DEP0050175DA

DEP0050175DA - Amplifier machine

Info

Publication number: DEP0050175DA
Authority: DE
Inventors: Marcel Boulogne-sur-Seine Touly
Original assignee: Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie, Baden
Publication date: 1950-12-14

Description

Es sind verschiedene Systeme von Verstärker-Maschinen bekannt, deren Zweck es ist, eine bestimmte Leistung , im allgemeinen Gleichstromleistung, zu erzeugen, bei welchen bei verhältnismäßig sehr kleiner Erregung eine ganz beträchtliche Verstärkung der Leistung erhalten wird. Man kennt unter anderen Kollektormaschinen mit verschiedenen Gruppen von Bürsten, von welchen einige unter sich kurzgeschlossen sind. Bei diesen Maschinen hat die Kommutation im starken Felde zu erfolgen, wodurch viele Schwierigkeiten entstehen.Various systems of amplifier machines are known, the purpose of which is to generate a certain power, generally direct current power, in which a very considerable gain in power is obtained with a relatively very small excitation. One knows among other collector machines with different groups of brushes, some of which are short-circuited among themselves. With these machines, the commutation has to take place in a strong field, which creates many difficulties.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärker-Maschine, bestehend aus einem vorteilhaft geblätterten Stator und einem gleichartigen Rotor, der eine Ankerwicklung besitzt, die einerseits zu einem Kollektor geführt und andererseits mit Anzapfungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator mindestens zwei Polpaare besitzt, von welchen mindestens ein Polpaar eine Erregerwicklung trägt und dass die Anzapfungen der Ankerwicklung an ein Netzwerk angeschlossen sind, welches ein im Raum feststehendes Magnetfeld erzeugt, dessen Axe mit der Axe des jeweils nicht erregten Polpaares des Stators zusammenfällt.The present invention relates to an amplifier machine, consisting of an advantageously peeled stator and a similar rotor which has an armature winding, which on the one hand leads to a collector and on the other hand is provided with taps, characterized in that the stator has at least two pairs of poles, of which at least one pole pair carries an excitation winding and that the taps of the armature winding are connected to a network which generates a fixed magnetic field in space, the axis of which coincides with the axis of the respective non-excited pole pair of the stator.

In der zeichnung erläutert die Fig. 1 bis 4 das Verständnis des Prinzips der Erfindung und zeigen Ausführungsmöglichkeiten für den Bau einer solchen Maschine in schematischer Darstellung.In the drawing, FIGS. 1 to 4 explain the understanding of the principle of the invention and show possible embodiments for the construction of such a machine in a schematic representation.

In Fig. 1 ist mit 1 ein vorteilhaft geblätterter Stator bezeichnet, der vier Pole 2, 3, 4, 5 besitzt, von welchen nur zwei Pole 2, 4 bewickelt sind. Die Erregerwicklung 51 und die Kompensationswicklung 52 sind je zur Hälfte auf die beiden Pole 2, 4 verteilt. In der Figur ist die Kompensationswicklung in Reihe mit dem Ausgangs- bzw. Verbraucherkreis 50 der Maschine geschaltet.In Fig. 1, 1 denotes an advantageously peeled stator, which has four poles 2, 3, 4, 5, of which only two poles 2, 4 are wound. The excitation winding 51 and the compensation winding 52 are each distributed half on the two poles 2, 4. In the figure, the compensation winding is connected in series with the output or consumer circuit 50 of the machine.

Im Interesse der Klarheit der zeichnung ist der Rotor getrennt vom Stator dargestellt. Der Rotor ist ein Kommutierungsanker, dessen nicht dargestellter, geblätterter Magnetkern eine Wicklung 7 trägt, die an einen Kollektor angeschlossen ist, auf dem an zwei diametral gegenüber liegenden Punkten die Bürsten 8, 9 schleifen.For the sake of clarity of the drawing, the rotor is shown separate from the stator. The rotor is a commutation armature whose peeled magnetic core (not shown) carries a winding 7 which is connected to a collector on which the brushes 8, 9 slide at two diametrically opposite points.

Auf der Achse der Maschine sind noch drei Schleifringe 10, 11, 12 angeordnet, die einerseits an drei Punkten unter sich gleichen Abstandes mit der Wicklung 7 und andererseits an ein System von drei Kondensatoren 13 angeschlossen und die mit Hilfe der Schleifbürsten 14, 15, 16 in Dreieck geschaltet sind, welche auf den Schleifringen schleifen. Die Maschine kann mechanisch durch Riemen oder direkt durch einen Elektromotor angetrieben sein.On the axis of the machine three slip rings 10, 11, 12 are arranged, which are connected on the one hand to three points with the same distance from the winding 7 and on the other hand to a system of three capacitors 13 and which are connected with the aid of the grinding brushes 14, 15, 16 in triangle are connected, which slide on the slip rings. The machine can be driven mechanically by belts or directly by an electric motor.

Nimmt man an, dass die Maschine in Betrieb und die Erregerwicklung 51 auf den Polen 2, 4 erregt ist, dann wird im Anker eine EMK induziert und an den Schleifringen eine Wechselspannung auftreten. Da der Stromkreis über die Kondensatoren geschlossen ist, arbeitet die Maschine als ein kleiner Wechselstromerzeuger, der auf die Kondensatoren arbeitet, und dessen innere Impedanz Z(exp)2 = R(exp)2 + L(exp)2W(exp)2 ist, worin R den zwischen den Bürsten des Motors gemessenen Ohmschen Widerstand, L die Selbstinduktion und W die Kreisfrequenz bedeuten.Assuming that the machine is in operation and the field winding 51 is excited on poles 2, 4, then an EMF is induced in the armature and an alternating voltage occurs on the slip rings. Since the circuit is closed via the capacitors, the machine works as a small alternator that works on the capacitors, and its internal impedance is Z (exp) 2 = R (exp) 2 + L (exp) 2W (exp) 2, where R is the ohmic resistance measured between the brushes of the motor, L is the self-induction and W is the angular frequency.

Sind die Bedingungen der Resonanz von Kapazität und Induktivität erfüllt, dann ist der Strom <Formel> sehr groß und in Phase mit der Spannung, sowie dem Erregerfluss gegenüber um <Formel> in der Phase nacheilend. Daraus folgt, dass die magnetomotorische Kraft ihr Maximum in der Axe der unbewickelten Pole 3, 5 annimmt, wobei die magnetomotorische Kraft von der Ankerrückwirkung herrührt und im Raum feststeht. Über die Pole 3, 5 kann sich nun ein resultierender magnetischer Fluss schließen, der als der Hauptfluss bezeichnet wird. Die Maschine darf von jetzt an als Gleichstrommaschine betrachtet werden, welche einen Induktionsfluss über die Pole 3, 5 besitzt, und bei welcher Spannung an den Bürsten 8, 9 abgenommen werden kann.If the conditions of the resonance of capacitance and inductance are fulfilled, then the current <Formula> is very large and in phase with the voltage, as well as lagging behind the excitation flux by <Formula> in phase. It follows from this that the magnetomotive force assumes its maximum in the axis of the unwound poles 3, 5, the magnetomotive force resulting from the armature reaction and being fixed in space. A resulting magnetic flux, which is referred to as the main flux, can now close via the poles 3, 5. From now on, the machine can be viewed as a direct current machine, which has an induction flow across poles 3, 5, and at which voltage can be picked up on the brushes 8, 9.

Die Ankerrückwirkung erzeugt zufolge des Gleichstromes einen Fluss über die Pole 2, 4. Dieser Fluss, der für die Wirkung der Anordnung sehr störend ist, kann ganz oder teilweise durch die in Fig. 1 gezeigte Kompensationswicklung 52 kompensiert werden, welche in Serie mit dem Ausgangskreis 50 der Maschine geschaltet ist.Due to the direct current, the armature reaction generates a flow via the poles 2, 4. This flow, which is very disruptive to the effect of the arrangement, can flow through completely or partially the compensation winding 52 shown in FIG. 1, which is connected in series with the output circuit 50 of the machine.

Da bei der Einrichtung ein glatter Stator und eine Induktionswicklung vorhanden ist, welche einen angenähert sinusförmigen Fluss liefert, wobei nur sinusförmige Spannungen erzeugt werden, und da ferner die Erregerwicklung 51 und die Kompensationswicklung 52 zu gleichen Teilen auf die Pole 2, 4 verteilt sind, entsteht im Magnetkreis nur ein einziger Fluss unter dem Einfluss der Resultierenden der Ampérewindungen der Wicklungen der Erregung und der Kompensation, sowie der Ankerrückwirkung.Since the device has a smooth stator and an induction winding, which supplies an approximately sinusoidal flux, with only sinusoidal voltages being generated, and since the excitation winding 51 and the compensation winding 52 are distributed equally over the poles 2, 4 in the magnetic circuit only a single flux under the influence of the resultant of the ampere turns of the windings of the excitation and the compensation, as well as the armature reaction.

Für den Fall, dass die Drehzahl der Maschine nicht genügend konstant gehalten werden kann, kann die Gruppe der Kondensatoren 13 mit unterschiedlichen Werten ausgeführt oder durch einen zusammengesetzten Kreis ersetzt werden, der dem Schema des bekannten Bandfilters entspricht und die Verbreitung der Resonanzkurve ohne die Verwendung von Widerstand ermöglicht, welcher die Empfindlichkeit des Systems stören würde. Beispielsweise zeigt Fig. 2 den Ersatz jeder Kapazität der Gruppe 13 durch zwei Kapazitäten 17, 18 von kleinerem Wert, wobei jede der letzteren mit kleinen Drosseln 19, 20 in Serie verbunden ist. Da die Kapazitäten und die Drosseln auf verschiedenen Frequenzen einreguliert werden, erhält die Resonanzkurve eine doppelte Resonanz.In the event that the speed of the machine cannot be kept constant enough, the group of capacitors 13 can be made with different values or replaced by a composite circuit that corresponds to the scheme of the known band filter and the spread of the resonance curve without the use of Resistance allows, which would disturb the sensitivity of the system. For example, FIG. 2 shows the replacement of each capacitance of the group 13 by two capacitances 17, 18 of smaller value, each of the latter being connected in series to small chokes 19, 20. Since the capacitances and the chokes are regulated at different frequencies, the resonance curve receives a double resonance.

Ohne Abweichung vom Prinzip der Erfindung können mehrpolige Maschinen verwendet werden, welche eine größereWithout deviating from the principle of the invention, multi-pole machines can be used which have a larger one

Anzahl Bürstenpaare aufweisen. Der Kurzschluss auf der Wechselstromseite, erzeugt durch die Kondensatoren, kann sich auch hier als einphasiger Strom über zwei Bürsten ausbilden. Aber in diesem Fall ist der Gleichspannung eine Wechselspannung doppelter Frequenz überlagert. Es können auch andere Mehrphasensysteme ebensogut angewendet werden.Have number of pairs of brushes. The short circuit on the alternating current side, generated by the capacitors, can also develop here as a single-phase current via two brushes. But in this case an alternating voltage of double frequency is superimposed on the direct voltage. Other multiphase systems can be used as well.

Nicht verhindert offenbar die Einfügung der Kondensatoren 13 in dem rotierenden Teil der Maschine, wodurch die Bürsten 10, 11, 12 weggelassen werden können. Man kann auch die Kondensatoren mittels Transformatoren in den Hauptkreis einschalten, welche die Spannung derart erhöhen, dass eine bessere Ausnutzung der Teile möglich ist. Man kann die Kondensatoren auch durch gleichwertige Glieder ersetzen. Entsprechend der üblichen Technik können auch Kommutierungspole vorgesehen werden, und ihre Wicklungen können in Serie mit dem verstärkten Gleichstrom geschaltet werden.It does not appear to prevent the insertion of the capacitors 13 in the rotating part of the machine, whereby the brushes 10, 11, 12 can be omitted. You can also switch the capacitors into the main circuit by means of transformers, which increase the voltage in such a way that better utilization of the parts is possible. The capacitors can also be replaced by equivalent elements. According to the usual technique, commutation poles can also be provided and their windings can be connected in series with the amplified direct current.

Die primäre Erregerwicklung kann aus mehreren Wicklungen bestehen, die eine Differentialwirkung ermöglichen. Es können ferner die aus der Verstärkertechnik bekannten sogenannten Rückkopplungsschaltung in Anwendung kommen.The primary excitation winding can consist of several windings that allow a differential action. The so-called feedback circuit known from amplifier technology can also be used.

In Fig. 3 ist eine Verstärkermaschine dargestellt, die eine Gruppe von drei primären Erregerwicklungen 21, 22, 23 besitzt. Der Rotor 24 trägt eine Wicklung, welche mit Hilfe der Kondensatoren 25, 26 kurzgeschlossen und zweiphasig geschaltet ist. Die Kompensationswicklung ist mit 27 bezeichnet. Die zu verstärkende, äußere Stromquelle auf der Eingangsseite der Verstärkermaschine wirkt auf die Wicklung 21, während die Wicklung 22 unter der Wirkung eines konstanten Stromes steht.3 shows an amplifier machine which has a group of three primary excitation windings 21, 22, 23. The rotor 24 carries a winding which is short-circuited and switched in two phases with the aid of the capacitors 25, 26. The compensation winding is denoted by 27. The external current source to be amplified on the input side of the amplifier machine acts on the winding 21, while the winding 22 is under the effect of a constant current.

Die Wicklung 22 erzeugt einen Fluss entgegengesetzter Richtung wie die Wicklung 21. Die Wicklung 23 führt einen durch die verstärkte Spannung bestimmten Gegenstrom. Mit 28 ist ein Gleichrichter bezeichnet, der bei den in der Zeichnung angegebenen Polaritäten den totalen Strom durchlässt. Die Gegenwirkung ist dann total, wenn der Sinn der Wicklung 23 entsprechend gewählt ist, dann verstärkt das System nicht oder nur schwach. Dies ist der Fall, wenn der Fluss der Wicklung 21 geringer als derjenige der Wicklung 22 ist. Sobald indessen der Fuß der Wicklung 21 größer ist als der Wert der von 22 gegebenen Kompensation, dann wird die Polarität an den Klemmen des Ausgangskreises 50 sich umkehren, der Gleichrichter 28 gibt den Stromdurchgang frei und die Verstärkung ist total. Die dem Gleichrichter 28 parallel geschaltete Kapazität 29 drückt der Kompensationswicklung 23 eine stabilisierende Spannung auf. Man erhält dann eine Verstärker-Charakteristik mit einem scharfen Knick für einen gewissen Wert des in der Wicklung 21 fließenden Stromes.The winding 22 generates a flux in the opposite direction as the winding 21. The winding 23 carries a countercurrent determined by the increased voltage. With a rectifier 28 is designated, which lets through the total current with the polarities indicated in the drawing. The counteraction is then total, if the sense of the winding 23 is chosen accordingly, then the system does not strengthen or only weakly. This is the case when the flux of the winding 21 is less than that of the winding 22. As soon as the base of the winding 21 is greater than the value of the compensation given by 22, then the polarity at the terminals of the output circuit 50 is reversed, the rectifier 28 enables the passage of current and the gain is total. The capacitor 29 connected in parallel with the rectifier 28 applies a stabilizing voltage to the compensation winding 23. An amplifier characteristic with a sharp kink is then obtained for a certain value of the current flowing in the winding 21.

Ohne den Umfang der Erfindung zu erweitern, kann man auch in den Ausgangskreis der Maschine eine Serienwicklung einschalten, welche in der Axe der Magnetpole 3, 5 liegt, wie das beim Bau klassischer Serienmaschinen der Fall ist, und deren Fluss sich dem von der Ankerrückwirkung herrührende Fluss überlagert, der erzeugt wird, wenn die Bedingung der elektrischen Resonanz erfüllt ist.Without expanding the scope of the invention, a series winding can also be included in the output circuit of the machine, which is in the axis of the magnetic poles 3, 5, as is the case in the construction of classic series machines, and the flow of which is derived from the armature reaction Superimposed on a flux that is generated when the condition of electrical resonance is met.

Man kann auch der Verstärkermaschine eine Satz Gleichstrom-Verstärker klassischer Art mit Röhren oder gesättigten Drosseln vorschalten. Dabei ist es besonders vor- teilhaft eine Gegenwirkung der Spannung oder des Stromes einzuführen, um die Schwankungen in der Verstärkung durch die Maschine oder den Vorverstärker zu verringern.The amplifier machine can also be preceded by a set of classic DC amplifiers with tubes or saturated chokes. It is particularly partly to introduce a counteraction of the voltage or the current in order to reduce the fluctuations in the amplification by the machine or the preamplifier.

Fig. 4 zeigt als Beispiel das Schema einer Verstärkermaschine mit einem vorgeschalteten Röhrenverstärker. Der Rotor 30 der Verstärkermaschine ist durch die Kapazitäten 31, 32 kurzgeschlossen. Der verstärkte Strom wird an den beiden Bürsten 33, 34 abgenommen, und nach Durchfließen der Kompensationswicklung 35 über die Leitungen 36, 37 dem Ausgangskreis 50 zugeführt. Der Erregerkreis weist die beiden Wicklungen 38, 39 auf, von welchen die erstere an eine Gleichspannungsquelle 40 angeschlossen ist. Die Wicklung 39 ist in den Anodenkreis der Verstärkerröhre 41 geschaltet. Der Anodenkreis wird ebenfalls aus der Stromquelle 40 gespeist, während eine Rückkopplung einen Widerstand 42 enthält, welcher eine Rückkopplung erzeugt, weil der mit dem Widerstand 43 gebildete Stromkreis mit den Ausgangsleitungen 36, 37 verbunden ist.As an example, FIG. 4 shows the diagram of an amplifier machine with an upstream tube amplifier. The rotor 30 of the amplifier machine is short-circuited by the capacitors 31, 32. The increased current is taken from the two brushes 33, 34 and, after flowing through the compensation winding 35, is fed to the output circuit 50 via the lines 36, 37. The excitation circuit has the two windings 38, 39, of which the former is connected to a DC voltage source 40. The winding 39 is connected to the anode circuit of the amplifier tube 41. The anode circuit is also fed from the current source 40, while a feedback contains a resistor 42, which generates a feedback because the circuit formed by the resistor 43 is connected to the output lines 36, 37.

Im Nebenschluss zum Widerstand 43 liegt ein Kondensator 46, welcher die Rückwirkung während der periodischen Schwankungen erhöht.In the shunt to the resistor 43 is a capacitor 46, which increases the reaction during the periodic fluctuations.

Die Flüsse der Wicklungen 38, 39 sind einander entgegen gerichtet, sie werden auf den Nullwert eingeregelt, wenn die Spannung des zu verstärkenden Stromes an den Klemmen 44, 45 Null ist. Ist der resultierende Fluss Null, dann ist die Spannung am Ausgang 50 der Verstärkermaschine ebenfalls Null.The fluxes of the windings 38, 39 are directed opposite to one another, they are adjusted to the zero value when the voltage of the current to be amplified at the terminals 44, 45 is zero. If the resulting flux is zero, then the voltage at the output 50 of the amplifier machine is also zero.

Legt man an die Klemmen 44, 45 eine Spannungsquelle der angegebenen Polarität, dann sind die Flüsse in den Wicklungen 38, 39 nicht mehr abgeglichen, wodurch die Verstärkermaschine erregt wird. An den Klemmen 36, 37 tritt eine Spannung mit der eingezeichneten Polarität auf. Der den Widerstand 43 und den Widerstand 42 durchfließende Strom sucht am letzteren die angegebene Polarität zu erzeugen, welche i Gitterkreis der Röhre entgegengesetzt der Spannung an den Klemmen 44, 45 ist. Die Verstärkung ist verringert, aber die Proportionalität der Spannungen auf der Eingangs- und der Ausgangsseite ist konstant.If a voltage source of the specified polarity is applied to the terminals 44, 45, the fluxes in the windings 38, 39 are no longer balanced, as a result of which the amplifier machine is excited. A voltage with the polarity shown occurs at terminals 36, 37. The current flowing through resistor 43 and resistor 42 tries to produce the specified polarity at the latter, which is opposite to the voltage at terminals 44, 45 in the grid circle of the tube. The gain is reduced, but the proportionality of the voltages on the input and output sides is constant.

Auch eine Strom-Rückwirkung kann angewendet werden, wobei der Widerstand 42 in einen zweckmäßig induktiven Nebenschluss gelegt ist, der in Serie mit dem Verbraucherkreis liegt.A current feedback can also be used, the resistor 42 being placed in an expediently inductive shunt that is in series with the consumer circuit.

Claims

1.) Amplifier machine, consisting of an advantageously peeled stator and a similar rotor, which has an armature winding which, on the one hand, leads to a collector and, on the other hand, is provided with taps, characterized in that the stator has at least two pairs of poles, of which at least one pair of poles carries an excitation winding, and that the taps of the armature winding are connected to a network which generates a fixed magnetic field in space, the axis of which coincides with the axis of each non-excited pole pair of the stator.

2.) Amplifier machine according to claim 1, in which the taps of the armature winding are guided to slip rings, characterized in that the slip rings are connected to three points with the same distance between the rotor winding and the brushes of the slip rings, which supply reactive current, as well that the stator has at least two groups of poles, of which one group carries two windings, one of these winding groups being fed by a current source on the input side serving as the primary excitation winding, while the second winding group for compensation in series with the direct current circuit on the output side connected to brushes from the collector.

3.) Amplifier machine according to claim 2, characterized in that three capacitors connected in a triangle serve as a reactive current source.

4.) Amplifier machine according to claim 3, characterized in that the capacitors are dimensioned such that there is a resonance between the internal inductance and the associated capacitor capacitance of a phase.

5.) Amplifier machine according to claim 3, characterized in that choke coils in series with the capacitors are used to prepare the resonance band, each group of choke and capacitor can be tuned to a different frequency.

6.) amplifier machine according to claim 3, characterized in that the capacitors are fed with the interposition of transformers with increased voltage.

7.) amplifier machine according to claim 3, characterized in that the capacities of the resonance circuits are built into the rotor, so that the slip rings are omitted.

8.) amplifier machine according to claim 1, characterized in that the excitation consists of several separate windings to bring about a differential effect on the flux or to create a feedback circuit or to achieve a rectified gain.

9.) amplifier machine according to claim 1, characterized in that on the non-wound magnetic poles the machine has an additional winding arranged in series with the output circuit.

10.) Amplifier machine according to claim 1, characterized in that the amplifier machine is provided with a preamplifier made of tubes or saturated chokes, a current or voltage feedback being connected between the output of the amplification machine and the input of the preamplifier.