DE677055C

DE677055C - Shunt collector motor

Info

Publication number: DE677055C
Application number: DES125122D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Siegfried Brockhaus
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1936-11-29
Filing date: 1936-11-29
Publication date: 1939-06-17

Description

Um Einphasenkollektormotoren den Reihenschlußcharakter zu nehmen, ist es bekannt, die Anker- und Erregerwicklung an phasenverschobene Spannungen eines Drehstromnetzes anzuschließen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Ankerwicklung an eine, die Erregerwicklung an eine andere verkettete Spannung des Drehstromnetzes anschließen.. Gemäß der Erfindung wird bei derartigen Motoren in den. Anker Stromkreis oder in den Erregerstromkreis ein zusätzlicher Ohmscher Widerstand eingeschaltet, oder es werden zusätzliche Ohmsche Widerstände in beide Stromkreise eingeschaltet. Dadurch gelingt es, die Stromverhältnisse des Motors in Abhängigkeit von der Belastung möglichst günstig einzustellen. Die Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes in den Ankerkreis setzt den Leerlaufstrom herab, der bei An-Schluß eines normalen Eiriphasenkollektormotors an ein Drehstromnetz unter Umständen zu hoch werden würde. Besitzen der Vollaststrom und der Leistungsfaktor nicht den gewünschten Wert, so kann man Widerstände in Reihe in den Erregerstromkreis einschalten. Sind Leerlaufstrom und Leistungsfaktor einzustellen, so kann man zusätzliche Ohmsche Widerstände sowohl in den Ankerstromkreis als auch in den Erregerstromkreis einschalten. Die Wirkungsweise der Widerstände wird an Hand der Diagramme der Fig. 2 bis 5 näher erläutert werden.To single-phase collector motors the series connection character It is known to take the armature and excitation windings to phase-shifted voltages of a three-phase network to connect. For this purpose, you can, for example, the armature winding to one that Connect the excitation winding to another line-to-line voltage of the three-phase network. According to the invention is in such engines in the. Armature circuit or in the Excitation circuit an additional ohmic resistor switched on, or there are additional Ohmic resistances switched on in both circuits. This makes it possible to determine the current ratios of the motor as a function to adjust the load as cheaply as possible. The inclusion of an ohmic resistor in the armature circuit reduces the no-load current that occurs when a normal egg-phase collector motor is connected to a three-phase network would possibly become too high. Do not have the full load current and the power factor the desired value, you can connect resistors in series in the excitation circuit. If no-load current and power factor are to be set, additional ohmic resistances can be added to the armature circuit as well as in the excitation circuit. How the resistors work will be explained in more detail with reference to the diagrams in FIGS.

In Fig. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Anker 1 des Einphasenkollektormotors liegt über einen Ohmsehen Widerstand 3 an den Phasen £ und T eines Drehstromnetzes. Die Erregerwicklung 2 ist über einen Widerstand 4 an die Phasen S und R angeschlossen.In Fig. Ι an embodiment of the invention is shown. The armature 1 of the single-phase collector motor is connected to the phases £ and T of a three-phase network via an ohmic resistor 3. The excitation winding 2 is connected to the S and R phases via a resistor 4.

In Fig. 2 ist das Diagramm dargestellt, unter der Voraussetzung, daß in den Erregerstromkreis kein Ohmscher Widerstand eingeschaltet ist. U_a ist die verkettete Spannung zwischen den Phasen 5¹ und T. U_e ist die verkettete Spannung zwischen den Phasen S und R. Die beiden Spannungen sind gleich groß und besitzen eine Phasenverschiebung von 6o° gegeneinander. Der Erregerstrom J_e In Fig. 2 the diagram is shown, provided that no ohmic resistance is switched on in the excitation circuit. U _a is the line-to-line voltage between phases 5 ¹ and T. U _e is the line-to-line voltage between phases S and R. The two voltages are equal and have a phase shift of 60 ° from one another. The excitation current J _e

