DE1268717B

DE1268717B - Arrangement for feeding the excitation winding of state-excited commutator machines with slip frequency

Info

Publication number: DE1268717B
Application number: DE19641268717
Authority: DE
Inventors: Dr Hermann Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-05-22
Filing date: 1964-05-22
Publication date: 1968-05-22

Description

Anordnung zur Speisung der Erregerwicklung von ständererregten Stromwendermaschinen mit Schlupffrequenz Es ist schon lange üblich, die Erregerwicklung von ständererregten Stromwender-Schlupfmaschinen der Bauart Siemens-Lydall bzw. Scherbius mit eingeprägten Strömen in sogenannter Stromschaltung zu speisen, um den nachteiligen Einfluß des mit der Schlupffrequenz veränderlichen Blindwiderstandes dieser Erregerwicklung auf Betrag und Richtung der von der Stromwender-Schlupfmaschine erzeugten Spannung zu beseitigen, durch die Drehzahl und Leistungsfaktor von Asynchronmaschinen, z. B. bei Netzkupplungsumformern gesteuert werden. Eine bekannte Schaltung verwendet als eingeprägten Strom den Strom einer großen Drosselspule, die vom gleichen Netz wie die Asynchronmaschine gespeist wird, und führt ihn über steuerbare Stromwandler, z. B. Doppeldrehwandler, in gegeneinander um 90° verschobenen, steilbaren Anteilen den Schleifringen des Erregerfrequenzwandlers zu. Steilbare Doppeldrehwandler sind aufwendig und teuer und erfordern außerdem bei selbsttätigem Betrieb aufwendige Öldruckregler. Auch der verhältnismäßig große Blindleistungsbedarf der Doppeldrehwandler ist nachteilig.Arrangement for supplying the excitation winding of stator-excited commutator machines with slip frequency It has long been customary to use the excitation winding of stator-excited Commutator slip machines of the type Siemens-Lydall or Scherbius with embossed To feed currents in so-called current circuit in order to reduce the adverse influence of the with the slip frequency variable reactance of this excitation winding the amount and direction of the voltage generated by the commutator slip machine to eliminate by the speed and power factor of asynchronous machines, z. B. be controlled in network coupling converters. A known circuit is used as impressed current the current of a large inductor that comes from the same network how the asynchronous machine is fed and leads it via controllable current transformers, z. B. double rotary converter, in mutually offset by 90 °, steep proportions the slip rings of the excitation frequency converter. Inclined double rotary converters are complex and expensive and also require complex in automatic operation Oil pressure regulator. Also the relatively large reactive power requirement of the double rotary converters is disadvantageous.

Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 972 479 eine Anordnung zur Speisung der Erregerwicklung von ständergespeisten Stromwendermaschinen mit eingeprägten Strömen von Schlupffrequenz mit Hilfe eines Stromwender-Frequenzwandlers bekannt, bei der keine Doppeldrehwandler verwendet sind. Die Stromwendermaschine besitzt zwei Erregerwicklungen, die jeweils an zwei gegenläufig steilbaren Bürstenträgern des Frequenzwandlers angeschlossen sind. Beide Erregerwicklungen werden mit je einem eingeprägten Strom von gleichbleibendem Betrag gespeist. Durch die Drehung der beiden Bürstenträger wird lediglich die Richtung der Ströme in beiden Erregerwicklungen so geändert, daß sie z. B. in der Mittelstellung der Bürstenbrücken gleichphasig sind und ihre Durchflutung sich in der Schlupfmaschine gegenseitig aufhebt. Gleichwohl führen die beiden Erregerwicklungen bei allen Bürstenstellungen den vollen Nennstrom und müssen die ihm entsprechenden Verluste abführen. Außerdem müssen in jeder Erregernut beide Wicklungen vorhanden sein, wodurch die Herstellung dieser Wicklungen und ihrer Schaltverbindungen schwierig ist.Furthermore, from the German patent specification 972 479 is an arrangement for supplying the excitation winding of stator-fed commutator machines with impressed currents of slip frequency with the help of a commutator frequency converter known, in which no double rotary converters are used. The commutator machine has two excitation windings, each on two brush holders that can be steepened in opposite directions of the frequency converter are connected. Both excitation windings are each with one impressed current of a constant amount. By rotating the two The brush holder is just the direction of the currents in both excitation windings changed so that they z. B. in phase in the middle position of the brush bridges and their flow cancel each other out in the hatching machine. Nevertheless the two excitation windings carry the full rated current in all brush positions and must pay the corresponding losses. Also must be in each exciter groove both windings be present, thereby making these windings and theirs Switching connections is difficult.

Eine andere Anordnung zur Erregung eines Drehstromregelsatzes mit ständererregter Hintermaschine über einen Frequenzwandler in Stromschaltung zeigt die deutsche Patentschrift 937 964. Bei dieser Anordnung hat die Stromwendermaschine nur eine Erregerwicklung, von der jeder Wicklungsanschluß an zwei parallelgeschaltete Stromwenderfrequenzwandlerbürsten angeschlossen ist, von denen sich die eine auf dem einen und die andere auf dem anderen Bürstenträger befindet. Zur Regelung des Erregerstromes hat diese Anordnung zwei Stromwender-Frequenzwandler für die halbe Erregerleistung, deren Bürstenträger parallel geschaltet sind und gegenläufig verstellt werden. Dadurch führt die Erregerwicklung der Schlupffrequenz nur den zum jeweiligen Schlupf gehörenden Erregerstrom und hat entsprechend niedrige Verluste. Weil jedoch das Potential der Wicklungen der Stromwender-Frequenzwandler durch die Parallelschaltung der Bürstenträger festgelegt ist, können die Schleifringe der Stromwender-Frequenzwandler nicht ebenfalls parallel geschaltet werden, sondern werden über die Zweitwicklung eines zusätzlichen Stromwandlers in Reihe geschaltet, durch den die beiden Anker mit dem gleichen eingeprägten Strom gespeist werden.Another arrangement for exciting a three-phase current control set with shows the stator-excited rear machine via a frequency converter in current circuit the German patent specification 937 964. In this arrangement, the commutator machine only one excitation winding, of which each winding connection is connected to two parallel-connected Commuter frequency converter brushes is connected, one of which is on one and the other on the other brush holder. To regulate the Excitation current, this arrangement has two commutator frequency converters for half Excitation power whose brush holders are connected in parallel and adjusted in opposite directions will. As a result, the excitation winding of the slip frequency only leads to the respective one Excitation current belonging to slip and has correspondingly low losses. Because however the potential of the windings of the commutator frequency converters through the parallel connection the brush holder is fixed, the slip rings of the commutator frequency converter are not also connected in parallel, but are via the secondary winding an additional current transformer connected in series through which the two armatures be fed with the same impressed current.

Durch die Erfindung wird der bei einer derartigen Erregungsanordnung erforderliche Aufwand herabgesetzt. Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Speisung der Erregerwicklung von ständererregten Stromwendermaschinen mit Schlupffrequenz über einen mit zwei drehbaren Bürstenträgern versehenen Stromwender-Frequenzwandler, dessen Schleifringen eingeprägte Ströme in Stromschaltung zugeführt werden und bei der jeder Wicklungsstrang der Erregerwicklung der Stromwendermaschine an zwei Stromwenderbürsten des Frequenzwandlers angeschlossen ist, von denen sich die eine auf dem einen und die andere auf dem anderen Bürstenträger befindet, wobei der dem Stromwender des Frequenzwandlers entnommene Erregerstrom durch gegensinniges Drehen der Bürstenträger bei gleichbleibender Richtung in seinem Betrag und durch gleichsinniges Drehen der Bürstenträger bei gleichbleibendem Betrag in seiner Richtung geändert wird. Gemäß der Erfindung besitzt die Stromwendermaschine nur eine Erregerwicklung, von der jeder Wicklungsanschluß an zwei auf verschiedenen Bürstenträgern befindlichen, parallelgeschalteten Bürsten des Frequenzwandlers angeschlossen ist.With such an excitation arrangement, the invention required effort reduced. The invention relates to an arrangement for feeding the excitation winding of stator-excited commutator machines with slip frequency via a commutator frequency converter with two rotating brush holders, whose slip rings impressed currents are supplied in current circuit and at of each winding strand of the excitation winding of the commutator machine on two commutator brushes of the frequency converter is connected, one of which is on the one and the other is on the other brush holder, the commutator of the Frequency converter removed Excitation current by turning in the opposite direction the brush holder with constant direction in its amount and by the same direction The direction of the brush holder is changed while the amount remains the same will. According to the invention, the commutator machine has only one excitation winding, of which each winding connection is located on two different brush holders, brushes of the frequency converter connected in parallel.

Bei dieser Anordnung führt jede Bürste einen eingeprägten Strom von gleichbleibendem Betrag, dessen Richtung vom Winkel zwischen der Lage der beiden Bürstenbrücken auf dem Stromwender abhängt. Die Erregerwicklung führt dagegen, da sie von den Strömen eines Bürstenpaares gespeist wird, die geometrische Summe beider Ströme, die sich jeweils nach Betrag und Richtung ändert, so daß nur der zum jeweiligen Schlupf gehörende Erregerstrom vorhanden ist und entsprechend niedrige Verluste entstehen.With this arrangement, each brush carries an impressed current of constant amount, the direction of which depends on the angle between the location of the two Depends on the brush bridges on the commutator. The excitation winding, on the other hand, leads there it is fed by the currents of a pair of brushes, the geometric sum of both Currents that change in magnitude and direction, so that only the one to the respective Excitation current associated with slip is present and correspondingly low losses develop.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung fließt in der sogenannten Durchmesserstellung der Bürsten der aus einer Bürste des einen Bürstenträgers austretende Strom in die entsprechende Bürste des anderen hinein, und der Stromwender ist dadurch kurzgeschlossen. Der Strom in der Erregerwicklung ist Null. Sind beide Bürstenträger um je 90° einander entgegengedreht, so befinden sich beide Bürsten an der gleichen Stelle des Stromwenders. Beide Bürsten führen den gleichen Strom, der als algebraischer Summenstrom der Erregerwicklung zufließt. Zwischen diesen beiden Grenzstellungen wird der Erregerstrom als geometrische Summe der beiden Bürstenströme gebildet, der in der Durchmesserstellung zu Null wird und beim Weiterdrehen der Bürstenbrücken in entgegengesetzter Richtung wieder anwächst.In the arrangement according to the invention flows in the so-called diameter position of the brushes the current emerging from a brush of the one brush holder into the corresponding brush of the other, and the commutator is short-circuited. The current in the field winding is zero. Are both brush holders at 90 ° to each other turned in the opposite direction, both brushes are in the same place on the commutator. Both brushes carry the same current, which is the algebraic total current of the field winding flows in. Between these two limit positions, the excitation current is considered to be geometric Sum of the two brush currents formed, that in the diameter position to zero and when you continue to turn the brush bridges in the opposite direction again grows.

Die Zeichnungen lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In F i g. 1 bezeichnet 1 eine Asynchronmaschine., die durch die ständererregte Stromwendermaschine 2 nach Drehzahl und Leistungsfaktor gesteuert wird. Der Frequenzwandler 3 wird an seinen Schleifringen über die große Drosselspule 4 und den Isolierwandler .5 mit einem eingeprägten Strom gespeist. Am Stromwender sind zwei stellbare Bürstenträger vorhanden; die obere Bürste soll zum einen und die untere Bürste zum anderen Bürstenträger gehören. Beide Bürsten sind, wie dargestellt, parallel geschaltet und an eine Phase der Erregerwicklung angeschlossen. Das gleiche gilt für die beiden anderen nicht dargestellten Phasen, wie aus F i g. 2 hervorgeht.The drawings show the idea of the invention better. In F i g. 1 denotes 1 an asynchronous machine., Which by the stator-excited commutator machine 2 is controlled according to speed and power factor. The frequency converter 3 is on his slip rings over the large choke coil 4 and the isolation converter .5 with fed by an impressed current. There are two adjustable brush holders on the commutator available; the upper brush should be on the one hand and the lower brush on the other should be the brush holder belong. As shown, both brushes are connected in parallel and on one phase connected to the excitation winding. The same is not true of the other two phases shown, as shown in FIG. 2 emerges.

Die Wirkungsweise ist aus F i g. 3 ersichtlich, die schematisch die räumliche Anordnung der Bürsten x und u auf dem Stromwender zeigt. Diesen Stellungen entsprechen jeweils die vom gedachten Mittelpunkt MP ausgehenden, eingezeichneten Erregerstromanteile MPu, MPul usw. F i g. 4 zeigt die Bildung der geometrischen Summe aus diesen Erregerstromanteilen bei den einzelnen Stellungen, ausgehend vom Punkt 0.The mode of operation is shown in FIG. 3 can be seen, which schematically shows the spatial arrangement of the brushes x and u on the commutator. The illustrated excitation current components MPu, MPul, etc., proceeding from the imaginary center point MP, correspond to these positions. 4 shows the formation of the geometric sum from these excitation current components in the individual positions, starting from point 0.

Stehen beide Bürsten genau auf einem Durchmesser (Lage u-x), so sind sie in der Nullstellung, und der eingeprägte Strom kommt z. B. aus der Bürste u heraus und fließt in die Bürste x hinein. Der in der Erregerwicklung fließende gelieferte Erregerstrom entspricht der geometrischen Summe und ist in diesem Fall gleich Null. Ändert man. die Lage der Bürsten, so erhält man für die in F i g. 3 mit ux und x1 bezeichnete Stellung als Erregerstrom die geometrische Summe 0 ui -I- ui x1 = O x, (s. lr' i g. 4).If both brushes are exactly on the same diameter (position ux), they are in the zero position, and the applied current comes e.g. B. out of the brush u and flows into the brush x . The excitation current flowing in the excitation winding corresponds to the geometric sum and in this case is equal to zero. One changes. the position of the brushes, one obtains for the in FIG. 3 position marked with ux and x1 as excitation current the geometric sum 0 ui -I- ui x1 = O x, (see Ir 'i g. 4).

