DE956147C

DE956147C - Circuit for a brushless mutator series motor, especially for traction vehicles

Info

Publication number: DE956147C
Application number: DEA23072A
Authority: DE
Inventors: Erwin Kern
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1955-06-29
Filing date: 1955-07-17
Publication date: 1957-01-17

Description

Sehartung für einen kollektorlosen Mutator-Reihenschlußmotor, insbesondere für Triebfahrzeuge Es ist bekannt, daß man den Kollektor von Gleichstrommotoren durch die Zwischenschaltung von gesteuerten Entladungsstrecken, beispielsweise Quecksilberdampf-Wechselrichter, ersetzen kann. Man wird dadurch in der Wahl der Betriebsspannung und der Drehzahl des Motors von jeder Einschränkung durch den Kollektor frei. Man bezeichnet diese Motoren, zur Unterscheidung von den Kollektorrnotoren, mit Mutatormotoren. In Fig. r ist die Prinzipschaltung eines derartigen Motors .dargestellt. Der Motor wird konstruktiv wie ein Synchronmotor mit rotierendem, gleichstromnnagnetisiertem Polrad und mit einer dreiphasigen Statorwicklung, in welcher ein leicht verzerrter, symmetrischer Dreiphasenstrom fließt, ausgeführt. Der Motor mit der Feldwicklung 6 und der Arbeitswicklung 5 arbeitet in bekannter Weise mit den Wechselrichterstrecken 3, - ¢ zusammen wie ein. Gleichstrom-Kollektormotor mit nur drei Kollektorlamellen pro Polpaar. Die Steuerung der Mutatoren 3, q. erfolgt in bekannter Weise durch einen Verteiler g, welcher auf dem Motor aufgebaut ist und die Entladungsstrecken in Abhängiigkeit von der Stellung des Rotors periodisch zündet. Diese bekannte Schaltung ergibt ohne besondere Maßnahmen auch .den bei Reihenschlußmotoren für Triebfahrzeuge benötigten, der jeweiligen Belastung proportionalen Gleichstrom für die Erregung des Motorfeldes, indem :die Feldwicklung 6 ebenso wie auch .die Kompensationswicklung 7 unmittelbar in die Rückleitung vom Wechselrichter 4 zum Transformator i :eingeschaltet sind.Sehartung for a brushless mutator series motor, in particular for traction vehicles It is known that one can use the collector of DC motors through the interconnection of controlled discharge paths, e.g. mercury vapor inverters, can replace. You will thereby be able to choose the operating voltage and the speed of the motor from any restriction by the collector. One calls this Motors, to distinguish them from the collector motors, have mutator motors. In Fig. r shows the basic circuit of such a motor. The engine will Constructed like a synchronous motor with rotating, DC magnetized pole wheel and with a three-phase stator winding, in which a slightly distorted, symmetrical Three-phase current flows, executed. The motor with the field winding 6 and the working winding 5 works in a known manner with the inverter lines 3, - ¢ together like a. DC collector motor with only three collector segments per pole pair. the Control of the mutators 3, q. takes place in a known manner through a distributor g, which is built on the engine is and the discharge distances periodically ignites depending on the position of the rotor. This known circuit results in series motors for traction vehicles without any special measures required direct current proportional to the respective load for the excitation of the motor field by: the field winding 6 as well as .the compensation winding 7 directly into the return line from the inverter 4 to the transformer i: switched on are.

Wird beim Anfahren dem noch stillstehenden Motor vom Gleichrichter 2 Gleichstrom zugeführt, so fließt dieser bei einer gegebenen Stellung .des Rotors beispielsweise nach den. eingezeichneten Pfeilen durch die Motorwicklung 5. Muß nach einer Drehung des Rotors eine Kommutierung des Stromes auf eine andere Phase des Motors, z. B. von Phase S auf Phase T erfolgen, so. wird durch den Verteiler 9 das Steuergitter für die Strecke T der Gruppe 4. positiv gemacht, also freigegeben, wobei gleichzeitig das, Gitter der Strecke S derselben Gruppe .4 negativ geladen wird. Die Strecke 4T nimmt über die Motorphase T sofort. Strom auf. Da aber in der Strecke 4s .ein Gleichstrom fließt, kann diese trotz des negativen Gitters nicht löschen, so daß nun beide Strecken 4s und 4T gleichzeitig brennen. Bei noch weiterer Drehung des Motors beginnen nacheinander in gleicher Weise alle Strecken zu brennen, so daß endlich der Motor kurzgeschlossen wird und. zum Stillstand kommt. Damit scheidet die Schaltung nach Fig. i als unbrauchbar aus. Dieser Vorgang läßt sich nur vermeiden, indem man dafür sorgt, d@aß der in den Wechselrichtern 3 und 4 fließende Gleichstrom löckt, d. h. periodisch auf den Wert Null absinkt. Ist dies der Fall, so kann im oben betrachteten Beispiel das nun negative Steuergitter der Strecke 4s beim ersten Nulldurchgang des Anodenstromes diese Anode sperren, so daß an ,Stelle der Strecke 4s nur die Strecke 4T brennt, womit der Motor sich weiterdreht. In allen bekannten Schaltungen, die dieser Forderung des löckenden Stromes Rechnung tragen, ist der Gleichstromkreis unterdrückt. Diese Schaltungen können den für die Reihenerregung des Motorfeldes benötigten Gleichstrom nicht abgeben. Es mußte :deshalb für die Erzeugung des Felderregerstromes ein besonderer Gleichrichter verwendet werden, welcher den verfivgba:ren Lastwechselstrom erst in Gleichstrom umformt. SolQbe Anlagen sind kompliziert und teuer.Is used by the rectifier when the motor is still at a standstill when it starts up 2 direct current is supplied, it flows at a given position of the rotor for example after the. arrows drawn through the motor winding 5. Must after the rotor has rotated, the current is commutated to another phase of the engine, e.g. B. from phase S to phase T, so. is through the distributor 9 made the control grid for section T of group 4 positive, i.e. enabled, at the same time the grid of the segment S of the same group .4 negatively charged will. The segment 4T takes over the motor phase T immediately. Electricity on. But there in the Distance 4s. A direct current flows, this cannot despite the negative grid delete, so that now both lines 4s and 4T burn at the same time. With even more Rotation of the engine one after the other in the same way all lines start to burn, so that finally the motor is short-circuited and. comes to a standstill. So part the circuit of Fig. i as unusable. This process can only be avoided by making sure that the direct current flowing in inverters 3 and 4 ate curls, d. H. periodically drops to zero. If this is the case, the The example considered above is the now negative control grid of the 4s in the first Zero crossing of the anode current block this anode, so that at, point of the line 4s only the distance 4T burns, with which the engine continues to turn. In all known Circuits that take account of this requirement of the flowing current is the DC circuit suppressed. These circuits can be used for series excitation of the motor field do not emit the direct current required. It had to: therefore for them A special rectifier can be used to generate the field excitation current, which converts the available alternating load current into direct current. SolQbe plants are complicated and expensive.

Es ergibt sich somit die Aufgabe, init einfachen Mitteln sowohl das Lücken des Stromes in den Wechselrichtern als auch die Lieferung des Felderregerstrames zu erreichen. Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen kollektorloseri Mutator-Reihenschlußmotor, dessen Speisung durch ein- oder mehrphasigen Wechselstrom erfolgt.There is thus the task of using simple means to do both Gaps in the current in the inverters as well as the delivery of the field excitation current to reach. The invention relates to a circuit for a kollektorloseri mutator series motor, which is fed by single or multi-phase alternating current.

Die Erfindung besteht darin, daß :die Sekundärwicklung des den Motor. speisenden, Transformators in zwei Teile mit je einem herausgeführten Mittelpunkt unterteilt ist, wobei jedem Teil eine Gruppe von Entladungsstrecken zugeordnet ist und die Außenklemmen des einen Teils mit den Anoden der einen Gruppe, die Außenklemmen des anderen Teils mit den Kathoden der anderen Gruppe verbunden sind, während die Klemmen der Arbeitswicklung des Motors sowohl mit den Kathoden der einen Gruppe als auch mit den Anoden der anderen Gruppe verbunden sind, sowie daß die Mittelpunkte der beiden Wicklungsteile des Transformators über die Feldwicklung des Motors miiteinander verbunden sind.The invention consists in that: the secondary winding of the motor. feeding transformer into two parts, each with a center point is subdivided, each part being assigned a group of discharge paths and the external clamps of one part with the anodes of one group, the external clamps of the other part are connected to the cathodes of the other group, while the Clamp the working winding of the motor to both the cathodes of one group as well as with the anodes of the other group, as well as that the center points the two winding parts of the transformer with each other via the field winding of the motor are connected.

Ein Beispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Diese zeigt die Prinzipschaltung eines einphasigen Mutator-Reihenschlußmotors z. B. für Triebfahrzeuge. Der Sekundärwicklung 2 des Transformators sind über die Klemmen 2a und 26 die Mutatoren 4 ... und der Sekundärwicklung 3 über die Klemmen 3a, 3b die Mutatoren 5 ... zugeordnet. Die Mutatoren sind in Gegentaktschaltung angeordnet. Die Transformatorwicklungen 2 und 3 weisen Mittelanzapfungen 2" 3, auf. An diesen Mittelanzapfungen sind die Erregerwicklung 7 und die Kompensationswicklung @ des Motors' angeschlossen. Die Gegentakt-Mutatorengruppen4 und 5 sind in S.pannungsteil.erschaltung aufgebaut. Ihre Mittelpunkte führen über Klemmen i2R, 12s, 12T zu den Phasenwicklungen R, S, T der Statorwicklung 6 des Motors. Der Rotor treibt den Verteiler i i an, welcher in phasenrichtiger Weise die Mutatoren der Gruppe 4 und 5 zündet.An example of the invention is shown in FIG. This shows the basic circuit of a single-phase mutator series motor z. B. for traction vehicles. The secondary winding 2 of the transformer is assigned the mutators 4 ... via the terminals 2a and 26 and the mutators 5 ... are assigned to the secondary winding 3 via the terminals 3a, 3b. The mutators are arranged in a push-pull circuit. The transformer windings 2 and 3 have center taps 2 "3. The excitation winding 7 and the compensation winding @ of the motor are connected to these center taps. The push-pull mutator groups 4 and 5 are built in voltage divider circuit. Their centers lead via terminals i2R , 12s, 12T to the phase windings R, S, T of the stator winding 6. The rotor drives the distributor ii, which ignites the mutators of groups 4 and 5 in the correct phase.

Die Arbeitsweise ist folgende: Soll nun bei einer gegebenen Rotorstellung der Motor ankaufen, so fließt bei Stillstand der Strom, im Sinne der eingetragenen Pfeile über die Mutatoren 'und. durch die Motorwicklung. Dabei arbeiten die beiden Hälften jeder der beiden Wicklungen 2 und 3 abwechslungsweise im Takte der Frequenz des den Motor speisenden Netzes. Ebenso arbeiten die beiden Mutatoren der Phase R in der Gruppe unter sich abwechslungsweise -im Takte der Netzfrequenz, in gleicher Weise wie die beiden Mutatoren der Phase S in der Gruppe 5. Alle Anoden der beiden Gruppen 4 und 5 löschen somit periodisch, und damit ist die oben begründete Forderung des Lückens der Mutato:rströme erfüllt. Der Strom fließt nun abwechslungsweise über die beiden Hälften der Wicklung 2 und die beiden Mu:tatoren der Phase R in der Gruppe 4 und. über die Motorwickl:un.g RS in die Mutatoren der Phase S der Gruppe/5. Der aus den Mutatoren der Phase S in der Gruppe 5 'abfließende Strom fließt nun über die Wicklung 3 in den Nulleiter und über die Glättungsdrossel io und den Wendeschalter 9 in die Feldwicklung 7 und die Kompensations:wickl.ung 8 und von da Zurück in den Mittelpunkt 2, der Transformatorenwicklung 2.The operating principle is as follows: Should now be given for a given rotor position If you buy the motor, the current flows at standstill, in the sense of the entered Arrows over the mutators' and. through the motor winding. The two work here Halves of each of the two windings 2 and 3 alternately in time with the frequency of the network feeding the motor. The two mutators of the phase work in the same way R in the group among themselves alternately - in the cycle of the network frequency, in the same Way like the two phase S mutators in group 5. All anodes of the two Groups 4 and 5 thus delete periodically, and this is the requirement justified above of the gaps in the mutato: r flows fulfilled. The current now flows over alternately the two halves of winding 2 and the two mutators of phase R in the group 4 and. via the Motorwickl: un.g RS in the mutators of phase S of group / 5. Of the Current flowing out of the mutators of phase S in group 5 'now overflows the winding 3 in the neutral conductor and over the smoothing choke io and the reversing switch 9 into the field winding 7 and the compensation: winding 8 and from there back into the Center point 2, the transformer winding 2.

Bei jeder Fortsetzung der Drehung des Rotors um .den elektrischen Winkel 6o° wird eine andere Phase der Motorwicklung vom Strom durchflossen, und durch das Zusammenwirken des lückenhaften Stromes in den Anoden der Mutatoren und der Steuerung der Gitter durch den Verteiler kann nun der Strom auch im Stillstand kommutiert werden. Bei größerer Geschwindigkeit des Motors treten zusätzliche Wendespannungen im Kommutierungskreis auf, welsche die Kommutierung unabhängig von der Pulsation des Gleichstromes gewährleisten.With each continuation of the rotation of the rotor by .the electrical At an angle of 60 °, the current flows through another phase of the motor winding, and through the interaction of the gaps in current in the anodes of the mutators and the control of the grid through the distributor can now The current can also be commutated at standstill. Pedal at higher engine speed additional reversing voltages in the commutation circuit, which is the commutation guarantee regardless of the pulsation of the direct current.

Infolge der neuartigen Unterteilung der Transformatorwicklung und der Zwischenschaltung der Feldwicklung zwischen den beiden Nullpunkten wird ohne Mehraufwand an Material auch der Erregerstrom für das Motorfeld gewonnen.As a result of the novel subdivision of the transformer winding and the interposition of the field winding between the two zero points is without Additional expenditure on material also gained the excitation current for the motor field.

Dasselbe Prinzip läßt sich auch mit dreiphasiger Speisung des Motors durchführen, indem man die Wicklungen 2 und 3 in dreiphasiger Sternschaltung ausführt und jeder Motorphase 21 X 3 Mutatoren zuordnet statt deren 2 X 2.The same principle can also be used with three-phase supply of the motor carry out by making the windings 2 and 3 in a three-phase star connection and assigns 21 X 3 mutators to each motor phase instead of 2 X 2.

Außer der Feldwicklung .des Motors kann in Reihe mit dieser auch noch die Kompensationswicklung in den Hauptstromkreis eingeschaltet werden. Ebenfalls kann für die Erleichterung der Kommutierung eine Glättungsdrossel in Reihe mit der. Feldwicklung eingebaut werden.In addition to the field winding of the motor, it can also be connected in series with this the compensation winding can be switched into the main circuit. Likewise a smoothing reactor in series with the. Field winding are installed.

Es ist noch zu bemerken, daß die beiden Wicklungen 2, 3 unter sich ungleiche oder gleiche Spannungen aufweisen können; der Mini.maWert der Spannung ist durch die Bedingung des Lückens des Stromes in den Strecken festgelegt.It should also be noted that the two windings 2, 3 under each other may have unequal or equal voltages; the Mini.ma value of the voltage is determined by the condition of current gaps in the routes.

Durch die Schaltung wird es möglich, den Kollektor wegzulassen. Es ist nur nötig, den Erregergleichstrom und den Kompensationsstrom über Schleifringe zuzuführen. Durch das. Fehlen des Kollektors fällt die bisherige Beschränkung der Drehzahl weg, da Kommutationsschwierigkeiten nicht mehr auftreten.The circuit makes it possible to omit the collector. It is only necessary, the excitation direct current and the compensation current via slip rings to feed. Due to the lack of the collector, the previous limitation of the Speed gone, since commutation difficulties no longer occur.

Die Schaltung wird mit besonderem Vorteil bei Triebfahrzeugen angewendet. Sie kommt natürlich auch. überall da in Frage, wo hohe Drehzahlen verlangt sind und Reguliermöglichkeiten gefordert werden, wie sie sonst nur Gleichstrommotoren zukommen. Aus konstruktiven Gründen werden die Transformatorwicklungen 2, 3 zweckmäßig für gleiche Spannung ausgeführt.The circuit is used with particular advantage in traction vehicles. Of course she comes too. in question wherever high speeds are required and regulation options are required, as otherwise only DC motors get. For structural reasons, the transformer windings 2, 3 are expedient executed for the same voltage.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit for a brushless mutator series motor, which is fed by single- or multi-phase alternating current, in particular for traction vehicles, characterized; that the secondary winding of the transformer feeding the motor (i, 2, 3) is divided into two parts (2 and 3) each with a center point, each part being assigned a group of discharge paths (q., 5) and the External terminals (2a, 2b) this part is connected to the anodes of one group (q ....) and the external terminals (3 ", 3b) of the other part are connected to the cathodes of the other group, while the terminals (i2R, i2s , i2T) of the working winding (6, R, S, T) of the motor are connected to the cathodes of one group as well as to the anodes of the other group, and that the centers (2 "3,) of the two winding parts (2 @, 3) of the transformer are connected to one another via the field winding (7) of the motor (Fig. 2).

2. Circuit according to claim i, characterized in that in series with the field winding also the compensation winding (8) of the motor in the main circuit is switched on. 3., circuit according to claim i, characterized in that in Series with the field winding a smoothing choke (io) switched into the main circuit is. q .. Schaltjung according to claim i, characterized in that the secondary windings of the transformers have the same voltages among themselves.