DE157703C - - Google Patents
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- DE157703C DE157703C DENDAT157703D DE157703DA DE157703C DE 157703 C DE157703 C DE 157703C DE NDAT157703 D DENDAT157703 D DE NDAT157703D DE 157703D A DE157703D A DE 157703DA DE 157703 C DE157703 C DE 157703C
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K47/00—Dynamo-electric converters
- H02K47/12—DC/DC converters
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung der in einem
Gleichstromanker erzeugten Energie in der Weise, daß an Stelle eines Gleichstromes
pulsierende Teilströme erzeugt werden. Diese werden mittels eines Kommutators in reine
Wechselströme umgerichtet, zur Fernübertragung auf Hochspannung transformiert und
an der Verbrauchsstelle wieder zu einem
ίο konstanten Gleichstrom \^ereinigt,
Um dem Gleichstromanker Teüströme zu
entnehmen, welche sich in jeder Stellung des
Ankers so ergänzen, daß die Summe der Stromstärke der Teüströme gleich der Strom-stärke
ist, welche der Anker als reiner Gleichstromanker zu entwickeln imstande wäre,
werden Stromkreise gebildet zwischen einer der Polzahl und Schaltungsweise entsprechenden
Anzahl von festen Punkten der Ankerwicklung und den Stromabnehmern
(Bürsten) in den neutralen Linien des Ankers (Kollektors). Bei einem zweipoligen Anker
werden z. B. zwei feste Punkte mit Schleifringen verbunden und zwischen diesen und
den auf dem Kollektor schleifenden Bürsten vier Stromkreise gebildet, deren Phasen um
9°° gegeneinander verschöben sind.
Die pulsierenden gleichgerichteten Teil-Ströme werden also mittels eines Strömwenders
in Wechselströme umgewandelt, [st die Polzahl des Ankers — 4 (— 2p) oder
ein Vielfaches hiervon, «o kann dieser Kommutator gleich auf der Ankerwelle angeordnet
werden, sonst muß er synchron mit dem Gleichstromatiker angetrieben werden.
Die in Wechselströme umgewandelten Teüströme werden Transformatoren zugeführt,
um je zwei Teüströme mit denselben Momentanwerten auf einen gemeinsamen Sekundärstromkreis
zu übertragen, so daß zwei Stromkreise gebildet werden, in welche die
volle Energie, die in dem Gleichstromanker erzeugt werden kann, übergeführt wird.
Diese zwei Stromkreise mit um 900 gegeneinander
verschobener Phase werden unter Zusammenlegung je eines Leiters zu einem
gemeinsamen Leiter in die Ferne geleitet, und da, die Ströme nur so lange in Wechselströmform
bleiben sollen, als dies zur Fernübertragung erforderlich ist, werden sie an
der Verbrauchsstelle durch eine beliebige Kommutatoranordnung umgerichtet, so daß die.
nunmehr in ihre ursprüngliche Form zurückgebrachten pulsierenden . Ströme zu einem
konstanten Gleichstrom zusammengelegt werden können.
Die neue technische Wirkung des Systems besteht darin, daß vermittels desselben eine
bessere Ausnutzung der Wicklung eines Gleichstromankers erzielt werden kann als
bei unmittelbarer Entnahme von Wechselstrom von nicht zu hoher Phasenzahl, welcher
in der gewöhnlichen Weise transformiert und in die Ferne geleitet wird, weil die abgeleiteten
Ströme sich gegenseitig genau zu einem Gleichstrom ergänzen (Fig. 6b). Werden
einem Gleichstromanker z. B. Zweiphasenströme an vier festen Punkten des Ankers
entnommen, so ist, wie aus Fig. 5 b ,zu ersehen,
die Wechselstrotnleistung des Ankers
nur in dem Augenblick, in welchem jeder Stromabführungspunkt oder die zugehörige
Windung der vollen oder der Induktion Null unterworfen ist, derjenigen gleich, welche bei
Entnahme eines reinen Gleichstromes erhalten werden würde. Bei weiterer Umdrehung
des Ankers bis zu der Stellung hin, in welcher sich die Stromabführungspunkte gleich
weit von der Linie maximaler und minimaler
ίο Induktion befinden, heben die in zwei der
vier Stromkreise induzierten Ströme einander vollständig auf, ohne daß die beiden anderen
den der vollen Leistung des Ankers entsprechenden Betrag abführen.
