DE195199C - - Google Patents
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- DE195199C DE195199C DENDAT195199D DE195199DA DE195199C DE 195199 C DE195199 C DE 195199C DE NDAT195199 D DENDAT195199 D DE NDAT195199D DE 195199D A DE195199D A DE 195199DA DE 195199 C DE195199 C DE 195199C
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
KLASSE 2\d. GRUPPE
in Gleichstrom.
Bekanntlich kann ein rotierender Transformator, dem man in festen Punkten einen
Wechselstrom zuführt, mit einem mitrotierenden Kommutator so verbunden werden, daß aus den am Kommutator sitzenden, im
Räume feststehenden Bürsten ein gleichgerichteter Strom oder ein Strom von anderer
Phasen- und Periodenzahl als der eingeleitete entnommen werden kann.
ίο Die Schwierigkeit in der Herstellung eines
solchen rotierenden Transformators lag bisher in der Kommutation, indem durch die
auf dem Kommutator gleitenden Bürsten Spulen kurzgeschlossen werden, in denen
große E. M. K. induziert werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, daß
mit Hilfe von im Räume feststehenden Wendepolen in den durch die Bürsten kurzgeschlossenen
Spulen durch Rotation eine E. M. K. induziert wird, welche der von dem ■ Hauptkraftfluß des Transformators induzierten
E. M. K. entgegenwirkt. Durch geeignete Wahl der Erregung der Wendepole kann dann auch erreicht werden, daß die bei
der Stromänderung in der kurzgeschlossenen Spule auftretende Reaktanzspannung durch
die Rotation in dem Felde der Wendepole erzeugt wird.
Fig. ι zeigt das zweipolige Schema eines rotierendenv Transformators zur Gleichrichtung
von Einphasenstrom in pulsierenden Gleichstrom. Der Wechselstrom wird dem
rotierenden Transformator T durch Schleifringe S zugeführt. Der pulsierende Gleichstrom
wird den Bürsten B -f- und B — entnommen.
Der Transformator mit dem Kommutator if wird durch einen Motor mit
synchroner Geschwindigkeit nach rechts angetrieben. In der dargestellten Stellung hat
die Wechselspannung ihren Maximalwert, derselbe ist gleich dem Maximalwert der pulsierenden
Gleichspannung. Nach einer Viertelperiode hat sich der Transformator um
900 gedreht, die Wechsel- und Gleichspannung sind beide Null geworden. Hat sich der
Transformator mehr als 900 gedreht, so hat die Wechselspannung ihre Richtung gewechselt,
gleichzeitig haben auch die Kommutatorbürsten ihre Stellung relativ zu "den
Zuführungspunkten des Transformators vertauscht, so daß die Spannung zwischen diesen
Bürsten ihre Richtung unverändert beibehält. Die E. M. K., welche in den kurzgeschlossenen Spulen des Transformators in-
duziert wird, ist in jedem Moment der E. M. K. zwischen den Zuführungspunkten des Wechselstromes
zum Transformator proportional. Sie hat somit in der Nähe der gezeichneten Stellung ein Maximum, geht durch Null und
ändert ihre Richtung, nachdem sich der Transformator um 900 gedreht hat. Zur
Kompensierung dieser E. M. K. in den kurzgeschlossenen Spulen sind zwei Wendepole
N, N angebracht. Diese stehen im Räume fest und den von den Bürsten kurzgeschlosse-
nen Spulen gegenüber. Sie haben beide die gleiche Polarität (in der gezeichneten Stellung
ein Nordpol) und werden von einem Wechselstrom erregt von gleicher Periodenzahl und annähernd gleicher Phase wie die dem
rotierenden Transformator zugeführte Wechselspannung.
• Wird der gleichgerichtete Strom zur Speisung von Motoren oder anderen Stromverbrauchern
mit großer Induktanz gebraucht, so werden seine Pulsationen abgedämpft, und es entsteht ein mehr oder minder vollkommener
Gleichstrom. Wenn notwendig, kann „ man auch besondere Spulen mit großer Induktanz
zur Verkleinerung der Pulsationen verwenden.
Es können die Wendepole auch zur teilweisen Ausbalancierung der durch die Stromänderung
in den kurzgeschlossenen Spulen verursachten E. M. K. der Selbstinduktion verwendet werden.
Wir betrachten den Fall, in dem der abgenommene gleichgerichtete Strom annähernd
konstante Stärke hat. In der durch Fig. 1 gezeichneten Stellung fließt der Strom direkt
aus der Wechselstromleitung über den Zu-. führungspunktPj zu der positiven Bürste B-\-
und von der negativen Bürste B— über den Zuführungspunkt P2 zu der Wechselstromleitung
zurück. Durch die Transformatorwicklung fließt nur der Magnetisierungsstrom in der Richtung der eingezeichneten Pfeile.
Dieselbe Richtung hat in jeder Spule die aufgedrückte Wechselspannung. Dieser entgegengerichtet
ist die in den Spulen induzierte E. M. K. Wenn sich der Transformator aus der gezeichneten Lage nach rechts
dreht, so wird der größte Teil des Stromes von dem Zuführungspunkte P1, um zu der
positiven Bürste B + zu gelangen, durch die links vom Punkte P1 liegenden Spulen in
der Pfeilrichtung fließen. Dasselbe gilt für die links von P2 liegenden Spulen. Um
die Entstehung dieses Stromes in den kurzgeschlossenen Spulen zu erleichtern, muß in
denselben durch Rotation, eine Έ. M. K. in der Stromrichtung induziert werden. Das
kann mit Hilfe der Wendepole geschehen, indem die Polarität für beide entsprechend
verstärkt wird.
Fig. 2 zeigt die Stromverteilung im Ring, nachdem er ' sich um den Winkel α aus der
in Fig. ι gezeichneten Lage gedreht hat. Die Bürste B-\- bekommt jetzt ihren Strom
nicht allein über den Zuführungspunkt P1, sondern zum Teil auch von P2. Umgekehrt
geht der von der Bürste B— kommende Strom nicht nur nach dem Punkte P2, sondern
ein Teil desselben durchfließt die Wicklung in umgekehrter Richtung nach dem
funkte P1 hin. Weil die M. M. K. der Ströme sich fast ausbalancieren müssen, ist
das Verhältnis der Ströme in den Teilen
Ist a = -— gewor-2 s
des Ringes wie
den, so sind die Ströme gleich, und der von der Wechselstromleitung zugeführte Strom
ist dann Null, während der Strom zwischen den Gleichstrombürsten irgendeinen anderen
Wert haben kann, weil die magnetische Wirkung dieses Stromes in der Wicklung Null ist.
Während der Drehung des Transformators von ο bis π ist die Stromänderung in einer
Spule beim Durchgang durch den Kurzschluß gleich dem Strome in der Gleichstrombürste,
also bei einem konstanten Gleichstrom konstant. Das hierfür notwendige Feld der Wendepole würde . demnach auch für diese
erste Halbperiode konstant sein und in der Richtung mit der in Fig. 1 gezeichneten
Richtung übereinstimmen. Nach einer halben Periode ändert die Stromänderung in den
kurzgeschlossenen Spulen ihre Richtung und das zugehörige Wendefeld muß somit auch
seine Richtung wechseln. Man würde, das richtige Wendefeld erhalten durch Bewickeln
der Wendepole mit einer zweiten Wicklung, in welcher ein Wechselstrom von rechteckiger
Kurvenform fließen müßte. Dieser Wechselstrom müßte um eine Viertelperiode
später als der Wechselstrom in der in Fig. I gezeichneten Wendepolwicklung durch den
Nullwert gehen. Ersetzt man den Wechselstrom von rechteckiger Kurvenform durch einen solchen von gewöhnlicher Form, so ist
derselbe folglich um 900 gegen die in den Gleichrichter eingeleitete Wechselspannung
verzögert.
