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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 24. März 1953 Bekanntgemacht am 28. Juni 1956Registration date: March 24, 1953 Advertised on June 28, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Frequenzumformer zur Umformung eines Drehstromsystems in ein anderes höherer Frequenz und beliebiger Phasenzahl, insbesondere drei Phasen, sind bekannt als Zweimaschinensätze und als Einankerfrequenzumformer. Die letzteren haben auf der Primärseite zwei Wicklungen, die zwei Drehfelder, nämlich, ein Motor- und ein Transformatordrehfeld, erzwingen, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Ein Hauptvorteil dieser Umformer ist, daß die Sekundärseite in der Regel nur eine gemeinsame Wicklung für beide Drehfelder hat, die so ausgeführt ist, daß sie bezüglich des Motorsystems als Kurzschiußwicklung, bezüglich des, Transformatorensystems als offene Sekundäiwicklung wirkt. Dabei sind die Kupferverluste in dieser Wicklung nur so, als ob dem Strom jedes Systems der . gesamte Kupferquerschnitt zur Verfügung stehen· würde.Frequency converter for converting a three-phase system into another higher frequency and Any number of phases, especially three phases, are known as two-machine sets and as single-armature frequency converters. The latter have two windings on the primary side, the two rotating fields, namely, a motor and a transformer rotating field, force without influencing each other. A The main advantage of this converter is that the secondary side usually only has one common winding for has both rotating fields that are designed in such a way that they are short-circuit windings with regard to the motor system, acts as an open secondary winding with respect to the transformer system. Here are the copper losses in this winding just as if the current of each system of the. entire copper cross-section for Would be available.

Neben den sonstigen bekannten Verteilen des Ein- : ankerfrequenzumformers gegenüber dem Zweimaschinensatz, z. B. den geringeren Herstellungskosten und der einfacheren mechanischen Bauart, ist bei den bekannten Umformern nachteilig, daß sich ihr PoI-päarzahlverhältnis auf 2 : 1 und damit auch auf das Frequehzverhältnis 3 : 1 beschränkt.In addition to the other known distributions of the one: armature frequency converter compared to the two-machine set, z. B. the lower manufacturing costs and the simpler mechanical design is disadvantageous in the known converters that their pole-pair ratio limited to 2: 1 and thus also to the frequency ratio 3: 1.

Bekannt sind bereits synchrone Einankerfrequenzumfoimer, bei welchen auf der Primärseite die demSynchronous single-anchor frequency converters are already known, in which on the primary side the dem

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Polpaarzahlverhältnis entsprechenden Drehfelder mit zwei sich gegenseitig nicht beeinflussenden Wicklungen erzeugt werden,- während die Sekundärseite nur eine einzige als Motoranlaufwicklung dienende Wicklung besitzt. Diese synchronen Umformer haben aber nur eine verhältnismäßig sehr geringe Leistung und sind bezüglich Modellausnutzung, maximaler Leistung und Betriebsverhalten dem asynchronen Einankerfrequenzumformer weit unterlegen.Corresponding rotating fields with two mutually non-influencing windings - while the secondary side only has a single winding serving as a motor start-up winding owns. However, these synchronous converters only have a relatively very low output and are the asynchronous single-armature frequency converter with regard to model utilization, maximum performance and operating behavior far inferior.

ίο Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein asynchroner Einankerfrequenzumformer, 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, und dessen besonderes Kennzeichen darin besteht, daß für ein beliebiges Polpaarzahlverhältnis in der gemeinsamen Sekundärwicklung eine bestimmte Anzahl Spulen, in denen bezüglich des Transformatorsystems nach Betrag und Phase gleiche , Spannungen induziert werden, so zu einem Grundelement parallel geschaltet werden, daß dieses als Kurzschlußwicklung für das Motorsystem wirkt.ίο The subject of the invention is a asynchronous single armature frequency converter, the primary side of which corresponds to the pole pair ratio Rotating fields generated with two mutually non-influencing windings, while the secondary side consists of only one winding, the motor short-circuit · ■ and transformer secondary winding is, and its special characteristic is that for any number of pole pair ratio in the common secondary winding a certain number of coils, in those relating to the transformer system equal in magnitude and phase, voltages are induced, thus becoming a basic element be connected in parallel so that this acts as a short-circuit winding for the motor system.

Diese Anordnung ermöglicht zunächst Einankerfrequenzumformer für' alle ganzzahligen Polpaarzahlverhältnisse η: ι. Schaltet man erfindungsgemäß η Spulen parallel, deren gegenseitiger, auf das zweipolige System bezogener elektrischer Abstand ——This arrangement initially enables a single armature frequency converter for 'all integer pole pair ratios η : ι. If, according to the invention, η coils are connected in parallel, their mutual electrical distance based on the two-pole system ——

und deren Spulenweite ungefähr einer Polteilung entspricht, so wirkt diese Schaltung, wie durch eine . einfache Rechnung nachgewiesen werden kann, für das mehrpolige System als Kurzschlußwicklung.and whose coil width corresponds approximately to a pole pitch, this circuit acts as if by a . simple calculation can be demonstrated for the multi-pole system as a short-circuit winding.

Bezüglich des hochpoligen Systems sind die in jeder Spule der Parallelschaltung induzierten Spannungen nach Betrag und Phase gleich und wirken deshalb mit der in den Einzelspulen induzierten Spannung und Frequenz auf den B elastungsaußenwiderstand.With regard to the multi-pole system, these are the voltages induced in each coil of the parallel circuit The same amount and phase and therefore act with the voltage induced in the individual coils and frequency on the external load resistance.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, welche Schaltbilder und die räumliche Anordnung' der Spulen an einigen Ausführungsbeispielen zeigt.The essence of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which circuit diagrams and shows the spatial arrangement of the coils in some exemplary embodiments.

Fig. ι zeigt z. B. das Prinzipschaltbild einer Ein-Fig. Ι shows z. B. the basic circuit diagram of an

4-5 schichtwicklung für eine Phase des Sekundärteils bei einem Polpaarzahlverhältnis 5 : 1 mit den » = fünf Einzelspulen 1 bis 5. Dazu ist in4-5 layer winding for one phase of the secondary part a pole pair ratio of 5: 1 with the »= five individual coils 1 to 5. For this purpose, in

Fig. 2, wenn das niederpolige System zweipolig ist, die räumliche Anordnung der fünf Spulen gezeigt.Fig. 2, when the low-pole system is two-pole, the spatial arrangement of the five coils is shown.

Eine solche Spulengruppe ist das Grundelement einer Phase des Sekundärsystems.Such a coil group is the basic element of one phase of the secondary system.

Die Anzahl der erreichbaren Grundelemente hängt von der Wicklungsausführung ab, denn man kann die Wicklung sowohl als Ein- wie auch als Zweischichtwicklung ausführen oder die Polpaarzahl des niederpoligen Systems größer als eins wählen. Je nachdem, wie es für die Maschinenauslegung erforderlich ist, werden nun die einzelnen Elemente in Serie oder parallel geschaltet.The number of basic elements that can be achieved depends on the winding design, because the Execute the winding as a single- as well as a two-layer winding or the number of pole pairs of the low-pole Choose a system greater than one. Depending on how it is required for the machine design, the individual elements are now connected in series or in parallel.

Ist die Polpaarzahl des niederpoligen Systems größer als eins, so ist es aus schaltungstechnischen Gründen manchmal. günstiger, Einzelspulen, die unter verschiedenen Polen dieses Systems sind, in einer Spulengruppe parallel zu schalten. Dies ist ohne weiteres zulässig, wenn man den elektrischen Wicklungswinkel zwischen diesen Spulen einhält.If the number of pole pairs in the low-pole system is greater than one, it is for circuit reasons sometimes. cheaper, single coils, which are under different poles of this system, in a coil group to connect in parallel. This is easily permissible given the electrical winding angle between these coils.

Da es sich wicklungstechnisch bei der Schaltung der einzelnen Spulen nur um eine Serien- oder Parallelschaltung handelt, hat man nun eine Wicklung, die in der Wickelei wie jede normale Läuferwicklung angefertigt wird. . ■ . .Because in terms of winding technology, the connection of the individual coils is only a series or parallel connection you now have a winding that is made in the winding shop like any normal rotor winding will. . ■. .

