DE684933C - Elektrolytkommutatormaschine fuer Gleich- und Wechselstrom mit umlaufendern Elektrolytring - Google Patents

Description

Zur Erregung von Maschinen, die den Aufbau 'einer Synchronmaschine aufweisen, kann man einen, umlaufenden Elektrolytgleichrichter verwenden. Zu diesem Zweck ist mit der Synchronmaschine eine Hilfsmas chine synchroner oder asynchroner Bauart gekuppelt, die im Ständer erregt wird, während 'die Läuferwicklung über mit der Welle der Hauptmaschine gekuppelte umlaufende Kontaktsegmente des Eletaolytgleichrichters die Erregerwicklung der Synchronmaschine speist. Eine solche Anordnung ermöglicht den Betrieb einer Synehroimaschine ohne Schleifringe. Sie weist jedoch noch den Nachteil auf, daß die Läuferwicklung nur von je 'einer Halbwelle des Wechselstromes ausgenutzt wird.

An sich ist auch bereits die Verwendung eines Elektrolytgleichrichters mit umlaufendem Flüssigkeitsring· ,als Ersatz für die bisher gebräuchlichen Kommutatoren für Gleichoder Wechselstrommaschinen bekannt. Es ist dabei ein einziger Flüssigkeitsring vorgesehen, in den ein Segmentrad mit den einzelnen Segmenten nacheinander eintaucht. Die Kommutatorwicklung ist dabei in Stern geschaltet, wobei die äußeren Enden dieser Sternschaltung mit den einzelnen Segmenten am Segmentrad verbunden sind, während der Sternpunkt über einen besonderen Schleifring für die Abnahme des Gleichstromes herausgeführt ist. Diese Anordnung besitzt ,also außer dem Nachteil, daß die einzelnem Phasen der Kommutatorwicklung immer nur je mit ■einer Halbwelle des Wechselstromes ausgenutzt sind, noch den weiteren Nachteil, daß man noch einen besonderen Schleifring für die Abnahme des Gleichstromes iam Sternpunkt vorsehen muß. Bei einer weiteren bekannten Anordnung ist zwar eine Ausnutzung der an den Elektrolytgleichrichter angeschlossenen Wicklung mit beiden Wellenhälften des Wechselstromes möglich. Diese bekannte Anordnung ist aber sehr kompliziert, da für die Umformung von Drehstrom in Gleichstrom sechs Kontakträder erforderlich sind, ferner sechs voneinander isolierte Stellen, in denen diese Kontakträder in die Flüssigkeit eintauchen. ■ Außerdem sind noch zwei Schleifringe für die Abnahme des Gleichstromes und drei weitere Schleifringe für die Zuführung des Drehstromes notwendig.

Die Erfindung betrifft eine Elektrolytkommutatormaschine für Gleich- und Wechselstrom mit umlaufendem Elektrolytring, die diesen Nachteil der schlechten Ausnutzung der Kommutatorwicklung vermeidet. Erfindungsgemäß ist jeder Anzapfpunkt der in sich geschlossenen Ankerwicklung an je ein Segment von so viel Segmenträdern angeschlossen, ,als der Phasenzahl des umgeformten bzw. umzuformenden Stromes entspricht,

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

und die Segmenträder tauchen in voneinander isolierte Flüssigkeitsringe ein, über die der Strom entnommen wird. ,

Die erfindungsgemäße Ausbildung jß gegenüber den bekannten Anordnungen ^fiefe Vorteil 'einer wesentlichen Vereinfachung if da für die gleiche Umformung von Dreh-' strom in Gleichstrom unter Ausnutzung beider Halbwelten des Wechselstromes nur drei ίο Segmenträder notwendig sind. Außerdem entfallen die Schleifringe für die Abnahme des Gleichstromes und evtl. auch die Schleifringe für die Zuführung des Drehstromes.

Im folgenden, ist die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. In Abb. I-stellt ι eine Synchronmaschine dar, die im Läufer durch 'eine Elektrolytkommutatorroaschine 2 erregt wird. Diese wird im Ständer mit Gleichstrom erregt, der Läufer besitzt jedoch nicht die übliche Gleichrichterschaltung mit Nullpunkt in der Mitte, sondern eine geschlossene Wicklung mit sechs Anzapfungen ti, z, v, x, w; y, von denen zwei benachbarte einen Winkel von 6o° einschließen. Auf der gemeinsamen WeBe befinden sich die beiden Segmenträider 3 und 4 sowie die beiden Kontakträder 5, 6, an welche die Erregerwicklung von 1 angeschlossen ist. Derartige Kontakträder sind an sich für die Abnahme von Strom aus einem rotierenden Flüssigkeitsring bereits bekannt. Die Räders und 5 tauchen in die Elektrolytflüssigkeit 7, die Räder 4 und 6 in eine ebensolche Elektro-• lytflüssigkeit 8. Die Anzahl der Segmente auf den beiden Rädern 3 und 4 entspricht der Zahl der Anzapfungen an der Wicklung und ist in gleicher Reihenfolge gekennzeichnet. Jede Anzapfung ist demnach an je ein" Segment auf den beiden Segmenträidern 3 und 4 angeschlossen. Die Anordnung ist jedoch so getroffen, daß gleichnamige Segmente der beiden Segmienträder gegenüber ihrem. Eintauchzeitpunkt-um i8o^p verschoben sind. In Abb. ι ist z. B. der Zeitpunkt dargestellt, wo das Segment W₄- des Rades 4 in die Elektrolytflüssigkeit 8 eintaucht und gleichzeitig das Segment JC₃ des Rades 3 in die Elektrolytflüssigkeit 7. Es. kann demnach ein Strom von der Wicklttngsanzapfungα über Segment %, Elektrolytflüssigkeit 8, Kontaktrad 6 durch die Erregerwicklung von 1 zurück über Kontaktrad 5, Elektrolytflüssigkeit 7, Segment X₃ nach der Wicklungsanzapfung χ fließen; Nach einer halben Umdrehung ist der Stromlauf von χ über x_i} 8, 6, Erregerwicklung, 5, 7, U₃ nach u. Die Erregerwicklung wird also stets im gleichen Sinne durchströmt.

Abb. 2 gibt die Anordnung noch in anderer

So Weise wieder. Soweit die Bezeichnungen die gleichen sind, haben sie die gleiche Bedeutung. Die beiden Elektrolytßüssigkeiten 7 und 8 befinden sich in einer in bekannter ■ Weise umlaufenden Trommel 9, die mit gei'v^gneter Geschwindigkeit angetrieben wird, ;'.':|'ö daß sich die Flüssigkeiten zu einem Ring ^ausbilden. Der dargestellte Zeitpunkt ent-""spricht dem von Abb. 1, d.h.. das Segment.« auf dem Segmentrad 4 schaltet über die Elektrolytflüssigkeit 8 die Anzapfung a an das. Kontaktrad 6, desgleichen das Segment* auf dem Rad 3 die Anzapfung χ über die Elektrolytflüssigkeit 7 an das Kontaktrad 5. Verwendet man die Elektrolytkommutatormaschine nicht zur Speisung der Erregerwicklung einer Synchronmaschine, sondern schließt man sie an-ein Gleichstromnetz an, so kann man sie je nach Bedarf als Motor oder Generator betreiben. . Abb. 3 und 4 stellen derartige Ausführungsbeispiele dar. Die Darstellung ist im wesentlichen mit der in Abb. 2 gleichbedeutend. - Es sind lediglich die beiden Kontakträder 5 und 6 weggefallen, die den Anschluß an die Erregerwicklung der Synchronmaschine vermittelt haben. Dafür sind die Elektrolytflüssigkeiten7 und 8 in Abb. 3 über auf der umlaufenden Trommel 9 schleifende Bürsten an das Gleichstromnetz 10 und 11 angeschlossen. Die Anordnung nach Abb. 4 unterscheidet sich dadurch, daß die Flüssigkeitsringe 7 und 8 in feststehenden Trommeln durch eine auf den Segmenträdern 3 und 4 angebrachte, anderwärts vorgeschlagene Schaufelanordnung ausgebildet werden, so daß kein besonderer Antrieb für die Erzeugung des umlaufenden Elektrolytflüssigkeitsringes notwendig ist. Statt mit Gleichstrom kann man die Maschine auch mit Wechselstrom betreiben. Bei Mehrpbasenwechselstrom ist dann die Anzahl der Flüssigkeitsringe entsprechend der Phasenzahl zu wählen. In Abb. 5 ist z.B. eine Elektrolytkommutatormaschine mit Nebenschlußverhalten zum Anschluß an Drehstrom in Sechsphasenschaltung angedeutet. 2 bedeutet wieder die Maschine selbst, deren Ständerwicklung an das Drehstromnetz 12 angeschlossen sei. Die Läuferwicklung ist wieder als geschlossene Wicklung ausgeführt und besitzt sechs gleichmäßig verteilte An- 110. zapfungen I, II, III, IV, V und VI. Jede; Anzapfung ist an jedem der sechs Segmenträder 13 bis 18 je einmal angeschlossen. Die Segmenträder seien zugleich als Schaufelräder ausgebildet und 'erzeugen in jeder der sechs Abteilungen der feststehenden Trommel 19 einen umlaufenden Flüssigkeitsring, der den Anschluß an die zugehörige Phase des Transformators 20 vermittelt. Der Anschluß jeder Anzapfung der Läuferwicklung von 2 an die Segmenträder .erfolgt dabei so, daß die ausschloss enen Segmente eine der Phasienzahl

entsprechende gegenseitige Versetzung aufweisen. In Abb. 6 ist dies näher erläutert. Abb. 6 a zeigt die Lage der Anzapfungen, I bis VI an der Läuferwicklung der Maschine 2 für Rechtslauf, von A (s. Abb. 5) aus gesehen. Das Drehfeld Φ laufe ebenfalls rechts herum. Für eine gegebene Stellung der Segmenträder sind die Anzapfungen I bis VI in der in Abb. 6a dargestellten Weise über die Elektrolytflüssigkeiten mit den Klemmen«,v. W, x, y, 2 verbunden. Die Phasenfolge entspricht dem Drehfeldumlauf. Abb. 6b zeigt, in welcher Weise die zu einer Anzapfung gehörenden Segmente auf den einzelnen Segmenträdern angeordnet sind. Die in den Kreis geschriebene Ziffer (z. B. I) bedeutet die betreffende Anzapfung, der außen beigeschriebene Buchstabe die Lage des zugehörigen Segments auf dem zur betreffenden Phase (z. B. 11) gehörenden Segmeintrade. Ein Anschluß der Anzapfungen I bis VI an die Phasen« bis 2 gemäß Abb. 6a kommt tatsächlich zustande, wenn man sich die in Abb. 6b zuunterst befindlichen Segmente in die Elektrolytflüssigkeiten !eingetaucht denkt. I ist mit u verbunden, II mit y, III mit W uisw. Nach ¹J₆ Umdrehung im Uhrzeigersinne ist II mit u verbunden, III mit y uswi.j d.h. die in Abb. 6a dargestellten Drehfeldanschlüsse ti bis 2 bleiben auch bei Drehung des Ankers erhalten, wie es ja durch den normalen Kommutator auch bewirkt wird. Abb. 6c zeigt noch, in welcher Weise die auf einem Segmentrad, z.B. 13 (Phase tt), befindlichen Segmente an die Anzapfungen I bis VI angeschlossen sind. Es ist nicht unbedingt nötig, daß die Zahl der Anzapfungen der Phasenzahl ^entspricht, sie kann auch größer oder Heiner sein. Lediglich die Anzahl der Segmente .auf jedem Segmentraid entspricht der Zahl der Anzapfungen, während die Zahl der Segmenträder gleich der Phasenzahl ist. Die gegenseitige Verschiebung gleichnamiger Segmente auf den versehiedenen Segmenträdern entspricht ebenfalls der Phasenzahl. Die gegenseitige Verschiebung entspricht dabei dem Bolzenabstand bei der normalen Kommutatormaschine, die Zahl der Segmente pro Rad der Lamellenzahl, die Zahl der Segmenträder der Phasenzahl. Die gezeigten Beispiele gelten ferner für zweip ölige Maschinen, für mehr als zwei Pole ist die Segmentzahl pro Rad entsprechend zu vermehren.

Auf -'eine derartige Maschine können nun -alle bekannten Schaltungen der Wechsel-•,stromkommutatormaschine angewendet werden. Sie kann Nebenschluß-, Reihenschlußoder Verbundverhalten besitzen, sie kann mit • Mehrphasen- oder mit Einphasenstrom betrieben werden. So wird z. B. die in Abb. 5 dargestellte Maschine durch Regelung der Unterspannung des Transformators 20 zum Nebenschlußmotor, was "durch Anzapfungen und Stufenschalter angedeutet ist.

In Abb. ι ist die Elektrolytkommutator- . maschine zur schleifringlosen Erregung einer Synchronmaschine verwendet. Man kann sie jedoch auch ebenso zur Erregung von Asynchronmaschinen verwenden. Bei dreiphasiger Speisung sind danin statt der zwei Paare von Segment- und Kontaktrad drei solche Paare vorzusehen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektrolytkommutatormaschirie für Gleich- und Wechselstrom mit umlaufendem Elektrolytring, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anzapfpunkt der in sich geschlossenen Ankerwicklung an je ein Segment von so viel Segmenträdern angeschlossen ist, als der Phasenzahl des umgeformten bzw. umzuformenden Stromes entspricht, und daß die Segmenträder in voneinander isolierte Flüssigkeitsringe eintauchen, über die der Strom entnommen wird.
2. 2. Elektrolytkommutatormaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußklemmen mit den Segmenträdern gekuppelte Kontaktscheiben dienen, die mit je einem Segrneintrad die Elektrolytflüssigkeit gemeinsam, haben und zu den Anschlüssen der Läuferwicklung einer- mit der Elektrolytkominutatormaschine gekuppelten Synchron- oder Asynchronmaschine führen.
3. 3. Elektrolytkommutatormaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytflüssigkeiten elektrisch getrennt in einer feststehenden Trommel durch Schaufelanordnungen an den Segmenträdern zu Flüssigkeitsringen ausgebildet werden.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen