DE170990C

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Publication number: DE170990C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Es ist vielfach erwünscht, aus ein und derselben Wechselstrommaschine Strom verschiedener Frequenz entnehmen zu können, beispielsweise zum Betriebe von Motoren, die mit wechselnder Umdrehungszahl arbeiten sollen, oder um beim gleichzeitigen Betriebe von Motoren und elektrischen Beleuchtungskörpern die den verschiedenen Betriebsbedingungen tunlichst angepaßten StromfrequenzenIt is often desirable to have different currents from one and the same alternating current machine To be able to infer the frequency, for example to operate motors that work with a changing number of revolutions should, or around when operating motors and electric lighting fixtures at the same time the current frequencies adapted as closely as possible to the various operating conditions

ίο zu erhalten usw. Es sind deshalb mehrfach Vorschläge aufgetaucht für elektrische Maschinen, die der Bedingung gleichzeitiger Entnahme von Strom verschiedener Frequenz genügen sollen. So sind u. A. in den deutsehen Patentschriften 127792, 128406, 131550 und 131677 Einrichtungen beschrieben, welche die Aufgabe lösen unter Anwendung einer einzigen induzierten Wicklung eines Generators oder Umformers und zweier induzierender Wicklungen. Nachfolgend ist nun eine neue Ausgestaltung von Wechselstromgeneratoren beschrieben, die, wie sich zeigen wird, die Erzeugung und Regelung von Strömen verschiedener Frequenz in wesentlich weiteren Grenzen unabhängig voneinander gestattet, als die bisher bekannten.ίο to receive, etc. There are therefore multiple Proposals surfaced for electrical machines that meet the condition concurrently Withdrawal of electricity of different frequency should be sufficient. So are among others in the German Patents 127792, 128406, 131550 and 131677 describe devices which accomplish the task using a single induced winding of a generator or converter and two inductive windings Windings. Now, the following is a new design of alternators described, which, as will be shown, the generation and regulation of currents of different frequencies in much further Limits are allowed independently of one another than those previously known.

Zu dem Zweck erhält der Generator mehrere voneinander vollständig unabhängige induzierte Wicklungen verschiedener Polzahl, die in denselben Nuten des Ankers untergebracht werden. Diese Ankerwicklungen dienen zur Erzeugung der Wechselströme verschiedener Frequenz und weiden induziert von einem gemeinschaftlichem Feldmagnetsystem, dessen Wicklung "und Erregung so eingerichtet ist, daß es zur gleichzeitigen Induzierung der voneinander unabhängigen Ankerwicklungen verschiedener Polzahl geeignet ist.For this purpose, the generator receives several completely independent induced ones Windings with different numbers of poles housed in the same slots in the armature will. These armature windings are used to generate alternating currents of different frequencies and are induced of a common field magnet system, its winding "and excitation like that it is set up to induce the simultaneous independent of each other Armature windings with different numbers of poles is suitable.

Ein solches Feldmagnetsystem kann am einfachsten in der Form eines Grammeringes (Fig. 1) gedacht werden, der, wie zunächst angenommen werden soll, mit mehreren unabhängigen geschlossenen Wicklungen bekannter Art versehen ist. Wäre dieses Feldmagnetsystem beispielsweise einzurichten für einen Generator mit zwei verschiedenen induzierten Wicklungen, von denen die eine zweipolig, die andere achtpolig geschaltet ist, entsprechend einem Frequenzverhältnis der induzierten Ströme von 1:4, so würde die Erregung des Feldmagnetsystems für die zweipolige Ankerwicklung durch Anlegeneiner Gleichstromquelle an die einander gegenüber liegenden Punkte I und II der Wicklung JP₁ erfolgen. Bei dieser Erregung bilden sich zwei Pole im Feldmagnetsystem aus, deren Achse durch die Anschlußpunkte I und II der Wicklung geht. Beim Umlauf des so erregten Feldmagnetsystems wird nun aber lediglich die zweipolige Ankerwicklung des Generators induziert, während sich be-Such a field magnet system can most simply be thought of in the form of a gram ring (FIG. 1) which, as will be assumed first, is provided with several independent closed windings of a known type. If this field magnet system were to be set up, for example, for a generator with two different induced windings, one of which is two-pole, the other eight-pole, corresponding to a frequency ratio of the induced currents of 1: 4, the field magnet system for the two-pole armature winding would be excited by applying a direct current source take place at the opposite points I and II of the winding JP ₁ . With this excitation, two poles form in the field magnet system, the axis of which goes through the connection points I and II of the winding. When the field magnet system excited in this way, however, only the two-pole armature winding of the generator is induced, while

kanntlich die Induktionen auf die verschiedenen Abteilungen der achtpoligen Wicklung gegenseitig aufheben.As is well known, the inductions on the various sections of the eight-pole winding cancel each other out.

