DE2022590A1

DE2022590A1 - Polyphase homopolar electric motor

Info

Publication number: DE2022590A1
Application number: DE19702022590
Authority: DE
Inventors: M Paul Lamorlette
Original assignee: Eclairage des Vehicules Sur Rail EVR SA
Current assignee: Eclairage des Vehicules Sur Rail EVR SA
Priority date: 1969-05-09
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1970-11-12
Also published as: FR2044157A5; BE749561A; GB1300766A; NL7006666A

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Gleichpol-Elektromotor mit auf dem Stator fest angebrachten Anker und Feldmagneten, wobei der Anker von einer Gleichstromquelle über einen Wechselrichter mit elektronischem, entsprechend der Winkelstellung des Rotors gesteuerten Umschalter gespeist wird. - .The invention relates to a polyphase homopolar electric motor with armature and field magnets fixed to the stator, the armature being supplied by a direct current source an inverter with an electronic switch controlled according to the angular position of the rotor will. -.

Es sind elektrische Mehrphasen-Gleichpolmotoren dieser Art bekannt, bei denen der elektronische Umschalter aus in die Stromkreise der Phasen-eines Mehrphasen-, beispielsweise Drehstromankers zwischengeschalteten Thyristoren besteht. Die Umschaltung.der Thyristoren erfolgt auf die ihrer Funktion gemassen Weise, entsprechend deji drei in Sternschaltung angeordneten Statorwicklungen eines Drehstrommotors, die schematisch in Fig. 1 dargestellt sind.These are multiphase electric homopolar motors Kind of known in which the electronic changeover switch from in the circuits of the phases-a multi-phase, for example Three-phase armature interposed thyristors. the Switching of the thyristors takes place according to their function mass way, corresponding to deji three star-connected stator windings of a three-phase motor, the schematic are shown in FIG.

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Angenommen, die Phasendrehung erfolgt im Uhrzeigersinn, und der über eine Glättungsdrossel 4 vom positiven Pol der Gleichstromquelle kommende Strom gelangt über den im leitenden Zustand befindlichen Thyristor 5 zur Phase 3_} durchläuft die Phase 1, gelangt durch den ebenfalls leitenden Thyristor 6, um zum negativen Pol der Stromquelle zu fliessen.Assuming the phase rotation is clockwise, and the current coming from the positive pole of the direct current source via a smoothing choke 4 passes through the conductive thyristor 5 to phase 3 _} passes through phase 1, passes through the conductive thyristor 6 to the negative Pole of the power source to flow.

Wenn das System in diesem Zustand verbliebe, während der Motor weiterläuft, würde die Stärke des über den Thyristor 5 in die Phasenwicklung 3 fliessenden Stroms sehr schnell zunehmen, so dass es unmöglich würde, diesen auszuschalten. Um das zu vermeiden, wird zu gegebener Zeit der gesperrte Thyristor 7 leitend gemacht. Wenn dieses erfolgt, während das Potential am Ausgang der Phase 2 noch um einiges geringer ist als dasjenige am Ausgang der Phase 3» so fliesst der von der Glättungsdrossel 4 kommende Strom durch die Phase 2, die ihm die geringste elektromotorische Kraft entgegensetzt. Der Durchgang des Stroms durch die Phase 2 ruft die Ausschaltung des Thyristors 5 durch Unterdrückung des durch ihn fliessenden Stroms hervor.If the system were to remain in this state while the motor continued to run, the strength of the energy generated by the thyristor would be 5 in the phase winding 3 current flowing increase very quickly, so that it would be impossible to turn it off. Around To avoid this, the blocked thyristor 7 is made conductive in due course. If this is done while the potential at the output of phase 2 is still somewhat less than that at the output of phase 3 »the flow from the smoothing choke 4 Current coming through phase 2, which opposes it with the lowest electromotive force. The passage of the stream through phase 2, the thyristor 5 is switched off Suppression of the current flowing through it.

Diese Erscheinung wird durch den Blindwiderstand des aus der Phasenv/icklung 2, dem Thyristor 7, dem gemeinsamen Abschnitt 8 der positiven Leitung, dem Thyristor 5, der Phasenwicklung 3 und dem Sternpunkt 9 bestehenden Stromkreises begrenzt. Da die Induktivität dieses Stromkreises nicht den Wert Null aufweist, muss der Thyristor 7 rechtzeitig genug eingeschaltet werden, damit der Strom im Thyristor 5 unterdrückt wird, bevor das Potential der Phase 2 dasjenige der Phase 3This phenomenon is caused by the reactance of the phase winding 2, the thyristor 7, the common Section 8 of the positive lead, the thyristor 5, the phase winding 3 and the star point 9 of the existing circuit. Because the inductance of this circuit does not have the value Has zero, the thyristor 7 must be switched on in good time so that the current in the thyristor 5 is suppressed before the potential of phase 2 that of phase 3

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erreicht,, wobei die elektromotorische Kraft zur Ausschaltung des Thyristors 5 sich aus dem Potentiaigefalle zwischen den Phasen 2 und 3 ergibt.achieved ,, being the electromotive force to turn off of the thyristor 5 from the potential trap between the Phases 2 and 3 results.

