DE257083C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 257083 KLASSE 21 d. GRUPPE- M 257083 CLASS 21 d. GROUP

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1910 ab.Patented in the German Empire on August 5, 1910.

Drehfeldinduktionsmotoren können in der Geschwindigkeit geregelt werden durch Kaskadenschaltung mit Kollektormaschinen, deren Spannung, Drehzahl oder Periodenzahl geregelt wird. Damit diese Kollektormaschinen zur Aufnahme und Abgabe von Mehrphasenströmen geeignet sind, führt man sie stets als ■ Drehfeldmaschinen aus, deren magnetischer Widerstand allseitig gleich groß ist, so daßRotary field induction motors can be controlled in speed by cascade connection with collector machines whose voltage, speed or number of periods is regulated. So that these collector machines are suitable for receiving and delivering multiphase currents, they are always carried out as ■ rotary field machines whose magnetic resistance is the same on all sides, so that

ίο ihr Magnetfeld sich ohne Störung entsprechend der gerade vorhandenen Wechselstromfrequenz , drehen kann.ίο their magnetic field changes accordingly without interference the currently available AC frequency.

Um den Synchronismus der Hauptmotoreh durchschreiten zu können, ist es erforderlich, ihren Rotorstromkreisen von der Kollektormaschine aus Gleichstrom aufzudrücken, da sonst im Synchronismus keine Rotorströme und daher kein Drehmoment vorhanden wäre. Eine Drehfeldkollektormaschine mit Selbsterregung kann aber nur unter ganz besonderen Umständen Gleichstrom abgeben. Diese Umstände herzustellen und zum Durchschreiten des Synchronismus anzuwenden, bildet den Gegenstand vorliegender Erfindung.In order to be able to pass through the synchronism of the main motors, it is necessary to to push their rotor circuits from the collector machine from direct current, there otherwise there would be no rotor currents in synchronism and therefore no torque. A rotating field collector machine with self-excitation can only work under very special conditions Deliver direct current under certain circumstances. To establish these circumstances and to step through Applying synchronism forms the subject of the present invention.

Fig. ι zeigt das Schema einer Drehfeldkollektormaschine, wobei ti die Statorwicklung bedeutet, r die Rotorwicklung nebst Kollektor und Bürsten. Das Schema ist dreiphasig gezeichnet, es kann aber jede beliebige Phasenzahl verwendet werden. Die besondere Schaltung der Mehrphasenkollektormaschine ist gleichgültig, es kann für die folgende Betrachtung Serienschaltung, Nebenschlußschal-40 Fig. Ι shows the scheme of a rotating field collector machine, where ti denotes the stator winding, r the rotor winding together with the collector and brushes. The scheme is drawn in three phases, but any number of phases can be used. The special circuit of the multi-phase collector machine is irrelevant; for the following consideration, series circuit, shunt circuit 40

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tung oder irgendeine beliebige Kombination angenommen werden. Auch die Anordnung der Statorwicklung und der Rotorwicklung nebst Bürsten ist an sich gleichgültig, es können auf beiden Teilen beliebig viele Stromsysteme übereinander gelagert werden — z. B. durch mehrere Wicklungen oder Doppelbürsten —, stets soll im folgenden nur das resultierende Stromsystem des Stators und des Rotors in Betracht gezogen werden.or any combination can be accepted. Also the arrangement the stator winding and the rotor winding together with brushes is in itself indifferent, it can any number of power systems can be stored on top of each other on both parts - e.g. B. by multiple windings or double brushes - only the resulting one is always intended in the following Power system of the stator and the rotor should be considered.

Diese beiden Stromsysteme, die, wie üblich, sinusförmig verlaufend angenommen werden, sind in Fig. 2 in ihrer räumlichen Lage für das zweipolige Ersatzschema der Kollektormaschine dargestellt. Die wirksame Amperewindungszahl des Stators sei i_st, die des Rotors ι,-, die Stromsysteme schließen den räumliehen Winkel α miteinander ein. Verwendet man beispielsweise Serienschaltung von Stator und Rotor, so stimmt der räumliche Phasenwinkel α stets mit dem Bürstenwinkel der Fig. ι überein. Der Phasenwinkel ist von der Kurzschlußlage aus gerechnet, in der sich Stator- und Rotorströme genau entgegenwirken.These two current systems, which are assumed to run sinusoidally as usual, are shown in FIG. 2 in their spatial position for the two-pole equivalent scheme of the collector machine. The effective number of ampere turns of the stator is i _st , that of the rotor ι, -, the current systems enclose the spatial angle α with one another. If, for example, the stator and rotor are connected in series, the spatial phase angle α always corresponds to the brush angle in FIG. The phase angle is calculated from the short-circuit position in which the stator and rotor currents exactly counteract each other.

Um die Bedingung für Gleichstromerregung in der Drehfeldmaschine mit Selbsterregung zu gewinnen, muß auf den Zusammenhang zwischen Strömen, Feldern und Spannungen eingegangen werden. Fig. 3 stellt die Stromverteilung der Fig. 2 in Vektorform dar. Die geometrische Summe der Stromsysteme im Stator und Rotor liefert das magnetisierende Stromsystem i_e, das seinerseits das Haupt-In order to obtain the condition for direct current excitation in the induction machine with self-excitation, the relationship between currents, fields and voltages must be discussed. Fig. 3 shows the current distribution of Fig. 2 in vector form. The geometric sum of the current systems in the stator and rotor provides the magnetizing current system i _e , which in turn is the main

feld Φ erzeugt. Dieses Feld steht räumlich senkrecht auf dem erzeugenden Stromsystem und ruft durch seine Bewegung im Stator wie im Rotor elektromotorische Kräfte E hervor, die in Richtung des Feldes liegen. Die Größe dieser Spannungen ist natürlich abhängig von der Relativgeschwindigkeit des Drehfeldes gegen die Stator- und Rotorleiter.field Φ generated. This field is spatially perpendicular to the generating current system and, due to its movement in the stator and in the rotor, causes electromotive forces E which lie in the direction of the field. The size of these voltages is of course dependent on the relative speed of the rotating field against the stator and rotor conductors.

Es soll angenommen werden, daß das Feld ΦIt is assumed that the field Φ

ίο zunächst im Raum stillsteht, was bereits der erwünschten Gleichstromerzeugung in der Kollektormaschine entspricht. Es soll dann untersucht werden, unter welchen Umständen Gleichgewicht in der Maschine vorhanden ist.ίο what is already standing still in the room corresponds to the desired direct current generation in the collector machine. It should then be examined under what circumstances there is equilibrium in the machine.

Das stillstehende Feld erzeugt nur in der' Rotorwicklung eine mit ihm phasengleiche elektromotorische Kraft E_r. Da deren Periodenzahl im Außenkreise Null ist, da es also eine Gleichstrom-Ε. M. K. ist, so kann sie nur ein Rotorstromsystem in ihrer eigenen Phase erzeugen. Das vorhandene Stromsystem i_r muß sich also in der Richtung von E,- drehen, um dasselbe Maß dreht sich aber dann auch das Statorstromsystem i_st mit, das ja nur vom Rotor aus durch irgendeine vorhandene Phasendrehung der Bürsten oder der Wicklung erhalten wird.The stationary field only generates an electromotive force E _r in phase with it in the rotor winding. Since their number of periods in the outer circle is zero, so there is a direct current Ε. MK, it can only create a rotor current system in its own phase. The existing current system i _r must therefore rotate in the direction of E, - , but the stator current system i _st also rotates by the same amount, which is only obtained from the rotor by any existing phase rotation of the brushes or the winding.

Unter Zugrundelegung eines Vektordiagrammes für die Stromsysteme wie in Fig. 3 würde also auch der Magnetisierungstrom und daher auch das Feld und die elektromotorische Kraft ihre Phase dauernd ändern, es wäre kein Gleichgewicht vorhanden, sondern das Feld Φ würde dauernd im Raum rotieren, ebenso natürlich auch die Stromsysteme und die elektromotorische Kraft. Wirkliches Gleichgewicht kann nur dann vorhanden sein, wenn die elektromotorische Kraft E_r des Rotors von vornherein genau in die Richtung des Rotorstromsystemes i_r fällt, das sie erzeugen und aufrechterhalten soll. Diese Lage ist in Fig. 4 dargestellt. Das magnetisierende Stromsystem muß senkrecht auf dem Rotorstromsystem stehen, damit das Feld eine dem Strom gleichgerichtete Spannung erzeugen kann.Based on a vector diagram for the current systems as in Fig. 3, the magnetization current and therefore also the field and the electromotive force would change their phase continuously, there would be no equilibrium, but the field Φ would rotate continuously in space, just as naturally the current systems and the electromotive force. Real equilibrium can only exist if the electromotive force E _{r of} the rotor falls from the outset exactly in the direction of the rotor current system i _r that it is intended to generate and maintain. This position is shown in FIG. The magnetizing current system must be perpendicular to the rotor current system so that the field can generate a voltage rectified to the current.