1.5 Nach dem vorliegenden Verfahren dagegen wird die Summe der abgeführten Teilströme,
welche in zwei Wechselstromkreise übergeführt werden, beständig der vollen Leistung
des Gleichstromankers entsprechen, weil die Teilströme einerseits von den Bürsten in den
neutralen Linien des Ankers, anderseits von festen Punkten der Wicklung abgenommen
werden, weiche beständig zwischen diesen Linien hin- und herschwanken und in jeder
Phase der Umdrehung den Strom im Anker auf die beiden Seiten der neutralen Linie
verteilen. In Fig. 5 und 6 sind vergleichsweise die graphischen Darstellungen der
Stromverteilung eines Wechselstromankers für Zweiphasenstrom und eines Gleichstromankers,
dem nach dem vorliegenden Verfahren vier pulsierende Teilströme entnommen werden,
untereinander gezeigt. Die Ströme sollen einem zweipoligen Anker entnommen werden;
bei einem mehrpoligen Anker müßten entsprechend mehr Stromabführungspunkte. mit
Schleifringen verbunden werden. In Fig. 5 c und 6c sind die Anker in acht aufeinander
folgenden Stellungen einer Umdrehung gezeigt. Fig. 5 b zeigt den Verlauf der Stromwerte, welche bei den mit 1 bis 8 bezeichneten
Ankersteliungen in den Stromkreisen abcd auftreten. Die Leistungsfähigkeit des
Ankers als Gleichstromanker wird durch die von der vertikalen und horizontalen Außenlinie
begrenzte Fläche dargestellt. ' Die Phasen der vier gewöhnlichen Wechselstromkreise
(Fig. 5 a) sind zur Erleichterung des Vergleichs in Fig. 5 b gleichgerichtet dargestellt
und die der Teilströme (Fig. 6 b) zu demselben Zweck ohne die in der Einleitung erwähnte
Umwendung der Phasen abgebildet. Die verschiedenen Stromkreise sind durch Buchstaben zwischen den betreffenden Schleifring-
und Bürstenleitungen, welche, den Strom aus dem Anker abführen, angedeutet und in
Fig. 6 b und 6 c zur Bezeichnung der entsprechenden Teilströme verwendet.
Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß .bei Entnahme gewöhnlichen Zweiphasenstromes
für jede Wechselstromphase bei jeder Umj drehung des Ankers zweimal eine Stellung
eintritt, in welcher in den zugehöligen Wicklungsteilen entgegengesetzte Ströme induziert
werden, d. h. der betreffende Wicklungsteil nicht ausgenutzt wird. Bei der Abnahme
pulsierender Teilströme kommt eine, solche Stellung nie vor, weil der auf beiden Seiten
der Neutralen induzierte Strom unter Zwischenschaltung der Stromabführungspunkte
beständig abgeführt wird.
Da auf beiden Seiten der neutralen Linie des Ankers beständig ein Stromabführungspunkt
vorhanden sein soll (ausgenommen für den Augenblick, in welchem die Stromabführungspunkte
sich in der neutralen Linie selbst befinden und der Strom in der Hälfte der Stromkreise, d. h. in zwei Stromkreisen
gleich Null ist), so richtet sich die Zahl der Stromabführungspunkte nach der Polzahl des
Ankers und. wird die Lage derselben in der Ankerwicklung durch die Lage der neutralen
Linien bestimmt. Die Zahl der Schleifringe kann immer auf zwei gebracht werden, da
in mehrpoligen parallel gewickelten Ankern sämtliche Stromabführungspunkte, welche
sich zu gleicher Zeit in gleich starken magnetischen Feldern derselben Richtung befinden, miteinander verbunden werden können,
und in mehrpoligen Ankern mit Reihenwicklung eine derartige Verbindung schon vorhanden
ist. Wenn für jedes Polpaar nur ein Stromabführungspunkt, also in zweipoligen
Ankern nur ein Abführungspunkt zwischen die Bürsten geschaltet wird (Fig. 7 a), so kann Ss
in den zwei hierdurch gebildeten Stromkreisen ebenfalls keine vollständige Ausnutzung der
Ankerwicklung erzielt werden. Man erreicht eine solche nur in dem Augenblick, in welchem
sich der Stromabführungspunkt in der. neutralen Linie befindet. In diesem Falle geht die ganze Leistungsfähigkeit auf einen
Stromkreis über. Bei der Stellung des Stromabführungspunktes zwischen den neutralen
Linien wird die Ankerwicklung in beiden Stromkreisen zusammen nur halb ausgenutzt
(Fig. 7b und 7c, Stellung 1 und 5).
In Fig. ι der beiliegenden Zeichnungen ist
die Schaltungsanordnung, mittels deren die vier Teilströme abgenommen werden, ausführlich
dargestellt. Es ist beispielsweise ein vierpoliger Anker gewählt, da sich der Kommutator
in diesem Falle auf derselben Welle und in einfachster Ausführung, d. h. nur
j einmal geteilt, anordnen läßt. Da der gezeichnete
Anker Parallelschaltung besitzt, .so sind vier paarweis verbundene Bürsten vorhanden,
welche mittels Schleif bürsten mit zwei Schleifringen in Verbindung stehen.
Die Stromabführungspunkte stehen unter iao Vermittlung der zugehörigen Stromwenderstege
mit den Schleif ringen, welche inner-
halb des Stromwenders gezeichnet sind, in Verbindung. Es sind entsprechend den vier
Polen des Ankers an jeden Schleifring zwei Abführungspunkte angeschlossen.
Die Stromwendungslinien jedes Halbringpaares des Kommutators sind um 90° gegeneinander verschoben dargestellt, um die Bürsten alle in einer Ebene anordnen zu können. Die Stromabführungen sind zwar mit Schleifringen verbunden dargestellt, diese können aber selbstverständlich wegfallen, wenn der Stromwender wie in der gezeichneten Anordnung auf der Ankerwelle angeordnet ist und die Stromabführungen mit den Segmenten unmittelbar verbunden sind.
Die Stromwendungslinien jedes Halbringpaares des Kommutators sind um 90° gegeneinander verschoben dargestellt, um die Bürsten alle in einer Ebene anordnen zu können. Die Stromabführungen sind zwar mit Schleifringen verbunden dargestellt, diese können aber selbstverständlich wegfallen, wenn der Stromwender wie in der gezeichneten Anordnung auf der Ankerwelle angeordnet ist und die Stromabführungen mit den Segmenten unmittelbar verbunden sind.
Da in den Teilströmen eine vollständige
Phase (von Null durch Maximum bis Null) erst verlaufen ist, nachdem der betreffende
feste Punkt in der Ankerwicklung von der
so neutralen Linie aus an zwei aufeinander
folgenden Polen mit entgegengesetzten Vor-'
zeichen vorübergeführt ist, so soll die Stromrichtung der Teilströme während einer Umdrehung
einmal gewendet werden, also der
Kommutator, vermittels dessen diese Umrichtung vorgenomrnerj wird, für je zwei
Polpaare einmal geteilt sein, wenn er auf einer gemeinsamen Welle mit dem Anker angeordnet werden soll.
Ist also die Polzahl des Ankers kein Vielfaches von vier, so muß der Kommutator
synchron angetrieben werden, und zwar stellt sich das Verhältnis zwischen der Drehzahl
des Ankers und der des Umrichters wie -Xi-.
dar, wobei JST die Anzahl der diametralen Teilungen (also die halbe Segmentzahl jeder
einzelnen Komnmtatorabteilung) und η die
Anzahl der Polpaare des Ankers darstellt.
In Fig. 2 ist eine^ Kommütatoranordnung,
welche synchronen Antrieb erfordert, in derselben Stellung wie in Fig. i gezeichnet, in
Verbindung mit einem zweipoligen Anker. Da in diesem Falle X-=.ι und η = ι ist, so
ist das Verhältnis der Drehzahlen 1 : 1J2; der
Umrichter muß also halb so schnell umlaufen wie der Anker. Der Kommutator ist nun
mit Schleifringen für alle vier Stromleiter ausgerüstet. Selbstverständlich läßt sich der
Umrichter auch in der Weise anordnen, daß die Zuführung der Teilströme (mittels Bürsten)
an Segmenten vorgenommen wird, während
die Stromabnahme durch Schleifringe erfolgt.