Nachstehend wird die im beschriebenen Stromkreis definierte Induktivität als " die der Umschaltung entgegenwirkende Induktivität" bezeichnet.The circuit defined in the described circuit is defined below Inductance as "the inductance counteracting the switchover" designated.

Selbstverständlich sollten die der Umschaltung entgegenwirkenden Induktivitäten so schwach wie möglich sein. Bei einem bestimmten vorzeitigen Einschalten eines Thyristors 7 und einer bestimmten Motordrehzahl kann nämlich der leitende Thyristor 5 nur dann ausgeschaltet werden, wenn der durch ihn fliessende Strom zu stark ist und infolge der der Umschaltung entgegen- * wirkendenlnduktivität eine längere Ausschaltzeit erfordert als diejenige, welche· für die Aufhebung der elektromotorischen Ausschaltkraft (Abfall zwischen den Spannungen an den Phasen 2 und 3) notwendig ist. . ■Of course, the inductances that counteract the switching should be as weak as possible. At a certain premature switching on of a thyristor 7 and one At a certain engine speed, the conductive thyristor 5 can only be switched off when the thyristor flowing through it Current is too strong and as a result of the acting inductance requires a longer switch-off time than the one which · for lifting the electromotive Breaking force (drop between the voltages on the phases 2 and 3) is necessary. . ■

Bei solchen Motoren verhindern somit die auf kurzzeitigWith such engines, therefore, prevent the on for a short time

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auftretende Überlasten zurückzuführenden Stromspitzen die Ausschaltung der Thyristoren und rufen daher Kurzschlüsse hervor. Das Vermögen der Motoren,solche überlasten aufzunehmen, steht also im umgekehrten Verhältnis zu der Umschaltung ihrer entgegenwirkenden Induktivität.occurring overloads due to current peaks the disconnection of the thyristors and therefore cause short circuits. The ability of the engines to absorb such overloads is at a standstill thus in inverse proportion to the switching of their counteracting Inductance.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Mehrphasen-' Gleichpolmotors mit schwacher, der Umschaltung entgegenwirkender Induktivität, der hohe Überlasten aufnehmen und als Antriebs-The aim of the invention is to produce a multiphase ' Homopolar motor with weak inductance counteracting the switching, which absorbs high overloads and acts as a drive

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motor für Eisenbahnlokomotiven oder Kraftfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, dienen kann.motor for railway locomotives or motor vehicles, in particular Trucks, can serve.

Der erfindungsgemässe Elektromotor ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Ankerwicklungen von niederohmigen elektrischen Stromkreisen, zumindest in der die Rotordrehung fördernden Stromrichturig, umgeben sind.The electric motor according to the invention is characterized in that its armature windings are made of low-resistance electrical Circuits, at least in which the rotor rotation promoting Stromrichturig, are surrounded.

Bei einer ersten Ausführungsart besteht der niederohmige elektrische Stromkreis a.us einer auf dem Stator angebrachten, einen Feldpol umgebenden, gut leitenden Btetallverkleidung.In a first embodiment, the low-resistance electrical circuit consists of one attached to the stator, a field pole surrounding, well-conductive btetall cladding.

Bei einer anderen Ausführungsart besteht der niederohmige Stromkreis aus der Erregerwicklung eines Pols, wobei die Klemmen durch einen Gleichrichter verbunden sind, welcher den Strom in der die Rotordrehung fördernden Richtung hindurchlässt. In another embodiment, the low-resistance circuit consists of the field winding of one pole, where the terminals are connected by a rectifier which allows the current to pass in the direction promoting the rotation of the rotor.

* Im Falle einer Gleichstromquelle 'zu hoher Leistung wird vor den Wechselrichter eine Anordnung zur Spannungssenkung geschaltet, die vorzugsweise aus einem elektronischen Zerhacker, einer Drosselspule und einer Verstärkerdiode an den Klemmen dieser Drosselspule besteht.* In the case of a DC power source 'too high power an arrangement for voltage reduction is connected in front of the inverter, which preferably consists of an electronic There is a chopper, a choke coil and an amplifier diode at the terminals of this choke coil.

