DE696881C

DE696881C - Winding arrangement for a machine set consisting of two high-speed alternating current generators for generating a multi-phase resulting voltage formed by superimposing two periodically differing voltages of the same amplitude

Info

Publication number: DE696881C
Application number: DE1937A0084547
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Robert Pohl
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-10-19
Filing date: 1937-10-19
Publication date: 1940-10-01

Description

Um Generatoren sehr hoher Drehzahl, insbesondere Turbogeneratoren, zur Erzeugung mehrphasiger Wechselströme normaler Frequenz verwenden zu können, wurde angeregt, periodisch abweichende Spannungen gleicher Amplitude von zwei solchen Generatoren zu überlagern und die dadurch entstehenden resultierenden Spannungen, welche sich in Umgrenzungskurven- einordnen, mit Hilfe einer Gruppe von Entladungsstrecken auf eine Ausgangsspannung zu bringen, welche die für den Verbraucherkreis erforderliche Netzfrequenz besitzt. Um mehrphasige resultierende Spannungen auf diese Weise zu bilden, wurde des weiteren vorgeschlagen, jeden Phasenstrang mindestens eines der beiden Generatoren in eine Anzahl von Teilsträngen zu unterteilen, die der Zahl der gewünschten Phasen der resultierenden Span-To generate very high speed generators, especially turbo generators It was suggested to be able to use polyphase alternating currents of normal frequency, periodically different voltages of the same amplitude from two such generators to superimpose and the resulting stresses, which are classified in boundary curves, with To bring a group of discharge paths to an output voltage that is required for the consumer circuit Network frequency. To multiphase resulting voltages in this way too Form, it was further proposed that each phase strand at least one of the two Subdivide generators into a number of sub-strings corresponding to the number of desired ones Phases of the resulting chip

ao nung entspricht, und paarweise je zwei den beiden Generatoren angehörige Teilstränge derart in Reihe zu schalten, daß die beiden überlagerten Spannungskomponenten in jedem Teilstrangpaar gegenüber einem anderen Paar eine bestimmte "Phasenverschiebung aufweisen, damit die gewünschte Phasenverschiebung der resultierenden Spannungen in Erscheinung tritt.ao tion corresponds, and in pairs, two sub-strings belonging to the two generators to be connected in series in such a way that the two superimposed voltage components in each Sub-strand pair have a certain "phase shift" compared to another pair, thus the desired phase shift of the resulting voltages in appearance occurs.

Hiernach verwendet man beispielsweise, wie Abb. 1 zeigt, für die Erzeugung einer zweiphasigen resultierenden Spannung zwei Einphasengeneratoren, deren Phasenstränge in zwei Teilstränge a_u h_t bzw. a₂, b₂ aufgeteilt sind, und schaltet den einen Teilstrang der ersten Maschine mit einem Teilstrang der zweiten Maschine gleichsinnig, den anderen Teilstrang der ersten Maschine aber mit dem anderen Teilstrang der zweiten Maschine in umgekehrter Richtung in Reihe, so daß die Wellen der beiden Spannungskomponenten des einen Teilstrangpaares gegenüber dem anderen um i8o° verschoben sind und sich daraus zwei resultierende Spannungen ergeben, die nur eine Phasenverschiebung von 90⁰ For example, as shown in Fig. 1, two single-phase generators are used to generate a two-phase resulting voltage, the phase branches of which are divided into two sub-branches a _u h _t or a ₂ , b ₂ , and one branch of the first machine is switched with one Partial line of the second machine in the same direction, the other partial line of the first machine but with the other partial line of the second machine in the opposite direction in series, so that the waves of the two tension components of one partial line pair are shifted by 180 ° compared to the other, resulting in two resulting tensions result in a phase shift of only 90 ⁰

gegeneinander aufweisen, also einen Zweiphasenstrom erzeugen, der den Anoden des Umrichters zugeführt wird. An der Wirkung wird auch nichts geändert, wenn man in^ diesem Fall die beiden Teilstränge nur eines der beiden Generatoren entsprechend Abb. 2, z. B. des Generators 2, zu einem einzigen Strang doppelten Querschnitts vereinigt.have against each other, that is to say generate a two-phase current that is fed to the anodes of the converter. The effect is also not changed if, in this case, the two partial strands of only one of the two generators according to Fig. 2, z. B. the generator 2, combined into a single strand of double cross-section.

In ähnlicher Gesetzmäßigkeit kann man eine resultierende dreiphasige Ausgangsspannung erhalten, wenn die Phasenstränge von zwei Drehstromgeneratoren hoher Drehzahl in drei Teilstränge unterteilt werden und je Phase jeder Teilstrang des ersten Generators mit einem Teilstrang solcher Phase des zweiten Generators in Reihe geschaltet wird, daß die resultierenden Spannungen die gewollte Phasenverschiebung aufweisen. Eine dreiphasige resultierende Ausgangsspannung erao hält man, wenn jeder der drei Teilstränge jeder Phase des einen Drehstromgenerators abwechselnd mit einem Teilstrang jeder der drei Phasen des anderen Drehstromgenerators in Reihe geschaltet wird; denn die gegenseitige Verschiebung der resultierenden Ausgangsspannung um 120⁰ setzt voraus, daß die eine Komponente in der Phase unverändert bleibt, während die andere um 120⁰ und um 240⁰ verschoben werden muß. Dementsprechend gestaltet sich die Schaltung nach Abb. 3. Jeder Phasenstrang des Generators 1 ist in drei Teilstränge U₁, b_t und C₁ aufgespalten, ebenso jeder Phasenstrang des Generators 2 in drei Teilstränge a₂, Z?₂ und C₂. Der " 35 Teilstrang % der Phase o° ist mit dem Teilstrang a₂ der Phase o°, der Teilstrang b_t der Phase o° mit dem Teilstrang b₂ der Phase I2O° und der Teilstrang C₁ der Phase o° mit dem Teilstrang C₂ der Phase 240⁰ in Reihe geschaltet. An den Enden I_a, 1I₆ und III,. herrscht somit eine dreiphasige resultierende Ausgangsspannung. Ebenso sind die Teilstränge O₁, b_x und C₁ der Phase 120⁰ und der Phase 240⁰ des Generators 1 mit je einem Teilstrang der drei Phasen des zweiten Generators 2 in Reihe verbunden. Man erhält auf diese Weise für jede Phase drei in der Schwebung gleiche Strangpaare mit den Enden I_a, I₆, I₁, bzw. II_fl, H₆, II_C bzw. IH₀, IH₆, III_C. Diese sind jedoch in der Trägerphase verschieden, können also nicht unmittelbar parallel geschaltet werden, sondern sind zu getrennten Anoden des Umrichters zu führen, in welchem sie sich zu dem Dreiphasenstrom des Netzes zusammenschließen.A resultant three-phase output voltage can be obtained in a similar manner if the phase strands of two high-speed three-phase generators are divided into three sub-branches and each sub-branch of the first generator is connected in series with a sub-branch of such a phase of the second generator that the resulting voltages the have desired phase shift. A three-phase resulting output voltage erao is maintained when each of the three sub-strings of each phase of one alternator is alternately connected in series with a sub-string of each of the three phases of the other alternator; because the mutual shift of the resulting output voltage by 120 ⁰ presupposes that one component remains unchanged in phase, while the other has to be shifted ^{by 120 0} and by 240 ^0. The circuit according to Fig. 3 is designed accordingly. Each phase branch of generator 1 is split into three sub- _{branches U 1} , b _t and C ₁ , as is each phase branch of generator 2 into three sub-branches a ₂ , Z? ₂ and C ₂ . The "35 partial line% of phase o ° is with the partial line a _{2 of} the phase o °, the partial line b _{t of} the phase o ° with the partial line b _{2 of} the phase I20 ° and the partial line C _{1 of} the phase o ° with the partial line C." _{2 of} the phase 240 ^{0 are connected} in series. A three-phase resulting output voltage thus prevails at the ends I _a , 11 ₆ _{and III ,. The partial strands O 1} , b _x and C ₁ of phase 120 ⁰ and phase 240 ⁰ des Generator 1 is connected in series with one partial strand of each of the three phases of the second generator 2. In this way, three identical strand pairs with the ends I _a , I ₆ , I ₁ or II _fl , H _{6 are obtained for each phase} , II _C or IH ₀ , IH ₆ , III _{C. However,} these differ in the carrier phase, so they cannot be connected directly in parallel, but must be led to separate anodes of the converter, in which they combine to form the three-phase current of the network .

Auch bei .der Verwendung zweier Drehstromgeneratoren zur Erzeugung einer drei-" phasigen resultierenden Ausgangsspannung können gewünschtenf alls bei einem der beiden Generatoren diejenigen Teilstränge, welche vom Nullpunkt ausgehen, zu einem gemeinsamen Strang größeren Querschnittes zusammengefaßt werden.Even when using two three-phase generators to generate a three-phase resulting output voltage If desired, in the case of one of the two generators, those subsections which starting from the zero point, combined into a common strand of larger cross-section will.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, 'die, der gewünschten Phasenzahl der resul-■".tierenden Spannung entstehende Zahl von ',T.eilsträngen, welche zu einem Phasenstrang gehören, bei jedem Generator in eine gemeinsame Nut zu legen, obgleich dort in bezug auf die aus den überlagerten beiden Kornponenten resultierenden Ströme in den einzelnen Nuten Phasenunterschiede bestehen. Die Zulässigkeit dieser gemeinsamen Einschließung der Teilstränge in eine Nut beruht auf der Erkenntnis, daß sich relativ zu den Wicklungen jedes Generators die Wirkung der beiden Wicklungen des anderen heraushebt, weil von den letzteren, wie am deutlichsten Abb. ι erkennen läßt, die eine mit, die andere gegengeschaltet ist. Es ergibt sich also der große Vorteil, daß bei der Wicklungsanordnung nach der Erfindung der Einfluß der resultierenden Ströme auf den Induktor praktisch ausscheidet und keine Oberwellen dadurch entstehen. Die Rückwirkung ist also bei dem Aggregat nach Abb. 1 nicht größer als bei einem normalen Einphasengenerator, bei Anwendung von zwei Drehstromgeneratoren nicht größer als bei einem normalen Drehstromgenerator; denn auch dort verhalten sich die ausgleichenden gegenseitigen Einflüsse ebenso.The invention is based on the idea of 'the, the desired number of phases of the resulting Voltage resulting number of ', T.substrands, which form a phase strand belong to put in a common groove with each generator, although there in relation on the currents resulting from the superimposed two components in the individual There are groove phase differences. The admissibility of this joint confinement the partial strands in a groove is based on the knowledge that they are relative to the windings of each generator emphasize the effect of the two windings of the other, because of the latter, as can be seen most clearly in Fig. ι, the one with, the other is connected in the opposite direction. So there is the great advantage that in the winding arrangement according to the invention the influence of the resulting currents on the inductor is practically eliminated and no harmonics thereby arise. The reaction is therefore not in the unit according to Fig. 1 larger than with a normal single-phase generator when using two three-phase generators no larger than a normal three-phase generator; for there, too, the balancing recipients behave Influences as well.

Wicklungstechnisch läßt sich nun dieser Erfindungsgedanke besonders zweckmäßig dadurch verwirklichen, daß man in beiden Fällen, d. h. sowohl bei den Einphasengeneratoren nach Abb. 1 als auch bei Drehstromgeneratoren nach Abb. 3, die Teilstränge in einer Zweischichtwicklung zusammenfaßt. Im ersten Fall kann dieses entsprechend Abb. i_a da-100 durch geschehen, daß jede Schicht der Zweischichtwicklung aus einem Leiter oder einer Spulenseite besteht und in jeder Nut die eine Schicht dem einen Teilstrang a_± bzw. a₂, die andere dem anderen Teilstrang b_x bzw. b₂ angehört, wobei in aufeinanderfolgenden Nuten die Zugehörigkeit der beiden Schichten zu den beiden Teilsträngen wechselt. Dieses setzt aber eine Wicklung mit Diametralschritt und gerader Nutenzahl je Pol und Phase voraus.From a winding point of view, this inventive concept can now be implemented particularly expediently by combining the partial strands in a two-layer winding in both cases, that is to say both in the single-phase generators according to Fig. 1 and in the three-phase generators according to Fig. 3. In the first case this may be in accordance with Fig. I _a da-100 done by that each layer of the two-layer winding consists of a conductor or a coil side, and in each groove the one layer to the one partial strand of a _± or a _2, the other to the other part strand b _x and b ₂ , respectively, the affiliation of the two layers to the two partial strands changing in successive grooves. However, this requires a winding with a diametrical step and an even number of slots per pole and phase.

Will man jedoch von dieser Beschränkung befreit sein, also eine Wicklung erhalten, welche für beliebigen Wickelschritt und beliebige Anzahl von Nuten je Pol und Phase ausführbar ist, so benutzt man für Einphasengeneratoren eine Zweischichtwicklung gemäß der Anordnung nach Abb. I₆. Hier besteht jede Schicht aus zwei übereinanderliegenden Leitern oder Spulenseiten, welche den beiden 120, Teilsträngen a_t und b_± bzw. a₂ und b₂ zugeteilt sind. Je Nut ist dann die ZugehörigkeitHowever, if you want to be exempt from this restriction, i.e. to obtain a winding that can be executed for any winding step and any number of slots per pole and phase, a two-layer winding according to the arrangement shown in Fig. I ₆ is used for single-phase generators. Here each layer consists of two superposed conductors or coil sides, which are assigned to the two 120, partial strands a _t and b _± or a ₂ and b ₂ . The affiliation is then per groove

der beiden Leiter oder Spulenseiten zu den beiden Teilsträngen in der einen Schicht gegenüber der anderen vertauscht. Wenn entsprechend Abb. 2 bei dem einen Generator die Teilstränge zu einem einzigen Strang doppelten Querschnitts vereinigt sind, werden die Teilstränge des anderen in gemeinsame Nuten gelegt, ohne daß" dadurch an der gegenseitigen Kompensation der Rückwirkung etwas geändert wird.of the two conductors or coil sides opposite to the two strands in one layer the other swapped. If, as shown in Fig. 2, the partial strands of one generator become a single strand double cross-section are united, the partial strands of the other are in common Grooves placed without "thereby affecting the mutual compensation of the reaction something is changed.

Für Drehstromgeneratoren verwendet man eine Zweischichtwicklung, wie sie Abb. 3_S zeigt. Hierbei enthält jede Schicht drei übereinanderliegende Leiter oder Spulenseiten, welche den drei Teilphasensträngen O₁, b_x, C₁ bzw. a₂, b₂, C₂ zugeordnet sind/ und je Nut ist die Zugehörigkeit der drei Leiter oder Spulenseiten zu den drei Teilphasensträngen in der einen Schicht gegenüber der anderen vertauscht. Werden die vom Nullpunkt ausgehenden Teilstränge des einen Drehstromgenerators zu einem Teilstrang größeren Querschnitts vereinigt, so werden die Teilstränge des anderen Generators in die gleiche Nut gelegt und als Zweischichtwicklung ausgeführt. Es ist auch möglich, eine dreiphasige resultierende Ausgangsspannung durch zwei Drehstromgeneratoren zu erhalten, wenn der eine Teilstrang jeder Phase des einen Generators mit einem der drei Teilphasenstränge des anderen Generators in umgekehrter Richtung geschaltet wird. Dann gehen nur zwei Teilstränge des einen Generators vom Nullpunkt aus, die zu einem Teilstrang größeren Querschnitts vereinigt werden können, während in die gleiche Nut der getrennt bleibende dritte Teilstrang geringeren Querschnitts gelegt wird. Beide dieser Teilstränge abweichenden Querschnitts lassen sich dann auch als Zweischichtwicklung ausführen.For alternators using a two-layer winding as 3 _S is shown in Fig.. Here, each layer contains three superposed conductors or coil sides, which are assigned to the three partial phase strands O ₁ , b _x , C ₁ or a ₂ , b ₂ , C ₂ / and per slot is the association of the three conductors or coil sides with the three partial phase strands reversed in one layer with respect to the other. If the sub-strings of one three-phase generator starting from the zero point are combined to form a sub-string with a larger cross-section, the sub-strands of the other generator are placed in the same slot and designed as a two-layer winding. It is also possible to obtain a three-phase output voltage resulting from two three-phase generators if one of the partial phases of each phase of one generator is switched in the opposite direction with one of the three partial phase phases of the other generator. Then only two subsections of the one generator start from the zero point and can be combined to form a subsection with a larger cross section, while the third subsection with a smaller cross section, which remains separate, is placed in the same groove. Both of these partial strands with a different cross-section can then also be designed as a two-layer winding.

Die Tatsache, daß sich die Ströme in den in einer Nut liegenden Teilphasensträngen zwischen den beiden Generatoren zu Null ergänzen, würde auch bei jeder anderenPhasenzahl der resultierenden Spannungen in Erscheinung treten, wenn die Zahl der Teilstränge entsprechend gewählt und sinngemäß jeder Teilstrang der einen Maschine mit einem der anderen in Reihe geschaltet wird.The fact that the currents in the partial phase strands lying in a groove add to zero between the two generators would also apply to any other number of phases the resulting stresses appear when the number of partial strands selected accordingly and, accordingly, each sub-line of one machine is connected in series with one of the other.

Claims

Patent claims:

i. Winding arrangement for one of two alternators high Speed existing machine set to generate a voltage by superimposing two periodically deviating voltages polyphase resulting voltage formed with the same amplitude by connecting two of the two in series Sub-strings belonging to machines, in which each phase string at least a generator according to the desired number of phases of the resulting voltage is divided to by generators produce multiphase output voltages of normal frequency with the help of discharge paths at high speed, characterized in that the number corresponding to the desired number of phases of the resulting voltage vorf * partial strands lie in common grooves.

2. Winding arrangement according to claim i, characterized in that the Winding divided into partial strands for each phase, designed as a two-layer winding is.

3. Winding arrangement according to claim 2, characterized in that for generating a two-phase resulting voltage by two single-phase generators, each layer of the two-layer winding consists of a conductor or a coil side and in each slot the one layer 'the one partial strand (G ₁ or (J ₂ ); the other belongs to the other strand (b _t or b ₂ ) , whereby in successive grooves the affiliation of the two layers to the two strands changes (Fig. i _a ).

4. Winding arrangement according to claim 2, characterized in that for generating a-two-phase 'resulting voltage by two single-phase generators, each layer of the two-layer winding consists of two superimposed conductors or coil sides, which the two strands (O ₁ and b ₁ or a ₂ and b ₂ ) belong, and that for each slot the affiliation of the two conductors or coil sides to the two strands in one layer is reversed with respect to the other (Fig. I ₆ ).

5. Winding arrangement according to claim 2, characterized in that for generating a three-phase resulting voltage by two three-phase generators, each layer of the two-layer winding consists of three superposed conductors or coil sides, which the three partial phase strands (a _{1 (} b _u C ₁ or a ₂ yb ₂ , C ₂ ) , and that for each slot the association of the three conductors or coil sides with the three partial phase strands in one layer is reversed with respect to the other (Fig. 3a).

1 sheet of drawings