DE261030C

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Publication number: DE261030C
Application number: DENDAT261030D
Authority: DE
Priority date: 1912-02-12
Also published as: GB191203555A

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Das vorliegende Verfahren zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen bezieht sich auf Maschinen, in welchen die Frequenz der erzeugten Ströme nicht durch die Polzahl der Maschine bzw. deren Polteilung und Umfangsgeschwindigkeit, sondern durch in der Maschine bewirkte Schwingungen des magnetischen Feldes der Maschine bestimmt wird.The present method for generating high frequency currents relates to Machines in which the frequency of the generated currents is not determined by the number of poles Machine or its pole pitch and peripheral speed, but through in the machine caused vibrations of the magnetic field of the machine is determined.

Es sind dies allgemein Maschinen mit unterteiltem Felde bzw. solche Maschinen, deren Feldsystem jedenfalls nicht aus solidem Eisen bestehen und nicht gegen diese Schwingungen abgedämpft sein darf, wobei auch die Feldwicklung so zu schalten ist, daß dieselbe nicht über den äußeren Erregerstromkreis gegen diese Schwingungen abgedämpft ist, während die erzeugten Ströme an der Feldwicklung oder irgendeiner anderen auf dem Stator oder dem Rotor der Maschine liegenden Wicklung abgenommen werden können.These are generally machines with a subdivided field or machines whose In any case, the field system does not consist of solid iron and does not counteract these vibrations may be attenuated, and the field winding must also be switched so that it does not is damped against these oscillations via the external excitation circuit, while the currents generated on the field winding or any other on the stator or the winding lying on the rotor of the machine can be removed.

Es gibt im wesentlichen zwei Verfahren, diese Schwingungen des Maschinenfeldes zu erzeugen. Das erste besteht darin, daß einer der beiden zueinander rotierenden Maschinenteile, beispielsweise bei feststehendem Felde der Rotor, Schlußstücke trägt, welche den magnetischen Widerstand des Feldes pulsierend ändern, das zweite darin, daß er eine einphasig in sich geschlossene Wicklung trägt, welche durch die in ihr induzierten Kurzschlußströme entsprechende Schwingungen des Feldes erzeugt.There are essentially two methods of applying these vibrations to the machine field produce. The first is that one of the two rotating machine parts, For example, in the case of a fixed field, the rotor carries tail pieces which the The magnetic reluctance of the field changes pulsating, the second being that it is single-phase self-contained winding, which by the short-circuit currents induced in it corresponding vibrations of the field generated.

Bei dem letztgenannten Verfahren können hierbei dadurch, daß in die Wicklung äußere Stromkreise eingeschaltet werden oder Abstimmungsgruppen, die aus Kapazität und Selbstinduktion zusammengesetzt und auf bestimmte Frequenzen abgestimmt sind, auch beliebig höhere Frequenzen zur Ausbildung gebracht werden.In the case of the last-mentioned method, the fact that in the winding external Circuits are switched on or voting groups, which are composed of capacitance and self-induction and on certain Frequencies are matched, also any higher frequencies brought to training will.

Nach dem vorliegenden Verfahren soll nun im Gegensatz hierzu eine beliebig höhere Schwingung des Feldes durch die Wicklung der Maschine direkt erzeugt werden, und zwar durch eine geeignet angeordnete und mehrphasig in sich geschlossene Wicklung.In contrast to this, according to the present method, an arbitrarily higher Oscillation of the field can be generated directly by the winding of the machine, namely by a suitably arranged and multi-phase self-contained winding.

Es ist zunächst bekannt, daß in einer normalen Mehrphasenmaschine, wenn dieselbe an ihren äußeren Klemmen kurzgeschlossen wird, zwischen dem neutralen Punkt und den äußeren Klemmen eine schwache Oberschwingung erzeugt werden kann, deren Frequenz durch die Phasenzahl bzw. den reziproken Wert der Phasendifferenz zwischen nebeneinanderliegendeh Phasen bestimmt ist. Diese Oberschwingung wird erzeugt durch das durch die Ausgleichströme zwischen zwei benachbarten Phasen sich bildende Ankerstreufeld, und tritt deshalb vor allem in Maschinen mit größerer Ankerstreuung auf, beispielsweise in Maschinen, in welchen die Ankerwicklung nicht aus übergreifenden Spulen besteht, sondern aus nebeneinanderliegenden und auf die verschiedenen Pole unter verschiedener Phase verteilten Spulen. Sie erreicht aber in allen diesen Fällen schon infolge der dämpfenden Wirkung des Feldsystems, und da sie nur durch Streufelder der Maschine erzeugt wird, keine praktisch nennenswerte Höhe.It is first known that in a normal multiphase machine, when the same their outer terminals are short-circuited between the neutral point and the outer ones Clamps a weak harmonic can be generated, the frequency of which is determined by the number of phases or the reciprocal value of the Phase difference between adjacent phases is determined. This harmonic is generated by the armature stray field formed by the equalizing currents between two adjacent phases, and occurs therefore mainly in machines with greater anchor spread, for example in machines in which the armature winding does not consist of overlapping coils, but of adjacent coils and coils distributed on the different poles under different phases. But it achieves in all of these Cases as a result of the damping effect of the field system, and because they are only caused by stray fields generated by the machine, no practically significant amount.

..- Nun zeigt sich aber, daß bei geeigneter An-Ordnung diesen Oberschwingungen ein Streufeld entspricht von ähnlicher Form wie die..- Now it turns out, however, that with a suitable arrangement These harmonics correspond to a stray field of a form similar to that

des Hauptfeldes, und welches sich deshalb, wenn man dafür Sorge trägt, daß auch das Hauptfeld der Maschine gegen derartige Schwingungen nicht abgedämpft ist, dem Hauptfelde überlagern kann und eine entsprechende Schwingung des Hauptfeldes bewirkt, deren Amplitude durch die Erregung des Hauptfeldes bestimmt ist und durch diese praktisch beliebig eingestellt werden kann.of the main field, and which therefore, if one takes care that that too The main field of the machine is not attenuated against such vibrations, the main field can superimpose and cause a corresponding oscillation of the main field, its amplitude is determined by the excitation of the main field and practically arbitrarily adjusted by this can be.

ίο Auf derartigem Wege läßt sich dann durch die Rückwirkung der Maschinenwicklung allein eine Schwingung des Maschinenfeldes beliebig hoher, durch die Wicklung gegebener Frequenz bewirken, welche zur Erzeugung von Hochfrequenzströmen benutzt werden kann, die an den Stator- und Rotorspulen abgenommen werden können.ίο In such a way one can then get through the reaction of the machine winding alone an oscillation of the machine field arbitrarily cause high frequency given by the winding, which lead to the generation of high-frequency currents can be used, which can be removed from the stator and rotor coils.

In der beiliegenden Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Stator α und der Rotor 5, die hier beide aus unterteiltem Eisen bestehen sollen, seien durch die stark ausgezogenen Kreise bezeichnet. Die Erregerquelle sei e, hier beispielsweise eine Gleichstromquelle, d eine Drosselspule, die hier vermeiden soll, daß die in der Maschine erzeugten Ströme sich über die Erregerquelle schließen können. Die sieben Feldspulen s s s .... seien hier als Folgepole gewickelt, so daß denselben ein 14 poliges Feld entspricht; dieselben seien in Serie zueinander geschaltet. Außerdem sind auf dem Stator 7 Spulen s' s' s' ■ ■ ■. angegeben, welche parallel zueinander geschaltet seien. Auf dem Rotor sind fünf in ähnlicher Weise angeordnete, aber um einen Winkel gleich ein Fünftel des Umfanges gegeneinander verstellte Spulen s" s" ... angegeben, die parallel zueinander verbunden seien.An exemplary embodiment is shown in the accompanying drawing. The stator α and the rotor 5, which are both supposed to consist of divided iron here, are denoted by the solid circles. The excitation source is e, here for example a direct current source, d a choke coil, which here is intended to prevent the currents generated in the machine from being able to close via the excitation source. The seven field coils sss .... are wound here as following poles, so that they correspond to a 14-pole field; they are connected in series with one another. In addition, there are 7 coils s's's' ■ ■ ■ on the stator. specified which are connected in parallel to each other. On the rotor, five coils s "s" ... which are arranged in a similar manner but are mutually adjusted by an angle equal to one fifth of the circumference are indicated, which are connected in parallel to one another.

