DE79528C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

Phasen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 23. Dezember 1890 ab.

Die Anwendung mehrerer zeitlich gegen einander verschobener Wechselströme zum Antrieb elektrischer Kraftmaschinen hat sich als nutzbringend erwiesen. Ihre Anwendung bietet vor allem den Vortheil, dafs die Stromerzeuger weit mehr ausgenutzt werden können, als wenn sie für nur einen Wechselstrom gewickelt sind.

Schon die Gramme'sehe Wechselstrommaschine lieferte aus zwei Spulensätzen zwei gegen einander verschobene Wechselströme. Die von Ferraris demnächst beobachtete Erscheinung des kreisenden Magnetfeldes als Ergebnifs der gleichzeitigen Wirkung zweier derartiger Wechselströme nutzte Tesia für sein neues elektrisches Fernleitungssystem (D. R. P. Nr. 47885) aus. Er führt mehrere aus einem Stromerzeuger herrührende Ströme einzeln und unabhängig von einander in die Ferne und schliefst sie dann passend an die Motorspulen an, wobei für jeden Strom zwei Leitungen gebraucht werden. Schallenberger (amer. Patent Nr. 412932) giebt zwei Strömen von je 90° Phasenunterschied eine gemeinschaftliche Rückleitung; ähnliches ist auch Zipernowski patentirt worden (D. R. P. Nr. 53416). Auch Gramme speiste Lampen mittelst zweier unabhängiger Ströme, welche eine gemeinsame Leitung hatten. Während nun die Gleichmäfsigkeit des Ganges der Elektromotoren und die Ausnutzung der Stromerzeuger mit der Anzahl der verschiedenphasigen Ströme sich erhöht, hat deren Nutzbarmachung sich der fühlbare Nachtheil entgegengestellt, dafs das rasche Wachsen der Zahl der Leitungen die Kosten der Anlage unverhältnifsmäfsig steigert. Diesem Uebelstand kann durch das im Folgenden beschriebene System abgeholfen werden.

Dasselbe läfst sich kurz dahin kennzeichnen: Die Stromerzeuger liefern beliebig viele Ströme von auf einander folgenden Phasen; vor dem Eintritt in die Leitung werden sie vereinigt zu nur drei Strömen von 120 ° Phasenunterschied, welche durch eine geringe Anzahl von Leitungen in die Ferne geleitet und sodann an den Verbrauchsstellen abermals in mehrere Ströme von verschiedener Phase gespalten werden.

Dieses System bietet den Vortheil, dafs die Stromerzeuger, was die Zahl der Ströme verschiedener Phase anlangt, beliebig gebaut sein können; man giebt dem Anker so viel Unteräbtheilungen, wie es für den ruhigen, erschütterungsfreien Gang und für günstigste Ausnutzung der Maschine erforderlich scheint, worin man auch von der Gröfse der betreffenden Maschine abhängig ist. Diese einzelnen Ströme werden einzeln gemessen, geregelt (z. B. durch Inductionswiderstände) und nach Bedarf bei etwaiger Ueberlastung einzeln aus anderen Stromerzeugern unterstützt u. s. w.

Nachdem die einzelnen Ströme für die Fernleitung gewissermafsen fertig sind, werden sie noch in geeignete Inductionsapparate (Fig. 1) geleitet. Durch die Wirkung der gegen einander verschobenen Ströme entsteht in den Inductorien ein kreisendes magnetisches Feld, das in ihren seeundären Windungen, drei Ströme von 120⁰ Phasenabstand inducirt. Diese drei Ströme können so zusammengeschaltet werden, wie

Fig. 2 oder Fig. 3 andeuten, so dafs nur drei Leitungen zur Stromabnahme genügen. Die beste Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt; die Ströme i, z₂ z₃ erhalten Rückleitungen A¹ B¹ C¹, welche zu einer einzigen vereinigt werden. Da die Ströme in der gemeinschaftlichen Leitung sich nahezu aufheben, so kann diese einen bedeutend geringeren Querschnitt erhalten als die drei Hauptleitungen.

Wir bemerken hierbei, dafs es auf die besondere Anordnung des Stromwandlers nicht ankommt. So kann man aufser der in Fig. 1 gekennzeichneten Anordnung auch diejenigen der Fig. 5 oder Fig. 6 anwenden, oder auch die ausgebreitete Form der Fig. 7 oder einzelne Stromwandler, wie in Fig. 8.

