DE965649C

DE965649C - Device to improve the commutation of reversible pole-less DC machines

Info

Publication number: DE965649C
Application number: DEA19264A
Authority: DE
Inventors: Hermann Kocher
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1953-11-20
Filing date: 1953-12-03
Publication date: 1957-06-13

Description

Einrichtung zur Verbesserung der Kommutierung wendepolloser Gleichstrommaschinen Bei Gleichstrommaschinen großer Leistung ist es bekannt, die Kommutierung in der Weise zu verbessern, daß besondere Dämpferstäbe oben und unten in die Ankernuten eingelegt und zu beiden Seiten des Eisens miteinander verbunden werden. Die Wirkung dieser Anordnung beruht darauf, daß infolge der Dämpferstäbe die Nutenleitfähigkeit und damit die Reaktanzspannung der Maschine verkleinert wird. Mit dieser Maßnahme soll eine Steigerung der Leistungsfähigkeit bei Grenzmaschinen bis zu 5o% möglich sein.Device to improve the commutation of reversible pole-less DC machines In DC machines with high performance, it is known that the commutation in the Way to improve that special damper rods at the top and bottom of the anchor grooves inserted and connected to each other on both sides of the iron. The effect This arrangement is based on the fact that the groove conductivity as a result of the damper rods and thus the reactance voltage of the machine is reduced. With this measure it should be possible to increase the performance of limit machines by up to 5o% be.

Der Zweck der Erfindung ist nunmehr, bei Gleichstrommaschinen diese Nutenleitfähigkeit nicht nur zu verkleinern, sondern sie in ihrer Wirkung insgesamt aufzuheben, mit anderen Worten, die Reaktanzspannung auf Null zu bringen, so daß die sonst üblichen Wendepole weggelassen werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in den Nuten Kompensationsstäbe untergebracht werden, denen ein nur während der Kommutierungszeit wirkender Strom so aufgedrückt wird, daß die in den kommutierenden Stäben der Ankerwicklung fließenden Ströme aufgehoben werden.The purpose of the invention is now, in the case of DC machines, this Not only to reduce slot conductivity, but also to reduce its overall effect cancel, in other words, bring the reactance voltage to zero so that the otherwise usual reversing poles can be omitted. According to the invention this is achieved by accommodating compensation rods in the grooves, to which a current that only acts during the commutation time is impressed, that the currents flowing in the commutating bars of the armature winding are canceled will.

An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert, und zwar ist in Fig. I als Ausführungsbeispiel die Anordnung der Ankerwicklung mit den Dämpferstäben bei einer Gleichstrommaschine schematisch dargestellt, während die Fig. 2 und 3 Querschnitte durch eine Ankernut zeigen; Fig. I a zeigt den Verlauf des Nutengegenfeldes f und des resultierenden Nutenstreufeldes F.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, namely is in Fig. I as an embodiment, the arrangement of the armature winding with the damper rods shown schematically in a DC machine, while the Fig. Figures 2 and 3 show cross-sections through an anchor groove; Fig. I a shows the course of the Groove opposing field f and the resulting groove stray field F.

Die Wicklungselemente der Ankerwicklung sind mit I und 2 bezeichnet, während K der Kollektor mit den Bürsten B ist. Dem Ausführungsbeispiel ist eine Wicklung zugrunde gelegt mit einer einzigen Kollektorlamelle je Nut, also mit total zwei Ankerleitern je Nut, und diese Leiter I und 2 sind normalerweise so angeordnet, wie die Fig. 2 zeigt. Entsprechend der eingezeichneten Lage der Bürsten B in der Fig. I liegen die Spulenelemente I und 2 gerade im Kurzschluß, d. h., sie befinden sich in der Kommutierung. Unter der Voraussetzung, daß die Ankerwicklung .eine Durchmesserwicklung sei, treten die beiden Spulen I und 2 zu gleicher Zeit in den Kurzschluß ein und aus ihm aus, so daß die Form des resultierenden Nutenstreufeldes (Kommutierungsfeldes) eine Form entsprechend dem Linienzug F (Fig. Ia) aufweist. Außer den Ankerstäben der Spulen I :und z enthält jede Nut noch einen Kompensationsstab 3, der z. B. unten in der Nut liegt, wie aus der Fig. 2 hervorgeht. Diese Kompensationsstäbe sind auf der einen Seite des Eisens durch einen umlaufenden Kurzschlußring a (Fig. I) miteinander verbunden, während sie auf der anderen Seite des Eisens zu den Lamellen eines Hilfskollektors k geführt werden. Dieser ist mit Hilfsbürsten b bestückt. Auf den Umfang bezogen ist ihre Anzahl, d. h. ihre Teilung, die gleiche wie beim Hauptkollektor K.The winding elements of the armature winding are labeled I and 2, while K is the collector with brushes B. The embodiment is one Winding based on a single collector lamella per slot, i.e. with a total two anchor conductors per slot, and these conductors I and 2 are usually arranged in such a way as Fig. 2 shows. According to the position of the brushes B in the Fig. I the coil elements I and 2 are just short-circuited, i. i.e., they are located in commutation. Provided that the armature winding has a diameter winding the two coils I and 2 enter the short circuit at the same time and from it, so that the shape of the resulting slot field (commutation field) has a shape corresponding to the line F (Fig. Ia). Except for the anchor rods the coils I: and z, each groove still contains a compensation rod 3, the z. B. below lies in the groove, as can be seen from FIG. These compensation bars are on one side of the iron by a circumferential short-circuit ring a (Fig. I) with each other connected, while on the other side of the iron to the lamellae of an auxiliary collector k be performed. This is equipped with auxiliary brushes b. Based on the scope is their number, d. H. their division, the same as that of the main collector K.