In den fünf Rotorspulen s" s" . . . würden zunächst, ihrer Verstellung entsprechend, von dem 14 poligen Statorfelde Fünfphasenströme erzeugt werden. Dadurch nun, daß alle diese Spulen untereinander parallelgeschaltet sind, verhalten sie sich wie eine im Stern verkettete und an den äußeren Klemmen kurzgeschlossene Fünfphasenwicklung. Infolgedessen sind die Spulen untereinander für die erste bis vierte Schwingung kurzgeschlossen, die fünfte Harmonische hingegen erhält in allen die gleiche Richtung und kann sich deshalb ungeschwächt an den Klemmen m~n entwickeln. Derselben entsprächen also Feldschwingungen in den Rotorspulen, entsprechend Pol- und Phasenzahl, von der Frequenz = 7 · 5 = 35 pro Umdrehung.In the five rotor coils s "s". . . would initially, according to their adjustment, be generated by the 14-pole stator field five-phase currents. Because all these coils are connected in parallel with one another, they behave like a five-phase winding linked in a star and short-circuited at the outer terminals. As a result, the coils are short-circuited with one another for the first to fourth oscillation, the fifth harmonic, on the other hand, receives the same direction in all of them and can therefore develop at the terminals m ~ n without being weakened. This would correspond to field oscillations in the rotor coils, corresponding to the number of poles and phases, of the frequency = 7 · 5 = 35 per revolution.

Dieses Rotorfeld erhält bei dieser Anordnung dann eine ähnliche Form wie das Statorfeld, "lagert sich demselben über und bewirkt Schwingungen des gesamten Maschinenfeldes, deren Amplitude von der Maschinenerregung abhängt und durch diese geregelt werden kann. Eine weitere Verstärkung ließe sich auch dadurch erzielen, daß man die Statorspulen, wie für den zweiten Spulensatz angegeben ist, parallel zueinander schaltet.With this arrangement, this rotor field then has a similar shape to the stator field, "superimposes itself and causes vibrations of the entire machine field, whose amplitude depends on the machine excitation and is regulated by it can. A further gain could also be achieved by using the stator coils, as indicated for the second set of coils, switches in parallel to each other.

In den sieben Statorspulen s' s' s'. . . . würden dann zunächst durch die Rückwirkung der fünf Roterspulen Schwingungsimpulse erzeugt, welche, wie von einem zehnpoligen Rotorfelde erzeugt, einer Frequenz gleich 5 pro Umdrehung entsprächen. Diesen gegenüber würden sich die sieben parallelgeschalteten Statorspulen verhalten wie eine im Stern verkettete und an den äußeren Klemmen kurzgeschlossene Siebenphasenwicklung. Infolge- dessen sind diese Spulen dann untereinander für die erste bis sechste Schwingung in sich kurzgeschlossen, die siebente Harmonische hingegen erhält in allen die gleiche Richtung und kann sich an den Klemmen k-l ungeschwächt entwickeln, d. h. dieselben würden gleichfalls dieselbe Feldschwingung von der Frequenz, hier 5 · 7 = 35 pro Umdrehung, ausbilden. In the seven stator coils s's's'. . . . oscillation pulses would then initially be generated by the reaction of the five red coils, which, as generated by a ten-pole rotor field, would correspond to a frequency equal to 5 per revolution. In relation to these, the seven stator coils connected in parallel would behave like a seven-phase winding linked in a star and short-circuited at the outer terminals. As a result, these coils are then short-circuited to one another for the first to sixth oscillation, the seventh harmonic, on the other hand, receives the same direction in all of them and can develop without weakening at the terminals kl , i.e. they would also have the same field oscillation at the frequency, here 5 7 = 35 per revolution, train.

Die erzeugten Ströme können an irgendeiner der Wicklungen abgenommen werden. Desgleichen kann auch irgendeine der Wicklungen an die Erregerstromquelle angeschlossen werden. Sowohl auf dem Stator wie auf dem Rotor können die Spulen in Serien- oder Parallelschaltung benutzt werden.The generated currents can be sent to any of the windings are removed. Any of the windings can also do the same connected to the excitation power source. Both on the stator and on the Rotor, the coils can be used in series or parallel connection.

Besonders einfach wird die Anordnung, wenn man, wie in der Zeichnung, nur die Statorspulen an den Erreger- und Verbrauchsstromkreis, der hier durch die Klemmen 1-2 angedeutet sei, anschließt, dieses schon aus dem Grunde, weil der Rotor dann ohne elektrische Verbindung nach außen, Schleifringe U. dgl., ausgeführt werden kann. Man kann dann auch die Rotorspulen durch entsprechend geschaltete Stäbe bzw. unterteilte Leiter ersetzen, welche ähnlich wie bei einem Käfiganker verbunden sind, eventuell als doppelter Käfiganker oder als solcher mit Windungen aus je zwei nebeneinanderliegenden Stäben.The arrangement is particularly simple if, as in the drawing, only the stator coils to the excitation and consumption circuit, which is here through terminals 1-2 is indicated, this is connected for the reason that the rotor is then without electrical Connection to the outside, slip rings and the like. Can be performed. You can then also move the rotor coils through accordingly Replace switched bars or subdivided conductors, which are similar to a cage anchor are connected, possibly as a double cage anchor or as such with turns made of two adjacent bars.

Gleichzeitig können zur Verstärkung der Wirkung natürlich auch noch bekannte Mittel benutzt werden, Kondensatoren c c, wie sie in der Zeichnung eingezeichnet sind, und welche an die Stator- oder auch an die Rotorwicklung angeschlossen sein können, oder auch aus Selbstinduktion und Kapazität zusammengesetzte Abstimmungsgruppen u. dgl. Benutzt man Spulen, die, wie in der Zeichnung dieAt the same time, of course, known means can also be used to increase the effect, capacitors cc, as shown in the drawing, and which can be connected to the stator or rotor winding, or voting groups composed of self-induction and capacitance and the like. Like. If you use coils that, as in the drawing

Spulen s s s in Serie zueinander geschaltetCoils s s s connected in series with one another

sind, so empfiehlt es sich, geeignet bemessene Kondensatoren zu einzelnen Gruppen, zwei oder mehr Spulen in Serie, parallelzuschalten, weil die verschiedenen kurzgeschlossenen Schwingungen sich hier unter verschiedenen Phasen zusammensetzen und so, in verschiedener Weise beeinflußt, auch die Wirkungenare, it is advisable to use appropriately sized capacitors in individual groups, two or more coils in series, to be connected in parallel because the different ones are short-circuited Vibrations are composed here under different phases and so, in different Wise influences, also the effects

der Maschinenstreuung korrigiert werden können. the machine spread can be corrected.

Das Verfahren gestattet eine große Anzahl verschiedener Ausführungsformen. Alle sind dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen erzeugt werden sollen durch Ausgleichströme zwischen unter verschiedenem Winkel zueinander verstellten Spulen der Stator- oder Rotorwicklung. Hierbei kann man wie in derThe method allows a large number of different embodiments. All are characterized in that the vibrations are to be generated by equalizing currents between at different angles to each other adjusted coils of the stator or Rotor winding. As in the

ίο Zeichnung die Stator- und Rotorspulen gleichmäßig über den Umfang verteilen, und in diesem Falle ist die dem Bruchteile des Verhältnisses der verschiedenen Verstellung ent-. sprechende Harmonische, welche zur Ausbildung kommt, gleichzeitig auch durch die Spulenzahlen bestimmt. Man kann aber auch die Spulen ungleichmäßig über den Umfang verteilen, und in diesem Falle ist die betreffende Harmonische nur durch den Bruchteil des Verhältnisses der verschiedenen Verstellungen bestimmt. Man kann beispielsweise die Spulenzahlen auch gleich groß wählen und etwa die Rotorspulen um eine abwechselnd größere und kleinere Teilung verstellen. Dieselben würden dann gleichfalls eine mehrphasig induzierte Wicklung darstellen, und zwar eine unter zwei Phasen induzierte Wicklung. Soll hierbei durch die zwischen diesen beiden Phasen fließenden Kurzschlußströme eine höhere Harmonische zur Ausbildung gebracht werden, und zwar eine Schwingung von beliebig vielfach zu wählender Frequenz der Grundschwingung, so würde dieselbe bestimmt durch den Bruchteil des Unterschiedes der Verstellung der beiden Phasen zueinander. In diesem Falle wären dieselben also nicht etwa wie die zwei Phasen einer Zweiphasenwicklung unter 90 ° verstellt anzuordnen, sondern unter einer der zur Ausbildung zu bringenden Schwingung entsprechenden Phasendifferenz, beispielsweise wie zwei gegenüberliegende Phasen einer Mehrphasenwicklung größerer Phasenzahl.ίο drawing the stator and rotor coils evenly spread over the circumference, and in this case it is a fraction of the ratio the various adjustment. speaking harmonics, which are used for training comes, at the same time also determined by the number of bobbins. But you can also use the coils unevenly over the circumference distribute, and in this case the harmonic in question is only through the fraction the relationship between the various adjustments. One can for example choose the same number of coils and alternate the rotor coils by one Adjust larger and smaller pitch. The same would then also be multiphase represent induced winding, namely a winding induced under two phases. Should in this case be caused by the short-circuit currents flowing between these two phases a higher harmonic can be brought to form, namely an oscillation of An arbitrarily multiple frequency of the fundamental oscillation, then the same would be determined by the fraction of the difference in the adjustment of the two phases to one another. In In this case, the same would not have to be arranged at an angle of 90 ° like the two phases of a two-phase winding, but rather with a phase difference corresponding to the oscillation to be created, for example, like two opposite phases of a polyphase winding larger Phase number.

Natürlich würden in einer derartigen Ausführungsform die Wirkungen nicht gleichvollkommene sein. Denn -da hier die Wicklung aus nur zwei parallelgeschalteten Phasen besteht, so müßten die Ströme niederer Frequenzen, um sich richtig aufzuheben, um 180° gegeneinander versetzt sein. In diesem Falle kann dann aber nur noch die nächsthöhere Frequenz zur Ausbildung kommen. Wählt man hingegen die Verstellung so, daß eine vielfach höhere Frequenz zur Ausbildung kommt, so müssen die Ströme niederer Frequenzen sich unter Winkeln zusammensetzen, die von 180° verschieden sind. Man erhält dann somit Schwingungen, in denen auch die übrigen niederen Frequenzen auftreten, da hingegen eine bestimmte, höhere Frequenz stärker als die übrigen zur Entwicklung kommt.Of course, in such an embodiment, the effects would not be equally perfect be. Because - since the winding consists of only two phases connected in parallel, so the currents of lower frequencies would have to cancel each other properly by 180 ° be offset against each other. In this case, however, only the next higher can be used Frequency come to training. If, on the other hand, you choose the adjustment so that a much higher frequency for training comes, the currents of lower frequencies must be composed at angles, which are different from 180 °. One then obtains vibrations in which the other lower frequencies occur, whereas a certain, higher frequency is stronger than the rest comes to development.

Aber auch derartige Schwingungen lassen sich natürlich nutzbar verwenden, zumal man es in der Hand hat, durch Einschaltung entsprechend bemessener Kondensatoren u. dgl. in den äußeren Stromkreisen doch nur die Ströme der gewünschten Frequenzen zu benutzen. But such vibrations can of course also be used, especially since you can has in hand, by switching on appropriately sized capacitors and the like. to use only the currents of the desired frequencies in the external circuits.

Die beschriebenen Ausführungsformen wurden die zwei extremen Fälle darstellen, und man kann natürlich auch irgendeine andere Phasenzahl unter beliebiger Verstellung wählen. Alle sind dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung dadurch erzielt wird, daß der Stator bzw. Rotor der Maschine nicht einphasig gewickelt ist, sondern eine mehrphasig in sich geschlossene Wicklung trägt, also allgemein die Stator- und Rotorwicklung aus irgendwie unter verschiedenen Winkeln zueinander verstellten Spulen bestehen und mindestens zwei Spulen der Stator- oder Rotorwicklung parallel zueinander geschaltet sind. Die Verteilung der Spulen über den Umfang kann eine gleichmäßige oder ungleichmäßige sein und die Phasenzahl infolgedessen der Verstellung der Spulen entsprechen oder kleiner sein und muß mindestens zwei betragen. Die zusammengeschalteten Spulen können hierbei direkt parallelgeschaltet oder auch über irgendwelche äußeren Hilfsstromkreise in sich geschlossen sein. Bezüglich der Felderregung ist in der Zeichnung angenommen, daß sie durch eine Gleichstromquelle geschieht; sie könnte aber natürlich auch durch Wechselstrom bewirkt werden.The described embodiments were to represent the two extreme cases, and one can of course also choose any other number of phases with any adjustment. All are characterized in that the effect is obtained by having the stator or the rotor of the machine is not wound in one phase, but rather in a multi-phase manner closed winding, so generally the stator and rotor windings from somehow There are coils adjusted at different angles to one another and at least two Coils of the stator or rotor winding are connected in parallel to one another. The distribution the coils around the circumference can be uniform or uneven and the As a result, the number of phases corresponds to the adjustment of the coils or must be smaller be at least two. The interconnected coils can be connected directly in parallel or also be self-contained via any external auxiliary circuits. Regarding the field excitation, it is assumed in the drawing that it is supplied by a direct current source happens; but it could of course also be brought about by alternating current.

Claims

95 patent claims:

1. Process for generating high-frequency currents, characterized in that they are generated by vibrations of the magnetic field of a machine, these vibrations being caused by the reaction of a suitable manner on the stator or the Rotor of the machine arranged, multi-phase induced winding, whose coils of different phase, directly or via any auxiliary circuits are connected in parallel, so that through the Equalizing currents forming between the individual coils are dampened by field oscillations of low frequency and only the harmonics determined by the phase difference of the individual coils, which receives the same direction in the different coils, comes to training.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that that the stator and rotor of the machine consist of divided iron and are distributed next to each other over the circumference.

coils located on the other side, but adjusted at different angles to one another wear, the coils of the stator or the rotor or both are connected in parallel with each other and in any Way can be connected to an excitation source and a power consumption circuit. j

3. Device for executing the | driving according to claim 1, characterized in that that both the excitation current source and the current consumption circuit j are connected to the stator coils, so I that the rotor may be designed similar to a simple short-circuit armature can.

4. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that that when stator or rotor coils are connected in series, capacitors form individual groups, two or more Coils in series, are connected in parallel, so that this reduces the effects of field scattering between stator and rotor can be corrected in various ways.

1 sheet of drawings.