Aus Fig. 3 ist der Verlauf einer ganzen
Periode jedes Teilstromwechselstromkreises aa bb cc dd zu ersehen; der Stromwender,
der mit der halben Geschwindigkeit des Gleichstromankers Umläuft, ist' in den acht Hauptstellungen dargestellt, in welchen er sich im
Verlauf einer vollständigen Periode befindet. Die entsprechenden Stellungen der Stromabführungspunkte
in der Ankerwicklung sind darüber gezeichnet. Die links oben und rechts unten neben den Kommutatorstellungen
angebrachten Vorzeichen deuten die Polarität an, welche die Bürsten oben (von den
äußeren Segmenten ab nach den inneren zu) und unten (von den inneren Segmenten ab
nach den äußeren zu) in diesen Stellungen erhalten.
In Fig. 4 ist eine ganze Gleichstromübertragung nach dem vorliegenden System schematisch
dargestellt. Die von dem Anker bezw. dem Stromwender abgeleiteten vier Wechselstromkreise werden zu zwei solchen
zusammengelegt, indem die zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten zu einem gemeinsamen
Sekundärstromkreis umtransformiert werden. Zu diesem Zwecke werden
entweder die primären Spulen der zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten um einen gemeinsamen Kern gewickelt in
der Weise, daß beide beständig ein magnetisches Kraftlinienfeld derselben Richtung
erzeugen (die Sekundärspule ist dann für 8g beide Wicklungen gemeinsam), oder die Spulen
der zwei Stromkreise mit gleichen Momentanwerten werden zwar um getrennte Kerne gewickelt,
jedoch die zwei Sekundärspulen zu einem gemeinsamen Stromkreis parallel oder hintereinander geschaltet.
Die zwei Stromkreise, in welchen nun der gesamte im Gleichstromanker erzeugte Strom
geführt wird> werden unter Zusammenlegung eines Leiters von jedem Stromkreise zu einem
gemeinsamen Leiter in die Ferne geleitet. An der Empfangsstation werden die zwei
Stromkreise wieder von Hoch- auf Niederspannung transformiert, die Phasen gleichgerichtet
und die pulsierenden Teilströme wiederum zu einem konstanten Gleichstrom zusammengefügt.
In dem in Fig. 4 gezeichneten Schema wird beispielsweise die Zurückrichtung mittels
eines Kommutators vorgenommen, von welchem
der Gleichstrom unmittelbar durch zwei Bürsten abgeführt wird. Zum Zwecke
des Anschlusses der Segmente einer solchen Umrichtungsanordnung müssen die Transformatorspulen
mit Strömen verschiedener Phase zu einem geschlossenen Stromkreis hintereinander geschaltet werden (Fig. 4).
Von den Verbindungsstellen je zweier Leiter der vier Sekundärspulen werden die Ströme
über Schleifringe den Segmenten des Gleichrichters zugeführt.
In dem gezeichneten Schema wird der ganze übergeführte Strom mittels eines einzigen
Kommutators gleichgerichtet und der Gleichstrom den Verbrauchsstellen zugeführt.
Es können aber auch die Apparate, welche den Gleichstrom verbrauchen (Motoren usw.),
je einzeln oder in Gruppen mit einem besonderen
Gleichrichter versehen- werden. Ebenso kann für jeden Gleichrichter ein
eigener Transformator angeordnet werden, und die von mehreren Dynamomaschinen erzeugten
Teilströme lassen sich auch mittels eines gemeinsamen Kommutators umwenden, wenn nur dieselben gleiche Spannung und
Wellenlänge haben.
Claims (1)
- Patent-Anspbijch :Kraftübertragungs- und Verteilungssystem., dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierenden, um 900 in der Phase verschobenen vStröme von vier Teilstromkreisen, welche zwischen festen Punkten der Gleichstromankerwicklung und den positiven und negativen Gleichstrombürsten abgenommen werden, mittels-eines Stromwenders in vier Wechselströme umgewandelt werden, von denen je die beiden Stromkreise gleicher Phase mittels eines Transformators ii\ zwei um 900 in der Phase verschobenen Strömen vereinigt «5 und zusammen mittels drei Leitern in die Ferne geleitet werden, wo sie nach ent-' sprechender Umformung in Form von Gleichstrom den Stromverbrauchern zugeführt werden.Hierzu ^ Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE157703C true DE157703C (de) |
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ID=423945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE157703C (de) |
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0
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