DE82383C

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Publication number: DE82383C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

(Seine & Oise).

Zusatz zum Patente Nr. 78825 vom 6. Oktober 1892.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 11. Dezember 1894 ab. Längste Dauer: 5. Oktober 1907.

In dem Haupt-Patente ist für den Fall der Anwendung des durch dieses Patent geschützten Verfahrens auf die Umwandlung eines einzigen Wechselstromes in einen Gleichstrom und umgekehrt die Benutzung von Condensatoren oder Selbstinductionsspulen (s. Anspruch 3.) zu dem Zweck vorgesehen, um den Strom, der stets dieselbe Richtung hat, aber dessen Energie veränderlich ist und der von dem mit einem einzigen Magnetkern und seinem Stromwender versehenen Inductionsapparat geliefert wird, streng stetig zu machen. Die Condensatoren oder Selbstinductionsspulen speichern einen Theii der von dem primären Stromkreis ausgegebenen Energie in dem Augenblick auf, wo diese Energie den mittleren Werth überschreitet, und geben diese aufgespeicherte Energie an den secundären Stromkreis wieder ab, sobald die vom primären Stromkreise ausgegebene Energie unter den Mittelwerth sinkt; auf diese Weise werden alle Aenderungen in der Energie des umgewandelten Stromes zum Verschwinden gebracht.

In dem Falle, wo es sich dagegen darum handelt, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln, wirken die Condensatoren oder Selbstinductionsspulen umgekehrt; sie sichern die Aenderung der von dem Stromkreis des Gleichstromes ausgegebenen Energie gemäfs dem Sinusoidengesetz der Zeit, nach dem die Wickelung des secundären Stromkreises des mit einem Magnetkern versehenen In · ductionsapparates gemacht ist.

Die Erfinder haben ermittelt, dafs die von ihnen den Condensatoren oder Selbstinductionsspulen zugetheilte Verrichtung auch durch ein anderes Organ erfüllt werden kann, nämlich durch einen besonderen, »Ausgleicher« genannten Umformer mit grofsen Selbstinductionscoe'fficienten, einen Umformer, dessen primärer Stromkreis einen sehr geringen Widerstand, dessen secundärer. Stromkreis dagegen einen sehr bedeutenden Widerstand darbietet.

Durch den primären Stromkreis läfst man den Strom hindurchgehen, dessen Schwankungen auszugleichen sind.

Die zwischen den Bürsten des Stromwenders entwickelte elektromotorische Kraft kann in dem Falle, wo der Inductionsapparat, dem dieser Stromwender beigegeben ist, lediglich mit einem einzigen Wechselstrom gespeist wird, so angesehen werden, als ob eine constante, elektromotorische Kraft und wechselnde, elektromotorische Kräfte über einander gelagert wären.

Zum Beweise dessen sei Folgendes ausgeführt:

Ein Magnetkern sei mit zwei Stromkreisen bedeckt, einem primären und einem secundären. Der primäre, dessen Windungszahl unveränderlich bleibe, werde den Wirkungen einer

/2. Auflage, ausgegeben am 14. Mär\ igo2.)

wechselnden elektromotorischen Kraft ausgesetzt, die mit H=H₀ sin 2 π ω t bezeichnet sei.

Der secundäre Stromkreis sei in eine gewisse Anzahl Abtheilungen getheilt, die unter sich und mit den Stegen eines Stromwenders gemäfs der im Haupt-Patente Nr. 78825 beschriebenen Methode verbunden seien.

Aus den in der Beschreibung des Haupt-Patentes gegebenen Erläuterungen folgt, dafs, wenn man den Bürsten, die auf dem Stromwender schleifen, eine in Rücksicht auf diesen Wender relative Geschwindigkeit gleich w mittheilt, alles so vor sich geht, als ob die Windungszahl N des Stromkreises, der zwischen den Bürsten enthalten ist und der den Magnetkern umgiebt, mit der Zeit nach einem Sinusoidengesetz variirte, dergestalt, dafs man diese Zahl durch die Formel

JV = ν sin 2 π (ω t — φ)

darstellen kann, worin ν eine constante Windungszahl und φ eine Phasendifferenz bezeichnen.

