DE320297C

DE320297C - Dynamo-electric converter, the main poles of which are provided with individually or jointly excitable, fixed attachments of the same polarity (shaded pole converter)

Info

Publication number: DE320297C
Application number: DE1913320297D
Authority: DE
Original assignee: NICOLA PENSABENE
Current assignee: NICOLA PENSABENE
Priority date: 1913-06-21
Filing date: 1913-06-21
Publication date: 1920-04-13

Description

Dynamoelektrischer Umformer, dessen Hauptpole mit einzeln oder gemeinsam erregbaren, festen Ansätzen gleicher Polarität versehen sind (Spaltpolumformer). Die Erfindung betrifft einen rotierenden Umformer zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom beliebiger Frequenz, oder umgekehrt, oder auch von Wechselstrom in solchen anderer Spannung oder anderer Periodenzahl, oder auch von Gleichstrom konstanter Spannung in solchen von veränderlicher Spannung, oder umgekehrt.Dynamo-electric converter, the main poles of which are either individually or jointly excitable, solid approaches of the same polarity are provided (shaded pole converter). The invention relates to a rotating converter for converting direct current in alternating current of any frequency, or vice versa, or alternating current in those of a different voltage or a different number of periods, or of direct current constant tension in those of variable tension, or vice versa.

Die neue Maschine ist mit einem Felde nach Art der bekannten Spaltpolumformer versehen, das aus Hauptpolen N bzw. S, (Fig. x) mit Polansätzen n n bzw. s s gleicher Polarität besteht, die einzeln oder gemeinsam derart erregt werden, daß in zwei bzw. mehreren getrennt liegenden, verschiedenpoligen Läuferwicklungen wl, w, elektromotorische Kräfte entstehen. Die Erfindung besteht nun in einer Einrichtung zur beliebigen Veränderung. des Spannungsverhältnisses zwischen den Primär- und Sekundärstromkreisen oder bei einem Mehrfachstromerzeuger zwischen zwei oder mehreren Stromkreisen durch mechanische Verschiebung von besonderen Eisenstücken im Kraftflußweg.The new machine is provided with a field in the manner of the known Spaltpolumformer, the main poles of N and S, (Fig. X) with n n Polansätzen or ss is the same polarity, are energized individually or together in such a manner that in two or several separately located, different-pole rotor windings wl, w, electromotive forces arise. The invention now consists in a device for any change. the voltage ratio between the primary and secondary circuits or, in the case of a multiple power generator, between two or more circuits by mechanical displacement of special pieces of iron in the power flow path.

Bei einer Maschine mit einer derartigen Feldanordnung ist es, wenn man den Fall von nur zwei Läuferwicklungen ins Auge faBt, aus Rücksicht auf die Symmetrie wünschenswert, die Polzahlen, z. B. pi, p2, für diese Wicklungen so zu wählen, daß das Verhältnis eine urgrade Zahl ergibt.In a machine with such a field arrangement, if one considers the case of only two rotor windings, it is desirable, out of consideration for symmetry, to change the number of poles, e.g. B. pi, p2, to choose for these windings so that the ratio results in an original number.

Die Polansätze, die je eine Gruppe oder einen Hauptpol bilden, können einzeln mittels einer Wicklung oder alle zusammen einer gemeinsamen Feldwicklung erregt werden. ' Die Maschine ist im besonderen zur Umwandlung von Gleichstrom oder von Wechselstrom niedriger Frequenz in Hochfrequenzwechselstrom geeignet, da man bei einer bestimmten Ankerumfangsgeschwindigkeit eine größere Periodenzahl erzielen kann als bei einer Maschine der sonst üblichen Bauart. Außerdem steht auch mehr Platz zur Unterbringung der Erregerfeldwicklungen zur Verfügung, und es tritt keine Streuung zwischen den Polansätzen einer Gruppe auf, so daß der Polbogen vergrößert werden kann. Überdies werden auch die Eisenverluste verringert, da für eine bestimmte Frequenz weniger oft eine vollständige Ummagnetisierung stattfindet.The pole approaches, which each form a group or a main pole, can individually by means of a winding or all together with a common field winding get excited. 'The machine is specially designed for converting direct current or from alternating current of low frequency to high frequency alternating current, since one achieve a larger number of periods at a certain armature circumferential speed than with a machine of the usual type. There is also more Space is available to accommodate the excitation field windings, and none occurs Dispersion between the pole approaches of a group, so that the pole arc is enlarged can be. In addition, the iron losses are also reduced, since for a certain Frequency less often a complete magnetization reversal takes place.

Die Spannungen und die Frequenzen sind völlig unabhängig von den Wicklungen; die Maschine kann als Frequenzwandler Besonders für Hochfrequenzströme verwendet werden, da die Polzahl für die beiden Wicklungen gleichgültig die einzelnen Stromkreise sind in elektrischer Beziehung voneinander unabhängig; ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung für drahtlose da hierbei zwischen dem Hochfrequenzstrom und dem Speisestrom keine Interferenzerseheinungen auftreten können.The voltages and frequencies are completely independent of the windings; the machine can be used as a frequency converter especially for high frequency currents because the number of poles for the two windings is indifferent to the individual circuits are electrically independent of one another; a major advantage when using for wireless because this is between the high frequency current and the Feed current no interference can occur.

Bei Anwendung großer Erregerstromstärken für jeden der Hauptpole N bzw. S (Fig. x) hat s.ch nun ergeben, daß bei Änderung der Felderregung das Spannungsverhältnis zwischen den Wicklungen in störender Weise beeinflußt werden kann. Der Grund hierfür ist, daß bei der Vergrößerung der Felderregung der Streufluß zwischen zwei Ansätzen derselben Hauptpole, d. h. der in der Lücke der Hauptpole zwischen den beiden kleinen Polansätzen n n bzw. s s von den Hauptpolen N bzw. S zum Läufereisen übertretende Kraftlinienfluß, zunimmt und folglich in der Wicklung w1, die die größere Polzahl besitzt, eine rückwirkende elektromotorische Kraft hervorruft.When using high excitation currents for each of the main poles N or S (Fig. x), s.ch has now shown that when the Field excitation the voltage ratio between the windings can be influenced in a disruptive manner can. The reason for this is that as the field excitation is increased, the leakage flux between two approaches of the same main poles, d. H. the one in the gap between the main poles between the two small pole approaches n n and s s from the main poles N and S, respectively The flux of force lines which crosses to the rotor iron increases and consequently in the winding w1, which has the larger number of poles, produces a retroactive electromotive force.

Hierbei nimmt das Verhältnis zwischen der in der Wicklung w1 induzierten elektromotorischen Kraft und der in der Wicklung w2 vorhandenen bei Anwachsen der Erregung ab, bei Nachlassen der Erregung aber zu. Nach diesem allgemeinen Grundsatz läßt sich nun der Richtungssinn einer Serienwicklung bestimmen, die man zur Vermeidung dieser störenden Erscheinungen anbringen kann.Here, the ratio between that induced in the winding w1 increases electromotive force and that present in the winding w2 when the Arousal decreases, but when the excitement subsides, it closes. According to this general principle the sense of direction of a series winding can now be determined, which is to be avoided these disturbing phenomena can attach.

Es sei z. B. angenommen, bei einem Gleichstromumformer soll die Generatorspannung für jede Belastung konstant gehalten werden. Wenn dann die Wicklung w2 der Motorseite entspricht, so muß bei zunehmender Belastung das Feld geschwächt werden, um einen Spannungsabfall auf der Generatorseite zu verhindern; die Serienwicklung muß daher der Nebenschlußerregung entgegenwirken. Infolgedessen nimmt aber dieUmlaufsgeschwindigkeit bei steigender Belastung verhältnismäßig schneller zu, als der Kraftfluß in der Wicklung w1 abnimmt; das Ergebnis ist daher eine verstärkte elektromotorische Kraft in dieser Wicklung, wodurch der Ohmsche Spannungsverlust wieder ausgeglichen wird. Es ist ersichtlich, daß diese Kompoundierung die Nebenschlußwirkung unterstützen muß, wenn die Wicklung w1 die Motorseite bildet. In diesem Falle ist die Geschwindigkeitsabnahme bei verstärkter Erregung geringer als das Anwachsen des die Wicklung w2 schneidenden Kraftflusses, und die Folge ist eine Erhöhung der elektromotorischen Kraft in dieser Wicklung, wodurch ebenfalls der Ohmsche Spannungsverlust ausgeglichen wird.Let it be For example, assume that the generator voltage should be used in a DC converter be kept constant for each load. If then the winding w2 of the motor side corresponds, the field must be weakened with increasing load to one To prevent voltage drop on the generator side; the series winding must therefore counteract the shunt excitation. As a result, however, the rotational speed decreases with increasing load, relatively faster than the flow of force in the Winding w1 decreases; the result is therefore an increased electromotive force in this winding, which compensates for the ohmic voltage loss. It can be seen that this compounding helps the shunt effect must if the winding w1 forms the motor side. In this case the speed decrease with increased excitation less than the growth of the winding w2 intersecting Power flow, and the consequence is an increase in the electromotive force in this Winding, which also compensates for the ohmic voltage loss.

Versieht man nun die Maschine mit zwei Gleichstromwicklungen, so ist sie besonders zweckmäßig als Ausgleichsmaschine in Dreileiteranlagen zu verwenden, und besitzt große Vorzüge gegenüber den gewöhnlichen Ausgleichsmaschinen mit Ankerdoppelwicklung, da sie imstande ist, die Spannung auf jeder Seite der Dreileiteranlage bei jeder Belastung konstant zu erhalten.If you now provide the machine with two direct current windings, then it is particularly useful to use it as a compensating machine in three-wire systems, and has great advantages over the usual balancing machines with armature double winding, since it is able to reduce the voltage on each side of the three-wire system at each To keep the load constant.

Um nun die störenden Änderungen von Leistungsfaktor, Geschwindigkeit oder Frequenz zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung besondere Einrichtungen verwendet, um das Verhältnis zwischen den Spannungen zu beeinflussen. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele hierfür dargestellt, eins für den Fall, daß der Kraftfluß des Hauptpoles nach Stärke, und im anderen Falle nach Richtung geändert wird.Now about the disturbing changes in power factor, speed or frequency, special devices are used according to the invention, to influence the relationship between the tensions. In the drawings are two embodiments shown for this, one for the case that the power flow of the main pole is changed according to strength, and in the other case according to direction.

In Fig. r ist ein Wechselstrom-Gleichstrom-Spaltpolumformer veranschaulicht, der einen Läufer A mit einer vierpoligen Gleichstromwicklung w2 und Kommutator besitzt, und eine zwölfpolige Wechselstromwicklung w1 mit Schleifringen. Die vier Hauptpole sind deutlich in der Zeichnung zu erkennen. Die Nordpole sind mit N N und die Südpole mit S S bezeichnet; jeder ist mit zwei kleinen Polstücken oder Ansätzen n n bzw. s s versehen. Die Pole sind an dem Joch Y befestigt und mit den vom Gleitstrom gespeisten Erregerwicklungen E versehen. Die Breite der kleinen Polansätze beträgt etwas weniger als 1/1. des Umfanges, um die Kommutierungszone bequem bilden zu können. Die zur Wicklung w2 gehörigen Bürstenpaare -;- B, -B dienen zum Anschluß des Kommutators an die Gleichstromleitungen -f- K, - K und die zur Wicklungwl gehörigen Schleifringbürsten b b zur Verbindung der Schleifringe mit den Wechselstromleitern H H. Wird nün die Maschine durch die Leiter -f- K, - K mit Gleitstrom gespeispt, so läuft sie dann beispielsweise mit 3ooo -a/Min. ; dann wird in der Wicklung w1 eine Spannung von 3oo vollen Perioden in der Sekunde induziert, entsprechend der Periodenzahl eines zwölfpoligen Stromerzeugers bei dieser Umlaufszahl. Würde die Maschine als gewöhnlicher Umformer verwendet, d. h. als Umformer, dessen Läufer, indem man die Schleifringe mit geeigneten Abzweigstellen der Wicklung w2 verbindet, ebenfalls vierpolig ist wie der Ständer, so würde die Periodenzahl für die Spannung zwischen den Schleifringen nur zoo betragen. Auch würde diese Spannung ein festes Verhältnis zur Spannung des Speisestromes entsprechend der Phasenzahl aufweisen, das sich bei Beeinflussung der Erregung aber nicht ändert. Demgegenüber kann bei der dargestellten Anordnung die Spannung für die Wicklung w, beliebig gewählt und durch Beeinflussung der Erregung auch geändert werden. Der Streufluß zwischen zwei Ansätzen desselben Hauptpoles, d. h., wie bereits angegeben, der in der Lücke der Hauptpole zwischen den beiden kleinen Polansätzen n n bzw. s s von den Hauptpolen N bzw. S zum Läufereisen übertretende Kraftlinienfluß, beeinflußt ungefähr 1/s der Wicklung durch Induzieren einer im Verhältnis seiner Stärke auftretenden gegenwirkenden elektromotorischen Kraft. Die resultierende Kraft in dieser Wicklung ist daher die Differenz zwischen der in % - der- Leiterlänge durch die acht Ansätze za und s induzierten elektromotorischen Kraft und der davon abzuziehenden gegenwirkenden Kraft, die in den übrigen einem Drittel durch den Streufluß in der Lücke zwischen den beiden Ansätzen an jedem Hauptpol induziert wird. Nimmt man an, daß der Kraftlinienwcg in diesen Ansätzen gesättigt ist, der Weg des Streuflusses aber nicht, dann wird -bei Erhöhung der Erregung dieser Streufluß im Verhältnis bedeutend schneller zunehmen als der gewöhnliche Kraftfluß in den Polansätzen. Die Läuferumlaufszahl würde dann heruntergehen, da der Gesamtfluß, der die Gleichstromwicklung schneidet, wächst, und die Folge wäre eine Verringerung derWechselstromspannung. Diese Spannungsänderung führt aber zu Schwankungen der Geschwindigkeit und der Frequenz.In Fig. R an AC-DC shaded pole converter is illustrated, which has a rotor A with a four-pole direct current winding w2 and commutator, and a twelve-pole alternating current winding w1 with slip rings. The four main poles can be clearly seen in the drawing. The north poles are denoted by N N and the south poles by SS; each is provided with two small pole pieces or lugs nn and ss, respectively. The poles are attached to the yoke Y and provided with the excitation windings E fed by the sliding current. The width of the small pole approaches is a little less than 1/1. of the circumference in order to be able to easily form the commutation zone. The pairs of brushes -; - B, -B belonging to the winding w2 are used to connect the commutator to the direct current lines -f- K, - K and the slip ring brushes b b belonging to the windingwl are used to connect the slip rings to the alternating current conductors H H. Now the machine will be fed with sliding current through the conductor -f- K, - K, it then runs, for example, at 3ooo -a / min. ; then a voltage of 300 full periods per second is induced in the winding w1, corresponding to the number of periods of a twelve-pole power generator at this number of revolutions. If the machine were used as an ordinary converter, i.e. as a converter whose rotor, by connecting the slip rings to suitable branches of the winding w2, also had four poles like the stator, the number of periods for the voltage between the slip rings would only be zoo. This voltage would also have a fixed ratio to the voltage of the supply current in accordance with the number of phases, but this does not change when the excitation is influenced. In contrast, in the arrangement shown, the voltage for the winding w can be selected as desired and can also be changed by influencing the excitation. The leakage flux between two approaches of the same main pole, that is, as already stated, the flux of lines of force crossing from the main poles N and S to the armature in the gap between the main poles between the two small pole approaches n n and ss, influences about 1 / s of the winding through Inducing a counteracting electromotive force occurring in proportion to its strength. The resulting force in this winding is therefore the difference between the electromotive force induced in% of the conductor length by the eight approaches za and s and the counteracting force to be deducted therefrom, which in the remaining one third is due to the leakage flux in the gap between the two Approaches to each main pole is induced. If one assumes that the line of force wcg is saturated in these approaches, but the path of the leakage flux is not, then when the excitation is increased, this leakage flux will increase proportionally much faster than the usual force flow in the polar approaches. The number of rotations of the rotor would then go down as the total flux that intersects the DC winding increases and the result would be a decrease in the AC voltage. However, this change in voltage leads to fluctuations in speed and frequency.

Um nun diese Schwankungen zu verhindern und auch die Spannung ändern zu können, ohne die Frequenz zu beeinflussen, ist gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgesehen, die auf der Zeichnung (Fig. i) in gestrichelten Linien für den obersten Pol angedeutet ist. Mittels dieser Einrichtung kann der Streufluß in der Lücke geändert werden, indem man ein zwischen den beiden Ansätzen nn befindliches Eisenstück M verschiebt. Ein solches Stück M kann an jedem Pol angebracht sein. Natürlich muß die Geschwindigkeit konstant gehalten werden, wenn man die Frequenz gleichhalten will, und ebenso muß der Hauptkraftfluß konstant bleiben. Zu diesem Zweck muß beim Anwachsen des Streuflusses der wirksame Kraftlinienfluß in den Hauptpolen durch geeignete Verkleinerung der Erregung verringert werden. Daraus folgt, daß die Spannung in der Wechselstromwicklung w1 aus zwei Gründen abnimmt.In order to now prevent these fluctuations and also change the voltage being able to do so without influencing the frequency is a device according to the invention provided on the drawing (Fig. i) in dashed lines for the top one Pole is indicated. The leakage flux in the gap can be changed by means of this device by placing a piece of iron M between the two lugs nn shifts. Such a piece M can be attached to each pole. Of course you have to the speed can be kept constant if you keep the frequency the same will, and also the main flow of forces must remain constant. For this purpose, the Increase in the leakage flux through the effective line of force flux in the main poles appropriate scaling down of arousal can be reduced. It follows that the tension in AC winding w1 decreases for two reasons.

Für den Fall, daß die Hauptpole mit mehr als zwei Ansätzen versehen sind, kann die gleiche Einrichtung, wie oben beschrieben, verwendet werden, und zwar jedesmal in dem Zwischenraum zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Polansätzen.In the event that the main poles are provided with more than two approaches the same device as described above can be used, and each time in the space between two consecutive pole approaches.

In Fig. o- ist eine andere Anordnung dargestellt, die wie diejenige nach Fig. z auch mehrfach angewendet werden kann. Die Zeichnung veranschaulicht einen der Hauptpole einer Maschine zum Umformen von Gleichstrom in Wechselstrom; der mittlere; bewegliche Ansatz A' wird durch je einen Messingring B1 auf beiden Seiten des Poles geführt und kann in Richtung des Umfanges frei verschoben werden. Die beiden Messingringe sind durch Kupferniete, die durch die festen Polansätze hindurchgehen, verbunden und bilden so gleichzeitig eine Dämpfer@vick-Jung. Mit Hilfe des Hebels C und: des Handrades D kann man nun den beweglichen Ansatz A1 -um einen Bogen schwenken, der etwa der Polteilung der Wicklung wi entspricht. Bei der in gestrichelten Linien gezeichneten Stellung hat offenbar die in dieser Wicklung durch den beweglichen Pol erzeugte elektromotorische Kraft das Vorzeichen gewechselt und ist ,entgegengesetzt gerichtet zu der durch die anderen Ansätze erzeugten Kraft. Die Spannung in der Wicklung wird daher im Verhältnis 3 zu i verkleinert. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß der durch den Hauptpol hervorgerufene Gesamtkraftlinienfluß nur seiner Richtung nach verändert wird und daher die erforderliche Geschwindigkeit für die in der Zeichnung nicht mit dargestellte Gleichstromwicklung w2 gleich bleibt; man braucht also nicht die Erregung zu beeinflussen, um die Geschwindigkeit der Maschine konstant zu halten.In Fig. O- another arrangement is shown, the same as that can also be used several times according to FIG. The drawing illustrates one of the main poles of a machine for converting direct current into alternating current; the middle one; movable approach A 'is supported by a brass ring B1 on both Sides of the pole out and can be moved freely in the direction of the circumference. The two brass rings are connected by copper rivets, those by the fixed pole attachments go through, connected and thus form a damper @ vick-Jung at the same time. With With the help of the lever C and: of the handwheel D, you can now use the movable attachment A1 -um Pivot an arc which corresponds approximately to the pole pitch of the winding wi. In the The position shown in dashed lines obviously has the position in this winding electromotive force generated by the moving pole changed sign and is directed opposite to the force generated by the other lugs. The voltage in the winding is therefore reduced in a ratio of 3 to i. The advantage this arrangement lies in the fact that the total flux of force lines caused by the main pole is only changed in its direction and therefore the required speed for the direct current winding w2 not shown in the drawing remains the same; So you don't need to influence the arousal in order to increase the speed of the To keep the machine constant.

Die neue Maschine kann übrigens, wenn sie mit zwei geeigneten Gleichstromwicklungen versehen ist, auch dazu verwendet werden, eine konstante Gleichstromspannung veränderlich zu machen, oder umgekehrt. Gemäß der Erfindung läßt sich stets das Spannungsverhältnis zwischen den verschiedenen Läuferwicklungen unter Benutzung des Streuflusses verändern und nach Wunsch mittels der beschriebenen Einrichtungen der beweglichen Polansätze regeln.The new machine can, by the way, if it has two suitable DC windings can also be used to change a constant direct current voltage to do, or vice versa. According to the invention, the voltage ratio can always be between the different rotor windings using the leakage flux and, if desired, by means of the described devices of the movable pole attachments rules.

Claims

PATENT CLAIMS: e.g. Dynamo-electric converter, its main poles provided with individually or jointly excitable, fixed approaches of the same polarity are (shaded pole converter), and in which the rotor has two separate windings possesses, characterized in that in the space between two or more fixed lugs each of the main poles movable lugs are arranged with their Help the magnetic flux of the poles according to strength or direction or according to strength and direction can be changed to match the tension ratio of the two for different To regulate the number of poles wound rotor windings.

2. Dynamo-electric converter according to claim i with only common excitation of the poles, characterized in that the strength of the force flow between adjacent fixed attachments of the same main pole is changed by means of an iron core, by shifting it in the radial direction the electromotive force in one rotor winding without influencing the one can be regulated in the other winding.

3. Dynamo-electric Converter according to claim x, characterized in that one of the movable attachments be displaced in the circumferential direction in the case of one or more main poles, whereby the direction of the power flow and the electromotive force in the with the larger number of poles provided winding can be changed without the force in the other winding is affected.