DE96904C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Zum Laden von elektrischen Sammelbatterien kann ein Wechselstrom deshalb nicht ohne Weiteres benutzt ■ werden, weil bekanntlich dessen Spannungswerth zwischen einem positiven und einem negativen Maximum etwa nach einer Sinuscurve in schneller Folge wechselt, während die beim Laden von elektrischen Sammlern entstehende elektromotorische Gegenkraft einen nur vom Ladungszustande abhängigen und nur langsam sich verändernden positiven Spannungswerth hat.

Es ist indessen möglich, mittelst eines synchron zu dem betreffenden Wechselstrom bewegten Stromwenders nicht nur die Stromrichtüng bei jedem Wechsel. derart umzuschalten , dafs ein gleichgerichteter Strom entsteht, sondern auch die zu ladende Sammlerbatterie jedesmal in dem Zeitpunkte der Phase in den Ladestrom ein- bezw. auszuschalten, in welchem die Spannung des Wechselstroms die der Batterie zu über- bezw. unterschreiten beginnt. Das Ausschalten der Wechselstromquelle ist in diesem Augenblicke deshalb ohne Nachtheile möglich, weil in diesem Moment der Spannungswerth des Primärstroms genau gleich dem der elektromotorischen Gegenkraft und deshalb die Leitung stromlos ist.

Der Ausführung dieses theoretischen Gedankens stehen jedoch mehrere praktische Schwierigkeiten im Wege. Infolge von ,Geschwindigkeitsdifferenzen des Antriebsmotors sowie durch Belästungsveränderung treten Schwankungen im Spannungswerth der Strömphasen auf, und ist es unmöglich, den Stromwender stets genau synchron zu den Phasen des Wechselstroms zu betreiben.

Es sind nun bereits einige Einrichtungen bekannt geworden, welche es ermöglichen sollen, die Bürsten des Stromwenders stets so zu verstellen, dafs eine möglicht geringe Abweichung des Zeitpunktes der Ausschaltung' der Batterie von dem der Spannungsgleichheit erreicht wird. Da nun aber die Stromschwankungen, insbesondere diejenigen, welche durch die mit dem unvermeidlichen vorübergehenden Asynchronismus des Stromwenders verbundene Phasenverschiebung veranlafst werden, sehr schnell vor sich gehen, so ist eine genügend genaue Uebereinstimmung des Zeitpunktes der Spannungsgleichheit mit dem der Ein- bezw. Ausschaltung überhaupt nicht zu erreichen, so dafs eine starke Funkenbildung am Stromwender auftritt.

Vorliegende Erfindung hat nun eine Einrichtung zum Gegenstande, mittelst welcher Wechselstrom zum Laden von Sammlerbatterien (zwecks Umwandlung desselben in Gleichstrom) benutzt werden kann, ohne dafs die oben angeführten Nachtheile eintreten. Dies wird dadurch .erreicht', dafs bei der mittelst des Stromwenders bewirkten Umschaltung der Ladestromkreis nicht unterbrochen, sondern während des Zeitraumes, in welchem er aufser Verbindung mit der zu ladenden Sammlerbatterie steht, durch eine besondere Polarisationsbatterie geschlossen bleibt.

Diese Polarisationsbatterie hat eine der Spannung der Sammlerbatterie entsprechende EIe-

mentzahl, erhält jedoch eine thunlichst geringe Capacität, so dafs eine aufserordentlich geringe Elektricitätsmenge zu ihrer Ladung genügt. Infolge dessen vermag sich der Spannungszustand dieser Polarisationsbatterie stets sofort der wechselnden Spannung des Wechselstroms anzupassen, so dafs während der Einschaltung der Polarisationsbatterie in diesen Stromkreis die elektromotorische Kraft des Wechselstroms der elektromotorischen Gegenkraft der Polarisationsbatterie stets annähernd gleich bleibt.

Der Wechselstrom wird beim Umschalten zunächst getheilt, indem eine Abzweigung desselben an die Polarisationsbatterie angeschlossen wird, und dann erst wird die Verbindung zwischen Ladestrom und Batterie unterbrochen.

Hierdurch wird also die Unterbrechung des Wechselstromkreises vollkommen vermieden, so dafs eine wesentliche. Funkenbildung am Stromwender nicht eintreten kann.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist in Fig. ι eine derartige Einrichtung mit der Abwickelung des trommeiförmigen Stromwenders ■ schematisch dargestellt.

Von der Wechselstrommaschine A führen die Leitungen a¹ a² zu einem in beliebiger Entfernung aufgestellten Stromwender B, der mittelst eines durch den Wechselstrom betriebenen Motors C in synchroner Umdrehung erhalten wird. Dieser Stromwender trägt eine Anzahl von Contactstücken b^l b² b³ b* b^b, von denen b^lb³'b^% mit einem Schleifring d^l und b² b^l mit einem zweiten Schleifring d² in Verbindung stehen, so dafs sie mit diesen zwei durch einen schlangenförmigen Isolationsspalt von einander getrennte, zusammenhängende Stromschlufsstücke bilden. In der Mitte zwischen je zwei Contactstücken b^l b² b³ . . . sind im Isolationsspalt Zwischencontacte b¹² b²³ b³ⁱ fris £56 angeordnet, welche durch Leitungen mit zwei Schleifringen f^lf² abwechselnd verbunden sind. Ueber die Contactstücke b¹ b² . . . und die Zwischencontacte b¹² Z>²³. . . schleifen die Stromzuführungsbürsten E¹E², die im Abstande der Stromwendertheilung von einander angeordnet sind und eine etwas gröfsere Dicke haben, als die Breite des Isolationsspaltes zwischen den Contactstücken b^l b'². . . und den Zwischencontacten b¹² b²³ . . . beträgt. Diese Bürsten stehen durch die Leitungen a^l bezw. a² mit der Wechselstrommaschine in Verbindung. Von den Schleifringen d^L d'² wird der Strom mittelst Schleif bürsten D¹ D'² entnommen. Mit diesen Bürsten sind die Pole der Sammlerbatterie G durch Leitungen g^lg² verbunden.

Auf den Schleifringen f ^lf'² schleifen Bürsten F¹F², von welchen Leitungen h^lh² zu den Polen der Polärisationsbatterie H führen.

Die Stromumwandlung geht bei dieser Einrichtung in folgender Weise vor sich. So lange die Bürste E¹ auf dem Contactstück b^l und die Bürste E'² auf dem Contactstück b² schleift, geht der Wechselstrom vom Motor A durch Leitung a¹, Bürste E¹, Contactstück b\ Schleifring d¹, Bürste D¹, Leitung g^l zur Batterie G und von hier durch Leitung g², Bürste D², Schleifring d², Contactstück b², Bürste E² und Leitung a² wieder zum Motor A zurück, so dafs während dieser Zeit die Batterie G geladen wird.

Dieser Zeitraum entspricht dem in Fig. 2 dargestellten bekannten Diagramm des Wechselstroms, in welchem die Abscissen dem Zeitverlauf, die Ordinaten dem Spannungswerthe proportional sind, der Strecke ik, "während der Spannungswerth sich nach der Curve Im η verändert. Die elektromotorische Gegenkraft bleibt .während dieser Zeit constant, entsprechend dem geraden Verlauf der Linie l-n.

Ehe die Bürsten E¹E² die Contactstücke b^lb² verlassen, gelangen sie in die in Fig. 1 dargestellte Lage, in welcher sie mit den Zwischencontacten b¹² bezw. b²³ in Berührung treten. Es tritt also in dieser Stellung eine Stromabzweigung ein, derart, dafs der Strom von der Bürste E¹ durch Zwischencontact b¹'², Leitung f, Schleifring f¹, Bürste F¹ und Leitung h¹ zur Polarisationsbatterie H und durch dieselbe, Leitung ti², Bürste F², Schleifring/², Leitung f, Contactstück b^2S zur Bürste E² zurückgeht.

Hierdurch wird die Polarisationsbatterie H sofort auf die augenblickliche Spannung des Wechselstroms gebracht, so dafs beim Abschalten der Batterie G vom' Ladestrom Spannungsgleichheit herrscht und. deshalb die Leitung stromlos' ist. Infolge dessen treten an der Bürste E¹E'², wenn sie die Contactstücke b^l bezw. b² verlassen, keine Unterbrechungsfunken auf.

Während die Spannung des Wechselstroms sich nach der Curve n op verändert, bleiben die Bürsten E¹ E² mit den Contactstücken b¹² b²³ in Berührung, die Polarisationsbatterie bleibt also allein in den Wechselstrom eingeschaltet. Hierbei folgt die Gegenspannung der Batterie H der Spannung des Wechselstroms in der Weise, dafs beide sich annähernd gleichbleibend zunächst zu Null herabgehen, dann ihren Werth umkehren und bis zur Ladungsspannung der Batterie G anwachsen.

In diesem Augenblicke treten die Bürsten E¹E², noch ehe sie die Zwischencontacte b^V2b²³ verlassen, mit den Contactstücken b'² bezw. b³ in Berührung, so dafs der die Wechselstromleitung jetzt in umgekehrter Richtung (von a² nach d^l) durchlaufende Strom in gleicher Richtung wie vorher durch die Bürsten E¹ E² zu der Batterie H abgezweigt wird. Erst dann wird (wenn die Bürsten E¹E'² die Zwischencoiitacte b^l2b²³ verlassen) die Polarisationsbatterie H abgeschaltet, worauf sich der ganze

Vorgang in derselben Weise wiederholt. Eine Unterbrechung des Wechselstroms findet also nicht statt.

Die Batterie G wird also durch mit grofser Geschwindigkeit und kurzen Unterbrechungen auf einander folgende Stromstöfse von gleicher Richtung geladen, deren Spannung entsprechend der Curve ilmnk verläuft. Die Entladung der Sammlerbatterie kann in der gewöhnlichen Weise bewirkt werden. Es kann aber auch von den Polen der Batterie durch die Leitungen g³ g-⁴, welche die Fortsetzungen der Leitungen g¹ g² bilden, ein continuirlicher Gleichstrom entnommen werden, ohne dafs der Ladungsstrom ausgeschaltet wird. Die Batterie G, welche zwischen die Gleichstromleitungen g^l g^% bezw. g·² g·⁴ eingeschaltet ist, erfüllt in diesem Falle nur die Aufgabe, die Spannungsdiiferenzen des Wechselstroms auszugleichen und dem Strom eine ununterbrochene, gleichmäfsige Spannung zu geben, während ihr Ladungszustand aufser den mit dieser Wirkung verbundenen periodischen Schwankungen im wesentlichen unverändert bleibt.'-.

Man kann die beschriebene Einrichtung auch umgekehrt dazu benutzen, um Gleichstrom in Wechselstrom umzusetzen.

In diesem Falle wird der durch die Leitungen g^B g¹ bezw. g* g·² zugeführte Gleichstrom durch den Stromwender in Stromstöfse von wechselnder Richtung zerlegt, deren Spannungsdiagramm in Figl 3 dargestellt ist. Die Batterien G und H haben in diesem Falle eine ähnliche Aufgabe, wie vorher beschrieben, zu erfüllen. Der Motor C müfste jedoch durch den Gleichstrom betrieben werden, wenn ein selbstthätiges Angehen des an die Stelle der Dynamo A tretenden Wechselstrommotors erzielt werden soll.

An Stelle des beschriebenen Stromwenders können auch andere Stromwender verwendet werden, die den Zweck erfüllen, vor Unterbrechung des Ladestroms in denselben eine Polarisationsbatterie einzuschalten; beispielsweise könnte auch eine passend eingerichtete Wippe diese Aufgabe erfüllen.

Die Polarisationsbatterie kann in beliebiger Weise mit der nothwendigen Elementzahl ausgeführt werden. Es können hierzu Stahlplatten in Kalilauge, Platinbleche in Schwefelsäure oder auch blanke Bleiplatten in Schwefelsäure etc. verwendet werden. Auch kann die Polarisationsbatterie durch Condensatoren ersetzt werden.

In solchen Fällen, in denen es nicht auf eine völlige Continuität des erzeugten Gleichstroms ankommt, kann die Sammlerbatterie G auch fortbleiben. In diesem Falle kann aus den Leitungen g^l g³ und g~ gⁱ ein intermittirender Strom entnommen werden, der aus Stromstöfsen besteht, die mit kurzen Unterbrechungen auf einander folgen und deren Spannung sich entsprechend der Curve ilmnk (Fig. 2) ändert.

Mit ganz gleichen Mitteln, wie im Vorstehenden beschrieben, kann auch Mehrphasenstrom in Gleichstrom umgewandelt und umgekehrt aus Gleichstrom Mehrphasenstrom erzeugt werden. Hierbei wird in ganz analoger Weise durch einen entsprechend gebauten Stromwender der Mehrphasenstrom gleichgerichtet und die einzelnen Phasen an der Stelle vom Entnahmestromkreis abgeschaltet bezw. an denselben angeschaltet, an welcher der Spannungswerth der letzteren unter- bezw. überschritten wird. Während der Zeit der Unterbrechung bleibt auch in diesem Falle, genau wie für einfachen Wechselstrom oben beschrieben, der Mehrphasenstromkreis durch eine Polarisationsbatterie geschlossen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vorrichtung zur Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt mittelst einer synchron zum Wechselstrom betriebenen Umschaltungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dafs vor der Abschaltung der Gleichstromleitung von der Wechselstromleitung in diese eine Polarisationsbatterie oder dergleichen von äufserst geringer Capacität eingeschaltet wird, welche während der Dauer dieser Abschaltung im Wechselstromkreis eingeschaltet bleibt, zum Zwecke, in dem Moment der Ausschaltung Stromlosigkeit im Wechselstromkreise dadurch zu erzielen, dafs der elektromotorischen Kraft des Wechselstroms in jedem Moment eine elektromotorische Gegenkraft annähernd gleicher Gröfse entgegengestellt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.