DE88806C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

(Maryland, V. St. A.).

Perioden- und Phasenzahl zu erzeugen.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom g. Juni 1894 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Mehrphasenströmen beliebiger Frequenz und Phasenzahl aus beliebigen anderen Mehrphasenströmen. Die mannigfaltige Verwendungsart des neuen Verfahrens und somit seine technische Wichtigkeit wird sofort klar, wenn man bedenkt, dafs in der Technik nicht nur die Aufgabe auftaucht, einen Mehrphasenstrom in einen bestimmten anderen zu verwandeln, sondern dafs es mit dem neuen Verfahren auch möglich ist, unmittelbar eine Gleichstrommaschine zu verwenden, deren Stromwenderstege bekanntlich sich ebenso verhalten wie die Enden von Leitungen, in denen Mehrphasenströme inducirt werden. Jede Gleichstrommaschine kann demnach unter Benutzung des neuen Verfahrens durch jeden beliebigen Phasenstrom mit veränderlicher Umdrehungszahl und unter Belastung angetrieben werden, oder umgekehrt, es kann von jeder Gleichstrommaschine ein Mehrphasenstrom beliebiger Art abgenommen werden. ; .

Der letztere Gedanke findet bereits eine Verwirklichung in dem D. R. P. Nr. 59351 und der erstere, sofern ein Wechselstrommotor mit veränderlicher Geschwindigkeit laufen soll, in der schweizerischen Patentschrift Nr. 6017 bezw. dem D. R. P. Nr. 75741. Es wird die vorliegende Erfindung beleuchten, wenn man sie in Gegensatz zu den erwähnten Veröffentlichungen stellt, doch soll sie selbst zunächst beschrieben werden.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dafs die einzelnen Leiter des Mehrphasenstromes mit Stromwenderstegen verbunden und die dazu gehörenden, mit einander fest verbundenen Bürsten mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit als die Stromwenderstege getrieben werden. Dabei können Bürsten und Stromwenderstege ihre Rolle vertauschen.

Die einfachste Form der Ausführung des neuen Verfahrens ist in Fig. 1 und 2 beiliegender Zeichnungen dargestellt.

A ist ein Stromwender, der nach Fig. 1 feststeht und durch Leiter mit der Quelle eines Mehrphasenstromes in Verbindung stehen kann. Er kann jedoch auch an der Welle B befestigt sein, mit derselben umlaufen und den Strom aus den Windungen eines Stromerzeugers (Fig. 2) oder von einer anderen Quelle eines Mehrphasenstromes erhalten.
. CC (Fig. 1) sind Metallringe, welche von der Welle B getragen und von dieser sowohl, wie von einander isolirt sind. Jeder Ring ist durch einen Leiter mit einem Steg des Stromwenders verbunden. D D sind Bürsten, welche auf den Ringen C C schleifen. E E sind Leiter, welche einerseits mit den Enden der Bürsten D D verbunden sind und andererseits zu einer· Quelle eines Mehrphasenstromes führen. Es sind so viel Bürsten D und Ringe C vorgesehen, als der Primärstrom Phasen besitzt. Die Anzahl der Stromwenderstege kann gerade so grofs sein als die Anzahl der Bürsten D und Ringe C; sie kann jedoch auch jedes

Vielfache der Anzahl der Phasen sein, wobei in letzterem Falle die Ringe mit zwei oder mehr Stegen verbunden sind und die Geschwindigkeit des Stromwenders entsprechend vermindert ist.

FF u. s. w. sind Bürsten, welche, auf dem Stromwender A schleifend, sich drehen. Zu letzterem Zwecke sind sie auf der umlaufenden Welle G befestigt. Die Anzahl dieser Bürsten braucht nicht nothwendig dieselbe zu sein wie die Anzahl der Stromwenderstege. Die beiden Wellen B und G können unabhängig von einander umlaufen oder derartig mit einander gekuppelt sein, dafs sie sich gleichmäfsig drehen. Sie können auch durch ein veränderliches oder unveränderliches Getriebe gekuppelt sein, so dafs die Geschwindigkeit des einen Theiles einen beliebigen Theil der Geschwindigkeit des anderen Theiles beträgt.

HH sind Metallringe (Fig. ι und 2), welche von der W^Telle G wie von einander elektrisch isolirt und durch einen Leiter je mit einer der Bürsten F in Verbindung stehen.

