DE111640C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom durch einen Stromwender zum Laden von Accumulatoren hat den Nachtheil, dafs man nur den oberen Theil der Wechselstromcurve ausnutzen kann, da während des unteren Theiles die Spannung zu gering ist und infolge dessen von den Accumulatoren Strom zurückströmen würde. Es ist deshalb auch nicht möglich, das Umschalten am Stromwender zu einer Zeit geschehen zu lassen, zu welcher derselbe stromlos ist. Aufserdem kann man den Gleichstrom bei Entladung nicht wieder in Wechselstrom umwandeln, so dafs ein Parallelarbeiten nicht möglich ist.

Diesem Uebelstande abzuhelfen sind mehrfach Anordnungen ersonnen worden. Eine solche Anordnung ist z. B. durch Patentschrift 53537 bekannt geworden. Es werden daselbst eine Reihe· Accumulatorenzellen hinter einander geschaltet und während des Ladens durch synchron um einen Stromsammler umlaufende Bürsten Zellen nach Art eines Zellenschalters entsprechend der Stromcurve zu- und abgeschaltet. Die Aufgabe konnte jedoch dadurch nicht gelöst werden, weil mit dem Ab- und Zuschalten von Zellen nach Art eines Zellenschalters das Kurzschliefsen beim Uebergange von einer Zelle zur anderen unzertrennlich verbunden ist, und da jede Zelle bei jeder Umdrehung einmal kurz geschlossen wird, so geht fast die gesainmte hineingeladene Energie dadurch verloren, wie aus Folgendem hervorgeht.

Angenommen, der Wechselstrom, der in Gleichstrom umgewandelt werden soll, habe 50 Perioden, die Bürsten machen also 50 Umdrehungen in der Secunde um den Collector, so wird jede Zelle in der Secunde 50 mal geladen und 50 mal durch den Widerstand entladen.

Was die Zeitdauer des Ladens anlangt, so verhält es sich bei der Föppl'schen Anordnung, Fig. ι und 2 (nach Beschreibung und Zeichnung der Patentschrift 53537), so: Die Zelle ι und 9 wird in der Secunde 50 mal ι Zeitmoment, die Zelle 2 und 8 wird 50 mal 3, die Zelle 3 und 7 wird 50 mal 5 Zeitmomente geladen u. s. f. Die Entladung geschieht bei allen Zellen in einem Zeitmoment. In Bezug auf Zelle ι und 9 trifft es demnach ganz zu, dafs die Entladezeit gleich der Ladezeit ist, in Bezug auf die anderen mehr oder weniger. Des Ferneren ist auch die Entladestromstärke gleich der Ladestromstärke, wie aus Folgendem hervorgeht: Der Widerstand, der die Bürsten verbindet, mufs in dem Momente, wo sich die eine Bürste zwischen den Lamellen befindet, die ganze Ladestromstärke aufnehmen, und es ist e = i w, wenn e gleich der Spannung einer Zelle ist. Würde dieser Widerstand gröfser sein, so steigern sich die Verluste im Ladestrom entsprechend mehr. Ein rationelles Laden ist aus den angegebenen Gründen mit der Föppl'schen Anordnung nicht möglich.

Die in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Vorrichtungen lösen die Aufgabe auf andere Weise,

und zwar dadurch, dafs man die Batterie in mehrere parallel bezw. hinter einander geschaltete Gruppen theilt und die Zahl der hinter einander geschalteten Zellen, die man jeder Gruppe giebt, so einrichtet, dafs die Höhe der Endspannung der einzelnen Gruppen gleich der Form einer Wechselstromcurve wird, wobei jedoch ein Kurzschliefsen von Zellen oder ein Schliefsen von Zellen durch einen Strom verzehrenden Widerstand nicht vorkommt. Als Beispiel einer Ausführungsform, wie eine derartige Vorrichtung beschaffen sein mufs, dient Fig. i.

Dieselbe besteht in der Hauptsache aus einem Synchronmotor M, auf dessen Achse ein Borstenträger H befestigt . ist, ferner aus einem am Motorgehäuse befestigten Stromsammler C und zwei am anderen Lagerbocke angebrachten Schleifringen S S, sodann aus Bürste B, die mit Bürste b, und S₁, die mit ^₁ leitend verbunden sind. An die Segmente des Stromsammlers sind die Enden von hinter einander geschalteten Accumulatorengruppen angeschlossen.

Der zur Umwandlung bestimmte Wechselstrom wird nun von der Stromquelle D an die Ringe 5 S geleitet und von da durch die Bürsten b B beziehentlich b₁ B₁ an den Stromsammler geführt.