Erforderlich ist für vorliegendes System nur die durch den Inductionsapparat zu bewirkende Vereinigung mehrerer Ströme zu nur dreien, welche durch passende Schaltung (Fig. 2, 3 und 4) mit einander verkettet werden, so dafs sie durch eine geringe Anzahl Leitungen fortgeleitet werden können. Ebensowenig wie die Form der Umwandler berührt das Wesen des Systems, ob man bei Gelegenheit der beschriebenen Stromwandlung die Spannungsverhältnisse ändert (ob man z. B. aufser der Vereinigung der Ströme sie durch Wickelungsanordnung in hochgespannte verwandelt) oder nicht.

Man könnte nun einwerfen, dafs durch Vereinigung vieler Ströme zu nur dreien man die Vortheiie der Erzeugung von mehr Strömen wieder verliert. Dem ist indessen durchaus nicht so. Zwar ist es Thatsache, dafs, wenn wir die primären Windungen des Umwandlers mit mehreren Strömen speisen, die secundären Windungen dagegen zu einer geringeren Zahl von Stromkreisen ausbilden, dafs daraus eine geringere Ausnutzung der secundären Windungen sich ergiebt. Allein, da bekanntlich die Wechselstromwandler einen viel günstigeren Wirkungsgrad erreichen als die Maschinen und billiger sind als letztere, so spielt hier eine Vergröfserung der Abmessungen der Umwandler um einen gewissen Bruchtheil keine so grofse Rolle als bei den Stromerzeugungsmaschinen.

Ferner haben wir bei verketteten Strömen nur schwer einen Ueberblick über die augenblickliche Leistung einzelner Stromkreise. Wäre z. B. die Maschine selbst nach dem Schema der Fig. 2 oder Fig. 3 oder sogar der Fig. 4 geschaltet und jede der Leitungen mit einem Strommesser versehen, so würden alle drei Stromzeiger ausschlagen, auch wenn die Lampen in einem der Stromkreise, etwa in I, ausgeschaltet wären. Bei unregelmäfsig vertheilter Belastung braucht man sehr viel Zeit, um sich über die Belastungsvertheilung Klarheit zu verschaffen, auch ist eine vorsichtige Regelung der Spannung eines Stromkreises, ohne die anderen in Mitleidenschaft zu ziehen, sehr zeitraubend, praktisch in Elektricitätswerken also kaum ausführbar.

Die Fig. 9, welche wir später ausführlicher beschreiben werden, zeigt links einen vielphasigen Stromerzeuger D schematisch: jeder der Ströme wird einzeln durch die Regelungsbezw. Ausschalte-Inductoren R₁R₂R₃, ferner durch die Strommesser A₁ A₂ A₃ durchgeleitet. Diese Ströme werden alle in den Umwandler T eingeleitet. Anstatt die Rückleitungen 1 \ 2¹, 3¹, 4',S¹ und 6' einzeln zu führen, könnte man natürlich auch eine gemeinschaftliche, genügend starke Rückleitung verwenden, wie das in der Elektrotechnik ja häufig der Fall ist; selbstverständlich wird dadurch, da eine Verkettung nicht bewirkt wird, die Unabhängigkeit der einzelnen Ströme nicht gestört, denn jeder Strom bleibt für sich abstellbar, mefsbar und regelbar, ohne die anderen in Mitleidenschaft zu ziehen. Dieselbe Fig. 9 zeigt auch ferner, dafs die inducirten Ströme zu nur drei verketteten Strömen nach dem Schema der Fig. 2 zusammengeschaltet sind und durch Leitungen I, II, III in die Ferne geleitet werden.

Da nun aus denselben Gründen wie bei Stromerzeugern auch bei Kraftmaschinen möglichst viele einzelne Stromphasen erwünscht sind, so werden die drei verketteten Ströme an den Verbrauchsstellen (unter Umständen in sogen. Unterstationen) durch ähnliche Stromwandler (s. Fig. 9) abermals in mehrere einzelne Ströme zertheilt. Die Anzahl dieser »tertiären« Ströme braucht natürlich nicht dieselbe zu sein wie diejenige der primären Ströme, sondern kann gröfser oder kleiner sein. Bei Antrieb grofser Kraftmaschinen wird man z. B. möglichst viel Ströme nehmen, weil es sich in diesem Falle besonders um höchste Ausnutzung und ruhigen Gang (ohne Erschütterungen) handelt; hingegen können kleine Motoren schon mit zwei, drei, vier, fünf Stromphasen genügend gut arbeiten. Der zu der Verbrauchsstelle führende Stromstrang braucht somit nicht in allen seinen Strömen gleichmäfsig benutzt zu werden: gröfsere Maschinen, wie M₁ (Fig. 9 rechts), werden an alle Phasen, kleinere, wie Af₂, nur an einige derselben angeschlossen. Die Glühlampen L werden selbstverständlich meist nur von einzelnen Leiterpaaren gespeist, z. B. von den Leitungen i k und ef (Fig. 9).

