DE906127C

DE906127C - Metadyn type direct current motor

Info

Publication number: DE906127C
Application number: DEP4669D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-09-19
Filing date: 1934-09-19
Publication date: 1954-03-11

Description

Gleichstrommotor der Metadyn-Bauart Betreibt man einen Gleichstrommotor in einem Konstantstromsystem, so bereitet es ebenso wie bei Gleichstrommotoren, die in Parallelschaltung an ein Netz mit mehr oder weniger stark schwankender Spannung angeschlossen sind, große Schwierigkeiten, die Umdrehungszahl der Maschine auf einen willkürlichen Wert eingestellt, unabhängig von der Belastung, konstant zu halten, da die Spannung an den Klemmen des in das Konstantstromnetz eingeschalteten Motors mehr oder weniger stark veränderlich ist. Bei derartigen Anlagen hat man daher zum Zwecke der Drehzahlregelung bei normalen Gleichstrommotoren z. B. die Erregerspannung einer Hilfsstromquelle abgeglichen. Die Erfindung bedient sich im Prinzip ebenfalls solcher Mittel und betrifft Gleichstromkonstantstrommotoren, deren einstellbare Drehzahl unabhängig von Schwankungen der Belastung und der an ihren Klemmen auftretenden Spannung über einen bestimmten Bereich annähernd konstant ist. Die Motoren können hierbei sowohl in einer Reihenschluß- als auch in einer Nebenschlußanlage, deren Leitungsspannung sich sehr unregelmäßig und stark ändert, angeordnet sein. Als Gleichstromkonstantstrommaschine, die der Erfindung zugrunde liegt, ist eine Metadyne vorgesehen, die wie eine Gleichstromkollektormaschine im wesentlichen aus einem bewickelten Läufer mit Kommutator besteht, während der unbewickelte Ständer nur als Rückschluß für den von den Ankeramperewindungen erzeugten Fluß dient. Auf dem Kommutator schleifen zwei oder mehr Bürstenpaare. Ein wesentliches Merkmal der Metadyne besteht darin, daß der das eine Bürstenpaar durchfließende Strom an dem anderen z. B. um 9o° elektrisch gegen das erste versetzte Bürstenpaar eine elektromotorische Kraft induziert. Zwei Bürsten der Maschine sind unmittelbar mit der Speiseleitung verbunden, d. h. in das Reihenschlußsystem eingeschaltet oder an die Nebensehlußanlage angeschlossen. Diese Bürsten bilden den primären Bürstensatz mit den Arbeitsbürsten, die anderen den sekundären Bürstensatz mit den Erregerbürsten. Zur Erzielung bestimmter Betriebsbedingungen kann der Ständer auch mit Polen und mit Erregerwicklungen versehen sein.Metadyn design direct current motor A direct current motor is operated in a constant current system, just like with direct current motors, those connected in parallel to a network with a more or less strongly fluctuating voltage are connected, great difficulty, the number of revolutions of the machine on one set arbitrary value, regardless of the load, to keep constant, because the voltage at the terminals of the motor connected to the constant current network is more or less variable. With such systems you have to Purpose of speed control in normal DC motors z. B. the excitation voltage adjusted to an auxiliary power source. The invention also makes use in principle such means and relates to direct current constant current motors, their adjustable Speed independent of fluctuations in the load and that occurring at their terminals Voltage is approximately constant over a certain range. The engines can here both in a series circuit as well as in a shunt system, their Line voltage changes very irregularly and strongly. As a direct current constant current machine, On which the invention is based, a Metadyne is provided which, like a DC collector machine consists essentially of a wound rotor with a commutator, while the unwound stator only as a conclusion for the generated by the anchor amp windings River serves. Two or more pairs of brushes slide on the commutator. An essential one The characteristic of Metadyne is that the that a pair of brushes flowing current at the other z. B. electrically offset by 90 ° from the first Brush pair induced an electromotive force. Two of the machine's brushes are directly connected to the feed line, d. H. switched into the series connection system or connected to the bypass system. These brushes make up the primary set of brushes with the working brushes, the others the secondary brush set with the exciter brushes. To achieve certain operating conditions, the stand can also be equipped with poles and be provided with excitation windings.

Gemäß der Erfindung wird als Motor eine Metadyne verwendet, bei der in Richtung der Erreger- und Arbeitsbürstenachse Felder von Ständerwicklungen auf den Anker einwirken, deren Erregung sich bei geringer Abweichung von der konstant zu haltenden Drehzahl dadurch stark ändert, daß das in der Arbeitsbürstenachse wirkende Feld sich bei der gewünschten Drehzahl selbst erregt oder bzw. und daß eine annähernd konstante Hilfs-EMK der an den Erregerbürsten auftretenden EMK entgegengeschaltet ist. Die Stromänderung in diesen Ständerwicklungen erfolgt jeweils derart, daß das hierdurch erzeugte Drehmoment die Drehzahl stets auf den eingestellten Wert zurückzuführen sucht, indem man gerade bei der eingestellten Drehzahl eine Erregung an den sekundären Bürsten auftreten läßt und bzw. oder der zwischen den sekundären Bürsten induzierten EMK eine Hilfs-EMK so entgegenwirken läßt, daß der die Ständerwicklungen durchfließende Strom von der Differenz dieser beiden elektromotorischen Kräfte abhängig ist. Dieser Strom wird sich dann bereits bei geringen Unterschieden der beiden elektromotorischen Kräfte sehr stark ändern.According to the invention, a Metadyne is used as a motor in which in the direction of the exciter and working brush axis fields from stator windings the armature act, the excitation of which is constant with a slight deviation from the The speed to be kept changes greatly because the one acting in the working brush axis Field energizes itself at the desired speed or or and that an approximate constant auxiliary EMF switched against the EMF occurring on the exciter brushes is. The current change in these stator windings takes place in such a way that the the torque generated by this always returns the speed to the set value looks for by stimulating the secondary at the set speed Can brushing occur and / or the induced between the secondary brushes EMF can counteract an auxiliary EMF in such a way that the one flowing through the stator windings Current depends on the difference between these two electromotive forces. This Electricity is then already at slight differences between the two electromotive Forces change very much.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.The invention is shown in the drawing in some exemplary embodiments illustrated.

Die Abb. I, 2 und 3 beziehen sich auf Motor-Metadynen, bei denen bei der eingestellten Drehzahl No an den sekundären Bürsten eine Erregerspannung auftritt und diese Drehzahl ohne Verwendung irgendeiner besonderen Hilfsstromquelle konstant gehalten wird. Die Abb. 4, 5, 6, 7 und 8 beziehen sich im Gegensatz hierzu auf Motor-Metadynen mit konstanter Drehzahl, zu deren Einhaltung eine Hilfsstromquelle verwendet wird. Abb. 9 endlich betrifft wieder eine Motor-Metadyne mit konstanter Drehzahl ohne Verwendung einer Hilfsstromquelle.Figs. I, 2 and 3 relate to motor metadynes in which at the set speed No an excitation voltage occurs on the secondary brushes and this speed is constant without the use of any special auxiliary power source is held. In contrast, Figs. 4, 5, 6, 7 and 8 relate to motor metadynes with constant speed, to maintain which an auxiliary power source is used. Fig. 9 finally concerns a motor metadyne with constant speed without Use of an auxiliary power source.

Die in der Abb. I dargestellte Metadyne MZ besitzt vier Bürsten a, b, c, d. Der Haupt- oder primäre Strom durchfließt die Metadyne über die primären Bürsten a und c. Auf die Spannung an den Primärbürsten bzw. auf den primären Strom wirkt eine in der Sekundärbürstenachse angeordnete fremderregte Ständerwicklung W ein, die ein beschleunigendes oder positives Drehmoment erzeugt und den Zweck hat, der Drehzahl-Drehmomentlinie eine bestimmte Lage zu geben. Die sekundären Bürsten b und d speisen einen Ständerstromkreis, der aus einer Ständerwicklung H, die ebenfalls auf die Spannung an den Primärbürsten bzw. auf den primären Läuferstrom einwirkt, und aus einer zweiten Wicklung Z besteht, die eine an den sekundären Bürsten auftretende EMK induziert, die die gleiche Richtung hat wie der sekundäre Strom. Ihre magnetische Achse ist gegen die Sekundärfeldachse um 9o° elektrisch verschoben. Der Gesamtwiderstand R2 des sekundären Kreises ist derart bemessen, daß an den sekundären Bürsten gerade bei der Drehzahl Nn eine Erregerspannung auftritt. Die Wicklung H ist so an den sekundären Bürsten angeschlossen, daß sie das beschleunigende oder positive Drehmoment aufzuheben versucht und sogar, falls erforderlich, ein negatives oder verzögerndes Drehmoment hervorruft. Um je nach Wunsch die Erregungs- oder kritische Geschwindigkeit N0 abzuändern, können mehrere bekannte Maßnahmen angewendet werden. Man kann z. B. den Widerstand R2 des sekundären Kreises durch den Regulierwiderstand RH oder die AW-Zahl der Wicklung Z durch einen Nebenschlußwiderstandrh oder die Windungszahl der Ständerwicklungen Z und H oder endlich die Leitfähigkeit des magnetischen Kreises ändern.The Metadyne MZ shown in Fig. I has four brushes a, b, c, d. The main or primary stream flows through the metadyne via the primary Brushes a and c. On the voltage at the primary brushes or on the primary current a separately excited stator winding arranged in the secondary brush axis acts W a, which generates an accelerating or positive torque and the purpose has to give the speed-torque line a certain position. The secondary brushes b and d feed a stator circuit, which consists of a stator winding H, which is also acts on the voltage at the primary brushes or on the primary rotor current, and consists of a second winding Z, the one occurring on the secondary brushes EMF induced which has the same direction as the secondary current. Your magnetic Axis is electrically shifted by 90 ° with respect to the secondary field axis. The total resistance R2 of the secondary circle is dimensioned so that straight on the secondary brushes an excitation voltage occurs at the speed Nn. The winding H is so on secondary brushes connected that they accelerate or positive torque tries to reverse and even, if necessary, a negative or delaying one Torque. The excitation or critical speed, depending on your needs Several known measures can be used to modify N0. You can z. B. the resistor R2 of the secondary circuit through the regulating resistor RH or the AW number of the winding Z by a shunt resistor rh or the number of turns of the stator windings Z and H or finally the conductivity of the magnetic circuit change.

Die Abb. I stellt eine Motor-Metadyne mit vier um 9o räumliche Grade versetzten Bürsten dar. Man kann aber auch drei Bürsten statt vier und eine andere Bürstenstellung wählen. Die Abb.2 zeigt z. B. eine Motor-Metädyne mit drei Bürsten a, b, c, wobei sich der sekundäre Stromkreis über die sekundäre Bürste b und die primäre Bürste a schließt. Bei dieser Anordnung ist nur eine einzige Ständerwicklung ZH dargestellt, die gleichzeitig die Funktionen der Wicklungen Z und H der Anordnung nach Abb. I übernimmt. Die relative Stellung der Bürsten a, b und c zueinander kann geändert werden und beträchtlich von der in Abb. 2 dargestellten Bürstenstellung abweichen, ohne daß die Arbeitsweise der Metadyne sich wesentlich ändern würde. Dies gilt auch für die nachstehenden Anordnungen. Gemäß Abb. I ist die Wicklung W, die das positive oder beschleunigende Drehmoment hervorruft, als fremderregte Erregerwicklung dargestellt. Man könnte dafür aber auch eine Wicklung vorsehen, die von dem primären Strom durchflossen wird und in Reihe mit den primären Bürsten geschaltet ist. Eine solche Schaltung ist in Abb. 2 gewählt, wo an Stelle der Wicklung W eine Wicklung ST in Reihe mit den Primärbürsten des Motorankers liegt.Fig. I represents a motor metadyne with four spatial degrees of 90 degrees staggered brushes. But you can also use three brushes instead of four and one other Select brush position. Fig.2 shows z. B. a motor metadyne with three brushes a, b, c, the secondary circuit being via the secondary brush b and the primary brush a closes. In this arrangement there is only a single stator winding ZH shown, which at the same time the functions of the windings Z and H of the arrangement as shown in Fig. I. The relative position of the brushes a, b and c to each other can can be changed and considerably from the brush position shown in Fig. 2 deviate without significantly changing the way the Metadyne works. This also applies to the following arrangements. According to Fig. I is the winding W, which causes the positive or accelerating torque, as separately excited Excitation winding shown. But you could also provide a winding for this, which is traversed by the primary current and in series with the primary brushes is switched. Such a circuit is chosen in Fig. 2, where in place of the winding W a winding ST is in series with the primary brushes of the motor armature.

Die Schaltung nach Abb. 3 unterscheidet sich von der Schaltung nach Abb. I dadurch, daß die Wicklungen H und Z parallel und nicht hintereinander geschaltet sind, wodurch die Wicklung Z eine Entlastung erfährt und schwächer bemessen werden kann.The circuit according to Fig. 3 differs from the circuit according to Fig. I in that the windings H and Z are connected in parallel and not in series are, whereby the winding Z experiences a relief and are rated weaker can.

Bei der Anordnung nach Abb. 4 ist die Ständerwicklung H der Differenzwirkung der EMK an den sekundären Bürsten b und d und der EMK einer Hilfsstromquelle unterworfen. Die in der Abbildung durch die Anschlüsse L und M dargestellte Hilfsstromquelle hat eine konstante Spannung. Nimmt der Motor eine Drehzahl an, die etwas geringer ist als die gewünschte Drehzahl Nö, so wird die Hilfs-EMK höher sein als die EMK an den sekundären Bürsten b, d und ein starker Strom die Wicklung H in dem Sinne durchfließen, daß ein positives Drehmoment zustande kommt. ist die Drehzahl des Motors etwas höher als N., so ist auch die EMK an den sekundären Bürsten b, d höher als die EMK der Hilfsstromquelle. Die Wicklung H wird im umgekehrten Sinne von Strom durchflossen, wodurch ein negatives Drehmoment zustande kommt. Die Wicklung H wirkt somit infolge der Hilfsstromquelle je nach der eigentlichen Drehzahl der Metadyne entweder beschleunigend oder verzögernd, so daß die Drehzahl des Metadyn-Motors praktisch konstant gehalten wird.In the arrangement according to Fig. 4, the stator winding H is the differential effect subjected to the emf on the secondary brushes b and d and the emf of an auxiliary power source. The auxiliary power source represented in the figure by the connections L and M. has a constant tension. If the engine takes on a speed that is slightly lower is Nö than the desired speed, the auxiliary EMF will be higher than the EMF on the secondary brushes b, d and a strong current the winding H in that sense flow through that a positive torque comes about. is the speed of the Motor is slightly higher than N., so the EMF is also on the secondary Brushes b, d higher than the emf of the auxiliary power source. The winding H is reversed In the sense of current flowing through it, which creates a negative torque. the Winding H thus acts as a result of the auxiliary power source depending on the actual speed the Metadyne either accelerating or decelerating, so that the speed of the Metadyn motor is kept practically constant.

Die Anordnung nach Abb.5 unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Abb. 4 nur dadurch, daß die Wicklung H mit den sekundären Bürsten parallel geschaltet ist und nicht hintereinander.The arrangement according to Figure 5 differs essentially from that according to Fig. 4 only in that the winding H with the secondary brushes parallel is switched and not one after the other.

Bei den in den Abb. 4 und 5 wiedergegebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist an den Klemmen L und M eine in der Zeichnung nicht dargestellte Hilfsstromquelle angeschlossen. Die Hilfsstromquelle ist hierbei, wie die Abb. 4 und 5 zeigen, in den Stromkreis der Sekundär- oder Erregerbürsten eingeschaltet. Jede Abweichung der Sekundärbürstenspannung, die von der Spannung an den primären Bürsten abhängig ist, ruft eine mehr oder weniger starke Durchflutung der Wicklung H hervor. Soll an den Sekundärbürsten b, d eine Spannung erhalten werden, die einigermaßen von der Spannung an den primären Bürsten a, c unabhängig ist, so kann gemäß Abb. 6 der Anker der Metadyne mit einer zweiten, von der an den primären Bürsten a, c liegenden Ankerwicklung getrennten Ankerwicklung versehen werden, die an die sekundären Bürsten b, d angeschlossen ist.In the embodiments of the invention shown in Figs. 4 and 5, an auxiliary power source, not shown in the drawing, is connected to the terminals L and M. As shown in Figs. 4 and 5, the auxiliary power source is connected to the circuit of the secondary or exciter brushes. Any deviation in the secondary brush voltage, which is dependent on the voltage at the primary brushes, causes the winding H to flow through more or less. If a voltage is to be obtained on the secondary brushes b, d that is somewhat independent of the voltage on the primary brushes a, c, the anchor of the metadyne can, according to Fig. 6, with a second, from that on the primary brushes a, c lying armature winding are provided separate armature winding, which is connected to the secondary brushes b, d.

Man kann auch eine Hilfsstromquelle verwenden, deren Spannung sich linear mit der Drehzahl der Motor-Metadyne ändert. Im besonderen kann man als solche Hilfsstromquelle einen kleinen GeneratorDY gemäß Abb. 7 benutzen, der von dem Motor MT selbst angetrieben wird. Zweckmäßigerweise wird der Generator DY derart bemessen, daß sein magnetischer Kreis starke Sättigung aufweist, damit die Drehzahländerungen der Welle nur möglichst geringe Änderungen der EMK der HilfsstromquelleDY hervorrufen.You can also use an auxiliary power source, the voltage of which is changes linearly with the speed of the engine metadyne. In particular one can be as such Auxiliary power source use a small generatorDY as shown in Fig. 7, from the engine MT is self propelled. The generator DY is expediently dimensioned in such a way that that its magnetic circuit is very saturated, so that the speed changes cause only the smallest possible changes in the emf of the auxiliary power source DY.

Wird eine Hilfsstromquelle mit konstanter Spannung vorgesehen, so genügt es, auf die Wicklung H die Differenz der Spannungen an den sekundären Bürsten und der Hilfsstromquelle wirken zu lassen, und eine Erregung bei der kritischen Drehzahl N0 ist nicht erforderlich. Man kommt dann beispielsweise zu der in der Abb. 8 dargestellten Einrichtung, bei der eine Selbsterregungswicklung Z nicht vorgesehen ist. Die beispielsweise fremderregte Ständerwicklung WP, deren Amperewindungszahl durch den Widerstand RH geregelt werden kann, bestimmt durch ihre Wirkung auf die an den sekundären Bürsten auftretende Spannung die betreffende Drehzahl, die konstant gehalten werden soll.If an auxiliary power source with constant voltage is provided, so it is sufficient to calculate the difference in the voltages on the secondary brushes on winding H. and let the auxiliary power source act, and an excitement at the critical Speed N0 is not required. You then come to, for example, in the Fig. 8 device shown, in which a self-excitation winding Z is not provided is. For example, separately excited stator winding WP, its number of ampere turns can be regulated by the resistance RH, determined by its effect on the voltage occurring at the secondary brushes the relevant speed, which is constant should be held.

Bei den vorstehend beschriebenen Einrichtungen kann die Änderung des Drehmomentes zwecks Drehzahländerung nahe der verlangten Drehzahl mit Hilfe einer Ständerwicklung vergrößert werden, die zu den primären Bürsten parallel liegt und deren Widerstand entsprechend geregelt wird. Eine derartige Einrichtung zeigt die Abb. 9, welche sich von der Einrichtung nach Abb. 3 nur durch eine weitere, den primären Ankerstromkreis parallel geschaltete Wicklung W' unterscheidet. Die primären Bürsten der Metadyne können, wie erwähnt, in den Stromkreis einer Reihenschlußanlage eingeschaltet oder mit den Klemmen einer Nebenschlußanlage verbunden sein.In the facilities described above, the change in Torque for the purpose of speed change close to the required speed with the help of a Stator winding are enlarged, which is parallel to the primary brushes and whose resistance is regulated accordingly. Such a device shows the Fig. 9, which differs from the device according to Fig. 3 only by another, the primary armature circuit differentiates winding W 'connected in parallel. The primary As mentioned, brushes of the Metadyne can be integrated into the circuit of a series circuit switched on or connected to the terminals of a bypass system.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Metadyn type direct current motor, its adjustable Speed independent of fluctuations in load and mains voltage over one certain range is approximately constant, characterized in that in the direction the exciter and working brush axis fields of stator windings act, their Excitation occurs in the event of a slight deviation from the speed to be kept constant changes greatly that the field acting in the working brush axis changes when it is reached the desired speed itself excited or or and an approximately constant auxiliary EMF the EMF occurring at the exciter brushes is switched against.

2. DC motor according to claim I, characterized in that the one at the desired speed A stator winding (Z) that generates voltage on the secondary brushes which lies in the primary brush axis and is attached to the secondary brushes (b, d) is connected and which induces an EMF on the secondary brushes, which the has the same direction as the secondary current.

3. DC motor according to claim I, characterized in that a stator winding (H) connected to the secondary brushes is provided in the axis of the secondary brushes (b, d), which stator winding produces the required changes in torque when the load changes.

4. DC motor according to claim I to 3, characterized in that in the secondary Circuit switched on an approximately constant back EMF of an auxiliary power source and that the winding (H), which the required torque changes with load changes causes, connected between secondary brushes (b, d) and auxiliary power source (L. M) is (Fig. 4 to 8).

5. DC motor according to claim 4, characterized in that that the approximately constant auxiliary voltage is supplied by an auxiliary generator (DY, Fig.7) which is driven by the Metadyne motor and generates a voltage that changes only slightly with speed.

6. DC motor according to claim q., Characterized in that the auxiliary power source (L, M) with an approximately constant voltage consists of a resistor through which a current of constant strength flows.

7. DC motor according to claim z, characterized in that the between the secondary brushes lying rotor circle, the stator winding (Z), which at the desired speed induces an EMF on the secondary brushes, and the stator winding (H), which changes the required torque when the load changes brought about, fed by an auxiliary power source with direct current of constant strength will.

8. DC motor according to claim I or the following, characterized in that that an additional one connected to the primary brushes in the secondary axis lying shunt stator winding (W ', Fig.9) is provided, which the torque changes increased with changes in load and in this way a more precise speed control enables.

9. DC motor according to claim I or the following, characterized in that that the stator windings lying in the primary and in the secondary brush axis (H and Z) are connected either in series with one another or in parallel with one another. Io. DC motor according to Claim I, characterized in that only one Exciter brush (b) is provided and the (Z) and the the stator winding (H) influencing the torque in one between the exciter brush (B) and a working brush (a) act and possibly to a lying axis single winding (ZH) are combined (Fig. 2). II. DC motor according to claim I or the following, characterized in that the anchor for the primary and the secondary circuit has separate windings and separate commutators. I2. Direct current motor according to Claim 4, characterized in that the one in the primary brush axis acting and speed-determining stator winding (W, P) is separately excited (Fig. 8th). I3. Direct current motor according to Claim I, characterized in that in the secondary brush axis a separately excited stator winding (W) is effective. I4. DC motor according to claim I, characterized in that one of the working current in the secondary brush axis stator winding (S, T) through which it flows acts.