Das Umgekehrte gilt für die Ankerwicklungen mit zwei Polen, wenn an den acht Anschlußpunkten ι bis 8 der Feldwicklung w_% Gleichstrom wechselnder Polarität eingeführt wird. Es bilden sich dann in dem Feldmagnetsystem acht Pole von wechselnderThe reverse applies to the armature windings with two poles, if at the eight connection points ι to 8 of the field winding w _% direct current of alternating polarity is introduced. Eight alternating poles are then formed in the field magnet system

ίο Polarität aus, deren Achsen mit den Anschlußpunkten der Wicklung zusammenfallen. Wird nun aber das Feldmagnetsystem durch die beiden Wicklungen gleichzeitig erregt, so addieren sich algebraisch die beiden magnetisehen Kraftflüsse verschiedener Polzahl, und zwar derart, daß gleichzeitig die beiden unabhängigen Ankerwicklungen des Generators ganz so induziert werden, wie vorher im Einzelnen. Das würde allerdings genau nur dann zutreffen, wenn die Permeabilität der aktiven Eisenteile konstant wäre. Durch Wahl des Sättigungsgrades hat man es indessen in der Hand/ die aus der nicht konstanten Permeabilität folgenden Abweichungen soweit erforderlich einzuschränken.ίο polarity off, their axes with the connection points coincide with the winding. But if the field magnet system is excited simultaneously by the two windings, so algebraically add the two magnetic force fluxes with different numbers of poles, and in such a way that at the same time the two independent armature windings of the generator be induced exactly as before in detail. That would only be exactly then apply if the permeability of the active iron parts were constant. By The choice of the degree of saturation is, however, in the hand / that of the non-constant Permeability to limit the following deviations as far as necessary.

An Stelle der zwei Wicklungen W₁ und W₂ des Feldmagnetsystems, die zunächst vorausgesetzt sind, kann unter Umständen auch eine einzige dienen. Denn man wird immer imstande sein, durch angemessene Wahl der Gleichstromspannungen an den Anschlußpunkten der gemeinschaftlichen Feldwicklung, durch Parallelschalten von Widerständen zu den Wicklungsabteilungen oder in anderer Weise, die Erregerströme in diesen Abteilungen so zu bemessen, daß der resultierende magnetische Kraftfluß in der Tat gleich der Summe der durch Erregung der getrennten Wicklungen entstehenden Kraftflüsse ist.Instead of the two windings W ₁ and W _{2 of} the field magnet system, which are initially a prerequisite, a single one can also be used under certain circumstances. Because one will always be able to measure the excitation currents in these compartments in such a way that the resulting magnetic flux is in fact equal to the The sum of the power flows resulting from the excitation of the separate windings is.

In ähnlicher Weise, ■ wie vorstehend für zwei bestimmte Polzahlen und Frequenzen dargestellt ist, können beliebig viele, in den gemeinschaftlichen Ankernuten untergebrachte unabhängige Wicklungen von einem gemeinschaftlichen, den verschiedenen Polzahlen entsprechend erregten Feldmagnetsysteme unabhängig voneinander induziert werden. Dabei lassen sich die Spannungen der induzierten Wicklungen unabhängig voneinander regeln, und die Ankerwicklungen können nicht nur für verschiedene Polzahlen, also für verschiedene Frequenzen, sondern auch für verschiedene Phasenzahlen eingerichtet werden. Grenzen werden nur durch die konstruktiven Bedingungen gezogen, die sich aus der Nutenzahl und anderen Einzelheiten der Ausführung ergeben.In a similar way, ■ as above for two specific numbers of poles and frequencies is shown, any number can be accommodated in the common anchor grooves independent windings from a common one, corresponding to the different number of poles excited field magnet systems are induced independently of each other. The voltages of the induced Regulate windings independently of each other, and the armature windings can not only for different numbers of poles, i.e. for different frequencies, but also for different ones Phase numbers to be established. Limits are only drawn by the structural conditions resulting from the number of slots and other details of execution.

Ein Wechselstromgenerator der beschriebenen Art kann auch in vorhandenen Anlagen als synchroner Umformer dienen, wobei die eine Ankerwicklung zur AufnahmeAn alternator of the type described can also be used in existing systems serve as a synchronous converter, with one armature winding for recording

von Leistung aus dem Netz dient, die an- ιof power from the network is used, the an- ι

deren zur Abgabe von Leistung beliebig bestimmter Spannung und Frequenz an Verbrauchskörper. 65 'their voltage and frequency to deliver power to the consumer. 65 '

