DE73050C

DE73050C - Method of reducing the number of revolutions of alternating current driving machines with a rotating magnetic field

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Publication number: DE73050C
Application number: DENDAT73050D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG
Current assignee: Siemens and Halske AG
Anticipated expiration: 1913-03-16

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

K PATENTAMT.K PATENT OFFICE.

zu verringern.to reduce.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, die Umdrehungszahl von Wechselstrom-Treibmaschinen mit magnetischem Drehfelde zu verringern. Als solche Treibmaschinen sind hier Elektromotoren zu verstehen, die aus zwei mit Drahtwickelungen versehenen, um dieselbe Achse angeordneten Eisenkörpern bestehen, von denen nur einer zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes Wechselstrom beliebiger Form, z. B. Drehstrom zugeführt erhält, während die Wickelung des anderen nur von Strömen durchflossen wird, die durch das Zusammenwirken des Drehfeldes und der Drehung des einen Eisenkörpers inducirt werden. Wir nennen die erste Wickelung im Folgenden kurz die primäre und die zweite Wickelung die inducirte.The object of the present invention is a method, the number of revolutions of AC driving machines with rotating magnetic fields to reduce. As such driving machines are to be understood here as electric motors that consist of two wire windings, There are iron bodies arranged around the same axis, of which only one is used to generate a rotating magnetic field alternating current of any shape, e.g. B. three-phase current supplied receives, while the winding of the other is only traversed by currents that result from the interaction of the rotating field and the rotation of one iron body can be induced. We call the first winding in the following briefly the primary and the second winding the induced.

Das einzige bisher bekannte Verfahren, im Bedarfsfalle die Umdrehungszahl solcher Treibmaschinen zu verringern, besteht darin, dafs man in den Stromkreis ihrer inducirten Wickelung einen veränderlichen Widerstand einschaltet. Zur Erzeugung einer bestimmten Zugkraft der Treibmaschine ist nämlich bei gegebener Klemmenspannung eine ganz bestimmte Stromstärke in der inducirten Wickelung erforderlich. Diese Stromstärke kann dargestellt werden als elektromotorische Kraft in der inducirten Wickelung dividirt durch wahren Widerstand des gesammten Stromkreises derselben. Je gröfser daher der Widerstand des Stromkreises ist, um so gröfser mufs auch die elektromotorische Kraft sein, wenn die Stromstärke im inducirten Theil und damit die Zugkraft unverändert bleiben soll.The only previously known method, if necessary the number of revolutions of such driving machines to reduce it consists in that one goes into the circuit of its induced winding switches on a variable resistor. To generate a specific The tractive force of the driving machine is a very specific one for a given terminal tension Amperage required in the induced winding. This current strength can be represented are divided by true as the electromotive force in the induced winding Resistance of the entire circuit of the same. The greater the resistance of the Circuit is, the greater must the electromotive force be, if the current strength in the induced part and thus the tensile force should remain unchanged.

Nun ist weiter die elektromotorische Kraft proportional der Differenz der wirklich vorhandenen und der dem Synchronismus entsprechenden Umdrehungszahl. Hieraus folgt, dafs die Einschaltung von Widerstand im ersten Augenblick die Stromstärke und damit sofort die Zugkraft abschwächt. Die Treibmaschine mufs infolge dessen langsamerlaufen; dadurch nimmt aber ihr Tourenabfall und proportional damit die elektromotorische Kraft des inducirten Theiles soweit zu, dafs die Stromstärke ihren alten Werth wieder erreicht.Now the electromotive force is also proportional to the difference between what is actually present and the number of revolutions corresponding to the synchronism. From this it follows that the inclusion of resistance in the the first moment the current strength and thus immediately weakens the tensile force. The driving machine must run slower as a result; but this increases your tour waste and proportional to this the electromotive force of the induced part increases so far that the Current strength reaches its old value again.

Auf diese Weise kann man durch Einschalten von Widerstand bei einer gegebenen Zugkraft die Geschwindigkeit der Treibmaschine auf jede gewünschte Gröfse bis Null einstellen. Dagegen ist es nicht zulässig, Widerstand in den vom primären Strom durchflossenen Theil der Treibmaschine einzuschalten; denn durch dieses Mittel wird zunächst bei gleichbleibender Stromstärke in der Treibmaschine durch den im Widerstand auftretenden Spannungsverlust die Klemmenspannung verringert, die Zugkraft kann aber im Grofsen und Ganzen als proportional dem Quadrat der Klemmenspannung angesehen werden. Es würde also auf diese Weise nur eine bedeutende Abschwächung der Zugkraft eintreten, und die Treibmaschine würde in Gefahr kommen, stehen zu bleiben.That way one can turn on resistance at a given Pulling force adjust the speed of the driving machine to any desired size down to zero. On the other hand, it is not permissible to put resistance in the part through which the primary current flows turn on the driving machine; because by this means is initially at constant Amperage in the driving machine due to the voltage loss occurring in the resistor the terminal tension is reduced, but the tensile force can, by and large, be considered proportional can be viewed as the square of the terminal voltage. So it would only be a significant weakening this way the pulling force would occur and the driving machine would be in danger of stopping.

Das zuerst beschriebene Verfahren leidet jedoch an einem Grundfehler: Wie schon Professor Ferraris in seinem Vortrage vom 18. März 1888 Rotazione Elettrodinamiche (Atti di Torino) ausgeführt hat, stellt der procentuale Umdrehungszahl-Verlust, d. h. die pro-The procedure described first, however, suffers from a fundamental flaw: like a professor Ferraris in his lecture of March 18, 1888 Rotazione Elettrodinamiche (Atti di Torino), the procentuale loss of revolutions, i. H. the pro-

centuale Differenz zwischen der Umdrehungszahl, die dem Synchronismus entspricht und der wirklich vorhandenen Umdrehungszahl, auch den procentualen Energieverlust dar, der durch die inducirten Ströme verursacht wird. Hat beispielsweise eine solche Treibmaschine mit geschlossener Ankerwickelung bei Vollbelastung 3pCt. Tourenabfall, so beträgt die Gesammtheit der in den inducirten Windungen und von ihnen eingeschlossenen Eisenkernen verzehrten Energie genau 3 pCt. der zugeführten Energie.centual difference between the number of revolutions corresponding to the synchronism and of the actual number of revolutions, also the procentual energy loss that caused by the induced currents. For example, has such a driving machine with closed armature winding at full load 3pCt. Tour waste, this amounts to Totality of the iron cores enclosed in the induced coils and by them consumed energy exactly 3 pCt. the supplied energy.

Wenn daher nach dem oben angegebenen Verfahren die Umdrehungszahl eine Treibmaschine bedeutend herabgesetzt werden soll, so hat man auch durch die inducirten Ströme einen sehr bedeutenden Energieverlust. Die verlorene Energie wird hauptsächlich in dem in die inducirte Wickelung eingeschalteten Widerstand verzehrt. Der Energieverlust entspricht demjenigen, den man bei Gleichstrom-Treibmaschinen erhält, wenn man zur Herabsetzung ihrer Umdrehungszahl einen Widerstand vor dem Anker einschaltet.Therefore, if the number of revolutions is a driving machine according to the method given above is to be significantly reduced, one also has one through the induced currents very significant loss of energy. The energy lost is mainly induced in that in the Winding switched on resistance consumed. The energy loss corresponds to that which you get with direct current driving machines, if you reduce their number of revolutions switches on a resistance in front of the anchor.

Diese unnützen Energieverluste machen in solchen Fällen, wo die Treibmaschine zeitweilig dauernd mit geringerer Geschwindigkeit laufen soll, ein anderes Verfahren wünschenswerth. Bei Strafsenbahnen wird z. B. häufig verlangt, dafs die Wagen, denen aufserhalb der Stadt die volle Fahrgeschwindigkeit gestattet ist, innerhalb der Strafsen nur mit verminderter Geschwindigkeit fahren. Bei Gleichstrombetrieb hat man in solchem Falle das Mittel angewendet, zwei auf einem Wagen angeordnete Treibmaschinen je nach Bedarf parallel oder hinter einander zu schalten. Schaltet man sie parallel, so laufen sie mit voller Geschwindigkeit, schaltet man sie hinter einander, so laufen sie, da jeder Motor nur die halbe Spannung erhält, annähernd mit halber Geschwindigkeit.These useless energy losses make in cases where the driving machine is temporary should run continuously at a slower speed, another method is desirable. In the case of tramlines z. B. is often required that the car, which outside of the city allows the full speed is to only drive at reduced speed within the streets. With direct current operation in such a case one has used the means of having two driving machines arranged on a carriage as required to be connected in parallel or one behind the other. If you switch them in parallel, they run with you at full speed, if you switch them one after the other, they run, as each motor only gets half the tension, approximately at half the speed.

Bei Drehstrombetrieb ist dieses Verfahren nicht zulässig, denn die Geschwindigkeit der Treibmaschinen sucht sich, obwohl sie asynchron laufen, doch immer wieder nahezu auf Synchronismus einzustellen. Es würde allerdings durch die Hintereinanderschaltung die Spannung jedes Motors auf die Hälfte vermindert werden; aber proportional der Spannung würde auch der Magnetismus, den jede Maschine annimmt, abnehmen, ebenso etwa proportional dem Quadrat der Spannung und des Magnetismus, wie schon bemerkt, die Zugkraft. Bei einer Herabsetzung der Spannung bei der Hintereinanderschaltung zweier gleich belasteter Treibmaschinen würde also die Zugkraft jeder einzelnen auf den vierten Theil des normalen Werthes herabgesetzt werden. Diese Zugkraft würde aber nicht mehr für einen vorschriftsmäfsigen Betrieb genügen, die Maschinen würden einfach stehen bleiben.This procedure is not permitted in three-phase operation because the speed of the Even though they run asynchronously, driving machines almost always look for each other To adjust synchronism. It would, however, by connecting the Voltage of each motor can be reduced by half; but proportional to the voltage the magnetism that every machine assumes would also decrease, also roughly proportionally the square of tension and magnetism, as already noted, is the tensile force. When the voltage is reduced when two equally loaded ones are connected in series Driving machines would therefore reduce the pulling force of each individual to a fourth of the normal Werthes are reduced. But this pulling force would no longer be necessary for a regulation-compliant Operation is enough, the machines would simply stop.

Dagegen erhält man ein vollkommen befriedigendes Resultat, wenn man die Drehstrom-Treibmaschinen in folgender, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Schaltung mit einander verbindet.On the other hand, you get a completely satisfactory result if you use the three-phase drive machines in the following circuit forming the subject of the present invention.

Die Schaltung der primären Wickelung der einen Maschine mit den Klemmen P¹ P² P³ bleibt unverändert. Durch die Klemmen pi ρ 2 p3 _wj_rcj dieser Wickelung von aufsen Drehstrom zugeführt. Die inducirte Wickelung dieser Maschine mit den Klemmen A¹ A? A³ wird durch die primäre Wickelung der zweiten Maschine mit den Klemmen B¹B^B³ geschlossen. Die inducirte Wickelung der zweiten Treibmaschine mit den Klemmen Q¹ Q² Q^s wird durch einen Anlafswiderstand AW geschlossen, der nach dem Anlaufen ausgeschaltet werden kann. Ob die primären Wickelungen oder die inducirten Wickelungen der Treibmaschinen umlaufen, ist dabei ganz gleichgültig.The circuit of the primary winding of one machine with terminals P ¹ P ² P ³ remains unchanged. Three-phase current is supplied to this winding from the outside through the terminals pi ρ 2 p3 _w j _{rc j.} The induced winding of this machine with the terminals A ¹ A? A ³ is closed by the primary winding of the second machine with terminals B ¹ B ^ B ³ . The induced winding of the second driving machine with the terminals Q ¹ Q ² Q ^s is closed by a starting resistor AW , which can be switched off after starting. It makes no difference whether the primary windings or the induced windings of the driving machines rotate.

Denkt man sich zunächst beide Treibmaschinen ruhend, so wird, sobald, in die primäre Wickelung der ersten Drehstrom eingeführt wird, in ihrer geschlossenen Wickelung Drehstrom von derselben Periodenzahl, wie sie der primäre Drehstrom besitzt, erzeugt. Dieser Drehstrom speist die zweite Treibmaschine und erzeugt in derselben ein Drehfeld, dessen Geschwindigkeit im Anfang die des Synchronismus ist. Beide Maschinen setzen sich dann in Bewegung. Dadurch nimmt die Periodenzahl des in der ersten Maschine erzeugten Drehstroms ab. Infolge dessen sucht sich die zweite Maschine auf eine geringere Umdrehungszahl einzustellen, als dem Synchronismus entspricht. Die Summe der Umdrehungszahlen beider Maschinen ist dann, abgesehen von den geringen Verlusten, die durch die Belastung bewirkt werden, gleich der dem Synchronismus entsprechenden Umdrehungszahl. Die Geschwindigkeiten der beiden Treibmaschinen verhalten sich zu einander umgekehrt wie ihre Belastungen. Wenn also z. B. beide gleich belastet sind, stellen sie sich auf ungefähr gleiche Umdrehungszahlen ein; oder umgekehrt, wenn beide mechanisch so mit einander verbunden sind, dafs sie gleiche Umdrehungszahlen einhalten müssen, so leisten sie, indem sie sich beide auf die halbe Umdrehungszahl des Synchronismus einstellen, beide gleich viel Arbeit. Thatsächlich werden die beiden Maschinen aber nicht völlig die halbe Geschwindigkeit des Synchronismus erreichen, sondern, wie alle belasteten Drehstrommotoren, um einige Procente hinter der theoretischen Geschwindigkeit zurückbleiben.If you first think of both engines as resting, then as soon as the primary winding of the first three-phase current is introduced in its closed winding Three-phase current of the same number of periods as the primary three-phase current is generated. This Three-phase current feeds the second driving machine and generates a rotating field in it, its speed in the beginning is that of synchronism. Both machines then start moving. This increases the number of periods of the three-phase current generated in the first machine. As a result, the set the second machine to a lower speed than corresponds to the synchronism. The sum of the number of revolutions of both machines is then, apart from the small losses caused by the load be effected, equal to the number of revolutions corresponding to the synchronism. the The speeds of the two driving machines are inversely related to one another as theirs Charges. So if z. B. Both are equally burdened, they put on approximately the same number of revolutions; or vice versa, if both are mechanically so with each other are connected, that they must keep the same number of revolutions, they accomplish by they both adjust to half the speed of synchronism, both are the same Job. In fact, the two machines are not completely half the speed of synchronism, but, like all loaded three-phase motors, a few percent behind the theoretical speed lag behind.

Die erste Maschine arbeitet mit normaler Spannung und normaler Magnetisirung. Die Windungszahl ihres inducirten Theiles ist so zu wählen, dafs auch die primäre WickelungThe first machine works with normal voltage and normal magnetization. the The number of turns of its induced part is to be chosen so that the primary turn is also

der zweiten Maschine die für die normale Magnetisirung erforderliche Spannung zugeführt erhält. Die beschriebene Schaltung möge nach ähnlichen Schaltungen bei Leydener Flaschen mit dem Namen Cascadenschaltung bezeichnet werden. Die Zugkraft und der Wirkungsgrad der Treibmaschinen sind annähernd dieselben, gleichgültig, ob sie in Cascadenschaltung für die halbe oder in Parallelschaltung für die volle Umdrehungszahl mit einander verbunden sind. Die Cascadenschaltung kann auch dazu benutzt werden, Treibmaschinen herzustellen, die mit veränderlicher Geschwindigkeit und doch stets gutem Nutzeffect arbeiten, indem man die umlaufenden Theile beider Maschinen auf dieselbe Welle setzt. Sie werden dann, wenn sie mit halber Geschwindigkeit kufen sollen, in der beschriebenen Weise zusammengeschaltet. Vortheilhaft ist es, den inducirten Theil der ersten und den inducirenden der zweiten Maschine auf die Achse zu setzen, weil man dann gar keine Schleifringe gebraucht. Die Wickelung kann dann eine völlige Kurzschlufswickelung sein, d. h. eine Wickelung, bei der immer diejenigen Drähte oder Stäbe der Wickelung, die in jedem Augenblick gleichen Inductionswirkungen ausgesetzt sind, in beiden Ankern zu einem in sich geschlossenen Stromkreis hinter einander geschaltet sind. Die Anordnung wird allerdings dadurch etwas verwickelt, dafs sich die Leitungen von dem einen umlaufenden Theile zu dem anderen kreuzen müssen, da sonst die Drehungsmomente beider Maschinen einander entgegengesetzt gerichtet sein würden.the voltage required for normal magnetization is supplied to the second machine receives. The circuit described may be based on similar circuits at Leydener Bottles with the name cascade circuit. The pulling force and the efficiency of the driving machines are approximately the same, regardless of whether they are cascaded for half or in parallel for the full number of revolutions connected to each other are. The cascade circuit can also be used to make driving machines, which work with variable speed and yet always good efficiency by using the rotating parts of both machines on the same shaft. You will then, if they should skate at half speed, interconnected in the manner described. It is advantageous to place the induced part in the first machine and the induced part in the second machine to put on the axle, because then you don't need any slip rings. The winding can then be a complete short-circuit winding, d. H. a winding in which always those wires or rods of the winding which are the same in every moment Induction effects are exposed to a closed circuit in both armatures are connected one behind the other. The arrangement becomes a bit complicated, however, that the lines from the one revolving part to the other must cross, otherwise the moments of rotation both machines would be directed opposite to each other.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird keine Energie vergeudet, da die bei dem Zurückbleiben des umlaufenden Theiles der ersten Maschine durch Induction auf diesen übertragene Energie zum Betrieb der zweiten verwendet wird. Der in die Kurzschlufswickelung der zweiten eingeschaltete Widerstand ist selbstverständlich bei vollem Betriebe ausgeschaltet, so dafs auch hier keine Energie verloren geht. Das ganze System arbeitet also mit sehr hohem Wirkungsgrad, und da in den primären Wickelungen beider Maschinen normale Spannung, und in den in sich geschlossenen Wickelungen normale Stromstärke vorhanden ist, ist auch die Zugkraft der Treibmaschinen, die ja nur von dieser Spannung und dieser Stromstärke, nicht aber von der Geschwindigkeit abhängig ist, vollständig normal.In the process described, no energy is wasted because it is left behind of the rotating part of the first machine transferred to it by induction Energy is used to power the second. It goes without saying that the second resistor switched on in the short-circuit winding switched off at full operation, so that no energy is lost here either. The whole system works with a very high degree of efficiency, and there in the primary windings Both machines have normal voltage, and normal amperage is present in the self-contained windings the pulling force of the driving machines, which is only dependent on this voltage and this current, but not dependent on the speed, completely normal.

Wenn man nach der beschriebenen Cascadenschaltung drei mit einander mechanisch gekuppelte Treibmaschinen mit einander verbindet, so kann man dadurch ohne Herabsetzung des Wirkungsgrades die Umdrehungszahl auf ein Drittel der normalen herabsetzen. Wenn die zweite Treibmaschine mit der ersten nicht mechanisch gekuppelt ist, so kann man durch ihre Belastung allein die Umlaufszahl der ersten verringern. Beide kann man entfernt von einander aufstellen; wenn man also die zweite Maschine in dem System bremst, und einen veränderlichen Widerstand in ihren Anker einschaltet, kann man aus beliebiger Entfernung die Umlaufsgeschwindigkeit der ersten Treibmaschine regeln.If, after the cascade circuit described, you have three mechanically coupled Connects driving machines with each other, so one can thereby without diminishing the Efficiency reduce the number of revolutions to a third of the normal. If the The second driving machine is not mechanically coupled to the first, so you can get through their load alone reduce the number of copies of the first. Both can be distant from each other put up; so if you brake the second machine in the system, and a variable resistance in its armature switches on, you can monitor the speed of rotation of the first driving machine from any distance rules.

Claims

Patent claim:

The process of operating three-phase driving machines with a lower number of revolutions, than corresponds to the synchronism with the number of periods, characterized by such Interconnection of two or more driving machines, so that the ones supplied by the " Current in the first driving machine induces currents to feed the primary winding of a second driving machine and so on, while the induced winding of the last driving machine is effected by a regulating resistor or is short-circuited.

For this purpose ι sheet of drawings.