DE672183C

DE672183C - Device for eliminating the chatter vibrations in electric vehicles driven by single-phase series motors

Info

Publication number: DE672183C
Application number: DES125494D
Authority: DE
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-12-25
Filing date: 1936-12-25
Publication date: 1939-02-27

Description

Es hat sich bei Wechselstromtriebfahrzeugen, z. B. Triebwagen, die von einphasigen Wechselstromreihenschlußmotoren angetrieben werden, gezeigt, daß unter bestimmten Bedingungen, z. B. beim Anfahren, Rüttelschwingungen auftreten. Diese Rüttelschwingungen sind darauf zurückzuführen, daß das von dem Motor entwickelte Drehmoment entsprechend der doppelten Frequenz des zugeführten Wechselstromes pulsiert und unter Umständen negative Werte annimmt. Hierdurch sowie unter dem Einflüsse des Motorgewichtes entstehen die obenerwähnten Schwingungen. Man hat'nun versucht, diese Rüttelschwingungen durch entsprechende Ausgestaltung der mechanischen Antriebselemente, ζ. Β. der Zahnräder, sowie bestimmte Gruppierungen der vorhandenen Massen zu beseitigen. Gemäß der Erfindung wird ein grundsätzlich anderer Weg beschritten, indem auf rein elektrischem Wege die Ursachen für die Rüttelschwingungen und damit die Schwingungen selbst unterdrückt werden. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß das an der Welle eines einphasigen Wechselstromreihenschlußmotors abgegebene Drehmoment der Gleichung M=Af₀H-M₁-SUi 21 folgt. DarinbedeutenM_odas mittlere abgegebene Drehmoment des Motors, M₁ die sich periodisch ändernde Abweichung des Drehmomentes gegenüber dem mittleren Drehmoment M₀, t die Kreisfrequenz. Beim Anfahren derartiger Motoren ergibt sich nun, daß der Wert M₁ in den meisten Fällen größer als M₀ ist.It has been found in AC traction vehicles, e.g. B. railcars, which are driven by single-phase AC series motors, shown that under certain conditions, e.g. B. when starting, shaking vibrations occur. These shaking vibrations are due to the fact that the torque developed by the motor pulsates at twice the frequency of the alternating current supplied and, under certain circumstances, assumes negative values. As a result of this, as well as under the influence of the engine weight, the above-mentioned vibrations arise. Attempts have now been made to reduce these vibrations by designing the mechanical drive elements accordingly, ζ. Β. of the gears, as well as certain groupings of the existing masses. According to the invention, a fundamentally different approach is taken in that the causes of the shaking vibrations and thus the vibrations themselves are suppressed in a purely electrical way. The invention is based on the idea that the torque output at the shaft of a single-phase AC series motor follows _{the equation M = Af 0} HM ₁ -SUi 2 1. M _o denotes the mean output torque of the motor, M ₁ the periodically changing deviation of the torque compared to the mean torque M ₀ , t the angular frequency. When such motors are started up, the result is that the value M _{1 is} greater than M ₀ in most cases.

Erfindungsgemäß wird nun in den Motoren dadurch der Wert M₀ stets größer als M₁ gemacht, daß in den Motoren ein zusätzliches Drehfeld hervorgerufen wird, das in einer über Widerstände kurzgeschlossenen Induktionswicklung das zusätzliche positive Drehmoment hervorruft. According to the invention, the value M _{0 is} always made greater than M ₁ in the motors by producing an additional rotating field which produces the additional positive torque in an induction winding short-circuited via resistors.

An sich ist es zwar bereits bekanntgeworden, Wechselstromreihenschlußmotoren beim Anfahren zur Beseitigung der durch die Kurzschlußströme hervorgerufenen Schwächung des Drehmomentes zusätzlich mit Gleichstrom zu speisen, wodurch das Anfahrmoment heraufgesetzt wird. Die Erzeugung eines Zusatzmomentes mit Hilfe eines dem Wechselstrom überlagerten Gleichstromes ist aber insofern nicht besonders günstig, als eine besondere Gleichstromquelle, Umformer, Gleichrichter oder Sammler, erforderlich ist. Demgegenüber ist bei der Anordnung nach der Erfindung die Erzeugung eines Drehfeldes, das kreisförmig oder elliptisch sein kann, erforderlich. Außerdem muß noch eineIn itself it has already become known, AC series motors when starting up to eliminate the weakening of the torque caused by the short-circuit currents to be additionally fed with direct current, which increases the starting torque. The generation of an additional torque with the help of a direct current superimposed on the alternating current but is not particularly favorable in that a special direct current source, Converter, rectifier or collector, is required. In contrast, the arrangement According to the invention, the generation of a rotating field that can be circular or elliptical can, required. In addition, there has to be another