und der Fluß O_e eilen der Spannung U_e um nicht ganz 90 ° nach. Die Nacheilung des Stromes/,, ergibt sich durch Addition der Vektoren E_e, E_xe und E_re, wobei E_e die durch den Fluß 0_e in der Erregerwicklung erzeugte EMK, E_xe die durch den Streufluß erzeugte EMK und E_n die durch den Strom I_e im Ohmschen Widerstand der Erregerwicklung erzeugte EMK ist. Die EMK der Drehung E₁₁ "> liegt in Gegenphase zum Fluß Φ_ε. Die Größe dieser EMK hängt von der Drehzahl des Motors ab.and the flux O _e lag behind the voltage U _e by not quite 90 °. The lag of the current / ,, results from the addition of the vectors E _e , E _xe and E _re , where E _{e is} the emf generated by the flux 0 _e in the excitation winding, E _xe is the emf generated by the leakage flux and E _{n is} the through the current I _{e is} the EMF generated in the ohmic resistance of the excitation winding. The EMF of the rotation E ₁₁ "> is in phase opposition to the flux Φ _ε . The size of this EMF depends on the speed of the motor.

Der Ankerstrom J_a kann für verschiedene Werte der Spannung E_a entsprechend den ver-'!> schiedenen möglichen Drehzahlen aus der Differenz der Ankerspannung U₁₁ und der EMK der Drehung E_a bestimmt werden.' Die Differenz aus der Ankerspannung U₀ und der EMK der Drehung E_a ist mit E_s bezeichnet. E_s setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus der EMK E_xa und der EMK E_ra, Avobei E_xa die im Ankerstromkreis erzeugte induktive EMK und E_n die durch den Strom Z₀ im Ohmschen Widerstand des An-²Γ) kers und im Ohmschen Vorwiderstand erzeugte EMK ist. The armature current J _a can be determined for different values of the voltage E _a according to the different possible speeds from the difference between the armature voltage U ₁₁ and the EMF of the rotation E _a . The difference between the armature voltage U ₀ and the EMF of the rotation E _a is denoted by E _s. E _s is made up of two components, namely of the EMF E _xa and the emf E _ra, Avobei E _xa the inductive electromotive force and E generated in the armature circuit _n by the current Z ₀ in the ohmic resistance of the arrival ² Γ) kers and EMF generated in the ohmic series resistor is.

Der Ankerstrom J₀ eilt der EMK E_xa um 90⁰ und der EMK E_s um α + 90° voraus. Gleichzeitig besteht Proportionalität zwischen 3» den Vektoren E_xa, E_s und J₁₁. Man erhält also den Vektor J₀ durch Drehung des Vektors E_s um den Winkel «-I-90⁰ und durch entsprechende Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Vektors E_s. Da nun der Anfangspunkt des Vektors E_s auf einer Geraden liegt, so muß sich der Vektor J₀ ebenfalls auf einer Geraden bewegen, die in Fig. 2 mit gg' bezeichnet ist. Der für den Leistungsfaktor maßgebende Winkel zwischen dem Strom J₀ und der Spannung U₀ ist mit φ "bezeichnet.The armature current J _{0 leads} the EMF E _xa by 90 ⁰ and the EMF E _s by α + 90 °. At the same time there is proportionality between 3 »the vectors E _xa , E _s and J ₁₁ . The vector J ₀ is thus obtained by rotating the vector E _s by the angle -I-90 ⁰ and by correspondingly increasing or reducing the vector E _s . Since the starting point of the vector E _s now lies on a straight line, the vector J _{0 must} also move on a straight line which is denoted gg 'in FIG. 2. The angle between the current J ₀ and the voltage U _{0, which} is decisive for the power factor, is denoted by φ ".

Aus der Fig. 3 ergibt sich nun, daß die Gerade gg' _t mit der Richtung EMK E₀ einen Winkel von 90⁰ — α bildet. Der kleinste Wert des Vektors E_s ist durch die Senkrechte vom Punkt P₁ (Anfangspunkt des Vektors U_u) auf die Richtung von E_a gegeben. Dem entspricht der kleinstmögliche Vektor J_{0 min}, der gegen E_s um 90⁰ -f- α gedreht ist und senkrecht zu E_xa steht. Die Gerade gg' steht senkrecht auf Ja min' ^weü der kleinste Vektor J₀ die Gerade vom Punkt Null auf die Gerade gg' sein muß. Da E_xa senkrecht auf der Richtung von J_n min steht, ist also· die Gerade gg' parallel zum Vektor E_xa in Fig. 3.. From Figure 3 now results in that the straight line gg _'t with the direction back emf E ₀ an angle of 90 ⁰ - α forms. The smallest value of the vector E _s is given by the perpendicular from point P ₁ (starting point of vector U _u ) to the direction of E _a . This corresponds to the smallest possible vector J _{0 min} , which is rotated by 90 ⁰ -f- α with respect to E _s and is perpendicular to E _xa . The straight line gg ' is perpendicular to Ja min' ^because the smallest vector J _{0 must be} the straight line from the point zero to the straight line gg ' . Since E _{xa is} perpendicular to the direction of J _n min , the straight line gg 'is parallel to the vector E _xa in FIG. 3.

