DE1162463B

DE1162463B - Arrangement to improve the commutation of double collector machines

Info

Publication number: DE1162463B
Application number: DEL41867A
Authority: DE
Inventors: Walter Briem
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-04-30
Filing date: 1962-04-30
Publication date: 1964-02-06

Description

Anordnung zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen Es gibt Fälle, in denen man Zweikollektor-Gleichstrommaschinen in größeren Einheiten gern anwenden möchte, und zwar wegen der leichteren Ausführbarkeit und größeren Betriebssicherheit solche Doppelkollektormaschinen, bei denen beide Ankerwicklungen übereinander in den Nuten liegen. Ein solches Bedürfnis liegt z. B. bei Gleichstromlokomotiven für höhere Fahrdrahtspannung vor. Müssen nämlich ständig zwei Fahrmotoren in Reihe geschaltet werden, weil ein Motor nicht die volle Fahrdrahtspannung aufnehmen kann, so teilt sich die Spannung beim Schleudern einer Achse auf die beiden Motoren ungleichmäßig auf. Besonders bei Motoren für hohe Spannungen kann dies leicht zu Überschlägen führen. Verbraucht dagegen jeder Fahrmotor die volle Spannung (»Vollspannungsmotor«), so gibt es keine durch Schleudern einer Treibachse bedingte Spannungserhöhung.Arrangement to improve the commutation of double collector machines There are cases where you can get two-collector DC machines in larger units would like to apply, because of the easier feasibility and larger Operational safety of such double-collector machines in which both armature windings lie on top of each other in the grooves. Such a need is e.g. B. DC locomotives for higher contact wire voltage. Namely, always have to have two traction motors in series switched because a motor cannot absorb the full contact wire voltage, so the voltage is unevenly divided between the two motors when one axle is spun on. This can easily lead to flashovers, especially with motors for high voltages to lead. If, on the other hand, every drive motor consumes the full voltage ("full voltage motor"), so there is no increase in tension caused by the skidding of a drive axle.

Bei dem zur Verfügung stehenden beschränkten Raum kann ein Fahrmotor oft nicht für die volle Fahrdrahtspannung ausgelegt werden, weil seine Kollektor- und Ankerdurchmesser zu groß werden müßten. Bei gegebenem Ankerdurchmesser läßt sich aber bei Doppelkollektorausführung die doppelte Spannung erreichen gegenüber Einkollektorausführung. Auch bei Speisung ortsfester Motoren durch Stromrichter, z. B. bei Walzwerksantrieben, ist die Wahl einer höheren Gleichspannung erwünscht.With the limited space available, a traction motor are often not designed for the full contact wire voltage because its collector and anchor diameter would have to be too large. With a given anchor diameter but with the double-collector version, double the voltage is achieved Single collector version. Even if stationary motors are fed by converters, z. B. in rolling mill drives, the choice of a higher DC voltage is desirable.

Die beiden in den- Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen werden von dem gleichen Magnetsystem induziert. Es hat sich nun gezeigt, daß die Ankerwicklungen von den Polen nicht symmetrisch induziert werden. Bei in Reihe geschalteten Ankerwicklungen ist dies im Hinblick auf die Erzeugung der Ankerspannung ohne Belang, zumal die Spannungsunsymmetrie nur gering ist. Anders liegen die Dinge aber bei den Wendepolen. Ihre Einstellung kann entweder für die äußere oder aber für die innere Ankerwicklung die genau erforderliche Wendespannung ergeben. Praktisch wird man einen Kompromiß schließen und die Luftspaltinduktion unter den Wendepolen für die äußere Ankerwicklung etwas zu stark, für die innere Ankerwicklung etwas zu schwach einstellen.The two armature windings lying one above the other in the grooves are induced by the same magnet system. It has now been shown that the armature windings are not induced symmetrically by the poles. With armature windings connected in series this is irrelevant with regard to the generation of the armature voltage, especially since the Voltage imbalance is only slight. But things are different with the turning poles. Your setting can either be for the outer armature winding or for the inner armature winding result in the exact required turning voltage. In practice one becomes a compromise close and the air gap induction under the reversing poles for the outer armature winding a little too strong, set a little too weak for the inner armature winding.

Der genannte Mangel steht der Verwendung dieser Maschinenart im Wege, besonders dann, wenn wie bei Bahnmotoren die Bürstenstellung wegen der Drehrichtungsumkehr in der Neutralen sein muß.The mentioned defect prevents the use of this type of machine, especially when, as in the case of rail motors, the brush position is due to the reversal of the direction of rotation must be in the neutral.

Darüber hinaus ist bereits bekanntgeworden, Hochspannungs-Gleichstrommaschinen mit zwei in der Nut übereinanderliegenden Ankerwicklungen, die zu je einem besonderen Kollektor geführt sind und deren Wendezonen infolge einer Verschiebung der Bürsten der beiden Kollektoren in entgegengesetzter Richtung aus der neutralen Zone heraus räumlich gegeneinander versetzt sind, dadurch zu verbessern, daß die beiden Ankerwicklungen in den gleichen Ankernuten übereinander angeordnet sind und jeder Wicklung ein .eigenes, gegenüber dem anderen ebenfalls in Umfangsrichtung versetztes Wendefeld zugeordnet ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung ist in den besonders breiten Wendepolen zu sehen. Diese sind so breit, daß beide Wendezonen überdeckt werden. Sie benötigen dazu noch eine vom Üblichen abweichende Formgebung, so daß der Luftspalt über dem Polbogen in der Weise abgestuft ist, daß jede Wicklung in einem geeigneten Wendefeld kommutiert. Die gerade in der Stromwendung befindlichen Wicklungsteile liegen dabei in verschiedenen Nuten des Ankers. Nach der bekannten Anordnung können auch zwei selbständige, nebeneinanderliegende Wendepole vorgesehen werden. In jedem Falle ist jedoch der auf den Maschinenumfang für die Wendepole beanspruchte Polbogen so groß, daß für die Hauptpolbeaufschlagung des Ankers wenig Platz bleibt und die Maschine außerordentlich schlecht ausgenutzt wird.In addition, it has already become known, high-voltage direct current machines with two armature windings lying one above the other in the groove, each with a special one Collector are performed and their turning zones as a result of a displacement of the brushes of the two collectors in opposite directions out of the neutral zone are spatially offset from one another, to be improved in that the two armature windings are arranged one above the other in the same armature slots and each winding has its own, assigned to the other also offset turning field in the circumferential direction is. A major disadvantage of this known arrangement is the particularly wide Turning Pole to see. These are so wide that both turning zones are covered. You also need a different shape from the usual, so that the air gap is graduated across the pole arc in such a way that each winding is in an appropriate Wendefeld commutes. The winding parts that are currently in the commutation lie in different grooves of the anchor. According to the known arrangement can two independent, adjacent reversing poles can also be provided. In each The trap, however, is the pole arc stressed on the machine circumference for the reversing poles so large that little space remains for the main pole impact of the armature and the Machine is being used extremely poorly.

Auch ist es bekanntgeworden, eine Kompensierung zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen mit zwei in den Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen dadurch zu erreichen, daß außer den üblichen Wendepolen (Hauptwendepolen) Zusatzwendepole vorhanden sind, welche in der äußeren Ankerwicklung eine Spannung induzieren, die der von den Hauptwendepolen induzierten Spannung entgegengerichtet ist.It has also become known to provide a compensation to improve the Commutation of double collector machines with two superimposed in the grooves Armature windings can be achieved by the fact that in addition to the usual reversing poles (main reversing poles) Additional reversing poles are present, which generate a voltage in the outer armature winding induce the opposite of the voltage induced by the main reversing poles is.

Hierbei liegt also der magnetische Rückschluß unterhalb der Wickelköpfe der äußeren Ankerwicklung, also zwischen dieser und der inneren. Dadurch ist es sehr schwierig, ihn fest zu lagern. Außerdem ist es in unerwünschter Weise notwendig, die Spulen der inneren Ankerwicklung radial nach innen abzukröpfen, um Raum für den vorwiegend als lamellierter Ring ausgebildeten Rückschluß zu schaffen.In this case, the magnetic yoke is below the end windings the outer armature winding, i.e. between this and the inner one. Through this is it is very difficult to hold it firmly. In addition, it is undesirably necessary the coils of the inner armature winding radially inward to create space for to create the conclusion, which is mainly designed as a laminated ring.

Da die von den Zusatzwendepolen bei der genannten, bekannten Anordnung erzeugte Spannung in entgegengesetzter Richtung zu der von den Hauptwendepolen induzierten Spannung liegt, ist es notwendig, daß die von letzteren erzeugte Spannung insgesamt höher ist, als es an sich die resultierende Wendespannung erfordert.Since that of the additional reversing poles in the aforementioned, known arrangement generated voltage in the opposite direction to that induced by the main reversing poles Voltage, it is necessary that the voltage generated by the latter total is higher than the resulting turning voltage per se requires.

Alle genannten Nachteile werden bei der Anordnung nach der Erfindung dadurch vermieden, daß zur Verbesserung der Kommutierung von Doppelkollektormaschinen mit zwei in den Nuten übereinanderliegenden Ankerwicklungen, wobei außer den üblichen Wendepolen (Hauptwendepolen) Zusatzwendepole vorhanden sind, welche in eine der beiden Ankerwicklungen eine zusätzliche Spannung induzieren, die Zusatzwendepole in die innere Ankerwicklung eine Spannung induzieren, die der von den Hauptwendepolen induzierten Spannung gleichgerichtet ist.All the disadvantages mentioned are eliminated with the arrangement according to the invention thereby avoided that to improve the commutation of double collector machines with two armature windings lying one above the other in the grooves, except for the usual Wendepolen (main reversing poles) additional reversing poles are available, which in one of the Both armature windings induce an additional voltage, the additional reversing poles induce a voltage in the inner armature winding similar to that of the main reversing poles induced voltage is rectified.

Mit Rücksicht auf die Kühlluftführung werden die Zusatzwendepole zweckmäßig so angeordnet, daß die Lücken zwischen den Hauptwendepolen und den Hauptpolen frei bleiben. Diese Zusatzwendepole werden in Richtung der Motorachse und in Umfangsrichtung gegenüber der Achse der Hauptwendepole um einen geringen Betrag versetzt, so daß sie in jedem Falle genau die gleiche Ankerspule induzieren wie die Hauptwendepole. Unterhalb der Wikkelköpfe der inneren Ankerwicklung ist dabei nach einem weiteren Erfindungsgedanken ein lamellierter Ring als magnetischer Rückschluß für den Zusatzwendefluß, der lediglich die innere Ankerwicklung durchsetzen soll, angeordnet.With regard to the cooling air flow, the additional reversing poles are useful arranged so that the gaps between the main reversing poles and the main poles are free stay. These additional reversing poles are in the direction of the motor axis and in the circumferential direction offset from the axis of the main turning poles by a small amount, so that in each case they induce exactly the same armature coil as the main reversing poles. Below the winding heads of the inner armature winding is another one Invention idea a laminated ring as a magnetic return path for the additional reversing flux, which should only enforce the inner armature winding, arranged.

Die Einstellung des Luftspaltes unter den Hauptwendepolen erfolgt also so, daß der zur außenliegenden Ankerwicklung gehörende Kommutator funkenfrei arbeitet. Dann ist die innenliegende Ankerwicklung unterkompensiert. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Zusatzwendepole erzeugen nun, wie erwähnt, eine Spannung, welche in gleicher Richtung wie die von den Hauptwendepolen induzierte wirkt, und es gelingt leicht, den Luftspalt unterhalb der Zusatzwendepole so einzustellen, daß ein ausreichender Kompensationsgrad der inneren Ankerwicklung und damit ein funkenfreier Lauf des zugehörigen Kollektors bewirkt wird.The air gap under the main reversing poles is set so that the commutator belonging to the outer armature winding is spark-free is working. Then the internal armature winding is undercompensated. According to the invention Provided additional reversing poles now generate, as mentioned, a voltage which in acts in the same direction as that induced by the main turning poles, and it succeeds easy to adjust the air gap below the additional reversing poles so that a sufficient Degree of compensation of the inner armature winding and thus a spark-free running of the associated collector is effected.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher F i g. 1 die Spannung vektoriell entsprechend der eingangs erwähnten bekannten Anordnung aufzeigt, F i g. 4 eine solche nach der vorliegenden Erfindung; F i g. 2 stellt einen Längsschnitt durch eine mit erfindungsgemäßen Zusatzwendepolen ausgerüstete Doppelkollektormaschine dar, während F i g. 3 das Wicklungsschema der inneren Ankerwicklung enthält.The invention is described with reference to the drawing in which F i g. 1 the voltage vectorially corresponding to the known arrangement mentioned at the beginning shows, F i g. 4 shows one according to the present invention; F i g. 2 represents a longitudinal section through one equipped with additional reversible poles according to the invention Double collector machine, while F i g. 3 the winding scheme of the inner armature winding contains.

In den F i g. 1 und 4 sind die von den Hauptwendepolen induzierten Spannungen mit e", l und e,1, z bezeichnet, während die von den Zusatzwendepolen induzierte Spannung mit e" z bezeichnet ist. e, R ist dann die resultierende Wendespannung. Man erkennt, daß die insgesamt aufzubringende Spannung und damit die entsprechende Leistung bei der Anordnung nach der F i g. 4 entsprechend der vorliegenden Erfindung um den doppelten Betrag der Zusatzwendespannung e"z geringer ist.In the F i g. 1 and 4 are those induced by the main reversal poles Voltages with e ", l and e, 1, z, while those of the additional reversing poles induced voltage is denoted by e "z. e, R is then the resulting reversal voltage. It can be seen that the total voltage to be applied and thus the corresponding Performance in the arrangement according to FIG. 4 according to the present invention is lower by twice the amount of the additional turning voltage e "z.

In der F i g. 2 ist mit 1 und 3 die außen- bzw. innenliegende Ankerwicklung mit dem zur letzteren gehörenden Kommutator 4 bezeichnet. Dem Hauptwendepol5 ist der axial dahinterliegende Zusatzwendepol 6 zugeordnet, der, wie aus F i g. 3 hervorgeht, in tangentialer Richtung etwas verschoben ist, um die in der Kommutierung befindlichen Windungen magnetisch zu beaufschlagen. Polschuh und Polschenkel der Zusatzwendepole werden so ausgebildet, daß sich die Polschenkel mit ihren Spulen nicht vor den Pollücken des Hauptmagnetsystems befinden, damit der achsparallel gerichtete Kühlluftstrom nicht gehemmt wird. Das gesamte Wendepolsystem wird von dem Magnetgehäuse 8 getragen. Der magnetische Rückschluß für den Zusatzwendefiuß wird durch den lamellierten Ring 7 gebildet, der unterhalb der Ankerwicklung 3 angeordnet ist und gleichzeitig zusammen mit dem Flansch 9 als Wickelkopfträger dienen kann. Dabei ist die äußere Ankerwicklung 1, in Bezug auf ihre Wickelkopflänge, relativ kurz gehalten, um Raum für den Zusatzwendepol 6 zu schaffen.In FIG. 2, 1 and 3 denote the outer and inner armature winding with the commutator 4 belonging to the latter. The main turning pole 5 is assigned the additional turning pole 6 located axially behind it, which, as shown in FIG. 3 it can be seen, is shifted somewhat in the tangential direction in order to magnetically apply the turns in the commutation. The pole shoe and pole limb of the additional reversing poles are designed in such a way that the pole limbs with their coils are not located in front of the pole gaps of the main magnet system, so that the cooling air flow directed parallel to the axis is not inhibited. The entire reversible pole system is carried by the magnet housing 8. The magnetic return path for the additional reversible fiow is formed by the laminated ring 7, which is arranged below the armature winding 3 and at the same time, together with the flange 9, can serve as a winding head carrier. The outer armature winding 1 is kept relatively short in relation to its end winding length in order to create space for the additional reversing pole 6.

Die F i g. 3, welche eine Abwicklung der inneren Ankerwicklung 3 gemäß F i g. 2 aufzeigt, läßt aus den eingetragenen Pfeilrichtungen die von den Zusatzwendepolen 6 erzeugte Spannung erkennen, die mit der von den Hauptwendepolen 5 erzeugten Spannung gleichgerichtet ist. Die Zusatzwendepole 6 werden ebenfalls vom Ankerstrom oder einem ihm verhältnisgleichen Strom erregt. Die von den Zusatzwendepolen 6 beeinflußten Stäbe der anderen Schicht der Ankerwicklung liegen in dem mit 2 bezeichneten Bereich; die in ihnen durch den Zusatzwendepol6 hervorgerufenen Spannungen können somit die Vorgänge in der Kommutierungszone nicht stören.The F i g. 3, which shows a development of the inner armature winding 3 according to F i g. 2 shows, leaves from the indicated arrow directions those of the additional reversing poles 6 detect the voltage generated with the voltage generated by the main reversing poles 5 is rectified. The additional reversing poles 6 are also from the armature current or excited by a current comparable to it. The influenced by the additional reversing poles 6 Bars of the other layer of the armature winding are in the area marked 2; the voltages caused in them by the additional reversing pole 6 can thus reduce the Do not disturb processes in the commutation zone.

Die in den nachstehend genannten Patentansprüchen 2 bis 5 enthaltenen Fortbildungen des dem Anspruch 1 zugrunde liegenden Erfindungsgedankens sind nur in Verbindung mit dem Anspruch 1 zu werten.Those contained in claims 2 to 5 below Further developments of the inventive concept underlying claim 1 are only to be assessed in connection with claim 1.

Claims

Claims: 1. Arrangement to improve the commutation of Double collector machines with two armature windings lying one above the other in the grooves, in addition to the usual reversing poles (main reversing poles) there are additional reversing poles which induce an additional voltage in one of the two armature windings, d a d u r c h that the additional reversing poles in the inner armature winding induce a voltage which rectifies the voltage induced by the main reversing poles is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the pole legs the additional reversing poles are outside the pole gaps of the main magnet system.

3. Arrangement according to Claims 1 and 2, characterized in that the additional reversing poles are arranged to induce the same armature coils as the main reversing poles.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the axis of the additional reversing poles in Direction of the motor axis and in the circumferential direction with respect to the axis of the main reversing poles is offset by a small amount.

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized characterized in that below the winding heads of the inner armature winding a laminated Ring is built in as a magnetic return path for the additional coil. Into consideration Printed publications: German Patent No. 621012; German interpretation document No. 1089 464.