DE612317C

DE612317C - Stand-fed multi-phase shunt commutator motor with speed control by means of brush shifting

Info

Publication number: DE612317C
Application number: DEA61154D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Welsch
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-03-14
Filing date: 1931-03-14
Publication date: 1935-04-23

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 23. APRIL 1935ISSUED ON APRIL 23, 1935

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21 d2 GRUPPE 39oiCLASS 21 d2 GROUP 39oi

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)General Electricity Society in Berlin *)

durch Bürstenverschiebungby moving the brush

Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. März 1931 abPatented in the German Empire on March 14, 1931

Es sind ständergespeiste MehrphasennebenscUuß-Kominutatormotoren bekanntgeworden,· bei denen eine feste Spannung mit Netzfrequenz, die etwa einer Hilfsständerwick-S lung entnommen wird, dem Anker aufgedrückt wird. Bei solchen Motoren sind drei Arten der Drehzahlregelung durch Bürstenverschiebung angewandt worden:They are stator-fed multiphase secondary commutator motors has become known, in which a fixed voltage with mains frequency, such as an auxiliary statorwick-S ment is removed, the anchor is pressed. Such engines are of three types the speed control by brush displacement has been applied:

1. Eine Regelung in einem schmalen Drehzahlbereich in der Gegend des Synchronismus mit nur leioem Bürstenjoch und einer besonders niedrigen festen Sekundärspannung dadurch, daß die Bürstenachse gegenüber der Spannungsachse von 0...180 elektr. Grad gedreht wird. Bei 90⁰ in der synchronen Stellung wird die Sekundärspannung zur reinen Kompensationsspannung und begrenzt als solche den Regelbereich.1. A regulation in a narrow speed range in the area of synchronism with only leioem brush yoke and a particularly low fixed secondary voltage in that the brush axis relative to the voltage axis of 0 ... 180 electr. Degree is rotated. At 90 ⁰ in the synchronous position, the secondary voltage becomes a pure compensation voltage and, as such, limits the control range.

2. Eine Regelung mit einem übersynchroao nen und einem, 'untersynchronen Bereich mit zwei Bürstenjochen, die im wesentlichen symmetrisch zur festen Spannungsachse, also gegenläufig zueinander bewegt werden. Hierbei entsteht bei positiver Sekundärspannung2. A regulation with an oversynchronous area and a 'sub-synchronous area with two brush yokes, which are essentially symmetrical to the fixed axis of tension, ie are moved in opposite directions to each other. This occurs with a positive secondary voltage

as infolge Änderung der wirksamen Ankerwindungszahl ein übersynchroner Regelbereich und bei negativer Spannung ein von dem ersteren getrennter untersynchroner Bereich. Eine Regelung in der mittleren synchronen Zone ist hier nicht möglich, weil die DurchmessersteUung jeder Bürstenphase die größere Annäherung an den Synchronismus bildet.as due to a change in the effective number of anchor turns an oversynchronous control range and, in the case of negative voltage, a subsynchronous range separate from the former. A regulation in the middle synchronous zone is not possible here because the diameter control each brush phase is the closer approach to synchronism.

3. Eine Regelung mit zwei Bürstenjochen, wovon das eine im wesentlichen feststeht, das andere drehbar ist. Hierbei ist jedoch die Arbeitswicklung des Ständers mit der durch die festen Bürstenachsen gegebenen Ankerwicklung elektrisch verbunden und in Reihe geschaltet, und diese Achse der Ständerwicklung liegt mit der Achse der Ankerwicklung völlig in Phase zueinander, während besondere Erregerbürsten gedreht werden.3. A scheme with two brush yokes, one of which is essentially fixed other is rotatable. Here, however, the working winding of the stator is with the through the armature winding given the fixed brush axes electrically connected and in series switched, and this axis of the stator winding lies with the axis of the armature winding completely in phase with each other as special exciter brushes are rotated.

Die vorliegende Erfindung stellt gleichsam eine Vereinigung der beiden erstgenannten Regelarten dar und betrifft solche ständergespeiste Mehrphasennebenschluß-Kommutatormotoren, bei denen sowohl der geschlossenen Ständerwicklung als auch der Ankerwicklung je leine feste Spannung mit Netzfrequenz aufgedrückt wird, so daß in allen Regelstellungen ein konstanter Fluß vorhanden ist; es wird sowohl die Bürstenachse gedreht als auch die zwischen den Bürsten liegende Ankerwindungszahl vermindert und hierdurch erreicht, daß ein größerer und ununterbrochener Regelbereich entsteht. Die verhältnismäßig niedrigen Sekundärspannungen werden offenen, also unverketteten Wicklungen mit Netzfrequenz entnommen und liegen zwischen einer Bürste des einen Bürstenjoches, das imThe present invention represents, as it were, a combination of the first two mentioned Control types and concerns such stator-fed multi-phase shunt commutator motors, where both the closed stator winding and the armature winding each have a fixed voltage with mains frequency is pressed so that there is a constant flow in all control positions; it both the brush axis and the number of armature turns between the brushes are rotated reduced and thereby achieved that a larger and uninterrupted control range arises. The relatively low secondary voltages are open, So unlinked windings are taken with mains frequency and lie between a brush of a brush yoke that is im

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

Wilhelm Welsch in Berlin-Niederscliönhausen,Wilhelm Welsch in Berlin-Niederscliönhausen,

wesentlichen feststellt, und der eines zweiten Joches, das drehbar ist. Dabei liegt das im wesentlichen feststehende Bürstenjoch unge fähr in der Kompensationsachse. Es sind zwar ständererregte Mehrphasenmotoren bekanntgeworden mit 'einem festen und einem beweglichen Bürstenjoch, dabei handelt es sich jedoch um Reihenschlußmotoren ohne >eine feste, dem Anker aufgedrückteessential notices, and that of a second yoke that is rotatable. It is in the essential fixed brush yoke approximately in the compensation axis. It is true that stator-excited polyphase motors have become known with a fixed and a movable brush yoke However, it is a series-wound motor without> a fixed one that is pressed onto the armature

ίο Spannung.ίο tension.

In den Abb. ι und 2 ist die Bürstenachse nur einer Phase dargestellt, welcher die feste Spannung e aufgedrückt wird, die dem vom Netz N gespeisten Ständer oder Transformator entnommen wird. In Abb. ι bedeutet Bo die feste Bürste, U, S, Ö die Stellung der drehbaren Bürste für den untersynchronen, synchronen und übersynchronen Lauf. Die feste Spannung e wirkt mit einer Arheitskomponente* = e sin α und einer Kompensationskomponente y = e cos α. Die Spannung e wirkt auf eine Ankerwindungszahl, die sich zur Durchmesserwindungszahl verhält wie ζ : d, also auf ζ = dcosa,. Der über- oder untersynchrone Schlupf ist daher abhängig vonIn Figs. Ι and 2, the brush axis is shown only one phase to which the fixed voltage e , which is taken from the stator or transformer fed by the network N, is applied. In Fig. Ι Bo means the fixed brush, U, S, Ö the position of the rotatable brush for subsynchronous, synchronous and oversynchronous running. The fixed voltage e acts with an energy component * = e sin α and a compensation component y = e cos α. The voltage e acts on a number of anchor turns, which is related to the number of diameter turns as ζ: d, i.e. to ζ = dcosa ,. The over- or under-synchronous slip is therefore dependent on

esinaesina

dcosadcosa

Bei einer etwas abweichenden Anordnung nach Abb. 2 dreht sich die bewegliche Bürste wiederum um den großen Winkel von U über 5, nach Ü, gleichzeitig jedoch die andere Bürste um den wesentlich kleineren Winkel von U₀ über S₀ nach O₀, also gleichläufig mit der beweglichen Bürste. Die Relativgeschwindigkeit der Joche zueinander kann dabei verschieden sein, beispielsweise kann das 'eine Joch vorübergehend stillstehen. In den folgenden Abb. 3, 5, 7 sind alle Bürstenphasen für die synchrone Stellung, in den Abb. 4, 6, 8 für die unter- bzw. übersynchrone Stellung dargestellt. In den Abb. 3 und 4 sind drei Hilfswicklungen u x, vz, wz angenommen. Bei einem Bürstenwinkel φ = 6o° ist Ankerwicklung nur in ihrer Oberlage oder aber nur in der Unterlage stromführend,· bei kleineren Winkeln 'entstehen stromlose Zonen. Zur Behebung des erstgenannten Nachteils können erfindungsgemäß an Stelle der drei Hilfswicklungen deren sechs verwendet werden (s. Abb. 5 und 6). Diese Wicklungen sind wie folgt bezeichnet: ux, vy, wz, U₁X₁, V₁)Z₁, W₁Z₁. Bei einer Maschine mit zwei Polpaaren können etwa die ersten drei Wicklungen an das erste Ständerpolpaar, die zweiten ' drei an das zweite Polpaar angeschlossen werden. Durch diese Verdoppelung der Hilfs- ; wicklungen wird der Regelbereich etwa ver- ■ doppelt, da nun sowohl die Ober- als auch die Unterlage unter Strom stehen. Während die Doppelwicklungen in der Synchronstellung (Abb. 5) parallel ,am Anker liegen, sind sie in den äußeren Regulierstellungen (Abb. 6) gleichsam in Reihe an den Anker gelegt.In the case of a slightly different arrangement according to Fig. 2, the movable brush rotates again by the large angle from U via 5 to Ü, but at the same time the other brush rotates by the much smaller angle from U ₀ via S ₀ to O ₀ , i.e. in the same direction the moving brush. The relative speed of the yokes to one another can be different, for example one yoke can temporarily stand still. In the following Figs. 3, 5, 7 all brush phases are shown for the synchronous position, in Figs. 4, 6, 8 for the under- and over-synchronous position. In Figs. 3 and 4, three auxiliary windings ux, vz, wz are assumed. With a brush angle φ = 60 °, the armature winding is only energized in its upper layer or only in the lower layer, "with smaller angles" there are de-energized zones. In order to remedy the first-mentioned disadvantage, according to the invention, six of them can be used instead of the three auxiliary windings (see Figs. 5 and 6). These windings are designated as follows: ux, vy, wz, U ₁ X ₁ , V ₁ ) Z ₁ , W ₁ Z ₁ . In a machine with two pairs of poles, the first three windings can be connected to the first pair of stator poles, and the second three to the second pair of poles. Through this doubling of the auxiliary; windings, the control range is ■ doubled, since both the top and bottom are now live. While the double windings are parallel to the armature in the synchronous position (Fig. 5), in the outer regulating positions (Fig. 6) they are, as it were, placed in series on the armature.

Nach Abb. 7 kann dadurch, daß die Achse der völlig festen Bürsten gegen die Kompensationsachse um 'einen gewissen Winkel γ verstellt wird, erreicht werden, daß der übersynchrone Biereich auf Kosten des untersynchronen bevorzugt wird, ο der umgekehrt; denn die Bürste χ kann nach Abb. 7 und 8 nach oben bis zur vertikalen Lage der Sehne α χ verdreht werden, nach unten dagegen nicht. Zur Behebung des obenerwähnten Übelstandes, daß bei einem Bürstenwinkel φ = 6o° (Abb. 6) stromlose Wicklungszonen entstehen, kann man in bekannter Weise an Stelle des Sechsphasensystems ein Zwölfphasensystem verwenden. Für viele Fälle wird jedoch der folgende Weg vorzuziehen sein, denn das genaue Übereinanderliegen eines Oberlagenabschnittes mit der Unterlage der gegenüberliegenden Phase trifft nur für einen Durchmesser wickelschritt zu.According to Fig. 7, the fact that the axis of the completely fixed brushes is adjusted by a certain angle γ in relation to the compensation axis can be achieved in that the over-synchronous area is preferred at the expense of the undersynchronous one, ο the other way round; because the brush χ can be turned upwards to the vertical position of the chord α χ according to Figs. 7 and 8, but not downwards. To remedy the above-mentioned inconvenience that with a brush angle φ = 60 ° (Fig. 6) currentless winding zones are created, a twelve-phase system can be used in a known manner instead of the six-phase system. In many cases, however, the following way will be preferable, because the exact superposition of a top layer section with the bottom layer of the opposite phase only applies to one diameter winding step.

In an sich bekannter Weise wird die Ankerwicklung mit verkürztem Wickelschritt ausgeführt. Es .läßt sich alsdann einrichten, daß die stromführenden Unterlagen die stromlosen Oberlagm bei einem Winkel φ = 30° überbrücken, wobei alle Nuten stromführend sind. Es kommen dann nach Abb. 8 die Spannung in XM der Oberlage und die Spannung in χ'χι' der Unterlage der gleichen Ankerspulen schräg symmetrisch zur Achse ata zu liegen. Wenn auch die Ströme selbst infolge der Hintereinanderschaltung der Halbwindungen nicht genau in- Phase mit den Spannungen liegen, so wird trotzdem durch den verkürzten Schritt die Streuung wesentlich verbessert. In der Praxis beträgt die hierzu nötige Verkürzung bei kleinen und mittleren sechspoligen Motoren nur etwa eine Nut.In a manner known per se, the armature winding is carried out with a shortened winding step. It can then be set up so that the current-carrying supports bridge the currentless upper layer at an angle φ = 30 °, with all grooves carrying current. Then, according to Fig. 8, the tension in XM of the top layer and the tension in χ'χι 'of the base of the same armature coils lie obliquely symmetrical to the axis ata. Even if the currents themselves are not exactly in phase with the voltages due to the series connection of the half-windings, the scatter is nevertheless significantly improved by the shortened step. In practice, the necessary shortening for small and medium-sized six-pole motors is only about one slot.

Bei Reihen- oder Reihenparallelwicklung des Ankers können auch die Bürstenphasen auf die einzelnen Polpaare verteilt werden, so daß beispielsweise bei einer vierpoligen Maschine die Hilfswicklung des ersten PoI-paares nur zu Bürsten des ersten Polpaares und die Wicklung des zweiten Polpaares nur zu Bürsten des zweiten Polpaares führen. noWith series or series parallel winding of the armature, the brush phases can also are distributed to the individual pole pairs, so that, for example, in a four-pole machine the auxiliary winding of the first pole pair only for brushing the first pole pair and the winding of the second pole pair only lead to brushes of the second pole pair. no

Claims

Patent claims:

i. Stator fed polyphase shunt Konimutator motor with speed control by brush displacement, in which both the closed stator winding As well as the armature winding, a fixed voltage with mains frequency is applied to each is characterized by the fact that besides the one 'um' a large one Angle rotatable brush yoke still a second, approximately in the! Compensations-

axially lying, either fixed or only slightly, but rotatable in the same direction Brush yoke is present and the open auxiliary windings of the stator or fixed voltages of line frequency taken from an auxiliary transformer between Brush one yoke and brush the other yoke.

2. Stator fed polyphase shunt commutator motor according to claim i, characterized in that double auxiliary windings belonging to the same phases are present, which are connected to the Bürstenjoehe that the anchor has the same strorn coating on parallel chord sections.

For this purpose I sheet drawings