An jeder Drehfeldkollektormaschine stehen zwei Größen willkürlich zur Wahl, der Phasenwinkel α zwischen Stator- und Rotorstromsystem, der beispielsweise durch Burst enverdrehung geregelt werden kann, und das Verhältnis der wirksamen Amperewindungszahlen von Rotor und Stator, kurz die Stromübersetzung genannt, die durch Transformatoren, Stromabzweigungen, doppelte Bürstensätze und ähnliche Mittel geregelt werden kann. Um nun die Drehfeldmaschine mit Selbsterregung zur Erzeugung von Gleichstrom geeignet zu machen, sollen diese beiden Größen gemäß der Erfindung so geregelt werden, daß während des Durchschreitens des Synchronismus die Stromübersetzung gleich dem Kosinus des Phasenwinkels ist, denn dann ist die eben aus den Diagrammen hergeleitete Bedingung für elektrisches Gleichgewicht erfüllt.There are two arbitrary variables to choose from on every rotating field collector machine, the phase angle α between the stator and rotor current system, which can be regulated, for example, by the rotation of the burst, and the ratio of the effective number of ampere-turns of rotor and stator, in short the current translation, which is caused by transformers, current branches, double sets of brushes and similar means can be regulated. In order to make the induction machine with self-excitation suitable for generating direct current, these two variables should be regulated according to the invention in such a way that the current translation is equal to the cosine of the phase angle while passing through the synchronism, because then the condition just derived from the diagrams is met for electrical equilibrium.

Die Berechnung der Stromübersetzung und des Phasenwinkels kann an vorliegenden Maschinen nach den üblichen Regeln über Stromverzweigung in Gleichstromnetzen geschehen und bietet daher keine Schwierigkeiten. Die Bedingung für Gleichstromerregung ist selbstverständlich nicht mathematisch genau zu verstehen, da die Diagramme wegen der Abweichung aller Größen von der Sinusform, wegen der Hysteresis, Wirbel- und Kurzschlußströme nur in der üblichen Weise angenähert gelten.The calculation of the current translation and the phase angle can be carried out on existing machines happens according to the usual rules about current branching in direct current networks and therefore does not present any difficulties. the The condition for DC excitation is of course not to be understood precisely in mathematical terms, because the diagrams because of the deviation of all sizes from the sinusoidal shape, because of the hysteresis, eddy and short-circuit currents apply only approximated in the usual way.

Vorteilhaft verwendet man Kollektormaschinen, die mit zwei Bürstensätzen für die Phase ausgerüstet sind, deren Abstand auf einfachste Weise die Übersetzung zu regeln gestattet, ohne daß regelbare Transformatoren in die Stromkreise eingeschaltet zu werden brauchen. Nähert man die beweglichen Bürsten beim Durchschreiten des Synchronismus sehr, dann hat man den weiteren Vorteil, daß ein starkes Feld zur Erzielung einer erheblichen elektromotorischen Kraft notwendig ist, so daß die Maschine ihre normale Eisensättigung beibehält und daher stabil arbeitet.It is advantageous to use collector machines with two sets of brushes for the phase are equipped, the spacing of which allows the translation to be regulated in the simplest possible way, without controllable transformers needing to be switched into the circuits. If you come very close to the moving brushes when stepping through the synchronism, then one has the further advantage that a strong field to achieve a considerable electromotive Force is necessary so that the machine maintains its normal iron saturation and therefore operates stably.

Claims

Patent Claims:

1. Procedure for stepping through the synchronism of rotating field induction motors, Multi-phase collector machines with self-excitation are connected to their slip rings are, characterized in that in synchronism the ratio of the effective ampere win fertilize rotor and the stator of the collector machine wholly or almost with the cosine of the phase angle the rotor and stator current systems is made coincident.

2. Collector machine for practicing the method according to claim 1, characterized by moving brush sets on the collector against each other.

1 sheet of drawings.