Induktionswicklung auf dem Anker vorgesehen werden.Induction winding can be provided on the armature.

Diese Mittel lassen sich aber bei Reihenschlußmotoren verhältnismäßig einfach anwenden, qhpe daß eine nennenswerte Erhöhung des Gewi oder Beanspruchung von zusätzlichem R| erforderlich ist.However, these means are relatively easy to use in series motors, qhpe that an appreciable increase in the weight or stress of additional R | is required.

Es ist auch bereits bekannt, stationäre Kollektormotoren, beispielsweise Repulsionsmotoren, ίο so auszubilden, daß sie als Kommutatormaschinen mit einer Reihenschlußkennlinie anlaufen und bei normalem Gang als Induktionsmotoren arbeiten. Bei diesen Motoren wird gerade beim Anlauf ein zusätzliches Drehmoment nicht erzeugt.It is also already known to use stationary commutator motors, for example repulsion motors, ίο to be trained as commutator machines start with a series connection characteristic and work as induction motors in normal gear. With these engines an additional torque is not generated especially during start-up.

Die Erzeugung des Drehfeldes, das kreisförmig oder elliptisch sein kann, kann bei der Anordnung nach der Erfindung in verschiedener Weise erfolgen. Entweder kann eine besondere Inäuktionswicklung vorgesehen werden, die während des Anfahrvorganges über Widerstände geschlossen ist, statt dessen ist es aber auch möglich, die vorhandene Wechselstromwicklung zu verwenden, wobei diese mit Anzapfungen versehen wird, die über Schleifringe sowie Widerstände kurzgeschlossen werden.The generation of the rotating field, which can be circular or elliptical, can be achieved with the arrangement take place according to the invention in various ways. Either can be a special one Induction winding are provided, the is closed via resistors during the start-up process, but it is also closed instead possible to use the existing AC winding, this with taps is provided, which are short-circuited via slip rings and resistors.

Die Erzeugung des Drehfeldes kann auch derart erfolgen, daß die Wendepole dazu verwendet werden, während des Anfahrens ein Drehfeld hervorzurufen. Zu diesem Zweck werden während des Anfahrvorganges die Wendepolwicklungen parallel zum Anker an eine entsprechend niedrige Spannungsstufe des Transformators angeschlossen, so daß das Wendefeld zeitlich und räumlich um annähernd 90⁰ gegen das Hauptfeld verschoben ist.The generation of the rotating field can also take place in such a way that the reversing poles are used to produce a rotating field during start-up. For this purpose, the commutating windings are connected in parallel to the armature at a correspondingly low voltage level of the transformer, so that the reversing field is shifted in time and space by approximately 90 ⁰ to the main field during the starting process.

Ferner kann aber auch das Hilfsdrehfeld durch besondere Wicklungen auf dem Ständer erzeugt werden. Diese besonderen Wicklungen können 4-0 so angeordnet sein, daß sie einen Teil des Polflusses in seiner Phase stark verschieben. Man kann dies durch Dämpferwicklungen erreichen, die eine Hälfte der in diesem Fall als Spaltpole ausgebildeten Pole umschlingen. An Stelle der Dämpferwicklungen können aber auch fremdgespeiste Erregerwicklungen verwendet werden, die z. B. der Haupterregerwicklung parallel geschaltet und außerdem mit einem Kondensator in Reihe geschaltet sind. Die Erzeugung eines Drehfeldes ist aber auch in der Weise möglich, daß die Pole gruppenweise, z. B. der erste und dritte sowie zweite und vierte, an phasenverschobene Spannungen angeschlossen werden.However, the auxiliary rotating field can also pass through special windings are generated on the stand. These particular windings can 4-0 can be arranged in such a way that they strongly shift part of the pole flux in its phase. Man can achieve this through damper windings, one half of which in this case as split poles wrapped around trained poles. In place of the damper windings, however, externally fed ones can also be used Excitation windings are used, the z. B. the main excitation winding connected in parallel and are also connected in series with a capacitor. The creation of a Rotating field is also possible in such a way that the poles in groups, for. B. the first and third, as well as second and fourth, can be connected to phase-shifted voltages.

Die in dem Läufer vorhandene Hilfswicklung wird als Schleifringwicklung ausgeführt werden müssen, um das Drehmoment durch Kurzschließen über äußere Widerstände beim Anfahren möglichst groß zu machen. Der Motor kann mit einer Hohlwelle ausgeführt werden, so daß die Schleifringe außerhalb des Motorgehäuses angeordnet werden können. Selbstverständlich darf die Maschine nur bis zur Erreichung der synchronen Drehzahl als Asynchronmaschine .betrieben werden, weil andernfalls ein negatives !^Drehmoment erzeugt werden würde. Bemerkt pfe'i hierbei, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der ^einphasigen Wechselstromreihenschlußmotoren in der Regel ein Vielfaches der synchronen Geschwindigkeit beträgt.The auxiliary winding present in the rotor will be designed as a slip ring winding need to generate the torque by short-circuiting through external resistors when starting up to make it as big as possible. The motor can be designed with a hollow shaft, see above that the slip rings can be arranged outside of the motor housing. Of course The machine may only be used as an asynchronous machine until the synchronous speed is reached .be operated, because otherwise a negative! ^ torque would be generated. Noticed pfe'i here that the working speed of the ^ single-phase AC series motors usually a multiple of the synchronous speed amounts to.

Unter Umständen können die Rüttelerscheinungen bei Doppelmotoren in der Weise vorteilhaft beseitigt werden, daß die auf das gleiche Zahnrad arbeitenden Doppelmotoren mit phasenverschobenen Spannungen und Strömen derart gespeist werden, daß sich die auftretenden Schwingungen des Drehmomentes gegenseitig aufheben. Dies kann z. B. durch eine einfache Kondensatorschaltung erreicht werden. Während des normalen Fahrbetriebes kann der Kondensator dann kurzgeschlossen werden. Die gleiche Wirkung kann aber auch durch eine geeignete Transformatorschaltung erreicht werden.Under certain circumstances, the vibration phenomena in double engines can be advantageous in this way be eliminated that the working on the same gear double motors with phase-shifted Voltages and currents are fed in such a way that the oscillations of the torque that occur are mutually exclusive lift. This can e.g. B. can be achieved by a simple capacitor circuit. While During normal driving, the capacitor can then be short-circuited. the However, the same effect can also be achieved by using a suitable transformer circuit.

Claims

Patent claims:

1. Device for eliminating shaking vibrations with electric motors driven by single-phase series ·· Vehicles in which an additional torque is generated in the engines when starting off is characterized in that an 'additional rotating field is generated in the motors that in an induction winding short-circuited via resistors the creates additional positive torque.

2. Device according to claim 1, characterized in that in the runner a Auxiliary winding is provided for generating the asynchronous torque, which is about Slip rings and resistors short-circuited when the engine is started and when normal paint driving at high speed is open.

3. Device according to claim 2, characterized in that the normal to the Commutator connected winding of the motor is connected with slip rings, which short-circuited via resistors when starting the motor.

4. Device according to claim 1, characterized marked that the rotating field during

. the start is generated with the help of the reversing poles, which for this purpose at a Tapping of the transformer feeding the vehicle's engines can be connected.

5. Device according to claim 4, characterized in that the rotating field with the aid is generated by shaded poles, one pole part of the shaded poles with a short-circuit winding or externally fed auxiliary winding is provided. iao

6. Device according to claim 1 in vehicles with twin engines, characterized by

indicates that the twin motors are fed with out-of-phase currents that the pulsations of the torque cancel each other out on the gears driven by the twin motors.

7. Device according to claim 1, characterized in that the main poles in groups, z. B. the first and third as well as second: and fourth, at phase-shifted voltages are connected.