DE1105981B - AC amplifier machine - Google Patents

Description

Wechselstrom-Verstärkermaschine Die heute bekannten und verwendeten Verstärkermaschinen weisen bedeutende Mängel und Nachteile auf. Nachteilig sind die Anwendung von Kollektoren und die damit verbundenen Kommutationsschwierigkeiten, ferner der komplizierte Aufbau sowie beschränkte Leistung und Drehzahl, hoher Anschaffungspreis. Bei kleineren Leistungen können solche Maschinen durch Magnetverstärker ersetzt werden. Bei größeren Leistungen sind diese preislich ungünstig.AC amplifier machine The ones known and used today Amplifier machines have significant shortcomings and disadvantages. Are disadvantageous the use of collectors and the associated commutation difficulties, also the complicated structure as well as limited power and speed, high purchase price. For smaller outputs, such machines can be replaced by magnetic amplifiers will. In the case of larger services, these are unfavorably priced.

Ferner sind Mittelfrequenzmaschinen in Gleichpolbauart bekannt, bei welchen die Arbeitsspannung durch Schwankungen des mit der Arbeitswicklung dauernd im gleichen Sinne verketteten Erregerflusses induziert wird.Furthermore, medium-frequency machines of homopolar design are known at which the working voltage is constant due to fluctuations in the working winding in the same sense linked pathogen flow is induced.

Die Erfindung geht aus von dieser Bauart von Mittelfrequenzmaschinen und betrifft eine Verstärkermaschine mit je zwei voneinander entkoppelten Erregersystemen und Arbeitswicklungen, welche zwei Verstärkerstufen bilden, wobei die Arbeitswicklung der ersten Stufe die Erregerwicklung der zweiten Stufe speist.The invention is based on this type of medium-frequency machine and relates to an amplifier machine with two exciter systems each decoupled from one another and working windings which form two amplifier stages, the working winding the first stage feeds the excitation winding of the second stage.

Die Erfindung besteht darin, daß das Erregersystem und die Arbeitswicklung jeder Stufe so in Bezug aufeinander angeordnet sind, daß die Spannung in der Arbeitswicklung in an sich bekannter Weise durch Schwankungen des mit ihr dauernd in gleichem Sinne verketteten Erregerflusses nach Art der Gleichpolmaschinen induziert wird. Insbesondere können Erreger- und Arbeitswicklungen auf dem Rotor angeordnet sein, wobei der Rotor gezahnt ist.The invention consists in that the excitation system and the working winding each stage are arranged in relation to each other so that the voltage in the working winding in a manner known per se through fluctuations in the constant in the same sense Chained excitation flow is induced in the manner of homopolar machines. In particular excitation and working windings can be arranged on the rotor, the rotor is toothed.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail using exemplary embodiments.

Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau einer Verstärkerrnaschine im Axialschnitt und in einem Schnitt in der Rotor-Symmetrieebene, bei welcher zwei Kränze von Polen axial nebeneinander angeordnet sind; Fig. 3 zeigt den Aufbau der. Verstärkermaschine, bei welcher die Polpaarzahl der Erregung der zweiten Stufe verschieden ist von jener der ersten Stufe.1 and 2 show the structure of a booster machine in axial section and in a section in the rotor symmetry plane, in which two rings of poles are arranged axially next to one another; Fig. 3 shows the structure of. Amplifier machine, in which the number of pole pairs of the excitation of the second stage is different from that the first stage.