Man kann also die Wendepole mit zwei Wicklungen ausführen, von denen die eine too
einen von der Wechselspannung abhängigen und mit dieser Spannung phasengleichen Strom führt, während die andere mit einem
dem umzuformenden Wechselstrome proportionalen und gegen diesen Strom um 900
nacheilenden Strom gespeist wird.
Es können auch die Wendepole durch eine Wicklung erregt werden, welcher die beiden
zur Erzeugung der beiden Stromkomponenten notwendigen Spannungskomponenten aufgedrückt
werden.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, wie die Wendepole N, N erregt werden können. Der Erregerstromkreis
ist hier durch den Widerstand W und die Kapazität C möglichst induktionsfrei
gemacht. Er ist von den Zuführungsklemmen abgezweigt und enthält einen Serientransformator ST, welcher zum
Hineintransformieren einer mit dem Strome proportionalen um 900 verzögerten Spannungskomponente
dient. Die Kapazität könnte auch ebensogut parallel geschaltet werden. .
Bekanntlich kann jeder Synchronmotor bei entsprechender Anordnung der Wicklung als
Generator zur Erzeugung eines Stromes von einer beliebigen Phase verwendet werden.
Indem der Transformator von einem solchen Synchronmotor angetrieben wird, kann man
somit in einfacher Weise die Erregung der Wendepole von demselben entnehmen. Fig. 4
zeigt das Bej-spiel einer solchen Anordnung. <
Der Synchronmotor M besitzt ein.rotierendes Feld F, das über Schleifringe s erregt wird,
und einen stillstehenden Anker A, dessen Wicklung als Ringwicklung gezeichnet ist.
In elektrisch diametralen Punkten wird der Wechselstrom der Ankerwicklung zugeführt,
und in zwei um nahezu 90 elektrische Grad gegen die ersteren verschobenen Punkten
wird der Strom für die Erregung der Hilfspole abgenommen. Um die richtige Phase
für diesen letzteren Strom zu bekommen, können die Abzapfungspunkte, wie in Fig. 4
gezeigt, verschiebbar angeordnet werden. Um bei der Rotation dem Transformator die
richtige räumliche Stellung zu geben relativ zu der Phase der zugeführten Wechselspannung,
kann es auch zweckmäßig sein, die Zuführungspunkte zu der Ankerwicklung A
verschiebbar einzurichten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man den stationären
Teil des Synchronmotors (in Fig. 4 die Armatur A) etwas drehbar anordnet. Der
dem Synchronmotor vorgeschaltete Serientransformator 57" dient dazu, der zugeführten
Motorspannung, eine dem Strome um 900 nacheilende Komponente zu geben. Diese
Komponente wird im Synchronmotor in eine solche, welche mit dem zugeführten Strom
in Phase ist, transformiert und somit zur Erzeugung einer Komponente in dem Erregerstrom
der Wendepole benutzt, welche der zugeführten Spannung um 900 nacheilt.
Läßt man in Fig. 4 den Serientransformator ST weg, so enthält der Erregerstrom
der Wendepole' keine von dem Belastungsströme abhängige Komponente, es wird daher
mit dieser Anordnung nicht möglich sein, die Transformator-Ε. M. K. und die Selbstinduktions-E.
M. K. . in den kurzgeschlossenen Spulen beide für alle Belastungen genau zu
kompensieren. Man kann sie aber beide z. B. für Halblast kompensieren. Bei Nullast und
Vollast bleibt dann nur die der halben Belastung entsprechende Selbstinduktions-E.M.K.
unkondensiert. Die letztere kann auch bei richtiger Wahl der Abmessungen ohne besondere
Hilfsmittel kommutiert werden.
Der Synchronmotor M (Fig. 4) kann außer der mit Gleichstrom erregten Feldwicklung F
auf dem Polsystem noch eine in sich kurzgeschlossene Dämpferwicklung erhalten.
Fig. 4 a zeigt die umgekehrte Anordnung des Synchronmotor, indem hier der Anker A
auf der Welle des Transformators sitzt und das Feld F feststeht. Hier fallen die Schleifringe
für die Erregung des Feldes F weg. Der Serientransformator kann in diesem Fall
auf der Welle, also mitrotierend, angebracht werden.
Wie gezeigt, wechselt die Selbstinduktions-E. M. K. der kurzgeschlossenen Spulen
ihre Richtung in dem Momente, in welchem die Bürsten auf den mit den Zuführungspunkten P1 und P2 (Fig. 2) verbundenen Lamellen
gleiten. Weil . eine entsprechend schnelle Änderung des Feldes der Wendepole schwer zu erreichen ist, kann man die
Zeit, während welcher die Selbstinduktions-E. M. K. ihre Richtung wechselt, dadurch
verlängern, daß man diejenigen Lamellen, welche mit den Zuführungspunkten P1 und P2
verbunden sind, verbreitert. Dies ist in Fig. .5 gezeigt. In dieser Figur ist ferner dargestellt,
wie die beiden Punkte.^4 und B der Transformatorwicklung, welche in der Mitte
zwischen den Zuführungspunkten P1 und P2
liegen, durch eine Leitung miteinander verbunden werden können. Das hat den Zweck,
um den Stromdurchgang zwischen den Gleichstrombürsten zu erleichtern in den Stellungen,
wo die E. M. K. zwischen denselben Null ist.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Wendepole. Es erfolgt hier die Rückleitung
des magnetischen Kraftflusses zum Eisenkern des Transformators außerhalb des Bereichs
der kurzgeschlossenen Spulen. Der Wendepol ist mit N, der Transformator mit T und
der Kommutator mit K bezeichnet. Dem Wendepol gegenüber steht die Bürste B.
Die Wendepole und die Bürsten können einerseits gegeneinander und, andererseits zusammen
drehbar angeordnet werden. Durch die letztere Drehung kann die abgenommene Gleichspannung geregelt werden.
Fig. 7 zeigt das Schema eines Gleichrichters für zweiphasigen Wechselstrom. Er besteht
aus zwei rotierenden Transformatoren T1 und Tn, welche auf einer Welle sitzen und
synchron angetrieben werden. Die Transformatoren bekommen den Weshselstrom zügeführt
durch Schleifringe S1 und S11 bzw. von
der Phase I und II des primären Systems. Liegen die Gleichstrombürsten und die Wendepole,
wie im Schema angenommen, für beide Transformatoren in derselben Ebene, so sind die beiden Transformatoren gegeneinander .
um 90 elektrische Grad verdreht. Die Wendepole des Transformators T1 werden
von Phase II, diejenigen des Transformators T11 von Phase I erregt. Hierbei sind
Serientransformatoren ST1 und STn angenommen.
Bei kleinem Ohmschen Wider-
stand in den Erregerkreisen bekommen die Kraftflüsse der Wendepole dann die richtige
Phase. Die Gleichstrombürsten sind hinter-■ einander geschaltet.
Die Erweiterung der in Fig. 7 dargestellten Anordnung ist .ohne weiteres für eine
beliebige Phasenzahl durchzuführen. Anstatt den Erregerstrom für die Wendepole eines
Transformators ausschließlich von der anderen Phase zu nehmen, kann man auch durch
Kombination der Spannungen der Phasen eine beliebige.andere Phase für die Wendepolspannung
erhalten, denn es ist bekannt, daß man aus einem Mehrphasensystem eine
Spannung von einer beliebigen Phase durch geeignete Transformierung abnehmen kann.