Mit dieser Anordnung läßt sich nun folgende Wirkung erzielen: Schickt man in die Hilfsbürsten b der einen Polarität Strom - es kann Strom aus einer fremden Stromquelle sein oder der eigene Maschinenstrom -, der aus den Bürsten b der anderen Polarität wieder -austritt, so wird in jeder der kurzgeschlossenen Kompensationswindungen 3 in einer Fahne. bzw. im zugehörigen Kompensationsstab der aufgedrückte Strom vom Maximalwert auf Null abnehmen, während in der -anderen Fahne bzw. Kompensationsstab der Strom in gleichem Maß vom Null- bis zum Maximalwert zunimmt. Innerhalb der Schleife 3 findet also eine Flußänderung statt,, und diese kann in der Größe und Richtung. so gewählt werden, daß sie die Flußänderung der kommutierenden Wicklungselemente I und 2 der Ankerwicklung -während des Kommutierungsvorgangs aufhebt. Wenn im angenommenen Beispiel der Fig. I - wo das Kommutierungsfeld, wie erwähnt, die Form eines Rechteckes besitzt -die Breite der Hilfsbürsten b gleich jener der Hauptbürsten B gewählt wird, so wird das kompensierende Nutengegenfeld nicht nur in der Größe, sondern auch in der Form gleich dem Kommutierungsfeld, nämlich auch ein Rechteck, entsprechend dem Linienzug f (Fig. Ia). Die EMK der Selbstinduktion, mit anderen Worten die Reaktanzspannung, wird dadurch in jedem Zeitpunkt des Kommutierungsvorgangs gleich Null. Aus diesem Grund können daher die Wendepole weggelassen werden. Statt den Kompensationsstab 3 in den Nutengrund zu legen, kann er auch auf der Seite der Ankerstäbe I, 2 angeordnet werden, wie das Nutenbild der Fig. 3 zeigt. Bei dieser Anordnung ist die Kompensation des Nutenstreufeldes, das bekanntlich vom Nutengrund nach außen hin stetig zunimmt, vollkommen. Im ersten Fall (Fig.2) ist dagegen eine gewisse Überkompensation vorhanden, die aber durch eine entsprechende Schwächung des den Kompensationsstäben 3 aufgedrückten Stromes ausgeglichen werden kann.With this arrangement the following effect can now be achieved: Send one in the auxiliary brushes b of one polarity current - it can current from a strange one Be a power source or your own machine power - that comes from the brushes b of the others Polarity re-emerges, so is in each of the short-circuited compensation windings 3 in one flag. or in the associated compensation rod the current imposed by the Decrease the maximum value to zero while in the other flag or compensation rod the current increases in the same amount from zero to maximum value. Inside the loop 3 there is a change in the flow, and this can change in size and direction. be chosen so that they the change in flux of the commutating winding elements I and 2 of the armature winding -during the commutation process. If im assumed Example of Fig. I - where the commutation field, as mentioned, has the shape of a rectangle - the width of the auxiliary brushes b is chosen to be the same as that of the main brushes B, so the compensating groove opposing field is not only in size, but also in the shape is the same as the commutation field, namely also a rectangle, corresponding to the Line f (Fig. Ia). The self-induction emf, in other words the reactance voltage, becomes zero at every point in time of the commutation process. For this Therefore, the reversing poles can be omitted. Instead of the compensation rod 3 to be placed in the bottom of the groove, it can also be arranged on the side of the anchor rods I, 2 as the groove pattern in FIG. 3 shows. With this arrangement there is compensation of the groove scatter field, which, as is well known, increases steadily from the base of the groove to the outside, completely. In the first case (Fig. 2), on the other hand, there is a certain overcompensation, which, however, are pressed on by a corresponding weakening of the compensation rods 3 Stromes can be compensated.

Von der gesamten Kompensationswicklung führen nur die jeweils kurzgeschlossenen Windungen und der umlaufende Kurzschlußring a Strom. Die Stromwärmeverluste in den Kompensationsstäben sind daher sehr klein, und dementsprechend können ihre Querschnitte viel kleiner gewählt werden als diejenigen der Ankerwicklung. Zur Hauptsache kommen also nur die Verluste auf dem Hilfskollektor in Betracht. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß bei Anwendung der beschriebenen Anordnung Kommutierungsschwierigkeiten in der bisher bekannten Art nicht mehr auftreten, so daß jedenfalls auf dem Haupt- wie auch auf dem Hilfskollektor Bürsten mit kleinen Übergangsverlusten (metallhaltige Bürsten) verwendet werden können. Dadurch ist es möglich, die Stromwärmeverluste und demzufolge auch die Abmessungen beider Kollektoren beträchtlich zu reduzieren. -Statt je Nut nur einen Kompensationsstab zu verwenden, kann dieser in Teilstäbe unterteilt werden, welche in benachbarten Nuten liegen und zu in Serie geschalteten Spulen gewickelt werden können. Der auf die Kompensationswicklung aufzudrückende Strom kann dann im umgekehrten Verhältnis zur gewählten Windungszahl verkleinert werden, und dementsprechend kann der Hilfskollektor kleiner ausfallen. An Stelle des Hilfskollektors kann auch eine äquivalente Einrichtung für die Speisung der Kompensationsstäbe verwendet werden.Of the entire compensation winding, only those that are short-circuited lead Windings and the circumferential short-circuit ring a current. The electricity heat losses in the Compensation rods are therefore very small, and their cross-sections can accordingly can be chosen to be much smaller than those of the armature winding. Come to the main point so only the losses on the auxiliary collector into account. However, it must be taken into account that when using the described arrangement commutation difficulties no longer occur in the previously known manner, so that at least on the main as well as brushes on the auxiliary collector with small transition losses (metal-containing Brushes) can be used. This makes it possible to reduce the electricity heat losses and consequently also to reduce the dimensions of both collectors considerably. -Instead of using only one compensation rod per groove, this can be divided into partial rods are divided, which are in adjacent grooves and connected in series Coils can be wound. The one to be pressed onto the compensation winding Current can then be reduced in inverse proportion to the number of turns selected accordingly, the auxiliary collector can be made smaller. Instead of the auxiliary collector can also be an equivalent device for feeding the Compensation rods are used.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. I sind die Streufelder der Wickelköpfe nicht kompensiert. An der Größe der Reaktanzspannung haben diese zwar nur einen geringen Anteil. Sollen sie trotzdem mitkor; werden, so ist dies in einfacher Weise dadurch möglich, daß die Kompensationsstäbe außerhalb des Eisens entsprechend den inneren Stäben der Rotorwicklung abgekröpft, bis an das Ende der Wickelköpfe geführt und erst hier mit dem Hilfskollektor bzw. mit dem Kurzschlußring verbünden werden.In the embodiment of FIG. I, the stray fields are the winding heads not compensated. In terms of the magnitude of the reactance voltage, they only have one small proportion. Should they still take part? so this is in a simple way possible that the compensation rods outside of the iron according to the inner bars of the rotor winding bent to the end of the winding heads and only here be allied with the auxiliary collector or with the short-circuit ring.

Die optimale Anpassung des Kompensationsfeldes kann durch Veränderung des auf die Kompensationswicklung aufgedrückten Stromes, sei es durch Zusatz- oder durch Shuntstrom, genau erreicht werden.The optimal adaptation of the compensation field can be achieved by changing of the current impressed on the compensation winding, be it through additional or by shunt current, can be achieved precisely.

Dadurch, daß durch die Anwendung der beschriebenen Anordnung bei Gleichstrommaschinen die üblichen Wendepole überflüssig werden, kann die nutzbare Beaufschlagung des Ankers infolge des erzielten Raumgewinnes vergrößert werden. Der Hauptvorteil dieser Anordnung besteht aber darin, daß die Leistungen großer Maschinen, welche bekanntlich durch die Kommutierung begrenzt werden, wesentlich erhöht werden können gegenüber solchen Maschinen, die mit den bisher üblichen Dampferstäben ausgerüstet sind.By using the arrangement described in DC machines the usual reversing poles become superfluous, the usable application of the Anchors are enlarged as a result of the space gained. Of the The main advantage of this arrangement is that the performance of large machines, which are known to be limited by the commutation, are increased significantly can compared to such machines that are equipped with the hitherto customary steam rods are.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device to improve commutation Reversible pole-less DC machines, characterized by housed in the armature grooves Compensation bars to which a current that only acts during the commutation time is pressed so that the effect of the armature winding in the commutating bars flowing currents is canceled.

2. Device according to claim i, characterized in that that the compensation rods are fed via an auxiliary collector.

3. Establishment according to claim i, characterized in that the compensation rods in the groove base are arranged below the anchor rods.

4. Device according to claim i, characterized characterized in that the compensation rods laterally next to the anchor rods in the Anchor grooves are arranged.

5. Device according to claim i, characterized in that that the compensation rods in the anchor grooves are divided into partial rods, which lie in adjacent slots and are wound into series-connected coils.

6. Device according to claim i, characterized in that the compensation rods pressed current is adjustable. Publications considered: German Patent Specifications No. 225 225, 407 o83.