DE563705C - Arrangement for series excitation of three-phase commutator machines with pronounced excitation poles - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 8. NOVEMBER 1932ISSUED NOVEMBER 8, 1932

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 563705 KLASSE 21 d² GRUPPE M 563705 CLASS 21 d ² GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Juli 1929 abPatented in the German Empire on July 18, 1929

Drehstromkommutatormaschinen mit ausgeprägten Polen besitzen den Vorteil, daß man in den feldffeien Zonen zwischen den Polen Wendepole anbringen und damit die Kommutierung verbessern kann. Solche Maschinen werden vorzugsweise als Hintermaschinen in Drehstromkaskaden verwendet und können Nebenschluß-, Kompound- oder Reihenschluß verhalten besitzen. Reihenschluflverhalten wird dort gewünscht, wo Schwungmassen zum Belastungsausgleich herangezogen werden sollen. Die Erregung der Maschine zu diesem Zweck ist sehr einfach, man braucht nur die Erregerwicklung mit derThree-phase commutator machines with pronounced poles have the advantage that in the field-free zones between the poles, turning poles and thus the Can improve commutation. Such machines are preferably called rear machines used in three-phase cascades and can behave by shunt, compound or series. Row smack behavior is desired where centrifugal masses are to be used to compensate for the load. The excitement of the machine for this purpose is very simple, you just need the excitation winding with the

¹S Kompensationswicklung und der Ankerwicklung in Reihe zu schalten und erhält dann den gewünschten Drehzahlabfall bei Belastung. Die Achse der Erregerwicklung schließt hierbei mit der Achse der Anker- und Kompensationswicklung einen Winkel von 90 ° ein. Die Folge davon ist, daß Kommutatorstrom und erzeugte Spannung in Phase bzw. in Gegenphase sind, so daß also die Spannung der Hintermaschine nur auf die Drehzahl der Hauptmaschine einwirkt. Meist ist es jedoch erwünscht, daneben noch den Leistungsfaktor der Hauptmaschine zu verbessern. Zu diesem Zweck muß eine Phasenverschiebung zwischen Kommutatorstrom und erzeugter Spannung auftreten, was mit der bisherigen Schaltung der Reihenschlußerregerwicklung infolge der ausgeprägten Pole nicht möglich ist. ¹ S compensation winding and the armature winding are to be connected in series and then receives the desired speed drop under load. The axis of the excitation winding forms an angle of 90 ° with the axis of the armature and compensation winding. The consequence of this is that the commutator current and the generated voltage are in phase or in antiphase, so that the voltage of the rear machine only affects the speed of the main machine. In most cases, however, it is desirable to also improve the power factor of the main engine. For this purpose, a phase shift must occur between the commutator current and the generated voltage, which is not possible with the previous circuit of the series excitation winding due to the pronounced poles.

Die vorliegende Erfindung erreicht dieses Ziel dadurch, daß die ausgeprägten Pole einer Phase mit dem Strom von mindestens zwei Phasen erregt werden. Die Rotationsspannung ist in Phase mit der resultierenden Erregung, so daß sich also durch entsprechende Kombination der Erregerströme aus zwei oder mehr Phasen beliebige Phasenwinkel zwischen Kommutatorstrom und -spannung erreichen lassen. Man unterteilt zweckmäßig die Erregerwicklung in zwei Systeme, derart, daß auf einen Pol verschiedene Phasen einwirken können, und regelt die Stromstärke in den einzelnen Systemen durch vorgeschaltete Ohmsche Widerstände. Letztere können gleichzeitig dazu dienen, Ausgleichsströme zu vermindern, die sich aus der Anordnung der Erregerwicklungen einer Phase auf verschiedenen Polen infolge der vom Hauptfeld herrührenden induktiven Spannungen ergeben können. Man kann es freilich auch vorziehen, beide Erregersysteme auf magnetisch getrennten Kreisen, z. B. durch axiale Unterteilung des Blechpakets, anzuordnen.The present invention achieves this goal by providing the salient poles of a Phase can be excited with the current of at least two phases. The rotational tension is in phase with the resulting arousal, so that by appropriate combination the excitation currents from two or more phases can achieve any phase angle between the commutator current and voltage permit. It is useful to divide the field winding into two systems such that different phases can act on a pole and regulates the amperage in the individual systems through upstream ohmic resistances. The latter can also serve to compensate for currents to reduce, resulting from the arrangement of the excitation windings of one phase on different Poles as a result of the inductive voltages originating from the main field. Of course, one can also prefer both excitation systems on magnetically separated circles, e.g. B. by axial subdivision of the laminated core to be arranged.

An sich ist es bereits bekannt, an einer Kommutatorhintermaschine mit ausgeprägten Polen auf einem Erregerpol zwei Wicklungen βοIt is already known per se, on a commutator rear machine with pronounced Poles on one exciter pole two windings βο

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.Dipl.-Ing. Hermann Harz in Berlin-Siemensstadt.

vorzusehen und diese mit dem Strom zweier verschiedener Phasen zu beschicken. Es handelt sich dabei aber um eine Kommutatorhintermaschine mit Nebenschlußerregung, wobei die Erregerwicklung in Reihenschaltung von der Schleifringspannung der asynchronen Vordermaschine und von der Spannung einer Erregermaschine gespeist wird. Die Erregung eines Erregerpoles mit dem Strom ίο zweier Phasen erfolgt hier zu dem Zweck, eine o.ogradige Phasenverschiebung zwischen der von der Kommutatorhintermaschine gelieferten Spannung und den die Erregerwicklung der Kommutatorhintermaschine speisenden Spannungen zu erzielen. Diese 90 gradige Phasenverschiebung ist notwendig, da sowohl die die Erregerwicklung speisenden Spannungen als auch die von der Kommutatorhintermaschine zwecks Drehzahlregelung gelieferte ao Spannung mit der Schleifringspannung der asynchronen Vordermaschine in Phase bzw. in Gegenphase sind. Außerdem sollen die die Erregerwicklung speisenden Spannungen in der Hauptsache zur Aufhebung des induktiven Spannungsabfalles in der Erregerwicklung dienen.to be provided and to feed them with the current of two different phases. It deals However, it is a commutator rear machine with shunt excitation, with the excitation winding connected in series from the slip ring voltage of the asynchronous front machine and from the voltage of one Exciter machine is fed. The excitation of an exciter pole with the current ίο two phases takes place here for the purpose, an o.gradige phase shift between that supplied by the commutator rear machine Voltage and the one that feeds the excitation winding of the commutator rear machine To achieve tension. This 90 degree phase shift is necessary because both the the excitation winding as well as the voltages from the commutator rear machine ao voltage supplied for speed control with the slip ring voltage of the asynchronous front machine in phase or are in antiphase. In addition, the voltages feeding the field winding should be in the main thing to eliminate the inductive voltage drop in the excitation winding to serve.

Demgegenüber bezieht sich die Anordnung nach der Erfindung auf eine Drehstromkommutatormaschine mit ausgeprägten Polen und mit Reihenschlußerregung, und die Beschikkung eines Erregerpoles mit dem Strom zweier Phasen dient hier dazu, einen Nachteil •der Reihenschlußerregung zu beseitigen, daß nämlich infolge der ausgeprägten Pole die Reihenschlußerregung in der Kommutatormaschine nur eine Spannung erzeugen kann, die mit dem Strom in Phase ist. so daß die Kommutatormaschine als Kommutatorhintermaschine nur auf die Drehzahl der asynchronen Vordermaschine einwirken kann. Bei der Anordnung nach der Erfindung kann hingegen die reihenschlußerregte Kommutatorhintermaschine auch eine der Phasenkompensie'rung dienende Spannung entwickeln. Die Zeichnung zeigt drei Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Abb. 1 bezeichnet 1 einen Asynchronmotor, an. dessen Schleifringe 2 eine Drehstromreihenschlußhintermaschine3 mit ausgeprägten Polen angeschlossen ist. Diese besitzt im Ständer eine bezüglich der Wicklungen dreiphasig gezeichnete Kompensationswicklung 4 und zwei Erregerwicklungen 5 und 6, welche unter Vorschaltung rege^lbarer Widerstände 7 und 8 parallel zueinander in den Hauptstromkreis eingeschaltet sind. Beide Wicklungen sind in die Summe der Phasen auf denselben Polen angeordnet und können magnetisch verkettet oder auch durch axiale Teilung des Ständerblechpakets magnetisch getrennt sein. Die magnetische Trennung ist nicht unbedingt erforderlich, da durch die zur Regelung dienenden vorgeschalteten Widerstände 7 und 8 eine gegenseitige induktive Beeinflussung praktisch unterbunden wird. Der Strom einer Phase, der die Wicklung 5 durchfließt, erzeuge z. B. ein Feld, das nur auf die Drehzahl einwirkt, der Strom der gleichen Phase in der Wicklung 6 erzeugt dagegen ein Feld, das mit dem Feld in der Wicklung 5 einen bestimmten Winkel, im dargestellten Fall einen Winkel von 90 °, einschließt. Dies geschieht in der Weise, daß der Strom einer Phase in der Erregerwicklung 6 nicht die gleichen Pole wie in der Erregerwicklung 5 erregt, sondern die beiden Nachbarpole, und zwar in Zickzackschaltung. Auf diese Weise entstehen" Felder, die senkrecht aufeinanderstehen. Man hat es nun in der Hand, je nachdem ob man mittels der Widerstände 7 und 8 den Strom einer Phase mehr durch die Erregerwicklung 6 oder 5 leitet, das resultierende Feld in der Maschine räumlich zu verstellen und damit den zeitlichen Winkel zwischen Kommutatorstrom und Kommutatorspannung zu verändern. Es ist dann ohne weiteres möglich, außer der Drehzahl auch dte Blindleistung der Hauptmaschine zu beeinflussen. Die Drehstromreihienschlußhintermaschine 3 kann in bekannter Weise elektrisch oder mechanisch mit der Hauptmaschine gekuppelt sein.In contrast, the arrangement according to the invention relates to a three-phase commutator machine with pronounced poles and with series excitation, and the supply of an exciter pole with the current of two phases here serves to eliminate a disadvantage of the series excitation, namely that due to the pronounced poles the series excitation in the Commutator machine can only produce a voltage that is in phase with the current. so that the commutator machine as a commutator rear machine can only act on the speed of the asynchronous front machine. In the arrangement according to the invention, on the other hand, the series-connected commutator rear machine can also develop a phase compensation voltage. The drawing shows three exemplary embodiments of the invention. In Fig. 1, 1 denotes an asynchronous motor. whose slip rings 2 are connected to a three-phase series rear machine 3 with pronounced poles. This has a relation to the three-phase windings drawn compensation winding 4 and two excitation windings 5 and 6, which are under active prescreening ^l Barer resistors 7 and 8 switched on parallel to each other in the main circuit in the stand. Both windings are arranged in the sum of the phases on the same poles and can be magnetically linked or magnetically separated by axially dividing the stator core. The magnetic separation is not absolutely necessary, since the upstream resistors 7 and 8 used for regulation practically prevent mutual inductive influence. The current of a phase that flows through the winding 5 generate z. B. a field that acts only on the speed, the current of the same phase in the winding 6 generates a field that forms a certain angle with the field in the winding 5, in the case shown, an angle of 90 °. This is done in such a way that the current of one phase in the field winding 6 does not excite the same poles as in the field winding 5, but rather the two neighboring poles, in a zigzag connection. This creates "fields that are perpendicular to one another. You now have it in your hand, depending on whether you use the resistors 7 and 8 to pass the current of one more phase through the excitation winding 6 or 5, the resulting field in the machine spatially The three-phase series rear machine 3 can be electrically or mechanically coupled to the main machine in a known manner.

