DE1107334B

DE1107334B - Arrangement for improved commutation of AC collector motors

Info

Publication number: DE1107334B
Application number: DEF18034A
Authority: DE
Inventors: Pierre Letrilliart
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1954-07-27
Filing date: 1955-07-26
Publication date: 1961-05-25

Description

Anordnung zur verbesserten Kommutierung von Wechselstrom-Kollektormotoren Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Kommutierung von Wechselstrom-Kollektormaschinen, z. B. Einphasenbahnmotoren oder Mehrphasenmotoren, um das Bürstenfeuer zu verringern.Arrangement for improved commutation of alternating current collector motors The invention relates to improvements in the commutation of AC collector machines, z. B. Single-phase or multi-phase motors to reduce brush fire.

Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck auf dem Läufer eine Hilfswicklung vorzusehen, deren Windungen eine von der Zeitkonstante der Hauptwicklung abweichende Zeitkonstante aufweisen, wobei diese Hilfswindungen zu den Hauptwindungen parallel geschaltet sind, um so Löschkreise zu bilden, die zur Wegdämpfung der Energie der Schließungs- und Öffnungsfunken beim Stromübergang zwischen den Bürsten und dem Kollektor dienen.It is already known to have an auxiliary winding on the rotor for this purpose to be provided, the turns of which deviate from the time constant of the main winding Have time constant, these auxiliary windings being parallel to the main windings are connected in order to form quenching circuits that dampen the energy of the Closing and opening sparks when the current passes between the brushes and the Serve collector.

Derartige Hilfswicklungen, die so ausgelegt sind, daß sie einen sehr geringen Blindwiderstand und einen sehr hohen Ohmschen Widerstand aufweisen, werden von verhältnismäßig schwachen Strömen durchflossen. Sie tragen also zur Drehmomentbildung und zur Maschinenleistung sehr wenig bei, vermehren dagegen das Maschinenvolumen und den Preis.Such auxiliary windings, which are designed so that they have a very have a low reactance and a very high ohmic resistance traversed by relatively weak currents. So you contribute to the torque generation and contribute very little to machine performance, but increase the machine volume and the price.