Für die Stellung der Bürsten bei u2 und x2 ergibt sich die geometrische Summe 0 u2 -h u2 x2 = 0 x2. Stehen die Bürsten auf dem Stromwender nebeneinander, Stellung u3 x3, so wird der größte Erregerstrom geliefert, nämlich die geometrische Summe 0 u3+u3 x3 = 0x3.For the position of the brush at u2 and x2, the geometric sum 0 -h u2 u2 x2 = 0 x2 yields. If the brushes are next to each other on the commutator, position u3 x3, the greatest excitation current is delivered, namely the geometric sum 0 u3 + u3 x3 = 0x3.

Ströme entgegengesetzter Richtung erhält man, wenn man die Bürstenbrücken, von u und x ausgehend, nach der entgegengesetzten Richtung dreht.Currents in the opposite direction are obtained when the brush bridges are rotated in the opposite direction, starting from u and x.

Die Strecken 0ui+uixi; 0u2+u2X2 usw. sind sowohl ein Maß für den Strom als auch für die wirksame Windungszahl der Stromwenderwicklung des Erregerfrequenzwandlers gegenüber der Erregerwicklung. Wenn man die beiden Bürstenträger nach der gleichen Richtung dreht, behält der dem Stromwender entnommene Strom seinen Betrag bei und ändert nur die Richtung, so daß man nicht nur auf die Drehzahl, sondern auch auf den Leistungsfaktor der Asynchronmaschine einwirken kann.The lines 0ui + uixi; 0u2 + u2X2 etc. are both a measure of the current as well as for the effective number of turns of the commutator winding of the excitation frequency converter compared to the excitation winding. If you look at the two brush holders after the same Direction rotates, the current drawn from the commutator retains its amount and only changes the direction so that you not only look at the speed, but also at the power factor of the asynchronous machine can act.

In F i g. 5 ist noch gezeigt, wie man die beiden Bürstenträger mit Hilfe der beiden Differentialgetriebe 6 und 7 in der richtigen Weise verstellen kann. Die eine Welle des Differentialgetriebes 6 führt zum einen Bürstenträger, z. B. zu dem mit den Bürsten u, v, w, das Differentialgetriebe 7 zum anderen Bürstenträger mit den Bürsten x, y, z. Beide Getriebe sind über Winkelgetriebe mit den Motoren 8 und 9 gekuppelt. Die Anordnung wirkt so, daß bei zunächst stillstehendem Motor 9 der Motor 8 die beiden Bürstenträger gegensinnig verstellt und damit den Betrag des Stromwenderstroms ändert. Er kann z. B. vom Drehzahlregler gesteuert werden. Der Motor 9 dreht dagegen bei stillstehendem Motor 8 die beiden Bürstenträger im gleichen Sinn und kann vom Leistungsfaktorregler gesteuert werden. Die Asynchronmaschine kann dadurch im gewünschten Sinn gesteuert werden.In Fig. 5 shows how to use the two brush holders Adjust with the help of the two differential gears 6 and 7 in the correct way can. One shaft of the differential gear 6 leads to a brush holder, z. B. to the one with the brushes u, v, w, the differential gear 7 to the other brush holder with the brushes x, y, z. Both gears are via angular gears with the motors 8 and 9 coupled. The arrangement works so that when the engine is initially at a standstill 9 the motor 8 adjusts the two brush holders in opposite directions and thus the amount the commutator current changes. He can z. B. can be controlled by the speed controller. The motor 9, on the other hand, rotates the two brush holders in the stationary motor 8 same sense and can be controlled by the power factor controller. The asynchronous machine can thereby be controlled in the desired sense.

Claims

Claims: 1. Arrangement for feeding the excitation winding of stator-excited commutator machines with slip frequency via one with two rotatable ones Brush holders provided with commutator frequency converters, whose slip rings are embossed Currents are supplied in a current circuit in which each phase of the winding is the field winding of the commutator machine is connected to two commutator brushes of the frequency converter one of which is on one brush holder and the other on the other and the excitation current taken from the commutator of the frequency converter through opposite rotation of the brush holder with constant direction in its amount and by rotating the brush holder in the same direction while maintaining the same amount in its direction is changed, so that the Commuter machine has only one field winding, each winding connection of which at two brushes connected in parallel on different brush holders of the frequency converter is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the two brush holders each have a differential gear of two servomotors are driven in such a way that they are driven in opposite directions by one motor and by the other adjusted in the same direction. Publications considered: German Patent Specifications No. 937 964, 972 479.