DE105232C - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K47/00—Dynamo-electric converters
- H02K47/02—AC/DC converters or vice versa
- H02K47/08—Single-armature converters
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- Power Engineering (AREA)
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Description
PATENTAMT.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom
und bezweckt eine solche Einrichtung des Umformers, dafs er seine Arbeit unabhängig
von der Wellenform der eingeleiteten Ströme, sowie der Zahl und dem Charakter der mit ihm parallel verbundenen Maschinen
in befriedigender Weise verrichte.
Das Kennzeichnende des verbesserten Umformers besteht darin, dafs nur das umlaufende
Glied (Anker) mit Spulen bewickelt ist, welche einerseits durch Schleifringe mit der den
Wechsel- bezw. Mehrphasenstrom zuführenden Leitung, andererseits durch einen Stromwender
und Bürsten mit der mit Gleichstrom zu versorgenden Leitung verbunden sind. Dabei
dient ein und dieselbe Bewickelung zur Aufnahme des Wechselstromes und zur Abgabe
des Gleichstromes. Das andere Glied, welches im Allgemeinen unbewegt ist, in einigen Fällen
jedoch auch in Drehung versetzt werden kann, ist entweder ohne Wickelung, oder es sind
seine Polstücke mit hinter einander geschalteten Spulen versehen.
In der Zeichnung veranschaulicht
Fig. ι einen der Erfindung gemäfs eingerichteten
umlaufenden Transformator in einer Endansicht (wobei das Lager weggedacht ist und Anker, Leitung und Stromwender schematisch
dargestellt sind) und
Fig. 2 in einer Seitenansicht.
Fig. 3 giebt ein Diagramm der Phasenbeziehung und Schwingungsweite der durch
die Ankerströme erzeugten Magnetfelder.
ι ist ein vielpoliger Feldmagnet gewöhnlicher Bauart, dessen Polstücke 2 indefs kürzer, aber
breiter als üblich gestaltet sind. In Fig. 1 sind die Polstücke mit Magnetisirungsspulen 2a versehen
dargestellt, die jedoch auch gänzlich in Fortfall kommen können; im Allgemeinen finden
dieselben nur da Anwendung, wo Gröfse und Bauart des Apparates nicht derart sind, dafs
der Rahmen selbst die für inducirte Ströme nöthigen Stromkreise gewährt. Sie können,
wie dargestellt, in Hintereinanderschaltung mit einander verbunden sein, und ist es dann
räthlich, einen mit regelbarem Widerstand 2c
versehenen Schalter 2b zum Oeffneri und
Schliefsen ihres Stromkreises anzuordnen. In einigen Fällen kann auch jede Magnetisirungsspule
in sich selbst geschlossen werden. Die Polstücke 2 werden zweckmäfsig in üblicher Weise
aus dünnen Platten zusammengesetzt und durch Gufs mit dem Körper des Feldmagneten 1 verbunden.
Die Ankerwickelung wird in der üblichen Weise in die Eisenmasse des Ankers gebettet;
sie ist die gawöhnliche geschlossene Gleichstromankerwickelung. Am einen Ende ist sie an die Stege des cylindrischen Stromwenders
4 gelegt, auf dem Bürsten 5 schleifen, am anderen Ende an Schleifringe 6, denen Bürsten 7 die Wechselströme zuleiten. Im
dargestellten Beispiel sind vier Ringe 6 mit vier Bürsten 7 angenommen, d. h. die Maschine
ist für die Umwandlung von Zweiphasenstrom eingerichtet.
Werden in die Ankerwickelung der soeben beschriebenen Maschine Mehrphasenströme an
den geeigneten Punkten eingeleitet, so wirkt die Ankerwickelung als Magnetisirungsspulen,
und es entstehen Magnetfelder oder Pole, welche sich um die Achse drehen. Wird der
Anker entgegengesetzt zur Richtung gedreht, in welcher sich das Magnetfeld dreht, und
zwar mit derselben Geschwindigkeit, so bleiben die Magnetfelder im Räume stehen, wie in einer
gewöhnlichen Maschine mit Gleichstromerregung. Sind die auf dem Stromwender schleifenden
Bürsten in Mittelstellung zwischen den Polstücken angeordnet, so geben sie Gleichstrom
ab. Um den magnetisirenden Strom klein zu halten, mufs ein guter magnetischer Schlufs aufserhalb
des Ankerkörpers vorgesehen sein, welcher Bedingung die auf der Zeichnung dargestellte
Form des die untertheilten Polstücke tragenden Gufsstückes wohl entspricht. Besitzen die
Ankerspulen dieselbe Breite wie die Polstücke, so ist das durch eine Phase erzeugte Magnetfeld
zugespitzt, während das aus beiden Phasen resultirende Feld oben abgeflachte Form aufweist.
Die räumliche Ausdehnung beider Felder ist gleich, dagegen besitzen sie verschiedene
Höhe. Somit ist die totale Induction pro Pol constant, während die Höchstinduction
sich ändert. Macht man die Spulen etwas schmaler als die Polstücke, so gestaltet sich
das von einer Phase erzeugte Feld oben flach, wie das aus beiden Phasen resultirende Feld.
Durch das so gebotene Mittel kann das Magnetfeld fast in jedem Falle constant gestaltet werden
bei constant bleibender Höchstinduction. Der Höchstwerth des Magnetfeldes entspricht
dem Punkte, in welchem' der Wechselstrom der Wickelung zugeführt wird. Der Gleichstrom
erzeugt ebenfalls ein Magnetfeld, welches ein Maximum in den Berührungspunkten des
Stromwenders mit seinen Bürsten hat. Letztere müssen den Strom in den Spulen an der
Kante des Feldes wenden, welches die elektromotorische Kraft des Gleichstromes erzeugt,
Und mufs folglich das vom magnetisirenden Wechselstrom erzeugte Feld um 90 ° verschoben
sein zu dem durch den Gleichstrom geschaffenen Felde, damit die Stromwendung gehörig erfolgt. Diese Bedingungen sind in
der vorliegenden Maschine erfüllt; denn der magnetisirende Wechselstrom bleibt ungefähr
um 900 hinter der elektromotorischen Kraft des Wechselstromes zurück, weil die scheinbare
magnetisirende Energie viel gröfser ist als die wahre, wenn die Maschine ohne Belastung
läuft. Wenn letzteres eintritt, ist der durch einen äquivalenten Gleichstrom dargestellte
Wechselstrom in Phase mit der elektromotorischen Kraft und daher um 900 zum
magnetisirenden Strom verschoben. Dieser nützliche Wechselstrom erzeugt nun ebenfalls ein
Magnetfeld, so dafs drei Magnetfelder geschaffen werden; davon sind zwei gegen einander
um i8o° und das dritte zu diesen um 900 verschoben. Die beiden ersteren sind die
Felder, welche von dem nützlichen Wechselstrom und dem Gleichstrom herrühren. Diese
beiden Ströme sind einander entgegengesetzt, und da sie angenähert gleichen Werth besitzen,
heben sie einander auf. Das durch den nützlichen Wechselstrom erzeugte Feld ist in Fig. 3
durch die Linie α dargestellt, das vom Gleichstrom herrührende durch die Linie b und das
vom magnetisirenden Wechselstrom geschaffene durch die Linie c. Da nun der Gleichstrom
und der nützliche Wechselstrom an magnetisirender Kraft einander nahe gleich und entgegengesetzt
sind, so besteht in der Maschine nur das durch den magnetisirenden Strom erzeugte
Feld. Letzteres kann viel geringer, sein, als jedes der beiden anderen Felder es. zu
schaffen vermöchte, d. h. in einer gehörig eingerichteten Maschine der vorliegenden Art
kann der magnetisirende Strom viel keiner als der nützliche Strom gemacht werden, und der
resultirende Strom kann sehr wenig gröfser sein als der nützliche Strom.
Die Verluste aus dem Widerstand der Wickelung sind viel geringer als in einem den
Gleichstrom liefernden Gleichstromerzeuger. Zeitweilig 1 ritt der nützliche Wechselstrom unmittelbar
in die Gleichstrombürsten, und selbst unter den schlechtesten Umständen wird die
Wickelung vortheilhaft ausgenutzt. Der durch den nützlichen Wechselstrom verursachte
Kupferverlust ist für zwei Phasen etwa 38 pCt., für drei Phasen ungefähr 60 pCt. von denjenigen
in einer Gleichstrommaschine. Hinzugefügt werden mufs noch der durch den magnetisirenden Strom verursachte Verlust, der
gewöhnlich gering ist.
Es hat sich ergeben, dafs, wenn das unbewegliche Glied ι die Form eines gegossenen
Joches mit angegossenen untertheilten Polen wie auf der Zeichnung hat, der Anker ohne
Eingreifen einer besonderen Treibvorrichtung mit der gehörigen Geschwindigkeit umläuft,
ähnlich, wie wenn man den Ring 1 zur Verminderung des um die gewendeten Spulen befindlichen
örtlichen Feldes mit Einschnitten versieht.
Wie bereits erwähnt, ist es für Maschinen, deren unbewegliches Glied untertheilt oder von
zu geringem Querschnitt ist, nützlich und wünschenswerth, die Polstücke mit in sich
selber kurz geschlossenen Spulen zu besetzen.
