DE2802970C2

DE2802970C2 - Single phase induction machine

Info

Publication number: DE2802970C2
Application number: DE19782802970
Authority: DE
Inventors: Franz 8080 Fürstenfeldbruck Pfister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-24
Filing date: 1978-01-24
Publication date: 1984-09-20
Also published as: DE2802970A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einphasen-Induktionsmaschine mit ein Dreh- bzw. Wanderfeld aufbauenden Magnetpolen, bestehend aus einem eine Erregerwicklung tragenden Hauptschenkel und Steuerwicklungen tragende Nebenschlußschenkel, denen ein Reaktionskörper zugeordnet ist, der relativ zu den Magnetpolen rotatorisch oder translatorisch bewegbar ist, wobei die Erregerwicklung an Wechselspannung liegt und einen Hauptfluß induziert, der sich bei nicht stromdurchflossenen Steuerwicklungen im wesentlichen über den Hauptschenkel und die Nebcnschlußschcnkcl schließt und der bei Strom durchflossener Steuerwicklung über den Reaktionskörper gezwungen wird.The invention relates to a single-phase induction machine with a rotating or traveling field Magnetic poles, consisting of a main leg carrying an excitation winding and control windings supporting shunt legs, to which a reaction body is assigned, which is relative to the magnetic poles is rotatory or translationally movable, the excitation winding being connected to AC voltage and induces a main flow, which is essentially over when the control windings are not carrying current the main leg and the shunt connection closes and the control winding through which current flows is forced over the reaction body.

Eine Einphasen-Induktionsmaschine dieser Art ist aus der GB-PS 9 39 950 bekannt. Dabei sind die Magnetpole mit je einer kurzgeschlossenen Spaltpolwicklung versehen und der magnetische Rückschlußkörper weist zwischen zwei Polen drei Schenkel auf, von denen der erste mit einer von Wechselspannung durchflossenen Wicklung versehen ist und die beiden anderen von mit Gleichspannung gespeisten Teilwicklungen umgeben sind. Bei dieser Ausführung wird insbesondere eine Steuerung der Geschwindigkeit und des Drehmomentes bei unveränderter Statorfrequenz mit Hilfe einer Niederspannung an den Steuerwicklungen vorgenommen.A single phase induction machine of this type is off the GB-PS 9 39 950 known. The magnetic poles are each provided with a short-circuited shaded pole winding and the magnetic yoke body has three legs between two poles, the first of which is provided with a winding through which alternating voltage flows and the other two with DC voltage fed partial windings are surrounded. In this embodiment, in particular, a Control of speed and torque with unchanged stator frequency with the help of a low voltage made on the control windings.

Durch die DE-AS 11 53 829 ist ein Asynchronmotor mit zwei Spaltpolen bekannt geworden, bei der ein Teilpol, der keine Spaltpolwicklung trägt, mit einer Wicklung versehen ist, deren Enden zur Steuerung der Drehzahl über einen einstellbaren Widerstand miteinander verbunden sind. Hierbei wird eine Flußverstellung durch einstellbaren Kurzschluß einer Steuerwicklung vorsenommen.DE-AS 11 53 829 is an asynchronous motor has become known with two shaded poles, in which a partial pole that does not have a shaded pole winding with one winding is provided, the ends of which to control the speed via an adjustable resistor with each other are connected. Here, a flux adjustment is made by an adjustable short circuit of a control winding made.

Gesteuerte rotierende Induktionsmaschinen sind in verschiedenen Ausführungsformen für Gleichstromspeisung bekannt Bei diesen Maschinen wird in der Regel eine Flußsteuerung durch Regelung der Speisespannung und die Erzeugung eines Drehfeldes durch Folgesteuerung der Erregerwicklung vorgenommen. Hierbei ergibt sich ein verhältnismäßig großer Aufwand an Schalt- und Steuermitteln.Controlled rotating induction machines are in various embodiments for direct current supply known In these machines, a flow control is usually used by regulating the supply voltage and a rotating field is generated by sequential control of the field winding. This results in a relatively large amount of switching and control means.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einphasen-Induktionsmaschine mit einem Reaktionsteil und mit Hauptpolen, bestehend aus einem eine Erregerwicklung tragenden Hauptschenkel und Steuerwicklungen tragende Nebenschlußschenkel derart weiterzubilden, daß die Geschwindigkeit und die Größe des Drehmomentes mit wenig Aufwand verlustarm allein über die Steuerwicklungen einstellbar sind.The invention is based on the object of a single-phase induction machine with a reaction part and with main poles, consisting of an excitation winding to further develop supporting main legs and control windings supporting shunt legs in such a way, that the speed and the size of the torque alone with little effort and low loss the control windings are adjustable.

Diese Aufgabe wird bei einer Einphasen-Induktionsmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß jeder einzelne der nebeneinander angeordneten Magnetpole zwei links und rechts vom Hauptschenkel angeordnete Nebenschlußschenkel aufweist daß die Steuerwicklungen der beiden Nebenschlußschenkel über elektronische Schaltmittel miteinander verbunden sind, und daß zur Erzeugung des geschwindigkeits- und momentbestimmenden Dreh- bzw. Wanderfeldes die Steuerwicklungen mittels der elek ι ronischen Schaltmittel in einer vorgebbaren Folge kontinuierlich kurzgeschlossen werden.This task is performed on a single phase induction machine of the type mentioned at the outset, according to the invention, in that each one of the arranged magnetic poles has two shunt legs arranged to the left and right of the main leg that the control windings of the two shunt legs are connected to one another via electronic switching means are connected, and that to generate the speed and torque-determining torque or Wanderfeldes the control windings by means of the electronic Switching means are continuously short-circuited in a predeterminable sequence.

Auf diese Weise kommt man gegenüber den bekannten Anordnungen ohne mit Gleichspannung gespeiste Steuerwicklungen und ohne Spaltpolwicklungen aus. Dadurch wird eine größere Einfachheit und gegenüber den bekannten Maschinen mit Spaltpolen ein gleichmäßigeres Drehmoment erzielt. Durch die Ausbildung, An-Ordnung und Steuerung der einzelnen Pole wird auch die Speisung mit Hochspannung ermöglicht ohne daß ein Transformator und Stromrichter erforderlich ist.In this way, compared to the known arrangements without a DC voltage supply Control windings and without shaded pole windings. This creates a greater simplicity and opposite the known machines with shaded poles achieved a more even torque. Through training, an-order and control of the individual poles, the power supply with high voltage is made possible without that a transformer and converter is required.

Die erfindungsgemäße Magnetflußsteuerung kann bei elektrischen Motoren und Generatoren und auch bei regelbaren Trag- und/oder Führungseinrichtungen, z. B. für die Schwebetechnik, oder bei regelbaren Bremseinrichtungen für Magnetschienen- oder Wirbelstrombremsen angewendet werden.The magnetic flux control according to the invention can and also in electric motors and generators with adjustable support and / or guide devices, z. B. for hovering technology, or adjustable Braking devices for magnetic rail or eddy current brakes are used.

Bei Verwendung von Thyristoren im Steuerkreis kann der Steuerstrom und damit die Größe des Maschinenflusses durch einfache Anschnittsteuerung eingestellt werden. Dabei arbeiten die Thyristoren mit natürlicher Kommutierung, so daß sich eine einfache Steuerung ergibt und preiswerte Thyristoren, auch mit langer Freiwerdezeit, eingesetzt werden können. Zur Erzeugung eines Wanderfeldes bzw. Drehfeldes werden die Thyristoren in einer vorgebbaren Folge durchgesteuert. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.When using thyristors in the control circuit, the control current and thus the size of the machine flow set by simple gate control will. The thyristors work with natural commutation, so that a simple control results and inexpensive thyristors, even with a long release time, can be used. To the generation of a traveling field or rotating field, the thyristors are controlled in a predeterminable sequence. Two embodiments of the invention are shown in the drawing.

F i g. 1 zeigt das Prinzip eines Einphasen-Linearmotors undF i g. 1 shows the principle of a single-phase linear motor and

F i g. 2 eine Einphasen-Induktionsmaschine mit Rotor. In Fig. 1 ist ein Stator 1 aus η Magnetpolen 2 gebildet, die parallel angeordnet sind. Die äußere Verbindung der Magnetpole 2 besteht aus einem lamellierten Eisenjoch 3, das mit der Schiene lOfüi den Fluß deinen magnetischen Rückschluß bildet. Der ebenfalls eisenlameilierte Magnetpol 2 besteht aus dem Hauptschenkel 4 mit der Erregerwicklung 5 und den parallelliegetiden b5 Nebenschlußschenkeln 6 mit der aufgeteilten Steuerwicklung 7, wobei der Hauptschenkel 4 und die Nebenschlußschenkel zumindest annähernd querschnittsgloich sind. Zum Kurzschließen der Steuerwicklung 7 weidenF i g. 2 a single-phase induction machine with a rotor. In Fig. 1, a stator 1 is formed from η magnetic poles 2 which are arranged in parallel. The external connection of the magnetic poles 2 consists of a laminated iron yoke 3, which forms your magnetic return path with the rail lOfüi the flux. The likewise iron-laminated magnetic pole 2 consists of the main leg 4 with the exciter winding 5 and the parallel-lying b5 shunt legs 6 with the divided control winding 7, the main leg 4 and the shunt legs being at least approximately the same cross-section. To short-circuit the control winding 7 willow

vorteilhaft jeweils elektronische Schaltelemente, wie z. B. Thyristoren 8, 9 in Antiparallelschaltung vorgesehen. Die in Reihe geschalteten Erregerwicklungen 5 der einzelnen Magnete werden zur Erzeugung des magnetischen Flusses Φ_ο mit Wechselspannung beaufschlagt Der erzeugte Erregerfluß Φ_ο = cw.J liiirchflutet die im magnetischen Kreis liegende aufgeteilte Steuerwicklung 7 und induziert in dieser eine Spannung U₀. Wird die aufgeteilte Steuerwicklung 7 durch Ansteuern eines der Thyristoren 8 oder S kurzgeschlossen, so erfolgt eine Flußteirung, wobei der größte Teil des Flusses Φ Ober die Pole 2 gedrängt wird. Der verbleibende Teilfluß über die Nebenschlußschenkel 6 bewirkt in der aufgeteilten Steuerwicklung 7 einen Kurzschlußstrom, der sich entsprechend der Belastung des Pols ändertadvantageous in each case electronic switching elements such. B. thyristors 8, 9 provided in anti-parallel connection. The series-connected excitation windings 5 of the individual magnets to generate the magnetic flux _Φ ο with AC voltage applied to the excitation flux generated _Φ ο = cw.J the liiirchflutet lying in the magnetic circuit split control coil 7 and this induces a voltage in U _0th If the divided control winding 7 is short-circuited by driving one of the thyristors 8 or S, flux control takes place, with most of the flux Φ being pushed over the pole 2. The remaining partial flow through the shunt legs 6 causes a short-circuit current in the divided control winding 7, which changes according to the load on the pole

Zur kontinuierlichen Regelung des über den Pol 2 und die Schiene 10 gedrängten Flusses Φ und damit zur Strombegrenzung im unteren Geschwindigkeitsbereich wird die aufgeteilte Steuerwicklung 7 durch Anschnittsteuerung kurzgeschlossen. Zur Ausnutzung der positiven und negativen Halbwelle sind Thyristoren 8, 9 in Antiparallelschaltung geschaltet. Sie löschen in der Regel selbsttätig jeweils im Nulldurchgang des Stroms. Zur Leistungsfaktorverbesserung ist eine Sektorsteuerung mit Zwangslöschung der Halbleiterventile möglieh. The divided control winding 7 is short-circuited by gate control for continuous regulation of the flux Φ pushed over the pole 2 and the rail 10 and thus to limit the current in the lower speed range. To utilize the positive and negative half-waves, thyristors 8, 9 are connected in anti-parallel connection. As a rule, they automatically extinguish each time the current crosses zero. A sector control with forced deletion of the semiconductor valves is possible to improve the power factor.

Die Erzeugung eines Drehfeldes und damit eines Drehmoments wird durch Folgesteuerung der Thyristoren 8, 9 der Steuerwicklungen 7 erzielt Die Steuerung erfolgt in an sich bekannter Weise über einen Steuersatz 11. Die Geschwindigkeitsverstellung erfolgt abhängig von der Frequenz der speisenden Spannung durch Erhöhung der Fortschaltfrequenz der Folgesteuerung. Im unteren Geschwindigkeitsbereich wird die Steuerwicklung 7 jeweils für die positive bzw. negative Halbwelle über einen längeren Zeitraum als eine Periode mit Anschnittsteuerung kurzgeschlossen, so daß die aktiven Pole mit einem Halbwellenpaket beaufschlagt werden. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Anzahl der Halbwellen pro Paket reduziert, so daß bei maximaler Geschwindigkeit die Fortschaltfrequenz gleich der Frequenz der speisenden Wechselspannung ist.The generation of a rotating field and thus a torque is achieved through sequential control of the thyristors 8, 9 of the control windings 7 achieved The control takes place in a manner known per se via a tax rate 11. The speed adjustment is dependent on the frequency of the supply voltage by increasing the incremental frequency of the sequence control. In the lower speed range, the control winding 7 is in each case for the positive or negative half-wave short-circuited for a period longer than a period with gate control, so that the active Poles are acted upon with a half-wave packet. As the speed increases, the number of Half-waves per packet reduced so that at maximum speed the incremental frequency is equal to the frequency the feeding AC voltage.

Um ein möglichst gleichmäßiges Drehmoment im unteren Drehzahlbereich zu erreichen, ist es vorteilhaft, mindestens ein weiteres System von Magnetpolen parallel so anzuordnen, daß die Magnetpole der einzelnen Systeme innerhalb einer Polteilung gegeneinander versetzt sind.In order to achieve the most uniform possible torque in the lower speed range, it is advantageous to at least one other system of magnetic poles in parallel to be arranged so that the magnetic poles of the individual systems offset against each other within a pole pitch are.

Bei der in Fig.2 gezeigten Induktionsmaschine ist den Magnetpolen 2 ein Rotor 12 zugeordnet. Die Isolation der Erregerwicklungen ist für die Speisung mit Hochspannung bemessen.In the induction machine shown in FIG. 2, a rotor 12 is assigned to the magnetic poles 2. The isolation the excitation windings is designed for high voltage supply.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Single-phase induction machine with a Drehbzw. Traveling field building magnetic poles, consisting of one carrying an excitation winding Main tavern! and shunt legs which carry control windings and to which a reaction body is assigned is that can be moved in a rotary or translatory manner relative to the magnetic poles, with the excitation winding is connected to alternating voltage and induces a main flow, which occurs when there is no current flowing through it Control windings essentially via the main leg and the shunt legs closes and the control winding through which current flows is forced over the reaction body is characterized in that each one of the magnetic poles arranged next to one another (2) has two shunt legs (6) arranged to the left and right of the main leg that the control windings (7) of the two shunt legs with each other via electronic switching means are connected, and that to generate the speed and torque-determining Drehbzw. Traveling field the control windings by means of the electronic switching means in a predeterminable Sequence to be short-circuited continuously.

2. Single-phase induction machine according to claim 1, characterized in that the excitation windings are connected in series and fed with high voltage.