DE603517C

DE603517C - Multi-phase AC motor with a primary winding divided into several winding sections connected in parallel during operation

Info

Publication number: DE603517C
Application number: DE1930603517D
Authority: DE
Original assignee: Electric Machinery Manufacturing Co
Current assignee: Electric Machinery Manufacturing Co
Priority date: 1929-01-25
Filing date: 1930-01-26
Publication date: 1934-10-06

Description

Mehrphasenwechselstrommotor mit einer in mehrere im Betrieb parallel geschaltete Wicklungsabschnitte unterteilten Primärwicklung Gegenstand der Erfindung ist ein Mehrphasenwechselstrommotor und ein Verfahren zum Anlassen desselben. Bekanntlich kann man Wecbselstrommotoren nicht unmittelbar an das Netz schalten, weil hierbei ein zu hoher Stromstoß auftreten würde. Man hat deswegen zum Anlassen von Wechselstrommotoren Autotransformatoren o. dgl. vor die Primärwicklung geschaltet, um die Anlaßspannung zu vermindern. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Primärwicklung des Motors in mehrere Wicklungsabschnitte zu unterteilen, die im Betrieb parallel geschaltet werden, während beim Anlassen nur mit einem Abschnitt gearbeitet wird. Dieser Vorschlag führt aber allein noch nicht zum Ziel, falls man nicht dafür Sorge trägt, daß die Impedanz des einen Wicklungsabschnitts allein beträchtlich größer ist als die Impedanz der parallel geschalteten Wicklungsabschnitte. Dies ist aber gerade bei Motorwicklungen der üblichen Art, auch wenn sie unterteilt sind, für gewöhnlich nicht der Fall, denn die Wicklungen umschließen-- gemeinsame Eisenwege und sind daher miteinander induktiv stark gekoppelt. Dies hat aber zur Folge, daß die Impedanz eines einzelnen Wicklungsabschnittes nicht wesentlich größer ist als die Impedanz der parallel geschalteten Wicklungsabschnitte, denn beide Wicklungsabschnitte umschließen Eisenwege, die mindestens teilweise zusammenfallen. Es läßt sich also mit der Unterteilung der Primärwicklung in parallel schaltbare Wicklungsabschnitte allein eine Begrenzung des Anlaufstromes nicht erreichen.Multi-phase AC motor with one in several in parallel in operation switched winding sections subdivided primary winding object of the invention is a polyphase AC motor and method of starting the same. As is well known AC motors cannot be connected directly to the mains because this is the case too high a current surge would occur. That's why you have to start AC motors Autotransformers or the like connected in front of the primary winding to generate the starting voltage to diminish. It has also been suggested that the primary winding of the Subdivide the motor into several winding sections that are connected in parallel during operation while only one section is used when starting. This suggestion but alone does not lead to the goal if one does not ensure that the The impedance of one winding section alone is considerably greater than the impedance of the winding sections connected in parallel. But this is precisely the case with motor windings of the usual kind, even if they are divided, usually not the case, because the windings enclose common iron paths and are therefore with each other strongly inductively coupled. But this has the consequence that the impedance of an individual Winding section is not significantly greater than the impedance of the parallel-connected Winding sections, because both winding sections enclose iron paths that at least partially coincide. So it can be done with the subdivision of the primary winding in parallel switchable winding sections only a limitation of the starting current not reach.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber bei Mehrphasenwechselstrommotoren mit einer in mehrere im Betrieb parallel geschaltete Wicklungsabschnitte unterteilten Primärwicklung eine Verringerung des Anlaufstromes dadurch, daß die Wicklungsabschnitte der Primärwicklung als induktiv lose miteinander gekoppelte Spulen ausgebildet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Reaktanz der Primärwicklung bei Einschaltung eines Wicklungsabschnittes erheblich höher ist als die Reaktanz der parallel geschalteten Wicklungsabschnitte. Man kann daher den Anlaufstrom bei dem' erfindungsgemäßen Motor dadurch herabdrücken, daß man zum Zwecke des Anlassens nur einen Wicklungsabschnitt allein einschaltet und die Parallelschaltung der Wicklungsabschnitte erst zu einem späteren Zeitpunkt vornimmt. Man braucht mit dem Parallelschalten nicht unbedingt bis zur Erreichung der vollen Drehzahl zu warten, sondern kann dies schon etwas vor Beendigung des Anlaßvorgangs tun, weil der alsdann durch die Parallelschaltung hervorgerufene Stromstoß sich nur in mäßigen Grenzen hält.In contrast, the invention enables multi-phase AC motors with one divided into several winding sections connected in parallel during operation Primary winding reduces the starting current in that the winding sections the primary winding are designed as inductively loosely coupled coils. This ensures that the reactance of the primary winding when a Winding section is significantly higher than the reactance of the parallel-connected Winding sections. You can therefore the starting current in the 'motor according to the invention by pressing down only one section of the winding for the purpose of tempering turns on alone and the parallel connection of the winding sections only to one later. You don't necessarily need to be connected in parallel to wait until full speed is reached, but this can be a bit before finishing the starting process, because it will then through the The current surge caused in parallel connection is only kept within moderate limits.

Ein besonders einfaches Mittel zur Erzielung einer losen induktiven Kopplung der Wicklungsabschnitte besteht darin, daß man einen Teil der Wicklungsabschnitte an abwechselnden Polpaaren und den anderen Teil der Wicklungsabschnitte auf den zwischenliegenden Polpaaren anordnet. Bei einer solchen Anordnung sind nämlich die Eisenwege der Magnetkreise der betreffenden Wicklungsabschnitte praktisch völlig voneinander getrennt, so daß die Kopplung der Wicklungsabschnitte nur lose ist.A particularly simple means of achieving a loose inductive Coupling of the winding sections consists in that one part of the winding sections on alternating pole pairs and the other part of the winding sections on the arranged between pairs of poles. In such an arrangement are namely Iron paths of the magnetic circuits of the relevant winding sections practically completely separated from each other, so that the coupling of the winding sections is only loose.

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Fig. x ist ein Schaltschema für einen Synchroninotor gemäß der Erfindung. Fig. 2 und 3 sind verschiedene Ausführungsformen für die Schaltung der Primärwicklung. Fig. q. und 5 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Anordnungen der Wicklungsabschnitte bei einem Motor gemäß der Erfindung. Fig. 6 und 7 sind graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der KVA und Drehmomentverhältnisse bei einem Motor gemäß der Erfindung.In the drawings are some embodiments of the invention shown schematically. Fig. X is a circuit diagram for a synchronous motor according to the invention. Figures 2 and 3 are different embodiments for the circuit the primary winding. Fig. Q. and Fig. 5 are diagrams for explanation the arrangements of the winding sections in a motor according to the invention. Fig. 6 and 7 are graphs for illustrating the KVA and torque ratios in an engine according to the invention.

Der in Fig. i dargestellte Synchronmotor besitzt eine Drehstromprimärwicklung A in Sternschaltung, eine Erregerwicklung F und eine Käfig- oder Dämpferwicklung B. Die Stromzufuhr zur Primärwicklung erfolgt aus einer Wechselstromquelle, z. B. aus dem Drehstromnetz 1, 2, 3, während der Erregerwicklung F Gleichstrom - aus der Stromquelle q. zugeführt wird. Jede Phase der Primärwicklung A besteht aus zwei induktiv lose miteinander gekoppelten Wicklungsabschnitten 5 und 6, die während des normalen Laufes des Motors parallel geschaltet sind. Mit Hilfe der Schalter 7 können die Abschnitte 6 zeitweilig von den Abschnitten 5 abgeschaltet werden. Wenn sich die Schalter 7 während des Anlassens in geöffneter Stellung befinden, so fließt der gesamte Primärstrom durch die Abschnitte 5, die dem Stromdurchgang einen größeren Widerstand entgegensetzen als die parallel geschalteten Abschnitte 5 und 6, denn infolge der losen Kopplung der Abschnitte ist die Impedanz eines Abschnitts allein ganz wesentlich höher als die beider Abschnitte in Parallelschaltung. Infolgedessen wird die Stromaufnahme crheblich vermindert. Nach Anlaufen des Motors und hinreichendem Anwachsen der Gegen-EMK können die Schalter 7 geschlossen werden, so daß die Abschnitte 6 zu den Abschnitten 5 parallel liegen. Mit dem Schließen der Schalter 7 ist zwar ein momentanes Anwachsen des Anlaufstromes verbunden, jedoch erreicht der Strom keinen unzulässigen Wert, da in diesem Teil des Anlaufvorgangs die Gegen-EMK die Stromaufnahme schon hinreichend begrenzt. Für gewöhnlich kann man die Schalter 7 schließen, wenn der Motor ungefähr 8o0/0 seiner Enddrehzahl erreicht hat, obwohl sich unter besonderen Verhältnissen die Wahl eines anderen Zeitpunkts empfehlen kann. .The synchronous motor shown in Fig. I has a three-phase primary winding A in star connection, an excitation winding F and a cage or damper winding B. Power is supplied to the primary winding from an AC power source, e.g. B. from the three-phase network 1, 2, 3, while the field winding F direct current - from the Power source q. is fed. Each phase of the primary winding A consists of two inductively loosely coupled to one another winding sections 5 and 6, which during the normal running of the motor are connected in parallel. With the help of the switch 7, the sections 6 can be temporarily switched off from the sections 5. If the switches 7 are in the open position during starting, so the entire primary current flows through the sections 5, the current passage offer a greater resistance than the sections connected in parallel 5 and 6, because as a result of the loose coupling of the sections, the impedance of a section is alone quite significantly higher than the two sections in parallel. Consequently the power consumption is significantly reduced. After the motor has started and sufficient The switch 7 can be closed so that the sections 6 are parallel to sections 5. With the closing of the switch 7 is a momentary increase in the starting current is connected, but the current reaches not an impermissible value, because in this part of the start-up process the back EMF is the Current consumption already sufficiently limited. Usually switches 7 close when the engine has reached around 8o0 / 0 of its top speed, though In special circumstances it is advisable to choose a different time can. .

Zuweilen kann man ein zufriedenstellendes Anlassen schon durch Öffnen nur eines Teiles der Schalter 7 erreichen. Es empfiehlt sich, die Schalter 7 selbsttätig zu schalten, und zwar in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, den elektrischen Verhältnissen in der Sekundärwicklung oder vom Motorschlupf. In Fig. i besitzen die Schalter 7 Betätigungsspulen 8 zum selbsttätigen Einlegen der Schalter. Die Erregerwicklung F ist für gewöhnlich während des Anlassens über den Widerstand g vermittels des Schalters io kurzgeschlossen. Der Umschalter dient auch zum Anlegen der Erregerwicklung an die Gleichstromquelle q.. Im Erregerstromkreis liegt eine Reaktanz ii, mit der durch die Leitungen 14 und 15 die Erregerwicklung 12 eines Relais 13 verbunden ist. Befindet sich der Relaisanker in der unerregten Stellung, wie in Fig. i, so fließt den Betätigungsspulen 8 der Schalter 7 von den Netzleitungen 2 und 3 aus über die Leitungen 17, 18, ig Strom zu. Sobald die Primärwicklung unter Spannung gesetzt wird, wird in der Wicklung F ein Strom nahezu von Netzfrequenz erregt, wobei von der Reaktanz ii aus ein beträchtlicher Teil dieses Stromes durch die Erregerspule i2 des Relais 13 fließt, so daß der Anker angezogen und die Stromzufuhr zu den Spulen 8 augenblicklich unterbrochen wird. Der Motor läuft daher mit offenen Schaltern 7 an, bis der Relaisanker 16 losgelassen wird; die Dauer dieses Vorganges hängt von der Einstellung des Relais 13 ab. Durch das Abfallen des Ankers werden die Stromkreise der Betätigungsspulen 8 wieder geschlossen und die Schalter 7 eingelegt, so daß nunmehr die Wicklungsabschnitte 6 den Abschnitten 5 parallel liegen und der Motor auf volle Drehzahl gelangt. Hierbei ist vorausgesetzt, daß das Relais 13 derart eingestellt ist, daß es seinen Anker bereits bei einer unterhalb der normalen Drehzahl liegenden Motordrehzahl losläßt. Mit wachsender Motordrehzahl verringert sich die Frequenz des in der Wicklung F induzierten Stromes, und ein größerer Teil dieses Stromes fließt durch die Reaktanz ii und nur ein kleinerer durch die, Erregerspule 12 des Relais 13, so daß schließlich der Anker 16 abfällt. Das Relais 13 arbeitet also in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, es ist aber auch abhängig von den elektrischen Verhältnissen in der Feldwicklung F und vom Schlupf des Motors, denn der Sekundärkreis führt' während des Anlassens einen Strom von Schlupffrequenz.Occasionally, a satisfactory tempering can be achieved simply by opening it reach only a part of the switch 7. It is recommended that switch 7 be activated automatically to switch, depending on the engine speed, the electrical conditions in the secondary winding or from motor slip. In Fig. I, the switches 7 Actuating coils 8 for automatic insertion of the switch. The excitation winding F is usually during starting via the resistance g by means of the Switch OK short-circuited. The changeover switch is also used to apply the excitation winding to the direct current source q .. In the excitation circuit is a reactance ii, with the the excitation winding 12 of a relay 13 is connected by the lines 14 and 15. If the relay armature is in the de-energized position, as in Fig. I, then flows the actuating coils 8 of the switch 7 from the power lines 2 and 3 via the Lines 17, 18, ig power too. As soon as the primary winding is energized is, a current is excited in the winding F almost at the mains frequency, with from the reactance ii from a considerable part of this current through the excitation coil i2 of relay 13 flows so that the armature is attracted and the power supply to the coils 8 is immediately interrupted. The motor therefore runs with the switches open 7 until the relay armature 16 is released; the duration of this process depends on the setting of relay 13. When the armature falls off, the circuits become the actuating coils 8 closed again and the switch 7 inserted so that now the winding sections 6 are parallel to the sections 5 and the motor reaches full speed. It is assumed that the relay 13 so is set so that it already has its anchor at a speed below normal lets go of the engine speed. With increasing engine speed, the decreases Frequency of the current induced in the winding F, and a larger part of this Current flows through the reactance ii and only a smaller one through the, excitation coil 12 of the relay 13, so that finally the armature 16 drops. The relay 13 works So depending on the engine speed, but it is also dependent on the electrical Conditions in the field winding F and the slip of the motor, because the secondary circuit conducts a current of slip frequency during cranking.

Die lose induktive Kopplung der Wicklungsabschnitte läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man die Spulen konzentriert. In Fig. 4 sind die Wicklungsabschnitte 6 auf benachbarten Polen eines Polpaars zusammengefaßt, während die Abschnitte 5 auf den Polen eines anderen Polpaars angeordnet sind. Bei dieser Anordnung ist die Reaktanz jedes Wicklungsabschnittes höher, als wenn die Wicklungen gleichförmig, etwa wie in Fig. 5, verteilt wären, wo die Mlicklungsabschnitte 6 auf aufeinanderfolgenden gleichnamigen Polen liegen. Denn bei der Anordnung nach Fig. q. sind die Wicklungsabschnitte auf sich nicht überlappenden Teilen des Magnetgestells angeordnet, haben daher getrennte magnetische Kreise und eine lose induktive Kopplung. Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist dagegen die induktive Kopplung der Wicklungsabschnitte verhältnismäßig fest.The loose inductive coupling of the winding sections can be, for example by concentrating the coils. In Fig. 4 are the winding sections 6 on neighboring Poles of a pair of poles combined while the sections 5 are arranged on the poles of another pole pair. At this Arrangement, the reactance of each winding section is higher than when the windings would be uniformly distributed, roughly as in FIG. 5, where the wrapping sections 6 lie on consecutive poles of the same name. Because in the arrangement according to Fig. Q. are the winding sections on non-overlapping parts of the magnet frame arranged, therefore have separate magnetic circuits and a loosely inductive coupling. In the arrangement according to FIG. 5, however, there is the inductive coupling of the winding sections relatively firm.

Fig. 2 zeigt eine Primärwicklung ähnlich der in Fig. i, jedoch sind Vorrichtungen zum Vorschalten von Widerständen zu den während des Anlassens benutzten Wicklungsabschnitten vorgesehen. In Stern geschaltete Widerstände 2o liegen bei Öffnung der Schalter 21 in Reihe mit den Wicklungsabschnitten 5. Bei dieser Anordnung läßt sich das Anlassen in einer Anzahl von- Stufen vollziehen. Beispielsweise kann der Motor zunächst bei offenen Schaltern 7 und 21 angelassen werden, wobei Spannung lediglich den Wicklungen 5 zugeführt wird. Dabei fließt der Strom durch die Wicklungsabschnitte 5 und die Widerstände 2o. Danach werden die Schalter 21 und schließlich die Schalter 7 geschlossen, um- die Wicklungsabschnitte 6 zu den Abschnitten 5 parallel zu schalten. Statt dessen kann man das Anlassen mit geöffneten Schaltern 7 und 21 beginnen und zuerst die Schalter 7 schließen, so daß die Wicklungsabschnitte 5 und 6 parallel geschaltet werden, jedoch beide in Reihe zu den Widerständen 2o liegen und schließlich die Schalter 2i schließen. An Stelle von Widerständen könnte man auch Induktivritäten oder Kapazitäten in passender Schaltung anwenden.FIG. 2 shows a primary winding similar to that in FIG Devices for adding resistors to those used during starting Winding sections provided. Star-connected resistors 2o are included Opening the switches 21 in series with the winding sections 5. In this arrangement the tempering can be carried out in a number of stages. For example, can the engine can first be started with switches 7 and 21 open, with voltage only the windings 5 is supplied. The current flows through the winding sections 5 and the resistors 2o. After that the switches 21 and finally the switches 7 closed in order to connect the winding sections 6 to the sections 5 in parallel. Instead, the starting can be started with the switches 7 and 21 open first close the switch 7 so that the winding sections 5 and 6 are parallel are switched, but both are in series with the resistors 2o and finally the switches 2i close. Instead of resistors, one could also use inductivities or use capacitances in a suitable circuit.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht die Primärwicklung derjenigen gemäß Fig. i und 2, jedoch sind noch Schalter 22 vorgesehen, die erlauben, die Wicklungsabschnitte zu unterteilen, so daß man einen Teil des einen Wicklungsabschnittes mit einem Teil des anderen Wicklungsabschnittes in Reihe schalten kann. Die Schalter 22 sind an Zwischenpunkte der Wicklungsabschnitte angeschlossen.In the embodiment according to FIG. 3, the primary winding corresponds those according to FIGS. i and 2, but switches 22 are also provided which allow to subdivide the winding sections so that one part of the one winding section can be connected in series with part of the other winding section. The switches 22 are connected to intermediate points of the winding sections.

In den Fig. 2 und 3 sind keine Sekundärwicklungen gezeichnet, jedoch kann auch bei diesen Ausführungsformen ein Sekundärkreis wie in Fig. i vorgesehen sein. Für das Wesen der Erfindung kommt es auf die besondere Ausbildung des Motorsekundärkreises nicht an. Die Erfindung kann in gleicher Weise für Synchronmotoren wie für Induktionsmotoren verwandt werden. Lediglich der Anschaulichkeit halber ist die Erfindung an einer in Stern geschalteten Drehstromprimärwicklung beschrieben worden. Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung auch auf beliebige. Mehrphasen- sowie auf in Stern oder Dreieck geschaltete Wicklungen.In Figs. 2 and 3 no secondary windings are drawn, however In these embodiments, too, a secondary circuit can be provided as in FIG be. The essence of the invention depends on the special design of the engine secondary circuit not on. The invention can be used in the same way for synchronous motors as for induction motors be used. Only for the sake of clarity, the invention is based on one has been described in star-connected three-phase primary winding. Of course the invention also extends to any. Multiphase as well as in star or delta connected windings.

In Fig. 6 und 7 sind Versuchsergebnisse an Motoren gemäß der Erfindung graphisch dargestellt. Die Figuren zeigen den Verlauf der Anlaß-KVA und des Anlaßdrehmomentes. Die ausgezogene Kurve 26 in Fig. 6 stellt das Anlaßdrehmoment in Prozenten des Dauerdrehmomentes dar und die ausgezogene Kurve 27 die KVA, gleichfalls in Prozenten. Der Anfangsteil der Kurve 26 stellt das vom Motor entwickelte Drehmoment bei offenen Schaltern 7 dar. Der senkrechte Teil der Kurve zeigt das plötzliche Anwachsen des Drehmomentes beim Schließen des Schalters 7. Ähnliches gilt für die Kurve 27 in Fig. 6, die erkennen läßt, daß, wenn die Schalter nach Erreichung von 8o0/, der Enddrehzahl eingelegt werden, ein plötzliches Ansteigen der KVA stattfindet. Die Kurven 28 und 29 stellen den Verlauf der KVA und des Drehmomentes dar, die man erhält, wenn der Motor bei geschlossenen Schaltern 7 angelassen wird. Der durch die Erfindung erzielte technische Erfolg springt dabei klar in die Augen. Man erkennt, daß das Einlegen der Schalter 7 bei 8o "/, der Enddrehzahl die KVA nur auf einen Wert ansteigen läßt, der überhaupt nicht mit dem Wert vergleichbar ist, den man erhalten würde, wenn die Schalter 7 während des ganzen Anlaßvorganges geschlossen wären. Die Kurven beziehen sich auf einen langsam laufenden Synchronmotor, der sich beispielsweise zum Antrieb eines Kompressors eignet.6 and 7 are test results on engines according to the invention graphically represented. The figures show the course of the starting KVA and the starting torque. The solid curve 26 in FIG. 6 represents the starting torque as a percentage of the continuous torque and the solid curve 27 the KVA, also in percent. The beginning part the curve 26 represents the torque developed by the motor when the switches 7 are open The vertical part of the curve shows the sudden increase in torque when the switch 7 is closed. The same applies to curve 27 in FIG. 6, which can be seen lets that when the switch is engaged after reaching 8o0 /, the final speed there is a sudden increase in the KVA. Set curves 28 and 29 represents the course of the KVA and the torque that is obtained when the engine is at closed switches 7 is started. The technical achieved by the invention Success is obvious. You can see that the insertion of the switch 7 at 8o "/, the final speed, the KVA only increases to a value that is at all is not comparable to the value that would be obtained if switches 7 would be closed during the entire starting process. The curves relate to a slow-running synchronous motor, which can be used, for example, to drive a Compressor is suitable.

Fig. 7 stellt die gleichen Kurven für den Fall dar, daß drei Anlaßstufen an Stelle der zwei Anlaßstufen in Fig. 6 vorgesehen sind. Die voll ausgezogenen Kurven 26 und 27' lassen das sanfte Anfahren erkennen, das man erhalten kann, indem man etwa die Schalter 7 der Reihe nach schließt oder die oben beschriebenen Widerstände oder Reaktanzen benutzt.Fig. 7 shows the same curves in the case that three tempering stages are provided in place of the two tempering stages in FIG. The fully undressed Curves 26 and 27 'reveal the smooth start that can be obtained by one closes the switches 7 one after the other or the resistors described above or reactances used.

Claims

PATENT CLAIMS * i. Multiphase AC motor with one in several In operation, winding sections connected in parallel, subdivided primary winding, characterized in that the winding sections (5, 6) of the primary winding as inductively loosely coupled to one another coils are formed, so that the reactance the primary winding is considerably higher when only one winding section is switched on is than the reactance of the winding sections connected in parallel.

2. Multiphase AC motor according to claim i, characterized in that one part of the winding sections - (e.g. 5) is arranged on alternating pole pairs, while the other part of the Winding sections arranged on the intermediate pole pairs is.

3. A method for starting a polyphase alternating current motor.nach claim = and 2, characterized in that the mains voltage is initially a winding section (z. B. 5) alone and both winding sections before the end of the starting process (5, 6) is supplied in parallel.