Eine wie beschrieben eingerichtete Maschine ist unabhängig von der Wellenform und kann
daher in Verbindung mit einem beliebigen Wechselstromerzeuger benutzt werden. Sie
läuft unter allen Umständen stetig, während die umlaufenden Transformatoren üblicher Einrichtung
empfindlich sind gegen Abnahme in der Leitung, Regelung der Magnetfeldstärke u. s. w. Es können ihrer mehrere mittelst
eines gemeinsamen Satzes von Bürsten bethätigt werden, ohne dafs sie sich gegenseitig
beeinflussen. Ihre Leistung ist wegen Ab-
Wesenheit von Feldverlusten hoch, und das erforderliche Kupfer beträgt nur ungefähr x/4 des
in umlaufenden Transformatoren gewöhnlicher Art nöthigen Betrages.
Bereits durch frühere Veröffentlichungen sind ähnliche, aber doch verschiedene Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer
bekannt geworden. Insbesondere wurde (s. den Bericht über die Verhandlungen des Elektrotechniker-Congresses
zu Frankfurt am Main, 1892, S. 143) das Verfahren benutzt, Gleichstrommaschinen
gewöhnlicher Art, welche nach Bradley's Vorgange durch Zufuhr von Wechselstrom an bestimmten Punkten der Wickelung zu
Synchronmotoren umgewandelt wurden, ohne Felderregung angehen zu lassen, in dem Augenblick aber, in welchem die Gleichstromseite eingeschaltet wurde, wurde auch an Stelle
des Kurzschlusses die Felderregung wieder eingeführt. Im Normalbetriebe sind deshalb
solche Motoren stets mit erregter Wickelung gebraucht worden.
Es ist ferner durch die Patentschrift Nr. 5 1 596 ein Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer bekannt
geworden mit feststehendem Anker mit besonderer Wechselstrom - und besonderer Gleichstromwickelung, während ein rotirender
Eisenanker mit einer in sich geschlossenen Bewickelung versehen sein soll, welcher Anker
die rotirenden Bürsten trägt.
Für die vorliegende Erfindung ist es wesentlich, dafs nur eine einzige Wickelung, nicht
aber deren zwei für Gleichstrom und Wechselstrom angeordnet sind. Diese letztere Anordnung
würde schon aus dem Grunde nicht zum Ziele führen, da zwei Wickelungen mehr Raum
wie eine beanspruchen und folglich der vorher erwähnte gute magnetische Schlufs aufserhalb
des Ankerkörpers durch den viel gröfseren Luftraum gestört würde. Es mufs vielmehr,
damit die Maschine unter allen Umständen stetig, unempfindsam gegen Abnahme in der
Leitung, Regelung u. s. w. sich zeigt, dieser Luftweg möglichst gering sein..
Es ist aber auch ferner aus theoretischen Gründen die Anordnung einer doppelten Wickelung
nicht zulässig. Damit nämlich, wie bei Gelegenheit von Fig. 3 auseinandergesetzt ist,
das durch den Wechselstrom erzeugte nützliche Feld α dem vom Gleichstrom herrührenden
Felde b gleich sei, mufs auch ein und derselbe Strom für Wechsel- und Gleichstrom
wirksam werden, und nur auf diese Weise kann es erreicht werden, dafs der nützliche
Wechselstrom zeitweise unmittelbar in die Gleichstrombürsten übertritt. Dies geschieht
allemal dann, wenn die Bürsten diejenigen Stromwenderstege berühren, welche in Verbindung
mit den zugehörigen Schleifringen des Wechselstromes stehen.
Der grofse Vortheil der vorliegenden Erfindung ist es, dafs Regelungsvorr'ichtungen in
Fortfall kommen, welche sonst nothwendig sind, um einmal den Synchronlauf des Umformers,
das andere Mal aber die sich gleich bleibende Spannung im Secundärnetz zu sichern. Die Einrichtung erlaubt, unmittelbar die
Regelung lediglich auf die Centrale zu beschränken, den Unterstationen dagegen, welche
mit den Umformern ausgerüstet sind, jegliche Regelungsvorrichtung zu nehmen.
Claims (1)
- Patent-Anspruch:Ein umlaufender Umwandler, um Wechselstrom in Gleichstrom zu verwandeln, gekennzeichnet durch die Verbindung eines Ankers, der nur eine einzige Wickelung (gemeinschaftlich für Wechsel- und Gleichstrom) hat, mit einem feststehenden Feldmagneten, welcher ohne Wickelung ist oder nur eine in sich geschlossene Wickelung trägt.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE105232C true DE105232C (de) |
Family
ID=375535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT105232D Active DE105232C (de) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE105232C (de) |
-
0
- DE DENDAT105232D patent/DE105232C/de active Active
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