Methode der elektrischen Energieübertragung
Nikola Teslas Erfindung beschreibt eine neue und verbesserte Methode zum Starten und Betreiben von Elektromotoren, die synchron mit Stromgeneratoren arbeiten. Normalerweise können diese Motoren nicht von selbst mit Wechselstrom anlaufen und benötigen zusätzliche Geräte oder komplizierte Vorrichtungen, um in Gang zu kommen. Teslas Methode vereinfacht dies, indem sie vorübergehend eine spezielle Verbindung zur Erde herstellt, die es dem Motor ermöglicht, zu starten. Sobald der Motor die richtige Drehzahl erreicht hat, wird diese Masseverbindung abgeschaltet, und der Motor läuft gleichmäßig und synchron mit dem Generator weiter. Dieser Ansatz ist wertvoll, weil er einen flexiblen und effizienten Wechsel zwischen zwei verschiedenen Arten von Stromkreisen ermöglicht, was den Einsatz dieser Motoren in der Praxis erleichtert.
An alle, die es betreffen mag:
Es sei bekannt, dass ich, NikoLa TESLA, ein Untertan des Kaisers von Österreich, aus Smiljan, Lika, Grenzland von Österreich-Ungarn, wohnhaft in New York, in der Grafschaft und im Staat New York, bestimmte neue und nützliche Verbesserungen in Methoden der elektrischen Energieübertragung erfunden habe, von denen das Folgende eine Beschreibung ist, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, die ein Teil derselben ist.
Diese Anmeldung bezieht sich auf ein bestimmtes Verfahren zur elektrischen Energieübertragung, das in einer von mir am 18. Februar 1889 unter der Nr. 300.220 eingereichten Anmeldung gezeigt und beschrieben ist und weitgehend von den Ansprüchen dieser Anmeldung abgedeckt wird.
Wie bekannt ist, haben bestimmte Formen von Wechselstrom-Maschinen die Eigenschaft, wenn sie in einer Schaltung mit einem Wechselstrom-Generator verbunden sind, als ein Motor in Synchronismus damit zu laufen; aber während der Wechselstrom den Motor laufen lässt, nachdem er eine Geschwindigkeit erreicht hat, die mit der des Generators synchron ist, wird er ihn nicht starten; Daher wurden bisher in allen Fällen, in denen diese so genannten "Synchronisierungsmotoren" betrieben wurden, irgendwelche Mittel eingesetzt, um die Motoren mit dem Generator zu synchronisieren oder annähernd zu synchronisieren, bevor der Wechselstrom des Generators zum Antrieb eingesetzt wird. In einigen Fällen wurden zu diesem Zweck mechanische Vorrichtungen verwendet. In anderen Fällen wurden spezielle und komplizierte Formen von Motoren konstruiert.
Meine vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung der Methoden zum Betrieb dieser Motoren und beinhaltet einen neuen und verbesserten Plan, den Motor auf die richtige Drehzahl zu bringen, damit er synchron mit dem Generator betrieben werden kann. Der Ausdruck "Synchronismus mit dem Generator" wird hier in seiner üblichen Bedeutung verwendet, d.h. ein Motor ist dann mit dem Generator synchronisiert, wenn er eine bestimmte relative Geschwindigkeit beibehält, die durch seine Polzahl und die Anzahl der pro Umdrehung des Generators erzeugten Wechsel bestimmt wird. Seine tatsächliche Geschwindigkeit kann also schneller oder langsamer sein als die des Generators, aber man sagt, dass er synchron ist, solange er die gleiche relative Geschwindigkeit beibehält.
Bei der Ausführung meiner vorliegenden Erfindung konstruiere ich einen Generator mit zwei Spulen oder Spulensätzen und einen Motor mit entsprechenden Erregerspulen oder Spulensätzen. Mit Hilfe von zwei Leitungsdrähten wird eine Klemme jeder Generatorspule oder jedes Spulensatzes mit einer Klemme der entsprechenden Motorspule oder des Spulensatzes verbunden, während die gegenüberliegenden Klemmen der Generatorspulen miteinander verbunden sind und ebenso die des Motors.