Es ist ferner bekannt, auf dem Läufer zwei Leistungswicklungen vorzusehen, die parallel geschaltet sind und ungleiche Scheinwiderstände, aber gleiche Ohmsche Widerstände aufweisen. Bei derartigen Maschinen reicht der Unterschied zwischen den beiden entsprechenden Zeitkonstanten nicht aus, um eine genügende Funkenlöschung am Kollektor zu erzielen. Außerdem nimmt die Wicklung mit dem größeren Scheinwiderstand eine geringere Leistung als die andere Wicklung auf, so daß die Maschine nicht gut ausgenutzt ist.It is also known to provide two power windings on the rotor, which are connected in parallel and have unequal apparent resistances, but the same ohmic Have resistances. In such machines, the difference is between the two corresponding time constants are not sufficient to ensure sufficient spark extinction to achieve at the collector. In addition, the winding with the greater impedance increases has a lower power than the other winding, so the machine does not work well is exploited.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Nachteil durch eine neuartige Kombination zu vermeiden, mit deren Hilfe gleichzeitig mehrere Vorteile erzielt werden können. Es ergibt sich dadurch neben einer erheblichen Verbesserung des »Kommutationskoeffizienten« (gegeben durch die Formel wobei K die Gesamtzahl der Kollektorlamellen, a die Hälfte der Zahl der Wicklungszweige, n die Zahl der Umdrehungen pro Minute, I der Strom und L die Eisenweglänge ist) eine günstigere Funkenlöschung am Kollektor mittels an die beiden Wicklungen angeschlossener Dämpfungsglieder, und schließlich die optimale Ausnutzung der Leistung der Maschine dadurch, daß die wirksamen Leistungen der beiden Läuferwicklungen einander gleichgemacht werden.The aim of the present invention is to avoid this disadvantage by means of a novel combination with the aid of which several advantages can be achieved at the same time. This results in a considerable improvement in the "commutation coefficient" (given by the formula where K is the total number of collector lamellas, a is half the number of winding branches, n is the number of revolutions per minute, I is the current and L is the iron path length) a more favorable spark extinction on the collector by means of attenuators connected to the two windings, and finally the optimal utilization the performance of the machine in that the effective performance of the two rotor windings are made equal to each other.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Verbesserung der Stromwendung bei Wechselstrom-Kollektormotoren, deren Anker zwei vollständige Hauptwicklungen mit verschiedenen Zeitkonstanten aufweist, die zur Löschung der Funkenbildung am Kollektor parallel geschaltet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Wicklung, welche näher an der Nutenöffnung liegt und eine geringere Reaktanz besitzt, einen höheren Widerstand als die Verbindungen der anderen Wicklung aufweisen, wobei die Widerstände so gewählt sind, daß die Impedanzen und damit die Leistungen der beiden Wicklungen trotz der ausgesprochenen Ungleichheit ihrer Zeitkonstanten annähernd gleich sind.The arrangement according to the invention to improve the current reversal AC collector motors whose armature has two full main windings has different time constants that cancels out the spark formation on the collector are connected in parallel, is characterized in that the connections of the winding, which is closer to the groove opening and has a lower reactance, a have higher resistance than the connections of the other winding, the Resistors are chosen so that the impedances and thus the performances of the two Windings approximate despite the pronounced inequality of their time constants are the same.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt Fig.1 einen schematischen senkrechten Schnitt durch einen Motoranker, Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild desselben, Fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 2 und Fig.4 eine schematische Darstellung der Anordnung der Aquipotentialverbind'ungen.Further details and advantages of the invention emerge from the Description of some embodiments based on the drawing. Here Fig.1 shows a schematic vertical section through a motor armature, FIG. 2 an electrical one Circuit diagram of the same, Fig. 3 shows a modified embodiment of the arrangement according to FIG. 2 and FIG. 4 a schematic representation of the arrangement of the equipotential connections.

In Fig.1 ist der Anker 3 eines Wechselstrom-Kollektormotors dargestellt, der zwei Leistungswicklungen 1 und 2 trägt. Beide sind mit den Lamellen des Kollektors 4 über Verbindungen 5 und 6 von verschiedenem Widerstand verbunden. Wie in der Zeichnung angedeutet, besitzt die Verbindung 5 einen höheren Ohmscheu Widerstand als die Verbindung 6. Nach Fig. 1 bis 4 sind die entsprechenden Windungen oder Wicklungsabschnitte der beiden Wicklungen 1 und 2 parallel geschaltet und über die Leiter 7 oder unmittelbar paarweise mit denselben Lamellen des Kollektors 4 verbunden. Die beiden Wicklungen 1 und 2 können in denselben oder auch in verschiedenen Nuten untergebracht sein, wie dies in Fig. 2 bei 16, 17 und 18 angedeutet ist. Die aufeinanderfolgenden Abschnitte jeder Wicklung können abwechselnd den Wicklungsschritt p1 und p2 erhalten, so daß der mittlere Wicklungsschritt gleich 1/z (pi+p2) wird.In Figure 1, the armature 3 of an alternating current collector motor is shown, which carries two power windings 1 and 2. Both are connected to the fins of the collector 4 via connections 5 and 6 of different resistance. As indicated in the drawing, the connection 5 has a higher ohmic resistance than the connection 6. According to FIGS. 1 to 4, the corresponding turns or winding sections of the two windings 1 and 2 are connected in parallel and via the conductors 7 or directly in pairs with the same lamellas of the collector 4 connected. The two windings 1 and 2 can be accommodated in the same or in different slots, as indicated in FIG. 2 at 16, 17 and 18 . The successive sections of each winding can alternately have the winding pitch p1 and p2, so that the mean winding pitch becomes equal to 1 / z (pi + p2).

Die Wicklung 1, die beispielsweise näher an der Nutenöffnung untergebracht ist, besitzt infolgedessen einen etwas geringeren Blindwiderstand als die Wicklung 2. Dieser Unterschied kann in bekannter Weise durch eine entsprechende Formgebung der Nuten noch verstärkt werden. Da der Ohmsche Widerstand der Anschlüsse 5 der Wicklung 1 etwas größer als derjenige der Anschlüsse 6 ist, ergibt sich, daß die erstere Wicklung ein geringeres Verhältnis L/R und infolgedessen eine kleinere Zeitkonstante besitzt, auch wenn der Ohmsche Widerstand der Anschlüsse 5, absolut genommen, nur gering ist. Dagegen sind die Scheinwiderstände der beiden Wicklungen von derselben Größenordnung wie auch die sie durchfließenden Ankerströme. Infolgedessen können beide Wicklungen 1 und 2 so ausgebildet werden, daß sie gleiche Wirkleistungen aufweisen. Beide Wicklungen können von derselben Art oder auch verschiedener Art sein (Schleifenwicklung und Wellenwicklung), wie in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist.The winding 1, which is accommodated closer to the slot opening, for example, consequently has a somewhat lower reactance than the winding 2. This difference can be further increased in a known manner by correspondingly shaping the slots. Since the ohmic resistance of the terminals 5 of the winding 1 is slightly greater than that of the terminals 6, it follows that the former winding has a lower L / R ratio and consequently a smaller time constant, even if the ohmic resistance of the terminals 5 is taken in absolute terms , is only slight. In contrast, the apparent resistances of the two windings are of the same order of magnitude as the armature currents flowing through them. As a result, both windings 1 and 2 can be designed so that they have the same active powers. Both windings can be of the same type or also of different types (loop winding and wave winding), as shown in FIGS. 2, 3 and 4.

Da die am Kollektor auftretenden Funken den Charakter von hochfrequenten Entladungen haben, kann man gegebenenfalls in bekannter Weise ihre Löschung durch die beiden Wicklungen sehr erheblich dadurch verstärken, daß Hilfsbürsten 9 und 10 von geeignetem Widerstand angeordnet werden (Fig. 2 und 3). Diese Hilfsbürsten, die kleine Abmessungen aufweisen und in einem einstellbaren Abstand d zu beiden Seiten der Hauptbürsten 8 angeordnet sind, sind untereinander kapazitiv verbunden.Because the sparks occurring on the collector have the character of high frequency If you have discharges, you can delete them in a known manner reinforce the two windings very considerably in that auxiliary brushes 9 and 10 of suitable resistor can be arranged (Figs. 2 and 3). These auxiliary brushes, which have small dimensions and at an adjustable distance d to both Sides of the main brushes 8 are arranged, are capacitively connected to one another.

Nach Fig.2 kann man zu diesem Zweck einen Kondensator 12 verwenden, der vorzugsweise durch einen Entladewiderstand 13 überbrückt ist. Nach Fig. 3 dienen dazu auch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 12A und 12B, deren Verbindungspunkt an die Hauptbürstenzuleitung 11 angeschlossen ist, wobei jeder Kondensator gegebenenfalls durch einen Entladewiderstand 15 überbrückt sein kann.According to FIG. 2, a capacitor 12 can be used for this purpose, which is preferably bridged by a discharge resistor 13. According to FIG. 3, two series-connected capacitors 12A and 12B, whose connection point is connected to the main brush feed line 11 , are also used for this purpose, each capacitor being able to be bridged by a discharge resistor 15 if necessary.

Die Hinzufügung der Kondensatoren, die mit den kommutierten Windungen gekoppelt sind, verstärkt offenbar in einem beträchtlichen Ausmaß die Funkenlöschung, die durch die beiden parallel geschalteten Windungen erzielt wird. Diese Kombination gestattet also eine freiere Wahl der optimalen Zeitkonstanten der beiden Wicklungen 1 und 2, wodurch der Verlust verringert und die Leistung zwischen ihnen in bestmöglicher Weise verteilt werden kann.The addition of the capacitors coupled to the commutated windings appears to greatly enhance the spark quenching achieved by the two parallel connected windings. This combination therefore allows a more free choice of the optimal time constants of the two windings 1 and 2, as a result of which the loss can be reduced and the power can be distributed between them in the best possible way.

Selbstverständlich kann die Einschaltung der Kondensatoren auch abgeändert werden, insbesondere durch Verwendung von Transformatoren. Die Widerstände 13 und 15 können auch durch in geeigneter Weise angeordnete Trockengleichrichter ersetzt oder ergänzt werden.Of course, the switching on of the capacitors can also be changed, in particular by using transformers. The resistors 13 and 15 can also be replaced or supplemented by dry rectifiers arranged in a suitable manner.

Die oben beschriebenen Wicklungen können andererseits in an sich bekannter Weise Äquipotentialverbindungen enthalten, die so ausgelegt sind, daß die Umlaufströme, die von Oberwellen und Unsymmetrien herrühren können, über Stromkreise geleitet werden, die außerhalb der Bürsten verlaufen, so daß diese Umlaufströme die Kommutierung nicht beeinflussen.The windings described above can, on the other hand, be known per se Way contain equipotential connections, which are designed so that the circulating currents, which can result from harmonics and asymmetries, routed via electrical circuits that run outside the brushes, so that these circulating currents do the commutation not affect.

Nach dem Schaltbild der Fig. 4 ist eine der Wicklungen, z. B. die Schleifenwicklung 1 unmittelbar mit den Kollektorlamellen 4 verbunden, während die Wellenwicklung 2 über Verbindungen 5 aus Widerstandsmaterial an die entsprechenden Lamellen angeschlossen ist. Die Äquipotentialverbindungen, deren eine strichpunktiert bei 16 eingezeichnet ist, verbinden die entsprechenden Lamellen des Kollektors derart miteinander, daß ein geschlossener Kreis gebildet wird. Er besteht aus einer Wellenwindung 2, einer Schleifenwindung 1 und der Äquipotentialverbindung 16, wobei der Umlaufstrom beispielsweise in Pfeilrichtung fließt. Dieser Strom wird in dem erwähnten Kreis, der die Widerstände 5 enthält, wirksam gedämpft, geht aber nicht über die Bürsten und beeinflußt also auch die Kommutierung nicht.According to the circuit diagram of FIG. 4, one of the windings, e.g. B. the loop winding 1 is directly connected to the collector lamellas 4 , while the wave winding 2 is connected to the corresponding lamellae via connections 5 made of resistance material. The equipotential connections, one of which is indicated by dash-dotted lines at 16, connect the corresponding lamellae of the collector to one another in such a way that a closed circle is formed. It consists of a shaft winding 2, a loop winding 1 and the equipotential connection 16, the circulating current flowing, for example, in the direction of the arrow. This current is effectively attenuated in the circuit mentioned, which contains the resistors 5, but does not go through the brushes and therefore does not influence the commutation either.

Claims

PATENT CLAIMS: 1 .. Arrangement to improve the current reversal in alternating current collector motors whose armature has two complete main windings with different time constants, which are connected in parallel to quench the spark formation on the collector, characterized in that the connections (5) are closer to the slot opening lying and a lower reactance possessing winding (1) have a higher resistance than the connections (6) of the other winding (2), the resistances are chosen so that the impedances and thus the power of the two windings are approximately the same.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the connections (5, 6) of the two windings connected to the same lamellas of the collector are arranged so that, viewed on the collector side, the resistance connections (5) are in front of the resistance-free connections (6) and both connections are connected to a common conductor (7) .

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that existing equipotential connections (16) are connected to the collector lamellas so that closed compensating circuits are formed for the harmonics, which include sections of the two windings and the resistor connections (5) . Considered publications: German Patent Nos. 657 495, 760 637, 514 343, 304 465; British Patent No. 355,876; Belgian Patent No. 510188; ETZ, 1931, p. 995.