DE284765C

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Publication number: DE284765C
Application number: DENDAT284765D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

. ' - M 284765 ■-KLASSE 21 a. GRUPPE

Wechselströme.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Februar 1914 ab.

Gegenstand > vorliegender Erfindung ist eine Anordnung, die den Einfluß von Wechselströmen auf benachbart liegende elektrische Leiter (nachstehend einfach »Leitungen« genannt) behebt.

Dieser Einfluß kann in einer Induktionserscheinung, falls die Leitungen voneinander isoliert sind, oder in Vagabundieren des Stromes, falls die Leitungen teilweise gemeinschaftlich

ίο sind, bestehen.

Dieses letztere ist der Fall, auch wenn als Rückleitung des wirkenden Wechselstromes teilweise die Erde benutzt wird und die zu immunisierende Leitung auch.mit der Erde in leitender Verbindung steht.

Es ist bekannt, einen Leiter durch Erzeugung einer veränderlichen elektromotorischen Kraft zu schützen, die stets genau oder annähernd entgegengesetzter Richtung und genau oder annähernd gleicher Größe ist als die infolge Induktion durch den Wechselstrom hervorgerufene elektromotorische Kraft, oder die das Fließen des Wechselstromes durch den gemeinschaftlichen Leiter hervorrufende Spannung, oder aber die Resultierende dieser beiden.

Diese immunisierende elektromotorische Kraft Vird nach der Erfindung mittels Induktion in einer in der zu immunisierenden Leitung eingeschalteten Spule dadurch hergestellt, daß diese Spule in einem Drehfelde gelegen ist und zwecks Erzielung der gewünschten Richtung und Größe der zu erzeugenden elektromotorischen Kraft in bezug auf das Drehfeld bewegt wird.

Eine Ausführungsform der Anordnung ist auf der Zeichnung dargestellt.

In dem zu immunisierenden Leiter 1, 1 ist eine Spule 2 eingeschaltet, und mit dieser sind in mechanischer Verbindung zwei andere Spulen 3, 4, was in Wirklichkeit durch das Aufwickeln der drei Spulen auf einem gemeinschaftliehen Eisenkern erreicht werden kann.

Diese drei Spulen sind in einem Drehfeld angeordnet; die Art und Weise dieser Anordnung braucht keiner besonderen Erläuterung, denn sie kann analog geschehen wie die Anordnung des Läufers im Felde eines Drehstrommotors. Das Drehfeld kann auch dadurch erzeugt werden, daß Magnete innerhalb der Spulen 2, 3 und 4 öder um sie herum durch einen Synchronmotor gedreht werden, oder umgekehrt dadurch, daß die Spulen 2, 3 und 4 von einem Synchronmotor im Felde von stehenden Magneten gedreht werden.

Das Drehfeld wird von Wechselströmen erzeugt, die gleiche Phase und gleiche Periodenzahl mit dem Wechselstrom haben, welcher auf die zu immuniesirende Leitung störend wirkt.

Dieses kann am zweckmäßigsten dadurch erreicht werden, daß die das Drehfeld hervorrufenden Spulen unmittelbar oder mittels eines Transformators von derselben Stromquelle gespeist werden, welche den störenden Wechselstrom liefert.

Im Stromkreise der Spulen 3 und 4 ist je ein Elektromagnet 6, 5 eingeschaltet. Wenn nun die Phasenverschiebung des in der Spule 3

hervorgerufenen Stromes gegenüber der in Spule 2 induzierten Spannung gleich cp ist und man die Spule 3 bezüglich der Spule 2 um φ entgegengesetzt der Drehrichtung des Drehfeldes verschoben anordnet, so wird der in der Spule 3 hervorgerufene Strom und das im Magneten 6 dadurch erregte Feld mit der in der Spule 2 erzeugten elektromotorischen Kraft in Phase zusammenfallen.

Sind die Verhältnisse des Stromkreises der Spule 4 gleich denen des Stromkreises der Spule 3, und sind die Spulen 3 und 4 unter 90 ° angeordnet (vorausgesetzt, daß das Drehfeld zweipolig ist), so wird das im Magneten 5 erregte Feld unter 90 ° in Phase bezüglich der elektromotorischen Kraft der Spule 2 verschoben sein.