Auf derselben Figur ist in T₂ auch ein Umwandler gezeigt, welcher den verketteten Dreiphasenstrom in zwei Ströme mit 90° Phasenunterschied verwandelt. Diese Ströme besitzen zwar eine gemeinsame Rückleitung Z₂ Z₄, sind jedoch, wie oben erklärt, gleichwohl als ganz unabhängig zu betrachten. Diese Ströme speisen einen kleinen Zweiphasenmotor M₃, einer derselben aufserdem noch die Lampen L. Ist eine Verbrauchsstelle nur für Beleuchtung be-

stimmt, so können die Lampen .direct oder -durch Vermittelung eines gewöhnlichen einfachen Stromwandlers T₃ an zwei beliebige Hauptleitungen I, II, III angeschlossen werden.

Falls durch zu starke Stromentnahme, die nicht gleichmäfsig sich auf das ganze Netz vertheilt, an der Erzeugungsstelle einzelne Stromkreise überlastet werden, kann man,, um die Spannung immer noch auf der richtigen Höhe zu halten, gewöhnliche Wechselstrommaschinen zu Hülfe nehmen und parallel zu den überlasteten Spulen des Erzeugers schalten. In Fig. 9 sind z. B. zwei gewöhnliche Wechselstrommaschinen W₁ und W₂ zur Entlastung der Stromläufe ι und 2 angegeben.

Ist der Verbrauch durchweg für den Stromerzeuger zu grofs, so können zu diesem auch Mehrphasenmaschinen parallel geschaltet werden. Dies kann auf zweierlei Art geschehen. Fig. 11 zeigt die Parallelschaltung in der Weise, dafs die entsprechenden Ströme beider Maschinen sich vor der Umwandlung vereinigen. Hingegen ist in Fig. io die Parallelschaltung nach der Umwandlung abgebildet. Letzteres Verfahren ist im allgemeinen deswegen vorzuziehen, weil die Stromerzeuger nicht für gleiche Phasenzahlen gebaut zu sein brauchen; in der That sind nach der erwähnten Fig. 10 zwei Maschinen, welche verschiedene Zahlen von Strömen liefern, parallel geschaltet.

Die Gewinnung der bei dem vorliegenden System der Erzeugung, Regelung und Fernleitung erforderlichen unabhängigen Wechselströme verschiedener Phase kann zuweilen auch in der Erzeugerstation in bekannter Weise aus mehreren synchron laufenden Wechselstrommaschinen erfolgen, wie dies ähnlich u. a. im (theilweise für nichtig erklärten) D. R. P'. Nr. 55978 beschrieben ist. Dieser Aufbau der Erzeugermaschinen wird namentlich in dem besonderen Falle benutzt werden, wo die Anzahl der Fernleitungen gleich derjenigen der Phasen an der Erzeugerstelle ist, und wo man statt mehrphasiger Stromerzeuger einfache Wechselstrommaschinen und für jede der Phasen mindestens eine solche zur Verfügung hat. In diesen Fällen wird die Regelung zweckmäfsig durch verschieden starke Erregung der zu der betreffenden Phase gehörigen Erzeugermaschine bewirkt. Aber auch hierbei werden zum Unterschied von der im D. R. P. Nr. 55978 benutzten Schaltung die einzelnen aus den synchron laufenden Maschinen gewonnenen Ströme nicht verkettet erzeugt, sondern, wie vorher beschrieben, unabhängig und werden als solche erst nachträglich (hinter den Mefsapparaten) zu den Inductionsapparaten geleitet und in diesen verkettet, weil nur hierdurch die Möglichkeit einer leichten Uebersicht über die Belastungsverhältnisse und eine leichte Regelbarkeit der einzelnen Ströme unabhängig, d. h. ohne gegenseitige Beeinflussung ermöglicht wird.

Claims (1)

1. Patent- Anspruch:

   System der Erzeugung, Regelung und Fernleitung bei Wechselströmen mit verschiedener Phase, dadurch gekennzeichnet, dafs mehrere (viele) Wechselströme von auf einander folgender Phase unabhängig und getrennt von einander in dem oder den Stromerzeugern erzeugt, einzeln durch Ausschalter, Mefs- und Regelungsvorrichtungen geleitet und in besonderen Inductionsapparaten zu nur drei in bekannter Weise mit einander verketteten Strömen mit je 120⁰ Phasenabstand vereinigt werden, worauf dieselben durch nur drei Leitungen zu den Verbrauchsstellen gelangen und dort erforderlichenfalls durch ähnliche Inductionsapparate abermals und je nach dem Zweck in mehrere Ströme von verschiedener Phase umgewandelt werden, um entweder einzeln oder gruppenweise oder in ihrer Gesammtheit Verwendung zu finden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.