In dem Schema der Vorrichtung Fig. 3 ist die Wechselstromcurve auf der Abcissenachse X in einzelne Zeittheile X₁ X₂ u. s. w. zerlegt und die zugehörigen Spannungen als Ordinaten aufgetragen. Nimmt man ein Feld Z auf Oy gleich der Spannung einer Accumulatorenzelle an, so wird man, um der Spannung der Maschine in dem betreffenden Zeitpunkte das Gleichgewicht zu halten, so viel Zellen hinter einander schalten müssen, als Felder Z₁ Z^ u. s. w. da sind. Dadurch erhält man Gruppen von hinter einander geschalteten Accumulatorenzellen, deren Spannungswerthe, der Reihe nach aufgetragen, gleich der Wechselstromcurve der betreffenden Maschine sind.

Verbindet man nun die Enden dieser Gruppen nach Fig. 3 mit den Segmenten des Stromsammlers C, deren Zahl = t ist, so wird es möglich, wenn man die Bürsten synchron mit dem umzuwandelnden Strome antreibt, eine Batterie mit dem vollen Stromwerthe der Wechselstromcurve ohne Funkenbildung am Stromsammler zu laden und aus derselben entweder einzeln oder mit der Wechselstrommaschine parallel Wechselströme zu entladen. Selbstverständlich kann aus ■ der Batterie auch Gleichstrom entnommen werden. SS₁ bedeuten im Schema die Schleifringe, Bb und B₁ b_x die Bürsten, C den Stromsammler und D die Stromquelle.

Fig. 2 stellt die Anordnung in perspectivischer Ansicht mit der halben Batterie dar, und Fig. 4 giebt die Anordnung für einen vierpoligen Synchronmotor, d. h. einen solchen, der halb so schnell läuft wie der zweipolige.

Wenn nämlich η -ρ gleich der Wechselzah! der Maschine p. M. ist, wobei η die Tourenzahl und ρ die Polzahl bedeuten, so macht

der zweipolige Synchronmotor

η -ρ

3OOO

und der vierpolige — = 1 500 Touren u. s. w.

Es wiederholen sich dann nur die Sammlersegmente um das Doppelte, Vierfache u. s. w., ebenso die Verbindungen der Segmente JV, während die Batterie nur einmal vorhanden zu sein braucht.

Der Stromsammler kann sich natürlich auch direct an der Maschine befinden, so dafs die Bürsten von der Achse derselben angetrieben werden.

Die Fig. 5 bis 10 geben einige andere Ausführungsformen der Schaltung wieder, und zwar Fig. 5 und 7 eine Anordnung, bei der nur eine Bürste über die Anfänge der Accumulatorengruppe schleift, während die Enden mit einander verbunden zum anderen Pole der Maschine zurückgeführt sind. '

In Fig. 6 sind die Batteriegruppen an der -f- Seite mit denen an der — Seite hinter einander geschaltet.

Fig. 8 stellt eine Anordnung dar, bei der man während des Ladens an G und G₁ Gleichstrom und an W Wechselstrom entnehmen kann.

Verwendet man zur Umwandlung Mehrphasenstrom, z.B. Dreiphasenstrom, so erhält man Gleichstrom nach der Form Fig. 9, umgekehrt erhält man nach Fig. 10 Dreiphasenstrom, wenn man mit Einphasenstrom ladet. Wenn man die Zuleitung zu den Accumulatorengruppen durch eine gröfsere Anzahl von Bürsten geschehen lassen will, so kann man die Anordnung auch so treffen, dafs sich der Stromsammler oder eine verwandte Vorrichtung dreht und die Bürsten feststehen (Fig. 11). Dabei wird der Strom durch die Schleifringe S S₁ an die schrägen, . mit der Trommel T rotirenden Contacte C C₁ und von da durch die feststehenden Bürsten Bb₁ u. s. w. an die parallel geschalteten Accumulatorengruppen geführt. Die Schräge von C ist so bemessen, dafs der Endpunkt vom Anfang um eine Curvenlänge absteht.

Eine weitere Anordnung mit stehenden Bürsten ist in Fig. 12 dargestellt.

Der Wechselstrom gelangt von D an . die Schleifringe S S₁ , von da an den Stromwender C C₁ und durch Bürsten an b b₁ u. s. w. an einen Collector k, dessen Lamellen mit Schleifringen s S₁ u. s. w. verbunden sind. Von da führen weitere Bürsten den Strom an

die parallel geschalteten Accumulatorengruppen. Sämmtliche Bürsten stehen fest, während sich S S₁ C C₁ k und s S₁ drehen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Umwandlung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt mittelst einer Sammlerbatterie, deren Zellen durch einen, mit dem Wechselstrom synchron laufenden Schalter in mit der Spannung des Wechselstromes wechselnder Zahl an die Wechselstromquelle angeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, dafs die Batterie in parallel geschaltete Gruppen mit nach der Spannungscurve des Wechselstromes wechselnder Spannung getheilt wird, die einzeln zur Zeit der ihrer eigenen Spannung entsprechenden Wechselstromspannung an die Wechselstromquelle angeschlossen werden, wobei durch die Bürsten beim Uebergange von einem zum andern Schaltersegment zwei Batteriegruppen gleicher oder ähnlicher Spannung gegen einander geschaltet werden, so dafs ein Kurzschlufs der Zellen nicht eintritt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.