Die Fig. 2 der Zeichnung stellt den Querschnitt eines Drehstrom-Gleichpol-Elektromotors bekannten Typs dar.Fig. 2 of the drawing shows the cross section of a three-phase homopolar electric motor of known type.

Dieser weist einen Stator 11 mit einem Pluspol 12 und einem Minuspol 13 auf, die beide auf dem Umfang jeweils einen Bogen einnehmen, der gleich zwei umlaufenden Polteilungen ist. Um jeden Pol sind in Reihe oder parallel geschaltete, durchThis has a stator 11 with a positive pole 12 and a negative pole 13, both of which occupy an arc on the circumference, which is equal to two circumferential pole pitches. Around each pole are connected in series or in parallel

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breite Nuten 16 und 17 getrennte Erregerwicklungen 14 und 15 angebracht. Die am Pluspol und Minuspol befindlichen schmalen Nuten 18 dienen zur Aufnahme der Ankerwicklungen. Es sind 24 Nuten auf jedem Pol vorhanden, in denen eine Drehstromwicklung angebracht wird, und zwar "befinden sich jeweils zwei Nuten pro Phase gegenüber jedem Rotorpol.wide grooves 16 and 17 separate excitation windings 14 and 15 attached. The narrow ones at the plus and minus poles Grooves 18 are used to accommodate the armature windings. There are 24 slots on each pole in which a three-phase winding is attached, namely "there are two slots per phase opposite each rotor pole.

Der Rotor 19 aus lamelliertem Blech hat die Form eines Rades oder einer Zahntrommel. Er weist auf seinem Umfang sechs grosse, in regelmässigem Abstand voneinander angebrachte Zähne 20 auf.The laminated sheet metal rotor 19 has the shape of a wheel or a toothed drum. Its circumference is six large, regularly spaced teeth 20 on.

Wenn ein Errqgergleichstrom in die Erregerwicklungen- 14 und 15 geschickt wird, entsteht ein Magnetfluss zwischen dem Plus- und dem Minuspol, der vorzugsweise durch die Rotorz'ähne fliesst. Wenn ein Dreiphasen-Wechselstrom in die Ankerwicklungen geschickt wird, rücken die Rotorz'ähne gegenüber die Erregerwicklungen, die einen maximalen Magnetfluss erzeugen, wodurch der Rotor in Bewegung versetzt wird. Auf diese Weise wird also ein Synchronmotor hergestellt, der als Induktionssynchronmotor oder Wechselstromgenerator arbeiten kann.If there is a direct excitation current in the excitation windings - 14 and 15 is sent, a magnetic flux is created between the plus and minus poles, which is preferably carried out by the rotor teeth flows. When a three-phase alternating current is sent into the armature windings, the rotor teeth move opposite the exciter windings, which generate a maximum magnetic flux, which sets the rotor in motion. So this way will a synchronous motor manufactured as an induction synchronous motor or alternator can work.

Gemäss einer ersten erfindungsgemässen, in Fig. 3 dargestellten Ausführungsart ist der Pol 12 von einer gut leitenden Metallverkleidung 21, beispielsweise aus Kupfer, umgeben, die einen Kurzschluss um den Pol herum hervorruft. Die Erfahrung zeigt, dass eine derartige Metallverkleidung die der Umschaltung entgegenwirkende Induktivität der Ankerwicklungen ungefähr durchAccording to a first according to the invention, shown in FIG. 3 In the embodiment, the pole 12 is surrounded by a highly conductive metal cladding 21, for example made of copper, which causes a short circuit around the pole. Experience shows that such a metal cladding that of switching counteracting inductance of the armature windings

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vier teilt. Da dieser·Induktionssynchronmotortyp bei Fehlen einer solchen leitenden Metallverkleidung die gleiche Induktivität wie ein herkömmlicher Wechselpol-Synchronmotor aufweist, ist ersichtlich, dass der erfindungsgemässe, mit leitenden Metallverkleidungen versehene Motor Stromspitzen aufnimmt, die ungefähr um ein Vierfaches höher liegen als die bei den bekannten Induktionssynchronmotoren zulässigen, und zwar ohne das Ausschalten der Thyristoren des elektronischen Umschalters zu behindern.four shares. Since this type of induction synchronous motor is missing such a conductive metal cladding has the same inductance as a conventional alternating-pole synchronous motor, it can be seen that the inventive, with conductive Metal cladding of the motor absorbs current peaks, which are approximately four times higher than those permitted with the known induction synchronous motors, and without to hinder the switching off of the thyristors of the electronic changeover switch.

