DE2200749C3 - Inductor machine - Google Patents
Inductor machineInfo
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- DE2200749C3 DE2200749C3 DE19722200749 DE2200749A DE2200749C3 DE 2200749 C3 DE2200749 C3 DE 2200749C3 DE 19722200749 DE19722200749 DE 19722200749 DE 2200749 A DE2200749 A DE 2200749A DE 2200749 C3 DE2200749 C3 DE 2200749C3
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
- H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Induktormaschine mit einem wicklungslosen, gezahnten Läufer und mit einem Ständer mit einer in dessen Nuten angeordneten Mehrphasenerregerwicklung, die an eine i< > Mehrphasenstromquelle mit veränderbarer Frequenz angeschlossen ist, und mit einer Ein- oder Mehrphasenankerwicklung, deren jede Phase aus mindestens zwei in Reihe geschalteten Strängen besteht, die aus einzelnen Spulen gebildet sind. Eine Maschine dieser Art ist aus der DE-PS 7 00 931 bekannt und kann überall dort Verwendung finden, wo die Ausgangsfrequenz eines Generators wählbar sein soll und an ihre Stabilität hohe Anforderungen gestellt werden.The present invention relates to an inductor machine with a winding-less, toothed one Rotor and with a stator with a multi-phase excitation winding arranged in its slots, which is connected to an i < > Multi-phase power source with variable frequency is connected, and with a single or multi-phase armature winding, each phase of which consists of at least two in Series-connected strands, which are formed from individual coils. A machine like this is off the DE-PS 7 00 931 known and can be used anywhere where the output frequency of a Generators should be selectable and high demands are made on their stability.
Bei dieser bekannten Maschine ist eine deich-Stromerregung oder eine Erregung durch Wechselstrom konstanter und niedriger Frequenz vorgesehen, wobei die Zahl der Erregerpolpaare e-n Vielfaches der Phasenzahl ist und die Ausgangsfrequenz ausschließlich durch die magnetische Flußverkettung aufgrund des sich drehenden gezahnten Läufers erhalten wird.In this known machine there is a dike current excitation or an excitation by alternating current constant and low frequency provided, the number of exciter pole pairs e-n multiples of The number of phases is and the output frequency is exclusively due to the magnetic flux linkage due to the rotating toothed rotor is obtained.
Gleiches gilt für eine noch aus der US-PS 34 52 229 bekannten Maschine, bei der jedoch nur eine Gleichstromerregung Anwendung findetThe same applies to a machine known from US Pat. No. 3,452,229, in which, however, only direct current excitation is used
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache Induktormaschine zu schaffen, bei der die Ausgangsfrequenz außer durch die Drehzahl des Läufers auch noch durch die Frequenz des Erregungsstroms beeinflußbar ist, und zwar bei beliebiger Phasenzahl am Ausgang. ssThe object of the present invention is to create a structurally simple inductor machine which the output frequency can be influenced not only by the speed of the rotor but also by the frequency of the excitation current, at any Number of phases at the output. ss
Ausgehend von einer Maschine der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Strängezahl jeder Phase der Ankerwicklung der Phasenzahl der Erregerwicklung entspricht, jeder Strang von seiner fto Erregerwicklungsphase erregt wird und die Spulen eines Strangs gegenüber entsprechenden Spulen des anderen Strangs um einen elektrischen Winkel versetzt sind, der dem Winkel zwischen zwei benachbarten Vektoren des Erregerspannungssystems gleich ist. (^Starting from a machine of the type described at the outset, this object is achieved proposed according to the invention that the number of strands of each phase of the armature winding of the number of phases Excitation winding corresponds, each strand is excited by its fto excitation winding phase and the coils one strand offset from corresponding coils of the other strand by an electrical angle which is equal to the angle between two neighboring vectors of the excitation voltage system. (^
Eine solche Induktormaschine kann als Ein- oder Mehrphasengenerator stabiler Frequenz, als Generator veränderlicher Frequenz, Drehzahlgeber od. dgl. verwendet werden. Sie kann ohne jeden Umbau auch als übliche Induktormaschine mit Gleichstromspeisung der Erregerwicklung eingesetzt werden.Such an inductor machine can be used as a single or multi-phase generator with a stable frequency, as a generator Variable frequency, speed sensor or the like. Can be used. It can also be used as a conventional inductor machine with direct current supply of the field winding can be used.
