DE853024C

DE853024C - Dynamo-electric machine

Info

Publication number: DE853024C
Application number: DEB10233A
Authority: DE
Inventors: Arthur Hemborough Maggs
Original assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Current assignee: British Thomson Houston Co Ltd
Priority date: 1942-07-09
Filing date: 1950-09-27
Publication date: 1952-10-20

Description

Dynamoelektrische Maschine Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen, insbesondere auf kombinierte Wechselstrominduktor-Gleichstrom-Maschinen. Diese Maschinen können als kombinierte Wechselstrom-Gleichstrom-Generatoren oder -Motoren oder als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer oder Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer verwandt werden. Solche Maschinen sind Wechselstrommaschinen vom Induktortyp, bei welchen die Rotornuten eine Kommutatorwicklung tragen, die dazu dient, eine Gleichstrom-EMK zu erzeugen.Dynamo-Electric Machine The invention relates to dynamo-electric machines Machines, especially combined AC-inductor-DC machines. These machines can be used as combined alternating current or direct current generators Motors or as AC-DC converters or DC-AC converters be used. Such machines are AC machines of the inductor type which the rotor slots carry a commutator winding, which is used to create a direct current EMF to create.

Die Erfindung bezweckt u. a., eine verbesserte Anordnung und Konstruktion kombinierter Wechselstrominduktor-Gleichstrom-Maschinen für verschiedene Aufgaben zu schaffen. Ein weiterer Zweck richtet sich auf die Möglichkeit, die elektromotorischen Kräfte des Wechselstroms und des Gleichstroms unabhängig voneinander innerhalb vorgeschriebener Grenzen zu regeln, da derartige Maschinen in ursprünglicher Form wechselstrom-und gleichstromelektromotorische Kräfte erzeugen, die in einem festen Verhältnis zueinander stehen.The aim of the invention is, among other things, to provide an improved arrangement and construction combined alternating current inductor-direct current machines for various tasks to accomplish. Another purpose is aimed at being able to use the electromotive Forces of alternating current and direct current independently of each other within prescribed Limits to regulate, since such machines in their original form alternating current and Generate direct current electromotive forces that are in a fixed ratio to one another stand.

Die Erfindung beruht in erster Linie darauf, daß jeder Hauptpol des magnetischen Systems, welches den :Anker umgibt, in drei Abschnitte bzw. Schenkel eingeteilt ist, von denen zwei äußere Schenkel die Wechselstromwicklungen tragen und vorzugsweise symmetrisch in bezug auf einen mittleren Schenkel angeordnet sind, der keine Wechselstromwindungen trägt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß in jedem der beiden äußeren Schenkel die Pulsation der magnetischen Kräftelinien ein Maximum wird, während die Summe der magnetischen Kraftflüsse in den beiden Schenkeln im wesentlichen nicht pulsiert und der magnetische Fluß in dem mittleren Schenkel, der keine Wechselstromwindungen trägt, ebenfalls im wesentlichen nicht pulsiert.The invention is based primarily on the fact that each main pole of the magnetic system, which surrounds the anchor, in three sections or legs is divided, of which two outer legs carry the alternating current windings and are preferably arranged symmetrically with respect to a central leg, which has no alternating current windings. The arrangement is such that in each of the two outer legs the pulsation of the magnetic lines of force a maximum becomes, while the sum of the magnetic force fluxes in the two legs in the essentially not pulsing and the magnetic flux in the middle Leg, which does not carry any alternating current windings, also essentially does not pulsates.

In praktischer Ausführung der Erfindung wird der Pol vollständig durch eine Haupterregungswicklung oder -wicklungen umgeben, deren magnetisch erregende Kraft einen magnetischen Fluß in allen drei Schenkeln -des Pols hervorruft, wobei unter dem erwähnten weiteren Gesichtspunkt der mittlere Schenkel entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung von einer Hilfserregungswicklung oder -wicklungen umfaßt wird, die derart angeordnet sein können, daß der magnetische Fluß durch den mittleren Schenkel unabhängig von den äußeren Schenkeln gedrosselt oder verstärkt wird. Bei einer gegebenen Drehzahl ist die. elektromotorische Kraft des Wechselstroms nur dem magnetischen Fluß in den äußeren Schenkeln des Pols proportional, während die elektromotorische Kraft des Gleichstroms dem magnetischen Fluß in dem ganzen Pol proportional ist. Somit kann durch Änderung des Flusses in dem mittleren Schenkel allein die Wechselstrom-EMK unabhängig von der Gleichstrom-EMK geändert werden. Um die Wechselstrom-EMK unabhängig von der Gleichstrom-EMK zu ändern, müssen die magnetomotorischen Kräfte sowohl der Hauptfeldwicklungen wie der Hilfswicklungen so bemessen sein, daß der Gesamtfluß konstant bleibt und -daß das Verhältnis in den äußeren Schenkeln des Pols geändert wird.In a practical embodiment of the invention, the pole is completely through surround a main excitation winding or windings, their magnetically exciting Force causes a magnetic flux in all three legs -of the pole, whereby from the further point of view mentioned, the middle leg corresponds to one Another feature of the invention is an auxiliary excitation winding or windings is included, which can be arranged so that the magnetic flux through the middle thigh throttled or reinforced independently of the outer thighs will. At a given speed, that is. electromotive force of alternating current only proportional to the magnetic flux in the outer legs of the pole, while the electromotive force of the direct current to the magnetic flux in the whole Pole is proportional. Thus, by changing the flow in the middle leg only the AC EMF can be changed independently of the DC EMF. To change the AC EMF independently of the DC EMF, the magnetomotive forces of both the main field windings and the auxiliary windings be dimensioned so that the total flow remains constant and that the ratio in the outer legs of the pole is changed.

In den Zeichnungen sind drei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht.In the drawings, three embodiments of the invention are for example and illustrated schematically.

Gemäß Fig. i bezeichnet das Bezugszeichen i den lamellierten Stator einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Maschine. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet die entsprechenden Lamellen des Rotors. In Fig. i besitzt der Stator .4 magnetische Pole, deren jeder aus einem mittleren Schenkel 3 und zwei äußeren Schenkeln 4 und 5 besteht. Jeder ganze Pol ist von einer Hauptfeld- oder Erregerwicklung 6 umfaßt und jeder mittlere Schenkel von einer Hilfswicklung oder -wicklungen 7.According to FIG. I, the reference symbol i denotes the laminated stator a machine designed according to the invention. The reference number 2 denotes the corresponding blades of the rotor. In Fig. I, the stator has .4 magnetic Poles, each of which consists of a central leg 3 and two outer legs 4 and 5 consists. Each entire pole is surrounded by a main field or excitation winding 6 and each middle leg of an auxiliary winding or windings 7.

,Die Größe des magnetischen Flusses in irgendeinem Augenblick hängt in jedem Schenkel eines magnetischen Pols von der magnetischen Durchlässigkeit des Luftweges zwischen dem Schenkel und der Rotorverzahnung ab. Es sei bemerkt, daß der Bogen des mittleren Schenkels des Pols sich im wesentlichen über eine Zahnteilung des Rotors erstreckt. Infolgedessen ist die Durchgängigkeit des Luftweges vom mittleren Schenkel aus im wesentlichen konstant, unabhängig von der Stellung des Rotors, und demzufolge bleibt der Kraftlinienfluß in diesem Schenkel im wesentlichen bei der Umdrehung des Rotors konstant. Andererseits erstreckt sich der Bogen jedes der äußeren Polschenkel wesentlich über eine Hälfte einer Rotorzahnteilun.g. Infolgedessen ändert sich die Durchlässigkeit jedes Weges von den äußeren Schenkeln sehr wesentlich mit der Stellung des Rotors. So ist, wenn der äußere Schenkel 5 sich eineinhalb Rotorzahnteilungen entfernt von dem äußeren Schenkel .4 befindet, die Durchlässigkeit des Weges vom Schenkel s aus ein Minimum (in der gezeigten Stellung des Rotors), wenn die Durchlässigkeit des Weges von Schenkel 4 aus ein Maximum ist. Demzufolge pulsieren die magnetischen Kraftlinien-@flüsse in den Abschnitten 4. und 5 mit derselben Frequenz, mit der die Rotorzähne an irgendeinem gegebenen Punkt der Polfläche vorübergehen. Da nun der Fluß in Schenkel 4 anwächst, wenn der Fluß in Schenkel 5 abnimmt, so bleibt der gesamte Kraftlinienfluß einschließlich desjenigen im mittleren Schenkel im wesentlichen konstant.The magnitude of the magnetic flux at any moment depends in each leg of a magnetic pole depends on the magnetic permeability of the Airway between the leg and the rotor teeth. It should be noted that the arc of the middle leg of the pole extends essentially over a tooth pitch of the rotor extends. As a result, the patency of the airway is of the middle Legs from essentially constant, regardless of the position of the rotor, and consequently the flux of lines of force in this leg remains essentially at the Rotation of the rotor constant. On the other hand, the arch of each of the outer ones extends Pole leg substantially over half of a rotor tooth pitch. As a result, changes the permeability of each path from the outer legs is very important the position of the rotor. So is when the outer leg 5 has one and a half rotor tooth pitches located away from the outer leg .4, the permeability of the path from Legs from a minimum (in the shown position of the rotor) when the permeability of the way from leg 4 is a maximum. As a result, the magnetic ones pulsate Lines of force @ flows in sections 4. and 5 with the same frequency as the rotor teeth pass at any given point on the pole face. Because now the flow in leg 4 increases, if the flow in leg 5 decreases, it remains the entire flux of lines of force, including that in the middle leg, essentially constant.

Die äußeren Schenkel 4 und 5 des Pols sind mit Wechselstromwicklungen 8 und 9 umgeben, wobei die Wicklung 9 im entgegengesetzten Sinn wie Wicklung 8 aufgewunden ist. Die anderen drei Pole besitzen jeder Wicklungen, die den Wicklungen 6, 7, 8 und 9 entsprechen, die zweckmäßig mit denselben und untereinander verbunden sind.The outer legs 4 and 5 of the pole have alternating current windings 8 and 9, the winding 9 being wound in the opposite sense as winding 8 is. The other three poles each have windings corresponding to windings 6, 7, 8 and 9 correspond, which are expediently connected to the same and to one another.

Damit die Verteilung des magnetischen Flusses über die Polfläche nicht durch die Rückwirkung des Ankers verzerrt wird, ist es notwendig, eine Ausgleichswicklung io vorzusehen, welche den äußeren Schenkel 4 und den äußeren Schenkel i i des benachbarten Pols umgibt. Eine weitere Ausgleichsspule 12 umfaßt den äußeren Schenkel 5 und den äußeren Schenkel 13 des anderen Nachbarpols. Zwei weitere Spulen, deren jede die äußeren Schenkel benachbarter Pole umschließt, vervollständigen die Ausgleichswicklung.So that the distribution of the magnetic flux over the pole face is not distorted by the reaction of the armature, it is necessary to provide a compensation winding io which surrounds the outer leg 4 and the outer leg ii of the adjacent pole. Another compensating coil 12 comprises the outer leg 5 and the outer leg 13 of the other neighboring pole. Two further coils, each of which surrounds the outer legs of adjacent poles, complete the compensation winding.

In Fällen, in denen die in Fig. i dargestellte Lamellenanordnung eine zu hohe Rotationsgeschwindigkeit für die Frequenz des benannten Wechselstroms erfordern würde, können die äußeren Polschenkel in zwei oder mehr Kerne unterteilt und die Zahl -der Rotorzähne entsprechend erhöht werden.In cases where the lamella arrangement shown in FIG require too high a rotation speed for the frequency of the named alternating current would, the outer pole legs can be divided into two or more cores and the Number of rotor teeth can be increased accordingly.

Fig.2 veranschaulicht eine Ausbildungsform, bei welcher jeder der äußeren Polschenkel 4 und 5 in zwei Kerne unterteilt ist, die voneinander um eine Rotorzahnteilung entfernt sind.Figure 2 illustrates one embodiment in which each of the outer pole legs 4 and 5 is divided into two cores, one from the other Rotor tooth pitch are removed.

Gemäß Fig.2 überspannte der mittlere Polschenkel zwei Rotorzahnteilungen, indes kann er auch ein anderes Vielfaches einer Rotorzahnteilung gemäß der Relativänderung der elektromtorischen Kräfte von Wechselstrom und Gleichstrom überspannen. Die Wicklungen sind im allgemeinen wie in Fig. i angeordnet und numeriert, ausgenommen daß die Ausgleichsspulen io und 12 derart geteilt sind, daß ein Teil jeder derselben in dem Schlitz zwischen den beiden Teilkernen des entsprechenden äußeren Polschenkels untergebracht werden kann.According to Figure 2, the middle pole leg spanned two rotor tooth pitches, however, it can also be another multiple of a rotor tooth pitch according to the relative change the electromotive forces of alternating current and direct current. The windings are arranged and numbered generally as in Fig. i, except that the Compensation coils io and 12 are divided such that a part of each of them is divided into the slot between the two partial cores of the corresponding outer pole leg can be accommodated.

Eine weitere Anordnung, um höhere Wechselstromfrequenzen zu erhalten, empfiehlt sich, wenn die Anordnung gemäß Fig. 2 unerwünscht schmale Nuten ergeben würde. Diese Anordnung besteht darin, daß man den Kopf jedes Hauptzahns in zwei oder mehr Abschnitte in Abhängigkeit von der gewünschten Frequenz teilt.Another arrangement to get higher AC frequencies, is recommended when the arrangement according to FIG. 2 results in undesirably narrow grooves would. This arrangement consists in dividing the head of each main tooth in two or divides more sections depending on the desired frequency.

Fig.3 veranschaulicht diese Anordnung. Es ist hier ersichtlich, daß der Kopf jedes äußeren Polschenkels in zwei Abschnitte geteilt ist und daß der Kopf jedes Motorzahns in ähnlicher Weise unterteilt -wurde. Es ist klar, daß die Anordnung von Erregungswicklungen, ob dieselben nun im Nebenschluß oder in Reihenschaltung liegen, und die benutzten Verbindungen von den besonderen Bedingungen und der der Maschine gestellten Aufgabe abhängen. Diese Bedingungen bestimmen auch die relativen Verhältnisse, nach welchen die Pole bei einer gegebenen Maschine unterteilt werden sollten. Im allgemeinen nimmt der mittlere Schenkel des Pols einen größeren Teil des ganzen Polbogens ein, wenn die relative Änderung der elektromotorischen Kräfte des Wechselstroms und des Gleichstroms groß ist, als wenn dieselbe klein ist.3 illustrates this arrangement. It can be seen here that the head of each outer pole leg divided into two sections and that the head of each motor tooth has been divided in a similar manner. It is it is clear that the arrangement of excitation windings, whether these are shunted or in series connection, and the connections used by the particular ones Conditions and the task at hand. These conditions also determine the relative proportions according to which the poles in a given one Machine should be divided. In general, the middle limb of the Pols a larger part of the whole pole arc, if the relative change of the electromotive forces of alternating current and direct current is large than when the same is small.

Claims

PATGENT CLAIM: i. AC inductor DC type dynamoelectric machine, characterized in that each main pole of the magnetic system that comprises the armature surrounds, is divided into three legs, the two outer legs' exclusively are provided with the alternating current windings in such a way that in each of them the Pulsation of the magnetic flux of the lines of force reaches a maximum while the Sum of the lines of force flows in both legs, essentially without pulsation runs and the magnetic flux in the middle leg, which has no alternating current windings is essentially without pulsation. a. Dynamo-electric machine according to claim i, characterized in that the two outer legs are symmetrical with respect to are arranged on the middle leg. 3. Dynamoelectric machine according to claim i, characterized in that each main pole of a main excitation winding or -windings is surrounded, the magnetically exciting force of a magnetic flux in all three legs of the pole, while the middle leg of one Auxiliary excitation winding or windings is surrounded, which are arranged so that the magnetic flux through the middle limb, independent of the outer limb, is throttled or amplified. 4. Dynamoelectric machine according to claim i, characterized characterized in that the arch of the middle leg substantially over a integer number of rotor tooth pitches extends so that the magnetic flux of lines of force in this leg essentially constant regardless of the position of the rotor remain. 5. Dynamoelectric machine according to claim i, characterized in that the arc of each outer leg of the pole extends essentially over half a length Rotor tooth pitch extends so that the magnetic permeability of each of the Paths from the outer legs changes with the position of the rotor. 6. Dynamoelectric Machine according to claim i, characterized in that each of the outer legs is divided into cores, with each partial core half of a rotor tooth pitch is overstretched and removed from the other partial core by one rotor tooth pitch. 7th Dynamo-electric machine according to Claim i, characterized in that the heads the outer legs are divided into two sections. B. Dynamo-electric machine according to claim 7, characterized in that the heads of the rotor teeth also are divided into two sections.