Sind nun im Felde der Magneten 5 und 6 die Spulen 7 und 8 beweglich angeordnet und- in die Leitung 1 eingeschaltet, so wird unter dem Einfluß des durch sie strömenden Wechselstromes, welcher die gleiche Periodenzahl hat wie der auf die zu immunisierende Leitung wirkende, die Störungen verursachende Wechselstrom, eine Kraft erzeugt, die/ je nach Phase und. Richtung des betreffenden Stromes, die Spulen 7 und 8 in einer oder anderer Richtung in Bewegung setzen wird.

Wenn E₁ (Fig. 2) die in der Spule 2 vomDrehfeld induzierte elektromotorische Kraft ist, und E₂ die mit ihr den Winkel φ_χ einschließende resultierende elektromotorische Kraft des von außen induzierten Wechselstromes, gegen welche die Leitung 1 immunisiert werden soll, so ist E₃ die resultierende elektromotorische Kraft/welche den störenden Strom in Leitung 1 hervorruft, und'welche unterdrückt werden soll, was durch entsprechende Phasenverdrehung von E¹ und entsprechende Vergrößerung oder Verminderung derselben geschieht, indem E₁ gleich E₂ und φ_χ gleich 180 ° gemacht werden.

Setzt man erst den Fall, daß die Selbstinduktion der Leitung 1 neben ihrem Ohmschen Widerstand vernachlässigbar ist, dann wird der durch E_s hervorgerufene Strom i_x in Phase mit E₃ zusammenfallen. Zerlegt man I₁ in zwei Komponenten, von denen die eine, i_a, mit Ej in Phase zusammenfällt und die andere, i₂, mit E₁ unter rechtem Winkel steht, so wird i₂ in der Spule 7, die im Felde des Magneten 5 angeordnet ist, eine Kraft erzeugen, welche die Spule 7 in Bewegung setzt und die Kontakte 9 schließt bzw. öffnet; hierdurch wird der Motor 10 einmal in einer und einmal in der anderen Richtung in Bewegung gesetzt (auf die Art und Weise des Anlassens und Reversierens des Motors wird später zurückgekommen). Dieser Motor wirkt auf das Gestell der drei Spulen 2, 3 und 4 verdrehend in bezug auf das Drehfeld, so daß, solange die Spule 7 unter dem Einfluß der Stromkomponente i₂ steht, der Motor 10 die Spulen 2, 3 und 4 im Felde derartig verdreht,. daß Winkel Cp₁ vergrößert wird. Hat i_% einen negativen Wert, so wird die Kraft der Spule 7 umgekehrt gerichtet, der Motor 10 wird umgesteuert, und die Spulen 2, 3 und 4 werden im Felde entgegengesetzt wie vorher verdreht, so daß Winkel Cp₁ verkleinert wird. Es ist klar, daß Motor 10 nur dann in Ruhe kommen kann, wenn i₂ gleich Null, d. h. wenn Cp₁ gleich 180 ° wird.

Stromkomponente i₃ erzeugt in Spule 8 eine Kraft, welche durch Schließen und Öffnen der Kontakte 11 den Motor 12 in der einen oder anderen Richtung in Bewegung setzt. Dieser Motor wirkt ebenfalls auf die Spulen 2, 3 und 4, und zwar derartig, daß er, solange i₃ in bezug auf E₁ entgegengesetzt gerichtet ist, die Spulen 2, 3 und 4 in axialer Richtung mehr in das Drehfeld hineinschiebt, so daß die in Spule 2 erzeugte elektromotorische Kraft E₁ größer wird.

Ist hingegen i_s gleicher Richtung wie E₁, so läuft der Motor 12 umgekehrt und zieht die Spulen 2, 3 und 14 aus dem Drehfelde heraus, so daß hierdurch die in Spule 2 induzierte elektromotorische Kraft E₁ kleiner wird. Es ist klar, daß dieser Mechanismus nur dann in Ruhe kommen kann, wenn i₃ gleich Null bzw. E₁ und E₂ gleich sind.

Die konstruktive Ausführung der Verbindung der Bewegung der Motoren und der Spulen 2, 3 und 4 kann folgendermaßen gedacht werden:

Im Felde eines Drehfeldmotors ist der Läufer drehbar und axial verschiebbar angeordnet. Der Motor 10 wirkt auf den Läufer verdrehend, der Motor 12 dagegen zieht ihn aus dem Felde heraus oder schiebt ihn in dieses zurück.

Sollte die Selbstinduktion der Leitung 1 dem Ohmschen Widerstand gegenüber nicht vernachlässigbar und infolgedessen die Phasenverschiebung zwischen E₃ und V₁ merkbar sein, so kann der Einfluß dieser Phasenverschiebung durch entsprechende Änderung der Winkels φ (gegenseitige Lage der Spulen 2 und 3) ausgeglichen werden.

Man sieht nun, daß, was immer für eine Phase und was immer für eine Größe die störende elektromotorische Kraft E₂ haben mag, innerhalb der Empfindlichkeitsgrenze des Mechanismus der Spulen 7 und 8 und innerhalb der Leistungsfähigkeit der Spule 2 die in dieser letzteren no induzierte elektromotorische Kraft automatisch stets entgegengesetzt und.gleicher Größe mit E₂ sein wird, so daß durch die beschriebene Anordnung E₃ auf Null bzw. auf einen solchen ; minimalen Wert beschränkt wird, daß die störende Wirkung des von ihr erzeugten Stromes i_x nicht mehr merkbar- wird.

Es gehört allerdings nicht zu dem Wesen dieser Erfindung, ist aber eine wichtige Einzelheit der praktischen Ausführung, nämlich die Art und Weise des Anlassens und Umsteuerns der Motoren 10 und 12.

Die Motoren werden von Wechselstrom gespeist. Mit den Feldspulen 13 und 14 sind die Transformatoren 15 und 16 in Serie, deren sekundäre Spule drei Stromzuführungen besitzt und, je nachdem das eine oder das andere Paar der Kontakte 9 und 11 geschlossen wird, wird die Armatur der Motoren mit der einen oder anderen Hälfte der sekundären Spule der Transformatoren in Reihe geschaltet, und infolgedessen ist die Stromrichtung in den Armaturen in dem einen Falle umgekehrt als im anderen. Diese Anordnung erlaubt, daß die Motoren eine ziemlich große Zugkraft ausüben, und doch kann die zur Einschaltung bzw. Umsteuerung notwendige Spannung und Stromstärke niedrig gehalten werden.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Anordnung zum Schutz elektrischer Leiter gegen Störungen durch benachbarte Wechselströme, dadurch gekennzeichnet, daß in einem magnetischen Drehfelde, welches durch Wechselströme gleicher Frequenz und Phase wie die der Störungsströme erzeugt wird, eine in den zu schützenden Stromkreis (1) geschaltete Schutzspule (2) liegt, die . mit zwei Spulen (3 und 4) auf einem drehbaren und axial verschiebbaren Kern vereinigt ist, wobei die eine (3) der genannten

Spulen unter solchem Winkel gegen die Schutzspule (2) angeordnet ist, daß der Strom in der ersteren (3) mit der elektromotorischen Kraft, welche in der Schutzspule (2) erzeugt wird, in Phase ist, während die andere (4) der genannten Spulen so angeordnet ist, daß der Strom um 90 ° zu dem Strom der ersten Spule (3) in der Phase verschoben ist, und daß die zum Zwecke der Einstellung der die störende Spannung aufhebenden elektromotorischen Gegenkraft vorzunehmende Verstellung des Kernes im Drehfelde durch zwei Relais, die mit den Spulen (2, 3) verbunden sind, gesteuert wird, das eine Relais für die Verdrehung des Kernes im Drehfelde, das andere für die axiale Verschiebung.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Relais einerseits je mit einer Spule (5 und 6) versehen sind, welche mit je einer der Spulen (3 und 4) im Drehfelde in einem Stromkreise liegt, und anderseits im zu schützenden Stromkreis liegende Spulen (7 und 8) enthalten, die mit den ersteren (5,6) zusammen arbeiten und daß die genannten Relais das Öffnen und Schließen der Stromkreise der Motoren (10 und 12) steuern, welche auf den die Schutzspule (2) und die anderen Spulen (3, 4) tragenden Kern verstellend einwirken.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker der den Kern der Schutzspule verstellenden Wechselstrommotoren (10, 12) mit einem Pol an den Mittelpunkt der Sekundärwicklung eines Transformators (16) angeschlossen sind, dessen Primärwicklung in Reihe mit dem Feldmagneten liegt, und daß das andere Ende der Ankerwicklung' mit der Relaiszunge (11) in Verbindung steht, welche Kontakt mit dem einen oder anderen der beiden Kontaktstücke macht, die mit den beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators (16) verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.