DE473576C

DE473576C - Electromagnet to be excited by multiphase current

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Publication number: DE473576C
Application number: DES79638D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1926-10-05
Filing date: 1927-07-05
Publication date: 1929-03-19

Description

Durch mehrphasenstrom zu erregender Elektromagnet Es ist bekannt, Elektromagnete in der Weise durch Mehrphasenstrom zu erregen, daß die von den einzelnen Phasen gespeisten Spulen je zur Erregung eines besonderen Kernes dienen, wobei diese Kerne auch magnetisch miteinander verbunden sein können. Die hierdurch erzeugten magnetischen Felder sind im Wesen voneinander unabhängig, und die Folge davon ist, daß die elektromagnetische Kraft, die von der Vereinigung dieser einphasigen Magnete ausgeht, pulsierend wirkt, weshalb derartige ;Magnete für viele Zwecke gänzlich unbrauchbar sind.Electromagnet to be excited by multiphase current It is known Electromagnets are excited by polyphase current in such a way that that of the individual Phases fed coils each serve to excite a particular core, these Cores can also be magnetically connected to one another. The resulting magnetic fields are essentially independent of one another, and the consequence of this is that the electromagnetic force produced by the union of these single-phase magnets goes out, acts pulsating, which is why such; magnets for many purposes entirely are useless.

Es wurde auch bereits eine Bauart für einen Mehrphasenelektromagneten mit einem hohlkonischen Kern vorgeschlagen, welcher mit Mehrphasenspulen derart bewickelt ist, daß die magnetischen Flüsse, die durch die einzelnen Spulen hervorgerufen werden, sich zu einem magnetischen Drehfeld zusammensetzen. Dabei liegen. die wirksamen Stromleiter in der Richtung der Erzeugenden des Hohlkegels, und die Bewicklung und der Effekt eines solchen Elektromagneten ist ,ähnlich wie frei dem Stator:eines Asynchronmotors. Der in dem konischen Hohlraum des Magnetkernes hineinzuziehende Anker wird daher nicht bloß in axialer Richtung angezogen, sondern-- auch durch die auf ihn wirkenden Kräftepaare drehend beeinflußt, wodurch auch ,ein solcher Magnet für verschiedene Zwecke unbrauchbar ist.It has also become a type of polyphase electromagnet proposed with a hollow conical core, which with multiphase coils in such a way is wound that the magnetic fluxes caused by the individual coils be put together to form a rotating magnetic field. Thereby lie. the effective ones Conductor in the direction of the generatrix of the hollow cone, and the winding and the effect of such an electromagnet is similar to that of a free stator: one Asynchronous motor. The one to be drawn into the conical cavity of the magnetic core The anchor is therefore not only tightened in the axial direction, but also through influences the pairs of forces acting on him in a rotating manner, which also means such a thing Magnet is unusable for various purposes.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nun bei einem Mehrphasenelektromagnetendie an die einzelnen Phasen angeschlossenen, in einer Ebene einander umschließenden oder in verschiedenen parallelen Ebenen auf der Mantelfläche :eines Zylinders, Prismas, Kegels:, einer Pyramide o. dgl. liegenden Stromleiter oder Spulen an das Mehrphasennetz so angeschlosäen, daß j e ein. zu einer Phase gehöriger Stromleiter bzw. je, eine Spule im :entgegengesetzten Sinne an die Phase angeschlossen bzw. gewickelt ist wie die beiden benachbarten; zu anderen Phasen gehörigen Stromleiter oder Spulen.According to the present invention, in a multi-phase electromagnet, the conductors or coils connected to the multi-phase network, which are connected to the individual phases, surround each other in one plane or in different parallel planes on the lateral surface: a cylinder, prism, cone, a pyramid or the like so connected that ever one. current conductor belonging to a phase or, respectively , a coil in: opposite sense connected to the phase or wound as the two adjacent ones; conductors or coils belonging to other phases.

Daß man auf diese Weise :einen Mehrphasenelektromagneten von ganz anderen Eigenschaften erhält, als sie den bisher bekannt gewordenen Mehrphasenlektromagneten zukommen, wird nach Schilderung der in. der Zeichnung dargestellten 'beiden Ausführungsformen klar werden.That one in this way: a polyphase electromagnet of whole has different properties than the previously known multiphase electromagnet come, according to the description of the 'shown in the drawing' two embodiments get clear.

Die Zeichnung zeigt in den Abb. i und a die eine Ausführungsform eines solchen Dreiphasenelektromagneten in Ansicht und Axialschnitt, und Abb.3 zeigt die Art und Weise der Schaltung. Die Abb. ¢ und -5 zeigen die zweite Ausführungsform des Magneten in Ansicht bzw. Schnitt und in Stirnansicht, wobei die Abb. q auch gleichzeitig das Schaltungsschema zeigt.The drawing shows in Figs. I and a one embodiment of a such three-phase electromagnet in view and axial section, and Fig.3 shows the Way of switching. Figs. ¢ and -5 show the second embodiment of the magnet in view or section and in front view, where the Fig. Q also shows the circuit diagram at the same time.

Die Abb. 5 bis i i zeigen die resultierenden magnetischen Flüsse bei verschiedenen Stellungen des Vektordiagramms des bei der Ausführungsform nach den Abb. i und z verwendeten Dreiphasenstromes.Fig. 5 to i i show the resulting magnetic fluxes at different positions of the vector diagram of the embodiment according to the Fig. I and z used three-phase current.

Bei der Ausführungsform nach den Abb. i und a ist der Kerne scheibenförmig ausgebildet; er weist drei. konzentrische Nuten b, c und d auf, in welche .die drei Spulen e, f und g eingelegt sind.In the embodiment according to Figs. I and a, the core is disk-shaped educated; he has three. concentric grooves b, c and d into which .the three Coils e, f and g are inserted.

Die Art der Schaltung dieser drei Spulen ist aus Abb. 3 zu ersehen. Die Spule e ist an die Phase I, die Spuleg an die Phase ff und die Spule/ an die Phase III angeschlossen, wobei aber die Spule f an die Phase III in entgegengesetzter Richtung ,angeschlossen oder umgekehrt gewickelt ist wie die Spulen e und g an die Phasen I und II. Die Enden der Spulen sind mit dem Sternpunkt h verbunden, so daß also die drei Spulen in Sternschaltung miteinander vereinigt sind. Während also die Spulen e und; g an die Netzphasen I und II so angeschlossen. sind, daß die Stromwege von den Netzphasen zu dem Sternpunkt lt im Sinne des Uhrzeigers verlaufen, ist die Spule/ an die Netzphase III so angeschlossen, daß der Stromweg zu dem Sternpunkt dem Drehungssinne des Uhrzeigers entgegengesetzt gerichtet ist.The way in which these three coils are connected can be seen in Fig. 3. The coil e is to phase I, the coileg to phase ff and the coil / to the Phase III connected, but the coil f to phase III in the opposite direction Direction, connected or reversed is wound like the coils e and g to the Phases I and II. The ends of the coils are connected to the star point h, so that so the three coils are combined in a star connection. So while the coils e and; g connected to network phases I and II in this way. are that the current paths running clockwise from the line phases to the star point is the Coil / connected to the network phase III so that the current path to the star point the direction of rotation of the clockwise direction is opposite.

Daraus ergibt sich ein resultierendes magnetisches Feld, welches über die drei Spulen,0" f, ;g an allen Stellen je mach der Phasenfolge radial einwärts oder auswärts wandert, und zwar immer in der gleichen Richtung.This results in a resulting magnetic field, which over the three coils, 0 "f,; g at all points depending on the phase sequence radially inwards or move outwards, always in the same direction.

Dies soll nun an Hand der Abb. 6 bis i i näher erläutert werden. In Abb. 6 bedeuten die drei kleinen Kreise die Querschnitte .der drei Leiter e, f, g etwa an der Stelle x-x der Abb. 3. Darüber ist das Vektordiagramm des Dreiphasenstromes gezeigt, wobei die drei Phasen nicht, wie sonst üblich, voneinander um iao° abstehen, sondern nur um je 6o°. Die Phasen I und II stehen zwar voneinander um i20° ;ab; die Phase III aber, die sonst von den beidem. anderen. Phasen um izo° abstehen würde, ist um i 8o° verschoben, weil., wie oben erwähnt worden ist, die Spule/ an die Netzphase gegenüber den anderen beiden Phasen verkehrt angeschlossen ist. Im Vektordiagramm ist daher die Phase III zwischen den beiden Phasen I und II gezeichnet und nicht, wie es gestrichelt angedeutet ist, bei IIP. Infolge dieser Verkehrung der Phase III werden nun die drei Ströme, bei. der in Abb. 6 dargestellten Lage, des Vektordiagramms etwa alle im Sinne der Abb. 6 von hinten nach vom fließen. Daß alle drei Ströme in diesem Zeitpunkte gleichgerichtet sind, ergibt sich aus dem darüber gezeichneten Vektordiagranim. Die drei gleichgerichteten Ströme ergeben ein magnetisches Feld, das alle drei Spulen umhüllt und im Sinne der angedeuteten Pfeile gerichtet ist.This will now be explained in more detail with reference to Figs. 6 to ii. In Fig. 6, the three small circles mean the cross-sections of the three conductors e, f, g approximately at point xx in Fig. 3. Above this, the vector diagram of the three-phase current is shown, whereby the three phases do not, as is usual, around one another iao ° protrude, but only by 6o ° each. Phases I and II are at 120 ° from one another; phase III, however, which is otherwise of the two. others. Phases would protrude by izo ° is shifted by i 8o ° because, as mentioned above, the coil / is connected to the mains phase in the wrong way compared to the other two phases. In the vector diagram, phase III is therefore drawn between the two phases I and II and not, as indicated by dashed lines, at IIP. As a result of this reversal of phase III, the three streams, at. the position shown in Fig. 6, the vector diagram approximately all flow from back to front in the sense of Fig. 6. The vector diagram above shows that all three currents are in the same direction at this point in time. The three rectified currents result in a magnetic field that envelops all three coils and is directed in the sense of the indicated arrows.

Abb.7 zeigt das Vektordiagramm tun 6o° gegenüber dem nach Abb.6 im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers verdreht. Jetzt fließen die Ströme in den Leitern e. und f von hinten nach .vorn, während der Strom im Leiter g entgegengesetzt gerichtet fließt. Das magnetische Feld, welches früher alle drei Leitereingehüllt hat, hüllt jetzt nur Mehr den Leiterg edn, der ein entgegengesetzt gerichtetes magnetisches Feld .erzeugt.Fig.7 shows the vector diagram do 6o ° compared to that according to Fig.6 in counterclockwise twisted. Now the currents flow into the Ladders e. and f from back to front, while the current in conductor g is opposite directed flows. The magnetic field that previously enveloped all three conductors has now only more envelops the ladder, which is an oppositely directed magnetic Field .generated.

Abb. 8 zeigt das Vektordiagramm nach einer weiteren Drehung tun 6o°, wobei sich zeigt, daß jetzt nur noch der durch den Leiber e fließende Strom seine frühere Richtung beibehalten hat, während durch die Leiter f und g der Strom von vorn nach hinten fließt. Um die Leiterfund g herum entsteht :ein magnetisches Feld, das dein 'um den Leiter e herum erzeugten entgegengesetzt gerichtet ist.Fig. 8 shows the vector diagram after a further rotation of 6o °, which shows that now only the current flowing through the body e is its has retained the previous direction, while through conductors f and g the current of flows front to back. Around the conductor base g arises: a magnetic field, that your 'generated around the conductor e is in the opposite direction.

Bei der Stellung des Vektordiagramms nach Abb.9 hat sich nun auch im Leiter-, die Stromrichtung umgekehrt, und es fließen nunmehr alle drei Ströme von vorn nach hinten. Es wird wieder ein alle drei Leiter umhüllendes magnetisches Feld erzeugt, welches aber dem in Abb.6 dargestellten entgegengesetzt gerichtet ist.The position of the vector diagram according to Fig in the conductor, the direction of the current is reversed, and all three currents are now flowing front to back. It becomes again a magnetic one that envelops all three conductors Field, which is directed in the opposite direction to that shown in Fig is.

Bei der Stellung des Vektordiagramms nach Abb. io dreht sich die Stromrichtung im Leiter g wieder um, während sie in dien Leitern ,e und /;noch unverändert bleibt, und es kommt wieder eine. Zweiteilung ödes Magnetischen Feldes zustande, wobei das um den Leiterg herum :erzeugte Feld dem in Abb. 9 entgegengesetzt gerichtet ist, während das Feld um die Leitere und f herum noch dieselbe Richtung hat .wie in Abb. 9.In the position of the vector diagram according to Fig. Io, the direction of the current rotates in ladder g, while it remains unchanged in ladder, e and /; and there is another one. Bifurcation of the barren magnetic field comes about, whereby the around the conductor: generated field that is directed in the opposite direction in Fig. 9, while the field around the ladder and f still has the same direction as in Fig. 9.

Bei der Stellung des Vektordagramms nach Abb, i i hat sich auch die Stromrichtung im Leiter g verkehrt, so daß jetzt die Ströme in g und f gleichgerichtet sind, nämlich von hinten nach vorn fließen; während die Stromrichtung im Leiber-, noch unverändert, wie gemäß Abb. i o, geblieben ist. Dementsprechend hat sich auch das magnetische Feld geändert und, wenn nun dies Vektordiagramm eine weitere Teildrehung um 6o° macht, so ergibt sich wieder die Stellung nach Abb. 6, wobei auch die Stromrichtung im Leiter e verkehrt wird und ,d'ann wieder alle drei. Ströme von hinten nach vorn fließen und alle drei Leiter von einem einheitlichen magnetischen Feld umhüllt werden.In the position of the vector diagram according to Fig, i i, the The direction of current in conductor g is reversed, so that the currents in g and f are rectified are, namely flow from back to front; while the current direction in the body, still unchanged, as shown in Fig. i o has remained. Accordingly, it has also the magnetic field changed and, if now this vector diagram, another partial rotation turns by 60 °, the position according to Fig. 6 results again, with the direction of the current as well in the conductor e is wrong and then again all three. Streams from the back to the front flow and all three conductors are enveloped by a uniform magnetic field.

Verfolgt Man nun die Darstellungen der magnetischen Felder in den Abb. 6 bis i i der Reihe nach, so findet man, daß sich in -der Stellungen nach den Abb. 7 und 8 oben ein Südpol und unten ein Nordpol ausbildet, und zwar nach Abb. 7 zwischen den Leitern g und/ und nach Abb. 8 zwischen den Leitern f und @e, so daß also eine Bewegung des Südpoles von links nach rechts zu bemerken ist. In der Stellung nach Abb. i o erscheint nun zwischen den Leiterrag und f ein Nordpol, der in der Stellung nach Abb. i i auch nach rechts gewandert ist und bei der nächsten Teildrehung, die wieder zu der Stellung nach Abb. 6 führt, nach rechts verschwunden ist. Man sieht also, daß das magnetische Feld- ständig von links nach rechts, also im Sinne der Abb.3,= radial auswärts wandert, wobei sich zuerst innen ein Südpol ausbildet, der von links nach rechts wandert, worauf sich innen ein Nordpol ausbildet, der auch von links nach rechts wandert, worauf sich das ganze periodisch wiederholt. Da diese Wanderung in allen Radien der konzentrischen Kreise nach Abb.3 stattfindet, so herrscht in dem ganzen Magnet vollkommene Symmetrie. Ein die Scheiben bedeckender Anker wird also durch die senkrecht zu der Bewegung des Wanderfeldes gerichtete magnetische Anziehungskraft nicht verschoben, sondern genau so angezogen wie von einem Gleichstromelektromagneten. Die Stärke des resultierenden magnetischen Feldes und dier resultierenden magnetischen Anziehungskraft ist auch, praktisch genommen, konstant, so daB .ein solcher Mehrphasenelektromagnet in ganz gleicher Weise verwendet werden kann wie .ein Gleichstromelektromagnet. Pulsationen oder Vibrationen treten nur dann ein, wenn eine der Phasen ausbleibt.If one now follows the representations of the magnetic fields in fig. 6 to ii one after the other, one finds that in the positions according to fig. 7 and 8 a south pole is formed at the top and a north pole at the bottom, namely according to fig. 7 between the conductors g and / and according to Fig. 8 between the conductors f and @e, so that a movement of the south pole from left to right can be noticed. In the position according to Fig. 10, a north pole now appears between the ladder section and f, which in the position according to Fig. Ii has also moved to the right and disappeared to the right with the next partial rotation, which again leads to the position according to Fig. 6 is. So you can see that the magnetic field constantly migrates from left to right, i.e. in the sense of Fig. 3, = radially outwards, whereby a south pole is first formed inside, which migrates from left to right, whereupon a north pole forms inside, which also wanders from left to right, whereupon the whole thing repeats itself periodically. Since this migration takes place in all radii of the concentric circles according to Fig. 3, there is perfect symmetry in the whole magnet. An armature covering the disks is therefore not displaced by the magnetic force of attraction directed perpendicular to the movement of the traveling field, but is attracted in exactly the same way as by a direct current electromagnet. The strength of the resulting magnetic field and the resulting magnetic force of attraction are also, practically speaking, constant, so that such a multi-phase electromagnet can be used in exactly the same way as a direct current electromagnet. Pulsations or vibrations only occur when one of the phases is absent.

Wesentlich ist also, daß die den einzelnen Phasen zugehörigen Stromleiter oder Spulen in einer Ebene liegen und einander nicht kreuzen und däß der zu einer :der drei Phasen gehörige Leiter an die Netzphase umgekehrt angeschlossen ist als die zu beiden Seiten von ihm liegenden Leiter; unwesentlich ist die Gestalt der Leiter oder Spulen, und es ist klar, daß anstatt der Anordhung in konzentrischen Kreisen auch irgendwelche unrunde Gestaltungen der Spulen, z. B. polygonale Wicklungen, angewendet werden könnten.It is therefore essential that the current conductors associated with the individual phases or coils lie in one plane and do not cross each other and form one : the conductor belonging to three phases is connected to the mains phase in the reverse direction than the ladder on either side of him; the shape of the Conductors or coils, and it is clear that instead of being arranged in concentric Also circles any non-circular designs of the coils, z. B. polygonal windings, could be applied.

Bei der Ausführungsform nach den Abb..l und 5 sind die Stromleiter oder Spulen in Nuten i eines zylindrischen Kernes k eingelegt, welche nach Parallelkreisen angeordnet sind. Es sind hier sechs Spulen 1, m, n, , p, g dargestellt, von denen .die Spulen 1 und o, m und p und schließlich it und g hintereinandergeschaltet sind. Die Spulen 1, n und p sind mit den drei Phasen I, II und III verbunden, und die anderen Spulen m, o und d sind mit dem Punkt r verbunden, wodurch auch hier wieder die Sternschaltung hergestellt ist. Die Spulen p und nz sind auch hier wieder an die Phase III in verkehrtem Sinne angeschlossen wie die anderen Spulen an die Phasen I und II, und hierdurch ergeben sich in der Richtung der Erzeugenden des Zylinders k genau die gleichen Verhältnisse wie entlang der Radien bei der Ausführungsform nach Abb. i bis 3. Es entsteht also ein Wanderfeld in axialer Richtung, und die senkrecht zur Bewegungsrichtung dieses Wanderfeldes gerichtete magnetische Anziehungskraft ist, ebenso wie bei der oben jeschilderten Ausführungsform, praktisch genommen, konstant. Ein hohler, den zylindrischen Kern,des Magneten umgebender Anker wird natürlich, wenn er aus der Ruhelage gebracht wird, in axialer Richtung angezogen.In the embodiment according to FIGS. 1 and 5, the conductors or coils are inserted into grooves i of a cylindrical core k , which are arranged in parallel circles. Six coils 1, m, n ,, p, g are shown here, of which the coils 1 and o, m and p and finally it and g are connected in series. The coils 1, n and p are connected to the three phases I, II and III, and the other coils m, o and d are connected to the point r, whereby the star connection is again established here. The coils p and nz are here again connected to phase III in the opposite sense as the other coils are connected to phases I and II, and this results in exactly the same relationships in the direction of the generators of the cylinder k as along the radii in the Embodiment according to Fig. I to 3. Thus, a traveling field arises in the axial direction, and the magnetic force of attraction directed perpendicular to the direction of movement of this traveling field is practically constant, as in the embodiment described above. A hollow armature surrounding the cylindrical core of the magnet is naturally attracted in the axial direction when it is brought out of its rest position.

Auch hier sind die Spulen parallel oder gleichlaufend, ohne einander zu kreuzen, angeordnet, jedoch im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den Abb. i bis 3 in verschiedenen Ebenen. Natürlich ist es auch hier wieder unwesentlich, wie der Querschnitt des Kernes gestaltet ist, und es könnten die Spulen ohne weiteres von der Kreisform abweichen. Es müssen aber auch die Spulengrößen nicht @durchaus gleich ;sein, sondern die Spulen könnten etwa auch auf einem kegel-oder pyramidenförmigen Kern in Quernuten angeordnet sein, und sie könnten auch in Nuten der Innenwandung von hohlen Zylindern, Prismen, Kegeln oder Pyramiden liegen, wie denn überhaupt in baulicher Beziehung die mannigfachsten Änderungen möglich sind.Here, too, the coils are parallel or running in the same direction, without one another to cross, arranged, however, in contrast to the embodiment according to Fig. i to 3 in different levels. Of course, here again it is immaterial how the cross-section of the core is designed, and the coils could easily deviate from the circular shape. However, the coil sizes do not have to be absolutely necessary either be the same; but the coils could also be roughly on a conical or pyramidal shape Core can be arranged in transverse grooves, and they could also be in grooves in the inner wall of hollow cylinders, prisms, cones or pyramids, how ever the most varied changes are possible in structural terms.

Claims

PATENT CLAIM3: Electromagnet to be excited by multi-phase current, characterized in that the connected to the individual phases, in one Plane enclosing each other or in different parallel planes on the lateral surface a cylinder, prism, cone, pyramid or the like or coils are connected to the polyphase network in such a way that one per phase Corresponding current conductor or one coil each in the opposite sense to the phase is connected or wound like the two neighboring phases to other phases associated conductors or coils.