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Rotierender Hoehspannungs-Gleichrichter.
Die Erfindung betrifft einen rotierenden Hochspannungs-Gleichrichter, der zur möglichst ausgiebigen Ausnutzung der gesamten Wechselspannungswelle für die Gleichstromerzeugung dient und den Augenblick der Herstellung und der Unterbrechung des jedesmaligen Kontaktes nach Belieben genau und gefahrlos auch während des Betriebes einzustellen gestattet. Zu diesem Zwecke ist der Ständer des Synchronläufers, der mit der Kontaktarmwelle gekuppelt ist, oder das Gleichrichtergestell nicht fest, sondern um einen gewissen Winkel drehbar um die Läuferacbse angeordnet und die drehbaren Kontaktarme, gegebenenfalls die festen Gegenkontakte, werden mit Kontaktstücken ausgerüstet, die den Kontakt an einer Linie von gewisser Länge herstellen. Diese Linie (Kontaktlinie") Ist schief zur Achse gerichtet.
Bildet also beispielsweise die schiefe Kontaktlinie eine stetige Kurve, so wird eine durch den einen oder anderen Punkt derselben einerseits und die Achse der Gleichrichterwelle andrerseits gelegt gedachte Ebene von der Kontaktlinie unter einem schiefen Winkel geschnitten, wodurch bestimmte, später zu erläuternde Wirkungen hervorgerufen werden.
Ferner kann die Gleichrichterwelle relativ zum Gleichrichtergestell axial verschiebbar angeordnet sein. Durch Verdrehung des Ständers und durch axiale Verschiebung der Welle relativ zum Gleichrichtergestell kann man alsdann nach Belieben die Punkte einstellen, an denen auf der Sinuskurve des Wechselstromes die Ein-und Ausschaltung erfolgt, also nach Bedarf diejenigen Teile der Wechselspannungswelle wählen, die für die Gleichstromabnahme verwendet werden sollen. Mit besonderem Vorteil werden diese Anordnungen zur Einstellung der Punkte auf der Wechselstromkurve so gewählt, dass eine Veränderung irgendwelcher Art an den kontaktbildenden Teilen der Kontaktarme oder des Gleichrichtergestelles vermieden wird.
In den Zeichnungen ist die Erfindung erläutert. Die entgegengesetzten Wechselstrompole sind mit + bzw. + bezeichnet, während die Gleichstrompole nur ein bestimmtes Vorzeichen + oder-aufweisen. Fig. i und 2 zeigen in Seiten-und Stirnansicht ein Stück der Gleichrichterachse mit einem darauf sitzenden Kontaktarmpaar und zugehörigen Kontaktstücken. Fig. 3 und 4 geben in denselben Ansichten eine andere Ausführungsart eines solchen Kontaktarmpaares. Bei den in den Fig. i bis 4 dargestellten Kontakten gleitet die Strom- übergangsstelle längs zweier. sich kreuzenden Kontaktlinien. Die Fig. 5 stellt in Seitenansicht schematisch einen vollständigen Gleichrichter mit Antrieb dar, bei dem die kontaktbildenden Teile wiederum in anderer Weise ausgeführt sind.
Die Bogenstücke sind nämlich zu je zweien miteinander elektrisch fest, kurz leitend verbunden und die so für sich isolierten
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Polelektroden vorbeigeführt, wobei bemerkt wird, dass zu mehreren gegenseitig isolierten Paaren leitend miteinander verbundene Kontaktbogenstücke bereits bekannt sind. Dabei ist angenommen, dass der Gleichrichter zur Speisung von zwei z. B. elektrostatisch gekoppelten Verbrauchstellen dienen soll, derart, dass die Öffnungs- und Schliessungsmomente und der Spannungsverlauf der Gleichstromimpulse für dieselben wesentlich übereinstimmen, während die bezüglichen Spannungen unabhängig festgesetzt werden können.
Derselbe ist deshalb mit vier auf verschiedenen Steilen der Gleichrichterachse voneinander isoliert angebrachten Kontaktarmpaaren ausgerüstet, während zur vollen Ausnutzung beider Periodenhälften der Spannungswelle für einen Stromkreis nur deren zwei notwendig wären. Die eigenartige Schaltung ist eingezeichnet. Fig. 6 gibt einen Querschnitt durch ein Kontaktarmpaar senkrecht zur Achse dieses Gleichrichters.
Fig. 7 und 8 stellen in zwei zueinander senkrechten,
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Gewicht dar, bei welcher die kontinuierliche Einstellung der Kontaktphase einerseits, der nutzbar zu machenden Kuppenbreite des Wechselstromes andrerseits dadurch bewirkt wird, dass der durch bewegliche Zuleitungen mit dem Rochspannungstransformator und der Gleichstromverbrauchsstelle verbundene gemeinsame Polkontaktträger des Gleichrichtergestelles eine Drehung um die Gleichrichterachse und eine Verschiebung längs derselben gestattet.
Die Fig. 9 bis 12 endlich erläutern schematisch die Adjustierung der Stromabnahme.
In, Fig. 1 und 2 bedeutet 1 die in ihrer Längsrichtung verschiebbar gelagerte Gleirh- richterachse, auf welche durch eine Isolierschicht 2 elektrisch isoliert, die Buchse 3 des Kontaktarmes aufgesetzt ist. Diese Buchse ist mit Kontaktarmpaaren 4 ausgestattet, die mit einer äusseren, geradlinigen, parallel zur Gleichrichterachse liegenden Kante 4'versehen sind. Diese Kontaktarmpaare stellen in an sich bekannter Weise synchron die elektrische Verbindung zwischen den bogenförmigen Kontaktstücken. 5 her, die durch Zapfen 6 am
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Rahmen des Gleichrichterapparates angebracht sind. Die Bogenstücke können mittels der Zapfen 6 einstellbar z.
B. verdrehbar oder in bekannter Weise verschiebbar angeordnet sein, wobei dann nötigenfalls, um die wirksame Länge der Kontaktstücke unverändert zu lassen, dieselben federnd ausgebildet sind. Die bogenförmige Kontaktlinie wird gegen die Drehebene
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zur Gleichrichterachse koaxialen Kreiszylinder-Schraubenlinie von 450 Steigung gewählt.
Nach der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 sind nicht nur die feststehenden Kontaktbogen 5, sondern auch die bogenförmigen Kontaktlinien 7'der Kontaktarme 7 schräg gegen die Achse gestellt ; hierdurch wird eine Verkürzung der Kontaktlinienlängen erzielt. Die festen und beweglichen Kontaktstücke erhalten dabei zweckmässig gleiche Länge und entgegengesetzt gleiche Verdrehungen gegen die Richtung der Achse.
In der Ausführungsform der Fig. 5 und 6 sind die Kontaktarmpaare 8 mit kongruenten Stromabnehmerbogenstücken 9 ausgerüstet, die sich als trapez- (eventuell dreieck-) förmige Ausschnitte aus einer zur Gleichrichterachse koaxialen Zylinderfläche darstellen, während die in Gruppen zu vier in je einer Kontaktebene am Gleichrichtergestell fest angeordneten Kontakte 10 als bequem von aussen her einstellbare Stifte ausgebildet sind. Die gleichnamigen Gleichstrompole liegen je sämtlich in geeigneter Abstufung ihrer Spannung in der gleichen Achsenebene.
Bei all diesen Ausführungsformen bewegen sich die beiden Punkte, an denen bei der Drehung des Gleichrichters der Stromübergang zwischen den festen und, den beweglichen Kontaktstücken stattfindet, auf einer Linie aneinander vorüber.. Die räumliche Lage und Länge der Linie bestimmt die Kontaktdauer. Durch die angegebenen Regelungsmöglichkeiten, nämlich die axiale Verschiebung der Gleichrichterachse relativ zum Gleichrichtergestell einerseits oder die Drehung der Bügel, können aber die Zeitdauer des Stromschlusses oder die Stellen der Kontaktlinie eingestellt werden, bei denen der Kontakt hergestellt bzw. unterbrochen wird. Hierfür zeigen die drei angegebenen Ausführungsformen verschiedene Eigenschaften, die in den Fig. 9 bis 12 erläutert sind.