Fig. 1 und 2 betreffen eine Ausführung mit zwei voneinander entkoppelten Erregersystemen und zwei voneinander entkoppelten Arbeitswicklungen. Die Entkopplung erfolgt in der Weise, daß beide Systeme verschiedene Erregerpolzahlen aufweisen. Der Rotor 12 ist nach Art einer Mittelfrequenzmaschine gezahnt. Die Polteilung der Arbeitswicklung im Stator bzw. die Teilung der Polzähne des Rotors ist dabei grundsätzlich unabhängig von den gewählten Erregersystemen. Im Ausführungsbeispiel ist die Polteilung der Arbeitswicklungen 136 bzw. die Zahnteilung des Rotors 1/18 gewählt. Die Leiter der beiden Arbeitswicklungen sind in radial übereinanderliegenden Nuten untergebracht. Die übereinanderliegenden Nuten können auch eine gemeinsame Nut bilden. Die Leiter der beiden Arbeitswicklungen sind dann ebenfalls in einer Nut untergebracht. Die Mittelfrequenzmaschine ist in der Weise aufgebaut, daß die Leiter der Arbeitswicklungen entlang dem Umfang der Statorbohrung in an sich bekannter Weise verteilt sind.1 and 2 relate to an embodiment with two decoupled from one another Excitation systems and two separate working windings. The decoupling takes place in such a way that both systems have different numbers of exciter poles. The rotor 12 is toothed in the manner of a medium frequency machine. The pole division of the Working winding in the stator or the division of the pole teeth of the rotor is fundamental regardless of the selected excitation systems. In the exemplary embodiment, the pole pitch is of the working windings 136 or the tooth pitch of the rotor 1/18 is selected. The ladder the two working windings are housed in grooves lying radially one above the other. The grooves lying one above the other can also form a common groove. The ladder the two working windings are then also housed in a groove. the Medium frequency machine is constructed in such a way that the conductors of the working windings are distributed along the circumference of the stator bore in a manner known per se.