Eine Änderung des Ohmschen Widerstandes im Ankerkreis bedingt nun eine Änderung des Winkels α und gleichzeitig eine Änderung der Ströme bei gleichem E₀. Die Gerade gg' wird also bei Änderung des Ohmschen Wider-Standes gedreht und außerdem in geringem Maße parallel verschoben.A change in the ohmic resistance in the armature circuit now causes a change in the angle α and, at the same time, a change in the currents with the same E ₀ . The straight line gg ' is therefore rotated when the ohmic resistance changes and also shifted in parallel to a small extent.

In Fig. 4 ist der Extremfall dargestellt, daß'der Ohmsche Widerstand im Ankerkreis gleich Null ist. In diesem Fall wird <x = 0. Die Gerade gg' bildet also mit der Richtung ., von E_a einen Winkel von 90°. Das Drehmoment, welches bei konstantem Fluß Φ₀ proportional der Projektion von J₀ auf Φ_β ist, ist also für alle Lagen von J₀ konstant. Der Motor nimmt daher bei Entlastung eine hohe Drehzahl an und gleichzeitig nimmt er einen außerordentlich großen Strom (J₀ in Fig. 4) auf. Die Höhe der Leerlaufdrehzahl und des Leerlaufstromes hängt von der Höhe der Reibungs- und Lüfterverluste ab.4 shows the extreme case that the ohmic resistance in the armature circuit is zero. In this case <x = 0. The straight line gg ' thus forms an angle of 90 ° with the direction ., Of E _a. The torque, which at constant flux Φ _{0 is} proportional to the projection of J ₀ onto Φ _β , is therefore constant for all positions of J _0. The motor therefore assumes a high speed when the load is removed and at the same time it consumes an extraordinarily large current (J ₀ in FIG. 4). The level of the idle speed and the no-load current depends on the level of friction and fan losses.

Praktisch ist stets der Ankerkreis mit Ohmschetn Widerstand behaftet, so daß die Gerade gg' eine gewisse Neigung gegenüber der Richtung von E₀ besitzt. Bei Entlastung steigt die Drehzahl, und der Ankerstrom wird voreilen. Gleichzeitig wird aber die Projektion .von J_a auf Φ_Β kleiner, d. h. das Drehmoment des Motors wird kleiner, und es kann sich ein Gleichgewichtszustand bei endlichem Leerlauf strom ausbilden.In practice, the armature circle is always subject to ohmic resistance, so that the straight line gg 'has a certain inclination with respect to the direction of E ₀ . When the load is released, the speed increases and the armature current will lead. At the same time, however, the projection of J _a on Φ _Β becomes smaller, ie the torque of the motor becomes smaller, and a state of equilibrium can develop at a finite no-load current.

Der Ohmsche Widerstand ist nun kleiner alls der induktive Widerstand. Infolgedessen ist der Winkel <x ohne Ohmschen Vorschaltwiderstand 3 wesentlich kleiner als in den Fig. 2 und 3 angegeben/Infolgedessen würde auch die Gerade gg' mit der Richtung von E₁₁ einen* größeren Winkel bilden und der Leerlaufstrom wesentlich größer werden, so daß er den Vollaststrom bedeutend überschreitet. ' Schaltet man aber einen Ohmschen Widerstand 3 in den Ankerstromkreis ein, so wird dieser Nachteil vermieden, und man erhält Diagramme, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind. In Fig. 2 ist der Leerlauf strom //gleich dem Vollaststrom.The ohmic resistance is now smaller than the inductive resistance. Consequently, the angle <x without ohmic ballast 3 is substantially smaller than in Figs. 2 and 3 stated / Consequently, would the straight gg with the direction of E form _'11 a * larger angle and the idle current can be considerably larger, so that it significantly exceeds the full load current. However, if an ohmic resistor 3 is switched into the armature circuit, this disadvantage is avoided and diagrams such as those shown in FIGS. 2 and 3 are obtained. In Fig. 2, the idle current // is equal to the full load current.

Der Einfluß des Ohmschen Widerstandes im Erregerstromkrei^ soll an Hand der Fig. 5 erläutert werden. Schaltet man einen Ohmschen Widerstand 'in den Erregerstromkreis ein, so ist noch die EMK E_n, in das Dia- ¹⁰S gramm einzufügen, wie dies in Fig. 5 geschehen ist. Ein Vergleich zwischen Fig. 5 und Fig. 2 zeigt, daß durch diese Maßnahme der Winkel δ zwischen U_e und E_e vergrößert und der Winkel γ zwischen E₀ und U₁₁ verkleinert wird. Die Folge davon ist, daß sich der Punkt P₁ der Horizontalen nähert, die durch den Nullpunkt geht. Die Vektoren E_s werden also bei gleicher Lage entsprechend kleiner und damit auch die Ströme J_a. Ein ¹¹S Zuschalten von Ohmschen Widerstand in den Erregerstromkreis bedeutet also eine Parallelverschiebung der Geraden gg' zum Nullpunkt hin.The influence of the ohmic resistance in the excitation circuit will be explained with reference to FIG. Switched to an ohmic resistance 'in the exciting circuit, it is still the emf E _n, program insert in the slide ¹⁰ S, as has been done in Fig. 5. A comparison between FIG. 5 and FIG. 2 shows that this measure increases the angle δ between U _e and E _e and reduces the angle γ between E ₀ and U _11. The consequence of this is that the point P ₁ approaches the horizontal which passes through the zero point. The vectors E _s are therefore correspondingly smaller for the same position and so are the currents J _a . An ¹¹ S connection of ohmic resistance in the excitation circuit means a parallel shift of the straight line gg ' towards the zero point.

Durch Erhöhung des Ohmschen Wider-Standes im Ankerstromkreis kann man also der Geraden gg' eine gewünschte NeigungBy increasing the ohmic resistance in the armature circuit, the straight line gg 'can have a desired slope

geben und damit den Leerlaufstrom beeinflussen. Durch Erhöhung des Ohmschen Widerstandes im Erregerstromkreis kann man die Gerade gg' so> weit nach dem Nullpunkt zu verschieben, daß sich günstige Betriebsverhältnisse ergeben. Beispielsweise kann man erreichen, daß bei Vollast der Leistungsfalctor gleich / wird, oder man kann erreichen, daß in einem bestimmten Belastungsbereich, z. B.give and thus influence the no-load current. By increasing the ohmic resistance in the excitation circuit, the straight line gg ' can be shifted so far to the zero point that favorable operating conditions result. For example, one can achieve that at full load the power factor is equal / becomes, or one can achieve that in a certain load range, e.g. B.

ίο zwischen Halblast und Vollast, ein günstiger Leistungsfaktor herrscht. Wäre kein Ohmscher Widerstand im Erregerstromkreis Vorgesehen, so könnte es vorkommen, daß der Leistungsfaktor stets voreilend ist. Es könnte auch ohne Ohmschen Widerstand vorkommen, daß die Gerade gg' so weit nach rechts verschoben ist, daß der vom Motor aufgenommene Strom stets größer als der zulässige Nennstrom ist. Durch Anwendung von Ohmschen Widerständen im Erreger-Stromkreis .kann man den aufgenommenen Strom gleich dem Nennstrom des Motors machen und gleichzeitig den Leistungsfaktor in gewünschter Weise ändern.ίο between half load and full load, a cheaper one Power factor prevails. If no ohmic resistance were provided in the excitation circuit, so it could happen that the power factor is always leading. It could also happen without ohmic resistance, that the straight line gg 'is shifted so far to the right that the recorded by the engine Current is always greater than the permissible nominal current. By using ohmic resistances in the excitation circuit . you can make the consumed current equal to the rated current of the motor and at the same time the power factor change as desired.

Claims

Claim:

Shunt collector motor with a single-phase armature winding and a single-phase Field winding in which the required phase-shifted voltages be taken from a three-phase network, characterized in that an additional ohmic resistance in the Armature circuit or in the excitation circuit or additional ohmic resistances in both circuits are.

1 sheet of drawings