In diesen Figuren ist eine Wechselstromwelle dargestellt, und zwar in der reinen Sinuskurve, die in Wirklichkeit natürlich die bekannten Verzerrungen aufweist. Es sei angenommen, dass bei einer bestimmten Lage der Gleichrichterwelle und einer bestimmten Länge der Kontaktbogen eine Kuppe der Sinuswelle als Gleichstrom nutzbar gemacht wird, die durch die Linie a-b begrenzt ist. Verschiebt man die Gleichrichterwelle bei der Ausführungsform des Gleichrichters nach den Fig. i und 2 oder nach den Fig. 3 und 4, so wird dadurch, je nach der Einstellung und Verschiebungrichtung entweder der Punkt, an dem der Kontakt hergestellt wird (a) oder derjenige, an dem er wieder unterbrochen wird (b), auf der Sinuslinie verschoben.
So kann durch Verschiebung der Gleichrichterachse nach einer Richtung beispielsweise der Punkt b beliebig nach oben oder unten, nach bl oder b2, verschoben werden, so dass die als Gleichstrom nutzbar gemachte Kuppe der Wechselstromwelle durch die punktierten Linien a bl oder durch die punktierten Linien a b2 usw. begrenzt wird. Verschiebt man die Achse genügend nach der entgegengesetzten Richtung, so bleibt die Lage des Stromunterbrechungspunktes b auf der Sinuswelle unverändet und es verschiebt sich die Lage des Punktes a nach a1 oder as, wie in Fig. 10 dargestellt.
Beiden Formen gemeinsam ist also, dass bei Längsverschiebung der Gleichrichterwelle im allgemeinen entweder der Kontaktherstellungs-oder der Kontaktunterbrechungspunkt festgehalten, also nur einer von beiden verschoben werden soll.
Anders verhält sich das bei der Ausführung der Fig. 5 und 6. Verschiebt man hier die Gleichrichterwelle, so ändert sowohl der Stromschliessungs-wie der Stromunterbrechungspunkt seine Lage auf der Sinuswelle. Liegen bei einer bestimmten Stellung der Gleich- richterwelle die Punkte a und b, wie in Fig. n angedeutet, und verschiebt man nun die Welle in axialer Richtung um eine gewisse Strecke, so rückt die Linie a-b in eine andere Lage, beispielsweise in diejenige al-bl. Ob die Linie sich dabei parallel zu sich selbst verschiebt, hängt natürlich ganz von der Gestaltung der Stromabnehmerstücke 9 bzw. der Spannungskurve ab.
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phase, wie sie etwa durch Verdrehung des Ständers des Synchronläufers gegenüber dem Maschinengestell erreicht werden kann. Liegen z.
B. auf der Sinuskurve A (Fig. 12) die Stromschliessungs- und Unterbrechungspunkte a und b, wobei es gleichgültig ist, welche von den vorerwähnten Gleichrichterformen verwendet sind, und verschiebt man nun durch Verdrehung des Ständers die Spannungsphase so, dass sie in der Kurve B liegt, so ergibt sich daraus (durch einfache Projektion der Tunkte), die neue Lage al bl für die Linie, welche die Kuppe des abgenommenen Teiles der Wechselstromwelle begrenzt. Durch Zusammenwirken beider Regelungsarten kann man also jede beliebige Einstellung der Punkte a und b auf der Kurve erreichen.
Eine Ausführungsart der erwähnten Regelungsvorrichtungen zeigen, wie schon erwähnt,
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vorgesehen. In der Rille 11 greift ein Hebel 13 ein, der mittels eines zweiten Hebels ? an dem festen Punkt 15 gelagert ist und durch ein Handrad 16 verstellt werden kann.
Geschieht das, so wird die Welle 1 axial verschoben, Ferner greift in die Rille 11 der Schenkel 17 einer Schere ein, deren anderer Schenkel 18 in die zweite Bundrille- ? eingreift.
Beide Schenkel 17 und 18 können durch ein Handrad 19 gegeneinander verstellt werden.
Geschieht das, so wird eine Muffe 20 auf der durch Hebel 13 festgehaltenen Welle 1 verschoben. Die Muffe 20 steht aber durch eine Stellschraube 21 in Eingriff mit einer Schraubennut 22 der Welle 1, so dass eine Verschiebung der Muffe 20 eine Winkelverdrehung der Gleichrichterwelle 1 hervorruft. Die Muffe 20 dient als Zahnrad zum Antrieb der Gleichrichterwelle vom Synchronmotor 23 aus, der durch Zahnrad 24 auf die Muffe 20 wirkt.
Dasselbe, was hier durch die Winkelverdrehung der Gleichrichterwelle gegenüber dem feststehenden Synchronmotor erreicht wird, könnte auch erreicht werden, wenn man die Ständerwicklungen bzw. Magnetpole des Synchronläufers gegenüber dessen Gestell verstellbar machte, was sehr zweckmässig durch Einbau eines marktgängigen geeigneten Synchronmotor oder Generators in ein besonders einstellbares Hilfsgestell erfolgt, welches ausserdem zum Zwecke der genannten Verschiebung der Gleichrichterachse in ihrer Längsrichtung mit einer Schlittenführung versehen werden kann.
In Fig. 5 ist auch diese Ausführungsform dadurch angedeutet, dass die in einem Hilfsgestell 50 eingebaute, durch einen Verstellungsschlitz desselben nur teilweise sichtbare Synchronmaschine 23 durch eine Klemmschraube, welche mit einem durch den Schlitz hindurchgreifenden Verstellungsgriff 51 verbunden ist, in geeigneter Phasenstellung relativ zur Gleichrichterachse festgestellt werden kann. Bei dieser Anordnung wird die Gleichrichterachse mit der Synchronläuferachse zweckmässig unmittelbar fest gekuppelt.
In beiden Fällen ist das Resultat eine Verschiebung der Spannungsphase der abgenommenen Gleichstromimpulse, Natürlich lässt sich diese Art der Phasenverstellung auch bei solchen rotierenden Gleichrichtern anwenden, welche die drehende Bewegung durch ein Hilfsgetriebe in oszillierende umsetzt,
Die Fig. 5 zeigt ein vollständiges Schaltungsschema für zwei Stromkreise, in denen von der Primärspule 25 des Transformators aus mittels der Sekundärspulen 26, 27 und 28 zwei gleichphasig zu speisende Stromverbrauchsstellen 29 o. dgl. betrieben werden.
Hierbei ist, wie bei 30 angedeutet, der eine Pol der Gleichstromkreise geerdet, und der erzeugte Hochspannungsgleichstrom kann mittels geerdeter Niederspannungsinstrumente 29 gemessen werden, wofür die eigenartige Schaltungsweise unter gleichzeitiger Erzielung einer kompendiösen, niedrigen Bauart des Gleichrichters besonders vorteilhaft ist. Die leitend zu Paaren verbundenen Kontaktbogenstücke folgen sich in dem Sinne der Drehung im Abstande entsprechend einer Vollperiode der Wechselstromspannung. Die ungleichnamig elektrisch zu ladenden Kontaktbogenpaare sind gegeneinander isoliert in Achsenebenen angeordnet, die im Abstande einer halben Periode des. Wechselstromes bei der Drehung aufeinander folgen.
Dadurch kommen die gleichnamigen Gleichstrompole auf gleiche Achsenebenen zu liegen.
Bei dem beschriebenen Gleichrichter kann durch entsprechende Bemessung der Kontaktbogen im Bedarfsfalle nahezu die volle Wechselspannungswelle für die Gleichstromerzeugung nutzbar gemacht werden, ohne dass Kurzschluss eintritt, und zwar wird dies Ziel in kompendiöser Weise mit nur zwei voneinander isolierten Kontaktarmpaaren für je einen selbständigen Stromkreis erreicht, so dass die Baulänge des Gleichrichters klein gehalten werden kann, was namentlich mit Rücksicht auf die bei hohen Umlaufzahlen durch
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von besonderer Bedeutung ist.
In Fig. 7 und 8 ist eine wesentlich verschiedene Ausführungsform des Gleichrichters dargestellt, welche namentlich dann besonders zweckmässig ist, wenn der Synchronläufer ein
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Generator dienen soll.
