DE1035261B

DE1035261B - Frequency converter for generating a three-phase or single-phase voltage with a frequency of approximately double the mains frequency by means of a single-phase induction motor

Info

Publication number: DE1035261B
Application number: DEL22679A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Kraemer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1955-08-11
Filing date: 1955-08-11
Publication date: 1958-07-31

Description

Frequenzwandler zur Erzeugung einer dreiphasigen oder einphasigen Spannung mit einer Frequenz von ungefähr doppelter Netzfrequenz mittels eines einphasigen Induktionsmotors Da ein Drehstrommotor bei Unterbrechung einer Phase mit zwar verminderter Leistung weiterbenutzt werden kann, ist sein Prinzip auch für einen Einphasenmotor brauchbar. Dem Aufbau nach rüstet man den Einphasenmotor meist mit einer Arbeitswicklung aus, die ein sinusförmiges, räumlich stillstehendes, aber zeitlich wechselndes Feld erzeugt. Ein derartig räumlich stillstehendes Wechselfeld kann in zwei je halbgroße in verschiedener Drehrichtung laufende Drehfelder zerlegt werden, von denen das eine mit dem Läufer gleichsinnig umläuft und das andere sich entgegengesetzt dreht. Die durch die Drehfelder erzeugten Läuferspannungen ergeben für das mitlaufende Drehfeld eine Spannung und für das gegenlaufende Feld eine Spannung bezieht Hierbei bedeutet E2 die Sekundärspannung bei offener Sekundärwicklung, s den Schlupf, f die Frequenz, n die Drehzahl und n0 die synchrone Drehzahl.Frequency converter for generating a three-phase or single-phase voltage with a frequency of approximately double the mains frequency by means of a single-phase induction motor Since a three-phase motor can continue to be used with reduced power when a phase is interrupted, its principle can also be used for a single-phase motor. According to the structure, the single-phase motor is usually equipped with a working winding that generates a sinusoidal, spatially stationary, but time-changing field. Such a spatially stationary alternating field can be broken down into two half-sized rotating fields each running in different directions of rotation, one of which rotates in the same direction as the rotor and the other rotates in the opposite direction. The rotor voltages generated by the rotating fields result in a voltage for the rotating field and a voltage for the opposing field Here, E2 means the secondary voltage with the secondary winding open, s the slip, f the frequency, n the speed and n0 the synchronous speed.

Die Frequenz des mitlaufenden Feldes beträgt f # s und die Frequenz des gegenlaufenden Feldes f. (2-s). Unter der Annahme, daß der Schlupf s vernachlässigbar klein ist, ergibt sich somit für die Läuferspannung des mitlaufenden Feldes eine Frequenz, die gegen den Wert Null strebt, während die Läuferspannung des gegenlaufenden Feldes eine Frequenz von etwa 100 Hz bei Speisung mit 50 Hz aufweist. Beide Spannungen erzeugen Läuferströme, die der jeweiligen Frequenz der Spannungen entsprechen. Die Stromstärke ist von den Spannungen und Widerständen des Läufers abhängig.The frequency of the moving field is f # s and the frequency of the opposing field f. (2-s). Assuming that the slip s is negligible is small, there is thus a for the rotor voltage of the moving field Frequency that tends towards zero, while the rotor voltage of the counter-rotating Field has a frequency of about 100 Hz when fed with 50 Hz. Both tensions generate rotor currents that correspond to the respective frequency of the voltages. the Current strength depends on the voltages and resistances of the rotor.

sich auf einen Die vorliegende Erfindung Frequenzwandler zur Erzeugung einer dreiphasigen oder einphasigen Spannung mit einer Frequenz von ungefähr doppelter Netzfrequenz mittels eines einphasigen Induktionsmotors mit Schleifringläufer. Erfindungsgemäß wird die in der Läuferwicklung auftretende Spannung des gegenläufigen Feldes durch frequenzabhängige Schaltungen von der Spannung des mitlaufenden Feldes getrennt, wodurch eine drei- oder einphasige Sekundärspannung von angenähert doppelter Netzfrequenz zur Verfügung steht.The present invention relates to a frequency converter for generating a three-phase or single-phase voltage with a frequency of approximately twice the mains frequency by means of a single-phase induction motor with a slip ring rotor. According to the invention, the voltage of the opposing field occurring in the rotor winding is separated from the voltage of the moving field by frequency-dependent circuits, whereby a three- or single-phase secondary voltage of approximately twice the mains frequency is available.

An Hand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Some exemplary embodiments are described below with reference to FIGS. 1 to 6 of the drawing the invention explained in more detail.

Legt man in den Läuferkreis eines Schleifringläufers eine dreiphasige Drossel D, deren Blindwiderdes Streublindwiderstandes des stand ein Läufers R (Fig. 1) beträgt, so kann man von den Klemmen der Drossel D Spannungen mit der Frequenz f # s und f # (2-s) abnehmen. Da der induktive D für die Frequenz f. (2-s iderstand der sehr groß ist, liegt an ihren Klemmen vorzugsweise die Spannung der Frequenz f. (2-s), die bei aus dem 50-Hz-Netz angenähert 100 Hz beträgt, während der Anteil der Spannung mit Schlupffrequent f # s nur wenige Prozente ausmacht. Die 100-Hz-Spannung kann sowohl induktiv als auch ohmisch belastet werden. Ebenso ist eine einphasige Belastung möglich, wodurch sich der Vorteil ergibt; daß die Anordnung als Schweißwandler benutzt werden kann.If a three-phase choke D is placed in the rotor circuit of a slip-ring rotor, the reactive resistance of which is the leakage resistance of the rotor R (Fig. 1), then voltages with the frequency f # s and f # (2-s ) decrease. Since the inductive D for the frequency f. (2-s) resistance is very high, the voltage of the frequency f. (2-s), which is approximately 100 Hz from the 50 Hz network, is preferably applied to its terminals, while the portion of the voltage with slip frequency f # s is only a few percent. The 100 Hz voltage can be loaded inductively as well as ohmically. A single-phase load is also possible, which has the advantage that the arrangement can be used as a welding transducer can.

Beim Kurzschluß der dreiphasigen Drossel D fließt der Läuferstrom als Frequenzgemisch über den Kurzschlußkreis. Sobald aber der ohmsche Widerstand des Kreises einen Betrag angenommen hat, der dem Widerstand des parallel geschalteten Arbeitskreises entspricht, nehmen die Ströme des mitlaufenden Drehfeldsystems ihren Weg über die Drossel D, und die s fließen Ströme des gegenlaufenden Drehfeldsyste im parallelen Arbeitskreis.When the three-phase choke D is short-circuited, the rotor current flows as a frequency mixture over the short circuit. But as soon as the ohmic resistance of the circuit has assumed an amount equal to the resistance of the parallel connected Corresponds to the working group, the currents of the rotating field system take their Way over the throttle D, and the s currents of the opposing rotating field system flow in the parallel working group.

Der Kurzschlußstrom des Arbeitskreises entspricht dem Ständerstrom der leer laufenden Maschine. Er ist gleichzeitig ein Teil ihres Magnetisierungsstromes, da der Läuferstrom die zweite Feldkomponente des resultierenden Drehfeldes aufbaut. Bei Vergrößerung des Luftspaltes des Motors steigt der Ständerstrom und damit auch der Kurzschlußstrom des 100-Hz-Kreises an. Es ergibt sich also hiermit die Möglichkeit, den Kurzschlußstrom zu ändern, wenn man den Läufer und die Ständerbohrung konisch ausführt und den Läufer axial verschiebbar gestaltet. Für den Einsatz der Maschine für Schweißzwecke läßt sich also auf diese Weise der Schweißkurzschlußstrom auf jeden beliebigen Wert einstellen. Eine andere Möglichkeit, den 100-Hz-Kurzschlußstrom wertmäßig zu verändern, besteht darin, daß bei Verwendung eines normalen Drehstrommotors im einphasigen Betrieb die durch das Abschalten frei gewordene dritte Phase mittels einer veränderbaren Drossel Dr induktiv belastet wird (Fig. 2 und 3). Der Läufer R muß dann ebenfalls eine zusätzliche Blindlast führen, wodurch sich der Ankerstrom der Maschine erhöht. Gegenüber der Luftspaltänderung, indem der Läufer und die Ständerbohrung konisch ausgeführt und der Läufer axial verschiebbar gestaltet wird, erzielt man bei der Anordnung einer veränderbaren Drossel Dr in der frei gewordenen Phase einen wesentlich besseren Leistungsfaktor der Gesamtanlage. Die veränderbare Drossel Dr kann in üblicher Weise mit einstellbarem Luftspalt ausgeführt oder durch Vormagnetisierung gesteuert werden. Unter Vermeidung zusätzlicher Drosseln ist es auch möglich, die Vorteile, die sich durch eine Induktivitätsänderung ergeben, durch eine einachsige Luftspaltänderung zu erreichen. Beispielsweise kann man den Ständer S in der Achse des Ständerfeldes Sf teilen und senkrecht zu dieser Achse beweglich anordnen (Fig.4). Ebenso kann auch der Ständer S mit vier ausgeprägten Polen P1 bis P4 (Fig.5) ausgeführt werden, von denen zwei gegenüberliegende Pole die Ständerwicklung Ws tragen, während die beiden anderen Pole gegen den Läufer R beweglich sind.The short-circuit current of the working group corresponds to the stator current the idle machine. It is also part of your magnetizing current, because the rotor current builds up the second field component of the resulting rotating field. When the air gap in the motor increases, the stator current increases and thus the short-circuit current of the 100 Hz circuit. So it arises herewith the ability to change the short circuit current by changing the rotor and the stator bore runs conically and designed the runner axially displaceable. For the use of the Machine for welding purposes can thus reduce the welding short-circuit current in this way set to any value. Another possibility, the 100 Hz short circuit current to change in value, is that when using a normal three-phase motor in single-phase operation, the third phase released by switching off by means of a variable throttle Dr is inductively loaded (Fig. 2 and 3). The runner R must then also lead an additional reactive load, which increases the armature current the machine increased. Compared to the air gap change by adding the rotor and the stator bore Conical design and the runner is designed to be axially displaceable, is achieved with the arrangement of a variable throttle Dr in the phase that has become free significantly better performance factor of the overall system. The changeable throttle Dr. can be carried out in the usual way with an adjustable air gap or by pre-magnetization being controlled. It is also possible to avoid additional chokes Advantages that result from a change in inductance through a uniaxial To achieve air gap change. For example, you can place the stand S in the axis of the stator field Sf and arrange vertically movable to this axis (Fig. 4). Likewise, the stator S can also be designed with four pronounced poles P1 to P4 (FIG. 5) are, of which two opposite poles carry the stator winding Ws, while the other two poles are movable with respect to the rotor R.

Ferner ist es möglich, zur Trennung der beiden Stromsysteme auf dem Läufer eine gesonderte Wicklung vorzusehen.It is also possible to separate the two power systems on the Provide a separate winding for the rotor.

Der Läufer R erhält gemäß Fig. 6 eine Käfigwicklung mit hohem Streublindwiderstand, beispielsweise mit geschlossenen oder tiefliegenden Nuten N. Eine zweite Wicklung mit möglichst geringem Streublindwiderstand, die für Schweißumformer einphasig sein kann, wird zu den nicht dargestellten Schleifringen geführt. Während in der Käfigwicklung vorzugsweise die Ströme des mitlaufenden Drehfeldsystems fließen, führt die zweite Wicklung den 100-Hz-Strom.According to FIG. 6, the rotor R has a cage winding with a high stray blind resistance, for example with closed or deep grooves N. A second winding with the lowest possible stray blind resistance, which are single-phase for welding converters can, is led to the slip rings, not shown. While in the cage winding the currents of the rotating field system running along with it preferably flow, the second one leads Winding the 100 Hz current.

Die Stabilität der Maschine verlangt, daß bei Belastung des 100-Hz-Systems die Läuferstreuinduktivität eine bestimmte Größe nicht überschreitet. Legt man die Läuferstreuinduktivität für den maximalen Belastungsstrom aus, so muß sie mit abnehmendem Strom vergrößert werden, wenn man ein Absinken der Leerlaufspannung vermeiden will. Man kann die gewünschte Induktivitätsänderung beispielsweise durch Sättigung der Drosselkerne der dreiphasigen Drossel D oder durch Streustege erreichen. Auch kann man durch Parallelkondensatoren die Drosseln D gegen den Durchgang eines 100-Hz-Stromes sperren. Schließlich ist es sogar möglich, mittels eines in einigen Stufen versteilbaren Spartransformators auf der Belastungsseite die Leerlaufspannung annähernd konstant zu halten.The stability of the machine requires that when the 100 Hz system is loaded the rotor leakage inductance does not exceed a certain size. If you put the Rotor leakage inductance for the maximum load current, it must decrease with Current can be increased if you want to avoid a drop in the open-circuit voltage. The desired change in inductance can be achieved, for example, by saturating the Reach the choke cores of the three-phase choke D or through struts. Also can one by parallel capacitors the chokes D against the passage of a 100 Hz current lock. Finally, it is even possible to use one that can be steepened in a few steps Autotransformer on the load side, the no-load voltage is almost constant to keep.

Das beim Lichtbogenschweißen erwünschte Absinken der Leerlaufspannung auf Schutzspannung geringerer Größe beim Abreißen des Lichtbogens läßt sich leicht dadurch erreichen, daß man die abgetrennte Phase über eine vorgeschaltete Impedanz wieder anschließt und damit das gegenläufige Feld auf den gewünschten Betrag schwächt. Hierdurch ist auch gleichzeitig der Anlauf der Maschine im Leerlauf sichergestellt.The drop in open circuit voltage that is desired during arc welding It is easy to switch to a protective voltage of a smaller size when the arc breaks achieve that the separated phase via an upstream impedance reconnects and thus weakens the opposing field to the desired amount. This also ensures that the machine starts idling at the same time.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Frequenzwandler zur Erzeugung einer dreiphasigen oder einphasigen Spannung mit einer Frequenz von ungefähr doppelter Netzfrequenz mittels eines einphasigen Induktionsmotors mit Schleifringläufer, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Läuferwicklung auftretende Spannung des gegenläufigen Feldes durch frequenzabhängige Schaltungen von der Spannung des mitlaufenden Feldes getrennt wird, wodurch eine drei- oder einphasige Sekundärspannung von angenähert doppelter Netzfrequenz zur Verfügung steht. PATENT CLAIMS: 1. Frequency converter for generating a three-phase or single-phase voltage with a frequency approximately twice the line frequency by means of a single-phase induction motor with slip ring rotor, characterized in that that the voltage occurring in the rotor winding of the opposing field through frequency-dependent circuits separated from the voltage of the moving field is, creating a three- or single-phase secondary voltage of approximately double Grid frequency is available.

2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzabhängige Schaltung eine dreiphasige Drossel (Drehstromdrossel) verwendet wird, an deren Klemmen eine Spannung von angenähert doppelter Nerzfrequenz abgreifbar ist. 2. Frequency converter according to claim 1, characterized in that that as a frequency-dependent circuit a three-phase choke (three-phase current choke) is used, at the terminals of which a voltage of approximately twice the mink frequency is used can be tapped.

3. Frequenzwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurzschlußkreis der Drehstromdrossel der Kurzschlußstrom der doppelten Netzfrequenz durch Veränderung des Luftspaltes eingestellt wird. 3. Frequency converter according to claim 1 and 2, characterized in that that in the short-circuit of the three-phase choke the short-circuit current of twice the mains frequency is set by changing the air gap.

4. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Luftspaltänderung sowohl der Läufer als auch die Ständerbohrung konisch ausgebildet sind. 4. Frequency converter according to claim 1 to 3, characterized in that for the purpose of changing the air gap, both the rotor and the stator bore are conical.

5. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freie dritte Phase des aus einem normalen Drehstrommotor entstandenen Einphasenmotors mit einer einstellbaren Drossel belastet wird. 5. Frequency converter according to claim 1 to 4, characterized in that the free third phase of the normal Three-phase motor resulting single-phase motor loaded with an adjustable throttle will.

6. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldinduktivität des Einphasenmotors durch einachsige Veränderung des Luftspaltes eingestellt wird. 6. Frequency converter according to claim 1 to 5, characterized in that the Field inductance of the single-phase motor through uniaxial change in the air gap is set.

7. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer in der Achse des Ständerfeldes geteilt ist und die beiden Ständerhälften senkrecht zur Feldachse bewegt werden können. 7. Frequency converter according to claim 1 to 6, characterized in that that the stand is divided in the axis of the stand field and the two stand halves can be moved perpendicular to the field axis.

8. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer je zwei bewickelte und zwei unbewickelte Pole erhält, wobei der magnetische Widerstand des magnetischen Kreises über die unbewickelten Pole durch Verschiebung oder Vormagnetisierung der unbewickelten Pole eingestellt wird. 8. Frequency converter according to claim 1 to 5, characterized in that the stand has two wound and two unwound Pole received, with the reluctance of the magnetic circuit about the unwound poles by shifting or premagnetization of the unwound poles is set.

9. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer eine Käfigwicklung mit Stäben hoher Induktivität in ganz oder fast geschlossenen Nuten und eine ein-oder mehrphasige Wicklung mit geringem Streublindwiederstand enthält, welcher über Schleifringe eine Spannung der doppelten Netzfrequenz entnommen wird. 9. Frequency converter according to claim 1 to 8, characterized in that that the rotor has a cage winding with bars of high inductance in whole or almost closed slots and a single- or multi-phase winding with low stray blind resistance contains, which draws a voltage of twice the mains frequency via slip rings will.

10. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Streublindwiderstand des Läufers veränderbar ist. 10. Frequency converter according to claim 1 to 9, characterized in that the Stray blind resistance of the rotor is changeable.

11. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Streublindwiderstände durch magnetische Sättigung ihrer Eisenwege erzielt wird. 11. Frequency converter according to claim 1 to 10, characterized in that the change in the stray blind resistances is achieved by magnetic saturation of their iron pathways.

12. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Blindwiderstände im Läuferkreis durch Parallelkondensatoren zum Sperrkreis für das Stromsystem der doppelten Netzfrequenz ausgebildet sind. 12. Frequency converter according to Claims 1 to 11, characterized in that additional reactive resistances in the rotor circuit through parallel capacitors to the blocking circuit for the power system the double network frequency are formed.

13. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufspannung der doppelten Netzfrequenz durch einen Einstelltransformator für alle Belastungsfälle konstant gehalten wird. 13. Frequency converter according to claim 1 to 12, characterized in that the open circuit voltage is twice the mains frequency is kept constant by an adjustable transformer for all load cases.

14. Frequenzwandler nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der doppelten Netzfrequenz durch Wieder-einschalten der abgetrennten Netzphase über eine vorgeschaltete Impedanz auf jeden gewünschten Leerlaufwert durch Unterbrechung des Belastungsstromes abgesenkt wird.14. Frequency converter according to claim 1 to 13, characterized in that the voltage twice the line frequency by switching the disconnected line phase back on an upstream impedance to any desired idle value by interruption the load current is reduced.