DE322438C

DE322438C - Dynamo machine with a combination of the stator windings and the rotor windings of two machines that is suitable for cascade connection

Info

Publication number: DE322438C
Application number: DE1914322438D
Authority: DE
Original assignee: SANDYCROFT Ltd
Current assignee: SANDYCROFT Ltd
Priority date: 1913-04-19
Filing date: 1914-04-15
Publication date: 1920-06-29

Description

Dynamomaschine mit einer zur Kaskadenschaltung geeigneten Vereinigung der Ständerwicklungen und der Läuferwicklungen zweier Maschinen. Die vorliegende Erfindung betrifft synchrone Wechselstrom-Dynamomaschinen. Es ist bereits bekannt, asynchrone Maschinen in Kaskadenschaltung mit einer gesonderten Synchronmaschine, die durch Gleichstrom erregt ist, zu verbinden, vgl. Arnold und La Cour »Die asynchronen Wechselstrommaschinenc< Teil z, rgog, Seite 536 und 537. Die Maschine von Bradley nach dem amerikanischen Patente 43$6o2, auf welche Arnold verweist, hat den Nachteil, daß die Wicklungen der beiden getrennten Ständerglieder nicht in einem Gliede vereinigt werden können. Anderseits ist in den Patenten 2o6533 und 22o4go dargelegt, wie asynchrone Maschinen hergestellt werden können, in denen in ein .und derselben Maschine mit einem Läufer und einem Ständer die nötigen Wicklungen zum Laufe in Kaskadenschaltung vorgesehen sind, sowie zum Laufe bei einer Umdrehungszahl, welche einer der Normalpolzahlen entspricht, die zusammen die Kaskadenpolzahl ergeben.Dynamo machine with an association suitable for cascade connection the stator windings and the rotor windings of two machines. The present The invention relates to synchronous alternating current dynamo machines. It is already known asynchronous machines in cascade connection with a separate synchronous machine, which is excited by direct current, see Arnold and La Cour "The asynchronous AC machines c <part z, rgog, pages 536 and 537. Bradley's machine according to the American patent 43 $ 602, to which Arnold refers, has the disadvantage that the windings of the two separate stator members are not combined in one member can be. On the other hand, patents 2o6533 and 22o4go show how asynchronous Machines can be produced in which one. And the same machine with a rotor and a stator the necessary windings to run in a cascade connection are provided, as well as to run at a speed which is one of the normal pole numbers which together give the number of cascade poles.

Um eine synchrone Kaskadenmaschine herzustellen, kann man daran denken, in einer Maschine die Wicklungen zweier getrennter Maschinen zu vereinen, so daß Läufer und Ständer je zwei Wicklungen von verschiedener Polzahl tragen, wobei die eine Wicklung auf dem Ständer mit Wechselstrom gespeist wird, während die andere mit Gleichstrom gespest wird, damit das Feld für synchronen Lauf mit einer der Wicklungen auf dem Läufer geschaffen wird. Hierzu wäre jedoch nötig, daß die Polzahlen der beiden Teile in geeigneter Weise gewählt werden und daß die Gleichstromwicklung auf dem Ständer derart geschaltet wird, daß Wechselströme in ihr nicht direkt von der Primärwicklung induziert werden können. Eine derartige Anordnung würde praktisch kaum brauchbar sein wegen ihrer notwendigerweise großen Abmessungen für eine gegebene Leistung; ihr geringer Wirkungsgrad läßt sich aus erheblichen Kupferverlusten und unvermeidlichen Verlusten in der Gleichstromwicklung erklären. Aus diesen Gründen ist wohl niemals der Versuch gemacht worden, eine Synchronmaschine für Kaskadenlauf in dieser Weise zu bauen: Es sind daher bisher noch nie die Vorteile einer derartigen Anordnung für synchronen Kaskadenlauf erreicht worden, da man die entgegenstehenden Schwierigkeiten nicht überwinden konnte.To make a synchronous cascade machine one can think of to combine the windings of two separate machines in one machine, so that Rotor and stator each carry two windings with different numbers of poles, with the one winding on the stator is fed with alternating current, while the other with direct current is fed, so that the field for synchronous running with one of the windings is created on the runner. For this, however, it would be necessary that the number of poles both parts are chosen appropriately and that the DC winding is switched on the stand in such a way that alternating currents in it are not directly from the primary winding can be induced. Such an arrangement would be practical hardly usable because of their necessarily large dimensions for a given Power; Their low efficiency can be attributed to considerable copper losses and explain inevitable losses in the DC winding. For these reasons an attempt has probably never been made to create a synchronous machine for cascade operation to build in this way: There have therefore never been the advantages of such a Arrangement for synchronous cascade operation has been achieved because one of the opposing Couldn't overcome difficulties.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine für Kaskadenlauf geeignete Maschine, die kombinierte Wicklungen auf gemeinsamem Ständer und Läufer besitzt, wie sie beispielsweise in der Patentschrift 22o4gc beschrieben sind, für synchronen Lauf bei der Kaskadenumdrehungszahl, also der der Summe der Polzahlen entsprechenden Umdrehungszahl, geeignet gemacht, während sie beim Anlassenbis bzw. über die synchrone Umdrehungszahl hinaus als Induktionsmotor mit einer der Normalpolzahlen laufen kann. Bei synchronem Lauf ist die Maschine also als Kaskade von Induktionsmotor und Synchronmotor geschaltet. Auf diese Weise wird die Schwierigkeit, eine synchrone Maschine anzulassen und auf normale Umdrehungszahl zu bringen, überwunden. Der zum Speisen des zum synchronen Laufe benötigten Feldes dienende Gleichstrom wird von einer besonderen Stromquelle geliefert, vorzugsweise von besonderen Wicklungen auf einem Generator, der mit der Maschine gekuppelt ist, und wird in an sich bekannter Weise in eine oder mehrere oder alle Phasenwicklungen des einen Teils der Maschine, allgemein des Ständers, durch Anzapfungen an geeigneten Punkten der Phasenwicklungen geleitet. Die Anzapfungen derjenigen Phasenwicklungen, die nicht mit Gleichstrom beschickt werden, können zu Dämpfungszwecken kurzgeschlossen werden.According to the present invention, one becomes suitable for cascade running Machine with combined windings on a common stator and rotor, as described, for example, in the patent specification 22o4gc, for synchronous Run at the number of cascade revolutions, i.e. the sum of the number of poles appropriate RPM, made suitable while starting up or over the synchronous RPM can also run as an induction motor with one of the normal pole numbers. When running synchronously, the machine is a cascade of induction motor and synchronous motor switched. This way, the difficulty of starting a synchronous machine becomes and bring it up to normal speed. The one for dining the one for the synchronous one During the required field serving direct current is from a special power source supplied, preferably from special windings on a generator connected to the Machine is coupled, and is in a known manner in one or more or all phase windings of one part of the machine, generally the stator, guided by taps at suitable points on the phase windings. The taps of those phase windings that are not charged with direct current be short-circuited for damping purposes.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt.The invention is illustrated in the drawings.

Fig. i stellt ein Diagramm einer Ständerwicklung dar, die acht öder vier Pole ergibt und zum Laufe bei synchroner Kaskadenumdrehungszahl geeignet ist, die der Summe dieser Polzahlen, also i2 Polen entspricht.Fig. I is a diagram of a stator winding comprising eight or more results in four poles and is suitable for running at synchronous cascade speed, which corresponds to the sum of these numbers of poles, i.e. i2 poles.

Die Fig. 2 und 3 sind Schaltungsschemen, die der Fig. i entsprechen und die zeigen, wie der Gleichstrom zwei oder allen Phasen zugeführt werden kann.Figures 2 and 3 are circuit diagrams corresponding to Figure i and which show how the direct current can be supplied to two or all phases.

Die Fig. ¢ und 5 zeigen die Ankerwicklungen direkt gekuppelter Gleichstromgeneratoren, die zwei oder drei Phasen der Ständerwicklung den Gleichstrom zuführen, wie in Fig. 2 bzw. Fig. 3.Figs. ¢ and 5 show the armature windings of directly coupled direct current generators, the two or three phases of the stator winding supply the direct current, as shown in Fig. 2 and 3, respectively.

Fig. 6 zeigt den Stromverlauf in der Läuferwicklung während des Anlässens als Induktionsmotor mit einer der Normalpolzablen (im dargestellten Falle acht Pole).6 shows the current profile in the rotor winding during starting as an induction motor with one of the normal pole variables (eight poles in the case shown).

Fig. 7 stellt das zu Fig. 6 gehörende Schaltungsschema dar, welches die Stromverbindungen während der geschilderten Arbeitsweise zeigt.FIG. 7 shows the circuit diagram associated with FIG. 6, which shows the power connections during the operation described.

Fig. 8 zeigt die Läuferwicklung und den Stromlauf in ihr während des synchronen Laufes als Kaskadenmaschine.Fig. 8 shows the rotor winding and the current flow in it during the synchronous run as a cascade machine.

Fig. 9 ist das der Fig. 8 entsprechende Schaltungsschema.FIG. 9 is the circuit diagram corresponding to FIG. 8.

Die Bezeichnungen nach Patentschrift 220.¢9o zur Bezeichnung der .Ströme in den drei Phasen sind beibehalten worden. Die ausgezogenen Linien stellen die augenblicklichen Maxima der Phasen dar. Die gestrichelten Linien und die strichpunktierten Linien stellen die Phasen auf der Hälfte der M?,mrna dar. Diej enigen Linien, welche - abwechselnd aus Punkten und Kreuzen bestehen, stellen Leiter dar, welche im Augenblick stromlos sind. Doppelte Linien stellen Leiter dar, welche Ströme führen, welche von zwei um ,o° versetzten Phasen compoundiert sind und dem quadratischen Wurzelmittelwert mal 1,73 der Leiter entsprechen, welche die normalen Dreiphasenströme führen. Schließlich stellen die dicken Linien in Fig. 2 und 3 die Gleichstromverbindungen dar.The designations according to patent specification 220. [9o] for designating the currents in the three phases have been retained. The solid lines represent the instantaneous maxima of the phases. The dashed lines and the dash-dotted lines represent the phases on the half of the M?, Mrna. The lines, which consist of alternating points and crosses, represent conductors, which in the Are de-energized at the moment. Double lines represent conductors which carry currents which are compounded by two phases offset by .0 ° and which correspond to the root mean square value times 1.73 of the conductors which carry the normal three-phase currents. Finally, the thick lines in Figures 2 and 3 represent the DC connections.

Die. Fig. i, 2 und 3 zeigen, wie das stationäre Feld für synchrone Wirkungsweise mit Gleichstrom gespeist werden kann durch Anbringung von Anzapfpunkten an Mittelpunkten der Phasen der Wechselstrom-Ständer-Wicklung. Während des Anlassens wird Wechselstrom von einer Dreiphasenstromquelle durch die Klemmen io, ii und i2 der Ständerwicklung zugeführt und fließt in ihr, wie durch die Kreuze und Punkte innerhalb der Kreise, welche die Stäbe darstellen, in Fig. i angegeben. 13 bedeutet eine Sternverbindung. Hierdurch wird das normale achtpolige Feld erzeugt, mit- welchem die Maschine als Induktionsmotor angelassen wird. Wenn die Umdrehungszahl, die 12 Polen entsprichtalso die Haskadenumdrehungszabl für eine Maschine mit Normalpolzahlen von 8 und ¢ -nahezu erreicht oder überschritten ist, wird. der- Gleichstrom den Phasenwicklungen des Ständers durch Anzapfpunkte bei 1q. und 15, 16 und 17, 18 und ig zugeführt oder durch einen oder nur zwei .derselben. Wenn der Gleichstrom allen Phasen zugeführt wird, so gestaltet sich der Stromfluß, wie es durch die Kreuze und Punkte außerhalb der Kreise, welche die Stäbe darstellen, in Fig. i dargestellt ist, und es ergibt sich, daß in drei Nuten die Ströme in einer Richtung fließen, in den nächsten drei sich aufheben und so fort um den Ständer herum sich verhalten, so daß .ein stationäres vierpoliges Feld erzeugt wird. Dieses wird aber gerade benötigt, um mit dem sekundären vierpoligen Felde des Läufers zusammenzuarbeiten, wodurch ermöglicht wird, daß die Maschine als Synchronmaschine bei der Kaskadenurndrehungszahl läuft. Natürlich sind die Gleichströme den Wechselströmen in der Ständerwicklung übergelagert, aber der Effekt ist in elektromagnetischer Hinsicht derselbe,-als ob die Gleichströme in gesonderten Wicklungen in denselben Nuten flössen. Die resultierenden Ströme in. jedem Stabe können nicht dargestellt werden, da sie vom Leistungsfaktor, der Anzahl der mit Gleichstrom gespeisten Phasen u. dgl. abhängen. Fig. 3 zeigt, wie Gleichstrom jeder Phasenwicklung des Ständers durch seine Anzapfpunkte zugeführt wird, wobei die .Ströme von drei gesonderten Generatoren oder von gesonderten Wicklungen ,.esselben Generators 2o durch gesonderte Kommutatoren 2r, 22 und 23 zugeführt werden. Es ist zum mindesten notwendig, einen Generator mit gesonderten Wicklungen zur Speisung jeder Phase mit Gleichstrom zu benutzen, da sonst die Gleichstromleitungen zwischen den Anzapfpunkien der drei Phasen kurzgeschlossen werden würden. Fig. 2 zeigt, wie nur zwei Phasen der Ständerwicklung mit Gleichstrom von Kollektoren 21 und 22 gespeist werden, während die dritte Phase zu Dämpfungszwecken bei 24 kurzgeschlossen sein kann. In diesem Falle müssen die Gleichströme, welche jeder der beiden Phasen zugeführt werden, ungefähr im Verhältnis 3:2 verstärkt werden, im Vergleich zu dem Falle der Fig. z und 3, wo die Gleichströme jeder Phase zugeführt werden, damit derselbe elektromagnetische Effekt erzielt wird. In der dritten Phase werden Ströme induziert, wenn die Maschine nicht synchron läuft, welche.das Bestreben zeigen; die Maschine in Synchronismus zu bringen und daher jede Neigung zu Schwingungen oder Voreilung unterdrücken. Dieselbe Wirkung tritt in gewissem Maße in allen drei Phasen durch die Gleichstromverbindungen auf.The. Fig. I, 2 and 3 show how the stationary field for synchronous Operation can be fed with direct current by attaching tapping points at the midpoints of the phases of the alternating current stator winding. During starting AC power is supplied from a three phase power source through terminals io, ii and i2 fed to the stator winding and flows in it, as if through the crosses and dots indicated within the circles representing the bars in FIG. 13 means a star connection. This creates the normal eight-pole field with which the machine is started as an induction motor. If the number of revolutions is 12 Pole therefore corresponds to the number of revolutions of the cascade for a machine with normal pole numbers of 8 and ¢ - is almost reached or exceeded, is. the- direct current the Phase windings of the stator through taps at 1q. and 15, 16 and 17, 18 and ig supplied or by one or only two .the same. When the direct current all Phases is fed, so is the flow of current, as it is through the crosses and points outside the circles representing the bars are shown in FIG is, and it turns out that in three grooves the currents flow in one direction, cancel each other out in the next three and behave so on around the stand, so that .a stationary four-pole field is generated. But this is just needed, to cooperate with the secondary quadrupole field of the rotor, whereby it is made possible that the machine as a synchronous machine at the cascade speed runs. Of course, the direct currents are the alternating currents in the stator winding superimposed, but the effect is the same from an electromagnetic point of view, -as whether the direct currents flowed in separate windings in the same slots. The resulting Currents in each bar cannot be represented because they depend on the power factor, the number of phases fed with direct current and the like. Fig. 3 shows like direct current supplied to each phase winding of the stator through its tapping points is, with the .Ströme from three separate generators or from separate windings ,. The same generator 2o by separate Commutators 2r, 22 and 23 are fed. It is at least necessary to have a generator with separate Use windings to supply each phase with direct current, otherwise the direct current lines would be short-circuited between the tapping points of the three phases. Fig. 2 shows how only two phases of the stator winding with direct current from collectors 21 and 22 are fed, while the third phase is short-circuited at 24 for damping purposes can be. In this case, the direct currents which each of the two phases should be amplified approximately in the ratio 3: 2, compared to that Case of Figs. Z and 3, where the direct currents are supplied to each phase, therewith the same electromagnetic effect is obtained. In the third phase there are currents induced when the machine is not running synchronously, which show the tendency; to bring the machine into synchronism and therefore any tendency to oscillate or suppress advance. The same effect occurs to some extent in all three Phases through the direct current connections.

Geeignete Wicklungen auf Generatoren, welche mit der Welle des Motors direkt gekuppelt werden können und den Synchronisierstrom dem Ständer liefern, sind in Fig. q. und 5 dargestellt. Fig. q. zeigt zwei gesonderte Wicklungen, die in denselben Nuten des Ankers des Generators angebracht sind und mit gesonderten Kollektoren 21 und 22 verbunden sind. Es ist eine Wellenwicklung dargestellt, aber aus Bequemlichkeit kann eine einfache Armatur mit einer geraden Zahl von Nuten benutzt werden, und zwei Windungen 25 werden als tote Windungen belassen, die nicht in den Stromkreis geschaltet sind. Wenn die Armatur eine ungerade Anzahl von Nuten besitzt, so besteht keine Notwendigkeit, diese toten Windungen zu belassen. Fig: 5 zeigt eine Armatur mit regelmäßig verteilten Wicklungen, die so angeordnet sind, daß sie drei gesonderte Phasen des Ständers durch drei gesonderte Kollektoren 2r, 22 und 23, wie in Fig. 3, speisen. In hig. 5 haben die Kollektoren eine. gerade Anzahl von Stäben,- und vier Bürsten laufen auf jedem, die entgegengesetzt paarweise wie üblich verbunden sind, um Ströme zu führen, wie durch die + - und - - Zeichen dargestellt. Die in Fig. q: und 5 dargestellten Armaturen wirken in einem Gleichstromfelde von irgendeiner geeigneten Art, das vier Pole ergibt, wie es durch die Buchstaben N, S, N, S in den Figuren dargestellt ist, und der Stromfluß in den Wicklungen ist in dem zur Darstellung gewählten Augenblick durch die Kreuze und Punkte an den die Stäbe darstellenden Kreisen angegeben. Der für das Zusammenwirken mit dem Ständer bestimmte Läufer der Kaskadenmaschine kann mit Wicklungen von der Art versehen werden, wie sie in der Patentschrift 2204go beschrieben sind, jedoch wird vorzugsweise der Sternverbindungspunkt (der mit 25 in den verschiedenen Figuren der Patentschrift 2209o bezeichnet ist) geöffnet und mit Schleifringen verbunden, damit Widerstände an dieser Stelle auch während des Anlassens eingeschaltet werden können. Sonst würden lokale Ströme in den geschlossenen Strombahnen des Läufers während des Anlassensinduziert werden können, und diese könnten bewirken, daß eine übermäßig hohe Spannung in den Gleichstromwicklungen erzeugt wird.Suitable windings on generators connected to the shaft of the motor can be coupled directly and supply the synchronizing current to the stator in Fig. q. and 5 shown. Fig. Q. shows two separate windings in the same Grooves of the armature of the generator are attached and with separate collectors 21 and 22 are connected. A wave winding is shown, but for convenience a simple fitting with an even number of grooves can be used, and two turns 25 are left as dead turns that are not in the circuit are switched. If the valve has an odd number of grooves, then there is no need to leave those dead turns. Fig: 5 shows a fitting with regularly distributed windings, which are arranged so that there are three separate Phases of the stator by three separate collectors 2r, 22 and 23, as in Fig. 3, dine. In hig. 5 the collectors have one. even number of bars, - and four brushes run on each, oppositely connected in pairs as usual are to carry currents as shown by the + and - signs. In the Figs. Q: and 5, the fittings shown operate in a direct current field of either suitable kind that gives four poles, as indicated by the letters N, S, N, S in is shown in the figures, and the current flow in the windings is in that for Representation of the selected moment by the crosses and dots on those representing the bars Circles indicated. The rotor intended to interact with the stand the Cascade machine can be provided with windings of the type used in the Patent 2204go are described, however, the star connection point is preferred (which is indicated at 25 in the various figures of patent specification 2209o) opened and connected with slip rings, thus resistors at this point as well can be switched on during starting. Otherwise local currents would flow in the closed current paths of the rotor during starting can, and these could cause an excessively high voltage in the DC windings is produced.

Die Fig. 6 und 7 zeigen den Stromfluß in der Läuferwicklung während des Anlassens, a1: o während der Wirkungsweise als Induktionsmotor mit acht Polen. Die durch die drei Schleifringe 26 fließenden Ströme werden durch einen Widerstand 28 geregelt. Die durch die drei anderen Schleifringe 27 fließenden Ströme werden durch einen Widerstand 9.9 geregelt. Während des Anlassens fließen Ströme durch beide Widerstände, und in dem zur Darstellung gewählten Augenblick stellt sich der Stromfluß in den Stäben gemäß Fig. 6 dar, aus der sich klar ergibt, daß ein achtpoliges Feld erzeugt wird. Wenn die synchrone Kaskadenumdrehungszahl (zwölfpolige Umdrehungszahl) erreicht wird, ist der Widerstand 29 geöffnet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, während bei der normalen synchronen Wirkungsweise der Widerstand 28 sich in der in Fig. g dargestellten kurzgeschlossenen Stellung befindet, wobei die Schleifringe 26 kurzgeschlossen sind. Der Stromfluß in der Läuferwicklung ist dann, wie in Fig. 8 dargestellt. Die Teile der Läuferwicklung, welche in den Fig. 7 und 9 von den Schleifringen 27 ausgehen, werden zweckmäßig aus Leitern von verhältnismäßig geringem Querschnitt hergestellt, da sie nur für eine kurze Zeit während des Anlassens in Wirkung stehen und da ihre Wirkungsweise der geringen Verluste wegen nur von untergeordneter Bedeutung wäre.6 and 7 show the current flow in the rotor winding during starting, a1: o during the operation as an induction motor with eight poles. The currents flowing through the three slip rings 26 are regulated by a resistor 28. The currents flowing through the three other slip rings 27 are regulated by a resistor 9.9 . During starting, currents flow through both resistors, and at the moment chosen for illustration the current flow is shown in the rods according to FIG. 6, from which it is clear that an eight-pole field is generated. When the synchronous cascade number of revolutions (twelve-pole number of revolutions) is reached, the resistor 29 is opened, as is shown in FIG. 9, while in the normal synchronous mode of operation the resistor 28 is in the short-circuited position shown in FIG 26 are short-circuited. The current flow in the rotor winding is then as shown in FIG. The parts of the rotor winding which extend from slip rings 27 in FIGS. 7 and 9 are expediently made from conductors with a relatively small cross section, since they are only active for a short time during starting and because their mode of operation is due to the low losses would only be of secondary importance.

Claims

PATENT CLAIMS: r: dynamo machine with a combination of the stator windings and the rotor windings of two machines suitable for cascade connection, characterized in that in one part, preferably the stator winding, pairs of tapping points are arranged in a manner known per se, through which one or more or all of them Phases of the winding can be supplied with direct current, whereby a direct current field is generated for the synchronous cascade speed at which the machine is connected as a cascade of induction motor and synchronous motor.

2. Dynamo machine according to claim x, characterized in that in Connection to a stator set up to receive direct current is a rotor winding is used in the manner described in the patent 22oq.go, preferably with an open Star connection with slip rings to regulate the currents during the The occasion is connected.

3. Dynamo machine according to claim x, in which two or all phases of the winding are supplied with direct current during the synchronous run are, characterized in that the DC generator is connected directly to the machine is coupled and has separate windings with separate commutators to feed the direct current to the separate phases of the stator winding.