Es bezeichnet : 1 die isolierende oder isolierte Gleichrichterwelle ; 3 die Hülsen zur Befestigung der etwa in bekannter Weise nadelförmig gewählten Kontaktarme 33 und 34 ; J. 5 und 36 bezeichnet die gegenüber der Gleichrichterwelle mit schiefen Kontakten versehenen Pol-Kontaktbogenstücke, welche befestigt sind an dem rahmenförmig gewählten gemeinsamen Polträgerkörper 37. Der letztere ist drehbar angeordnet auf dem mit der Gleichrichterwelle 1 koaxialen Auflagerzylinder 38, auf welchem derselbe auch in axialer Richtung verschoben werden kann.
Um die gewählte Stellung des Polträgerrahmens relativ zum Stator der nicht gezeichneten Synchronmaschine, welcher mit dem Wellenstumpf 39 der Gleichrichterachse 1 fest gekuppelt zu denken ist, fixieren zu können, dient beispielsweise eine Handhabe 40, welche mit Sicherungsschrauben 41 versehen ist.
Die Handhabung und Wirkungsweise entspricht dem früher Gesagten. Es wird also durch axiale Verschiebung des Polträgerrahmens 37 unter Einfluss der schiefen Kontakt-
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kanten von 35 und 36 eine Verlegung der Kontaktpunkte a, b entsprechend Fig. 11 erzielt, während eine reine Verdrehung des Polträgerrahmens eine Verlegung der Kontaktgebungspunkte entsprechend Fig. 12 zur Folge hat, welche auf eine Verschiebung der Kontaktphase entlang der Wechselspannungskurve ohne Veränderung der Projektionslänge der zur Gleichstromerzeugung benutzten Wechselspannungskuppe hinauslaufen.
Der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Gleichrichter ist auch noch dadurch ausgezeichnet, dass eine Kreuzung der auf der Gleichrichterwelle sitzenden Kontaktarmleiter 34, welche zu Isolationsschwierigkeiten führen kann, vermieden ist, indem die Wechsel-und Gleichpolkontakte 35 bzw. 36 wechselständig auf beiden Seiten der Gleichrichterwelle angeordnet sind, während die Kontaktarme zu zwei verschiedenen Arten von Paaren 33 bzw. 34 im Sinne der Drehung im Abstande von halben Perioden des Wechselstromes aufeinander folgen..
Während nämlich die Stromübergangsstellen der Leiter 33, welche die Gleichrichterachse kreuzen, auf verschiedenen'Seiten der Gleichrichterachse 1 liegen, befinden sich diejenigen der Leiter 34, welche etwa parallel der Gleichrichterachse angeordnet sind, je auf derselben Seite.
Natürlich können auch bekannte Gleichrichter mit. gekreuzten Kontaktarmen oder sonstige Arten von rotierenden Gleichrichtern der vorliegenden Erfindung dienen.
Auch auf Gleichrichter der bekannten radialen-an Stelle der vorstehend als Beispiel gewählten axialen-Bauart lässt sich die Erfindung anwenden, wenn man nur dafür sorgt, dass die axiale Verschiebung der Gleichrichterachse. gegenüber dem Gleichrichtergestell in eine radiale Bewegung der beweglichen Kontaktstücke gegenüber den festen Polkontakten verwandelt wird, was offenbar ohne weitetes leicht zu erreichen ist mittels'bekannter mechanischer (z. B. Hebel-) Getriebe. Die schiefen Kontaktlinien nehmen in diesem Falle die Gestalt von Spirallinien an,
Der Stromschluss zwischen den Kontaktstücken kann in bekannter Weise auch durch Funken oder Lichtbogen gebildet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Rotierender Hochspannungs-Gleichrichter mit verstellbarer oder selbstwandernder Kontaktlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlagen (Anfangs-bzw. Endlagen) der Kontakte, bei gleichgehaltenem Kontaktfunkenabstand und unter Ausnutzung der vollen Kontaktbogenlänge für die Kontaktbildung, auf verschiedenen Parallelkreisen der Rotation eingestellt oder innerhalb eines Parallelkreises betriebsmässig einstellbar angeordnet sind.