DE426840C

DE426840C - Induction machine with a commutator rear machine, which is excited in its rotating parts

Info

Publication number: DE426840C
Application number: DES65133D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred Pagenstecher; Dipl-Ing Guenther Scharowsky
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1924-02-19
Filing date: 1924-02-19
Publication date: 1926-03-18
Also published as: GB229710A

Description

Induktionsmaschine mit Kommutatorhintermaschine, die in ihrem umlaufenden Teile erregt wird. Für verlustlos regelbare Drehstromantriehe sind Maschinensätze vorgeschlagen worden, die aus einer Induktionsmaschine und einer Kommutatorhintermaschine bestehen. Dieser wird die Schlupfenergie der Vordermaschine zugefühat und von der Hintermaschine an die Welle der Induktionsmaschine oder über :eine besonders mit ihr mechanisch gekuppelte Hilfsmaschine an das Netz zurückgegeben. Solche Anordnungen sind unter dem Namen »mechanisch gekuppelte oder elektrisch gekuppelte Drehstromregelsätze« bekannt.Induction machine with a commutator rear machine, which is in its rotating Parts is excited. There are machine sets for losslessly controllable three-phase drives has been proposed consisting of an induction machine and a commutator back machine exist. This is fed the slip energy of the front machine and from the Rear machine to the shaft of the induction machine or via: one especially with their mechanically coupled auxiliary machine returned to the network. Such arrangements are under the name "mechanically coupled or electrically coupled three-phase current control sets" known.

Als Hintermaschine werden für diese Regelsätze meist Kommutatormaschnnen benutzt, in denen sich drei Leistungsflüsse vereinigen: i. der elektrische Leistungsfluß der Schlupf -energie der Vordermaschine, a. der mechanisch von der Hintermaschine aufgenommene oder von ihr abgegebene Leistung sfluß, 3. der elektrische Erregungsfluß.Commutator machines are usually used as the rear machine for these rule sets used, in which three power flows unite: i. the electrical power flow the slip energy of the front machine, a. mechanically from the rear machine absorbed or emitted power s flux, 3. the electrical excitation flux.

Wird die Hintermaschine in ihrem umlaufenden Teil (z. B. über Schleifringe) erregt, so tritt eine gewisse Abhängigkeit der Hintermaschinendrehzahlein, da dieErregerperiodenzahl ebenso groß sein muß wie diejenige Periodenzahl, die im Anker der Hintermaschine infolge deT Speisung- mit S.chlupfstrom vorhanden ist. Diese Abhängigkeit der Hintermaschinendrehzahl machte es. bei mechanisch gekuppelten Regelsätzen :erforderlich, daß die Hintermaschine mit der Induktionsmaschine starr, und zwar entweder direkt oder über Zahnräder, Kettenantriebe usw., gekuppelt sein mußte. Bei den elektrisch gekuppelten Regelsätzen dagegen war man gezwungen, die Hintermaschine synchron laufen zu lassen, d. h. die mit ihr gekuppelte Hilfsmaschine als Synchronmaschine auszuführen.Is the rear machine in its rotating part (e.g. via slip rings) is excited, there is a certain dependency of the rear machine speed, since the number of excitation periods must be just as large as the number of periods in the armature of the rear machine as a result of the supply with S. slip current is present. This dependency on the rear machine speed made it. with mechanically coupled rule sets: it is necessary that the rear machine rigid with the induction machine, either directly or via gears, Chain drives, etc., be coupled had to. With the electrically coupled Rule sets, on the other hand, you were forced to let the rear machine run synchronously, d. H. execute the auxiliary machine coupled to it as a synchronous machine.

Sowohl die starre Kupplung wie die Ausführung der Hilfsmaschine als Synchronmaschine bringen Nachsteile mit sich. Einerseits ist es nämlich oft nicht möglich, eine feste Kupplung überhaupt anzuordnen, außerdem erfordern Zahnräder und Kettengetriebe hohe Anschaffungskosten. Anderseits bringt die S.ynchronmaschne betriebstechnische Nachteile mit sich, die in der schwierigen und nur mit teuren Apparaten möglichen Beherrschung des Anlaßvorganges sowie in dem an sich niedrigen und durch die Erregung beschränkten Kippmoment der synchron laufenden Maschine liegen.Both the rigid coupling and the execution of the auxiliary machine as Synchronous machines have disadvantages. On the one hand, it is often not possible to arrange a fixed coupling at all, also require gears and chain drives high acquisition costs. On the other hand, the S.ynchronmaschne operational disadvantages with it, which in the difficult and only with expensive Apparatus possible mastery of the starting process as well as in the inherently low one and the overturning moment of the synchronously running machine which is limited by the excitation.

Diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß für Regelsätze, bestehend aus Induktionsmaschinen mit Kommutatormaschinen, :die in ihrem umlaufenden Teil erregt werden., diese Erregung sowohl von der Netzperiodenzahl und der Vordermaschinendrehzahl als auch von der Hintermaschinendrehzahl beeinflußt wird, so daß für die letztere beliebige Werte und Schwankungen zugelassen werden können.These disadvantages are eliminated according to the invention in that for Rule sets, consisting of induction machines with commutator machines,: those in their revolving part are excited., this excitation both from the network period number and the front machine speed as well as the rear machine speed so that any values and fluctuations are permitted for the latter can.

Die Abb. i zeigt ein Ausführungsbei spiel für die Erfindung. i ist der Vordermotor, 2 eine schleifringerregteHintermaschine 3 die Hilfsmaschine, die in diesem Fall als gewöhnliche Drehfeldmaschine ausgeführt werden soll. Beträgt die Netzfrequenz ui und die Drehzahl der Vordermaschine n2, so ist die Schlupfperiodenzahl (1) 113=ni-n..Fig. I shows a Ausführungsbei game for the invention. i is the front motor, 2 a slip ring excited rear machine 3 the auxiliary machine, which in this case is to be designed as a normal induction machine. If the mains frequency is ui and the speed of the front machine is n2, the number of slip periods is (1) 113 = ni-n ..

Die Hilfsmaschine 3 hat eine Drehzahl ui, die unter Fortlassung der elektrischen und mechanischen Konstanten der Maschine 3 um dem Schlupf dieser Maschine von der Frequenz n1 verschieden ist und je nach der Belastung oder Belastungsrichtung kleinere oder größere Werte als ui annehmen kann. Für die schleifringerregte Maschine 2 gilt das Gesetz, daß die Differenz von dem elektrischen Äquivalent der mechanischen Drehzahl n4 und der Schlupfperiodenzahl 1Z3 gleich der Erregerperiodenzahl. n5 ist. Für den Fall der Ab b. i bestecht dann die Gleichung n,, =1Z4 -113-Setzt man in diese Gleichung für n3 den Wert von n3 aus Gleichung i ein, so erhält man '(3) 115=n4-ul+n2. Wird die Erregung für die Hintermaschine 2 einer Erregermaschine 4 entnommen, so muß dafür gesorgt werden, daß diese Maschine 4 mit einer Drehzahl angetrieben wird, die in jedem Augenblick dem Weirtn5 entspricht. Zu diesem Zweck ist ein Differentialgetriebe 5 mit der einen Komponente an die Drehzahl n2, mit der andern Komponente an eine Synchronmaschine 6 gelegt, die mit der Netzfrequenz n, betrieben wird. Die dritte Komponente dieses Differentialgetriebes hat dann die Drehzahl u6. (4) n6 =n1-112. Ein zweites Differentialgetriebe 7 ist mit einer Komponente an diese Drehzahl n6 gelegt, so daß für seine dritte Komponente n7 die folgende Gleichung gilt: (5) 117 = 114 - 116 oder (6) 117 =n4-u1+n2=lk. Die Erregerperiodenzahl folgt bei dieser Anordnung jeder Änderung der Antriebsdrehzahl n2 wie der Frequenz nl oder der Hinterma.s,chinendrehzahl n4 selbsttätig und gestattet einen Betrieb der Hintermaschine 2 mit irgendeiner frei wählbaren Drehzahl.The auxiliary machine 3 has a speed ui which, omitting the electrical and mechanical constants of the machine 3, differs from the frequency n1 by the slip of this machine and can assume smaller or larger values than ui depending on the load or load direction. For the slip ring excited machine 2, the law applies that the difference between the electrical equivalent of the mechanical speed n4 and the number of slip periods 1Z3 is equal to the number of excitation periods. n5 is. In the case of Ab b. i then validates the equation n ,, = 1Z4 -113-If one substitutes the value of n3 from equation i for n3 in this equation, one obtains' (3) 115 = n4-ul + n2. If the excitation for the rear machine 2 is taken from an excitation machine 4, it must be ensured that this machine 4 is driven at a speed which corresponds to the Weirtn5 at every moment. For this purpose, a differential gear 5 is placed with one component at the speed n2, with the other component at a synchronous machine 6 which is operated at the network frequency n. The third component of this differential gear then has the speed u6. (4) n6 = n1-112. A second differential gear 7 is set with a component at this speed n6, such that for its third component n7 the following equation: (5) 117 = 114-116 or (6) 117 = u1 + n4-n2 = lk. In this arrangement, the number of excitation periods follows every change in the drive speed n2, such as the frequency nl or the rear machine, chinend speed n4, and allows the rear machine 2 to be operated at any freely selectable speed.

Die Abb. 2 zeigt bei gleichen Bezugszeichen eine vereinfachte Art :der Erzeugung der Periodenzahl n5. Ein Differentialgetriebe 8 ist in diesem Fall mit einer am Netz liegenden Synchronmaschine 6 und der Welle des Hintermaschinensatzes n4 so verbunden, daß seine dritte Komponente n3 die Differenz der andern beiden Komponenten bildet, also (7) us=n4-111. Die Erregermaschine 4 ist als Maschine mit umlaufendem Ständer ausgeführt. Der Ständer ist mit der Antizebswelle n2, der Läufer mit der Komponente n8 des Differentialgetriebes 8 verbunden. Die der Maschine entnommene Periodenzahl n2 entspricht der Summe der Drehzahlen von Ständer und Läufer, also (8) us=ns+n2 und (9) ns=n4-nl+n2=n5.Fig. 2 shows a simplified type with the same reference numerals: the generation of the number of periods n5. A differential gear 8 is in this case connected to a synchronous machine 6 connected to the network and the shaft of the rear machine set n4 in such a way that its third component n3 forms the difference between the other two components, i.e. (7) us = n4-111. The excitation machine 4 is designed as a machine with a rotating stand. The stator is connected to the anti-engine shaft n2, the rotor to the component n8 of the differential gear 8. The number of periods n2 taken from the machine corresponds to the sum of the speeds of the stator and rotor, i.e. (8) us = ns + n2 and (9) ns = n4-nl + n2 = n5.

Es ist somit dasselbe erreicht wie bei der Anordnung nach der Ab:b. i. Auch das Differentialgetriebe 8 kann durch eine Anordnung nach der Abb.3 ersetzt werden. In diesem Fall wird die Erregermaschine ebenfalls mit urrJaufendem Ständer ausgeführt und mit der Netzfrequenz n1 erregt. Es werden dann Ständer und Läufer mit der Antriebsdreihzahl n. und der Hinterdrehzahhnaschine n4 gekuppelt. So 'kann bekanntlich ohne weiteres erreicht werden, daß die der Erregermaschine entno-mmene Periodenzahl tiio folgender Gleichung genügt (io) 1110=ni-11i ;-11.>=n5. Dadurch wird unter Verwendung einer einzigen Maschine der Forderung des Erfindungsgedankecvs entsprochen.The same thing is achieved as with the arrangement according to the Ab: b. i. The differential gear 8 can also be replaced by an arrangement according to Figure 3 will. In this case the exciter is also with a rotating stand executed and excited with the network frequency n1. There will then be stands and runners coupled with the drive speed n. and the rear-turning machine n4. So can is known to be achieved without further ado that the excitation machine entno-mmene Number of periods tiio the following equation satisfies (io) 1110 = ni-11i; -11.> = N5. Through this using a single machine is the requirement of the inventive concept cvs complied.

Sieht man von der Verwendung von Differentialgetrieben und Maschinen mit umlaufendem Ständer ab, so kann die Anordnung auch nach Abb. 4. getroffen werden. Die Anordnung von Haupt-, Hinter- und Hilfsmaschine ist bei denselben Bezugszeiten die gleiche, wie in den Abb. i bis 3 dargestellt. Die Erregung für die Maschine 2 wird dem Seku@ndärs@tromkreis eines Asynchronmotors 9 entnommen, dessen Primärstromkreis an einem Frequenzwandler i o liegt, der mechanisch vom Hintermaschinensatz 2 -;- 3 angetrieben, wird und dessen zweite elektrische Komponente n1 über einen Transformator i i am Netz liegt. Die Frequenz n11 zwischen der Drehfeldmaschine 9 und dem Frequenzwandler i o errechnet sich als (i i) 11ll=nl-ttl. Wird die Maschine 9 so geschaltet, daß ihr Anker (bei positiv drehendem S:tatorfeld) gegen das Drehfeld läuft, so ist die an den Schleifringen abgenommene Erregerperiodenzahl (i2) jl:2-llil@n:.' oder (13) i112=114-nt-@-112=t15. Der Transformator i i liefert einen für die Erregung richtigen Spannungswert an den Schleifringen der Maschine 9. Die Einstellung der Erregung kann am Transformator i i oder durch andere bekannte spannungsregelnde Mittel zwischen :dem Transformator, der Maschine io und der Maschine 9 oder auch zwischen der Maschine 9 und der '.Maschine 2 vorgenommen werden.If one disregards the use of differential gears and machines with rotating stands, the arrangement can also be made according to Fig. 4. The arrangement of the main, rear and auxiliary machine is the same with the same reference times, as shown in Figs. The excitation for the machine 2 is taken from the secondary circuit of an asynchronous motor 9, the primary circuit of which is connected to a frequency converter io, which is mechanically driven by the rear machine set 2 -; - 3, and whose second electrical component n1 is connected to the network via a transformer ii lies. The frequency n11 between the induction machine 9 and the frequency converter io is calculated as (ii) 11ll = nl-ttl. If the machine 9 is switched in such a way that its armature (with positively rotating stator field) runs against the rotating field, the number of excitation periods taken from the slip rings is (i2) jl: 2-llil @ n :. ' or ( 1 3) i112 = 114-nt - @ - 112 = t15. The transformer ii supplies a correct voltage value for the excitation at the slip rings of the machine 9. The setting of the excitation can be done on the transformer ii or by other known voltage-regulating means between: the transformer, the machine io and the machine 9 or between the machine 9 and the '.Machine 2 can be made.

Müssen der Maschine 2 zwei getrennte Erregerflüsse, z. B. einer zur Regelung der Drehzahl und ein zweiter zur Einstellung des Leistungsfaktors, zugeführt werden, so kann dies von den Schleifringen der Maschine 9 in gesondierten Stromkreisen mit eigenen Regelapparaten geschehen. Es kann auchnotwendig werden, für die getrennten Erregerflüsse an S S telle der Maschine i o zwei Maschinen zu verwenden,.gegebenenfaJ1s auch zwei Transformatoren i i, um durch Regelung an den Transformatoren die gewünschten Betriebsverhältrisse, d. h. Drehzahl und Leistungsfaktor, einstellen zu können. Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die Drehfeldmas-chine 9 oder der Frequenzwandler io mit der Drehzahl n2 gekuppelt ist, d. h. die leiden Maschinen können vertauscht werden. Ebenso kann die mit der Drehzahl 11, verbundene Maschine vom Netz aus gespeist werden und ihrerseits die mit der Drehzahl t1,1 gekuppelten Maschinen speisen. In jedem Fall muß eine für Größe und Richtung des erregenden Spannungsvektors notwendige Doppelerregung im Primärstromkreis der Erregermaschine liegen.Do the machine 2 have two separate excitation flows, e.g. B. one for Regulation of the speed and a second for setting the power factor this can be done by the slip rings of the machine 9 in separate circuits happen with their own control apparatus. It may also be necessary for the separate Excitation flows to use two machines instead of the machine, as given also two transformers i i to get the desired ones by controlling the transformers Operating conditions, d. H. Speed and power factor to be able to adjust. In principle, it does not matter whether the rotating field machine 9 or the frequency converter io is coupled with the speed n2, d. H. the suffering machines can be mixed up will. Likewise, the machine connected to the speed 11, can be fed from the mains and in turn feed the machines coupled with the speed t1,1. In in each case one must be necessary for the size and direction of the exciting voltage vector Double excitation lie in the primary circuit of the exciter.

Es ist ohne weiteres möglich, noch weitere Anordnungen für die Erzeugung der richtigen Periodenzahl gemäß der Erfindung anzugeben. Die Erfindung ist anwendbar bei allen geeigneten, also auch bei den hier nicht gezeigten Zusammenstellungen von Differentialgetrieben, Asynchronmaschinen, Frequenzwandlern und Maschinen mit umlaufendem Ständer mit Gleich- oder Drehstromerregung, kurz, bei allen Maschinen mit drei Komponenten, deren Zeitpotentiale (Drehzahl oder Periodenzahl) in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis stehen.It is easily possible to have other arrangements for the generation indicate the correct number of periods according to the invention. The invention is applicable with all suitable ones, including those not shown here of differential gears, asynchronous machines, frequency converters and machines with rotating stator with DC or three-phase excitation, in short, on all machines with three components, their time potentials (speed or number of periods) in one a certain relationship of dependency.

Die sinngemäße Anwendung der Erfindung auf mechanisch gekuppelte Drehstromsätze ermöglicht die Übertragung der von der Hintermaschine abgegebenen mechanischen Leistung auf die Welle der Induktionsmaschine durch Riemen oder andere nicht starre Kupplungen. Die Verwendung dieser billigen und einfachen Übertragungsart stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, da eine Verwendung dieser Kupplungen in solchem Regelsätzen bisher unmöglich. war. Die Abbildungen der Beschreibung ändern sich für diese Regelsätze insofern, als die Maschine 2 nicht mit einer besonderen Hilfsmaschine 3, sondern über ein nicht starres Getriebe, z. B. Riementrieb, mit der Welle der Vordermaschine gekuppelt ist.The analogous application of the invention to mechanically coupled three-phase sets enables the transmission of the mechanical power delivered by the rear machine on the shaft of the induction machine by belts or other non-rigid couplings. The use of this cheap and simple type of transmission is a special one The advantage of the invention is that these couplings are used in such rule sets so far impossible. was. The illustrations of the description change for these rule sets insofar as the machine 2 does not have a special auxiliary machine 3, but via a non-rigid transmission, e.g. B. Belt drive, with the shaft of the front machine is coupled.

Claims

PATENT CLAIM: Induction machine with commutator heating machine, which is excited in its rotating parts, characterized in that the excitation of the rear machine on the number of mains periods and the front machine speed as is influenced by the number of revolutions behind the machine, so that arbitrary Values and fluctuations can be allowed.