Eine größere Freiheit in der Wahl derGreater freedom in the choice of

Frequenzverhältnisse und größere Wirtschaftlichkeit, sowohl hinsichtlich des Wirkungs- V grades wie der Herstellungskosten, erhält man noch, wenn man auf das vorstehend 70 j beschriebene Maschinensystem die für Asynchron- und Synchronmaschinen an sich bekannte Kaskadenschaltung anwendet. Wenn man nämlich die eine Statorwicklung S₁ (Fig. 2) an das Netz legt, die dazugehörige Phasenwicklung des Rotors r₁ mit der Statorwicklung s₂ von abweichender Polzahl verbindet und endlich die zu S₂ gehörige Rotorwick- ;■ lung r₂ mit Gleichstrom erregt, so läuft der Rotor synchron mit der in T₁ und S₂ herrsehenden Frequenz, während zwischen S₁ und T₁ die Transformierung der S₁ zügeführten Leistung auf eine entsprechend ge- ; ringere Frequenz stattfindet. Wechselstrom dieser Frequenz kann dann durch die Leitungen I dem Umformer entnommen werden. Wäre beispielsweise die zugeführte Frequenz 50, S₁ und T₁ vierpolig gewickelt, S₂ und r₂ dagegen zweipolig, so würde die Tourenzahl des Rotors 1000 in der Minute sein und die go an den Leitungen I abzunehmende Frequenz annähernd 16. ?Frequency ratios and greater economy, both in terms of efficiency and manufacturing costs, are still obtained if the cascade circuit known per se for asynchronous and synchronous machines is applied to the machine system described above. Namely, when a stator winding S by ₁ (Fig. 2) to the network, the associated phase winding of the rotor _r1 with the stator winding s ₂ connects by deviating number of poles and finally associated with S ₂ rotor coils; ■ lung r ₂ with direct current excited, the rotor runs synchronously with the _{frequency in T 1} and S ₂ , while between S ₁ and T ₁ the transformation of the S ₁ supplied power to a correspondingly low; lower frequency takes place. Alternating current of this frequency can then be taken from the converter through the lines I. If, for example, the supplied frequency were 50, S ₁ and T ₁ wound with four poles, while S ₂ and r ₂ had two poles, the number of revolutions of the rotor would be 1000 per minute and the frequency to be taken from lines I would be approximately 16.?

In Fig. 3 ist ein ausführlicheres Schema der eben besprochenen Schaltungsweise für Drehstrom dargestellt. Stator und Rotor sind durch randschraffierte Kreise angedeutet, die Phasen der Drehstromwicklungen durch ein-, zwei- und dreifache Linien unterschieden.In Fig. 3 is a more detailed schematic of the circuitry just discussed for Three-phase current shown. The stator and rotor are indicated by hatched circles, the phases of the three-phase windings are distinguished by single, double and triple lines.

Von den Verbindungsschleifen der aktiven Wicklungsteile sind am Stator nur die vorderen angegeben, am Rotor auch die auf der Rückseite (gestrichelt). Die auf der Innen- ' seite des Stators angegebene Wicklung mit den Zuleitungen I, II, III entspricht also der Statorwicklung S₁ der Fig. 2, die auf der Außenseite des Stators mit den Leitungen / nach den drei innersten Schleifringen des :Of the connection loops of the active winding parts, only the front ones are indicated on the stator, and those on the rotor also on the rear side (dashed). The winding indicated on the inside of the stator with the leads I, II, III corresponds to the stator winding S ₁ of Fig. 2, that on the outside of the stator with the lines / after the three innermost slip rings of the:

Rotors entspricht der Statorwicklung S₂. Die zum Stator und Rotor konzentrischen Kreisstücke stellen die Verbindungen der neutralen Punkte der Wicklungen dar. Der Rotor kann durch die beiden äußeren Schleifringe Gleichstrom für die hier der übersichtlichen Darstellung wegen gewählte Polwicklung erhalten. Diese Wicklung entspricht der Wicklung r₂ in Fig. 2, während die mit den freien Enden an die drei inneren Schleifringe ge- ': The rotor corresponds to the stator winding S ₂ . The circular pieces concentric to the stator and rotor represent the connections of the neutral points of the windings. The rotor can receive direct current through the two outer slip rings for the pole winding selected here for the sake of clarity. This winding corresponds to the winding r ₂ in Fig. 2, while the one with the free ends is connected to the three inner slip rings :

legte Dreiphasenwicklung des Rotors der Wicklung r₁ entspricht.put three-phase winding of the rotor corresponding to the winding r _1.

Unter Umständen kann auch die Erregung der Rotorwicklung r₂ (Fig. 2) durch Gleichstrom unterbleiben und bei asynchronem LaufUnder certain circumstances, the excitation of the rotor winding r ₂ (FIG. 2) by direct current can also be omitted and with asynchronous running

des Rotors durch vom Stator induzierten Strom erfolgen, welche Schaltung durch die punktierte Verbindungslinie der Rotorwicklung r₂ angedeutet ist.
5of the rotor take place by current induced by the stator, which circuit is indicated by the dotted connecting line of the rotor winding r ₂ .
5

Claims

Patent Claims:

i. AC machine for simultaneous generation or conversion

ίο of currents of different number of periods, Voltage or phase characterized by two or more independent induced Winding systems with different numbers of poles in connection with a field magnet system, consisting of one or more self-contained, evenly continuous windings with the desired number of poles according to selected feed points for the exciting Direct or alternating current, so that the magnet system as required Pole number of one of the induced windings can be excited accordingly, or at the same time the number of poles induced several Windings accordingly, whereby the inducing magnetic fields add up algebraically.

2. AC machine according to claim i, characterized in that Rotor windings of one number of poles are connected to stator windings of the other number of poles via slip rings.

1 sheet of drawings.