Ein Versuchsmuster der vorgeschlagenen Induktormaschine hatte bei einer konstanten Drehzahl von 3000 LVmin folgende Daten:A test sample of the proposed inductor machine had a constant speed of 3000 LVmin the following data:
Frequenz am Ausgang 1850 - 2650 Hz Frequenz der EMK der RotationFrequency at the output 1850 - 2650 Hz Frequency of the EMF of the rotation
(bei der Erregung mit Gleichstrom) 2250 Hz(when excited with direct current) 2250 Hz
Gewicht 240 kpWeight 240 kp
Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung von A_usführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigtThe invention is explained below by means of the description of exemplary embodiments with reference to the drawings further explained. It shows
Fig. 1 eine Induktormaschine mit Einphasenankerwicklung und Zweiphasenerregerwicklung,1 shows an inductor machine with a single-phase armature winding and a two-phase excitation winding,
Fig. 2 eine Induktormaschine mit Dreiphasenankerwicklung und Dreiphasenerregerwicklung.2 shows an inductor machine with a three-phase armature winding and a three-phase excitation winding.
Die Induktormaschine gemäß F i g. 1 besteht aus einem wicklungslosen, gezahnten Läufer 1 und einem Ständer 2 mit vier Polschuhen 3, die Ständerzähne 4 haben, die mit Nuten wechseln. Die Zahnzone jeden Polschuhes 3 und die auf ihren Zähnen 4 angeordneten Spulen 5 der Ankerwicklung sind nach dem Typ der klassischen Einphaseninduktormaschine mit einer Zahnteilung der Ständerzähne ausgeführt, welche die Hälfte der der Läuferzähne ausmacht, wobei benachbarte Zähne 4 gegenläufig bewickelt sind. Jeder der Polschuhe 3 hat eine eigene Erregerspule 6. Dieses Zweiphasenerregungssystem besteht aus zwei Erregerspulen 6 für jede Phase, die sich an diametral entgegengesetzten Polschuhen befinden. Die eine Erregungsphase wird durch die Erregerwicklung A\~X\ gebildet und die zweite Phase durch die Wicklung A2 — X2. The inductor machine according to FIG. 1 consists of a winding-free, toothed rotor 1 and a stator 2 with four pole pieces 3, which have stator teeth 4 that alternate with grooves. The tooth zone of each pole piece 3 and the coils 5 of the armature winding arranged on their teeth 4 are designed according to the type of the classic single-phase inductor machine with a tooth pitch of the stator teeth that makes up half of that of the rotor teeth, with adjacent teeth 4 being wound in opposite directions. Each of the pole pieces 3 has its own excitation coil 6. This two-phase excitation system consists of two excitation coils 6 for each phase, which are located on diametrically opposite pole pieces. One excitation phase is formed by the excitation winding A \ ~ X \ and the second phase by the winding A 2 - X 2 .
Eine erste Besonderheit der nach F i g. 1 ausgeführten Induktormaschine besteht darin, daß die Raumversetzung zwischen den benachbarten Polschuhen 3 oder, genauer gesagt, zwischen der Spule 5 der Ankerwicklung des einen Polschuhes 3 und der entsprechenden Spule 5 der Ankerwicklung des benachbarten Polschuhes 90° el. beträgt und der zeitlichen Phasenverschiebung des hier zur Anwendung kommenden Zweiphasenerregungssystems genau entspricht.A first peculiarity of the after F i g. 1 executed inductor machine is that the spatial displacement between the adjacent pole pieces 3 or, more precisely, between the coil 5 of the armature winding of one pole piece 3 and the corresponding one Coil 5 of the armature winding of the adjacent pole piece is 90 ° el. And corresponds exactly to the temporal phase shift of the two-phase excitation system used here.
Die zweite Besonderheit besteht darin, daß eine Gruppe oder ein Zweig der Spulen 5 der Ankerwicklung, die von der Erregerwicklung A\—X\ der ersten Erregungsphase umfaßt wird, mit dem Strang in Reihe verbunden werden muß, der aus den Spulen 5 der Ankerwicklung besteht, die von der Erregerwicklung A2 - X2 der zweiten Erregungsphase umfaßt sind.The second peculiarity is that a group or a branch of the coils 5 of the armature winding, which is encompassed by the excitation winding A \ -X \ of the first excitation phase, must be connected in series with the strand consisting of the coils 5 of the armature winding , which are included in the excitation winding A 2 - X 2 of the second excitation phase.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der Induktormaschine nach F i g. 1 beim Leerlauf betrachtet.The mode of operation of the inductor machine according to FIG. 1 considered when idling.
Bei der Speisung der Erregerwicklung A\-X\ mit sinusförmig mit der Winkelfrequenz (Di zeitveränderlichem Wechselstrom und bei einer Änderung der magnetischen Leitfähigkeit der Ständerzähne 4 mit der Winkelfrequenz 0)2, die durch die Rotation des verzahnten Läufers 1 bedingt ist, werden die Flußverkettung ψι der ersten Gruppe der Spulen der Ankerwicklung, welche von der Erregerwickking A\-X\ umfaßt sind, und die in diesen induzierte EMK E\ zeitlich wie folgt verlaufen ·When the excitation winding A \ -X \ is supplied with sinusoidal with the angular frequency (Di time-variable alternating current and with a change in the magnetic conductivity of the stator teeth 4 with the angular frequency 0) 2, which is caused by the rotation of the toothed rotor 1, the flux linkage ψι the first group of coils of the armature winding, which are encompassed by the exciter winding A \ -X \ , and the EMF E \ induced in these run as follows
22 OO 74922 OO 749
ι/, = k sin Ci1 ι ■ sin .M2 ι ι /, = k sin Ci 1 ι ■ sin .M 2 ι
= ^ k [cos (ι·., — t·,,) ι — cos (.., + .M2) ί] := ^ k [cos (ι ·., - t · ,,) ι - cos (.., + .M 2 ) ί]:
Dabei ist Jt ein Proportionalitätsfaktor, ί aer !aufende Zeitparameter und ~ die Ableitung nach der ZeitIn this millennium is a proportionality ί aer! Aufende time parameters and ~ the derivative with respect to time
PlPl
PlPl
Physikalisch entspricht das dem bekannten Umstand, daß die mit der Frequenz ω, amplitudenmodulierten Schwingungen einer Trägerfrequenz o>2 als Überlagerung der zwei Schwingungen dargestellt werden können, von denen jede amplitudenkonstan: ist, wobei ihre Frequenzen der Summe und der Differenz der Frequenzen u>\ und o>2 gleich sind.Physically this corresponds to the well-known fact that the amplitude-modulated oscillations of a carrier frequency o> 2 with the frequency ω can be represented as a superposition of the two oscillations, each of which is amplitude constant: with its frequencies being the sum and the difference of the frequencies u> \ and o> 2 are equal.
Durch die zweite Erregerwicklung A2- X2 fließt ein Wechselstrom der gleichen Größe mit der Winkelfrequenz o>i der zweiten Phase des Zweiphasenerregungssystems mit einer Zeitverschiebung von 90° el. in bezug auf die erste Phase. Her Ausdruck für die Flußverkettung ψ2 der Spulengruppe der Ankerwicklung, de von der Wicklung A2-X2 umfaßt ist, und für die in dieser induzierte EMK E2 wird unter Berücksichtigung ihrer Raumversetzung von 90° el. bei gleichem laufendem Zeitparameter ί folgende Form haben:An alternating current of the same magnitude flows through the second field winding A 2 -X 2 with the angular frequency o> i of the second phase of the two-phase excitation system with a time shift of 90 ° el. With respect to the first phase. Her expression for the flux linkage ψ2 of the coil group of the armature winding, which is encompassed by the winding A2-X2 , and for the EMF E 2 induced in this, taking into account its spatial displacement of 90 ° el. With the same running time parameter ί, will have the following form:
= k sin (ι·ι, 1 + 90 ) sin {r,2t + 90= k sin (ι · ι, 1 + 90) sin {r, 2 t + 90
= Ί k = Ί k
-<·,2) ί + cos (ι..,- <·, 2 ) ί + cos (ι ..,
'■ V2 ei '■ V 2 ei
Bei der Reihenschaltung der beiden Zweige der Ankerwicklung wird an den Klemmen A-X die resultierende EMKWhen the two branches of the armature winding are connected in series, the resulting EMF is applied to the AX terminals
E = E\ ±E = E \ ±
= k (a>\ ± a>2) sin (ω\ ± O)2) t sind an jedem Polschuh Zähne vorhanden, die einander gegenüber elektrisch um 60° el. versetzt sind, was bei den sechs Zähnen 10 an einem Polschuh eine symmetrische Dreiphasenzahnzone zu bilden gestattet. Die Erregerspulen L/i - iA, U2- Us und Ui- (A umfassen je einen Polschuh 9 und sind an die einzelnen Phasen der Drehstromspeisequelle des Erregerstromkreises angeschlossen. = k (a> \ ± a> 2 ) sin (ω \ ± O) 2 ) t there are teeth on each pole piece that are electrically offset from one another by 60 ° el., which is one of the six teeth 10 on a pole piece to form a symmetrical three-phase tooth zone. The excitation coils L / i - iA, U 2 - Us and Ui- (A each include a pole piece 9 and are connected to the individual phases of the three-phase supply source of the excitation circuit.
Eine kennzeichnende Besonderheit dieser Induktormaschine besteht darin, daß die Raumversetzung zwischen der Spule 11 der Ankerwicklung des einen Polschuhes 9 und der entsprechenden Ankerspule 11 der Ankerwicklung des benachbarten Polschuhes 120° el. ist und also der zeitlichen Phasenverschiebung des hier zur Anwendung kommenden Dreiphasenerregersystems entsprechen muß.A distinctive feature of this inductor machine is that the space displacement between the coil 11 of the armature winding of one pole piece 9 and the corresponding armature coil 11 the armature winding of the adjacent pole piece is 120 ° el. and thus the temporal phase shift must correspond to the three-phase excitation system used here.
Die zweite Besonderheit besteht darin, daß die Spulen 11, welche ein und derselben Phase der Ankerwicklung angehören und auf verschiedenen Polschuhen 9 angeordnet sind, untereinander in Reihe geschaltet sind.The second peculiarity is that the coils 11, which one and the same phase of the armature winding belong and are arranged on different pole pieces 9, are connected in series with one another.
Die zu der ersten Phase gehörenden Spulen 11 bilden also die Ankerwicklung Q — G, die zu der zweiten Phase gehörenden Spulen 11 bilden die Ankerwicklung C2- C5, und die zu der dritten Phase gehörenden Spulen bilden die Ankerwicklung C3-C Diese drei Ankerwicklungen stellen die Ausgangsphasen des Dreiphasensystems dar.The coils 11 belonging to the first phase thus form the armature winding Q - G, the coils 11 belonging to the second phase form the armature winding C 2 - C5, and the coils belonging to the third phase form the armature winding C 3 -C These three armature windings represent the initial phases of the three-phase system.