Die auf den primären Stromkreis einwirkende elektromotorische Kraft veranlagst in dem Magnetkern die Erzeugung von Kraftlinien, deren Aenderungen ebenfalls die Wechselzahl (frequence) ω haben werden.

Diese Aenderungen entwickeln in jeder den Magnetkern umgebenden Windung eine elektromotorische Kraft e, welche ebenfalls die Wechselzahl (frequence) w hat und die sich darstellen läfst durch die Formel

e = e₀ sin 2 π ω t.

Die zwischen den Bürsten des Inductionsapparates entwickelte elektromotorische Kraft E ist in jedem Augenblick gleich dem Product aus der elektromotorischen Kraft e und der Anzahl N der Windungen, die der zwischen den Bürsten abgezweigte Stromkreis um den Kern macht. Man hat also

E = Ne = ν e₀ sin 2 π (w t ·—■ φ) sin 2 π w t.

Durch mathematische Umformung dieses Ausdrucks erhält man den folgenden :

oder da

so ist

E= ν e₀ [sin ²2 π ω t cos 2 π φ — cos 2 πω t sin 2 π ω t sin 2 π φ],

sin ²2 π α) t = — [ 1 — cos 4 π ω tJ

cos 2 π u) t sin 2 7rtui = — sin 4 π w t,

E = —- [ (ι — cos 4 π w t) cos 2 π φ — sin 4 π u> t sin 2 π φ] E = —- cos 2 π φ cos 2 π (2 wt — φ).

2 2 \ τ/

Die Gröfse φ ist constant und hängt nur von der Stellung (calage initial) ab, welche die Bürsten anfänglich in Bezug auf den Stromwender einnehmen.

Man erkennt also, dafs die zwischen den Bürsten des Inductionsapparates entwickelte elektromotorische Kraft so angesehen werden kann, als ob zwei elektromotorische Kräfte über einander lagerten, von denen die eine constant

und gleich —- cos 2 πφ, die andere wechselnd,

von der Wechselzahl (frequence) 2 ω und gleich

—- cos 2 π (2 w t — φ) ist.
2 . ^v

Der durch diese elektromotorischen Kräfte erzeugte Strom, der den primären Stromkreis des Ausgleichers durchfliefst, kann also selbst so angesehen werden, als ob ein Gleichstrom undWechselströme über einander gelagert wären.

Der primäre Stromkreis des Ausgleichers setzt dem Durchgange der ihn durchfliefsenden Gleichströme nur seinen eigenen Widerstand entgegen, wohingegen der Widerstand, den er dem Durchgang jedes Wechselstromes entgegensetzt, gleich ist dem vorigen, vermehrt um jenen des secundären Stromkreises und multiplicirt mit dem Quadrat des Umwandlungsverhältnisses des Ausgleichumformers.

Der secundäre Stromkreis des Ausgleichers wird in sich geschlossen..

Die Benutzung dieses Ausgleichers, dessen secundärer Stromkreis sehr grofsen Widerstand darbietet, gewährt den Vortheil, die Entwickelung jeder plötzlichen, Aenderung der Kraftlinien in dem Magnetkern des Ausgleichers zu verhindern; im Falle einer plötzlichen Aenderung in dem Verbrauche des Stromes, der den primären Stromkreis durchfliefst, wird die verfügbar gemachte potentielle Energie, anstatt in den Verbrauchsapparaten unter der Form eines Extrastromes frei zu werden, in Form von Wärme in dem secundä'ren Stromkreis des Ausgleichers verschwinden.

Claims

Dies ist ein wichtiger Vortheil, der für die Benutzung dieses Apparates, dessen secundärer Stromkreis sehr grofsen Widerstand darbietet, als Ausgleicher der Schwankungen von gleichgerichteten Strömen spricht. Als Beispiel ist auf der beiliegenden Zeichnung eine Ausführungsform dieses Apparates dargestellt: Fig. ι zeigt zur einen Hälfte eine Ansicht und zur anderen Hälfte einen Schnitt dieses Apparates. Fig. 2 giebt eine Seitenansicht und Fig. 3 einen Grundrifs dieses Apparates. Er besteht aus einer Spule B B, die um ein nicht zertheiltes Gerippe α β γ & gewickelt ist, das aus einem sehr grofsen Widerstand darbietenden Metall, z. B. Neusilber, besteht. Die Enden der Spule sind in zwei Klemmen bb' befestigt, die von dem Gerippe isolirt sind. Im Innern dieser Spule sind Parallelepipede angeordnet, die durch hochkantig an einander gereihte, von einander isolirte rechteckige Blechplatten gebildet sind. , Diese Parallelepipede sind durch irgend welche Isolirmittel, wie z. B. Papptafeln, von einander getrennt, welche in Fig. ι durch starke schwarze Striche angedeutet wurden. Auf diese Art bildet man einen Magnetkern, der die gewünschte Durchlässigkeit besitzt. Man kann es z. B. so einrichten, dafs der Durchgang des stärksten Gleichstromes, den die Spule B B passiren lassen soll, Kraftlinien zu Wege bringt, deren specifische Maximalstärke in dem Kerne gleich ioooo ist, und dafs die Aenderungen dieser Linien — dazu bestimmt, dem Durchgange der Wechselströme entgegenzuwirken, die bestrebt sind, sich über dem Gleichstrom zu lagern ·— eine Aenderung dieser specifischen Induction zwischen 8000 und 12000 herbeiführen. Die in diesem Kerne erzeugten Kraftlinien schliefsen sich aufsen in einem rechteckigen Rahmen mnpq, der von neben einander gestellten und von einander isolirten Blechen gebildet ist. Dieser Rahmen umgiebt die Spule BB. Die Bleche des Rahmens sind mittelst isolirter Bolzen zwischen zwei gufseiserne Wangen eingeklemmt, die auch dazu dienen, den Apparat zu tragen. Die Spule B B mufs in Reihe in den Stromkreis eingeschaltet werden, durch welchen man einen Gleichstrom hindurchlaufen lassen will. Es ist. klar, dafs sich der oben beschriebene Apparat unter denselben Bedingungen und mit demselben Erfolge anwenden läfst, wenn es sich darum handelt, einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln. In diesem Falle spielt der Ausgleicher immer dieselbe Rolle, d. h. er erhält den in den Umformer zu sendenden Gleichstrom stetig trotz der Aenderungen der elektromotorischen Gegenkraft. Patent-A ν Sprüche:

1. Das durch die Ansprüche 1., 2. und 3. des Haupt - Patentes geschützte Verfahren mit der Mafsgabe, dafs dem mit einem Magnetkern und seinem Stromwender versehenen Inductionsapparat an Stelle der im Anspruch 3. genannten Condensatoren oder Selbstinductionsspulen ein von einem Stromwandler mit grofsem Selbstinductionscoefficienten gebildeter Ausgleicher hinzugefügt wird, der, in den äufseren, über die Bürsten des Systems geschlossenen Stromkreis eingeschaltet, dem Durchgang der Gleichströme, welche die in den inneren, ebenso geschlossenen Stromkreisen des Systems erzeugte, gleichbleibende elektromotorische Kraft zu entwickeln strebt, keinen wesentlichen Widerstand entgegensetzt, dagegen aber dem Durchgange der Wechselströme, welche die gleichzeitig mit der gleichbleibenden erzeugte, wechselnde elektromotorische Kraft zu entwickeln trachtet, einen sehr grofsen Widerstand darbietet, wobei im Falle der Umwandlung von Strömen aus einer Quelle gleichbleibender elektromotorischer Kraft in Wechselströme der genannte Ausgleicher sich den Aenderungen der Stärke des dem System gelieferten Stromes widersetzt, welche durch die Aenderungen der der gleichbleibenden elektromotorischen Kraft entgegenwirkenden elektromotorischen Gegenkraft veranlafst werden.

2. Zur Ausführung des im vorstehenden Anspruch i. gekennzeichneten Verfahrens ein Ausgleicher, dadurch gekennzeichnet, dafs der Träger (a β γ δ) des primären Stromkreises (B) als secundärer, in sich geschlossener Stromkreis, dient, der einen sehr grofsen Widerstand darbietet, während der Magnetkern zwecks passender Regelung seiner Durchlässigkeit aus mehreren auf einander gestapelten und von einander isolirten Metallschichten besteht, deren jede zertheilt ist, wobei die in dem Kerne erzeugten Kraftlinien sich in einem aus zertheiltem Metall gebildeten Rahmen schliefsen, der den primären Stromkreis umgiebt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.