Es ist auch möglich, die Verstellung des dem Ankerstrom proportionalen Erregerfefdes gegenüber der Ankerachse durch außerhalb der Maschine liegende Mittel zu erreichen. Ein solches Mittel ist z. B. ein Drehtransformator, der primär in den Ankerstromkreis der Hintermaschine eingeschaltet ist und dessen Sekundärwicklung die Erregerwick- 1°° lung der Hintermaschine speist. Abb. 2 zeigt eine derartige Anordnung bezüglich der Kommutatorhintermaschine.· 3 und 4 bezeichnet wieder die Hintermaschine und ihre Kompensationswicklung, 9 ist die Erregerwicklung, i°5 die in diesem Fall nicht unterteilt ist, 10 ist die Primärwicklung des Drehtransformators und 11 die Sekundärwicklung desselben. Der Drehtransformator ist zweckmäßig nicht rückwirkungslos, da es nur darauf ankommt, "° daß der Strom in der Erregerwicklung dem Ankerstrom proportional oder annähernd proportional ist, was durch entsprechende Bemessung leicht erreicht werden kann. . Ein weiteres Beispiel der Erfindung zeigt »15 Abb. 3. Die mit Abb. 2 übereinstimmenden Zahlen bedeuten dasselbe wie zuvor. Die Erregerwicklung 9, ist in normaler Weise mit dem Ankerstromkreis (Anker und Kompensationswicklung) direkt in Reihe geschaltet "0 und würde ohne besondere Mittel nur auf die Drehzahl des Hauptmotors einwirken, d. h.It is also possible to adjust the exciter field proportional to the armature current to be achieved with respect to the armature axis by means located outside the machine. Such a means is e.g. B. a rotary transformer, which is primarily in the armature circuit the rear machine is switched on and its secondary winding the exciter winding 1 °° ment of the rear machine. Fig. 2 shows such an arrangement with respect to the commutator rear machine. 3 and 4 again designate the rear machine and its compensation winding, 9 is the excitation winding, i ° 5 which in this case is not subdivided, 10 is the primary winding of the rotary transformer and 11 the secondary winding thereof. The rotary transformer is not useful non-reactive, since it only matters "° that the current in the excitation winding dem Armature current is proportional or approximately proportional, which by appropriate sizing can be easily achieved. . Another example of the invention is shown in FIG. 15 Fig. 3. The numbers corresponding to Fig. 2 mean the same as before. The excitation winding 9, is in the normal way with the armature circuit (armature and compensation winding) connected directly in series "0 and would only apply to the Act on the speed of the main motor, d. H.

also eine Rotationsspannung in der Maschine zur Folge haben, die in Phase bzw. Gegenphase mit dem Strom ist. Um die zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Hauptmotors erforderliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung der Hintermaschine zu schaffen, ist ein Zusatzstromtransformator 12 vorgesehen, dessen Primärwicklung 13 vom Hauptstrom durchflossen wird und dessen Sekundärwicklung 14 in offener Schaltung parallel zur Erregerwicklung 9 der Hintermaschine liegt. Die Sekundärwicklung ist nun so geschaltet, daß der zusätzliche Strom, den sie durch die Erregerwicklung treibt, gegen den Hauptstrom in dieser Wicklung zeitlich verschoben ist, im allgemeinen um 90 °. Dies ist im dargestellten Fall dadurch erreicht, daß die Sekundärwicklung in Zickzack geschaltet und zyklisch vertaucht an die Erregerwicklung angeschlossen ist, derart, daß sich dem Strom einer Erregerphase ein Strom unter 90 ° hinzufügt, der der geometrischen Summe der in den beiden Nachbarphasen fließenden Ströme proportional ist. Wird die Sekundärwicklung nicht in Zickzack geschaltet, sondern offen und nur zyklisch vertauscht, so beträgt der Winkel zwischen beiden Strömen 60 ° bzw. 120°. Die Regelung des Zusatzstromes kann dadurch erfolgen, daß die Primärwicklung 13 des Stromtransformators Anzapfungen erhält. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, daß die Hintermaschine völlig normal ausgeführt werden kann, und daß ein kleiner Zusatztransformator für einen Bruchteil der ganzen Erregerleistung genügt, um die gewünschte Verbesserung des Leistungsfaktors am Hauptmotor zu erzielen.thus result in a rotational tension in the machine that is in phase or antiphase is with the flow. To get the phase shift needed to improve the main motor power factor To create between the current and voltage of the rear machine is an additional current transformer 12 is provided, the primary winding 13 of which has the main current flowing through it and its secondary winding 14 in an open circuit parallel to the excitation winding 9 the rear machine lies. The secondary winding is now switched so that the additional Current that it drives through the excitation winding is shifted in time against the main current in this winding, im generally by 90 °. This is achieved in the illustrated case in that the secondary winding switched in zigzag and connected cyclically immersed to the excitation winding is such that a current below 90 ° is added to the current of an excitation phase, proportional to that of the geometric sum of the currents flowing in the two neighboring phases is. If the secondary winding is not switched in zigzag, but rather open and only cyclically interchanged, the value is Angle between the two streams 60 ° or 120 °. The regulation of the additional flow can take place in that the primary winding 13 of the current transformer receives taps. This arrangement has the particular advantage that the rear machine is completely normal can be run, and that a small additional transformer for a fraction of the The entire excitation power is sufficient to achieve the desired improvement in the power factor to achieve on the main engine.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: i. Anordnung zur Reihenschlußerregung von in den Sekundärstromkreis von Asynchronmaschinen eingeschalteten Drehstromkommutatormaschinen mit ausgeprägten Erregerpolen, bei der die ausgeprägten Pole einer Phase mit dem Strom von mindestens zwei elektrischen Phasen erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkeverhältnis der auf den ausgeprägten Polen von der einen Phase stammenden Erregung zu der von der anderen Phase stammenden Erregung einstellbar ist.i. Arrangement for series excitation from into the secondary circuit from Asynchronous machines switched on three-phase commutator machines with pronounced Exciter poles, in which the salient poles of a phase with the current of at least two electrical phases are excited, characterized in that the strength ratio of the pronounced Poles adjustable from the excitation originating from one phase to the excitation originating from the other phase is. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschlußerregerwicklung je Phase in zwei Teile (5 und 6 in Abb. 1) aufgeteilt ist, die parallel in den Hauptstromkreis eingeschaltet sind, und daß in einem oder in beiden Teilen der Stromverzweigung regelbare Ohmsche Widerstände eingeschaltet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the series excitation winding each phase is divided into two parts (5 and 6 in Fig. 1), which are switched on in parallel in the main circuit and that controllable ohmic resistances are switched on in one or in both parts of the current branch are. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel geschalteten Teile der Erregerwicklung auf Erregerpolen untergebracht sind, die bei gleicher räumlicher Phasenlage magnetisch voneinander getrennt sind.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the two are parallel switched parts of the excitation winding are housed on exciter poles with the same spatial phase position are magnetically separated from each other. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung an den Sekundärteil eines Drehtransformators angeschlossen ist, dessen Primärteil vom Ankerstrom der Drehstromkommutatormaschine durchflossen ⁷S wird.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the excitation winding is connected to the secondary part of a rotary transformer, the primary part of which is traversed by the armature current of the three-phase commutator machine ⁷ S. 5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stromtransformator, dessen Primärwicklung mit der Ankerwicklung der Drehstromkommutatorma'schine über die Erregerwicklung in Reihe geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung unter zyklischer Vertauschung der Phasen parallel zu der Erregerwicklung der Kommutatormaschine geschaltet ist.5. Arrangement according to claim 1, characterized by a current transformer, its primary winding with the armature winding of the three-phase commutator machine is connected in series via the excitation winding and its secondary winding with cyclical interchanging of the phases is connected in parallel to the excitation winding of the commutator machine. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung des Stromtransformators in Zickzack geschaltet ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the secondary winding of the current transformer is connected in zigzag. 7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung des Stromtransformators Anzapfungen besitzt.7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the primary winding of the current transformer has taps. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings