DE1223941B

DE1223941B - Slip ring and brushless synchronous motor

Info

Publication number: DE1223941B
Application number: DEA45390A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Faust
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1964-02-18
Filing date: 1964-03-04
Publication date: 1966-09-01

Description

Schleifring- und kollektorloser Synchronmotor Die Erfindung betrifft schleifring- und kollektorlose Synchronmotoren, welche durch umlaufende Gleichrichteranordnungen gespeist werden.Slip ring and brushless synchronous motor The invention relates to Slip-ring and brushless synchronous motors, which are driven by rotating rectifier arrangements be fed.

Um den Kollektor von Motoren zu ersparen, ist es bereits bekannt, die Motoren über Gleichrichterschaltungen zu speisen. Auch über Umrichtereinrichtungen gespeiste Motoren, insbesondere Asynchron- und Synchronmotoren, bei denen die Frequenz geändert wird, sind bekannt. Solche Motoren, insbesondere Synchronmotoren, können dann dadurch anfahren, daß die Frequenz von Null allmählich nach oben geregelt wird. Bei Asynchronmotoren besitzt der Läufer eine in der Regel in sich geschlossene Wicklung, so daß Schleifringe nicht erforderlich sind. Da auch das Anfahren über die Gleichrichterspeisung erfolgt, ist dadurch auch kein Anlaßwiderstand erforderlich. Bei Synchron- oder Gleichstrommotoren muß die Erregerwicklung aus einem Gleichstromnetz gespeist werden. Ordnet man nun die Hauptwicklung am Stator an, so ist es erforderlich, über Schleifringe die Erregerspannung zuzuführen. Um auch diese zu ersparen, ist es bekannt, auf der Welle einen Gleichstrom-Generator anzubringen, der sich mit dem Motor mitdreht.To save the collector of motors, it is already known to feed the motors via rectifier circuits. Also via converter devices powered motors, especially asynchronous and synchronous motors, in which the frequency is changed are known. Such motors, in particular synchronous motors, can then start by gradually regulating the frequency upwards from zero. In asynchronous motors, the rotor usually has a self-contained winding, so that slip rings are not required. There is also the start-up via the rectifier supply takes place, no starting resistor is required. With synchronous or For direct current motors, the excitation winding must be fed from a direct current network. If you now arrange the main winding on the stator, it is necessary to use slip rings to supply the excitation voltage. In order to save this too, it is known to use the Shaft to attach a direct current generator, which rotates with the motor.

Solche Generatoren sind auch als Asynchrongeneratoren ausgeführt worden, deren Ständerwicklung unmittelbar an das Drehstromnetz angeschlossen ist und deren Läuferwicklung über Gleichrichter die Erregerwicklung des Synchronmotors speist. Hierdurch entsteht aber der Nachteil, daß die erzeugte Spannung dieses Wellengenerators sich mit der Drehzahl ändert und daß beim Stillstand bzw. bei Neundrehzahl nur geringe Spannungen vorhanden sind.Such generators have also been designed as asynchronous generators, whose stator winding is directly connected to the three-phase network and whose The rotor winding feeds the field winding of the synchronous motor via a rectifier. However, this has the disadvantage that the generated voltage of this wave generator changes with the speed and that at standstill or at nine speeds only slightly There are tensions.

Damit auch bei synchronem Lauf zwischen dem Erregergenerator und der Synchromnaschine eine Spannung entsteht, hat man die Umlaufgeschwindigkeit des Feldes beün Erregergenerator von der des Hauptmotors abweichen lassen. Man erreicht hierdurch aber immer noch nicht, daß die Spannung für alle Drehzahlen konstant gehalten wird.So even with synchronous running between the exciter generator and the Synchromachine a voltage arises, one has the speed of rotation of the field Let the exciter generator deviate from that of the main motor. One achieves through this but still not that the voltage is kept constant for all speeds.

Die Möglichkeit, unabhängig von der Drehzahl eine konstante Frequenz zu erhalten, ist an sich bekanntgeworden, indem zwei Generatoren in Kaskade geschaltet werden, welche gegensinnig umlaufende Drehfelder im Läufer besitzen.The possibility of a constant frequency regardless of the speed to obtain has become known per se by connecting two generators in cascade which have rotating fields rotating in opposite directions in the rotor.

Als bekannt ist ferner die Verwendung antiparalleler, teilweise gesteuerter Gleichrichter anzusehen, die eine Veränderung der Spannungen oder Ströme ermöglichen. Um nun die erwähnten Nachteile, also die Veränderung der Spannungshöhe von der Drehzahl, zu beseitigen, wird in Verbindung mit einem schleifring- und kollektorlosen Synchromnotor, dessen Statorwicklung über eine Frequenzsteuerungseinrichtung aus einem Drehstromnetz, und dessen Rotorwicklung durch aus dem Drehstromnietz erregte Asynchrongeneratoren über sich mit dem Rotor mitdrehende Qleichrichteranordnungen. gespeist werden, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf der Motorwelle die Läufer zweier Asynchrongeneratoren an-m gebracht sind, das erzeugte Drehfeld des einen Generators entgegengesetzt dem des anderen Generators ist, die Läufer dieser beiden Wellengeneratoren mit je einer Gleichrichteranordnung verbunden sind und die Reihenschaltung der Gleichrichteranordnungen an die Erregerwicklung des zu speisenden Motors angeschlossen ist.Also known is the use of anti-parallel, partially controlled rectifiers which allow the voltages or currents to be changed. In order to eliminate the disadvantages mentioned, i.e. the change in the voltage level from the speed, in connection with a slip ring and commutatorless synchromotor, its stator winding via a frequency control device from a three-phase network, and its rotor winding through asynchronous generators excited from the three-phase rivet Rectifier arrangements rotating with the rotor. are fed, proposed according to the invention that the rotors of two asynchronous generators are attached to the motor shaft, the rotating field generated by one generator is opposite to that of the other generator, the rotors of these two wave generators are each connected to a rectifier arrangement and the series connection of the rectifier arrangements is connected the excitation winding of the motor to be fed is connected.

In der Figur ist die Schaltung einer solchen Anordnung dargestellt. Mit 1 ist die Statorwicklung einer Synchronmaschine bezeichnet. Die zugehörige Erregerwicklung ist mit 4 angegeben. Sie ist auf dem Rotor der Maschine befestigt. Die Statorwicklung wird über eine bekannte Umrichtereinrichtung 3 gespeist. Diese ist so geschaltet, daß sie eine veränderliche Frequenz erzeugt und daß mit wachsender Frequenz der Motor angefahren werden kann. Hierzu ist es aber notwendig, daß die Erregerwicklung 4 von Anfang an eine Spannung erhält. Dies wird dadurch erreicht, daß auf der Welle des Motors zwei Wellengeneratoren angeordnet sind. Die Erregerwicklungen dieses Wellengenerators sind mit 5 für den ersten und mit 6 für den zweiten Generator bezeichnet. Sie sind auf der Statorseite angebracht. Sie werden aus dem Wechselstromnetz 7 gespeist. Es handelt sich also um einen Asynchron-Generator. Um eine Feldschwächung zu ermöglichen, sind noch die Gleichrichter 8, die in Antiparallelschaltüfig angeordnet sind, vorgesehen. Die Feldschwächung kann durch die Gittersteuerung dieser Gleichrichter bewirkt werden.In the figure, the circuit of such an arrangement is shown. 1 with the stator winding of a synchronous machine is referred to. The associated excitation winding is indicated by 4. It is attached to the rotor of the machine. The stator winding is fed via a known converter device 3. This is switched in such a way that it generates a variable frequency and that the motor can be started with increasing frequency. For this, however, it is necessary that the excitation winding 4 receives a voltage from the start. This is achieved in that two wave generators are arranged on the shaft of the motor. The excitation windings of this wave generator are denoted by 5 for the first and 6 for the second generator. They are attached to the stator side. They are fed from the alternating current network 7. So it is an asynchronous generator. In order to enable a field weakening, the rectifiers 8, which are arranged in anti-parallel connection, are also provided. The field weakening can be brought about by the grid control of these rectifiers.

In den beiden Generatoren werden auf der Rotorseite zwei entgegengesetzte Drehfelder erzeugt. Der eine Generator besitzt die Rotorwicklungen9, der andere die Rotorwicklungen 10. In die-Wicklungen 9, die dem Wellengenerator entsprechen, der ein Drehfeld besitzt, das mit der Drehrichtung des Rotors gleichlaufend ist, entsteht eine Frequenz, die bei voller Drehzahl Null und bei Stillstand den höchsten Wert besitzt. In den Wicklungen 10 des anderen Wellengenerators, bei dem das Drehfeld entgegengesetzt der Drehrichtung läuft, entsteht eine. Frequenz, die der Summe der-Frequenz des Drehfeläs und der Drehfrequenz des Motors entspricht. Beide in den Wellengeneratoren erzeugten Spannungen werden nun über eine Gleichrichterschaltung hintereinandergeschaltet. Hieidurch entsteht eine,Ausgängsspannung, die unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors ist. Damit erhält die Erregerwicklung 4 der Hauptmaschine eine Spannung, die unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung ist. Auch bei Stillstand ist dann bereits die, volle Spannung vorhanden.Two opposing rotating fields are generated in the two generators on the rotor side. One generator has the rotor windings 9, the other the rotor windings 10. In the windings 9, which correspond to the wave generator, which has a rotating field that is concurrent with the direction of rotation of the rotor, a frequency is created that is zero at full speed and at standstill has the highest value. In the windings 10 of the other wave generator, in which the rotating field runs opposite to the direction of rotation, a. Frequency that corresponds to the sum of the frequency of the Drehfeläs and the rotational frequency of the motor. Both voltages generated in the wave generators are now connected in series via a rectifier circuit. This creates an output voltage that is independent of the speed and direction of rotation of the motor. The excitation winding 4 of the main machine thus receives a voltage that is independent of the speed and the direction of rotation. Even at a standstill , the full voltage is then already present.

Macht man nun die Polzahl des Wellengenerators kleiner ' als die des Motors, so wird die Drehfrequenz des Motors gegenüber der Umlauffrequenz des Drehfeldes ]dein bleiben. Dies hat noch den Vorteil, daß der Schwankungsbereich der Spannung des Wellengenerators ebenfalls gering bleibt. Jeder Wellengenerator braucht dann nur etwas größer als für die halbe Erregerleistung dünensioniert zu werden..Do you now the number of poles of the wave generator is less' than that of the motor, the rotation frequency of the motor in relation to the rotational frequency of the rotating field] will remain yours. This also has the advantage that the fluctuation range of the voltage of the wave generator also remains small. Each wave generator then only needs to be thinned a little larger than for half the excitation power.

Die Erregung der Wellengeneratoren kann man durch Feldschwächung mit Hilfe- der Gleichrichteranordnung 8 steuern.The excitation of the wave generators can be controlled by weakening the field with the aid of the rectifier arrangement 8.

# Man kann auch die Ständerwicklung der Wellengeneratoren nicht unmittelbar aus einem Drehstromnetz, sondern über eine Umrichterschaltung speisen, mit deren Hilfe die Wechselspannung verändert werden kann. Dies ist in der Abbildung nicht gezeichnet. Diese Einspeisungsart besitzt aber insbesondere bei Bahnanlagen Vorteile. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung immer eine Erregerspannung für den Motor vorhanden ist.# The stator winding of the wave generators cannot be seen directly either feed from a three-phase network, but via a converter circuit, with their Help the AC voltage can be changed. This is not in the picture drawn. However, this type of feed has advantages, particularly in the case of railway systems. The advantage of the arrangement according to the invention is that it is independent of the speed and the direction of rotation there is always an excitation voltage for the motor.

Claims

'Whose stator winding are fed via a frequency control means consists of a three-phase mains and whose rotor winding by excited from the three-phase network asynchronous over with the rotor corotating rectifier arrangements 1. slip ring and brushless synchronous motor, wherein d a d u rch, that on the motor shaft, the rotor: the claims two asynchronous generators are attached, the rotating field generated by one generator is opposite to that of the other Geneneratom P rator, the rotors of these two wave generators are each connected to a rectifier arrangement and the series connection of the rectifier arrangements is connected to the excitation winding of the motor to be fed .

2. slip ring and brushless synchronous motor according to claim 1, characterized in that the number of poles of the wave generators is smaller than that of the motor to be fed. 3. Slip ring and brushless synchronous motor according to claim 1, characterized in that the stator windings of the shaft generators are connected to converters in anti-parallel connection, of which at least the converters of one direction are controlled. 4. slip ring and brushless synchronous motor hach claim 1, characterized in that the stator windings of the Wellengeneratcfren are fed via a three-phase converter of variable alternating voltage. Documents considered: German Patent No. 502 811; French Patent No. 1305,513; U.S. Patent Nos. 2,497,141, 2,992,380 ; Siemens-Zeitschrift, 1963, p. 660; Proceedings of the IEE, Paper 3912 U, January 1962, p. 441.