KK sind Leiter, welche mit den Bürsten // verbunden sind und nach der Uebertragungsvorrichtung oder zu Vorrichtungen führen, welche in Thätigkeit gesetzt werden sollen, wie beispielsweise Sychron- oder Tesla-Motoren.

Während sich die vorhergehende Beschreibung nur auf solche Ströme bezieht, die durch die Drähte E in den Stromwender fliefsen und durch die Leiter K fortgeführt werden, so soll hier bemerkt werden, dafs der Strom auch in umgekehrter Richtung fliefsen kann, da die Wirkungsweise der Vorrichtung nicht von der Richtung des Stromes abhängt. Ueberall, wo die Thätigkeit der Apparate mit Bezug auf Stromwender und Bürsten mit verschiedener Winkelgeschwindigkeit beschrieben ist, mufs beachtet werden, dafs ein Stromwendersteg mit einer Bürste vertauscht werden kann, und umgekehrt.

L² (Fig. 2) stellt eine elektrische Maschine dar, welche aufser mit den Bürsten F noch mit feststehenden Bürsten L⁰ ausgestattet sein kann.

Die Wirkungsweise der neuen Vorrichtung wird ohne Weiteres aus folgender Betrachtung klar.

Ist die Anordnung in Ruhe, so ist der von den Leitern K fliefsende Strom in jeder Beziehung mit dem Strom gleichbedeutend, welcher bei E E eintritt, unter der Voraussetzung, dafs die Anzahl der Bürsten, Ringe und Stege überall dieselbe ist.

Wird aber der Stromwender A durch einen Motor angetrieben und bleiben die Bürsten F in Ruhe, so liefert jedes Paar dieser Bürsten einen Gleichstrom, welcher von den Bürsten oder von den zugehörigen Leitern K abgenommen werden kann. Wenn diese Bürsten F jedoch gleichfalls durch einen Motor, und zwar mit derselben Geschwindigkeit wie der Stromwender A getrieben werden, so werden sie eine feste Stellung in Bezug auf den Stromwender A einnehmen und der bei K K austretende Strom mufs in jeder Beziehung mit dem Strom identisch sein, welcher durch die Leiter E eintritt.

Es geht aus dem Gesagten hervor, dafs, da man einen Strom von der Phasenzahl Null bis zu einem Strom erhalten kann, der an Phasenzahl dem bei E eintretenden gleich ist, die dazwischenliegenden Stufen in Uebereinstimmung mit den verschiedenen Geschwindigkeiten der Bürsten F F übergangen sein müssen. Wenn daher die Bürsten FF mit einer beliebigen anderen Geschwindigkeit als der dem Synchronismus entsprechenden getrieben werden, so mufs der durch die Leiter K K gehende Strom eine andere Phasenfrequenz besitzen als der bei EE eintretende. Diese Phasenfrequenz hängt von der ursprünglichen Phasenfrequenz sowie von dem Geschwindigkeitsunterschied der beiden Theile ab.

Es geht hieraus hervor, dafs es vollständig gleichgültig ist, ob der Stromwender allein umläuft oder ob die Bürsten allein sich drehen, oder endlich ob beide gleichzeitig in Drehung sich befinden, wenn nur der Unterschied in der Geschwindigkeit der beiden Theile derselbe bleibt.

Wenn nur ein Theil der Bürsten FF gebraucht wird, so wird die Anzahl der Phasen des durch die entsprechenden Leiter K K fliefsenden Stromes verhältnifsmäfsig vermindert.

Die Anzahl der mit den Leitern E verbundenen Stromwenderstege kann verschieden sein von der Anzahl der Bürsten und Leiter K; ein derartiger Stromwender mufs jeden Mehrphasenstrom in jeden beliebigen anderen Mehrphasenstrom verwandeln, wobei die Anzahl der Phasen im Verhältnifs zu der Anzahl der Leiter E und K steht und der Unterschied der Frequenzen bestimmt ist durch die Geschwindigkeit der Bürsten und Stromwender.

Eine derartige Einrichtung kann in der verschiedenartigsten Weise nutzbar gemacht werden, so kann:

i. eine elektrische Maschine in Stand gesetzt werden, Ströme von jeder Frequenz zu liefern. Zu diesem Zweck wird die Vorrichtung auf die Welle der Dynamomaschine gesetzt, wie in Fig. 2 gezeichnet ist. Der Stromwender kann jetzt der Stromwender der Dynamomaschine werden und die Ankerleitungen können unmittelbar zu den Stegen des Stromwenders geführt sein. Setzt man nun die Bürsten in Bewegung, so kann ein Mehrphasenstrom von beliebiger Frequenz von den Bürsten F abgenommen werden. Die Bürsten können von der Welle aus durch Zahnräder oder Riemengetriebe mit jeder beliebigen Ge-

schwindigkeit getrieben oder durch einen besonderen Motor in Umdrehung versetzt werden. In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird die Welle G durch eine Riemenscheibe P angetrieben;

2. stellt die in Fig. 2 gezeichnete Vorrichtung einen Motor dar, der auf verschiedene Weise in Gang gesetzt und in Umdrehung gehalten werden kann.

a) Dieser Motor ist dann ein sich selbst in Gang setzender synchroner Motor, sofern die Bürsten in geeigneter Geschwindigkeit umgedreht und nachher mittelst Riemen, Zahnräder oder dergl. derartig verbunden werden, dafs sie den festgesetzten Geschwindigkeitsbetrag beibehalten.

b) Wenn die Bürsten durch einen kleinen synchronen Motor getrieben und durch einen Mehrphasenstrom gespeist werden, so kann der Motor durch einen Gleichstrom gespeist werden und laufen, angehen und anhalten, genau wie ein Gleichstrommotor.

c) In jeder der unter a) und b) beschriebenen Arbeitsweisen kann noch ein Gleichstrom durch ein feststehendes Bürstenpaar L⁰ abgenommen und dieser Strom zur Erregung der Elektromagnete oder zu anderen Zwecken benutzt werden.

d) Die unter a) bezeichnete Vorrichtung kann dazu benutzt werden, einen Gleichstrom in einen mehrphasigen Strom (Wechselstrom) von jeder Phasenzahl und Frequenz zu verwandeln.

3. Man kann einen Tesla- oder synchronen Motor unter Belastung angehen und ihn mit jeder beliebigen Geschwindigkeit laufen lassen, unabhängig von der Frequenz des zugeführten Stromes. Man läfst die bewegten Theile durch irgend ein Getriebe so laufen, dafs man ihre Geschwindigkeit nach Belieben einstellen kann.

4. Die neue Vorrichtung gestattet es, einen Motor unter Belastung angehen zu lassen. Treibt man nämlich die Bürsten durch einen synchronen Motor, so wird der grofse Motor unter Belastung angehen und mit einer Geschwindigkeit laufen, welche von der elektromotorischen Kraft abhängt.

5. Man kann einen synchronen Motor unter Belastung angehen lassen. Wenn man nämlich, wie oben beschrieben, die Anordnung trifft, so mufs ein synchroner Motor unter Belastung angehen, und folglich mufs der Zuwachs in der Frequenz des ihn erreichenden Stromes bis zum Synchronismus mit dem Strom der ursprünglichen Quelle aufwärts steigen.

6. Man kann einen Tesla-Motor mit veränderlicher Geschwindigkeit laufen lassen, sofern man einen Anker eines Tesla-Motors, der ein untertheiltes Feld mit auf demselben geschlossenen Spulen besitzt, verwendet. Der Anker und das Feld können natürlich die Rollen vertauschen. Die Quelle des mehrphasigen Stromes kann eine Erzeugermaschine oder ein oder mehrere Stromwandler sein. Aufserdem können die Stromwandler derartig beschaffen sein, dafs ein Mehrphasenstrom eines Systems in einen Mehrphasenstrom eines anderen Systems umgewandelt wird.

Eine derartige Umwandlung für den Grenzfall hat bekanntlich Scott angegeben.

In allen diesen Beispielen ist die Anzahl der Stromwandler gleich der Phasenzahl des primären Stromes. Dieses ist jedoch nicht nothwendig, da dasselbe Princip es ermöglicht, eine verschiedene Anzahl von Stromwandlern zu verwenden. So können zwei Stromwandler zu jedem mehrphasigen Primärstrom oder nach Belieben eine gröfsere Anzahl verwendet werden.

Es ist ferner augenscheinlich, dafs der Strom zu den Stromwandlern in entgegengesetzter Richtung geführt werden kann, wobei die secundären Wickelungen dann zu primären Wickelungen werden. Ferner können sowohl die primären als auch die secundären Wickelungen derartig gewickelt sein, wie in den secundären Wickelungen gezeigt ist.

Ebenso klar ist es, dafs die Geschwindigkeit des Stromwenders, welche zur Erzeugung eines Gleichstromes nothwendig ist, bis auf die Hälfte oder ein Drittel u. s. w. vermindert werden kann, wenn man die Anzahl der Stromwenderstege zwei, drei u. s. w. Mal so grofs annimmt als die Anzahl der Drähte von dem Stromwandler.

Es soll nunmehr zur schärferen Kennzeichnung des vorliegenden und neuen Verfahrens dieses mit eingangs genannten Veröffentlichungen verglichen werden.

Was die schweizerische Patentschrift Nr. 6017 bezw. das D. R. P. Nr. 75741 betrifft, so sind daselbst stets zwei umlaufende Bürsten angebracht, so dafs also ausschliefslich nur der Fall in Betracht kommt, in welchem ein einfacher Wechselstrom vorhanden ist. Aber auch bei entsprechendem Falle mit zwei Bürsten kreisen bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung in den sämmtlichen Drähten der Ankerwickelung richtige Phasenströme, was den neuen technischen Effect hat, dafs die Drahtwickelungen voll und ganz ausgenutzt und keine Funken, gebildet werden. Es sind fortwährend sechs Zuführungsdrähte stromlos und nur zwei Drähte von Strom durchflossen. Vermehrt man die Stromwenderstege, so wird dieser Uebelstand immer gröfser, so dafs beispielsweise bei 20 Stegen (eine für die Praxis immer noch viel zu geringe Zahl) jeder Zuführungsdraht während go pCt. der Zeit einer Umdrehung stromlos ist.

Vorliegende Erfindung unterscheidet sich daher zunächst und hauptsächlich von dem Gegen-

Stande der genannten Druckschriften dadurch, dafs sie einen Mehrphasenstrom und keinen einfachen Wechselstrom benutzt, und zweitens dadurch, dafs sie einen richtigen Mehrphasenstrom erzeugt (der allerdings einen Wechselstrom als Grenzfall einschliefst), während nach Patentschrift Nr. 75741 kein Strom gebraucht noch erzeugt wird, der als Mehrphasenstrom bezeichnet werden kann.

Was nun den anderen Grenzfall anbelangt, so können nach D. R. P. Nr. 59351 nur Wellenströme erzeugt werden, wenn ein Gleichstrom als Primärstrom vorhanden ist. Diese Wellenströme verdienen auch hier wieder nicht den Namen Mehrphasenströme, da die Verwendung dieser Wellenströme abhängig von feststehenden Bürsten sind. Die Bürsten F nach vorliegender Erfindung liefern unabhängige Ströme, während bei der Schaltung nach Patent Nr. 59351 jede umlaufende Bürste durch den äufseren Stromkreis mit einer der feststehenden verbunden ist. Nach der Schaltungsweise des vorliegenden Verfahrens sind die Bürsten F (alle umlaufend oder feststehend) durch den äufseren Stromkreis ohne Vermittelung feststehender Bürsten verbunden. Falls bei vorliegender Erfindung aufser den umlaufenden Bürsten noch feststehende Bürsten sind (L⁰ in Fig. 2), so liefern diese einen von dem Mehrphasenstrom vollständig unabhängigen Gleichstrom oder dienen zum Einleiten eines solchen, dienen aber keinesfalls wie bei D. R. P. Nr. 59351 als Rückleitung der Stromwellen.

Claims (2)

Patent-AnSprüche:

1. Verfahren, um aus einem gegebenen Mehrphasenstrom einen anderen Mehrphasenstrom von beliebiger Perioden- und Phasenzahl zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dafs die einzelnen Leiter des Mehrphasenstromes mit Stromwenderstegen (oder Bürsten) verbunden sind, und die dazu gehörenden Bürsten (bezw. Stege), ohne mit auf denselben Stegen schleifenden feststehenden Bürsten in elektrischer Verbindung zu stehen, mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit als die Stromwenderstege getrieben werden.

2. Eine besondere Ausbildung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Antrieb von Motoren aller Art mittelst Mehrphasenströmen aller Art, wobei die Verschiedenheit der Winkelgeschwindigkeit von Stromwender und Bürsten dazu dient, einen Gleichstrommotor mit Mehrphasenstrom und umgekehrt, sowie einen anderenfalls synchron laufenden Motor mit beliebiger Geschwindigkeit laufen zu lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.