Betrachten wir jetzt die Arbeit der vorliegenden Induktormaschine beim Leerlauf:Let us now consider the work of the inductor machine at hand when it is idling:
Bei der Speisung der Erregerspulen U\ — Ua, U2 — LA, U3-U6 von den einzelnen Phasen einer Dreiphasenstromquelle mit der Winkelfrequenz ω\ und bei der Änderung der magnetischen Leitfähigkeit des Spaltes mit der Winkelfrequenz o>2 ist der Verkettungsfluß ψ3 der Ankerwicklung Q — G zu ermitteln.When the excitation coils U \ - Ua, U2 - LA, U 3 -U 6 are fed by the individual phases of a three-phase power source with the angular frequency ω \ and when the magnetic conductivity of the gap is changed with the angular frequency o> 2 , the interlinking flux is ψ 3 of the armature winding Q - G to be determined.
Der Verkettungsfluß ψ3 der Ankerwicklung Ci-G wird sich unter Berücksichtigung der Verbindung und der Versetzung der Spulen 11 der Ankerwicklung an den verschiedenen Polschuhen 9 und der Phasenverschiebung des Erregerstroms (beide Verschiebungen sind einander gleich und betragen 120° el.) zeitlich nach folgendem Gesetz verändern:The concatenation flux ψ3 of the armature winding Ci-G takes into account the connection and the offset of the coils 11 of the armature winding the different pole pieces 9 and the phase shift of the excitation current (both shifts are equal to each other and are 120 ° el.) change over time according to the following law:
■45 ν'j = k ■ sin im, f · sin Im2 ί + λ · sin («μ, · ι + 120 )■ sin (-I2I + 120 ) + k sin (.., t + 240 )· sin (im2 t + 240) ■ 45 ν'j = k ■ sin im, f · sin Im 2 ί + λ · sin («μ, · ι + 120) ■ sin (-I 2 I + 120) + k sin (.., t + 240 ) Sin (im 2 t + 240)
= 1 k ■ sin (.M1 - IM2) I.= 1 k ■ sin (.M 1 - IM 2 ) I.
Das Vorzeichen ± ist hier deshalb genommen, weil die Reihenschaltung der zwei Zweige entweder gleich- oder gegensinnig ausgeführt werden kann.The sign ± is used here because the series connection of the two branches is either equal or can be carried out in opposite directions.
Daraus ist ersichtlich, daß die EM K-Frequenz der Ankerwicklung A -X durch die Änderung der Erregerstromfrequenz geändert werden kann.It can be seen from this that the EM K frequency of the armature winding A -X can be changed by changing the excitation current frequency.
Ein ähnlicher Ausdruck kann auch bei der belasteten Maschine erhalten werden.A similar expression can be obtained from the loaded machine.
Die in F i g. 2 gezeigte Induktormaschine besteht aus einem Zahnläufer 7 und einem Ständer 8 mit drei Polschuhen 9, welche Ständerzähne 10 haben, die mit den Nuten wechseln. Die Zahnzone eines jeden Polschuhes 9 ist mit auf ihren Zähnen 10 angeordneten Spulen U der Ankerwicklung nach dem Typ der Dreiphasen-Induktormaschine autgeführt. In Fig. 2 Die in der Ankerwicklung Ci-G induzierte EMK £3 wird entsprechendThe in F i g. 2 inductor machine shown consists of a toothed rotor 7 and a stator 8 with three Pole shoes 9, which have stator teeth 10 that change with the grooves. Everyone's tooth zone Pole shoe 9 is arranged on their teeth 10 coils U of the armature winding according to the type of Three-phase inductor machine. In Fig. 2 The EMF £ 3 induced in the armature winding Ci-G is correspondingly
«' V1J«'V 1 J
(.·., --I2) ■ sin (.-., -.M2) ι(. ·., --I 2 ) ■ sin (.-., -.M 2 ) ι
sein.be.
