DE960749C

DE960749C - Asynchronous single-armature frequency converter for any number of pole pair ratio of the motor and converter part

Info

Publication number: DE960749C
Application number: DEB27810A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Braun
Original assignee: G Bauknecht GmbH
Current assignee: G Bauknecht GmbH
Priority date: 1953-10-08
Filing date: 1953-10-08
Publication date: 1957-03-28

Description

Asynchroner Einankerfrequenzumformer für ein beliebiger Polpaarzahlverhältnis des Motor- und Umformerteiles Gegenstand des Hauptpatents ist ein asynchroner Einankerfrequenzumformer für beliebige Polpaarzahlverhältnisse, dessen Primärseite die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt, während die Sekundärseite nur aus einer Wicklung besteht, die gleichzeitig Motorkurzschluß- und Transformatorsekundärwicklung ist, wobei in letzterer für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis eine bestimmte Anzahl von Spulen, in welchen bezüglich des Transformatorsystems gleiche Spannungen induziert werden, so zu einem Grundelement parallel geschaltet werden, daß dieses als Kurzschlußwicklung für das Motorsystem wirkt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Umformers ist, daß in der gemeinsamen Sekundärwicklung die Kupferverluste nur so groß sind, wie wenn jedem der beiden Ströme der gesamte Kupferquerschnitt zur Verfügung stehen würde.Asynchronous single armature frequency converter for any number of pole pair ratio of the motor and converter part The subject of the main patent is an asynchronous single-armature frequency converter for any number of pole pair ratios, the primary side of which corresponds to the pole pair ratio corresponding rotating fields with two mutually non-influencing windings generated, while the secondary consists of only one winding, which at the same time Motor short-circuit and transformer secondary winding, with the latter for one any number of pole pair ratio a certain number of coils in which with respect to the same voltages are induced in the transformer system, thus becoming a basic element be connected in parallel that this is used as a short-circuit winding for the motor system works. A major advantage of this converter is that it has a common secondary winding the copper losses are only as great as if each of the two streams were the whole Copper cross section would be available.

Gegenstand der Erfindung ist eine weitere Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens derart, daß bei m-phasigem Primärnetz auch eine gemeinsame Primärwicklung bei allen nicht durch m teilbaren ungeraden Polpaarzahlverhältnissen n: I möglich ist. Dadurch kann man die Ständerkupferverluste bei gleichem Kupferaufwand senken oder die Umformerleistung erhöhen. An Hand des Polpaarzahlverhältnisses 7 : I bei m = 3 werden die Wicklungsgesetze für diese Wicklungsart abgeleitet. Das Wesen der Erfindung ist anschließend an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, welche an Hand von Schaltungsbeispielen verschiedene Verwirklichungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens zeigt.The subject of the invention is a further embodiment of this inventive concept in such a way that with an m-phase primary network there is also a common primary winding for all not divisible by m odd pole pair ratios n: I is possible. Through this the stator copper losses can be reduced with the same amount of copper, or the converter output can be reduced raise. The winding laws are based on the number of pole pairs ratio 7: I at m = 3 derived for this type of winding. The essence of the invention is subsequently explained in more detail on the basis of the drawing, which on the basis of circuit examples shows different ways of realizing the idea of the invention.

In Fig. 1 ist das grundsätzliche Wicklungsschaltbild für eine Phase und ein Polpaar des niederpoligen Systems, in Fig. 2 der Nutenstern im 2- und 14 poligen System sowie in Fig.3 die zugehörige Ersatzbrückenschaltung gezeichnet.In Fig. 1 is the basic winding diagram for one phase and a pole pair of the low-pole system, in Fig. 2 the slot star in the 2- and 14th pole system as well as in Fig. 3 the associated equivalent bridge circuit drawn.

Die Einzelstäbe in Fig. 1 werden in der praktischen Wicklungsausführung durch Spulen mit dem Wickelschritt von 1 auf 8 ersetzt, denn wie aus dem Nutenstern (Fig. 2) zu entnehmen ist, ist dann der elektrische Abstand der beiden Spulenseiten in beiden Systemen 18o°, so daß diese Spulen für beide Polpaarzahlen wie Durchmesserspulen wirken. Nun kann man das etwas komplizierte Prinzip-Wicklungsschaltbild durch eine normale Zweischichtwicklung verwirklichen. Fig.3 zeigt in der Brückenersatzschaltung die Wirkungsweise der gemeinsamen Primärwicklung. Zwischen den Punkten A und B wird das niederpolige System angeschlossen und zwischen den Punkten D und E das hochpolige. Dann stellt man mit den eingetragenen Spulenzählrichtungen fest, daß die Punkte A und B gleiches Potential haben bezüglich des hochpoligen Systems und die Punkte E und D gleiches Potential bezüglich des niederpoligen Systems. Innerhalb dieser Schaltung überlagern sich nun zwei Ströme gleicher oder verschiedener Frequenz, welche die dem Polpaarzahlverhältnis entsprechenden; sich überlagernden zwei Felder erzwingen.The individual bars in Fig. 1 are in the practical winding design replaced by coils with the winding step from 1 to 8, because like from the slot star (Fig. 2) can be seen, then is the electrical distance between the two coil sides 18o ° in both systems, so that these coils are like diameter coils for both numbers of pole pairs works. Now you can convert the somewhat complicated principle winding diagram through a Realize normal two-layer winding. 3 shows in the bridge equivalent circuit the mode of operation of the common primary winding. Between points A and B. the low-pole system is connected and the high-pole system between points D and E. Then one finds with the registered coil counting directions that the points A and B have the same potential with regard to the high-polarity system and the points E and D have the same potential with regard to the low-pole system. Within this Circuit now two currents of the same or different frequency are superimposed, which correspond to the pole pair ratio; overlapping two fields force.

Schaltungsmäßig sind die Spulen der gegenüberliegenden Brückenzweige um den der Polteilung des niederpoligen Systems entsprechenden räumlichen Winkel voneinander entfernt, während die Spulen der in Richtung A-B nebeneinanderliegenden Brückenzweige einen resultierenden Abstand haben, der dem Teil der Polteilung des niederpoligen D abgestimmten Systems entspricht. Die außerhalb der Brücke zwischen C und E liegenden Spulen werden von den Strömen des niederpoligen Systems nicht durchflossen. Die in diesen beiden Elementen induzierte Spannung bezüglich des niederpoligen Systems ist entgegengesetzt gleich groß wie die in der Brücke zwischen C und D induzierte, so daß die Summenspannung E D bezüglich des niederpoligen Systems Null wird.In terms of circuitry, the coils of the opposite bridge branches are separated from one another by the spatial angle corresponding to the pole pitch of the low-pole system, while the coils of the bridge branches adjacent to one another in the direction AB have a resulting distance equal to that of the Part of the pole pitch of the low-pole D matched system. The coils lying outside the bridge between C and E are not traversed by the currents of the low-pole system. The voltage induced in these two elements with respect to the low-pole system is opposite to that induced in the bridge between C and D, so that the total voltage ED with respect to the low-pole system becomes zero.

Bei dieser Schaltung ist nachteilig, daß der Wicklungsfaktor des niederpoligen Systems wegen der fast vollständigen Bewicklung des gesamten Umfanges für jede Phase relativ klein wird. Man verbessert den Wicklungsfaktor, wenn man die . Schaltung nach Fig.I und 3 in die in Fig. 4. und 5 skizzierte umwandelt. Dazu werden (Fig. 4) aus jedem Brückenzweig eine bestimmte Anzahl Spulen, in dem gegebenen Fall eine, herausgenommen, je zwei, in denen die induzierten Spannungen gleich sind, parallel geschaltet und dann in beliebiger Reihenfolge so in die Richtung E-D eingesetzt, daß sich die Spannungen des hochpoligen Systems addieren. Zweckmäßigerweise wird man der einfacheren Schaltart wegen an die beiden neuen Brückenecken die gleiche Anzahl neuer Elemente anschließen (Fig. 4 und 5). Nach dem Zeigerdiagramm (Fig. 2) wird in dem gegebenen Fall der Wicklungsfaktor von o,722 auf o,865 erhöht.The disadvantage of this circuit is that the winding factor of the low-pole System because of the almost complete wrapping of the entire perimeter for each phase becomes relatively small. You improve the winding factor if you have the. circuit according to Fig.I and 3 in that outlined in Fig. 4 and 5 converts. For this purpose (Fig. 4) a certain number of coils from each bridge branch, in the given case one, taken out, two in each case, in which the induced voltages are equal, in parallel switched and then inserted in any order in the direction E-D, that the voltages of the multi-pole system add up. Appropriately is because of the simpler switching method, the same can be used at the two new bridge corners Connect the number of new elements (Fig. 4 and 5). According to the vector diagram (Fig. 2) the winding factor is increased from o.722 to o.865 in the given case.

Eine gemeinsame m-Phasen-Wicklung ist nur für die ungeraden Polpaarzahlverhältnisse n : I möglich, die nicht durch m teilbar sind, denn nur dann wird der elektrische Phasenwinkel zwischen den m Brücken ie so erhaltenen m-Brücken-Schaltungen können für beide Polpaarzahlen. nur für ein System galvanisch gekoppelt werden und müssen für das andere elektrisch unverkettet an die 2 m Anschlüsse der Transformator-Sekundärseite angeschlossen werden (Fig. 6). Mit dem Übersetzungsverhältnis dieses Transformators kann man gleichzeitig die Anpassung der Erregerspannung an das vorhandene Netz erreichen, denn bei gemeinsamer Erregerwicklung sind bei optimaler Auslegung der Maschine die Erregerspannungen der beiden Systeme ungleich.A common m-phase winding is only possible for the odd number of pole pair ratios n: I, which are not divisible by m, because only then will the electrical phase angle between the m bridges be the m-bridge circuits thus obtained for both number of pole pairs. can only be galvanically coupled for one system and must be electrically connected to the 2 m connections on the transformer secondary side for the other (Fig. 6). With the transformation ratio of this transformer, the excitation voltage can be adapted to the existing network at the same time, because with a common excitation winding, the excitation voltages of the two systems are unequal if the machine is optimally designed.

Da bei einem Umformer der hochpolige Teil im wesentlichen nur Magnetisierungsblindleistung benötigt, kann man den Transformator klein halten, wenn man ihn an das hochpolige System anschließt und parallel zu jeder Phase einen auf Resonanz Kondensator schaltet. Außerdem kann man das Transformatorsystem auch mit Gleichstrom erregen, wenn man beachtet, daß bei Erregung mehrerer Phasen vollständig getrennte Gleichstromkreise notwendig sind.Since the high-pole part of a converter is essentially only magnetizing reactive power needed, you can keep the transformer small if you connect it to the multi-pole System connects and switches a resonance capacitor parallel to each phase. You can also excite the transformer system with direct current if you Note that when several phases are excited, completely separate DC circuits are necessary.

Wicklungstechnisch wird diese Wicklung als normale Zweischichtwicklung ausgeführt, wobei man für jeden Einzelstab der Fig. 1 und 5 eine Ein- oder Mehrlochspule einsetzt. Diese Spule kann bezüglich des niederpoligen Systems ungesehnt oder gesehnt sein. Bei Sehnung ist nur darauf zu achten, daß die Wicklungsfaktoren beider Systeme möglichst groß bleiben.In terms of winding technology, this winding is a normal two-layer winding executed, one single or multi-hole coil for each individual rod of FIGS begins. This coil can be unliked or longed with regard to the low-pole system be. In the case of tension, it is only necessary to ensure that the winding factors of both systems stay as big as possible.

Wenn es für die Auslegung der Maschine günstig ist, kann selbstverständlich die höhere Frequenz auch an der beschriebenen gemeinsamen Primärwicklung abgenommen werden, wenn die im Hauptpatent beschriebene Motorkurzschlußwicklung gleichzeitig Primär-oder Erregerwicklung des »Transformatorsystems« ist. Entsprechend kann dann bei getrenntenWicklungen die eine die Motorprimärwicklung, die andere die Transformatorsekundärwicklung sein.If it is favorable for the design of the machine, it can of course the higher frequency is also taken from the common primary winding described if the motor short-circuit winding described in the main patent simultaneously Primary or excitation winding of the "transformer system" is. Accordingly can then with separate windings, one is the motor primary winding, the other the transformer secondary winding be.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Asynchronous single armature frequency converter, the primary side of which generates the rotating fields corresponding to the number of pole pair ratio with two mutually non-influencing windings and whose secondary side consists of only one winding which, according to patent 955 447, is simultaneously the motor short-circuit and transformer secondary winding, characterized in that the m- phase primary side with an odd number of pole pair ratio not divisible by m also only consists of one winding common for the motor and transformer system. 2. Single armature frequency converter according to claim x, characterized in that each phase of the common primary winding is represented by a bridge circuit in which. each branch of the bridge consists of coils, their electrical spacing a pole pair division of the high-pole system and the width of which corresponds approximately to the pole division of the low-pole, and in which the coils of the opposite branches spatially around a pole division of the low-pole field and the bridge branches lying next to each other between the connections of the low-pole system around the Part of a pole division of this system away from each other, and also the two still free coils are connected in parallel and connected to the bridge corners provided for the high-pole connection that the voltages of this system add up (Fig. 3). 3. Single armature frequency converter according to claims x and 2, characterized in that to improve the winding factor of the low-pole system from each bridge branch a certain number of coils that are closest to the coils already outside the bridge are removed from the bridge, in pairs in parallel and the groups that arise in this way are connected in series with the remaining bridge in such a way that the voltages of the multi-pole system add up (Fig. 4 and 5). 4. Single armature frequency converter according to claims x to 3, characterized in that the separate networks are fed with bridges from their m-phase primary side. 5. A single armature frequency converter according to claims x to 4, characterized in that with m-phase primary and alternating current excitation, the multi-pole system is preferably linked magnetically via a transformer (Fig. 6) and a bridge circuit with a capacity that is tuned to resonance with this system is connected in parallel . 6. Single armature frequency converter according to claims x to 3, characterized in that the transformer system of the converter is excited with direct current. 7. Single armature frequency converter according to claims x to 6, characterized in that the motor short-circuit winding and the primary winding of the transformer system are combined to form a common winding.