DE97670C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Im Allgemeinen ist nichts leichter, als die synchrone Bewegung von zwei Achsen zu er-, langen. Es genügt dazu, auf der ersten Achse eine beliebige Wechselstrommaschine zu montiren und die zweite Achse durch einen synchron laufenden Motor zu bewegen, der die von der Wechselstrommaschine gelieferten Ströme nutzbar macht. Man kann auf diesen beiden Achsen auch zwei gleichartige Wechselstrommaschinen montiren, die — alle beide durch beliebige Motoren bewegt und mit einer von einer Station zu der anderen Station gehenden Linie parallel geschaltet — über Widerstände arbeiten, die zwischen den Klemmen ihrer Anker oder Ringwickelungen im Nebenschlufs liegen. Es ist bekannt, dafs diese beiden Wechselstrommaschinen das Bestreben haben, sich synchron zu bewegen, und dafs der die Linie durchlaufende Strom nichts weiter als ein Synchronisirungsstrom ist, der eine bedeutend schwächere Stärke hat, als er haben müfste, wenn er zu gleicher Zeit zum Ueber-' mitteln von Arbeit dienen sollte. Damit diese Systeme unter guten Bedingungen arbeiten, ist es rathsam, den Stromverlust auf der Linie ,sehr gering zu machen; man mufs also hochgespannte Ströme benutzen, wenn die Linie viel Widerstand darbietet.

Nun aber ist es in gewissen Fällen, besonders bei der Vielfachtelegraphie und dem Vielfachfernsprechen von dem gröfsten Vortheil, an den beiden Enden der Linie über zwei Achsen verfügen zu können, die sich sehr rasch und vollkommmen synchron drehen. Man hat es alsdann im Allgemeinen mit Linien zu thun, die mehrere hundert Kilometer lang sind und die aufserordentlich grofsen Widerstand darbieten, und die Sorge für die Sicherheit des mit der Instandhaltung der Linien beauftragten Personals zwingt, Ströme zu benutzen, deren Spannung nicht höher als z. B. 50 Volt ist.

Man wird also von einem Ende der Linie nach dem anderen nur fast unendlich schwache Ströme senden können, denen man nicht zumuthen. kann, Kraft zu übermitteln oder den synchronen Lauf von zwei Wechselstrommaschinen zu sichern.

Es ist klar, dafs diese Ströme nur einfache Angaben zu übermitteln vermögen, die man aber dazu benutzen kann, die Drehgeschwindigkeit der beiden Achsen derart zu regeln, dafs ihr synchroner Gang aufrecht erhalten wird.

Es ist auch nöthig, diese Regelung .in vollkommen selbstthätiger Weise zu bewerkstelligen.

Das Verfahren, um diese Ergebnisse zu erlangen, bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.-

In Fig. ι der beiliegenden Zeichnungen seien O und O¹ die beiden "synchron zu bewegenden Achsen. Auf diesen beiden Achsen sind zwei gleiche Wechselstrommaschinen A und A¹

montirt. Die Klemmen e e und s s ihrer Ringwickelungen werden einerseits durch eine Linie I-1 und andererseits durch einen Rückleiter oder allgemeiner durch die Erde T verbunden, wie dies Fig. ι darstellt. Aufserdem sei angenommen , dafs die beiden Achsen durch Gleichstrommotoren bewegt werden.

Zwischen den Enden e und s jeder Ringwickelung wird ein Widerstand i? ohne Selbstinduction eingeschaltet. Wenn dann die Linie /-/ nur einen geringen Widerstand und eine zu vernachlässigende Selbstinduction hat (diese letztere Bedingung kann stets dadurch erfüllt werden, dafs man diese Linie durch einen Condensator von passender Capacität unterbricht), so werden sich die Motoren unter den angegebenen Bedingungen bekanntlich synchron bewegen und es wird in jedem Augenblick in die Linie ein Strom gehen, der die Belastung derjenigen Wechselstrommaschine, welche voreilt, vermehren und die Belastung der anderen Wechselstrommaschine, die dann in Bezug auf die erste nachgeht, vermindert wird.

Unter diesen Bedingungen wird die Erzeugung einer Potentialdifferenz h¹ - /i² zwischen den beiden Enden der Linie eine Aenderung der von der . Wechselstrommaschine A ausgegebenen Menge gleich

h, —h

und eine Aenderung der von der Wechselstrommaschine A¹ ausgegebenen Menge gleich

zur Folge haben.

Es geht dann alles so vor sich, als ob man den Widerstand ρ der Linie I-1 durch den Factor

getheilt hätte, einen Factor, den man möglichst grofs machen mufs.

Die zur Erreichung des gewollten Ergebnisses einfachste Weise besteht darin, in jede der "Abzweigungen R den Anker einer Gleichstrommaschine D (Fig. 2) einzuschalten, die man naturgemäfs von demselben Motor bewegen lassen wird, der die Wechselstrommaschine A oder A¹ treibt, welcher die Gleichstrommaschine beigesellt ist. . Die Ankerrückwirkung dieser Gleichstrommaschine wird, wie man sogleich erkennen wird, aufgehoben und ihr Feldmagnet wird in die Linie I-1 eingeschaltet, wie dies in Fig. 2 schematisch gezeigt ist. In dem Augen-Wenn die Linie sehr viel Widerstand darbietet, so wird die Stärke i dieser Synchronisirungsströme zu schwach werden, um eine schätzbare Aenderung in den widerstehenden Kräftepaaren hervorzurufen, die durch die Wechselstrommaschinen A und A¹ auf den Achsen O und O¹ entwickelt sind.

Angenommen aber, man entwickelt durch ein beliebiges Verfahren in den Abzweigungen R R in jedem Augenblicke eine elektromotorische Kraft e, die der Stärke i proportional, d. h. so grofs ist, dafs, wenn K einen constanten Factor bedeutet, mah e = Ki setzen kann, wobei der Factor K so grofs sein kann, wie man es wünscht.

Bezeichnet man mit ρ den Widerstand der Linie /-/, mit h¹ und Ii² die Potentiale an ihren beiden Enden und mit 7¹ und 7² die Stärken der Ströme, welche die Abzweigungen zwischen den Klemmen der Ringwickelungen der W^Techselstrommaschinen A und A¹ durchlaufen, so hat man

h₂ K(Ii₁-IiJ
ϊ? ρ R

blicke, wo die Ankerrückwirkung einer Gleich-¹ Strommaschine künstlich aufgehoben wird, ist nichts leichter, als sie eine Menge elektrischer Energie entwickeln zu lassen, die im Verhältnifs zu der für ihre Erregung aufgewendeten Energiemenge so grofs ist, als man es wünscht.

Als Beispiel sei angenommen, dieses Verhältnifs sei gleich 33. Wenn man den von dieser Maschine gelieferten Strom dazu benutzt, eine zweite gleichartige Maschine zu erregen (siehe Fig. 3), so wird die von der zweiten gelieferte elektrische Energie 1000 Mal gröfser als die für die Erregung der ersteren aufgewendete Energie. Kuppelt man vier Maschinen kaskadenartig, so wird dieses Verhältnifs gleich io^e.

Wenn man mehrere auf diese Art kaskadenartig geschaltete Maschinen anwendet, so ist es rathsam, die verschiedenen Ortsstromkreise durch Condensatoren zu unterbrechen, deren Capacitäten so gewählt sind, dafs die Selbstinductionscoefficienten dieser verschiedenen Stromkreise immer als gleich Null betrachtet werden können. Endlich wird nur der Anker der letzten Maschine in den Stromkreis R eingeschaltet, der von der Station abzweigt, wo sie aufgestellt ist, wie man aus Fig. 3 ersieht.

Man erkennt auf diese Art, dafs es leicht ist, dem oben genannten Divisor

einen möglichst grofsen, numerischen Werth zu geben.

Man könnte fürchten, dafs, wenn die Aenderungen der Potentialdifferenz h¹ - h² rasch wären, die Wirkung des wahrhaften Hülfsmotors, den die Erfinderin benutzt,, gestört würde durch die Extraströme, welche jede Gangänderung begleiten, und dafs die in dem letzten Anker der kaskadenartig gekuppelten Maschinen entwickelte elektromotorische Kraft nicht mehr constant proportional der Stärke des in die Linie Z-Z gesendeten Stromes bliebe.

Es genügt, zu bemerken, dafs das gegenwärtige System nur mit Rücksicht auf die Uebermittelung von Signalen zusammengestellt ist, und dafs folglich die Achsen, deren synchronen Gang man sichern will, sich immer mit grofser Geschwindigkeit drehen müssen und nur eine unbedeutende Arbeit zu liefern haben.

Die auf diesen Achsen montirten Betriebsmittel werden stets kleine Abmessungen haben, und es wird leicht sein, ihnen Schwungräder zu geben,, welche so beschaffen sind, dafs das Trägheitsmoment des Systems äufserst grofs wird im Verhältnifs zu den Aenderungen der Kräfte, welche auf dasselbe einwirken, während dies sehr lästig werden würde, wenn es sich um kräftige Betriebsmittel handelte. Unter diesen Bedingungen wird die Voreilung, welche eine Achse in Bezug auf die andere haben könnte, äufserst langsam sein, Und ebenso ist es für die Aenderungen der zwischen den Enden der Uebermittelungslinie entwickelten Potentialdifferenz.

Man kann eine Dynamomaschine, die den Strom verstärkt, auf folgende, nur als Beispiel gegebene Art bauen.

Um eine Achse O (Fig. 4), die von Lagerböcken getragen wird (in der Figur fortgelassen, um die Zeichnung übersichtlicher zu machen), ordnet man einen Gramme- oder Siemens-Ring an, der mit seinem Stromwender CC und seinen Bürsten FF ausgerüstet ist. Dieser Ring bildet den Anker der Maschine der Erfinderin.

Der Feldmagnet wird von einem zweiten Ring M M aus auf einander geschichteten Blechen gebildet. Dieser wird in ein Kupfergehäuse B B eingeschlossen, welches ihn völlig umhüllt, ausgenommen in der Gegend des eisenfreien Raumes, d. h. des Raumes zwischen Anker- und Polschuhoberfläche (wie Fig. 4a, ein Schnitt nach U- V der Fig. 4, zeigt), und gleichzeitig dazu dient, ihn zu tragen. Zu diesem Zweck wird die äufsere Wandung des genannten Gehäuses mit Verlängerungen P P versehen, welche auf Träger S S zu ruhen kommen.

Um den Ring werden zwei Wickelungen angeordnet, deren Leiter seine innere Oberfläche regelmäfsig bedecken. Diese Wickelungen werden nach Art der Gramme- oder Siemens-Wickelungen gemacht. In Fig. 4 und 4a sind sie als Gramme-Wickelungen angenommen.

Die erste Wickelung, welche in Fig. 5 ber X Y schematisch dargestellt ist, hat ihre Eintritts- und Austrittspunkte auf der Linie X- Y, welche durch die Punkte geht, wo die Bürsten .FjF den Stromwender C C berühren. Der so von zwei gegengeschalteten Spulen XaY und Xb Y gebildete Stromkreis ist mit dem von den Spulen des Ankers A gebildeten Stromkreis in Reihe geschaltet. Die beiden Spulen Xa Y und XbY weisen eine Anzahl Windungen auf, die gleich ist der Anzahl der die Spulen der Anker bildenden Windungen. Da die Spulen Xa Y und Xb Y mit den Ankerspulen in Reibe geschaltet sind, so entwickeln sie eine Anzahl Ampere-Windungen, die gleich ist der von den Spulen des Ankers entwickelten.

Man bestimmt die Richtung der Ströme, die in den Spulen fliefsen, derart, dafs die magnetisirende Kraft, welche durch die Ampere-Windungen der Spulen Xb Y und XaY erzeugt wird, entgegengesetzt der magnetisirenden Kraft ist, welche die ,Ampere-Windungen der Spulen des Ankers hervorbringen. Unter diesen Bedingungen können keine Kraftlinien den eisenfreien Raum parallel der Richtung XY durchdringen, die Maschine wird also keine Ankerrückwirkung haben. Die zweite Wickelung, welche in Fig. 5 bei X¹ Y¹ schematisch dargestellt ist, hat ihre Eintritts- und Austrittspunkte in der Richtung der zur Linie X-Y senkrechten Linie X¹-F¹.

Jeder in den so gebildeten zweiten Stromkreis gesendete Strom entwickelt Kraftlinien, deren Richtung senkrecht zu der Linie ist, welche die Berührungspunkte der Bürsten FF und des Stromwenders C C verbindet.

Diese zweite Wickelung bildet den eigentlichen inducirenden Stromkreis der Dynamomaschine.

Da die inducirenden Kraftlinien wechselnd sein müssen, . so ist es rathsam, gewisse Vorsichtsmafsregeln zu treffen, um die Verbindung nicht zu stören.

Zu diesem Zwecke wird diesem Anker eine Anzahl von Abtheilungen gegeben, die gleich einem Vielfachen von 4 ist. In Fig. 6 ist der Stromwender C C abgewickelt dargestellt. An einer Seite .dieses Stromwenders sind die ungeraden Abtheilungen dargestellt und an der anderen Seite die geraden Abtheilungen. Wie man sieht, sind die ungeraden Abtheilungen unter sich und mit den ungeraden Streifen oder Stegen des Stromwenders verbunden, wie wenn sie allein vorhanden wären. Ebenso sind die geraden Abteilungen unter sich und mit den geraden Streifen verbunden, wie wenn sie allein vorhanden wären.

Angenommen, die Bürsten schleifen auf dem Stromwender bei FF und ihre Berührungsfläche bedecke einen Streifen nicht ganz. Eine Abtheilung des Ankers wird also niemals direct kurz geschlossen; man hat folglich nicht die Wirkungen der Aenderung der Kraftlinien zu fürchten, deren Sitz diese Abtheilung sein wird, sobald sie unter den Bürsten hinweggeht. _ _.

Die Fig. 7 veranschaulicht die Gesammtheit des synchronen Motorsystems für den Fall, wo der . Synchronisirungsstrom drei auf einander folgende Multiplicationen erfahren soll.

Auf ein und derselben Achse O O sind folgende Vorrichtungen angeordnet:

Zunächst eine Gleichstrommaschine D, deren im Verhältnifs zum Anker sehr kräftige Feldmagnete / durch einen Gleichstrom erregt werden, der von einer Ortsquelle geliefert wird. Aus derselben Quelle wird der Anker mittelst Bürsten/gespeist, die auf dem Stromwender Z schleifen. Diese Maschine dreht sich folglich und nimmt die Achse OO und die verschiedenen darauf montirten Apparate mit.

Ferner zwei Ringe m und κ, von denen der eine mit dem einen, der andere mit dem anderen von zwei diametral gegenübergelegenen Streifen des Stromwenders Z verbunden ist; zwei auf diesen Ringen schleifende Bürsten nehmen einen durch den Anker der Maschine D erzeugten Wechselstrom auf. Dieser Strom dient dazu, das auf der Achse O O entwickelte widerstehende Kräftepaar derart zu ändern, dafs die Drehbewegung dieser Achse mit derjenigen einer anderen Achse, die von der ersten entfernt gelegen und in derselben Weise ausgerüstet ist, synchron bleibt.

Die Linie, welche zum Uebermitteln der Synchronisirungsströme dienen soll, ist zwischen die beiden Bürsten p¹ und p'² im Nebenschlufs eingeschaltet. Sie enthält den inducirenden Stromkreis der Verstärkungsmaschine R¹ und den entsprechenden Stromkreis der gleichartigen Maschine des zweiten Apparates.

Der durch die Drehbewegung der Maschine R¹ erzeugte Strom wird von den Bürsten F¹ aufgenommen und dient zum Erregen der Verstärkungsmaschine i?². Der durch die Drehbewegung der letzteren erzeugte Strom wird von den Bürsten F² aufgenommen und dient zum Erregen der Maschine R³. Der durch die Drehbewegung der Maschine R³ erzeugte Strom wird endlich von den Bürsten ,F³ aufgenommen und in einen abgezweigten Stromkreis ge- . sendet, der zwischen den Bürsten ρ¹ und p¹ im Nebenschlufs liegt, wie vorhin gesagt wurde.

Da von den drei Maschinen R¹R²R³ die zweite eine gröfsere Energiemenge liefern soll als die erste, und die dritte eine gröfsere Energiemenge als die zweite, so müssen die Abmessungen der ersten kleiner als die der zweiten, und letztere wieder kleiner als die der dritten sein, wie dies Fig. 7 veranschaulicht.

Auf einer Verlängerung der Achse O O mufs ein schweres Schwungrad montirt werden.

Durch diese Achse kann man einen beliebigen Umschalter oder irgend einen anderen Apparat in Bewegung setzen oder lenken.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Einrichtung zum synchronen Bewegen von Wechselstrommaschinen, die parallel mit einer Linie geschaltet sind und durch beliebige Triebkräfte bewegt werden, darin bestehend, dafs zwischen die Klemmen der Ringwickelungen (Anker) dieser^ Wechselstrommaschinen ein Stromkreis eingeschaltet ist, der den Anker einer ebenfalls durch eine beliebige Triebkraft bewegten Gleichstrommaschine enthält, dereji Feldmagnet erregt wird, entweder durch die Ströme, die von einer zur anderen Wechselstrommaschine mitten durch die sie verbindende Linie gehen, oder durch Ströme, deren Stärke in jedem Augenblicke proportional der ihrigen, aber bereits durch die Wirkung von anderen Gleichstrommaschinen erhöht ist, welche mit der ersten kaskadenartig geschaltet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.