Fig. 8 zeigt das zweipolige Schema eines .Zweiphasengleichrichters, bei dem die Wicklungen
der beiden Phasen auf demselben Eisenring angeordnet sind. Der Kraftfluß kann sich für jeden Quadrat des Ringes
schließen. Die eine Phase ist in den Punkten ι und 3, die andere in 2 und 4 angeschlossen.
In Fig. 9 sind die Potentiale dieser 4 Punkte in Abhängigkeit von der
Zeit dargestellt. Rotiert der Transformator ■mit synchroner Geschwindigkeit nach rechts,
so bleibt das Potential zwischen den Gleichstrombürsten annähernd konstant.
Um die Transformator-E. M. K. in den kurzgeschlossenen Spulen ' zu kompensieren,
sind Wendepole TV und 5 angebracht. In
dem in Fig.. 8 abgebildeten Zeitmoment, das dem Punkte T=O in Fig. 9 entspricht,
müssen die Wendepole ihren maximalen Kraftfluß haben. Nach einer Drehung des Transformators
um 45° geht derselbe durch Null, um nach 900 ein Maximum in der entgegengesetzten
Richtung zu erhalten usw. Die Wendepole müssen also mit einem Wechselstrom von der doppelten Periodenzahl des
zugeführten Stromes erregt werden. Dieser Erregerstrom kann erhalten werden mit Hilfe
. des vierteiligen mitrotierenden Kommutators Ke, dessen Segmente mit den Punkten
1,2, 3 und 4 verbunden sind und auf dem die Bürsten B1 und B^ schleifen. Die
Potentiale dieser Bürsten sind als Funktion der Zeit in Fig; 9 durch die stark ausgezogenen
Kurven B1 und B2 dargestellt. Man
sieht, daß die Potentialdifferenz der Bürsten von doppelter Periodenzahl ist und die
richtige Phase besitzt, vorausgesetzt, daß der Erregerstrom der Wendepole eine 'Phasenverzögerung
von 900 hat. Die Wendepole N und S werden in diesem Falle, wie man sieht,
wechselpolig.
Die Spannungsregulierung der zwei- und mehrphasigen Gleichrichter erfolgt ebenso
wie bei den einphasigen durch Änderung der räumlichen Stellung des rotierenden Transformators
relativ zu der Phase der .zugeführten Spannung.
Anstatt wie in Fig. 4 und 4 a den von dem Antriebsmotor erzeugten Strom von 900
Phasenverschiebung nur für die Erregung der Wendepole zu verwenden, kann man ihn
auch dem rotierenden Transformator zuführen, wodurch dieser mehrphasig wird und nach Fig. 7 oder 8 ausgeführt werden kann.
Diese Anordnung ist auf eine beliebige Phasenzahl anwendbar, so daß die Phasenzahl
des Transformators von der Phasenzahl des zugeführten gleichzurichtenden Stromes unabhängig
ist.
Auch bei den mehrphasigen Transformatoren kann es vorteilhaft sein, die mit den
Zuführungspunkten verbundenen Kommutatorlamellen zu verbreitern.
Anstatt des in Fig. 8 gezeigten vierteiligen. Kommutators Ke kann natürlich für die Erregung
der Wendepole auch ein kleiner Wechselstromgenerator von der doppelten Periodenzahl Verwendung finden. Derselbe
kann zweckmäßig auf die Welle des Transformators aufgekeilt werden.
Führt man den Gleichrichter nach- Fig. 7 mit zwei Transformatoren aus, so können
diese, wie in Fig. 10 gezeigt, auch parallel geschaltet werden. Hierzu dient der Ausgleichtransformator
A T, der dafür sorgt, daß der Strom sich immer gleichmäßig auf die beiden rotierenden Transformatoren verteilt.
Der Ausgleichtransformator kann auch mit nur einer Spule ausgeführt werden, wobei
entweder die beiden positiven oder die beiden negativen Bürsten direkt miteinander zu verbinden
sind.