Analog dazu werden die EMK & in der Ankerwicklung C2-G und die EMK Ei in der AnkerwickluneSimilarly, the EMF & in the armature winding are C 2 -G and the EMF Ei in the armature winding
22 OO 74922 OO 749
i — G. in der Induktormaschinei - G. in the inductor machine
_ 3
4 = 2_ 3
4 = 2
sin [(.sin [(.
120120
.,j) / 4 240., j) / 4 240
In den Ankerwicklungen Q - G, Cj — C5 und Ci-G, hat also das Dreiphasensystem die EMK Ei, £4, £5 mit der Frequenz, die der Differenz zwischen der Winkelfrequenz des Erregerstroms und der Frequenz gleich ist, die durch die Rotation des Zahnläufers 7 in bezug auf die Zähne 10 des Ständers 8 bedingt ist.In the armature windings Q - G, Cj - C5 and Ci-G, the three-phase system has the EMF Ei, £ 4, £ 5 with the frequency that is equal to the difference between the angular frequency of the excitation current and the frequency caused by the rotation of the tooth rotor 7 with respect to the teeth 10 of the stator 8 is conditional.
Es liegt auf der Hand, daß beim Anschließen der Erregerwicklungen U\ — Ua, Ui- Ui und L/j— (Λ an ein gegenläufiges Dreiphasensystem (d. h., der Verschiebungswinkei der Ströme in den Erregerwicklungen win minus 120° sein) und bei der Beibehaltung derselbei Drehrichtung des Läufers 7 die in den Ankerwicklungei Ci - G, C2 - C5und d-Cberzeugten EMK Ei, E, und £ die Summenfrequenz haben werden.It is obvious that when connecting the excitation windings U \ - Ua, Ui- Ui and L / j— (Λ to an opposing three-phase system (that is, the displacement angle of the currents in the excitation windings be win minus 120 °) and when maintaining The same with the direction of rotation of the rotor 7 the EMF Ei, E, and £ generated in the armature windings Ci - G, C 2 - C 5 and d-Cb will have the sum frequency.
Analog zu den beschriebenen Varianten (F i g. 1 uni 2)deir Induktormaschinen können Formeln für die EMK der vorgeschlagenen Induktormaschine bei beliebige anderer Phasenzahl der Erregerwicklung (außer Ein phasenwicklung) und mit beliebiger Phasenzahl de Ankerwicklung erhalten werden.Analogous to the described variants (Fig. 1 and 2) of the inductor machines, formulas for the EMF of the proposed inductor machine with any other number of phases of the excitation winding (except for Ein phase winding) and with any number of phases de armature winding.
Es ist abschließend hervorzuheben, daß die in Fig. gezeigte Induktormaschine auch für ein Vierphasener regersystem geeignet sein kann, wenn man in jeder de vier Erregerspulen 6 einzelne Herausführungen mach und sie an die einzelnen Phasen des Vierphasensystem der Erregerspeisung anschließt.Finally, it should be emphasized that the in Fig. Inductor machine shown can also be suitable for a four-phase control system, if you are in each de four excitation coils 6 individual lead-outs and make them to the individual phases of the four-phase system the excitation supply.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722200749 DE2200749C3 (en) | 1972-01-07 | 1972-01-07 | Inductor machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19722200749 DE2200749C3 (en) | 1972-01-07 | 1972-01-07 | Inductor machine |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2200749A1 DE2200749A1 (en) | 1973-07-12 |
| DE2200749B2 DE2200749B2 (en) | 1977-10-27 |
| DE2200749C3 true DE2200749C3 (en) | 1978-06-15 |
Family
ID=5832543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19722200749 Expired DE2200749C3 (en) | 1972-01-07 | 1972-01-07 | Inductor machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2200749C3 (en) |
-
1972
- 1972-01-07 DE DE19722200749 patent/DE2200749C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2200749A1 (en) | 1973-07-12 |
| DE2200749B2 (en) | 1977-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |