DE712147C

DE712147C - Device to improve the current reversal in single-phase collector machines, especially AC motors

Info

Publication number: DE712147C
Application number: DES127257D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Kother; Dr-Ing Lothar Mirow
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-05-20
Filing date: 1937-05-20
Publication date: 1941-11-06

Description

Einrichtung zur Verbesserung der Stromwendung bei Einphasenkollektormaschinen, insbesondere Wechselstrombahnmotoren Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der Stromwendung bei Einphasenkollektormaschinen, insbesondere Wechselstrombahnmotoren mit Wendepolwicklung, eine Aufgabe, die man bereits nach verschiedenen Vorschlägen mit Hilfe von der Wendepolwicklung zugeschalteten Widerständen, Drosseln und Kapazitäten zu lösen versucht hat.Device to improve the current reversal in single-phase collector machines, in particular AC traction motors. The invention aims to improve the Current reversal in single-phase collector machines, especially AC motors with reversible pole winding, a task that can already be done according to various proposals with the help of the reversing pole winding connected resistors, chokes and capacitors tried to solve.

So ist u. a. eine Wendepolanordnung an Kollektormaschinen für Wechsel- und Gleichstrombetrieb mit zur Wendepolwicklung parallel geschalteten Ohmschem Widerstand bekannt, bei der parallel zur Wendepolwicklung und zum Ohmschen Widerstand eine Drosselspule gelegt ist, um bei Einphasenbahnen die gleichen Motoren wahlweise auf Wechsel- und auf Gleichstromstrecken laufen lassen zu können und zur Verminderung der dabei unvermeidlichen Nachteile dem Wendefeld für beide Stromarten periodisch richtige Größe und Phase zu geben, ohne besondere Änderungen an den Motoren oder irgendwelche Umschaltung vornehmen zu müssen.So is i.a. a reversing pole arrangement on collector machines for alternating and DC operation with an ohmic resistance connected in parallel to the reversing pole winding known, in which a parallel to the reversing pole winding and the ohmic resistance Choke coil is placed in order to selectively switch on the same motors for single-phase railways To be able to run alternating and direct current lines and to reduce them the unavoidable disadvantages of the turning field for both types of current periodically to give correct size and phase without special modifications to the motors or to have to make any switchover.

Auch mit Drosselspulen allein hat man versucht, die Stromwendung zu verbessern, indem man der Erregerwicklung eine Drossel parallel schaltete, deren Magnetisierungskurve weniger oder im umgekehrten Sinne gekrümmt ist als die des Motors, und gegebenenfalls noch eine zweite Drossel mit der Erregerwicklung in Reihe legte, deren Magnetisierungskurve stärker als die des Motors gekrümmt ist.Attempts have also been made to reverse the current with inductors alone improve by connecting a choke in parallel to the field winding, whose The magnetization curve is less or in the opposite direction curved than that of the Motor, and possibly a second choke with the field winding in series whose magnetization curve is more curved than that of the motor.

Ferner ist bereits daran gedacht worden, auch den schädlichen. Einfluß zu bekämpfen, den Oberwellen auf die Stromwendung ausüben können. Diesem Zweck dient u. a. eine bekannte Einrichtung zur Abdämpfung der Feldpulsationen in den Wendepolen von Kollektormaschinen mit Nutenankern, bei der zu den Wendepolen ein äußerer Schließungskreis angeordnet ist, der eine Kapazität allein oder in Verbindung mit Widerstand oder/und Selbstinduktion enthält, wodurch im wesentlichen nur die durch die Zahnfluktuationen erzeugten raschen Feldschwankungen -gedämpft und andere Feldschwankungen geringerer Frequenz aber nur unbeträchtlich beeinflußt «erden sollen. Der Schließungskreis wird dabei wenigstens annähernd auf Resonanz finit der schädlichen Oberwelle abgestimmt.Furthermore, thought has already been given to the harmful ones as well. Influence to combat the harmonics that can exert on the commutation. Serves this purpose i.a. a known device for damping the Field pulsations in the reversing poles of collector machines with grooved anchors, in the case of the reversing poles an outer closing circuit is arranged, the capacitance alone or in connection with resistance and / or self-induction, whereby essentially only the Rapid field fluctuations generated by the tooth fluctuations - damped and others However, field fluctuations of lower frequency should only be influenced to an insignificant extent. The closed circuit is at least approximately finite resonance with the damaging one Harmonized harmonics.

Schließlich sei noch eine bekannte Schaltun- erwähnt, die zur Unterdrückung der sogenannten Lamellenoberwellen bei kommutierenden elektrischen Maschinen bestimmt ist, bei denen die auf die Erregerwicklung aufgedrückte Spannung eine andere als die Maschinenspannung ist. Hier soll mit der Erregerwicklung ein eine Kapazität enthaltender, mit den übrigen ruhenden Wicklungen der :Maschine nicht verketteter Stromkreis im Nebenschluß verbunden oder mit ihr transformatorisch gekuppelt und zweckmäßig in Reihe mit der Kapazität eine Induktanz geschaltet sein.Finally, a well-known circuit should not be mentioned, that for suppression the so-called lamellar harmonics in commutating electrical machines where the voltage impressed on the excitation winding is different from the machine voltage is. Here, with the excitation winding, a capacitance is intended containing, with the other stationary windings of the: machine not chained Circuit connected in a shunt or coupled with it in a transformer and an inductance can expediently be connected in series with the capacitance.

Wie die Erfahrung namentlich beim Betrieb von Wechselstrombahnmotoren gezeigt hat, haben jedoch alle die genannten Vorschläge keineswegs restlos befriedigt, insbesondere gelingt es häufig nicht, das starke Bürstenfeuer zu unterdrücken. Wesentlich bessere Erfolge zeitigt die den Erfindungsgegenstand bildende Anordnung, die z. B. auchzur Wendepolwicklung parallel geschaltete Ohmsche und induktive Widerstände aufweisen kann, jedoch mit der Eigenart, daß der Ohmsche Widerstand und die Drossel in Reihe zueinander liegend der Wendepolwicklung parallel geschaltet sind. Zum Verständnis der Erfindung sollen im folgenden zunächst die hier in Betracht kommenden Verhältnisse und Betriebsbedingungen geschildert werden.Like the experience in particular with the operation of AC motors has shown, however, none of the suggestions mentioned have by any means completely satisfied, in particular, it is often not possible to suppress the strong brush fire. Essential The arrangement forming the subject matter of the invention, which z. B. also to the reversing pole winding ohmic and inductive resistors connected in parallel may have, but with the peculiarity that the ohmic resistance and the choke the reversing pole winding are connected in parallel in series with one another. To understand In the following, the present invention is initially intended to relate to the relationships that come into consideration here and operating conditions are described.

Bei Gleichstrommotoren bewirken Parallelwiderstände zum Wendefeld nur eine Schwächung dieses Feldes. Bei Wechselstrominotoren ist außerdem Ohmschen Widerstand der Wendewicklung noch deren induktiver Widerstand vorhanden, so daß sich hierbei der Spannungsabfall aus zwei rechtwinklig aufeinander stehenden Komponenten, dem Ohmschen und dein induktiven Spannungsabfall, zusammensetzt. Hierbei kann die Wirkung der Ohmschen Komponente bei der folgenden Betrachtung vernachlässigt, also die Wendewicklung nur mit Induktivität behaftet gedacht werden. Schaltet man, wie bekannt, zu der Wendewicklung einen Ohmschen Widerstand parallel (Fig. i), so verzweigt sich der vom Anker, dem Feld und der Kompensation herkommende Strom J" (Fig. Ia) in den Strom Jw in der Wendewicklung. Hierdurch ist das Wendefeld nicht mehr in Phase mit Ja, wie es ohne Paral'elwiderstand wäre, sondern es ist in Pha finit J",. Die in Richtung finit hl liegende Komponente Jreakt der Komponente J,, dient durch Erzeugung eines gleichphasigen Wendefeldes zur Aufhebung der Reaktanzspannung (Gleichstromwendung). Die senkrecht zu j,l stehende Komponente jtransf erzeugt eitre Wendeflußkomponente zur Aufhebung der transformatorischen EMK des Wechselstrombahnmotors (Wechselstromwendung).In the case of DC motors, resistances in parallel with the turning field only weaken this field. In AC motors, the ohmic resistance of the reversing winding is also present, so that the voltage drop is composed of two components at right angles to one another, the ohmic and the inductive voltage drop. Here, the effect of the ohmic component can be neglected in the following consideration, i.e. the reversal winding can only be thought of as having inductance. If, as is known, an ohmic resistance is connected in parallel to the reversing winding (Fig. I), the current J "(Fig. Ia) coming from the armature, the field and the compensation branches into the current Jw in the reversing winding the turning field is no longer in phase with Yes, as it would be without parallel resistance, but it is in Pha finite J ",. The component Jreact of the component J ,, which lies in the finite direction, serves to cancel the reactance voltage (direct current reversal) by generating an in-phase turning field. The component jtransf, which is perpendicular to j, l, generates a reversal flux component for canceling the transformer emf of the AC motor (alternating current reversal).

Schaltet man nun in den Parallelzweig zur Wendewicklung in Reihe mit dem Widerstand R noch eine Drossel Dr (Fig. 2), so teilt sich der Ankerstrom Ja (Fig. 2a) in zwei Teilströme, von denen der eine Teil IR = Il" und der andere Teil gleich JW ist.If one now turns in the parallel branch of the turn winding in series with the resistor R still a throttle Dr (Fig. 2), so the armature current divides Yes (Fig. 2a) into two part streams, of which one part IR = Il "and the other part is equal to JW.

Die Ströme JR und JD,, sind in Phase, «-eid Reihenschaltung der Stromverbraucher vorliegt (JD,. = JR). Dagegen ist die Spannung ER, die in Phase mit JR ist, senkrecht zur Spannung EDr an der Drossel. Ferner muß die Vektorsumme EDr. + ER gleich Ewsein, weil die Spannungen an den Verzweigungspunkten _ I, B (Fig. 2) gleich sein müssen. Es zeigt sich, daß der Winkel zwischen den Teilströmen aus Ja, der in Fig. Ia gleich 9o= ist, in Fig. 2a kleiner als 9o` geworden ist. Für Jreakt und jtransf hat sich nichts geändert, denn hierfür gilt ja noch das bisher zu Fig. i Gesagte.The currents JR and JD "are in phase" - the current consumers are connected in series is present (JD ,. = JR). On the other hand, the voltage ER, which is in phase with JR, is perpendicular to the voltage EDr at the choke. Furthermore, the vector sum EDr. + HE equals eternity, because the voltages at the branch points _ I, B (Fig. 2) must be the same. It can be seen that the angle between the partial currents from Yes is the same as that in FIG. Ia 9o = is, has become smaller than 9o 'in Fig. 2a. For Jreakt and jtransf has nothing changed, because what has been said so far with regard to FIG. 1 still applies to this.

Der für die Schaltungen nach Fig. i und 2 gemeinsame bekannte Gedanke ist, durch Einschalten von elektrischen Mitteln (Drossel. Widerstand: Kondensator oder Kombinationen aus diesen) zwischen Ankerstrom Ja und Wendefeldstrom jw- und damit zwischen dem Wendefeld 011- eine Phasenverschiebung zu erzeugen, die entsprechend den Komponenten Jreakt `3 und jtransf Wendefeldkornponenten 0reakt und Otransf zur Aufhebung der Reaktanzspannung und Transformatorspannung ergibt.The known idea common to the circuits according to FIGS. I and 2 is to generate a phase shift between the armature current Ja and the turning field current jw- and thus between the turning field 011- by switching on electrical means (choke, resistor: capacitor or combinations of these), which, according to the components Jreakt `3 and jtransf, results in the reversing field components Oreakt and Otransf to cancel the reactance voltage and transformer voltage.

Daß hierbei nur an die Phasenverschiebung der Betriebsfrequenz (z. B. i6=/3 Hz) gedacht sein kann, geht schon daraus hervor, daß Vektordiagramme für Grund- und Oberwellen nicht ohne weiteres möglich sind.That only the phase shift of the operating frequency (e.g. B. i6 = / 3 Hz), it already follows that vector diagrams for Fundamental waves and harmonics are not easily possible.

Man hat bisher, wenn durch Einschalten einer Drossel Dz- in den Parallelkreis zum Widerstand R die Stromwendung verbessert wurde, stets angenommen, daß dadurch eben die richtige Phase des Stromes J", bewirkt würde. Die Erfindung beruht nun aber auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, außer der Phasenverschiebung des betriebsfrequenten Stromes Ja weitere Verbesserungen der Stromwendebedingungen zu erzielen und diese weiteren Verbesserungen stets willkürlich zu erzeugen, indem gemäß Fig.2 Widerstand und Drossel; in Reihe zueinander liegend, gemeinsam der Wendewicklung parallel geschaltet werden und dieser Schaltungszug in besonderer Weise in seiner Größe abgestimmt wird. Bei schwierigen Betriebsbedingungen empfiehlt es sich außerdem, die im Motor selbst vorhandene Kommutierungseinrichtung der vorerwähnten äußeren in besonderer Weise anzupassen, z. B. durch Änderung des Wendepolluftspalts oder der Anzahl der Wendepolwindungen. Der Grund= Bedanke der Erfindung ist, die mit der Frequenz veränderlichen, z. B: induktiven Widerstände im Wendekreis und in der Drossel so abzustimmen, daß sowohl die erforderliche Phasenverschiebung in der Grundwelle und in der oder den wichtigsten Oberwellen weitgehend angenähert wird, als auch der Absolutbetrag der Amplituden der Grund- und Oberwellen möglichst dem Idealwert nahekommt.It has hitherto been assumed that if the current reversal was improved by switching on a choke Dz- in the parallel circuit to the resistor R, that the correct phase of the current J "would be brought about. The invention is now based on the knowledge that it It is possible, in addition to the phase shift of the operating-frequency current Yes, to achieve further improvements in the current reversal conditions and to always generate these further improvements arbitrarily by connecting the reversing winding together in parallel, as shown in Fig In difficult operating conditions it is also advisable to adapt the commutation device present in the motor itself to the aforementioned external one in a special way, e.g. by changing the reversing pole air gap or the number of reversing pole windings that match the frequency ver changeable, e.g. B: to adjust inductive resistances in the turning circle and in the choke so that both the required phase shift in the fundamental wave and in the most important harmonic or harmonic waves is largely approximated, and the absolute value of the amplitudes of the fundamental and harmonic waves comes as close as possible to the ideal value.

Es sei vorweggenommen, daß es natürlich unmöglich ist, jede einzelne für die Stromwendung wichtige Größe auf ihr Optimum zu bringen, sondern es ist. nur erreichbar, alle Größen auf Grund der Erfindung so zu bemessen, daß, insgesamt betrachtet, beste Kommutierungsverhältnisse erreicht werden. Im übrigen sei daran erinnert, daß auch nach der bisherigen Auffassung der Parallelwiderstand zum Wendefeld nur bei einer einzigen Drehzahl die transformatorische EMK aufheben kann.It is anticipated that it is of course impossible to do every single one to bring the size that is important for the turnaround to its optimum, rather it is. only achievable to dimension all sizes on the basis of the invention so that, overall considered, the best commutation ratios can be achieved. Incidentally, be on it reminds that also according to the previous view the parallel resistance to the turning field can only cancel the transformer emf at a single speed.

In Fig. 2a. ist das Vektordiagramm für die Betriebsfrequenz, also z. B. 162/3 Hz, aufgezeichnet, d. h. es ist nach der Theorie des Vektordiagramms reine Sinusform vorausgesetzt. In -Wirklichkeit enthalten die Ströme Ja aber außer der Grundwelle noch höhere Harmonische, von denen in dem gewählten Beispiel nach Fig.3 nur die dritte näher behandelt wird. Nimmt man also an, es seien nur die Grundwelle (162/3 Hz) und die dritte Harmonische (5o Hz) im. Strom Ja vorhanden, wobei die Maximalamplitude Jamax bei i62/3 Hz (kürz Jam16) und die Maximalamplitude bei 5o Hz (kurz Ja.;") sich verhalten wie und zeichnet man nun das Vektordiagramm der dritten Harmonischen zu dem Grundwellendiagramm von Fig.2a auf, so ist an sich das neue Diagramm im Stromwert Ja = Jam50 kleiner, des Vergleiches wege werde aber der Maßstab des Diagramms der dritten Harmonischen auf `0-t° vergrößert, d. h. in beiden Darstellungen diel Größe Ja in gleicher Länge gewählt, obschon sich diese Größen tatsächlich wie a/I oo verhalten. Da die induktiven Widerstände gleich w # L sind, sind die induktiven Spannungsabfälle bei 5o Hz dreimal so groß wie bei 162/3 Hz. Unter Berücksichtigung des vorstehend Gesagten erhält man das Diagramm der dritten Harmonischen in Fig. 3.In Fig. 2a. is the vector diagram for the operating frequency, e.g. B. 162/3 Hz, recorded, ie it is assumed according to the theory of the vector diagram, a pure sinusoidal shape. In reality, the currents Yes contain, in addition to the fundamental wave, higher harmonics, of which only the third is dealt with in more detail in the example chosen according to FIG. So if one assumes that there are only the fundamental wave (162/3 Hz) and the third harmonic (50 Hz) im. Current Yes available, whereby the maximum amplitude Jamax at i62 / 3 Hz (short Jam16) and the maximum amplitude at 50 Hz (short yes; ") behave as and if one now draws the vector diagram of the third harmonic for the fundamental wave diagram of FIG. 2a, the new diagram is actually smaller in the current value Ja = Jam50, but for the sake of comparison, the scale of the diagram of the third harmonic becomes `0-t ° enlarged, ie in both representations the size Yes was chosen to be of the same length, although these sizes actually behave like a / I oo. Since the inductive resistances are equal to w # L, the inductive voltage drops at 50 Hz are three times as great as at 162/3 Hz. Taking into account the above, the diagram of the third harmonic in FIG. 3 is obtained.

Der Vergleich mit Fig.2a zeigt, daß das Größenverhältnis von jDr = JR zu jw größer und der Phasenwinkel zwischen ihnen kleiner geworden ist. Auch das Verhältnis von Jreakt und Jtransf hat sich bei der dritten Harmonischen verändert.Comparison with FIG. 2a shows that the size ratio of jDr = JR to jw has become larger and the phase angle between them has become smaller. That too The ratio of Jreakt and Jtransf has changed at the third harmonic.

Die an sich allgemein bekannte Bedingung für gute Gleichstromwendung ist, daß zwischen Strom 1" und Wendefeld 0reakt Proportionalität besteht. Diese Bedingung ist nach der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis bei den Wechselstrombahnmotoren nur erfüllt, wenn bei Ohmschem Parallelwiderstand zur Wendepolwicklung keine Oberwellen im Strom vorhanden sind. Der Ohmsche Parallelwiderstand verbessert zwar die Wechselstromwendung, verschlechtert aber bei Vorhandensein von Oberwellen die Gleichstromwendung. Ist nämlich ein Ohmscher Widerstand vorhanden und. liegt z. B. eine dritte Harmonische im Strom vor, so geht durch den Parallelwiderstand ein zu großer Stromanteil der dritten Harmonischen, und deren Gleichstromwendung wird daher sehr verschlechtert, da die Grundbedingung J? - 0reakt nicht mehr voll erfüllt ist.The generally known condition for good direct current reversal is that there is proportionality between current 1 "and reversing field 0react. This According to the knowledge on which the invention is based, this is a condition for AC motors only fulfilled if there are no harmonics with an ohmic parallel resistance to the reversing pole winding are present in the stream. The ohmic parallel resistance improves the alternating current reversal, but worsens the direct current reversal in the presence of harmonics. is namely an ohmic resistance is present and. lies z. B. a third harmonic in the current, too large a current share of the goes through the parallel resistance third harmonic, and their direct current reversal is therefore very worsened, since the basic condition J? - 0react is no longer fully fulfilled.

Erfindungsgemäß wird jetzt in den Parallelkreis in Reihe mit dem Ohmschen Widerstand R z. B. eine Drossel Dr eingeschaltet, und beide Schaltelemente werden so in eine bestimmte Beziehung zu den übrigen Maschinendaten gebracht, daß auch die Oberwellen gut kommutieren, d. h. mit der Schaltung Widerstand und Drossel in Reihe zu einander werden durch besondere Abmessungen der Schaltglieder und die Art der Anpassung neue Aufgaben erfolgreich gelöst.According to the invention, the parallel circuit is now in series with the ohmic circuit Resistance R z. B. switched on a throttle Dr, and both switching elements are so brought into a certain relationship to the other machine data that also the harmonics commute well, d. H. with the circuit resistor and choke in Series to each other are determined by the special dimensions of the switching elements and the type the adaptation of new tasks successfully solved.

Gegebenenfalls wird man den Erfolg erhöhen, wenn schwierige Betriebsbedirgungen oder die ursprünglichen Daten des Motors es angebracht erscheinen lassen, indem man die üblichen Kommutierungseinrichtungen im Motor selbst den äußeren Schaltelementen entsprechend verändert. -Da nun für den bisher als Beispiel behandelten Fall weitere eingehende Lösungswege angegeben werden, die ebenfalls die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe - Gleichstromkommutierung der Oberwellen - erfüllen, sei besonders hervorgehoben, daß der Erfindungsgedanke durch alle Mittel verwirklicht werden kann, welche erstens die im Ankerstrom vorhandenen Oberwellen im richtigen Phasen- und Größenverhältnis auf den Wendefluß wirken lassen oder zweitens die Oberwellen mittel- oder unmittelbar durch ruhende oder bewegliche Umformer zu der gewünschten Wirkung auf den Wendefluß bringen.If necessary, one will increase the success if the operating conditions are difficult or the original data of the engine make it appear appropriate by the usual commutation devices in the motor itself are the external switching elements changed accordingly. -There now more for the case treated as an example so far detailed approaches are given, which are also based on the invention The task at hand - direct current commutation of the harmonics - is special emphasized that the idea of the invention can be realized by all means, which firstly those present in the armature current Harmonics in the right one Let the phase and size relationship act on the turning flux or, secondly, the harmonics directly or indirectly through stationary or moving converters to the desired Have an effect on the turning flow.

Es möge nun die allgemein gültige Berechnung der Kommutierungsvorrichtung .für einen Einphasenbahnmotor unter Anwendung der Erfindung mit Berücksichtigung der höheren Harmonischen, insbesondere der dritten Harmonischen, folgen.Let it now be the generally valid calculation of the commutation device .for a single-phase railway engine using the invention with consideration the higher harmonics, especially the third harmonic, follow.

Für die normale Berechnung wird bekanntlich angenommen, daß sich alle Größen rein sinusförmig ändern. Das ist aber in Wirklichkeit nicht der Fall. Netzspannung und Fluß verlaufen flacher als die Sinuskurve, im Strom ist besonders stark die dritte Harmonische ausgeprägt. Der Stromcharakter wird Für n = ungerade Zahlen wird Also i - il # sin w t -E- i3 sin 3 (O t + i5 sin 5 «)t -f- . . . hauptsächlich durch die Eisensättigung und durch die Kurzschlußströme unter den Bürsten beeinflußt. Über diesen Grundcharakter sind noch Oberwellen gelagert, die durch endliche Nut- und Segmentzahl bedingt sind.As is well known, it is assumed for normal calculation that all quantities change in a purely sinusoidal manner. In reality, this is not the case. Mains voltage and flux are flatter than the sine curve, the third harmonic is particularly pronounced in the current. The stream character will be For n = odd numbers So i - il # sin wt -E- i3 sin 3 (O t + i5 sin 5 «) t -f-. . . mainly influenced by iron saturation and short-circuit currents under the brushes. Over this basic character, harmonics are also stored, which are caused by the finite number of slots and segments.

Die hyperbolische Sinusfunktion zeigt eine sehr gute Annäherung an die Magnetisierungskurve besonders-in der Form i= a₧ P+b ₧Sinc₧0.The hyperbolic sinus function shows a very good approximation the magnetization curve especially in the form i = a ₧ P + b ₧ Sinc ₧ 0.

Nimmt man für den Hauptfluß rein sinusförmigen Verlauf an, also 0 = 0, # sin uzt, so wird der Magnetisierungsstrom i=a₧0o₧sin wt + b.Sin c 00 sin wt, c₧ PO = s a₧ sin wt = x, Die Magnetisierungskurve ist demnach wie für Gleichstrom zu berechnen. Aus dieser Kurve sind dann die Faktoren, a., b und c zu bestimmen, und mit den obigen Werten ist 00 über ieff aufzutragen.If one assumes a purely sinusoidal course for the main flux, i.e. 0 = 0, # sin uzt, then the magnetizing current i = a ₧ 0o ₧ sin wt + b.Sin c 00 sin wt, c ₧ PO = sa ₧ sin wt = x , The magnetization curve is to be calculated in the same way as for direct current. The factors a., B and c are then to be determined from this curve, and 00 is to be plotted against ieff with the above values.

Die obigen Daten zeigen, daß es bei heute üblichen Sättigungen genügt, nur die dritte Bei der Schaltung nach Fig. ¢ (vgl. auch Fig. z) ist worin wk die kurzgeschlossenen Windungen, ik den Kurzschlußstrom bedeuten, während rk der Ohmsche Widerstand und Lk der Selbstinduktionskoeffizient des Kurzschlußkreises sei.The above data show that with saturations customary today it is sufficient to only use the third. In the circuit according to FIG where wk is the short-circuited turns, ik is the short-circuit current, while rk is the ohmic resistance and Lk is the self-induction coefficient of the short-circuit.

Im Stillstand errechnet sich der Kurzschlußstrom aus Verluste durch Kurzschlußströme können für verschiedene Bürstensorten aus - der Erregerleistung durch Prüffeldmessungen- bestimmt werden (ja s.- Fig. 5).The short-circuit current is calculated from the standstill Losses due to short-circuit currents can be determined for different types of brush from - the excitation power through test field measurements (yes, see - Fig. 5).

Reaktanz- und Transformatorspannung ergeben Harmonische zu berücksichtigen. Für die weiteren Ausführungen seien folgende Annahmen zugrunde gelegt-0 =0o ₧ sin wt, Magnetisierungsstrom Ju=il sin wt - i3 sin3wt (Fi,g. 5). Diese Spannungssumme soll aufgehoben werden durch die Rotationsspannung Die 1# unkenspannung ist dann ef.= e,, -f- et -% ewr .Reactance and transformer voltages result Take harmonics into account. The following assumptions are used as a basis for the further explanations: 0 = 0o ₧ sin wt, magnetizing current Ju = il sin wt - i3 sin3wt (Fig. 5). This stress sum should be canceled out by the rotational stress The 1 # token voltage is then ef. = E ,, -f- et -% ewr.

Wird, wie bekannt, parallel zur Wendepolwicklung ein Ohmschei Widerstand R geschaltet, o ist der Parallelstrom J, ein reiner Widerstandsstrom.As is known, there is an ohmic resistance parallel to the reversing pole winding R switched, o is the parallel current J, a pure resistance current.

s s Es wird Hieraus ergibt sich -Mit folgenden Zahlenwerten ergeben sich die Kurvenformen der Fig. 6: sei durch Luftspalt veränderlich oder durch Änderung der Wendepolwicklung 7:y4 (Fig.4).s s It will From this it follows - The curve shapes of Fig. 6 result with the following numerical values: be variable by the air gap or by changing the reversing pole winding 7: y4 (Fig. 4).

Die Kurven zeigen, daß durch die Parallelschaltung eines Widerstandes zur Wendepolwicklung die Oberwellen aus dem Wendepolstrom ganz. ausgesiebt worden sind (vgl. J", mit J" und J,.). Tun ist aber in der Reaktanzspannung e, durch J" eine ausgeprägte dritte Harmonische vorhanden (s. es + et). The curves show that by connecting a resistor in parallel to the reversing-pole winding, the harmonics from the reversing-pole current are completely eliminated. have been screened out (cf. J ", with J" and J ,.). But Tun is present in the reactance voltage e, through J "a pronounced third harmonic (see es + et).

-Man könnte im Sinne der Erfindung daran denken, den Wendepol zu sättigen, um eine dritte Harmonische wieder in den Wendepolstrom hineinzubringen. Das Maximum des Wendepolstromes würde dann aber im Maximum der Grundwelle liegen, während e, --1- et das -Maximum jedoch etwa 15 bis 2o° vorher verlangt. Außerdem wäre dann eine etwa not- wendige nachträgliche Änderung am fertigen Motor sehr schwierig (Erzeugung einer drit- ten Harmonischen durch ruhende Mittel).In the context of the invention, one could think of saturating the reversing pole in order to bring a third harmonic back into the reversing pole current. The maximum of the reversing pole current would then be at the maximum of the fundamental wave, while e, --1- et, however, require the maximum about 15 to 20 ° beforehand. In addition, there would then be a Maneuverable subsequent changes to the finished motor are very difficult (generation of a third harmonic by idle means).

Vorteilhafter ist es, durch Einfügen einer mit dem Widerstand in Reihe gelegten Drosselspule in den Parallelkreis das starke Aussieben der Oberwellen aus dem Wendepolstrom zu verhindern (Fig. 2).It is more advantageous by inserting one in series with the resistor placed choke coil in the parallel circuit from the strong screening of the harmonics to prevent the reversing pole current (Fig. 2).

Ebenso möglich wäre die Reihenschaltung von Kondensator und Wendepolwicklung oder die beiden letztgenannten Mittel gleichzeitig (Ausnutzung einer vorhandenen dritten Harmonischen durch ruhende Mittel).It would also be possible to connect a capacitor and reversing pole winding in series or the two latter means at the same time (utilization of an existing one third harmonic by dormant means).

Für das eingangs physikalisch behandelte Beispiel (Drossel und Widerstand in Reihe parallel zum Wendepol) ergeben sich bei i" = o und @@@1-@c@3 = o folgonde Gleichungen: Hieraus- ergibt sich Jw = a₧sin(wt+a)-b₧sin(3wt+ß). , Also - e"". - yn a sin (wt t + a) - y n b sin (3 «)t -j-- ß) , während sich für es. + et mit den obigen Zahlenwerten ergibt Um die Funkenspannung vollkommen aufzuheben, müssen dennoch vier Bedingungen er- Es stehen hierfür praktisch jedoch nur drei Veränderliche zur Verfügung: R, L und y. Man könnte daran denken,, r", und L", durch zusätzliche Apparate zu vergrößern, die Gleichung für I," zeigt jedoch, daß man hiermit nicht verhindern kann, daß für Erfüllung der Aus Gleichung 6 erhält man ist von der Größe des Luftspaltes und der üblich vorhandenen Wicklungsraum ergeben Wendepolwindungszahl abhängig. Für den sich die Werte yn = 5,54, R = 0,3 .r , L - o,25 SZ . Hiermit errechnet sich und .For the example dealt with physically at the beginning (choke and resistor in series parallel to the reversing pole), the following equations result for i " = o and @@@ 1- @ c @ 3 = o: This results in the following equations Jw = a ₧ sin (wt + a) -b ₧ sin (3wt + ß). , So - e "". - yn a sin (wt t + a) - ynb sin (3 «) t -j-- ß), while for it. + et with the above numerical values results In order to completely cancel the spark voltage, four conditions must nevertheless be In practice, however, there are only three variables available: R, L and y. One could think of "r" and L "to enlarge the equation for I," with additional apparatus, but shows that this cannot prevent the fulfillment of the From equation 6 one obtains depends on the size of the air gap and the winding space that is usually present. For which the values yn = 5.54, R = 0.3 .r, L - o, 25 SZ. This is used to calculate and .

ef= es -E- et+ e",,- _ - 0,375 sin 3 09 t -f- o;323 sin (3 wt - i6°) = o,Io8 sin (3 (1)t -1- 54°) füllt werden (Amplituden und Phasenwinkel müssen übereinstimmen) Bedingung 4. = o auch tg a = o wird, also BedingUng 2: nicht einzuhalten ist.ef = es -E- et + e ",, - _ - 0.375 sin 3 09 t -f- o; 323 sin (3 wt - i6 °) = o, Io8 sin (3 (1) t -1- 54 °) (amplitudes and phase angles must match) Condition 4. = o also tg a = o, so condition 2: must not be observed.

Man wird sich also mit der Erfüllung der Bedingungen z bis 3 zufrieden geben und erhält also ein geringerer Wert, als wenn man nur Ohmschen Widerstand zur Wendepolwicklung parallel schaltet, womit also nachgewiesen ist, daß tatsächlich durch die erfinderischen Maßnahmen die gewünschte Wirkung erzielt wird.So you will be satisfied with the fulfillment of conditions z to 3 give and receive so a lower value than if you were only ohmic The resistor is connected in parallel to the reversing pole winding, which means that it is proven that actually achieved the desired effect through the inventive measures will.

Das Ergebnis kann noch für besonders schwierige Kommutierung durch Vergrößerung von ;" (Verringerung des Luftspaltes, Vergrößerung der Wendepolwindungszahl, Kondensator in Reihe mit der Wendepolwicklung u. a.) in seiner Wirkung erhöht werden.The result can still be used for particularly difficult commutation Increase of; "(reduction of the air gap, increase of the number of turns, Capacitor in series with the reversing pole winding, among other things) can be increased in its effect.

Statt die im Ankerstrom vorhandenen Oberwellen in der geschilderten Art auszunutzen, kann man die Oberwellen auch durch eine fremde Spannungsquelle in den Wendepolkreis einführen, gegebenenfalls durch einen mit Gleichstrom vorgesättigten Transformator, der mit einer Einrichtung zur Erzeugung der richtigen Phasenlage verbunden ist.Instead of the harmonics present in the armature current in the depicted Kind of exploiting the harmonics by an external voltage source Introduce into the reversing pole circuit, if necessary through a pre-saturated with direct current Transformer with a device for generating the correct phase position connected is.

Claims

PATENT CLAIMS i. Device to improve the current reversal in single-phase collector machines, in particular AC motors, with the help of resistors arranged in the shunt to the reversing pole winding to influence the size and phase position of the reversing field, characterized in that lower order harmonics, in particular the third harmonic, of such magnitude and phase position in the reversing field be generated so that the harmonics present in the armature current are compensated for in the turning field zone. Device according to Claim i, characterized in that, in order to generate the harmonics in the reversing flux, the shunt circuit to the reversing pole winding consists of a matched combination of an ohmic resistance and an unsaturated choke coil connected in series with it. 3. Device according to claim i, characterized in that in addition to the parallel circuit of resistor and choke, a capacitor is placed in series with the reversing pole winding. 4. Device according to claim i and 3, characterized in that the throttle and the resistor are matched in the parallel circuit to the helical field winding according to the following formulas: where r ″, = resistance of the reversing pole winding, LW = self-induction coefficient of the reversing pole winding, i1 and i3 the amplitudes of the fundamental and third harmonics, a1 and a3 the corresponding phase angles of the rotor current Ja = il sin (wt -f-a1) -3 sin (3 wt -1- e,), e1 and e3 the amplitudes of the fundamental and third harmonic, s1 and% the corresponding phase angles of the voltage sum commutation voltage es + transformer voltage et, es -1- et = e1 sin (wt -j- 61 ) -e3 sin (3 «) t - (- 63), n. = revolutions per minute, y = proportionality factor, the number of reversing pole windings and reversing pole air gap taken into account. 5. Device according to claims i to .1., characterized in that further commutation means in the motor, e.g. the dimensioning of the reversing pole air gap or (and the number of reversing pole turns, the commutation means in the parallel circuit to the control panel can be adapted ice to be introduced. 7. Device according to claim 6, characterized in that a transformer pre-saturated with direct current is used as an external voltage source, which transformer is connected to a device for generating the correct phase position of the harmonics.