Bei einer anderen, in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemässen Ausführungsart wird der Kurzschluss um die Ankerwicklungen eines Pols herum durch die Erregerwicklung selbst bewirkt, deren Klemmen durch eine Diode 22 miteinander verbunden wird. Hierdurch· wird in einigen Fällen die der Umschaltung entgegenwirkende Induktivität ebenso wirksam verringert, wie dies durch eine leitende Metallverkleidung geschieht.In another according to the invention shown in FIG The short-circuit around the armature windings is used as an embodiment one pole around caused by the excitation winding itself, the terminals of which are connected to one another by a diode 22 will. As a result, in some cases the inductance counteracting the switchover is also effectively reduced, how this is done through a conductive metal cladding.

Die Stromversorgung der Ankerwicklungen des Motors kann ^ selbstverständlich auf andere Weise als nach Fig. 1 erfolgen, beispielsweise wie in Fig. 5 dargestellt, über eine durch eine Vorrichtung zur SpannungsSenkung mit elektronischem Zerhacker und einer Verstärkerdiode gespeiste Thyristorbrücke.The power supply to the armature windings of the motor can of course take place in a different way than according to FIG. 1, for example, as shown in Fig. 5, through a voltage reduction device with an electronic chopper and a thyristor bridge fed by an amplifier diode.

In Fig. 5 versorgt die Gleichspannung den elektronischen Zerhacker 30, mit dem die Drosselspule 31 und die Thyristorbrücke 32 in Reihe angeordnet sind. Parallel zu ihnen weist eine Abzweigleitung 33 eine Verstärkerdiode 34 auf, die denIn Fig. 5, the DC voltage supplies the electronic Chopper 30 with which the choke coil 31 and the thyristor bridge 32 are arranged in series. Parallel to them points a branch line 33 an amplifier diode 34, which the

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Stromdurchgang während der durch den elektronischen Zerhacker 30 verursachten Stromunterbrechungen gewährleistet. Der Motor 36 weist die Ankerwicklungen 37 und eine bei 39 an Erde liegende, in Eeihe geschaltete Erregerwicklung 38 auf. Ein auf der Motorwelle aufgebrachtes, mit Nuten versehenes Rad 40 steuert die Öffnung der Thyristoren 35" der Brücke mit Hilfe eines Satzes von Lanroen 41 und Photodioden oder Phototransistoren 42. Wenn eine Wute zwischen eine Lampe und die zugehörige Photodiode gelangt, sendet die elektronische Vorrichtung 43 einen Impuls in einen der Thyristoren 35. Die gleichzeitige Öffnung zweier Thyristoren ermöglicht den Durchgang des Stroms durch zwei der Ankerwicklungen 37 des Motors und die in leihe liegende Erregerwicklung 38. ·Electricity continuity during the through the electronic chopper 30 caused power interruptions. The motor 36 has the armature windings 37 and a ground at 39, Excitation winding 38 connected in series. One on the motor shaft Applied, grooved wheel 40 controls the opening of the thyristors 35 "of the bridge by means of a set from Lanroen 41 and photodiodes or phototransistors 42. If a flare between a lamp and the associated photodiode reaches, the electronic device 43 sends a pulse in one of the thyristors 35. The simultaneous opening of two Thyristors allows current to pass through two of the Armature windings 37 of the motor and the excitation winding lying in loan 38. ·

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Claims

PATENT CLAIMS

Motor-phase homopolar electric motor with armature and field magnets firmly attached to the stator, the Armature by a direct current source via an inverter with electronic, according to the angular position of the rotor controlled changeover switch is fed, thereby. characterized in that-its armature windings (37) are surrounded by low-resistance electrical circuits at least in the current direction promoting the rotor rotation.

2. Electric motor according to claim 1, characterized It is marked that a low-resistance electrical circuit consists of a well-conducting circuit on the stator (11) attached and surrounding a Peldpol (12) metal cladding (21) exists.

3. Electric motor according to claim 1, characterized in that a low-resistance electrical Circuit consists of an excitation winding (38) of one pole, the winding terminals via a rectifier (22) are connected, which conducts the current in the direction promoting the rotor rotation.

4. Electric motor according to claim 1, characterized characterized in that in front of the inverter with electronic switch an arrangement with electronic Chopper (30) for reducing DC voltage with a choke coil (31) and an amplifier diode (34) on the terminals the choke coil (31) is attached.

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L e er s ei t eRead more