Das erste Erregersystem ist in der Art einer Unipolarmaschine gebaut. Das Erregersystem weist Blechkörper auf, in denen Arbeitswicklungen untergebracht sind. Diese Blechkörper sind in einzelne Pole 2a bis 5 b aufgeteilt. Die Pole weisen Erregerwicklungen 7 auf. Diese Wicklungen rufen eine zusätzliche überlagerte, wechselweise Erregung hervor, woraus sich ein zweites Erregersystem ergibt. Der Stator 1 mit der in der Symmetrieebene liegenden Erregerwicklung 6 weist somit die Pole 2 a-3 a-4 a-5 a auf der einen Seite der Erregerwicklung und die Pole 2 b-3 b-4 b-5 b auf der anderen Seite der Erregerwicklung auf. Das Erregersystem ist zweipolig, da die Pole auf jeder Seite unter sich im gleichen Sinne magnetisiert sind. Demgegenüber weist das zweite Erregersystem vier ausgeprägte Pole 2 a-1-2 b, 3 a-1-3 b, 4a-1-4 b, 5 a+5 b auf. Diese sind in wechselnder Richtung mittels der vier Erregerspulen 7 magnetisiert. Das erste Erregersystem ist in bezug auf die Erregerwicklung 6 zweipolig; das zweite Erregersystem ist in bezug auf die vier Erregerwicklungen 7 vierpolig. Beide Erregersysteme sind infolge der unterschiedlichen Polpaarzahl magnetisch gekoppelt. Der Stator weist in den Polen 2 a-2 b, 3 a-3 b, 4 a-4 b, 5 a-5 b die Arbeitswicklungen 8 und 9 auf. Die Leiter der Arbeitswicklungen der beiden unter sich entkoppelten Systeme sind polweise derart zusammengeschaltet, daß die Leitergruppen des einen Systems spannungsaddierend und die Leitergruppen des anderen Systems spannungssubtrahierend zusammenwirken. Die Entkopplung der Wicklungen 8 und 9 geschieht z. B. in der Weise, daß die Leiter der Arbeitswicklung 8 des ersten Systems in den beiden Maschinenhälften in bezug auf die Symmetrielinie A-A um eine Polteilung der Wechselstromwicklung verschoben sind. Die Wicklungen sind ferner in Serie geschaltet, damit sich die Spannungen, die vom Feld der Erregerwicklungen 6 herrühren, addieren, während sich die Spannungen in dieser Wicklung, die vom Feld der Erregerwicklungen 7 herrühren, in der Wicklung 8 aufheben. Die Leiter der Arbeitswicklung 9 des zweiten Systems sind in den beiden Maschinenhälften nicht verschoben. Die Folge ist, daß die vom Feld der Erregerspule 6 in der Arbeitswicklung 9 induzierte Spannung sich nach außen aufhebt. Die Erregerwicklung 6 hat keinen direkten Einfluß auf die Klemmenspannung der Arbeitswicklung 9. Die beiden Erregerfelder erzeugen nur in je einer der beiden Arbeitswicklungen eine Spannung. Die Arbeitswicklungen 8 und 9 können dabei in den gleichen Nuten liegen.The first excitation system is built in the manner of a unipolar machine. The excitation system has sheet metal bodies in which work windings are housed. These sheet metal bodies are divided into individual poles 2a to 5b . The poles have excitation windings 7. These windings cause an additional superimposed, alternating excitation, which results in a second excitation system. The stator 1 with the excitation winding 6 lying in the plane of symmetry thus has poles 2a-3a-4a-5a on one side of the excitation winding and poles 2b- 3b-4b-5b on the other side the excitation winding. The excitation system is bipolar, as the poles on each side are magnetized in the same sense. In contrast, the second excitation system has four distinct poles 2 a-1-2 b, 3 a-1-3 b, 4a-1-4 b, 5 a + 5 b . These are magnetized in alternating directions by means of the four excitation coils 7. The first excitation system has two poles with respect to the excitation winding 6; the second excitation system has four poles with respect to the four excitation windings 7. Both excitation systems are magnetically coupled due to the different number of pole pairs. The stator has working windings 8 and 9 in poles 2 a-2 b, 3 a-3 b, 4 a-4 b, 5 a-5 b. The conductors of the working windings of the two systems that are decoupled from one another are connected together in poles in such a way that the conductor groups of one system work together in a voltage-adding manner and the conductor groups in the other system in a voltage-subtracting manner. The decoupling of the windings 8 and 9 is done, for. B. in such a way that the heads of the working winding 8 of the first system in the two machine halves are shifted with respect to the line of symmetry AA by one pole pitch of the alternating current winding. The windings are also connected in series so that the voltages originating from the field of the excitation windings 6 add up, while the voltages in this winding, which originate from the field of the excitation windings 7, cancel each other out in the winding 8. The heads of the working winding 9 of the second system are not shifted in the two machine halves. The result is that the voltage induced by the field of the excitation coil 6 in the working winding 9 is canceled out to the outside. The excitation winding 6 has no direct influence on the terminal voltage of the working winding 9. The two excitation fields only generate a voltage in one of the two working windings. The working windings 8 and 9 can lie in the same grooves.

Beide Svsteme sind gemäß Fig.4 zu einer zweistufigen Verstärkerrnaschine zusammengeschaltet. Die Arbeitswicklung 8 des ersten Systems ist über einen Gleichrichter 10 mit der Erregerwicklung 7 des zweiten Systems verbunden. Die beiden Maschinen bilden somit einen zweistufigen Verstärker. Darin arbeitet die Erregerwicklung 6 als Eingangswicklung, während die Arbeitswicklung 9 den Ausgang des zweistufigen Maschinenverstärkers bildet.According to FIG. 4, both systems are interconnected to form a two-stage amplifier machine. The working winding 8 of the first system is connected to the field winding 7 of the second system via a rectifier 10. The two machines thus form a two-stage amplifier. In it, the excitation winding 6 works as an input winding, while the working winding 9 forms the output of the two-stage machine amplifier.

Naturgemäß können die beiden Systeme ihre Rollen tauschen, indem die Wicklung 9 über Gleichrichter auf die Erregerwicklung 6 geschaltet wird, so daß die Wicklung 8 den Ausgang und die Erregerwicklung 7 den Eingang der Verstärkermaschine bildet.Naturally, the two systems can swap roles by adding the Winding 9 is switched to the excitation winding 6 via a rectifier, so that the winding 8 the output and the excitation winding 7 the input of the amplifier machine forms.

Die Arbeitsweise ist folgende: Sobald die Eingangswicklung 6 des ersten Systems durch einen Steuerstrom erregt wird, entsteht in der Arbeitswicklung 8 eine Spannung. In der Arbeitswicklung 9 des zweiten Systems entsteht dadurch am Ausgang keine Spannung. Durch Gleichrichtung der Ausgangsspannung von 8 erhält die Erregerwicklung 7 des zweiten Systems, welches eine Wechselpolanordnung aufweist, Erregerstrom. Es entsteht am Ausgang der Arbeitswicklung 9 eine Spannung. In der Arbeitswicklung 8 des ersten Systems wird jedoch von der Erregung der Wicklung 7 keine Spannung induziert. Diese Unabhängigkeit in der Spannungserzeugung in den beiden Arbeitswicklungen 8 und 9 ist auf die unterschiedliche Schaltungsweise der beiden Wicklungen zurückzuführen.The way it works is as follows: As soon as the input winding 6 of the first System is excited by a control current, arises in the working winding 8 a Tension. This results in the output in the working winding 9 of the second system no voltage. By rectifying the output voltage of 8, the field winding is obtained 7 of the second system, which has an alternating pole arrangement, excitation current. A voltage arises at the output of the working winding 9. In the job development 8 of the first system, however, there is no voltage from the energization of the winding 7 induced. This independence in voltage generation in the two work windings 8 and 9 are due to the different switching of the two windings.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem nur ein Kranz von Polen zur Anwendung kommt. Der Stator weist vier Pole 2, 3, 4, 5 auf, auf denen die Erregerwicklungen beider Systeme angeordnet sind, wobei das eine System eine zweipolige Erregung und das andere System eine vierpolige Erregung des Stators hervorruft. Die gegenseitige Nichtbeeinflussung beider Systeme wird durch verschiedene Polpaarzahlen der Erregersysteme erreicht.In Fig. 3, a further embodiment is shown in which only one wreath from Poland is used. The stator has four poles 2, 3, 4, 5, on which the excitation windings of both systems are arranged, with the one system is two-pole excitation and the other system is four-pole excitation of the stator. The mutual non-influencing of both systems will achieved by different numbers of pole pairs in the excitation systems.

1 ist der Stator mit den Polen 2, 3, 4, 5. 8 ist die Arbeitswicklung und 6 die Erregerwicklung der ersten Stufe. 9 ist die Arbeitswicklung und 7 die Erregerwicklung der zweiten Stufe der Ausgangs-Leistungsstufe. Der Stromdurchfluß durch die Erregerwicklungen 6 erfolgt so, daß z. B. die Pole 2 und 3 in der Richtung nach dem Anker und die Pole 4 und 5 in entgegengesetzter Richtung magnetisiert werden. Es ergibt sich so die resultierende Feldausbildung 01 einer zweipoligen Maschine. Die Leiter der Arbeitswicklungen 8 dieser ersten Stufe sind zweipolig geschaltet, so daß sie durch dieses zweipolige Feld e1 induziert werden. Beim zweiten System sind die Pole wechselweise erregt. Es folgen Süd- und Nordpole; die Maschine ist somit vierpolig. Die Leiter der zu dieser zweiten Stufe zugehörigen Arbeitswicklung 9 sind so geschaltet, daß sie durch das vierpolige Feld 02 induziert werden.1 is the stator with poles 2, 3, 4, 5. 8 is the working winding and 6 the first stage excitation winding. 9 is the working winding and 7 is the Excitation winding of the second stage of the output power stage. The current flow through the excitation windings 6 takes place so that, for. B. Poles 2 and 3 in the direction after the armature and the poles 4 and 5 are magnetized in opposite directions. This results in the resulting field formation 01 of a two-pole machine. The conductors of the work windings 8 of this first stage are connected in two poles, so that they are induced by this bipolar field e1. With the second system the poles are excited alternately. It is followed by the south and north poles; the machine is thus four-pole. The heads of the labor winding associated with this second stage 9 are connected in such a way that they are induced by the four-pole field 02.

Die zwei- und vierpoligen Erregerfelder bestehen nebeneinander, ohne daß sie aufeinander einwirken. Ebenso geben die Arbeitswicklungen 8 bzw. 9 nur eine, von dem jeweils zugehörigen Feld 01 bzw. 02. Spannung ab. Die Arbeitswicklungen sind somit ebenfalls unter sich entkoppelt.The two- and four-pole excitation fields exist side by side, without that they interact. Likewise, the work windings 8 and 9 only give one, from the associated field 01 or 02. Voltage. The work developments are thus also decoupled from one another.

Die Erreger- und Arbeitswicklungen beider Systeme sind gemäß der Schaltung Fig.4 zu einem zweistufigen Verstärker zusammengeschaltet. Die Wicklungen 6 bilden den Verstärkereingang und die Arbeitswicklungen 9 den Verstärkerausgang.The excitation and work windings of both systems are according to the circuit Fig. 4 interconnected to form a two-stage amplifier. The windings 6 form the amplifier input and the working windings 9 the amplifier output.

Das Zusammenwirken der Erregerwicklungen 6 und 7 in Fig. 3 ergibt eine Verstärkung der Felder in den Polen 2 und 5 und eine Schwächung in den Polen 3 und 4. Die Auswirkungen dieser Asymmetrie heben sich in den Arbeitswicklungen 9 der zweiten Stufe, wozu die zwei Wicklungsteile, welche entgegengesetzter Feldveränderung unterworfen sind, in Serie geschaltet sind, auf. In der zweipoligen Arbeitswicklung 8 der ersten Stufe erzeugt nur diese Asymmetrie eine resultierende Spannung. Von den vierpoligen Feldern wird in dieser Wicklung keine resultierende Spannung induziert, da zwei Wicklungsteile in Serie gegengeschaltet sind.The interaction of the excitation windings 6 and 7 in FIG. 3 results a strengthening of the fields in poles 2 and 5 and a weakening in the poles 3 and 4. The effects of this asymmetry stand out in the work windings 9 of the second stage, including the two winding parts, which opposite field change are subject to, are connected in series. In the bipolar working winding 8 of the first stage, only this asymmetry creates a resulting voltage. from no resulting voltage is induced in this winding in the four-pole fields, because two winding parts are connected in series.

Es besteht die Möglichkeit, die Erregerwicklungen 6 und 7 in einer gemeinsamen Wicklung zu vereinigen. Die notwendige Asymmetrie der magnetischen Flüsse wird durch verschiedene Ströme in den einzelnen Erregerspulen erzeugt. Eine vorteilhafte Anordnung der Erregerwicklungen ist die Brückenschaltung in Fig. 5. Dabei sind die Ströme in den Spulen auf den Polen 3, 4 gleich der Differenz h und !3, in den Spulen auf den Polen 2, 5 hingegen gleich der Summe derselben. Dieselbe Wirkung kann auch durch entsprechende Nebenschlüsse zu den Spulen erreicht werden.There is the possibility of the excitation windings 6 and 7 in one unite common winding. The necessary asymmetry of the magnetic fluxes is generated by different currents in the individual excitation coils. An advantageous one The arrangement of the excitation windings is the bridge circuit in FIG Currents in the coils on poles 3, 4 equal to the difference h and! 3, in the coils on the other hand, on poles 2, 5 equal to the sum of these. The same effect can also can be achieved by appropriate shunts to the coils.

Es ist auch möglich, die Arbeitswicklungen 8 und 9 in einer Brückenschaltung auszuführen. Diese Anordnung ist in der Fig. 6 dargestellt. Darin sind mit U1 und U2 die abnehmbaren Spannungen der beiden Systeme bezeichnet.It is also possible to have the working windings 8 and 9 in a bridge circuit to execute. This arrangement is shown in FIG. There are with U1 and U2 denotes the removable voltages of the two systems.

In der Fig. 7 ist eine Verstärkermaschine dargestellt, wo der Stator vier Pole aufweist. Die Erregerwicklungen beider Systeme bestehen aus Teilwicklungen, die je zwei benachbarte Pole umfassen. Die resultierenden Felder (P1, 02 stehen dann senkrecht aufeinander.In Fig. 7, an amplifier machine is shown where the stator has four poles. The excitation windings of both systems consist of partial windings, each comprising two adjacent poles. The resulting fields (P1, 02 are then perpendicular to each other.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verstärkermaschine mit je zwei voneinander entkoppelten Erregersystemen und Arbeitswicklungen, welche zwei Verstärkerstufen bilden, wobei die Arbeitswicklung der ersten Stufe die Erregerwicklung der zweiten Stufe speist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregersystem und die Arbeitswicklung jeder Stufe so in Bezug aufeinander angeordnet sind, daß die Spannung in der Arbeitswicklung in an sich bekannter Weise durch Schwankungen des mit ihr dauernd in gleichem Sinne verketteten Erregerflusses nach Art der Gleichpolmaschinen induziert wird. PATENT CLAIMS: 1. Amplifier machine with two decoupled from each other Excitation systems and work windings, which form two amplifier stages, wherein the working winding of the first stage feeds the excitation winding of the second stage, characterized in that the excitation system and the Job winding each stage are arranged in relation to each other so that the voltage in the working winding in a manner known per se through fluctuations in the constant in the same sense Chained excitation flow is induced in the manner of homopolar machines. 2. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die der Erregung dienenden Wicklungen wie auch die Arbeitswicklungen auf dem Stator angeordnet sind und der Rotor nach Art der Mittelfrequenzmaschinen gezahnt ist. 2. Amplifier machine according to claim 1, characterized in that both the windings serving for excitation as well as the working windings are arranged on the stator and the rotor after Type of medium frequency machines is toothed. 3. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polpaarzahl der Erregung der zweiten Stufe verschieden ist von der Polpaarzahl der Erregung der ersten Stufe. 3. Amplifier machine according to claim 1, characterized in that the number of pole pairs of the excitation of the second stage is different is of the number of pole pairs of the excitation of the first stage. 4. Verstärkermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mindestens vier Pole aufweist, auf denen die Erregerwicklungen beider Systeme derart angeordnet sind, daß das eine System eine zweipolige Erregung und das andere System eine vierpolige Erregung des Stators hervorruft. 4. Amplifier machine after Claim 3, characterized in that the stator has at least four poles, on which the excitation windings of both systems are arranged in such a way that one System a two-pole excitation and the other system a four-pole excitation of the Stator causes. 5. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stufen gleiche Polpaarzahl haben, ihre Erregerflüsse jedoch um eine halbe Erregerpolteilung über dem Umfang gegeneinander versetzt sind. 5. Amplifier machine according to claim 1, characterized in that that the two stages have the same number of pole pairs, but their excitation flows by one half the exciter pole pitch are offset from one another over the circumference. 6. Verstärkcrmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mindestens vier Pole aufweist, auf denen Teilwicklungen der Erregerwicklungen beider Systeme derart angeordnet sind, daß sie je zwei benachbarte Pole umfassen. 6. Amplifier machine according to claim 5, characterized in that the stator has at least four poles, on which partial windings of the excitation windings of both systems are arranged in this way are that they each include two adjacent poles. 7. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kränze von Polen axial nebeneinander angeordnet sind. B. 7. Amplifier machine according to claim 1, characterized in that two rings of poles are arranged axially next to one another are. B. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen in einer Brückenschaltung zusammengefaßt sind. Amplifier machine according to Claim 1, characterized in that the excitation windings are combined in a bridge circuit. 9. Verstärkermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklungen in einer Brückenschaltung zusammengefaßt sind.9. Amplifier machine according to claim 1, characterized in that the working windings are combined in a bridge circuit are.