Der Transformator kann,, anstatt wie bis jetzt angenommen zweipolig, auch mit einer
größeren Anzahl Pole gewickelt werden, wobei seine Rotationsgeschwindigkeit entsprechend
verkleinert wird. Hierbei kann die Wicklung mit Parallel- oder Serieschaltung ausgeführt
werden. Fig. 11 zeigt beispielsweise eine vierpolige Wicklung mit Parallelschaltung.
Hier können vier gleichnamige Wendepole angeordnet werden. Bei Verbindung der diametral stehenden Lamellen kann die Zahl
der Bürstenstifte auf. zwei reduziert werden.
Fig. 12 zeigt eine vierpolige Wicklung mit Serieschaltung. Die Zahl der Bürstenstifte
kann hier gleich oder kleiner als die Polzahl sein. Die Zahl der Wendepole kann auf
zwei reduziert werden. In ähnlicher Weise können Wicklungen mit beliebigen Polzahlen
und beliebigen Stromzweigzahlen erhalten werden. Diese können in bekannter Weise
mit Äquipotential verbindungen versehen werden. , . '
Die Zahl der Anwendungen des ein- oder mehrphasigen Gleichrichters ist eine viel-
seitige, ζ. Β. für elektrische Bahnen, Beleuchtung mit Bogenlampen, Ladung von
Akkumulatoren, Erregung und Kompoundierung oder nur zur Kompoundierung von Wechselstromgeneratoren.
Claims (6)
- Patent-Ansprüche:. i. Ein rotierender Transformator zurίο Umwandlung von Ein- und Mehrphasenstrom in Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung einer funkenfreien Kommutation durch Wechselstrom erregte Wendepole vorhanden sind.
- 2. Ein rotierender Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepole mit einem Wechselstrom erregt werden, welcher proportional und annähernd in Phase mit der dem Transformator zugeführten Klemmspannung ist, wobei die richtige Phase z. B. dadurch erhalten wird, daß in den Erregerkreis Widerstand und · Kapazität eingeschaltet oder der Strom dem Antriebsmotor oder einem besonderen kleinen Generator und bei Umformung von ■ Mehrphasenstrom dem Mehrphasensystem entnommen wird.
- 3. Ein rotierender Transformator nachAnspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepole mit einem Wechselstrom erregt wenden, welcher proportional dem Belastungsstrome und um eine Viertelperiode gegen diesen verschoben ist, wobei die richtige Phase und Stärke des Stromes durch Anwendung eines Serietransformator erhalten, wird, dessen Primärwicklung im Stromkreis des rotierenden Transformators und dessen Sekundärwicklung in den Erregerstromkreis eingeschaltet oder, sofern der Erregerstrom der Wendepole nach Anspruch 2 diesem Motor entnommen wird, dem Antriebsmotor vorgeschaltet wird.
- 4. Ein rotierender Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Lamellen, welche an die mit den Schleifringen direkt verbundenen Spulen angeschlossen sind, eine größere Breite als die übrigen Lamellen besitzen.
- 5. Ein rotierender Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umformung eines m-phasigen Stromes in Gleichstrom (m) rotierende Transformatoren in Reihe oder, durch Ausgleichtransformatoren parallel geschaltet werden, wobei der m-phasige Strom durch Umformung eines Einphasenstromes erzeugt werden kann.
- 6. Ein, rotierender Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator mehrpolig gewickelt ist, wobei die Spulen der einzelnen Polpaare entweder parallel oder in Reihe geschaltet sind.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE195199C true DE195199C (de) |
Family
ID=458276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DENDAT195199D Active DE195199C (de) |
Country Status (1)
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DE (1) | DE195199C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002006666A1 (de) | 2000-07-13 | 2002-01-24 | Johannes Van Berkum | Hydrauliche strömungsmaschine |
-
0
- DE DENDAT195199D patent/DE195199C/de active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002006666A1 (de) | 2000-07-13 | 2002-01-24 | Johannes Van Berkum | Hydrauliche strömungsmaschine |
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