Um den Motor zu starten, stelle ich vorübergehend eine elektrische Verbindung zwischen den Verbindungspunkten zwischen den Spulen im Generator und denen im Motor her, so dass das System zu einem gewöhnlichen Zweikreissystem wird, das mit dem in meinem Patent Nr. 390.413 vom 2. Oktober 1888 beschriebenen identisch ist, mit der Ausnahme, dass der Generator und der Motor in jeder bekannten Weise mit einer starken Tendenz zur Synchronisation konstruiert sind. Wenn der Motor durch diesen Anschlussplan die gewünschte Drehzahl erreicht hat, wird die Erdverbindung unterbrochen, wodurch das System zu einem gewöhnlichen Einkreis-Synchronisierungssystem wird.
In der Zeichnung habe ich diese Methode durch ein Diagramm veranschaulicht.
G stellt einen gewöhnlichen Wechselstromgenerator mit vier permanent oder künstlich magnetisierten Feldpolen A und einem Anker dar, der mit zwei in Reihe geschalteten Spulen C bewickelt ist.
M stellt einen Wechselstrommotor mit z. B. vier Polen D dar, dessen Spulenpaare paarweise geschaltet und in Reihe geschaltet sind. Der Motoranker soll polare Projektionen und geschlossene Spulen E haben.
Von der gemeinsamen Verbindung zwischen den beiden Spulen oder Spulensätzen des Generators und des Motors wird eine Erdverbindung F hergestellt, während die Klemmen oder Enden der Spulen oder der Stromkreise, die sie bilden, mit den Netzleitern H H verbunden werden.
Unter der Annahme, dass der Motor ein Synchronisationsmotor ist, oder einer, der die Fähigkeit hat, synchron mit dem Generator zu laufen, aber nicht zu starten, kann er durch den oben beschriebenen Plan gestartet werden, indem die Erdverbindung von Generator und Motor geschlossen wird. Das System wird so zu einem Zweikreis-Generator und -Motor, wobei die Masse eine gemeinsame Rückleitung für die Ströme in den beiden Leitungen H H bildet. Wenn der Motor durch diese Schaltungsanordnung auf Drehzahl gebracht wird, wird die Masseverbindung zwischen dem Generator oder dem Motor oder beiden und der Masse unterbrochen, wozu Schalter K K verwendet werden. Der Motor läuft dann als Synchronisationsmotor.
Dieses System ist zu verschiedenen nützlichen Anwendungen fähig, die nicht im Detail beschrieben werden müssen; aber es wird genügen zu sagen, dass die Umwandelbarkeit des Systems von einem doppelten Stromkreis in einen einfachen Stromkreis ein Merkmal an sich von großem Wert und Nutzen ist. Ich möchte nicht so verstanden werden, dass ich mich auf die genaue Anordnung oder Reihenfolge der hier dargelegten Verbindungen beschränke, da diese natürlich in vielerlei Hinsicht variiert werden können.
Was ich behaupte, ist...
1. Das hier beschriebene Verfahren zum Betrieb von synchronisierenden Motoren, das darin besteht, Zwischenpunkte des Induktionsstromkreises des Generators und des Erregerstromkreises des Motors elektrisch zu verbinden, bis der Motor eine gewünschte Drehzahl erreicht hat, und dann diese Verbindung zu unterbrechen, wie dargelegt.
2. Das hier beschriebene Verfahren zum Starten oder Betreiben von Synchronmotoren, das darin besteht, Zwischenpunkte des Induktionsstromkreises des Generators und des Erregerstromkreises des Motors elektrisch mit der Erde zu verbinden, bis der Motor die gewünschte Drehzahl erreicht hat, und dann eine oder beide Masseverbindungen zu unterbrechen, wie dargelegt.
NIKOLA TESLA
Zeugen:
Edward T. Evans,
E. C. Upstill.