DE917322C

DE917322C - Device for improving the commutation of direct current shunt and compound machines that are operated with pulsating direct current

Info

Publication number: DE917322C
Application number: DES15843D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Toefflinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1934-02-11
Filing date: 1934-02-11
Publication date: 1954-08-30

Description

Einrichtung zur Verbesserung der Kommutierung von Gleichstrom-Nebenschluß- und Verbundmaschinen, die mit pulsierendem Gleichstrom betrieben werden Werden nebenschlußerregte oder kompoundierte Gleichstrommaschinen mit stark pulsierendem Gleichstrom betrieben, z. B. dann, wenn sie von Gleichrichtern gespeist werden oder mit Gleichrichtern auf Netze parallel arbeiten, so können sich, wie die Erfahrung gezeigt hat, verhältnismäßig große Kommutierungsschwierigkeiten ergeben. Diese Störungen sind in erster Linie auf die in den kurzgeschlossenen Ankerspulen bei der Kommutierung induzierte Transformatorspannung sowie auf die fehlerhafte Phasenlage der Wechselstromkomponente des Wendefeldes zurückzuführen. Eine völlige Beseitigung dieser beiden Fehlerquellen der Transformatorspannung und der falschen Phasenlage der Wechselstromkomponente des Wendefeldes bereitet außerordentlich große Schwierigkeiten und ist daher praktisch nicht möglich.Device to improve the commutation of direct current shunt and compound machines operated with pulsating direct current are shunted or compounded direct current machines operated with strongly pulsating direct current, z. B. when they are fed by rectifiers or with rectifiers Working in parallel on networks can, as experience has shown, proportionally result in great commutation difficulties. These disorders are primarily on the transformer voltage induced in the short-circuited armature coils during commutation as well as the incorrect phase position of the alternating current component of the turning field traced back. A complete elimination of these two sources of error in the transformer voltage and the wrong phase position of the alternating current component of the turning field extremely difficult and therefore practically impossible.

Nach der Erfindung können befriedigende Kommutierungsverhältnisse bei derartigen Maschinen dadurch erzielt werden, daß die Größe und gegebenenfalls die Phasenlage der von den Nebenschluß- bzw. Reihenschlußwicklungen hervorgerufenen Transformatorspannungen durch geeignete Dimensionierung der Maschine oder durch Anwendung zusätzlicher Mittel so beeinflußt wird, daß der resultierende Gesamtwert der transformatorischen EMK und der durch die Dämpfung des Wendeflusses in Größe und Phasenlage stark beeinflußten Wendefeld-EMK die geringste vektorielle Abweichung von der für günstigste Kommutierungsbedingungen berechneten EMK aufweist.According to the invention, satisfactory commutation ratios can be achieved can be achieved in such machines that the size and possibly the phase position of the caused by the shunt or series windings Transformer voltages by appropriately dimensioning the machine or by use additional means is influenced so that the resulting total value of the transformer EMF and strongly influenced by the damping of the turning flux in terms of size and phase position Wendefeld EMF the smallest vectorial deviation from that for the most favorable commutation conditions has calculated emf.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Fig. Ia und Ib ist das Schaltbild und Kommutierungsdiagramm für einen Nebenschlußmotor wiedergegeben. Bei einem Nebenschlußmotor besitzt die Feldwicklung einen weit mehr induktiven als ohmschen Widerstand. Daher ist die Welligkeit des Erregerstromes nur verhältnismäßig gering. Die Wechselstromkomponente des Erregerstromes eilt daher der Klemmenspannungswelle fast um 9o° elektrisch nach. Die Wechselstromkomponente des Feldes eilt wegen der Wirbelstrombildung dem Erregerstrom ebenfalls in der Phase nach. Es ergibt sich dabei das in Fig. Ib wiedergegebene Kommutierungsdiagramm. Darin bedeutet a den Vektor, der vom Wendepol bei idealer Kommutierung zu induzierenden EMK, b den Vektor der vom Wendepol tatsächlich induzierten EMK, Cn den Vektor der von der Nebenschlußerregerwicklung hervorgerufenen transformatorischen EMK. Wie aus dem Diagramm ohne weiteres ersehen werden kann, muß eine erhebliche Funkenspannung auftreten. Erfindungsgemäß wird nun eine wesentliche Verbesserung der Stromwendung dadurch erzielt, daß der Vektor der transformatorischen EMK Cn vergrößert wird und im Sinne einer Voreilung verschoben wird. Man kann dies in der Weise erreichen, daß die Erregerwicklung nur für einen Teil der vollen Klemmenspannung, beispielsweise 1/3, bemessen wird und dauernd mit einem ohmschen Widerstand in Reihe gelegt wird, wie gestrichelt angedeutet. Hierdurch wird das Ende des Vektors Cn näher an das Ende des Vektors a herangerückt. Weiter kann die Kommutierung dadurch verbessert werden, daß noch zusätzlich eine lamellierte Brücke parallel zum Joch vorgesehen wird. Dies hat zur Folge, daß auch der Vektor b erheblich im Sinne einer Voreilung verschoben wird. Die Funkenspannung kann auf diesem Wege leicht auf zulässige Werte gebracht werden. Mit gestrichelten Linien ist in dem Diagramm der Fig. Ib die Änderung der Lage der Vektoren b und Cn bei Anwendung der erläuterten Maßnahmen angedeutet.In the following, the invention will be described in greater detail on the basis of several exemplary embodiments explained. In Figs. Ia and Ib is the circuit diagram and commutation diagram reproduced for a shunt motor. In the case of a shunt motor, the Field winding has a far more inductive than ohmic resistance. Hence the ripple of the excitation current is only relatively low. The alternating current component of the excitation current therefore lags the terminal voltage wave by almost 90 ° electrically. The AC component of the field, the excitation current also rushes in phase due to the formation of eddy currents after. The result is the commutation diagram shown in FIG. 1b. Here, a means the vector that is to be induced by the reversing pole with ideal commutation EMF, b the vector of the EMF actually induced by the reversing pole, Cn the vector of the Transformer emf caused by the shunt excitation winding. As As can be readily seen from the diagram, there must be a significant spark voltage appear. According to the invention, there is now a significant improvement in the reversal of the current achieved in that the vector of the transformer EMF Cn is increased and is shifted in the sense of an advance. One can do this in the way that the excitation winding only for part of the full terminal voltage, for example 1/3, is measured and is continuously connected in series with an ohmic resistor, as indicated by dashed lines. This makes the end of the vector Cn closer to the The end of the vector a has moved up. The commutation can also be improved as a result that a laminated bridge is also provided parallel to the yoke will. This has the consequence that the vector b is also considerably in the sense of an advance is moved. In this way, the spark voltage can easily reach admissible values to be brought. The change is shown with dashed lines in the diagram of FIG the position of the vectors b and Cn indicated when applying the measures explained.

Wird die Nebenschlußmaschine statt als Motor als Generator betrieben, so tritt die transformatorisch induzierte EMK Cn in umgekehrter Richtung auf. Sie kann also nicht zur Verbesserung der Kommutierung verwendet werden. Die Fig. 2a und 2b zeigen die Schaltung und das Kommutierungsdiagramm für diesen Fall. Es empfiehlt sich dabei, statt einer Vergrößerung der Transformatorspannung eine Verkleinerung derselben anzustreben, was durch um den Hauptpol herumgelegte kurzgeschlossene Wicklungen erreicht werden kann. Die Erregerwicklungen können dabei für die volle Spannung oder so ausgelegt werden, daß nur ein möglichst kleiner Vorschaltwiderstand vorhanden ist. Auch beim Nebenschlußgenerator wirkt eine lamellierte Brücke zwischen den Polen im Sinne einer Verbesserung der Kommutierung. Mit gestrichelten Linien sind wieder die Änderungen des Diagramms angedeutet, die sich durch Anwendung einer lamellierten Brücke sowie künstliche Verkleinerung der Transformatorspannung ergeben.If the bypass machine is operated as a generator instead of a motor, the transformer induced EMF Cn occurs in the opposite direction. she so cannot be used to improve commutation. Fig. 2a and 2b show the circuit and the commutation diagram for this case. It recommends instead of an increase in the transformer voltage, a reduction strive for the same, which is achieved by short-circuited windings around the main pole can be reached. The excitation windings can be used for full voltage or be designed in such a way that only the smallest possible series resistance is present is. A laminated bridge between the poles also works with the shunt generator in terms of improving commutation. Dashed lines are again the changes to the diagram are indicated, which can be achieved by applying a laminated Bridge as well as artificial reduction of the transformer voltage.

Bei Verbundmaschinen wird durch die von der Hauptstromwicklung hervorgerufene transformatorische EMK der Stromwendefehler bei Gegenverbundmotoren und bei Mitverbundgeneratoren verstärkt. In diesen Fällen ist es also wichtig, durch einen möglichst geringen ohmschen Parallelwiderstand die von den Hauptstromwicklungen hervorgerufenen Transformatorspannungen so weit als möglich herabzusetzen. Bei Mitverbundmotoren kann die von der Nebenschlußwicklung hervorgerufene tränsformatorische EMK ebenso wie beim Nebenschlußmotor den Stromwendefehler erheblich verringern, wobei durch entsprechende Bemessung der Erregerwicklung und durch Vorschaltung eines ohmschen Widerstandes die Größe und Phasenlage dieses Vektors stark beeinflußt und eine wesentliche Verbesserung der Kommutierung erreicht werden kann. Bei Mitverbundgeneratoren ist im Gegensatz hierzu bei der Dimensionierung der Erregerwicklung Rücksicht darauf zu nehmen, daß das Verhältnis zwischen ihrem ohmschen und induktiven Widerstand möglichst klein ist.In compound machines is caused by the main current winding Transformer EMF of commutation errors in countercompound motors and in co-connected generators reinforced. So in these cases it is important to use as little as possible ohmic parallel resistance the transformer voltages caused by the main current windings as low as possible. In the case of co-connected motors, the bypass winding caused impregnation emf as well as the commutation error in the shunted motor reduce considerably, whereby by appropriate dimensioning of the field winding and the size and phase position of this vector by connecting an ohmic resistor can be strongly influenced and a significant improvement in commutation can be achieved can. In the case of co-connected generators, in contrast to this, the dimensioning the excitation development to take into account that the relationship between their ohmic and inductive resistance is as small as possible.

Bei Gegenverbundgeneratoren und Mitverbundmotoren besitzt die von der Hauptstromwicklung induzierte Transformator-EMK wieder eine solche Richtung, daß der Fehler bei geeigneter Beeinflussung der Transformator-EMK möglichst klein wird.In the case of counter-compound generators and co-compound motors, the von the main current winding induced transformer emf again such a direction, that the error is as small as possible with a suitable influence on the transformer emf will.

Die Fig. 3a und 3b zeigen die Schaltung und das Kommutierungsdiagramm für einen Mitverbundmotor. Darin bedeuten wieder a den Vektor der vom Wendepol bei idealer Kommutierung zu induzierenden EMK, b den Vektor der tatsächlich induzierten EMK, Cn den Vektor der von der Nebenschlußwicklung hervorgerufenen transformatorischen EMK, CR den Vektor der von der Reihenschlußwicklung erregten transformatorischen EMK. Eine Verbesserung der Kommutierung kann in der Weise erreicht werden, daß die Transformatorspannungen in ihrer Größe und gegebenenfalls in ihrer Phasenlage verändert werden. Ist beispielsweise die von der Reihenschlußwicklung hervorgerufene Transformatorspannung CR zu groß, so wird sie durch Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes herabgesetzt. Mit gestrichelten Linien ist wiederum die Änderung, die das Diagramm erfährt, angedeutet.FIGS. 3a and 3b show the circuit and the commutation diagram for a joint engine. Here, a again denotes the vector from the reversing pole at ideal commutation to be induced emf, b the vector of the actually induced EMK, Cn is the vector of the transformer caused by the shunt winding EMK, CR is the vector of the transformer excited by the series winding EMK. An improvement in the commutation can be achieved in such a way that the Transformer voltages changed in size and possibly in their phase position will. For example, it is the transformer voltage produced by the series winding CR is too large, it will be reduced by connecting an ohmic resistor in parallel. The change that the diagram undergoes is again indicated with dashed lines.

Die Fig. 4a, 4b beziehen sich auf einen Gegenverbundgenerator. Durch Beeinflussung der beiden Transformatorspannungen kann wieder die Funkenspannung auf einen Kleinstwert herabgesetzt werden. Mittel zur Beeinflussung der Transformatorspannungen sind wieder die Parallelschaltung eines Widerstandes zu der Reihenschlußwicklung und die Vorschaltung eines ohmschen Widerstandes vor der Nebenschlußerregerwicklung. In gestrichelten Linien ist die Änderung angedeutet, die sich dann ergibt, wenn durch Parallelschaltung eines Widerstandes zu der Reihenschlußwicklung und Vorschaltung eines Widerstandes vor der Nebenschlußwicklung die Transformatorspannung verkleinert bzw. vergrößert wird.FIGS. 4a, 4b relate to a counter-composite generator. By The spark voltage can again influence the two transformer voltages be reduced to a minimum value. Means for influencing the transformer voltages are again the parallel connection of a resistor to the series winding and the upstream connection of an ohmic resistor in front of the shunt excitation winding. The change that occurs when by connecting a resistor in parallel to the series winding and connecting it in series a resistor in front of the shunt winding reduces the transformer voltage or is enlarged.

Die Fig. 5a und 5b zeigen Schaltung und Diagramm eines Gegenverbundmotors. Durch Vorschaltung eines Widerstandes wird dabei die von der Nebenschlußwicklung hervorgerufene transformatorische EMK verdreht und vergrößert. Außerdem wird die Größe des Vektors CR durch Parallelschaltung eines Widerstandes verringert.FIGS. 5a and 5b show the circuit and diagram of a counter-composite motor. By connecting a resistor upstream, that of the shunt winding evoked transformer emf twisted and enlarged. In addition, the The size of the vector CR is reduced by connecting a resistor in parallel.

Schließlich zeigen die Fig. 6a und 6b Schaltung und Kommutierungsdiagramm für einen Mitverbundgenerator. Die Vorschaltung eines Widerstandes vor die Nebenschlußerregerwicklung ist bei dieser Anordnung vermieden. Dagegen ist zu der Reihenschlußerregerwicklung ein Widerstand parallel geschaltet, um diese Spannung möglichst klein zu machen. Wie ohne weiteres ersichtlich, liegen bei den Schaltungen nach Fig. 5a und 6a insofern ungünstige Kommutierungsverhältnisse vor, als die von der Reihenschlußwicklung hervorgerufene transformatorische EMK eine sehr ungünstige Richtung hat. Um eine wesentliche Verbesserung der Kommutierung bei diesen Anordnungen zu erzielen, empfiehlt es sich wieder, lamellierte Brücken zwischen den Hauptpolen vorzusehen, die aber unter Umständen auch bei Schaltungen nach Fig. 3a und 4a von Vorteil sein können.Finally, FIGS. 6a and 6b show the circuit and commutation diagram for a joint generator. The upstream connection of a resistor in front of the shunt excitation winding is avoided in this arrangement. On the other hand is to the series excitation winding a resistor connected in parallel to make this voltage as small as possible. As can be seen without further ado, the circuits according to FIGS. 5a and 6a insofar unfavorable commutation conditions than those caused by the series winding transformer emf has a very unfavorable direction. A major improvement To achieve commutation in these arrangements, it is advisable again to use laminated Bridges should be provided between the main poles, but these may also be used in circuits 3a and 4a may be advantageous.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for improving commutation of direct current shunt and compound machines operating with pulsating direct current are operated, characterized in that the size and optionally the phase position the transformer voltages produced by the shunt or series windings by appropriately dimensioning the machine or using additional resources is influenced in such a way that the resulting total value of the transformer emf and which is strongly influenced in size and phase position by the damping of the turning flux Wendefeld EMF the smallest vectorial deviation from that for the most favorable commutation conditions has calculated emf.

2. Device according to claim I, in particular for shunt motors, characterized in that the shunt excitation winding for only part of the full terminal voltage and connected in series with an ohmic resistor is.

3. Device according to claim I, characterized in that for reduction the transformer EMF on the main poles short-circuit windings are provided.

4. Device according to claim I, characterized in that to reduce the transformer EMF to the series excitation windings ohmic resistances are connected in parallel with a low resistance value.

5. Device according to claim I, characterized in that in addition to influencing the phase position of the turning field Laminated bridges are provided between the main poles.

6. Device according to claim I for compound machines with a series winding which supports the effect of the shunt winding, characterized in that; that the ratio between ohmic and inductive resistance of the shunt excitation winding is as low as possible. Cited publications: Seefehlner, Elektro Zugförderung, Berlin I922, pp. I74 and I75; Bergmann-Mitteilungen, 1929, pp. 262 to 27I; German Patent Nos. 276 99o, 304 703, 378 794; U.S. Patent Nos. 1,189,997, 1,278,924, i 569368.