Man kann die möglichen Polpaarzahlverhältnisse auch auf gebrochene erweitern. Für die gemeinsame Sekundärwicklung muß dann die Nutzahl pro Pol und Phase für beide Systeme ganzzahlig sein. Schaltet man dann die der Polpaarzahl für das frei zu wählende Transformatorsystem entsprechende Anzahl Einlochspulen, die unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben, parallel, so ist diese Schaltung wiederum eine Kurzschlußwicklung für das andere System. Abweichend vom ganzzahligen Polpaarzahlverhältnis ist noch, daß man die der Nutzahl pro Pol und Phase des Transformatorsystems entsprechende Anzahl von Grundelementen, die aus Einlochspulen bestehen, wie bei jeder Mehrlochspule in Serie schalten muß.The possible number of pole pair ratios can also be extended to broken ones. For the common Secondary winding, the number of slots per pole and phase must then be an integer for both systems. One switches then the number of single-hole coils corresponding to the number of pole pairs for the freely selectable transformer system, which have the same electrical position among the associated pole pairs, parallel, then this circuit is again a short-circuit winding for the other system. Deviating from the integer number of pole pair ratio is still, that one corresponds to the number of slots per pole and phase of the transformer system Number of basic elements that consist of single-hole reels, as in any multi-hole reel in Must switch series.

In Fig. 3 ist zur Erläuterung für ein Polpaarzahlverhältnis 2 : 3 für eine vierpolige Kurzschluß- und sechspolige Transformatorsekundärwicklung das Ersatzschaltbild gezeichnet. Durch die Ausführung als Zweischichtwicklung erhält man zwei Spulengruppen, die aus 2x3 Spulen bestehen und den vorher beschriebenen Forderungen genügen. Diese beiden Spulengruppen kann man in Serie oder parallel schalten.In Fig. 3 is for explanation of a pole pair ratio 2: 3 for a four-pole short-circuit and six-pole transformer secondary winding drawn the equivalent circuit diagram. By running as Two-layer winding results in two groups of coils, which consist of 2x3 coils and those previously described Requirements are sufficient. These two groups of coils can be used in series or in parallel switch.

Fig. 3 zeigt eine Parallelschaltung. Dazu sind inFig. 3 shows a parallel connection. To do this, in

Fig. 4 für eine Nutzahl von q = 2 für das sechspolige System und q = 3 für das vierpolige System die Spulen in ihrer räumlichen Anordnung gezeichnet. Bei den Spulen mit negativen Vorzeichen in Fig. 3 müssen Spulenanfänge und -enden bei der Schaltung vertauscht werden.4 for a number of slots of q = 2 for the six-pole system and q = 3 for the four-pole system, the coils are drawn in their spatial arrangement. In the case of the coils with a negative sign in FIG. 3, coil beginnings and ends must be interchanged when switching.

Primärseitig hat der Einankerfrequenzumformer getrennte Wicklungen. Damit diese sich gegenseitig nicht beeinflussen, werden bei ganzzahligen Polpaar-Zahlverhältnissen für das hochpolige System η Spulen, ■ die bezüglich dem niederpoligen System um denThe single armature frequency converter has separate windings on the primary side. So that these do not influence each other, in the case of integer pole pair ratios for the high-pole system η coils, ■ those with respect to the low-pole system around the

elektrischen Wicklungswinkel —— gegeneinander verdreht sind, in Serie geschaltet. Die Wicklung für das hochpolige System kann dabei Ein- oder Zweischichtwicklung und dabei gesehnt oder, ungesehnt sein. Für das niederpolige System wird bei ungeradzahligemelectrical winding angle —— twisted against each other are connected in series. The winding for the multi-pole system can be one or two-layer winding and be longed for or not longed for. For the low-pole system, the odd number

Polpaarzahlverhältnis die Primärwicklung als Pole pair ratio the primary winding as

gesehnte Zweischichtwicklung ausgeführt. Diese wird von den »-ten Oberwellen nicht induziert. Bei geradzahligem Polpaarzahlverhältnis genügt für dieses System eine ungesehnte Ein- oder Zweischichtwicklung, denn in Durchmesserspulen werden von den Oberwellen mit gerader Ordnungszahl keine Spannungen induziert. · ■ ■ ·-' "■·""· Ist das Polpaarzahlverhältnis gebrochen, so beeinflussen sich die beiden Systeme gegenseitig schon dann nicht, wenn man bei Einschichtwicklung die Einzelspulen jedes Systems in Serie und bei Zwei-Longed two-layer winding executed. This is not induced by the »th harmonics. With an even number Pole pair ratio is sufficient for this system an unneeded one or two-layer winding, because in diameter coils there are no voltages from the harmonics with an even ordinal number induced. · ■ ■ · - '"■ ·" "· If the number of pole pair ratio is broken, influence The two systems do not mutually support each other if, with single-layer winding, the Individual coils of each system in series and with two

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B 24900 VIIIb/21 d² B 24900 VIIIb / 21 d ²

schichtwicklung höchstens zwei Gruppen parallel schaltet, wobei die in Serie geschalteten Einzelspulen jeder Gruppe unter den zugehörigen Polpaaren dieselbe elektrische Stellung haben. Die Einzelspulen können nun so gesehnt werden, daß die Oberwellen jedes Einzelsystems unterdrückt werden. Eine Anpassung der Sehnung an das Gegensystem ist nicht not wendig.layer winding switches at most two groups in parallel, with the individual coils connected in series each group under the associated pole pairs the same have electrical position. The individual coils can now be strung so that the harmonics of each Single system are suppressed. An adaptation of the longing to the negative system is not necessary agile.

Ist das Polpaarzahlverhältnis gerade oder gebrochen, so tritt durch die Überlagerung der beiden Felder ein einseitiger magnetischer Zug auf, der Anlaß zu magnetischen Geräuschen geben kann. Man wird deshalb die Einankerfrequenzumformer vorzugsweise für ungeradzahlige Polpaarzahl Verhältnisse bauen.If the ratio of the number of pole pairs is even or broken, this occurs due to the overlapping of the two fields unilateral magnetic pull, which can give rise to magnetic noises. One will therefore The single-armature frequency converters should preferably be built for odd-numbered pole pair ratios.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Asynchronous single armature frequency converter, the primary side of which corresponds to the number of pole pair ratio corresponding rotating fields generated with two mutually non-influencing windings, while the secondary side consists of only one winding, the motor short-circuit and at the same time Transformer secondary winding is characterized in that for any number of pole pair ratio in the common secondary winding a certain number of coils in which with respect to of the transformer system in terms of magnitude and phase equal voltages are induced, so to one Basic element are connected in parallel that this is used as a short-circuit winding for the motor system works.

2. A single armature frequency converter according to claim 1, characterized in that for any integer number of pole pair ratio η : ι η coils per phase, the mutual electrical winding

angle

in terms of

of the engine system

is to

are connected in parallel to a basic element.

3. Single armature frequency converter according to claim 1 and 2, characterized in that the of the Possible number of basic elements in series or parallel or mixed depending on the winding design are connected in series and in parallel.

4. A single armature frequency converter according to claim 1, characterized in that for any broken number of pole pair ratio η: m the number of slots of the secondary winding per pole and phase for both systems is an integer and the number of single-hole coils corresponding to the number of pole pairs of the transformer system, the same electrical position among the associated pole pairs have, parallel to a basic element and the number of basic elements corresponding to the number of slots per pole and phase are connected in series.

5. single armature frequency converter according to claim i, 2 and 3, characterized in that with an integer pole pair ratio for the primary winding of the high-pole system η coils, which with respect to the low-pole system around the

electrical winding angle

against each other

are twisted, are connected in series.

6. Single armature frequency converter according to claim 1, 2, 3 and 5, characterized in that with an odd number of pole pair ratio the primary

development of the low-pole system as ———

Longed two-layer winding is carried out.

7. Single armature frequency converter according to claim 1,

2, 3 and 5, characterized in that with an even pole pair ratio, the primary winding of the low-pole system is designed as an unwanted single- or double-layer winding.

8. single armature frequency converter according to claim 1, and 4, characterized in that when broken Pole pair ratio, if the primary windings are single-layer, in each System, all individual coils are connected in series.

9. Single armature frequency converter according to claim 1,

4 and 8, characterized in that when the number of pole pair ratio is broken, the primary winding one or both systems is a two-layer winding with all coils in Series or at most two groups are connected in parallel, with the series connected coils each group under the associated pole pairs have the same electrical position.

10. Single armature frequency converter according to claim i, 2, 3, 5 and 6, characterized in that preferably an odd number of pole pairs ratio is selected.

Considered publications:
German patent specification No. 571 048.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings