden Wicklungsteile angeschlossen ist, wobei diese Anschlußpunkte so gewählt sind, daß sie in jedem Augenblick gleich großes

   Potential gegenüber dem Spannungsnullpunkt des zugehörigen Wicklungsteiles haben.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden induzierten Wicklungsteile (i', i") als Sekundärwicklungen eines mehrphasigen Transformators ausgebildet sind, und daß

   die auf den Kommutatoren relativ zu diesen sich bewegende Kontaktvorrichtung aus einem rollenden Kontaktkörper (io) besteht, der durch ein mehrphasiges Magnetsystem (15) synchron mit dem Potential des Transformators über die Kontaktflächen der Kommutatorlamellen gerollt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   GEDRUCKT IN IiER ItKICHSmM OKKH